阅读说明：本技术 用于产生旋转位置信号的定位装置以及用于产生用于旋转变压器的激励信号的激励装置 (Positioning device for generating a rotational position signal and excitation device for generating an excitation signal for a resolver ) 是由 里斯托·泰恩 马蒂·伊斯卡纽斯 于 2020-02-20 设计创作，主要内容包括：本发明提出了一种用于产生指示旋转变压器的旋转位置的位置信号的定位装置(101)。该定位装置包括：信号接口(102),其用于从旋转变压器接收交变信号(V_cos、V_sin)；以及处理系统(103),其用于基于交变信号的位置相关的振幅和指示旋转变压器的激励信号(V_exc)的极性的极性信息来生成位置信号。处理系统被配置为识别交变信号中的一个或两个交变信号的波形上的极性指示符(诸如频率或相位变化),并基于识别出的极性指示符来确定极性信息。这样,与激励信号有关的极性信息被包括在交变信号中,并且因此不需要用于将极性信息传送到定位装置的单独的信令信道。(The invention proposes a positioning device (101) for generating a position signal indicative of a rotational position of a resolver. The positioning device includes: a signal interface (102) for receiving an alternating signal (V _ cos, V _ sin) from a resolver; and a processing system (103) for generating a position signal based on the position-dependent amplitude of the alternating signal and polarity information indicative of the polarity of the excitation signal (V _ exc) of the resolver. The processing system is configured to identify a polarity indicator (such as a frequency or phase change) on a waveform of one or both of the alternating signals, and determine polarity information based on the identified polarity indicator. In this way, the polarity information relating to the excitation signal is included in the alternating signal and therefore no separate signalling channel for communicating the polarity information to the positioning device is required.)

用于产生旋转位置信号的定位装置以及用于产生用于旋转变 压器的激励信号的激励装置

技术领域

本发明涉及一种用于产生指示旋转变压器(resolver)的旋转位置的位置信号的定位装置。此外，本发明涉及一种用于产生用于旋转变压器的激励信号的激励装置。

背景技术

电驱动系统通常包括用于驱动致动器的电动机器和用于控制该电动机器的变换器。致动器可以是例如移动机器的轮或链轨或不动机器的工具。变换器可以是例如频率变换器。在许多情况下，电驱动系统包括用于检测电动机器的转子的旋转位置的旋转变压器，并且变换器被配置为至少部分地基于检测到的转子的旋转位置来控制电动机器的操作。旋转变压器可以是例如可变磁阻“VR”旋转变压器，该可变磁阻“VR”旋转变压器接收交变激励信号并产生第一交变信号和第二交变信号，第一交变信号和第二交变信号的振幅取决于旋转变压器的旋转位置，使得第一交变信号和第二交变信号的包络线具有相互的相移。可变磁阻旋转变压器的优点在于，在旋转变压器的转子中不需要绕组。然而，旋转变压器还可以是绕线型转子旋转变换器，该绕线转子旋转变换器包括用于将激励信号传送到旋转变压器的转子绕组的电刷或旋转变换器。变换器被配置为将激励信号传输到旋转变压器，并从旋转变压器接收上述第一交变信号和第二交变信号，并基于第一交变信号和第二交变信号的振幅以及旋转变压器的上述激励信号的极性生成指示旋转位置的位置信号。

在许多电驱动系统中，电动机器是包括两个或更多个绕组系统的多绕组机器，这两个或更多个绕组系统中的每个绕组系统都被供应有单独的变换器。电动机器可以包括例如两个三相定子绕组，使得在两个三相定子绕组的相应磁轴之间存在30电度数的角度。在上述种类的电驱动系统中，这些变换器中的每个变换器都需要指示电动机器的转子的旋转位置的信息。通常，变换器诸如例如频率变换器包括信号传送接口，信号传送接口用于将激励信号传输到旋转变压器，并且用于从旋转变压器接收交变信号，交变信号的振幅取决于旋转变压器的旋转位置，使得交变信号的包络线具有相互的相移。一种简单的方法是使用与变换器一样多的旋转变压器，但是对所有变换器使用单个旋转变压器将更具成本效益。此外，从产品组合管理的角度来看，有利的是，相互相似的变换器可以用于电动机器的不同绕组系统。

发明内容

以下呈现了简化的发明内容，以便提供对多个发明实施例的一些方面的基本理解。该发明内容不是本发明的广泛概述。它既不旨在确定本发明的关键或重要元素，也不旨在描绘本发明的范围。以下发明内容仅以简化形式呈现了本发明的一些概念作为示例性实施例的更详细描述的序言。

根据本发明，提供了一种用于产生指示旋转变压器的旋转位置的位置信号的新的定位装置。根据本发明的定位装置包括：

-信号接口，其用于接收第一交变信号和第二交变信号，所述第一交变信号和第二交变信号的振幅取决于所述旋转变压器的旋转位置，使得所述第一交变信号和第二交变信号的包络线具有相互的相移，以及

-处理系统，其用于基于所述第一交变信号和第二交变信号的振幅以及基于指示所述旋转变压器的激励信号的极性的极性信息来生成所述位置信号。

所述定位装置的处理系统被配置为：

-识别所述第一交变信号的波形和/或所述第二交变信号的波形上的极性指示符，诸如例如频率变化或相位变化，以及

-基于识别出的极性指示符确定所述极性信息。

因为表示激励信号的极性的极性信息被包括在第一交变信号和第二交变信号中，所以不需要用于将极性信息传送到定位装置的单独的信令信道。

根据本发明，还提供了一种用于产生用于旋转变压器的激励信号的新的激励装置。根据本发明的激励装置包括：

-信号发生器，其用于产生所述激励信号，

-信号接口，其用于将所述激励信号传输到所述旋转变压器，以及

-调制器，其用于调制所述激励信号的波形以包含极性指示符，当在作为所述激励信号乘以具有未知符号的增益的信号上检测到所述极性指示符时，所述极性指示符表示所述激励信号的极性。

根据本发明，还提供了一种用于控制电动机器的绕组系统的电压的新的变换器。所述变换器可以是例如频率变换器。根据本发明的变换器包括根据本发明的定位装置和/或根据本发明的激励装置。

根据本发明，还提供了一种新的变换器系统，所述变换器系统包括两个或更多个根据本发明的用于控制一个或多个电动机器的两个或更多个绕组系统的电压的变换器。

在根据示例性和非限制性实施例的变换器系统中，每个变换器包括根据本发明的定位装置和根据本发明的激励装置。在这种示例性情况下，变换器之一被配置为将激励信号传输到与电动机器连接的旋转变压器，并且所有变换器都被配置为从旋转变压器接收交变信号，该交变信号的振幅取决于旋转变压器的旋转位置，使得交变信号的包络线具有相互的相移。因此，需要仅一个旋转变压器。此外，变换器可以彼此相似。

根据本发明，还提供了一种新的电驱动系统，所述电驱动系统包括：

-一个或多个电动机器，其包括两个或更多个绕组系统，

-旋转变压器，其用于检测所述一个或多个电动机器的旋转位置，以及

-根据本发明的用于控制所述一个或多个电动机器的变换器系统。

电驱动系统可以包括例如具有至少两个绕组系统的电动机器，使得绕组系统的相应磁轴的方向彼此不同。电动机器可以包括例如两个三相定子绕组，使得在两个三相定子绕组的相应磁轴之间存在30电度数的角度。然而，还可能存在两个或更多个电动机器，使得电动机器的轴直接机械地互连或与齿轮机械地互连，使得轴的旋转位置彼此约束。

根据本发明，还提供了一种用于产生指示旋转变压器的旋转位置的位置信号的新方法。根据本发明的方法包括：

-从旋转变压器接收第一交变信号和第二交变信号，所述第一交变信号和第二交变信号的振幅取决于所述旋转变压器的旋转位置，使得所述第一交变信号和第二交变信号的包络线具有相互的相移；以及

-识别所述第一交变信号的波形和/或第二交变信号的波形上的极性指示符，以及

-基于识别出的极性指示符来确定指示所述旋转变压器的激励信号的极性的极性信息，以及

-基于所述第一交变信号和第二交变信号的振幅以及所述极性信息生成所述位置信号。

在所附从属权利要求中描述了各种示例性和非限制性实施例。

当结合附图阅读时，根据对具体示例性和非限制性实施例的以下描述，将最好地理解关于构造和操作方法以及其附加目标和优点的示例性和非限制性实施例。

动词“包括”和“包含”在本文中用作开放式限制，其既不排除也不要求存在未记载的特征。除非另有明确说明，否则从属权利要求中记载的特征可以相互自由组合。此外，应当理解，全文中“一”或“一个”(即，单数形式)的使用并不排除多个。

附图说明

在本文中以示例的方式并参考附图来详细说明示例性和非限制性实施例及其优点，其中：

图1示出了根据示例性和非限制性实施例的包括定位装置的电驱动系统的示意图以及根据示例性和非限制性实施例的激励装置，

图2a、图2b和图2c示出了由根据示例性和非限制性实施例的激励装置生成的激励信号的示例性波形以及由旋转变压器产生的交变信号的对应示例性波形，以及

图3示出了根据示例性和非限制性实施例的用于产生指示旋转变压器的旋转位置的位置信号的方法的流程图。

具体实施方式

在以下描述中提供的特定示例不应被解释为限制随附的权利要求的范围和/或适用性。除非另有明确说明，否则说明书中提供的示例的列表和组不是穷举性的。

图1示出了根据示例性和非限制性实施例的电驱动系统100的示意图。电驱动系统包括电动机器110，该电动机器包括两个绕组系统。在这种示例性情况下，电动机器包括两个三相定子绕组，使得在两个三相定子绕组的相应磁轴之间存在30电度数的角度。电动机器110可以是例如但不一定是永磁同步机器、电激励的同步机器、感应机器或同步磁阻机器。电动机器110被布置成驱动致动器111。致动器111可以是例如但不一定是轮子、链轨、液压泵、木材削片机器的切割器或一些其他致动器。

电驱动系统100包括用于检测电动机器110的转子的旋转位置的旋转变压器112。旋转变压器112可以是例如可变磁阻“VR”旋转变压器。然而，旋转变压器还可以是绕线转子旋转变压器，该绕线转子旋转变压器包括用于将激励信号传送到旋转变压器的转子绕组的电刷或旋转变压器。旋转变压器112接收交变激励信号V_exc并产生第一交变信号V_cos和第二交变信号V_sin，第一交变信号和第二交变信号的振幅取决于旋转变压器112的旋转位置，使得第一交变信号和第二交变信号的包络线具有相互的相移。激励信号V_exc以及第一交变信号V_cos和第二交变信号V_sin可以用以下公式建模：

其中，t是时间，V是激励信号V_exc的振幅，TR是旋转变压器112的激励绕组与旋转变压器112的输出绕组之间的最大变比，是激励信号V_exc的依时性相位，是由旋转变压器112中的铁和铜的损耗引起的相移，并且Θ是旋转变压器112的转子的电旋转角。激励信号V_exc的频率可以是依时性的或恒定的。相应地，激励信号V_exc的振幅V可以是恒定的或依时性的。在借助于等式1示出的示例性情况下，第一交变信号V_cos和第二交变信号V_sin的包络线之间的上述相移是90度的电角度Θ。

电驱动系统100包括用于控制电动机器110的两个绕组系统的电压的变换器系统。变换器系统包括用于控制绕组系统中的第一绕组系统的电压的变换器108和用于控制绕组系统中的第二绕组系统的电压的变换器109。在这种示例性情况下，这些变换器中的每个变换器都是频率变换器。

变换器108包括：用于产生可控制的交变电压的逆变器级115；用于对供应到变换器108的交变电压进行整流的整流器级113；以及在整流器级113和逆变器级115之间的中间电路114。变换器108还包括用于产生用于旋转变压器112的激励信号V_exc的激励装置104。激励装置104包括用于生成激励信号V_exc的信号发生器105和用于将激励信号V_exc传输到旋转变压器112的信号接口106。激励装置104还包括调制器107，该调制器用于对激励信号V_exc的波形进行调制以包含极性指示符，当在为激励信号V_exc乘以具有未知符号的增益的信号上检测到极性指示符时，该极性指示符能够表示激励信号V_exc的极性。具有未知符号的增益是以上等式1中呈现的TRcos(Θ)或TRsin(Θ)。

变换器108包括定位装置151，该定位装置用于产生指示旋转变压器112的旋转位置的第一位置信号。变换器108的逆变器级115包括控制系统，该控制系统用于基于第一位置信号和其他控制量诸如例如下述项来控制供应给电动机器110的绕组系统中的第一绕组系统的电压：测量或估计的电动机器110的转速、测量或估计的由电动机器110生成的转矩、参考速度、参考转矩、和/或一个或多个其他控制量。

变换器108的定位装置151包括：信号接口152，用于接收第一交变信号V_cos和第二交变信号V_sin；以及处理系统153，用于基于第一交变信号V_cos和第二交变信号V_sin的振幅以及激励信号V_exc的极性来生成上述第一位置信号。将激励信号V_exc在给定时刻的极性(即，符号)与第一交变信号V_cos和第二交变信号V_sin在该时刻的极性进行比较，以便查明等式1所示的cos(Θ)是正值还是负值，并查明sin(Θ)是正值还是负值。当确定旋转变压器112的旋转位置时，还可以考虑等式1所示的相移 的值可以是根据经验确定的值，可以将其提供给处理系统103作为校正参数。

变换器109包括逆变器级、整流器级以及在整流器级和逆变器级之间的中间电路。变换器109包括定位装置101，该定位装置用于产生指示旋转变压器112的旋转位置的第二位置信号。变换器109的逆变器级基于第二位置信号和一个或多个其他控制量来控制被供应到电动机器110的绕组系统中的第二绕组系统的电压。

变换器109的定位装置101包括信号接口102，该信号接口用于接收第一交变信号V_cos和第二交变信号V_sin。定位装置101还包括处理系统103，该处理系统用于基于第一交变信号V_cos和第二交变信号V_sin的振幅以及指示激励信号V_exc的极性的极性信息来生成上述第二位置信号。处理系统103被配置为识别第一交变信号V_cos的波形和/或第二交变信号V_sin的波形上的极性指示符。处理系统103被配置为基于识别出的极性指示符来确定极性信息。因为表示激励信号V_exc的极性的极性信息被包括在第一交变信号V_cos和第二交变信号V_sin中，所以不需要用于将极性信息传送到定位装置101的单独的信令信道。

在图1所示的示例性变换器系统中，变换器109包括激励装置154，该激励装置包括信号发生器155、用于控制信号发生器155的调制器157、以及用于传输产生的激励信号的信号接口106。在图1所示的示例性情况下，变换器109的激励装置154未使用，并且变换器108的定位装置151被布置成直接从变换器108的激励装置104接收激励信号V_exc。在定位装置151类似于定位装置101的示例性情况下，不需要使定位装置151能够直接从激励装置104接收激励信号V_exc的布置。激励装置104和154有利地彼此相似，并且定位装置101和151有利地彼此相似。在这种示例性情况下，变换器108和109可以彼此相似。

定位装置101的处理系统103以及定位装置151的处理系统153可以用一个或多个处理器电路实现，一个或多个处理器电路中的每个处理器电路可以是：装备有适当的软件的可编程处理器电路；专用硬件处理器，诸如例如特殊用途集成电路“ASIC”；或者可配置的硬件处理器，诸如例如现场可编程门阵列“FPGA”。此外，处理系统103以及处理系统153可以包括一个或多个存储器装置，诸如例如随机存取存储器“RAM”。相应地，调制器107以及调制器157可以包括一个或多个处理器电路和一个或多个存储器装置。

图2a示出了由根据示例性和非限制性实施例的激励装置生成的激励信号V_exc的示例性波形。此外，图2a示出了由图1所示的旋转变压器112产生的第一交变信号V_cos和第二交变信号V_sin的对应的示例性波形。在这种示例性情况下，图1所示的调制器107被配置为调制激励信号V_exc的波形以包含频率变化，使得激励信号V_exc在每个频率变化出现的时候具有预定极性。因此，激励信号V_exc的频率

是变化的。在图2a所示的示例性情况下，每个频率变化之后的第一脉冲为正值。图2a示出了两个频率变化，并且在这些频率变化之后的第一脉冲用附图标记221和222表示。在图2a所示的示例性情况下，激励信号V_exc的频率具有两个可能的值，即，图1所示的信号发生器105是根据0101……频移键控“FSK”而被控制的。还可以使用多于两个频率值。

在根据示例性和非限制性实施例的定位装置中，图1所示的处理系统103被配置为识别第一交变信号V_cos的频率变化和/或第二交变信号V_sin的频率变化，并基于识别出的频率变化来确定激励信号V_exc的极性。如图2a所示，第一交变信号V_cos的与激励信号V_exc的脉冲221和222对应的脉冲为负值。因此，处理系统103可以确定等式1中所示的cos(Θ)在从t2到t4的时间段期间为负值。如图2a所示，第二交变信号V_sin的与激励信号V_exc的脉冲221对应的脉冲为正值，并且第二交变信号V_sin的与激励信号V_exc的脉冲222对应的脉冲为负值。因此，处理系统103可以确定等式1中所示的sin(Θ)在从t1到t3的时间段期间为正值，而在从t3到第二交变信号V_sin的振幅为零的下一时刻的时间段期间为负值。

图2b示出了由根据示例性和非限制性实施例的激励装置生成的激励信号V_exc的示例性波形。此外，图2b示出了由图1所示的旋转变压器112生成的第一交变信号V_cos和第二交变信号V_sin的对应的示例性波形。在这种示例性情况下，图1所示的调制器107被配置为调制激励信号V_exc的波形以包含相位变化，使得激励信号V_exc在每个相位变化出现的时候具有预定极性。在图2b所示的示例性情况下，每个相位变化之后的第一脉冲为正值。图2b示出了两个相位变化，并且在这些相位变化之后的第一脉冲用附图标记223和224表示。在图2b所示的示例性情况下，激励信号V_exc的相位具有许多可能的值，即，图1所示的信号发生器105是根据相移键控“PSK”而被控制的。

在根据示例性和非限制性实施例的定位装置中，图1所示的处理系统103被配置为识别第一交变信号V_cos的相位变化和/或第二交变信号V_sin的相位变化，并基于识别出的相位变化来确定激励信号V_exc的极性。如图2b所示，第一交变信号V_cos的与激励信号V_exc的脉冲223和224对应的脉冲为负值。因此，处理系统103可以确定等式1中所示的cos(Θ)在从t2到t4的时间段期间为负值。如图2b所示，第二交变信号V_sin的与激励信号V_exc的脉冲223对应的脉冲为正值，并且第二交变信号V_sin的与激励信号V_exc的脉冲224对应的脉冲为负值。因此，处理系统103可以确定等式1中所示的sin(Θ)在从t1到t3的时间段期间为正值，而在从t3到第二交变信号V_sin的振幅为零的下一时刻的时间段期间为负值。

在根据示例性和非限制性实施例的定位装置中，图1所示的处理系统103被配置为构成零交叉检测器，该零交叉检测器用于识别第一交变信号V_cos的波形的零交叉和/或第二交变信号V_sin的波形的零交叉，以识别上述频率变化或上述相位变化。

图2c示出了由根据示例性和非限制性实施例的激励装置生成的激励信号V_exc的示例性波形。此外，图2c示出了由图1所示的旋转变压器112产生的第一交变信号V_cos和第二交变信号V_sin的对应的示例性波形。在这种示例性情况下，图1所示的调制器107被配置为调制激励信号V_exc的波形以包含预定波形图案，使得激励信号V_exc在每个预定波形图案出现的时候具有预定的极性。在图2c所示的示例性情况下，预定波形图案包括激励信号V_exc的正脉冲和随后的负脉冲，使得这些脉冲的振幅大于激励信号V_exc的相邻脉冲的振幅。图2c示出了两个波形图案225和226。在图2c所示的示例性情况下，信号发生器105是根据振幅调制被控制的。构成预定波形图案的正脉冲和负脉冲的振幅需要如此高使得在d(sin(Θ))/dt或d(cos(Θ))/dt达到其最大绝对值的情况下也可以在第一交变信号V_cos和第二交变信号V_sin的波形上识别预定波形图案。

在根据示例性和非限制性实施例的定位装置中，图1所示的处理系统103被配置为将第一交变信号V_cos的波形和/或第二交变信号V_sin的波形与上述预定波形图案进行比较，并且响应于上述比较中的匹配，基于与预定波形图匹配的第一交变信号的一部分和/或第二交变信号的一部分来确定激励信号V_exc的极性。例如，处理系统103可以被配置为将V_cos或V_sin的连续正脉冲的振幅彼此进行比较以及将连续负脉冲的振幅彼此进行比较，以识别具有相反极性的连续脉冲的振幅大于相邻脉冲的振幅的情况。如图2c所示，第一交变信号V_cos的与激励信号V_exc的波形图案225和226对应的脉冲相对于激励信号V_exc的波形图案225和226的对应脉冲具有相反的极性。因此，处理系统103可以确定等式1中所示的cos(Θ)在从t2到t4的时间段期间为负值。如图2c所示，第二交变信号V_sin的与激励信号V_exc的波形图案225对应的脉冲与激励信号V_exc的波形图案225的对应脉冲具有相同的极性，并且第二交变信号V_sin的与激励信号V_exc的波形图案226对应的脉冲相对于波形图案226的对应脉冲具有相反的极性。因此，处理系统103可以确定等式1中所示的sin(Θ)在从t1到t3的时间段期间为正值，并且在从t3到第二交变信号V_sin的振幅为零的下一时刻的时间段期间为负值。

在根据示例性和非限制性实施例的激励装置中，图1所示的调制器107被配置为接收第一交变信号V_cos和第二交变信号V_sin，并在第一交变信号V_cos和第二交变信号V_sin的包络线的零交叉处改变激励信号V_exc的频率。激励信号V_exc的频率可以具有例如四个可能的频率值f₁、f₂、f₃和f₄，使得当等式1中所示的cos(Θ)和sin(Θ)都为正值时激励信号的频率为f1，当cos(Θ)≤0且sin(Θ)＞0时频率为f₂，当cos(Θ)＞0且sin(Θ)≤0时频率为f₃，并且当cos(Θ)≤0且sin(Θ)≤0时频率为f₄。在这种示例性情况下，激励信号V_exc的频率直接指示cos(Θ)和sin(Θ)的符号。激励信号V_exc的频率间接地充当极性指示符，使得激励信号V_exc的极性为例如：第一交变信号V_cos的极性——当频率为f₁或f₃时；以及与第一交变信号V_cos的极性相反——当频率为f₂或f₄时。在根据示例性和非限制性实施例的定位装置中，图1所示的处理系统103被配置为识别第一交变信号V_cos的频率和/或第二交变信号V_sin的频率，其中，识别出的频率指示cos(Θ)和sin(Θ)的符号并且表示极性信息，该极性信息以上述方式指示激励信号的极性。

图3示出了根据示例性和非限制性实施例的用于产生指示旋转变压器的旋转位置的位置信号的方法的流程图。该方法包括以下动作：

-动作301：从旋转变压器接收第一交变信号和第二交变信号，第一交变信号和第二交变信号的振幅取决于旋转变压器的旋转位置，使得第一交变信号和第二交变信号的包络线具有相互的相移，

-动作302：识别第一交变信号的波形和/或第二交变信号的波形上的极性指示符，

-动作303：基于识别出的极性指示符，确定指示旋转变压器的激励信号的极性的极性信息，以及

-动作304：基于第一交变信号和第二交变信号的振幅以及极性信息，生成指示旋转变压器的旋转位置的位置信号。

在根据示例性和非限制性实施例的方法中，识别极性指示符包括识别第一交变信号的相位变化或频率变化和/或第二交变信号的相位变化或频率变化。在根据该示例性和非限制性实施例的方法中，基于识别出的相位变化或识别出的频率变化来确定极性信息。

在根据示例性和非限制性实施例的方法中，识别极性指示符包括将第一交变信号的波形和/或第二交变信号的波形与预定波形图案进行比较。在根据该示例性和非限制性实施例的方法中，基于与预定波形图案匹配的第一交变信号的一部分和/或第二交变信号的一部分来确定极性信息。

在以上给出的描述中提供的特定示例不应被解释为限制所附权利要求的范围和/或适用性。除非另外明确指出，否则在以上给出的描述中提供的示例的列表和组不是穷举性的。