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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Winkellage eines drehbar gelagerten Objekts und auf ein Verfahren zum Bestimmen einer Winkellage eines drehbar gelagerten Objekts.
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Herkömmliche Winkellagegeber, insbesondere analoge Winkellagegeber, wie beispielsweise Resolver oder dergleichen können einen absoluten Drehwinkel liefern, welcher im Moment des Einschaltens zur Verfügung stehen kann. Hierbei werden analoge Signale verwendet.
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Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Vorrichtung zum Bestimmen einer Winkellage eines drehbar gelagerten Objekts und ein verbessertes Verfahren zum Bestimmen einer Winkellage eines drehbar gelagerten Objekts gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Gemäß Ausführungsformen kann zur Winkellagebestimmung eines drehbar gelagerten Objekts insbesondere ein Geberrad mit zwei Gruppen von Geberelementen unterschiedlicher Anzahl in Verbindung mit einem Drehzahlsensor pro Gruppe verwendet werden. Somit kann beispielsweise eine Absolutdrehwinkelsensorvorrichtung für dynamischen Betrieb bereitgestellt werden, die zum Beispiel als ein Rotorlagesensor für Elektromotoren oder dergleichen fungieren kann. Unter Verwendung der Drehzahlsensoren können digitale Signale bereitgestellt werden, die zuverlässiger als analoge Signale sein können
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Vorteilhafterweise kann gemäß Ausführungsformen insbesondere eine zuverlässige und kostengünstige Bestimmung einer Winkellage eines drehbar gelagerten Objekts erzielt werden. Kostengünstig kann die Bestimmung beispielsweise durch einfache Drehzahlsensoren sein, welche bereits in sehr großen Stückzahlen in Serie laufen. Zur Bestimmung der Winkellage können insbesondere robuste digitale Sensorsignale genutzt werden.
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Eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Winkellage eines drehbar gelagerten Objekts umfasst folgende Merkmale:
- ein Geberrad, das mit dem drehbar gelagerten Objekt drehfest verbindbar oder verbunden ist, wobei entlang eines Umfangs des Geberrads erste Gebermerkmale und zweite Gebermerkmale angeordnet sind, wobei eine Anzahl der ersten Gebermerkmale und eine Anzahl der zweiten Gebermerkmale sich voneinander unterscheiden; und
- einen ersten Drehzahlsensor und einen zweiten Drehzahlsensor, wobei der erste Drehzahlsensor ausgebildet ist, um ansprechend auf ein Passieren eines jeden der ersten Gebermerkmale einen ersten Impuls bereitzustellen, wobei der zweite Drehzahlsensor ausgebildet ist, um ansprechend auf ein Passieren eines jeden der zweiten Gebermerkmale einen zweiten Impuls bereitzustellen.
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Die Winkellage kann auch als ein absoluter Drehwinkel oder eine absolute Drehposition bezeichnet werden. Das drehbar gelagerte Objekt kann beispielsweise als ein Rotor eines Elektromotors oder als ein anderer Rotationskörper ausgeführt sein. Die Gebermerkmale können auch als Geberelemente bezeichnet werden. Die Gebermerkmale können als Zähne, Nuten oder andere Gebermerkmale ausgeformt sein. Ein Impuls kann eine steigende oder fallende Flanke eines Pulses eines Sensorsignals eines Drehzahlsensors sein. Bei einem Puls kann es sich um einen Rechteckpuls handeln. Der erste Drehzahlsensor kann ausgebildet sein, um ein erstes digitales Signal bereitzustellen und der erste Impuls kann einen Wechsel zwischen zwei diskreter Werte des ersten digitalen Signals repräsentieren. Entsprechend kann der zweite Drehzahlsensor ausgebildet sein, um ein zweites digitales Signal bereitzustellen und der zweite Impuls kann einen Wechsel zwischen zwei diskreter Werte des zweiten digitalen Signals repräsentieren.
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Auch kann die Vorrichtung eine Auswerteeinrichtung aufweisen. Die Auswerteeinrichtung kann ausgebildet sein, um eine Phasenverschiebung zwischen einem ersten Impuls und einem nachfolgenden zweiten Impuls zu ermitteln und unter Verwendung der Phasenverschiebung die Winkellage zu bestimmen. Hierbei kann eine Zeitdifferenz zwischen einem Auftreten des ersten Impulses und des nachfolgenden zweiten Impulses gemessen werden. Die Auswerteeinrichtung kann auch als ein Steuergerät bezeichnet werden. Beispielsweise kann die Auswerteeinrichtung als ein Mikrocontroller oder dergleichen ausgeführt sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine einfache, robuste und genaue Bestimmung der Winkellage ermöglicht wird.
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Hierbei kann die Auswerteeinrichtung ausgebildet sein, um die Phasenverschiebung zwischen einem ersten Impuls und einem direkt auf den ersten Impuls folgenden zweiten Impuls zu ermitteln. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Winkellage besonders einfach und exakt bestimmt werden kann.
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Ferner kann dabei die Auswerteeinrichtung ausgebildet sein, um die Winkellage unter Verwendung einer Bestimmungsvorschrift zu bestimmen. Die Bestimmungsvorschrift kann einen mathematischen Ausdruck und/oder eine Nachschlagtabelle aufweisen. Unter Verwendung der Bestimmungsvorschrift kann eine Beziehung zwischen der Phasenverschiebung und der Winkellage hergestellt werden. Die Bestimmungsvorschrift kann dabei auf das verwendete Geberrad abgestimmt sein. Eine solche Ausführungsform den Vorteil, dass die Winkellagebestimmung unaufwändig und rasch erfolgen kann.
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Gemäß einer Ausführungsform kann eine Differenz zwischen der Anzahl der ersten Gebermerkmale und der Anzahl der zweiten Gebermerkmale 1 oder mindestens 2 betragen. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Winkellage auf diese Weise einfach, sicher und genau bestimmt werden kann. Bei einer Differenz von 2 kann sich eine Phasenverschiebung zwischen 0 Grad und 360 Grad über einen mechanischen Verdrehwinkel von 180 Grad ergeben. Dies kann vorteilhaft sein, wenn es sich bei dem drehbar gelagerten Objekt beispielsweise um einen Rotor eines Elektromotors mit zwei Polpaaren handelt.
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Auch können die ersten Gebermerkmale mit erstem Abstand gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnet sein und können die zweiten Gebermerkmale mit einem zweiten Abstand gleichmäßig voneinander beanstandet angeordnet sein. Hierbei können der erste Abstand und der zweite Abstand voneinander unterschiedlich sein. Dabei können die ersten Gebermerkmale und die zweiten Gebermerkmale identische Abmessungen aufweisen. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine Herstellung des Geberrades einfach und kostengünstig erfolgen kann.
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Ferner können in einer vordefinierten Nulllage des Geberrades ein erstes Gebermerkmal und ein zweites Gebermerkmal miteinander fluchtend angeordnet sein. Die Nulllage kann auch als eine Ausgangslage des Geberrades bezeichnet werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine einfache und exakte Verarbeitung der Impulse zur Winkellagebestimmung ermöglicht werden kann.
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Zudem können die Drehzahlsensoren als digitale Sensoren ausgeführt sein. Zusätzlich oder alternativ können die Drehzahlsensoren ausgebildet sein, um die Gebermerkmale unter Verwendung eines magnetischen Erfassungsprinzips zu erfassen. Beispielsweise können die Drehzahlsensoren als sogenannte Hall-Sensoren mit digitalem Ausgangssignal oder dergleichen ausgeführt sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Winkellage robust und genau bestimmt werden kann.
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Es wird auch ein Verfahren zum Bestimmen einer Winkellage eines drehbar gelagerten Objekts vorgestellt, wobei das Verfahren unter Verwendung einer Vorrichtung ausgeführt wird, die ein Geberrad, das mit dem drehbar gelagerten Objekt drehfest verbindbar oder verbunden ist, einen ersten Drehzahlsensor und einen zweiten Drehzahlsensor aufweist, wobei entlang eines Umfangs des Geberrads erste Gebermerkmale und zweite Gebermerkmale angeordnet sind, wobei eine Anzahl der ersten Gebermerkmale und eine Anzahl der zweiten Gebermerkmale sich voneinander unterscheiden, wobei der erste Drehzahlsensor ausgebildet ist, um ansprechend auf ein Passieren eines jeden der ersten Gebermerkmale einen ersten Impuls bereitzustellen, wobei der zweite Drehzahlsensor ausgebildet ist, um ansprechend auf ein Passieren eines jeden der zweiten Gebermerkmale einen zweiten Impuls bereitzustellen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
- Ermitteln einer Phasenverschiebung zwischen einem ersten Impuls und einem nachfolgenden zweiten Impuls; und
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Bestimmen der Winkellage unter Verwendung der Phasenverschiebung und einer Bestim m ungsvorschrift.
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Das Verfahren zum Bestimmen kann unter Verwendung von und/oder in Verbindung mit einer Ausführungsform der hierin vorgestellten Vorrichtung ausgeführt werden. Insbesondere können die Schritte des Verfahrens zum Bestimmen mittels einer Auswerteeinrichtung der Vorrichtung ausgeführt werden. Die Auswerteeinrichtung kann auch als ein Steuergerät bezeichnet werden. Ein Steuergerät kann ein elektrisches Gerät sein, das elektrische Signale, beispielsweise Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine oder mehrere geeignete Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein, in der Funktionen des Steuergerätes umgesetzt sind. Die Schnittstellen können auch eigene, integrierte Schaltkreise sein oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Ausführung des Verfahrens zum Bestimmen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder der Vorrichtung, insbesondere der Auswerteeinrichtung ausgeführt wird.
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Winkellage eines drehbar gelagerten Objekts;
- 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Geberrads einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Winkellage eines drehbar gelagerten Objekts;
- 3 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Bestimmen einer Winkellage eines drehbar gelagerten Objekts;
- 4 ein schematisches Signalverlaufsdiagramm von Sensorsignalen beim Betrieb eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Winkellage eines drehbar gelagerten Objekts;
- 5 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Geberrads einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Winkellage eines drehbar gelagerten Objekts;
- 6 einen Ausschnitt des Geberrads aus 5; und
- 7 ein schematisches Phasendiagramm von Sensorsignalen beim Betrieb eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Winkellage eines drehbar gelagerten Objekts.
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In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 100 zum Bestimmen einer Winkellage eines drehbar gelagerten Objekts OBJ. Bei dem Objekt OBJ handelt es sich beispielsweise um einen Rotor einer elektrischen Maschine, beispielsweise eines Elektromotors, oder dergleichen. Die Vorrichtung 100 umfasst ein Geberrad 102, einen ersten Drehzahlsensor 110 und einen zweiten Drehzahlsensor 120.
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Das Geberrad 102 ist drehfest mit dem drehbar gelagerten Objekt OBJ verbindbar ausgeführt. In der Darstellung von 1 ist das Geberrad 102 drehfest über eine Welle mit dem drehbar gelagerten Objekt OBJ verbunden. Entlang eines Umfangs bzw. einer Mantelfläche des Geberrads 102 sind erste Gebermerkmale 104 und zweite Gebermerkmale 106 angeordnet. Die Gebermerkmale 104, 106 können auch als Geberelemente bezeichnet werden. Bei den Gebermerkmalen 104, 106 handelt es sich beispielsweise um Zähne, Nuten oder dergleichen. Die Gebermerkmale 104, 106 sind umlaufende um den Umfang bzw. die Mantelfläche des Geberrads 102 angeordnet. Dabei unterscheiden sich eine Anzahl der ersten Gebermerkmale 104 und eine Anzahl der zweiten Gebermerkmale 106 voneinander. Anders ausgedrückt sind unterschiedlich viele erste Gebermerkmale 104 und zweite Gebermerkmale 106 entlang des Umfangs des Geberrads 102 angeordnet. Dabei sind die ersten Gebermerkmale 104 in einem ersten Teilabschnitt der Mantelfläche angeordnet und sind die zweiten Gebermerkmale 106 in einem zweiten Teilabschnitt der Mantelfläche angeordnet. Die Mantelfläche ist in den ersten Teilabschnitt und in den zweiten Teilabschnitt unterteilt.
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Der erste Drehzahlsensor 110 und der zweite Drehzahlsensor 120 sind benachbart zu dem Geberrad 102 angeordnet, genauer gesagt benachbart zu dem Umfang bzw. der Mantelfläche desselben. Der erste Drehzahlsensor 110 ist ausgebildet, um ansprechend auf ein Passieren eines jeden der ersten Gebermerkmale 104 einen ersten Impuls bereitzustellen. Insbesondere ist der erste Drehzahlsensor 110 ausgebildet, um ein erstes Sensorsignal 115 auszugeben, wobei steigende oder fallende Flanken von Pulsen des ersten Sensorsignals 115 die bereitgestellten ersten Impulse repräsentieren. Der zweite Drehzahlsensor 120 ist ausgebildet, um ansprechend auf ein Passieren eines jeden der zweiten Gebermerkmale 106 einen zweiten Impuls bereitzustellen. Insbesondere ist der zweite Drehzahlsensor 120 ausgebildet, um ein zweites Sensorsignal 125 auszugeben, wobei steigende oder fallende Flanken von Pulsen des zweiten Sensorsignals 125 die bereitgestellten zweiten Impulse repräsentieren.
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Insbesondere sind die Drehzahlsensoren 110, 120 als digitale Sensoren ausgeführt, sodass es sich bei den Sensorsignalen um digitale Signale handelt. Zusätzlich oder alternativ sind die Drehzahlsensoren 110, 120 ausgebildet, um die Gebermerkmale 104, 106 unter Verwendung eines magnetischen Erfassungsprinzips zu erfassen. Bei den Pulsen des ersten Sensorsignals 115 und des zweiten Sensorsignals 125 handelt es sich beispielsweise um Rechteckpulse.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung 100 auch eine Auswerteeinrichtung 130. Die Auswerteeinrichtung 130 ist signalübertragungsfähig mit dem ersten Drehzahlsensor 110 und mit dem zweiten Drehzahlsensor 120 verbunden. Die Auswerteeinrichtung 130 ist ausgebildet, um eine Phasenverschiebung zwischen einem ersten Impuls und einem nachfolgenden zweiten Impuls zu ermitteln und unter Verwendung der Phasenverschiebung die Winkellage zu bestimmen. Anders ausgedrückt ist die Auswerteeinrichtung 130 ausgebildet, um unter Verwendung des ersten Sensorsignals 115 und des zweiten Sensorsignals 125 die Winkellage zu bestimmen. Insbesondere ist die Auswerteeinrichtung 130 ausgebildet, um die Phasenverschiebung zwischen einem ersten Impuls und einem direkt auf den ersten Impuls folgenden zweiten Impuls zu ermitteln. Auch ist die Auswerteeinrichtung 130 gemäß einem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um die Winkellage unter Verwendung einer Bestimmungsvorschrift 132 zu bestimmen. Die Bestimmungsvorschrift 132 umfasst dabei zum Beispiel einen mathematischen Ausdruck und/oder eine Nachschlagtabelle.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Geberrads 102 einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Winkellage eines drehbar gelagerten Objekts. Das Geberrad 102 entspricht oder ähnelt hierbei dem Geberrad aus 1. Dabei ist das Geberrad 102 in 2 in einer Draufsicht auf eine seiner beiden Stirnflächen bzw. Stirnseiten gezeigt. Von dem Geberrad 102 sind in der Darstellung von 2 beispielhaft lediglich drei erste Gebermerkmale 104 gezeigt. Ferner ist eine Mantelfläche 203 bzw. der Umfang des Geberrads 102 explizit bezeichnet.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 300 zum Bestimmen einer Winkellage eines drehbar gelagerten Objekts. Dabei ist das Verfahren 300 zum Bestimmen unter Verwendung von bzw. in Verbindung mit der Vorrichtung aus 1 oder einer ähnlichen Vorrichtung ausführbar oder wird unter Verwendung von bzw. in Verbindung mit derselben ausgeführt. Somit wird das Verfahren unter Verwendung einer Vorrichtung ausgeführt, die ein Geberrad, das mit dem drehbar gelagerten Objekt drehfest verbindbar oder verbunden ist, einen ersten Drehzahlsensor und einen zweiten Drehzahlsensor aufweist. Dabei sind entlang eines Umfangs des Geberrads erste Gebermerkmale und zweite Gebermerkmale angeordnet, wobei eine Anzahl der ersten Gebermerkmale und eine Anzahl der zweiten Gebermerkmale sich voneinander unterscheiden. Hierbei ist der erste Drehzahlsensor ausgebildet, um ansprechend auf ein Passieren eines jeden der ersten Gebermerkmale einen ersten Impuls bereitzustellen, wobei der zweite Drehzahlsensor ausgebildet ist, um ansprechend auf ein Passieren eines jeden der zweiten Gebermerkmale einen zweiten Impuls bereitzustellen.
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Das Verfahren 300 zum Bestimmen umfasst einen Schritt 310 des Ermittelns und einen Schritt 320 des Bestimmens. In dem Schritt 310 des Ermittelns wird eine Phasenverschiebung zwischen einem ersten Impuls und einem nachfolgenden zweiten Impuls ermittelt. Nachfolgend wird in dem Schritt 320 des Bestimmens unter Verwendung der Phasenverschiebung und einer Bestimmungsvorschrift die Winkellage bestimmt.
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4 zeigt ein schematisches Signalverlaufsdiagramm 400 von Sensorsignalen beim Betrieb eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Winkellage eines drehbar gelagerten Objekts. Die Vorrichtung zum Bestimmen entspricht oder ähnelt hierbei der Vorrichtung aus 1. An der Abszissenachse des Signalverlaufsdiagramms 400 ist die Zeit t aufgetragen und an der Ordinatenachse des Signalverlaufsdiagramm 400 sind Signalwerte y der Sensorsignale aufgetragen. Die Sensorsignale sind von den Drehzahlsensoren der Vorrichtung bereitgestellt. In das Signalverlaufsdiagramm 400 sind lediglich beispielhaft vier erste Impulse 415 und drei zweite Impulse 425 eingezeichnet. Diese vier ersten Impulse 415 und drei zweiten Impulse 425 ergeben sich beispielsweise im Verlauf einer vollen Umdrehung des Geberrads der Vorrichtung, wobei das Geberrad lediglich beispielhaft vier erste Gebermerkmale und drei zweite Gebermerkmale aufweist.
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Ferner ist in das Signalverlaufsdiagramm 400 die Periodendauer T zwischen den ersten Impulsen 415 exemplarisch zwischen einem ersten der ersten Impulse 415 und einem zweiten der ersten Impulse 415 eingezeichnet. Zudem sind lediglich beispielhaft ein erster Zeitversatz Δt1 bzw. eine erste Zeitdifferenz zwischen dem ersten der ersten Impulse 415 und dem ersten der zweiten Impulse 425 sowie ein zweiter Zeitversatz Δt2 zwischen dem zweiten der ersten Impulse 415 und einem zweiten der zweiten Impulse 425 eingezeichnet. Unter Verwendung der Periodendauer T und eines jeweiligen der Zeitversätze Δt1 oder Δt2 ist mittels der Auswerteeinrichtung der Vorrichtung aus 1 oder einer ähnlichen Vorrichtung und/oder durch Ausführen des Verfahrens aus 3 oder eines ähnlichen Verfahrens die Phasenverschiebung ermittelbar und damit die Winkellage bestimmbar.
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5 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Geberrads 102 einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Winkellage eines drehbar gelagerten Objekts. Das Geberrad 102 entspricht oder ähnelt hierbei dem Geberrad aus 1 und/oder 2. In 5 ist eine schräge Draufsicht auf einen Teilabschnitt des Umfangs bzw. der Mantelfläche des Geberrads 102 mit den ersten Gebermerkmalen 104 und den zweiten Gebermerkmalen 106 gezeigt. Die ersten Gebermerkmale 104 repräsentieren hierbei eine erste Kontur entlang dem Umfang des Geberrads 102 und die zweiten Gebermerkmale 106 repräsentieren eine zweite Kontur entlang dem Umfang des Geberrads 102. Lediglich beispielhaft umfasst das Geberrad 102 gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel 60 erste Gebermerkmale 104 und 59 zweite Gebermerkmale 106. Somit beträgt die Differenz zwischen der Anzahl der ersten Gebermerkmale 104 und der Anteil der zweiten Gebermerkmale 106 hierbei 1. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel beträgt die Differenz mindestens 2. In 5 sind beispielhaft lediglich ein erstes Gebermerkmale 104 und ein zweites Gebermerkmale 106 explizit bezeichnet, wobei diese beiden Gebermerkmale miteinander fluchtend angeordnet sind. Diese Stelle repräsentiert bzw. markiert eine vordefinierte Nulllage des Geberrads 102, in der ein erstes Gebermerkmale 104 und ein zweites Gebermerkmale 106 miteinander fluchtend angeordnet sind.
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6 zeigt einen Ausschnitt des Geberrads 102 aus 5. In 6 ist ein Teilabschnitt des Umfangs bzw. der Mantelfläche des Geberrads 102 mit ersten Gebermerkmalen 104 und zweiten Gebermerkmalen 106 in einer Draufsicht dargestellt. In der Darstellung von 6 sind erneut lediglich die beiden miteinander fluchtend angeordneten Gebermerkmale 104, 106, welche die vordefinierte Nulllage des Geberrads 102 markieren, explizit bezeichnet. Ferner sind in 6 Abmessungen des Geberrads 102 und der Gebermerkmale 104, 106 explizit bezeichnet. So sind eine Höhe h des Umfangs bzw. der Mantelfläche des Geberrads 102, eine Länge l eines jeden der Gebermerkmale 104, 106, die gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel der halben Höhe h entspricht, eine Breite b eines jeden der Gebermerkmale 104, 106, ein erster Abstand a1 zwischen einem jeden der ersten Gebermerkmale 104 und ein zweiter Abstand a2 zwischen einem jeden der zweiten Gebermerkmale 106 eingezeichnet.
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Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Gebermerkmale 104 und 106 allesamt identische Abmessungen auf, genauer gesagt eine identische Länge I und Breite b sowie eine identische Tiefe. Die ersten Gebermerkmale 104 sind mit dem ersten Abstand a1 gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnet. Die zweiten Gebermerkmale 106 sind mit dem zweiten Abstand a2 gleichmäßig voneinander beanstandet angeordnet. Der erste Abstand a1 und der zweite Abstand a2 unterscheiden sich voneinander.
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7 zeigt ein schematisches Phasendiagramm 700 von Sensorsignalen 115 und 125 beim Betrieb eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Winkellage eines drehbar gelagerten Objekts. Die Vorrichtung zum Bestimmen entspricht oder ähnelt hierbei der Vorrichtung aus 1. An der Abszissenachse des Phasendiagramms 700 ist der mechanische Drehwinkel φ des Geberrads der Vorrichtung in Grad [°] aufgetragen und an der Ordinatenachse sind einerseits die Phasenverschiebung Δφ und andererseits die Signalwerte y der Sensorsignale 115, 125 aufgetragen, wobei die Sensorsignale 115, 125 bzw. deren Signalverläufe sowie ein Phasenverlauf 701 in das Phasendiagramm 700 eingezeichnet sind. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung das Geberrad aus 5 mit 60 ersten Gebermerkmalen und 59 zweiten Gebermerkmalen. Somit liegen 60 erste Impulse und Pulse des ersten Sensorsignals 115 und 59 zweite Impulse und Pulse des zweiten Sensorsignals 124 vor.
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Unter Bezugnahme auf die vorstehend beschriebenen Figuren werden nachfolgend Ausführungsbeispiele nochmals zusammenfassend und mit anderen Worten kurz erläutert. Es werden durch die Vorrichtung 100 digitale Sensoren 115, 125 genutzt, wie z. B. Standard-Drehzahlsensoren, welche ein Rechtecksignal ausgeben. Wird die Phasenverschiebung Δφ zwischen den beiden Drehzahlsensoren 115, 125 berechnet, ergibt sich direkt der Winkelwert bzw. die Winkellage des Geberrads 102. Dass der absolute Drehwinkel bzw. die absolute Winkellage beim Einschalten eines mit der Vorrichtung 100 ausgerüsteten Gerätes unter Umständen nicht zur Verfügung steht, spielt in vielen Anwendungen keine Rolle, und/oder kann durch eine Einlehrnfunktion im System Beziehung weise in der Vorrichtung 100 zumindest teilweise kompensiert werden. Die Differenz der Anzahlen von den beiden Gebermerkmale 104, 106 bzw. Geberelementen, beispielsweise eine Zähnezahldifferenz, kann auch 2 oder mehr betragen. Bei einer Differenz von 2 ergibt sich eine Phasenverschiebung Δφ zwischen 0° und 360° über einen mechanischen Verdrehwinkel φ von 180°. Dies kann vorteilhaft sein, wenn das mit der Vorrichtung 100 ausgerüstete Gerät beispielsweise ein Elektromotor mit 2 Polpaaren ist.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Vorrichtung zum Bestimmen
- 102
- Geberrad
- 104
- erste Gebermerkmale
- 106
- zweite Gebermerkmale
- 110
- erster Drehzahlsensor
- 115
- erstes Sensorsignal mit ersten Impulsen
- 120
- zweiter Drehzahlsensor
- 125
- zweites Sensorsignal mit zweiten Impulsen
- 130
- Auswerteeinrichtung
- 132
- Bestimmungsvorschrift
- OBJ
- drehbar gelagertes Objekt
- 203
- Mantelfläche bzw. Umfang
- 300
- Verfahren zum Bestimmen
- 310
- Schritt des Ermittelns
- 320
- Schritt des Bestimmens
- 400
- Signalverlaufsdiagramm
- 415
- erste Impulse
- 425
- zweite Impulse
- t
- Zeit
- T
- Periodendauer
- Δt1
- erster Zeitversatz
- Δt2
- zweiter Zeitversatz
- y
- Signalwerte
- a1
- erster Abstand
- a2
- zweiter Abstand
- b
- Breite
- h
- Höhe
- l
- Länge
- 700
- Phasendiagramm
- 701
- Phasenverlauf
- Δφ
- Phasenverschiebung
- φ
- mechanischer Drehwinkel
