DE4320108A1

DE4320108A1 - Rotary resolver arrangement (synchro generator arrangement) with digital signal output

Info

Publication number: DE4320108A1
Application number: DE19934320108
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl Ing Loge
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1993-06-17
Filing date: 1993-06-17
Publication date: 1994-12-22
Anticipated expiration: 2013-06-18
Also published as: DE4320108C2

Abstract

The rotary resolver arrangement has, in addition to the rotor and stator windings (7, 9) and a transformer (11, 13) for voltage supply (power supply) of the rotor, an oscillator (18) and a resolver/digital converter (16), all of which are accommodated in a common housing (1). In this way, the rotary resolver can directly replace an angular increment encoder (incremental shaft encoder, shaft-angle encoder) without any changes being necessary in terms of design or circuitry. This is advantageous in applications where the ambient conditions, in particular the mechanical and thermal load, are too rough for the angular increment encoder. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehmelderanordnung mit einem Gehäuse, einem in dem Gehäuse angeordneten Stator mit minde stens zwei Statorwicklungen sowie einem Rotor mit mindestens einer Rotorwicklung, ferner mit einem Oszillator zur Erzeu gung einer Primär-Wechselspannung am Rotor und einem Ana log/Digital-Wandler zur Umsetzung der an den Statorwicklun gen abgreifbaren Sekundärspannungen in eine digitale Winkel information.The invention relates to a resolver arrangement with a Housing, a stator arranged in the housing with min at least two stator windings and a rotor with at least a rotor winding, also with an oscillator for generation a primary AC voltage on the rotor and an Ana log / digital converter to implement the on the stator winding secondary voltages in a digital angle information.

Der Drehmelder, der häufig auch mit den englischen Worten Synchro bzw. Resolver bezeichnet wird, ist seit langem zur Erfassung von Winkelinformationen bekannt und in Gebrauch. Er arbeitet nach dem Prinzip eines Drehtransformators. Dem nach erzeugt er, wenn an der Primärwicklung eine sinusför mige Wechselspannung angelegt wird, an seinen Sekundärwick lungen zwei Wechselspannungen, deren. Amplituden dem Sinus bzw. dem Kosinus des jeweiligen Drehwinkels entsprechen. Diese analogen Ausgangssignale können direkt weiterverarbei tet werden. Für bestimmte Einsatzzwecke sind jedoch Winkel informationen in digitaler Form erforderlich; für diesen Fall werden spezielle Resolver-Digitalwandler eingesetzt, welche aus den Sinus- und Kosinus-Signalen jeweils einen di gitalen Winkelwert ableiten.The resolver, often with the English words Synchro or resolver has been called for a long time Acquisition of angle information known and in use. It works on the principle of a rotary transformer. The after it generates when a sinusoidal on the primary winding AC voltage is applied to its secondary winding two alternating voltages, their. Amplitudes the sine or the cosine of the respective angle of rotation. These analog output signals can be processed directly be tested. However, there are angles for certain purposes information in digital form required; For this Special resolver digital converters are used, which each of the sine and cosine signals a di derive the gital angle value.

Eine derartige Schaltungsanord nung ist beispielsweise in der US-A-3,250,905 beschrieben. Diese bekannten Resolver-Digitalwandler stellen jedoch bis her in jedem Fall eine eigene Schaltungsanordnung dar, die in der betreffenden Anlage untergebracht werden muß. Such a circuit arrangement voltage is described for example in US-A-3,250,905. However, these known resolver-digital converters make up forth in each case a separate circuit arrangement, the must be accommodated in the system in question.

Daneben sind aber auch bereits absolute bzw. inkrementale Winkelschrittgeber bekannt, bei denen am Ausgang ein Winkel signal bereits in digitaler Form vorliegt. Diese Winkel schrittgeber sind somit einfacher in der Ansteuerung und auch in der Verarbeitung der Ausgangssignale. Die meisten Winkelschrittgeber beruhen in ihrem Funktionsprinzip auf ei ner optischen Abtastung der Winkelposition einer drehbaren Codescheibe. Dadurch sind sie jedoch empfindlich gegen me chanische und thermische Umwelteinflüsse, in gewissem Maße auch gegen elektrische Störungen von außen. Obwohl also diese Winkelschrittgeber für viele Anwendungsfälle das ein fachere Bauelement zur Winkelmessung darstellen, ist ihrem Einsatz dort eine Grenze gesetzt, wo extreme Betriebsbedin gungen herrschen, beispielsweise bei starken mechanischen oder thermischen Belastungen, beispielsweise bei Temperatu ren über 80°C. In diesen Fällen können nur die robusteren Drehmelder eingesetzt werden.In addition, there are already absolute or incremental ones Angle step encoder known, where an angle at the output signal already exists in digital form. These angles pacemakers are therefore easier to control and also in the processing of the output signals. Most The principle of operation of an angle encoder is based on egg ner optical scanning of the angular position of a rotatable Code disc. This makes them sensitive to me mechanical and thermal environmental influences, to some extent also against electrical interference from outside. So though this angle encoder for many applications represent more complex component for angle measurement is yours Use set a limit where extreme operating conditions conditions prevail, for example with strong mechanical or thermal loads, for example at temperatu ren above 80 ° C. In these cases, only the more robust ones can Resolvers are used.

Stellt sich nun bei einer Anlage heraus, daß die ursprüng lich vorgesehenen Winkelcodierer den Umgebungsbedingungen nicht standhalten, so ist eine Umrüstung auf Drehmelder je doch mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden, da in der Regel die Abmessungen unterschiedlich sind und insbesondere die Anlage nicht für die Verarbeitung von analogen Winkelsi gnalen ausgelegt ist. Es ist deshalb in solchen Fällen er forderlich, zusätzlich zu dem Austausch des Winkelcodierers gegen einen Drehmelder auch eine Umsetzerschaltung mit einem Resolver-Digitalwandler vorzusehen, was zu erheblichen kon struktiven und schaltungsmäßigen Änderungen mit entsprechen dem Aufwand führt.Now it turns out in a system that the original Lich provided encoder the environmental conditions not withstand, so a conversion to resolver is ever but with considerable difficulties because in the Usually the dimensions are different and in particular the system is not for processing analogue angles gnalen is designed. It is therefore he in such cases required in addition to the replacement of the encoder against a resolver also a converter circuit with a To provide resolver-digital converter, which leads to considerable con structural and circuit changes with the effort.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Drehmelder so zu gestal ten, daß er sowohl konstruktiv als auch elektrisch mit einem Winkelschrittgeber kompatibel ist, also ohne weiteres einen Winkelschrittgeber ersetzen kann, ohne daß konstruktive oder schaltungsmäßige Änderungen der Anlage erforderlich werden.The object of the invention is to design a resolver in this way ten that he is both constructive and electrical with one Angle encoder is compatible, so easily one Can replace angle encoder without constructive or circuit-related changes to the system are required.

Erfindungsgemäß wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß der Oszillator und der Analog/Digital-Wandler in dem gemeinsamen Gehäuse des Drehmelders angeordnet sind. Zweckmäßigerweise wird der Drehmelder mit den erwähnten Schaltungselementen so dimensioniert, daß er in einem handelsüblichen Winkel schrittgebergehäuse untergebracht werden kann. Hierzu ist eine flache Bauform des Drehmelders, also mit geringer Aus dehnung in Axialrichtung, erforderlich, da die Winkel schrittgeber eine solche Form besitzen. Flache Drehmelder- Bauformen sind neuerdings unter anderem mit der Bezeichnung Pancake-Drehmelder bzw. als Flachspulen-Drehmelder im Han del, beispielsweise auch als Hohlwellendrehmelder, wobei im letzteren Falle durch das Fehlen einer eigenen Lagerung eine Verkürzung in Axialrichtung möglich ist.According to the invention this goal is achieved in that the Oscillator and the analog / digital converter in the common Housing of the resolver are arranged. Conveniently the resolver with the circuit elements mentioned so dimensioned that it is at a commercial angle encoder housing can be accommodated. This is a flat design of the resolver, so with little out stretch in the axial direction, required because of the angle pacemakers have such a shape. Flat resolver Types of construction have recently been named, among other things Pancake resolver or as flat coil resolver in the Han del, for example also as a hollow shaft resolver, wherein in the latter case due to the lack of its own storage Shortening in the axial direction is possible.

Die erfindungsgemäß gestaltete Drehmelderanordnung vereinigt somit die Vorteile des robusten Drehmelders mit denen des Winkelschrittgebers, welcher einfacher verarbeitbare Aus gangssignale liefert. Somit kann in allen Bedarfsfällen ein wegen der rauhen Umgebungsbedingungen nicht einsetzbarer bzw. beschädigter Winkelschrittgeber durch einen erfindungs gemäß gestalteten Drehmelder ersetzt werden.The resolver arrangement designed according to the invention combines thus the advantages of the robust resolver with those of the Angle pacemaker, which is easier to process supplies signals. Thus, in all cases of need cannot be used due to the harsh environmental conditions or damaged angle encoder by a fiction according to the designed resolver.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtThe invention is described below using an exemplary embodiment explained in more detail with reference to the drawing. It shows

Fig. 1 einen Drehmelder mit digitalen Ausgangssignalen in perspektivischer Darstellung, wobei das Gehäuse aufgeschnit ten ist, Fig. 1 a resolver with digital output signals in a perspective view, wherein the housing is th aufgeschnit,

Fig. 2 ein Blockschaltbild für einen Drehmelder nach Fig. 1. FIG. 2 shows a block diagram for a resolver according to FIG. 1.

Der in Fig. 1 gezeigte Drehmelder besitzt ein topfförmiges Gehäuse 1, dessen offene Rückseite mit einer Kappe 2 ge schlossen ist. In der vorderseitigen Stirnwand 3 ist über zwei verspannte Kugellager 4 eine Welle 5 gelagert, welche die drehbaren Teile des Drehmelders trägt. Durch die Kappe 2 sind auch die in der Zeichnung nicht sichtbaren Anschlußlei tungen herausgeführt.The resolver shown in Fig. 1 has a cup-shaped housing 1 , the open back of which is closed with a cap 2 ge. A shaft 5 , which carries the rotatable parts of the resolver, is mounted in the front end wall 3 via two tensioned ball bearings 4 . Through the cap 2 , the connecting lines not visible in the drawing are led out.

Der im Gehäuse angeordnete Drehmelderteil besteht aus einem Drehmelder-Stator 6 mit den Statorwicklungen 7 und einem Drehmelder-Rotor 8 mit den Rotorwicklungen 9. Die Zuführung der Primärspannung zur Rotorwicklung erfolgt über einen Transformatorteil, bestehend aus einem Transformator-Stator 10, der durch zwei halbschalenförmige Eisenkerne gebildet ist und eine Transformator-Statorwicklung 11 einschließt, und einem Transformator-Rotor 12 mit einer Rotorwicklung 13.The resolver part arranged in the housing consists of a resolver stator 6 with the stator windings 7 and a resolver rotor 8 with the rotor windings 9 . The primary voltage is supplied to the rotor winding via a transformer part, consisting of a transformer stator 10 , which is formed by two half-shell-shaped iron cores and includes a transformer stator winding 11 , and a transformer rotor 12 with a rotor winding 13 .

Der Drehmelder-Rotor und der Transformator-Rotor sind also über die Welle 5 und die beiden verspannten Lager 4 einsei tig im Gehäuse gelagert, so daß am entgegengesetzten Gehäu seende Platz für eine runde Leiterplatte 14 ist, welche die Elektronik der Drehmelderanordnung aufnimmt. Diese Leiter platte 14 ist an einer Schulter 15 befestigt und trägt die Bauelemente, von denen lediglich einige angedeutet gezeich net sind, beispielsweise ein Resolver/Digital-Wandler 16, ein Gleichspannungswandler 17, ferner die in Fig. 1 nicht sichtbaren Bausteine für einen Oszillator 18 und verschie dene Empfänger- bzw. Treiberbausteine, die in dem Block schaltbild von Fig. 2 noch gezeigt sind. The resolver rotor and the transformer rotor are thus mounted on the shaft 5 and the two braced bearings 4 on one side in the housing, so that there is space at the opposite housing for a round circuit board 14 which accommodates the electronics of the resolver arrangement. This circuit board 14 is attached to a shoulder 15 and carries the components, only a few of which are indicated, for example a resolver / digital converter 16 , a DC / DC converter 17 , and also the components (not shown in FIG. 1) for an oscillator 18 and various receiver or driver modules, which are still shown in the block diagram of FIG. 2.

In dem Blockschaltbild von Fig. 2 ist die elektrische Ver knüpfung der Drehmelderanordnung von Fig. 1 dargestellt. Kernstück ist der eigentliche Drehmelder 20 mit den Stator wicklungen 7 und der Rotorwicklung 9 sowie den Transforma torwicklungen 11 und 13. Über die Transformatorwicklungen wird die Rotorwicklung 9 mit einer Wechselspannung versorgt, die von dem Oszillator 18 erzeugt wird. Dieser wiederum er hält eine symmetrische Spannungsversorgung von +5 V und -5 V von einem Gleichspannungswandler 17, der diese beiden Spannungen aus einer einzigen Eingangsspannung von +5 V am Eingang E erzeugt.In the block diagram of FIG. 2, the electrical linkage of the resolver arrangement of FIG. 1 is shown. The centerpiece is the actual resolver 20 with the stator windings 7 and the rotor winding 9 and the transformer windings 11 and 13 . The rotor winding 9 is supplied with an alternating voltage, which is generated by the oscillator 18 , via the transformer windings. The latter, in turn, maintains a symmetrical voltage supply of +5 V and -5 V from a DC-DC converter 17 , which generates these two voltages from a single input voltage of +5 V at input E.

Der Oszillator 18 ist in üblicher Weise aufgebaut, also mit diskreten Schaltkreisen oder mit einem einzigen, monoli thisch integrierten Oszillator-IC, z. B. AD 2599. Dieser Os zillator erzeugt also, wie erwähnt, eine sinusförmige Wech selspannung zur Erregung des Drehmelders 20. Die Ausgangssi gnale der Statorwicklungen 7 des Drehmelders als Meßsignale werden zusammen mit der Wechselspannung des Oszillators 18 als Referenzspannung dem Resolver/Digital-Wandler 16 zuge führt. Dieser Resolver/Digital-Wandler ist ebenfalls ein handelsübliches Bauelement, das beispielsweise unter der Be zeichnung AD2S90 verfügbar ist.The oscillator 18 is constructed in the usual way, that is, with discrete circuits or with a single, monolithically integrated oscillator IC, for. B. AD 2599. This Os zillator generates, as mentioned, a sinusoidal alternating voltage to excite the resolver 20th The output signals of the stator windings 7 of the resolver as measurement signals are supplied to the resolver / digital converter 16 together with the alternating voltage of the oscillator 18 as the reference voltage. This resolver / digital converter is also a commercially available component, which is available, for example, under the name AD2S90.

Der Resolver/Digital-Wandler gibt inkrementale Winkelinfor mationen über einen symmetrischen Leitungstreiber 21 ab, wie sie von optischen Winkelschrittgebern her bekannt sind. Es handelt sich dabei um die Signale A, B, die gegeneinander um 90° elektrisch versetzt sind, sowie um einen Nullimpuls, wo bei die jeweils invertierten Signale ebenfalls mit ausgege ben werden. The resolver / digital converter outputs incremental angular information via a symmetrical line driver 21 , as is known from optical angular encoders. These are the signals A, B, which are electrically offset from one another by 90 °, and a zero pulse, where the inverted signals are also output.

Außerdem können über die Eingänge "Enable" und "Clock" und den Leitungsempfänger 22 ein Enable-Signal bzw. ein Takt eingegeben werden. Wenn das Enable-.Signal auf logisch 1 liegt, werden über den Ausgang "Data" absolute Winkelinfor mationen ausgegeben. Falls nötig, könnten auch zusätzlich Drehzahl- und Richtungssignale abgegeben werden.In addition, an enable signal or a clock can be entered via the inputs “Enable” and “Clock” and the line receiver 22 . If the enable signal is at logical 1, absolute angle information is output via the "Data" output. If necessary, additional speed and direction signals could also be emitted.

Claims

1. resolver arrangement with a housing ( 1 , 2 ), a stator arranged in the housing with at least two stator windings ( 7 ) and a rotor with at least one rotor winding ( 9 ), furthermore an oscillator ( 18 ) for generating a primary AC voltage on the rotor and an analog / digital converter ( 16 ) for converting the secondary voltages that can be tapped to the stator windings ( 7 ) into digital angle information (A, B), characterized in that the oscillator ( 18 ) and the analog / Digital converters ( 16 ) are arranged in the common housing ( 1 , 2 ) of the resolver.

2. A resolver arrangement according to claim 1, characterized in that in the housing ( 1 , 2 ) a fitted the inner circumference, approximately circular disk-shaped circuit board ( 14 ), the oscillator ( 18 ) and the analog / digital converter ( 16 ) and optionally other Circuit elements carries.

3. resolver arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that an additional DC converter ( 17 ) is provided in the housing for generating one or more additional voltages from a single supply voltage (+5 V).

4. resolver arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the analog / digital converter ( 16 ) via corresponding line receiver ( 22 ) has an input for enable and clock signals with which the output of an absolute angle information also in the form serial data is affected.

5. resolver arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the housing ( 1 , 2 ) corresponds in its measurements from the standard housing of a Winkelscheidge bers.