DE102015207615A1

DE102015207615A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Detektieren einer Drehlage eines drehbaren Bauelements

Info

Publication number: DE102015207615A1
Application number: DE102015207615.6A
Authority: DE
Inventors: Jan-Ulrich Biskup
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2015-04-24
Filing date: 2015-04-24
Publication date: 2016-10-27

Abstract

Eine Vorrichtung (100; 200; 300) zum Detektieren einer Drehlage (P) eines drehbaren Bauelements mit verbesserter Kompensation axialer und radialer Fehljustierungen und unrunden Laufs umfasst wenigstens einen wenigstens ein Sensorsignal (UF1, UF2) liefernden induktiven Messaufnehmer (101, 102; 201, 202), wenigstens ein mit dem Bauelement drehbares Lagegeberelement (108; 208; 308) mit in Umfangsrichtung (111) des Lagegeberelements daran umlaufend ausgerichteter, elektrisch leitender Geberspur (110; 210; 310) mit entlang der Umfangsrichtung periodisch variierender, quer dazu gerichteter Erstreckung (112), wobei der Messaufnehmer der Geberspur in vorbestimmtem Abstand gegenüberliegend deren Erstreckung an jeder Position entlang des gesamten Umfangs des Lagegeberelements wenigstens teilweise überdeckt, sowie einen ein Kompensationssignal (UK) liefernden induktiven Kompensationsaufnehmer (120; 220), der der Geberspur in vorbestimmtem Abstand gegenüberliegend von dieser an jeder Position entlang des gesamten Umfangs des Lagegeberelements vollständig überdeckt wird, wobei in der Geberspur durch Messaufnehmer und/oder Kompensationsaufnehmer das Sensorsignal und/oder Kompensationssignal beeinflussende Wirbelströme induzierbar sind. Ein Verfahren zum Detektieren der Drehlage mit der Vorrichtung wird vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Detektieren einer Drehlage eines drehbaren Bauelements. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Detektieren der Drehlage des drehbaren Bauelements.
Zum Ansteuern permanenterregter Synchronmaschinen wird eine exakt bestimmte Winkellage vom Rotor zum Stator dieser Maschinen benötigt. Die Winkellage wird durch Sensoren erfasst und elektronischen Leistungsschaltern zum Ansteuern von insbesondere Statorwicklungen übermittelt. Eine Art von Sensoren zum Erfassen der Winkellage arbeitet nach einem Wirbelstromprinzip, bei dem Änderungen einer Induktivität einer Spule ausgewertet werden, die durch Rückwirkung in einem Geberelement von der Spule induzierter Wirbelströme auf die Spule hervorgerufen werden.
Aus der Druckschrift DE 20 2011 000 228 U1 ist ein Lagegeberelement für eine induktive Winkelbestimmung in Rotationsmaschinen zum Anbringen an einem Rotor der Maschine zur Erzeugung positionsabhängiger Wirbelstromverluste in einer vom Rotor mit definiertem Abstand positionierten Sensorspule in Abhängigkeit einer Rotationsbewegung des Rotors bekannt. Das Lagegeberelement umfasst eine Geberspur aus elektrisch leitfähigem Material, die einen in radialer Richtung variierenden Rand und einen kreisförmigen Rand aufweist. In 1 ist in einer grob schematischen, perspektivischen Explosionsdarstellung eine derartige, einen Stator 501 und einen demgegenüber um eine Rotationsachse 503 drehbaren Rotor 502 aufweisende Rotationsmaschine 500 wiedergegeben, in der ein Winkelpositionssensorsystem 510 mit einem derartigen Lagegeberelement 520 in Richtung der Rotationsachse 503 koaxial vor dem Rotor 502 angeordnet ist. Das Lagegeberelement 520 weist einen am Rotor 502 befestigten Grundkörper 522 und eine an dessen Umfang angeordnete Geberspur 521 auf. Die Geberspur 521 ist derart aufgebaut, dass darin Wirbelstromverluste hervorgerufen werden können, wobei deren Größe mit einer aktuellen Winkelposition des Lagegeberelements 520 und damit des Rotors 502 korreliert ist. Die Geberspur 521 besitzt einen in lateraler, d.h. radialer Richtung variierenden Rand 523, der mit einem kreisförmigen Rand 524 eine laterale Erstreckung der Geberspur 521 und damit eine Breite 525 der Geberspur 521 bestimmt, die in Umfangsrichtung des Lagegeberelements 520 zwischen einer größten Breite 526 und einer geringsten Breite 527 variiert. Zum Zusammenwirken mit der Geberspur 521 ist eine Spulenanordnung 530 in Richtung der Rotationsachse 503 koaxial in einem axialen Abstand 535 vor der Geberspur 521 des Lagegeberelements 520 angeordnet, wie dies in 2 dargestellt ist, die grob schematisch eine Seitenschnittansicht der Anordnung nach 1 zeigt. Die Spulenanordnung 530 ist dabei in radialer Richtung so dimensioniert, dass eine Abdeckung der Geberspur 521 erfolgt, wie dies auch in 3 wiedergegeben ist, die eine Ansicht des Lagegeberelements 520 in Richtung der Rotationsachse 503 zeigt. In 4 ist dazu schematisch das Funktionsprinzip des Winkelpositionssensorsystems 510 dargestellt. Die Spulenanordnung 530 weist mehrere Sensorspulen auf, von denen in einem in 4 dargestellten Ausschnitt der Spulenanordnung 530 eine erste, zweite, dritte und vierte Sensorspule 531, 532, 533 bzw. 534 wiedergegeben sind, die entsprechend der Geberspur 521 in Umfangsrichtung des Lagegeberelements 520 und damit der Spulenanordnung 530 angeordnet sind. Aus jeder der Sensorspulen 531, 532, 533 bzw. 534 lässt sich ein Signal abgreifen, das durch Wirbelstromverluste gekennzeichnet ist, die von der Breite 525 der Geberspur 521 am Ort der betreffenden Sensorspule 531, 532, 533 bzw. 534 abhängig sind. Der Einfachheit der Darstellung halber ist in 4 diese Umfangsrichtung als eine gerade Linie in waagerechter Richtung ohne Krümmung wiedergegeben. Die Sensorspulen 531, 532, 533 und 534 weisen eine radiale Abmessung 536 auf, die größer ist als die größte Breite 526 der Geberspur 521. Dadurch wird bei einer radialen Fehljustierung 537 des Lagegeberelements 520 relativ zu den Sensorspulen 531, 532, 533 bzw. 534 an diesen im wesentlichen keine Signaländerung hervorgerufen, wodurch eine deutlich verbesserte Robustheit im Hinblick auf die Montage und mögliche geringfügige Lageänderungen des Lagegeberelements 520 während des Betriebs erreicht werden soll.
Die beschriebene Anordnung ist jedoch grundsätzlich gegenüber Positionsfehlern des Lagegeberelements 520 relativ zur Spulenanordnung 530 sehr anfällig. So wird die radiale Fehljustierung 537 des Lagegeberelements 520 bei der Anordnung nach DE 20 2011 000 228 U1 nur soweit ausgeglichen, wie der Grundkörper 522 nicht zum Nutzsignal beiträgt, wodurch ein restlicher Einfluss auf das Nutzsignal verbleibt. Insbesondere hat sich aber gezeigt, dass Schwankungen des axialen Abstands 535 zwischen der Spulenanordnung 530 und der Geberspur 521 des Lagegeberelements 520, wie sie zum Beispiel durch einen Justierfehler der Geberspur 521 in Richtung der Rotationsachse 503 und einen dadurch bedingten Schlag, d.h. unrunden Lauf, der Geberspur 521 auftreten, durch die bekannte Anordnung nicht ausgeglichen werden können.
Die Erfindung hat die Aufgabe, bei einer Vorrichtung der beschriebenen Art zum Detektieren einer Drehlage eines drehbaren Bauelements eine verbesserte Kompensation von Fehljustierungen und unrundem Lauf sowohl in axialer als auch in radialer Richtung zu erreichen. Die Erfindung hat weiterhin die Aufgabe, ein Verfahren zum Detektieren der Drehlage des drehbaren Bauelements zu schaffen, mit dem diese Kompensation von Fehljustierungen und unrundem Lauf erhalten wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum Detektieren einer Drehlage eines drehbaren Bauelements, insbesondere eines Rotors einer elektrischen Maschine, umfassend:

• wenigstens einen zum Liefern wenigstens eines Sensorsignals eingerichteten, insbesondere mit wenigstens einer Sensorspule ausgebildeten, induktiven Messaufnehmer,
• wenigstens ein mit dem drehbaren Bauelement, insbesondere dem Rotor der elektrische Maschine, drehbares, insbesondere synchron drehbares, Lagegeberelement, welches wenigstens eine in Umfangsrichtung des Lagegeberelements daran umlaufend ausgerichtete, elektrisch leitende Geberspur mit wenigstens einer entlang der Umfangsrichtung periodisch variierenden, wenigstens im Wesentlichen quer zu dieser gerichteten Erstreckung aufweist, wobei der wenigstens eine Messaufnehmer der wenigstens einen Geberspur in vorbestimmtem Abstand gegenüberliegend deren variierende Erstreckung an jeder Position entlang des gesamten Umfangs des Lagegeberelements wenigstens teilweise überdeckt, sowie
• wenigstens einen zum Liefern wenigstens eines Kompensationssignals eingerichteten, insbesondere mit wenigstens einer Kompensationsspule ausgebildeten, induktiven Kompensationsaufnehmer, der der wenigstens einen Geberspur in vorbestimmtem Abstand gegenüberliegend von dieser an jeder Position entlang des gesamten Umfangs des Lagegeberelements vollständig überdeckt wird,
• wobei in der Geberspur durch den wenigstens einen Messaufnehmer und/oder den wenigstens einen Kompensationsaufnehmer das wenigstens eine Sensorsignal und/oder das wenigstens eine Kompensationssignal beeinflussende Wirbelströme induzierbar sind.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das drehbare Bauelement, dessen Drehlage detektiert werden soll, mit dem Lagegeberelement derart verbunden, dass beide eine zueinander streng korrelierte Drehung ausführen. Dies kann über eine Übersetzung, z.B. eines Getriebes, bevorzugt aber durch eine unmittelbare, starre Verbindung erfolgen. Das Lagegeberelement ist mit wenigstens einer umlaufenden, insbesondere entlang seines Umfangs umlaufenden, Geberspur ausgebildet, die elektrisch leitfähig ist. Die wenigstens eine Geberspur weist eine entlang der Umfangsrichtung des Lagegeberelements, d.h. entlang einer Bewegungsrichtung, bevorzugt Drehrichtung, des Lagegeberelements periodisch variierende Erstreckung auf. Diese Erstreckung ist wenigstens im Wesentlichen quer zu der Umfangsrichtung des Lagegeberelements angeordnet, d.h. sie weist bezüglich einer Drehrichtung des Lagegeberelements in axiale und/oder radiale Richtung, soweit sie einen Beitrag zur Ausbildung der erfindungsgemäßen Merkmale liefert. Der wenigstens eine Messaufnehmer ist der wenigstens einen Geberspur in vorbestimmtem Abstand gegenüberliegend angeordnet, insbesondere ist er fest angeordnet. Dabei ist die Position des wenigsten einen Messaufnehmers derart festgelegt, dass der wenigstens eine Messaufnehmer die entlang der Umfangsrichtung des Lagegeberelements variierende Erstreckung der wenigstens einen Geberspur an jeder Position entlang des gesamten Umfangs des Lagegeberelements, d.h. in jeder Drehlage des Lagegeberelements, wenigstens teilweise überdeckt. Beim Ausführen einer Drehung des Lagegeberelements variiert diese Überdeckung gemäß der Variation der Erstreckung der wenigstens einen Geberspur, so dass der Grad dieser Überdeckung ein Maß für die zu detektierende Drehlage ist. Der wenigstens eine Messaufnehmer ist als induktiver Messaufnehmer, insbesondere mit wenigstens einer Sensorspule, ausgebildet. Wird in der dem wenigstens einen Messaufnehmer gegenüberliegenden Geberspur ein Wirbelstrom hervorgerufen, bewirkt dieser eine Änderung einer Impedanz, insbesondere einer Induktivität, des wenigstens einen Messaufnehmers. Diese Änderung ist abhängig vom vorbezeichneten Grad der Überdeckung zwischen der wenigstens einen Geberspur und dem wenigstens einen Messaufnehmer. Ein Messwert dieser Änderung der Impedanz oder ein durch die Änderung der Impedanz, insbesondere der Induktivität, hervorgerufene Strom oder Spannungsänderung bildet das wenigstens eine Sensorsignal, zu dessen Liefern der wenigstens eine Messaufnehmer eingerichtet ist.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ferner wenigstens ein, insbesondere mit wenigstens einer Kompensationsspule ausgebildeter, induktiver Kompensationsaufnehmer vorgesehen. Der wenigstens eine Kompensationsaufnehmer ist ebenfalls der wenigstens einen Geberspur in vorbestimmtem Abstand gegenüberliegend fest positioniert. Allerdings ist die Positionierung des wenigstens einen Kompensationsaufnehmers abweichend von derjenigen des wenigstens einen Messaufnehmers nun so vorgenommen, dass der wenigstens eine Kompensationsaufnehmer von der wenigstens einen Geberspur an jeder Position entlang des gesamten Umfangs des Lagegeberelements, d.h. in jeder Drehlage des Lagegeberelements, vollständig überdeckt wird. Der Grad der Überdeckung und damit der Einfluss von in der wenigstens einen Geberspur hervorgerufenen Wirbelströmen ist somit von der Drehlage unabhängig. Eine Änderung einer Impedanz, insbesondere Induktivität, des wenigstens einen Kompensationsaufnehmers durch eine Bewegung der wenigstens einen Geberspur tritt nur auf, wenn sich mit dieser Bewegung, d.h. der Drehung des Lagegeberelements, der vorbestimmte Abstand zwischen Geberspur und Kompensationsaufnehmer ändert. Ein auf gleiche Weise wie aus dem wenigstens einen Messaufnehmer gewonnenes Messsignal, das hier als Kompensationssignal bezeichnet ist, stellt somit ein Maß für die Änderung des vorbestimmten Abstands, d.h. für ein Unrundlaufen bzw. einen Schlag, des Lagegeberelements dar. Da das Lagegeberelement dasselbe Unrundlaufen, d.h. denselben Schlag, auch gegenüber dem wenigstens einen Messaufnehmer aufweist, ist das wenigstens eine Kompensationssignal ein direktes Maß für Fehler im wenigstens einen Sensorsignal und kann zum Kompensieren dieser Fehler unmittelbar herangezogen werden.
Anders formuliert tastet der wenigstens eine Messaufnehmer sowohl die periodisch variierenden Erstreckungen der wenigstens einen Geberspur und damit die Drehlage des Lagegeberelements als auch die Lageabweichungen der wenigstens einen Geberspur ab, wobei die Lageabweichungen das wenigstens eine Sensorsignal verfälschen. Dahingegen tastet der wenigstens eine Kompensationsaufnehmer ausschließlich die Lageabweichungen der Geberspur ab. Mit Hilfe des wenigstens eine Kompensationssignals können die Fehler aus dem wenigstens einen Sensorsignal unmittelbar eliminiert werden, wodurch auf einfache Weise eine hohe Messgenauigkeit bei der Detektion der Drehlage erhalten wird.
Dabei ist es möglich, z.B. die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Anordnung zu kombinieren, wie sie in der Druckschrift DE 20 2011 000 228 U1 beschrieben ist, um zusätzlich zu einer dort beschriebenen Maßnahme gegen eine radiale Fehljustierung des Lagegeberelements auch eine axialen Schlag desselben zu kompensieren. Bevorzugt sind erfindungsgemäß zwei oder mehrere Kompensationsaufnehmer einsetzbar, um sowohl einen axialen wie auch einen radialen Schlag des Lagegeberelements zu erfassen und kompensieren zu können. Damit wird auch die radiale Fehljustierung des Lagegeberelements durch die vorliegende Erfindung vollständig kompensiert und eine besonders hohe Messgenauigkeit erzielt.
Die Erfindung ermöglicht somit eine einfache, platzsparende, robuste, kostengünstige und unmittelbare Fehlerkompensation bei Drehgebern, die vorteilhaft in der Kraftfahrzeug-Antriebstechnik einsetzbar ist, insbesondere bei Synchronmaschinen, bevorzugt bei permanentmagneterregten Synchronmaschinen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Geberspur

• wenigstens einen ersten Bereich mit entlang des gesamten Umfangs des Lagegeberelements gleichförmiger Gestaltung, insbesondere mit wenigstens einer, wenigstens im Wesentlichen quer zur Umfangsrichtung des Lagegeberelements gerichteten, entlang der Umfangsrichtung gleichförmigen Erstreckung, sowie
• wenigstens einen zweiten Bereich mit entlang des gesamten Umfangs des Lagegeberelements quer zur Umfangsrichtung des Lagegeberelements periodisch variierender Gestaltung, insbesondere mit der wenigstens einen entlang der Umfangsrichtung periodisch variierenden, wenigstens im Wesentlichen quer zur Umfangsrichtung des Lagegeberelements gerichteten Erstreckung.

Bevorzugt sind beide Bereiche wenigstens nahezu unmittelbar aneinandergrenzend entlang der Umfangsrichtung des Lagegeberelements, d.h. entlang dessen Bewegungsrichtung, bevorzugt Drehrichtung, um das gesamte Lagegeberelement herum, insbesondere an oder in wenigstens nahezu unmittelbarer Nachbarschaft des Umfangs des Lagegeberelements, geführt, bevorzugt streifenförmig. Die Bereiche können dabei quer zur Umfangsrichtung bzw. Drehrichtung eine flächige Erstreckung rechtwinklig zu einer Drehachse des Lagegeberelements, d.h. eine Erstreckung in radialer Richtung, aufweisen, oder sie können sich in axialer Richtung, d.h. in Richtung der Drehachse, erstrecken. Insbesondere der erste Bereich kann sich auch teilweise radial, teilweise axial erstrecken; z.B. kann er einen ringförmigen Streifen radialer Erstreckung und – bevorzugt daran angrenzend – einen zylindermantelförmigen Streifen axialer Erstreckung quer zur Drehrichtung aufweisen. Gegenüber jedem der Streifen kann dann je ein induktiver Kompensationsaufnehmer angeordnet sein, so dass sowohl ein axialer Schlag als auch ein radialer Schlag des Lagegeberelements erfassbar ist. Auch der zweite Bereich kann wahlweise eine axiale oder radiale Erstreckung aufweisen. Damit ist eine große Flexibilität in der Konstruktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegeben.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung überdeckt der wenigstens eine Messaufnehmer in vorbestimmtem Abstand der wenigstens einen Geberspur gegenüberliegend deren wenigsten einen zweiten Bereich an jeder Position entlang des gesamten Umfangs des Lagegeberelements wenigstens teilweise. Diese wenigstens teilweise Überdeckung des zweiten Bereichs ist derart ausgebildet, dass der wenigstens eine Messaufnehmer die Variationen der Erstreckung des zweiten Bereichs entlang der Umfangsrichtung des Lagegeberelements hinreichend, bevorzugt vollständig, erfasst. Besonders vorteilhaft ist eine völlige Überdeckung des zweiten Bereichs durch den wenigstens einen Messaufnehmer. Eine Überdeckung des ersten Bereichs ist dagegen nicht notwendig und daher nicht in jedem Fall vorgesehen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der wenigstens eine Kompensationsaufnehmer von dem wenigsten einen ersten Bereich der wenigstens einen Geberspur dieser in vorbestimmtem Abstand gegenüberliegend an jeder Position entlang des gesamten Umfangs des Lagegeberelements vollständig überdeckt. Durch die Überdeckung, die unabhängig von der Drehlage des Lagegeberelements stets dieselbe ist, werden Einflüsse von Variationen der Erstreckung der Geberspur auf den wenigstens einen Kompensationsaufnehmer einfach zuverlässig ausgeschlossen und wird somit die Erzeugung des wenigstens einen Kompensationssignals ausschließlich in Abhängigkeit vom Einfluss eines Schlags des Lagegeberelements sichergestellt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung variiert die entlang des Umfangs des Lagegeberelements quer zur Umfangsrichtung des Lagegeberelements periodisch variierende Gestaltung der Geberspur, insbesondere deren wenigstens eine entlang der Umfangsrichtung periodisch variierende, wenigstens im Wesentlichen quer zur Umfangsrichtung des Lagegeberelements gerichtete Erstreckung, insbesondere des wenigstens einen zweiten Bereichs der wenigstens einen Geberspur, entlang der Umfangsrichtung des Lagegeberelements wenigstens nahezu sinusförmig, und der wenigstens eine Messaufnehmer überdeckt diese Gestaltung, insbesondere diese Erstreckung, insbesondere des wenigstens einen zweiten Bereichs, der wenigstens einen Geberspur im Wesentlichen quer zur Umfangsrichtung des Lagegeberelements an jeder Position entlang dessen gesamten Umfangs vollständig. Durch eine solche sinusförmige oder wenigstens nahezu sinusförmige Gestaltung der wenigstens einen Geberspur ist auf einfache Weise mit dem wenigstens einen Messaufnehmer wenigstens ein wenigstens nahezu sinusförmiges Sensorsignal erzeugbar. Insbesondere sind dabei zwei um einen Phasenwinkel der periodisch variierenden Gestaltung der wenigstens einen Geberspur von 90° entlang der Umfangsrichtung des Lagegeberelements gegeneinander versetzt angeordnete Messaufnehmer vorgesehen, die bei einer Bewegung des Lagegeberelements zwei gegeneinander um einen Phasenwinkel von 90° zeitlich versetzte Sensorsignale liefern, auch als Sinussignal und Cosinussignal bezeichnet. Aus diesen lässt sich besonders einfach und zuverlässig die Drehlage des Lagegeberelements bestimmen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung variiert die entlang des Umfangs des Lagegeberelements quer zur Umfangsrichtung des Lagegeberelements periodisch variierende Gestaltung der Geberspur, insbesondere die wenigstens eine entlang der Umfangsrichtung periodisch variierende, wenigstens im Wesentlichen quer zur Umfangsrichtung des Lagegeberelements gerichtete Erstreckung, insbesondere des wenigstens einen zweiten Bereichs der wenigstens einen Geberspur, entlang der Umfangsrichtung des Lagegeberelements wenigstens nahezu sprungartig periodisch. Die Geberspur ist hier besonders einfach gestaltet. Besonders bevorzugt kann dabei eine Überdeckung zwischen der wenigstens einen Geberspur und dem wenigstens einen Messaufnehmer, die zwischen einer vollständigen Überdeckung und einem vollständigen Freiliegen des wenigstens einen Messaufnehmers, d.h. vollständigem Fehlen jeglicher Überdeckung, variiert. Vorteilhaft kann dazu der erste Bereich der wenigstens einen Geberspur gleichförmig entlang der Umfangsrichtung des Lagegeberelements ausgebildet sein, wohingegen der zweite Bereich sprungartig gestaltete, vollständige Unterbrechungen aufweist in der Art einer sogenannten Chopper- bzw. Zerhackerscheibe.
In einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind der wenigstens eine Messaufnehmer und/oder wenigstens einer des wenigstens einen Kompensationsaufnehmers axial gegenüber dem Lagegeberelement angeordnet, wobei bevorzugt die wenigstens eine Geberspur entlang einer zum drehbaren Bauelement und damit zum Lagegeberelement radial ausgerichteten Fläche angeordnet ist. Mit dieser Anordnung kann vorteilhaft ein axialer Schlag des Lagegeberelements detektiert und kompensiert werden. Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind der wenigstens eine Messaufnehmer und/oder wenigstens einer des wenigstens einen Kompensationsaufnehmers radial gegenüber dem Lagegeberelement angeordnet, wobei bevorzugt die wenigstens eine Geberspur entlang einer koaxial in Umfangsrichtung des Lagegeberelements ausgerichteten Fläche angeordnet ist. Mit dieser Anordnung kann vorteilhaft ein radialer Schlag des Lagegeberelements detektiert und kompensiert werden. Bevorzugt kann ferner bei den beiden vorangehend beschriebenen Ausgestaltungen wenigstens einer des wenigstens einen Kompensationsaufnehmers axial gegenüber dem Lagegeberelement angeordnet sein und kann wenigstens ein weiterer des wenigstens einen Kompensationsaufnehmers radial gegenüber dem Lagegeberelement angeordnet sein. Dadurch wird auf einfache Weise eine Kompensation sowohl von radial als auch von axial unrundem Lauf, d.h. sowohl von radialem als auch von axialem Schlag, des Lagegeberelements ermöglicht.
Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung zum Speisen des wenigstens einen Messaufnehmers und/oder des wenigstens einen Kompensationsaufnehmers mit einem Erregerstrom und/oder einer Erregerspannung, insbesondere einem Wechselstrom und/oder einer Wechselspannung, zum Ableiten des wenigstens einen Sensorsignals und/oder des wenigstens einen Kompensationssignals aus dem wenigstens einen Messaufnehmer und/oder dem wenigstens einen Kompensationsaufnehmer und zum Gewinnen eines die Drehlage wiedergebenden, fehlerkompensierten Signals. Mit derartigen Erregerströmen und/oder -spannungen können die veränderlichen Impedanzen, insbesondere Induktivitäten, der Mess- bzw. der Kompensationsaufnehmer besonders einfach und präzise ermittelt und so die Sensor- bzw. Kompensationssignale gewonnen werden.
Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zum Detektieren einer Drehlage eines drehbaren Bauelements, insbesondere eines Rotors einer elektrischen Maschine, umfassend die Schritte:

• Speisen wenigstens eines Messaufnehmers mit einem Erregerstrom und/oder einer Erregerspannung, insbesondere mit einem Wechselstrom und/oder einer Wechselspannung,
• Speisen wenigstens eines Kompensationsaufnehmers mit einem Erregerstrom und/oder einer Erregerspannung, insbesondere mit einem Wechselstrom und/oder einer Wechselspannung,
• Ableiten wenigstens eines Sensorsignals aus dem wenigstens einen Messaufnehmer,
• Ableiten wenigstens eines Kompensationssignals aus dem wenigstens einen Kompensationsaufnehmer,
• Korrigieren des wenigstens eines Sensorsignals mit dem wenigstens einen Kompensationssignal und dadurch Gewinnen wenigstens eines korrigierten Sensorsignals,
• Bilden eines die Drehlage wiedergebenden, fehlerkompensierten Signals aus dem wenigstens einen korrigierten Sensorsignal.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht auf einfache Weise eine präzise, fehlerkorrigierte Detektion der Drehlage des Bauelements.
Zusammengefasst wird durch die Erfindung somit insbesondere eine Vorrichtung zum Detektieren einer Drehlage eines drehbaren Bauelements mit verbesserter Kompensation axialer und radialer Fehljustierungen und unrunden Laufs geschaffen, die wenigstens einen wenigstens ein Sensorsignal liefernden induktiven Messaufnehmer, wenigstens ein mit dem Bauelement drehbares Lagegeberelement mit in Umfangsrichtung des Lagegeberelements daran umlaufend ausgerichteter, elektrisch leitender Geberspur mit entlang der Umfangsrichtung periodisch variierender, quer dazu gerichteter Erstreckung, wobei der Messaufnehmer der Geberspur in vorbestimmtem Abstand gegenüberliegend deren Erstreckung an jeder Position entlang des gesamten Umfangs des Lagegeberelements wenigstens teilweise überdeckt, sowie einen ein Kompensationssignal liefernden induktiven Kompensationsaufnehmer, der der Geberspur in vorbestimmtem Abstand gegenüberliegend von dieser an jeder Position entlang des gesamten Umfangs des Lagegeberelements vollständig überdeckt wird, umfasst, wobei in der Geberspur durch Messaufnehmer und/oder Kompensationsaufnehmer das Sensorsignal und/oder Kompensationssignal beeinflussende Wirbelströme induzierbar sind. Ein Verfahren zum Detektieren der Drehlage mit dieser Vorrichtung wird ebenfalls vorgeschlagen.
In der Zeichnung, in der übereinstimmende Elemente in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen sind und zu der auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird, zeigen:
1 in einer grob schematischen, perspektivischen Explosionsdarstellung eine einen Stator und einen demgegenüber um eine Rotationsachse drehbaren Rotor aufweisende Rotationsmaschine nach dem Stand der Technik,
2 grob schematisch eine Seitenschnittansicht der Anordnung nach dem Stand der Technik gemäß 1,
3 eine Ansicht des im Stand der Technik beschriebenen Lagegeberelements in Richtung der Rotationsachse,
4 eine schematische Darstellung des Funktionsprinzips des Winkelpositionssensorsystems nach dem Stand der Technik,
5 ein Beispiel für zeitliche Verläufe von zwei Messaufnehmern abgegebener Sensorsignale, die durch einen unrunden Lauf des Lagegeberelements und dadurch hervorgerufene Schwankungen der Abstände zwischen den Messaufnehmern und dem Lagegeberelement gestört sind, aufgetragen über der Drehlage des Lagegeberelements,
6 ein erstes Beispiel für eine Gestaltung einer Geberspur, eingesetzt in einem ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
7 ein Beispiel eines zeitlichen Verlaufs eines von einem erfindungsgemäßen Kompensationsaufnehmer abgegebenen Kompensationssignals, das die in 5 dargestellten Störungen der Sensorsignale wiedergibt, aufgetragen über der Drehlage des Lagegeberelements,
8 eine grob schematische Veranschaulichung der wichtigsten Schritte eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,
9 ein zweites Beispiel für eine Gestaltung eines Lagegeberelements mit einer Geberspur, eingesetzt in einem zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, und
10 ein drittes Beispiel für eine Gestaltung eines Lagegeberelements mit einer Geberspur, eingesetzt in einem dritten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im nachfolgenden näher beschrieben.
In 5 ist ein Beispiel für zeitliche Verläufe zweier Sensorsignale UF1, UF2 dargestellt, die von zwei hier um 90° phasenversetzt angeordneten Messaufnehmern abgegeben werden. Die Sensorsignale UF1, UF2 sind über einer Drehlage P eines Lagegeberelements aufgetragen; bei einer kontinuierlichen Drehung des Lagegeberelements bzw. eines damit verbundenen, drehbaren Bauelements, wie bevorzugt eines Rotors einer elektrischen Maschine, stimmt diese Darstellung mit den zeitlichen Verläufen der Sensorsignale UF1, UF2 überein. Der Phasenversatz von 90° der beiden Sensorsignale UF1, UF2 untereinander ergibt sich aus einem räumlichen Versatz der Messaufnehmer gegeneinander um eine Viertelperiode einer periodischen Gestaltung des Lagegeberelements entlang dessen Bewegungsrichtung, bevorzugt Umfangsrichtung. Diese periodische Gestaltung ist in der Bewegungsrichtung des Lagegeberelements bevorzugt sinusförmig ausgebildet, wodurch sich für die Sensorsignale UF1, UF2 ebenfalls sinusförmige Verläufe über der Drehlage P ergeben. Ein erstes der Sensorsignale – UF1 – ist auch als Sinussignal, ein zweites – UF2 – als Cosinussignal bezeichnet. In 5 sind die Verläufe beispielhaft als Signalspannungen in Volt über der Drehlage P bzw. einem elektrischen Winkel in Radiant aufgetragen. Der Vollständigkeit halber ist zu erwähnen, dass in 5 als Sensorsignale UF1, UF2 Amplituden einer höherfrequenten Wechselspannung aufgetragen sind, die zum Detektieren veränderlicher Impedanzen, insbesondere Induktivitäten, der Messaufnehmer verwendet wird.
Die Sensorsignale UF1, UF2 zeigen eine mit der Drehlage P schwankende Amplitude. Diese als Amplitudenmodulation auftretende Störung der Sensorsignale UF1, UF2 rührt von einem unrunden Lauf, d.h. Schlag, des Lagegeberelements und dadurch hervorgerufenen Schwankungen der Abstände zwischen den Messaufnehmern und dem Lagegeberelement her.
Daraus ergeben sich Ungenauigkeiten bei der Bestimmung der Drehlage P aus den Verläufen der Sensorsignale UF1, UF2.
6 zeigt grob schematisch zu einem ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 ein erstes Beispiel für eine Gestaltung einer Geberspur 110 eines Lagegeberelements 108. Die Geberspur 110 ist elektrisch leitend ausgebildet, so dass darin Wirbelströme hervorrufbar sind. Die Geberspur 110 ist am Lagegeberelement 108 entlang dessen Umfangsrichtung 111 angeordnet, z.B. entlang einer axialen Stirnfläche oder einer Mantelfläche eines wenigstens im Wesentlichen drehsymmetrischen Lagegeberelements 108. Entlang dieser Umfangsrichtung 111 weist die Geberspur 110 eine entlang der Umfangsrichtung 111 periodisch variierende, quer zu der Umfangsrichtung 111 gerichtete Erstreckung 112 auf, im vorliegenden Beispiel gebildet durch zwei sinusförmig gegenläufig geformte Berandungen 113, 114 der Geberspur 110. Die Vorrichtung 100 umfasst zwei Messaufnehmer 101, 102, die der Geberspur 110 in vorbestimmtem Abstand gegenüberliegend angeordnet sind. In der Darstellung der 6 ist dieser Abstand senkrecht zur Zeichenebene gerichtet. Die Messaufnehmer 101, 102 sind als induktive Messaufnehmer mit je einer flachen, spiralförmig gestalteten Sensorspule 103, 104 ausgebildet und dementsprechend in 6 symbolisch wiedergegeben. Diese Sensorspulen 103, 104 der Messaufnehmer 101, 102 überdecken hier die Geberspur 110 und damit deren quer zu der Umfangsrichtung 111 gerichtete, periodisch variierende Erstreckung 112 an jeder Position entlang des gesamten Umfangs des Lagegeberelements 108 in der Richtung quer zur Umfangsrichtung 111 vollständig, d.h. die Sensorspulen 103, 104 weisen quer zur Umfangsrichtung 111 eine Abmessung auf, die einer größten Abmessung der Erstreckung 112, d.h. eines Abstandes zwischen den beiden Berandungen 113, 114 der Geberspur 110, gleich oder größer als diese ist, so dass die periodischen Variationen der Erstreckung 112 entlang der Umfangsrichtung 111 stets vollständig erfasst werden. Die Messaufnehmer 101, 102 sind mit einem räumlichen Versatz um eine Viertelperiode der Variationen der Erstreckung 112 entlang der Umfangsrichtung 111 des Lagegeberelements 108, d.h. entlang dessen Bewegungsrichtung, angeordnet. Dadurch ergibt sich der Phasenversatz der beiden von den Messaufnehmern 101, 102 gelieferten Sensorsignale UF1, UF2 von 90° untereinander. Entsprechend der Bezeichnung des vom ersten – 101 – der Messaufnehmer 101, 102 gelieferten ersten Sensorsignals UF1 als Sinussignal und des vom zweiten – 102 – der Messaufnehmer 101, 102 gelieferten zweiten Sensorsignals UF2 als Cosinussignal wird der erste Messaufnehmer 101 auch als einer Sinusspur zugeordnet und der zweite Messaufnehmer 102 auch als einer Cosinusspur zugeordnet bezeichnet.
6 zeigt ferner symbolisch einen induktiven Kompensationsaufnehmer 120, der insbesondere mit einer hier bevorzugt ebenfalls als flache, spiralförmig geformte Spule ausgestalteten Kompensationsspule 121 ausgebildet ist. Der Kompensationsaufnehmer 120 und damit die Kompensationsspule 121 ist ebenfalls der Geberspur 110 in vorbestimmtem Abstand gegenüberliegend angeordnet; bevorzugt stimmt dieser Abstand mit dem Abstand der Messaufnehmer 101, 102 zur Geberspur 110 wenigstens nahezu überein. Der Kompensationsaufnehmer 120 und damit die Kompensationsspule 121 werden dabei von der Geberspur 110 an jeder Position entlang des gesamten Umfangs des Lagegeberelements 108 vollständig überdeckt, wozu die Kompensationsspule 121 quer zur Umfangsrichtung 111 eine Abmessung aufweist, die einer geringsten Abmessung der Erstreckung 112, d.h. eines Abstandes zwischen den beiden Berandungen 113, 114 der Geberspur 110, gleich oder kleiner als diese ist, so dass diese Überdeckung nicht durch die periodisch variierende Erstreckung 112 beeinflusst wird.
Der Kompensationsaufnehmer 120 ist zum Liefern eines Kompensationssignals UK eingerichtet. Ein beispielhafter Verlauf dieses Kompensationssignals UK über der Drehlage P ist in 7 wiedergegeben. Bei einer Drehung des Lagegeberelements 108 entspricht die Darstellung nach 7 dem zeitlichen Verlauf des vom Kompensationsaufnehmer 120 abgegebenen Kompensationssignals UK. Das Kompensationssignal UK gibt die in 5 dargestellten Störungen der Sensorsignale UF1, UF2, d.h. deren Amplitudenmodulation bzw. -abweichungen, wieder. Insbesondere ist das Kompensationssignal UK dem Abstand zwischen der Kompensationsspule 121 und der Geberspur 110 proportional. Im idealen, fehler- bzw. störungsfreien Fall, in dem dieser Abstand exakt konstant ist, wäre auch das Kompensationssignal UK konstant.
8 zeigt eine grob schematische Veranschaulichung der wichtigsten Schritte eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit dem eine Korrektur bzw. Kompensation der Fehler des Abstands zwischen den Messaufnehmern 101, 102 und der Geberspur 110 erfolgt. Diese Fehlerkompensation bzw. -korrektur 130, auch als Normierung der fehlerbehafteten Sensorsignale UF1, UF2 bezeichnet, wird im Zusammenhang folgender, bevorzugter Verfahrensschritte vorgenommen:

• Im ersten Schritt werden die Messaufnehmer 101, 102 mit einem Erregerstrom und/oder einer Erregerspannung gespeist. Dabei handelt es sich insbesondere um einen Wechselstrom und/oder eine Wechselspannung mit einer Frequenz, die größer als, insbesondere groß gegen, die Frequenz – auch als elektrische Frequenz bezeichnet – ist, mit der im Betrieb der Vorrichtung 100 die periodischen Variationen der Erstreckung 112 der Geberspur 110 an den Messaufnehmern 101, 102 vorbeigeführt werden.
• In einem zweiten Schritt wird in vergleichbarer Weise der Kompensationsaufnehmer 120 mit einem Erregerstrom und/oder einer Erregerspannung, insbesondere mit einem Wechselstrom und/oder einer Wechselspannung, gespeist.
• Im dritten Schritt werden die – noch fehlerbehafteten – Sensorsignale UF1, UF2 aus den Messaufnehmern 101, 102 abgeleitet.
• Entsprechend wird im vierten Schritt das Kompensationssignal UK aus dem Kompensationsaufnehmer 120 abgeleitet.
• Im fünften Schritt werden die fehlerbehafteten Sensorsignale UF1, UF2 mit dem Kompensationssignal UK korrigiert bzw. normiert oder fehlerkompensiert. Diese Normierung 130 kann durch additive oder multiplikative Verknüpfung der fehlerbehafteten Sensorsignale UF1, UF2 mit dem Kompensationssignal UK erfolgen. Dadurch werden ein erstes bzw. ein zweites korrigiertes Sensorsignal UKS1, UKS2 gewonnen.
• Im letzten Schritt wird das die Drehlage P wiedergebende, fehlerkompensierte Signal aus den beiden korrigierten Sensorsignalen UKS1, UKS2 gebildet.

In 9 ist grob schematisch ein zweites Beispiel für eine Gestaltung eines Lagegeberelements 208 mit einer Geberspur 210, eingesetzt in einem zweiten Ausführungsbeispiel 200 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, dargestellt. Das Lagegeberelement 208 ist im Wesentlichen scheibenförmig ausgebildet und in 9 in einer axialen Ansicht, d.h. in einer Draufsicht in Richtung einer Rotationsachse 205, die senkrecht auf der Zeichenebene der 9 steht, gezeigt. Die Geberspur 210 ist in einer axialen Stirnfläche des Lagegeberelements 208 angeordnet, auf der die Rotationsachse 205 senkrecht steht. Die Geberspur 210 umfasst zwei konzentrisch angeordnete, in radialer Richtung des Lagegeberelements 208 aneinandergrenzende, ringförmige Bereiche 211, 212. Ein erster – 211 – dieser Bereiche 211, 212 weist eine durchgehende, elektrisch leitende Fläche auf, wohingegen ein zweiter – 212 – der Bereiche 211, 212 eine elektrisch leitende Fläche mit sprungartig gestalteten, vollständigen Unterbrechungen aufweist in der Art einer sogenannten Chopper- bzw. Zerhackerscheibe.
Ein erster – 201 – und ein zweiter – 202 – Messaufnehmer sind mit vorgegebenem Abstand gegenüber dem zweiten Bereich 212 der Geberspur 210 angeordnet, und zwar in einem räumlichen Versatz zueinander, der hier mit einer halben Periode der periodischen Gestaltung des zweiten Bereichs 212 des Lagegeberelements 208 entlang dessen Bewegungsrichtung, bevorzugt dessen Umfangsrichtung, 213 übereinstimmt. Demgemäß ergeben sich hier von den Messaufnehmern 201, 202 zwei Sensorsignale mit einem gegenseitigen Phasenversatz von 180°. In einer Abwandlung dieser Vorrichtung 200 lassen sich die Messaufnehmer 201, 202 auch mit einem räumlichen Versatz zueinander, der mit einer Viertelperiode der periodischen Gestaltung des zweiten Bereichs 212 des Lagegeberelements 208 entlang dessen Bewegungsrichtung, bevorzugt dessen Umfangsrichtung, 213 übereinstimmt, anordnen, so dass die zwei Sensorsignale einen gegenseitigen Phasenversatz von 90° aufweisen. Die Überdeckung der Messaufnehmer 201, 202 mit der Geberspur 210 ist derart gewählt, dass die Messaufnehmer 201, 202 wechselweise von den elektrisch leitenden Teilen des zweiten Bereichs 212 und den Unterbrechungen dazwischen vollständig überdeckt werden, bzw. dass die Messaufnehmer 201, 202 die elektrisch leitenden Teile des zweiten Bereichs 212 und die Unterbrechungen dazwischen jeweils nur teilweise überdecken. Damit wird eine möglichst hohe Amplitude der Sensorsignale von den Messaufnehmern 201, 202 angestrebt.
Ein Kompensationsaufnehmer 220 ist mit vorgegebenem Abstand, vorzugsweise demselben Abstand wie demjenigen der Messaufnehmer 201, 202 zur Geberspur 210, gegenüber dem ersten Bereich 211 der Geberspur 210 angeordnet und von diesem kontinuierlich überdeckt, so dass der Grad der Überdeckung keinen Einfluss auf ein vom Kompensationsaufnehmer 220 geliefertes Kompensationssignal hat.
10 zeigt ein drittes Beispiel für eine Gestaltung eines Lagegeberelements 308 mit einer Geberspur 310, eingesetzt in einem dritten Ausführungsbeispiel 300 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die jedoch weitgehend mit dem zweiten Ausführungsbeispiel 200 der erfindungsgemäßen Vorrichtung übereinstimmt. Verändert ist lediglich die Lage und Anordnung des ersten Bereichs 311 der Geberspur 310, der sich nun mitsamt des Kompensationsaufnehmers 220 in der Form eines Außenrings radial außerhalb des zweiten Bereichs 212 befindet.
Bezugszeichenliste

100: Vorrichtung zum Detektieren der Drehlage P
101: Erster Messaufnehmer (Sinusspur) von 100
102: Zweiter Messaufnehmer (Cosinusspur) von 100
103: Sensorspule von 101
104: Sensorspule von 102
108: Lagegeberelement von 100
110: Geberspur von 108
111: Umfangsrichtung von 108, 208, 308
112: Gestaltung bzw. Erstreckung von 110
113: Erste sinusförmige Berandung von 110
114: Zweite sinusförmige Berandung von 110, gegenläufig zu 113
120: Kompensationsaufnehmer von 100
121: Kompensationsspule von 120
130: Normierung von UF1, UF2 mit UK zu UKS1, UKS2
200: Vorrichtung zum Detektieren der Drehlage P
201: Erster Messaufnehmer (Sinusspur) von 200, 300
202: Zweiter Messaufnehmer (Cosinusspur) von 200, 300
205: Rotationsachse von 208, 308
208: Lagegeberelement von 200
210: Geberspur von 208
211: Erster Bereich von 210: gleichförmig
212: Zweiter Bereich von 210, 310: periodisch variierend
220: Kompensationsaufnehmer von 200, 300
300: Vorrichtung zum Detektieren der Drehlage P
308: Lagegeberelement von 300
310: Geberspur von 308
311: Erster Bereich von 310: gleichförmig
500: Rotationsmaschine
501: Stator
502: Rotor
503: Rotationsachse
510: Winkelpositionssensorsystem
520: Lagegeberelement von 510
521: Geberspur von 520
522: Grundkörper von 520
523: In lateraler, d.h. radialer Richtung variierender Rand von 521
524: Kreisförmiger Rand von 521
525: Breite von 521
526: Größte Breite von 521
527: Geringste Breite von 521
530: Spulenanordnung von 510
531: Erste Sensorspule von 530
532: Zweite Sensorspule von 530
533: Dritte Sensorspule von 530
534: Vierte Sensorspule von 530
535: Axialer Abstand zwischen 530 und 521 von 520
536: Radiale Abmessung von 531 bis 534
537: Radiale Fehljustierung von 520
P: Drehlage
UF1: Erstes Sensorsignal von 101 (Sinussignal), fehlerbehaftet
UF2: Zweites Sensorsignal von 102 (Cosinussignal), fehlerbehaftet
UK: Kompensationssignal von 120
UKS1: Erstes Sensorsignal aus UF1 von 101 (Sinussignal), korrigiert
UKS2: Zweites Sensorsignal aus UF2 von 102 (Cosinussignal), korrigiert

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202011000228 U1 [0003, 0004, 0010]

Claims

Vorrichtung (100; 200; 300) zum Detektieren einer Drehlage (P) eines drehbaren Bauelements, insbesondere eines Rotors einer elektrischen Maschine, umfassend: • wenigstens einen zum Liefern wenigstens eines Sensorsignals (UF1, UF2) eingerichteten, insbesondere mit wenigstens einer Sensorspule (103, 104) ausgebildeten, induktiven Messaufnehmer (101, 102; 201, 202), • wenigstens ein mit dem drehbaren Bauelement, insbesondere dem Rotor der elektrische Maschine, drehbares, insbesondere synchron drehbares, Lagegeberelement (108; 208; 308), welches wenigstens eine in Umfangsrichtung (111) des Lagegeberelements (108; 208; 308) daran umlaufend ausgerichtete, elektrisch leitende Geberspur (110; 210; 310) mit wenigstens einer entlang der Umfangsrichtung (111) periodisch variierenden, wenigstens im Wesentlichen quer zu dieser gerichteten Erstreckung (112) aufweist, wobei der wenigstens eine Messaufnehmer (101, 102; 201, 202) der wenigstens einen Geberspur (110; 210; 310) in vorbestimmtem Abstand gegenüberliegend deren variierende Erstreckung (112) an jeder Position entlang des gesamten Umfangs des Lagegeberelements (108; 208; 308) wenigstens teilweise überdeckt, sowie • wenigstens einen zum Liefern wenigstens eines Kompensationssignals (UK) eingerichteten, insbesondere mit wenigstens einer Kompensationsspule (121) ausgebildeten, induktiven Kompensationsaufnehmer (120; 220), der der wenigstens einen Geberspur (110; 210; 310) in vorbestimmtem Abstand gegenüberliegend von dieser an jeder Position entlang des gesamten Umfangs des Lagegeberelements (108; 208; 308) vollständig überdeckt wird, • wobei in der Geberspur (110; 210; 310) durch den wenigstens einen Messaufnehmer (101, 102; 201, 202) und/oder den wenigstens einen Kompensationsaufnehmer (120; 220) das wenigstens eine Sensorsignal (UF1, UF2) und/oder das wenigstens eine Kompensationssignal (UK) beeinflussende Wirbelströme induzierbar sind.
Vorrichtung (200; 300) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Geberspur (210; 310) • wenigstens einen ersten Bereich (211; 311) mit entlang des gesamten Umfangs des Lagegeberelements (208; 308) gleichförmiger Gestaltung, insbesondere mit wenigstens einer, wenigstens im Wesentlichen quer zur Umfangsrichtung (111) des Lagegeberelements (208; 308) gerichteten, entlang der Umfangsrichtung (111) gleichförmigen Erstreckung (112), sowie • wenigstens einen zweiten Bereich mit entlang des gesamten Umfangs des Lagegeberelements (208; 308) quer zur Umfangsrichtung (111) des Lagegeberelements (208; 308) periodisch variierender Gestaltung, insbesondere mit der wenigstens einen entlang der Umfangsrichtung (111) periodisch variierenden, wenigstens im Wesentlichen quer zur Umfangsrichtung (111) des Lagegeberelements (208; 308) gerichteten Erstreckung (112), umfasst.
Vorrichtung (200; 300) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Messaufnehmer (201, 202) in vorbestimmtem Abstand der wenigstens einen Geberspur (210; 310) gegenüberliegend deren wenigsten einen zweiten Bereich (212) an jeder Position entlang des gesamten Umfangs des Lagegeberelements (208; 308) wenigstens teilweise überdeckt.
Vorrichtung (200; 300) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Kompensationsaufnehmer (220) von dem wenigsten einen ersten Bereich (211; 311) der wenigstens einen Geberspur (210; 310) dieser in vorbestimmtem Abstand gegenüberliegend an jeder Position entlang des gesamten Umfangs des Lagegeberelements (208; 308) vollständig überdeckt wird.
Vorrichtung (100) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die entlang des Umfangs des Lagegeberelements (108) quer zur Umfangsrichtung (111) des Lagegeberelements (108) periodisch variierende Gestaltung der Geberspur (110), insbesondere deren wenigstens eine entlang der Umfangsrichtung (111) periodisch variierende, wenigstens im Wesentlichen quer zur Umfangsrichtung (111) des Lagegeberelements (108) gerichtete Erstreckung (112), insbesondere des wenigstens einen zweiten Bereichs (212) der wenigstens einen Geberspur (110), entlang der Umfangsrichtung (111) des Lagegeberelements (108) wenigstens nahezu sinusförmig variiert und dass der wenigstens eine Messaufnehmer (101, 102) diese Gestaltung, insbesondere diese Erstreckung (112), insbesondere des wenigstens einen zweiten Bereichs (212), der wenigstens einen Geberspur (110) im Wesentlichen quer zur Umfangsrichtung (111) des Lagegeberelements (108) an jeder Position entlang dessen gesamten Umfangs vollständig überdeckt.
Vorrichtung (200; 300) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die entlang des Umfangs des Lagegeberelements (208; 308) quer zur Umfangsrichtung (111) des Lagegeberelements (208; 308) periodisch variierende Gestaltung der Geberspur (210; 310), insbesondere die wenigstens eine entlang der Umfangsrichtung (111) periodisch variierende, wenigstens im Wesentlichen quer zur Umfangsrichtung (111) des Lagegeberelements (208; 308) gerichtete Erstreckung (112), insbesondere des wenigstens einen zweiten Bereichs (212) der wenigstens einen Geberspur (210; 310), entlang der Umfangsrichtung (111) des Lagegeberelements (208; 308) wenigstens nahezu sprungartig periodisch variiert.
Vorrichtung (100; 200; 300) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Messaufnehmer (101, 102; 201, 202) und/oder wenigstens einer des wenigstens einen Kompensationsaufnehmers (120; 220) axial gegenüber dem Lagegeberelement (108; 208; 308) angeordnet sind, wobei bevorzugt die wenigstens eine Geberspur (110; 210; 310) entlang einer zum drehbaren Bauelement und damit zum Lagegeberelement (108; 208; 308) radial ausgerichteten Fläche angeordnet ist.
Vorrichtung (100; 200; 300) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Messaufnehmer (101, 102; 201, 202) und/oder wenigstens einer des wenigstens einen Kompensationsaufnehmers (120; 220) radial gegenüber dem Lagegeberelement (108; 208; 308) angeordnet sind, wobei bevorzugt die wenigstens eine Geberspur (110; 210; 310) entlang einer koaxial in Umfangsrichtung (111) des Lagegeberelements (108; 208; 308) ausgerichteten Fläche angeordnet ist.
Vorrichtung (100; 200; 300) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung zum Speisen des wenigstens einen Messaufnehmers (101, 102; 201, 202) und/oder des wenigstens einen Kompensationsaufnehmers (120; 220) mit einem Erregerstrom und/oder einer Erregerspannung, insbesondere einem Wechselstrom und/oder einer Wechselspannung, zum Ableiten des wenigstens einen Sensorsignals (UF1, UF2) und/oder des wenigstens einen Kompensationssignals (UK) aus dem wenigstens einen Messaufnehmer (101, 102; 201, 202) und/oder dem wenigstens einen Kompensationsaufnehmer (120; 220) und zum Gewinnen eines die Drehlage (P) wiedergebenden, fehlerkompensierten Signals.
Verfahren zum Detektieren einer Drehlage (P) eines drehbaren Bauelements, insbesondere eines Rotors einer elektrischen Maschine, umfassend die Schritte: • Speisen wenigstens eines Messaufnehmers (101, 102; 201, 202) mit einem Erregerstrom und/oder einer Erregerspannung, insbesondere mit einem Wechselstrom und/oder einer Wechselspannung, • Speisen wenigstens eines Kompensationsaufnehmers (120; 220) mit einem Erregerstrom und/oder einer Erregerspannung, insbesondere mit einem Wechselstrom und/oder einer Wechselspannung, • Ableiten wenigstens eines Sensorsignals (UF1, UF2) aus dem wenigstens einen Messaufnehmer (101, 102; 201, 202), • Ableiten wenigstens eines Kompensationssignals (UK) aus dem wenigstens einen Kompensationsaufnehmer (120; 220), • Korrigieren des wenigstens eines Sensorsignals (UF1, UF2) mit dem wenigstens einen Kompensationssignal (UK) und dadurch Gewinnen wenigstens eines korrigierten Sensorsignals (UKS1, UKS2), • Bilden eines die Drehlage (P) wiedergebenden, fehlerkompensierten Signals aus dem wenigstens einen korrigierten Sensorsignal (UKS1, UKS2).