CN101589295A - 用于测定电机部件位置的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于测定电机的第一电机部件相对于电机的第二电机部件的位置的方法和系统，其中在第一电机部件上在多个位置处测定由第二电机部件的磁体产生的或者至少影响的磁场强度，并由此确定第二电机部件相对于第一电机部件的相对位置，其中在第一电机部件的多个位置处的磁场强度分别局部地测定，其中所述多个位置沿运动方向彼此间隔一定距离，其中每个位置配属于至少两个组中的一个，其中通过多数判定由属于一个组的所测得的值来确定相应的信号值，其中由所述信号值确定所述位置。

Description

用于测定电机部件位置的方法和系统
技术领域
本发明涉及一种方法和系统。
背景技术
在DE 101 35 540 A1中公开了一种用于相对于第二电机部件的位置测定第一电机部件的位置的方法。在此，第二和第一电机部件可以仅作为刚体或刚性结构来实现。在曲线的运行通过方面出现问题。特别是在半径较小时，第二电机部件从轨道远远突出。
发明内容
因此，本发明的目的在于，改进在同步电机中的位置测定。
根据本发明，所述目的由按照权利要求1中给出的特征的方法和按照权利要求7中给出的特征的系统来实现。
关于所述方法本发明的重要特征是，对电机的第一电机部件相对于电机的第二电机部件的位置进行测定，
其中，在第一电机部件上在多个位置处测定由第二电机部件的磁体产生的或者至少影响的磁场强度和由此确定第二电机部件相对于第一电机部件的相对位置，
其中在第一电机部件的多个位置处分别局部/当地地测定所述磁场强度，其中所述多个位置沿运动方向彼此间隔一定距离，
其中每个位置配属于至少两个组中的一个，
其中通过多数判定，由属于一个组的所测得的值来确定相应的信号值，
其中由所述信号值确定所述位置。
其中优点在于，第二电机部件可由不同单元组成，例如多个彼此连接的托架/小车(Wagen)，在此每个单元例如具有一规则的磁体排列/布置。然而当向下一个托架过渡时在托架之间在连接区域内以规则的方式设置有空隙。
因此所述单元或托架可装备有轮子，从而可在曲折的轨道上运行。特别是在半径较小时，第二电机部件因此仅无关紧要地从轨道远远突出。
线性电机的整个反应部件特别是亦即第二电机部件不是绝对必须由刚体实施的，而是可将连接起来的托架列用作第二电机部件。在所述单元的连接区域中不必设置磁体。
轨道例如可包括直线的和曲线形的轨线段。第一电机部件优选设置在直线的轨线段中。在此该轨道还可设计成闭合的，其中在这种情况下托架列同样也可设计成闭合的。例如也可将分选装置的分选器用作托架。
借助于可结合成组的测量位置，可由所述测量位置确定配属于各个组的各个信号，使得尽管(存在)空隙仍可以以规则的方式产生不受空隙干扰的信号。对此还应用多数判定。在此，优选地如此产生三个信号，使得所述信号以120°在空间上相移。在第二电机部件以恒定速度运动时，由此产生三个在时间上有120°相位差的信号。通过观察信号的时间曲线，甚至可以确定运动方向和运动速度。这三个信号可用于调节第一电机部件——特别是初级部件——的绕组的电流。在此，所述绕组可相应于一三相交流电机、特别是卷绕成线性结构的三相交流电机来运转。将所述信号例如输送给为绕组供电的变频器的控制电路。将由变频器分别施加到绕组上的电压用作控制电路的调节参数。调节偏差可通过绕组电流的实际值与额定值的偏差来给定。
优选这样使磁体磁化，使得磁化方向横向于运动方向地指向第一电机部件。在此最相邻的磁体具有分别相反的磁化方向。
在一种有利的设计方案中，每个组配设有三个或多个位置。其中优点在于，两个空缺的磁体对信号曲线没有影响。因此，可在规则的排列之间设置较大的空隙。优选地，所述空隙的长度等于磁体排列的周期长度。
在一种有利的设计方案中，组的数量为3，特别是其中每个组配设有三个位置。其中优点在于，两个空缺的磁体可借助组形成和多数判定来消除。
在一种有利的设计方案中，磁体规则地排列。其中优点在于，可产生波动少的牵引力。
在一种有利的设计方案中，各个组中的所述位置分别规则地彼此间隔一定距离地沿运动方向布置。其中优点在于，两个或多个传感器可以组成传感器系统，其中所述两个或多个传感器系统特别是以规则的间距沿运动方向顺序布置。因此可从每个传感器系统中选出一个传感器，该传感器的传感器信号可与所有其他传感器系统的相应传感器的传感器信号一起作为一个组输送给多数判定器件。
在一种有利的设计方案中，所有位置规则地彼此间隔一定距离地沿运动方向布置。其中优点在于，可减少牵引力的波动。
关于所述系统重要特征是，所述系统具有线性电机，所述线性电机具有用于测定第一电机部件特别是初级部件相对于第二电机部件特别是次级部件的位置的装置，
其中在第一电机部件上在多个位置处设置有指向第二电机部件的磁场传感器，
其中第二电机部件沿运动方向包括一其中设置有沿运动方向彼此间隔一定距离的磁体的区域，
其中所述区域的一分区没有磁体，
其中在所述区域中磁体在所述分区之外以间距b彼此规则地间隔开，特别是其中重心和/或中心分别相对于最相邻的磁体具有间距b，
其中所述分区的长度在运动方向上大于或至少等于所述间距b，特别是大于或至少等于间距b的长度值，
其中与所述磁场传感器连接有用于确定第二电机部件相对于第一电机部件的相对位置的器件。
其中优点在于，在所述分区中，可在组成第二电机部件的单元之间设置有连接装置或其他装置。因此，所述单元例如托架可以这样连接，使得沿运动方向可在直线的轨线段上运行通过随后的曲折的轨线段。
在一种有利的设计方案中，用于确定相对位置的器件包括用于多数判定的器件，该用于多数判定的器件分别与一组传感器相连接，
其中每个传感器配属于至少两个组中的一个。
其中优点在于，通过一起设置相当大的组的传感器以产生不受干扰的磁迹信号(Spursignal)，可排除由空隙引起的干扰。
在一种有利的设计方案中，初级部件为绕组，次级部件为作为磁体的永磁体。其中优点在于，所述电机设计成线性同步电机。
在一种有利的设计方案中，所述分区的长度在运动方向上大于或至少等于间距b的两倍，特别是间距b的长度值的两倍。其中优点在于，可以在磁体的规则排列中省略两个磁体，并利用具有传感器的三组测量位置使所引起的测量误差不起作用。
在一种有利的设计方案中，其中所述分区的长度沿运动方向大于或至少等于间距b的n倍，特别是间距b的长度值的n倍，其中n是大于1的整数，其中组的数量是n+1。特别是磁场传感器的数量是3n+3。其中优点在于，较大的空隙也可通过较大的组数来控制和可产生用于位置的确定的不受干扰的信号。
在一种有利的设计方案中，次级部件包括磁迹(Magnetspur)，该磁迹引起的磁场分量由传感器来检测。特别是磁迹包括位置信息编码。其中优点在于，特别是在额外应用游标原理的情况下实现了较高的精确性。
由从属权利要求中可得出更多优点。本发明不局限于权利要求的特征组合。特别是从所提出的目的和/或通过与现有技术背景相比较所提出的目的中，本领域专业人员可得出权利要求和/或各个权利要求特征和/或说明书特征和/或附图特征的其他有利的组合的可能性。
附图说明
附图标记列表：
N   北极
S   南极
10  空隙
A   霍尔传感器
B   霍尔传感器
C   霍尔传感器
A1  霍尔传感器
B1  霍尔传感器
C1  霍尔传感器
A2  霍尔传感器
B2  霍尔传感器
C2  霍尔传感器
A3  霍尔传感器
B3  霍尔传感器
C3  霍尔传感器
xp  周期长度
x   运动方向
具体实施方式
现在借助附图更详细地阐述本发明：
电机包括第一电机部件，该第一电机部件包括多个绕组以产生交变磁场。
在图1中示出了第二电机部件的磁体。这些磁体被交替磁化，从而垂直于运动方向交替地出现北极N和南极S。磁体的排列以周期长度xp规则地设计，其中磁体分别以间距b＝xp/2相继地设置。在此，该排列具有有限的长度。此外还设置有空隙10。
沿运动方向相对于第一电机部件不可相对运动地设置有三个霍尔传感器(A、B、C)。这些霍尔传感器以各个间距a彼此规则地间隔开和在第二电机部件相对于第一电机部件运动时产生信号，该信号示意性地在图2中示出，其中空隙在此不存在。当存在空隙10时，磁迹(Spur)A、B、C的信号在低(LOW)状态下是相当长的。
该间距a优选为xp/3＝a。
在图3中描述了本发明的一种优选实施例。在此，霍尔传感器的三个系统以规则的间距沿运动方向顺序设置。第一系统包括三个霍尔传感器(A1、B1、C1)，第二系统包括三个霍尔传感器(A2、B2、C2)，第三系统包括三个霍尔传感器(A3、B3、C3)。这些系统以周期长度xp顺序设置，亦即霍尔传感器A1相对于霍尔传感器A2具有间距xp。
现在在本发明中由下述方式产生持续的磁迹信号，即，对霍尔传感器A1、A2和A3的信号进行逻辑运算，其中逻辑运算结果通过多数判定来确定。如果多数具有在图4中示为0的低(LOW)电平，那么将0、即低(LOW)配设给磁迹信号A。如果霍尔传感器A1、A2和A3中的多数具有在图4中示为1的高(HIGH)电平，那么将1、即高(LOW)配设给磁迹信号A。类似地，将霍尔传感器B1、B2和B3的信号逻辑运算成磁迹信号B，同样将霍尔传感器C1、C2、C3的信号逻辑运算成磁迹信号C。其中分别应用多数判定。
通过这种方式，尽管在图3中示出两个空隙10，也可产生不存在空缺的磁迹信号A、B、C。因此，可设计相对于第一电机部件可动设置的第二电机部件的位置的确定。在此可排除由空隙引起的干扰。
在另外的有利实施例中，这些系统彼此以其他的间距来设置，该间距分别为xp的整数倍。
在其他的有利实施例中，特别是在应用用于对分别感应在由初级部件包括的线圈绕组中的电压进行确定的器件的情况下，将该线圈绕组本身用作磁场传感器。由此能以有利的方式节省构件。

Claims (16)

1.一种用于对电机的第一电机部件相对于电机的第二电机部件的位置进行测定的方法，
其中，在所述第一电机部件上在多个位置处测定由所述第二电机部件的磁体产生的或者至少影响的磁场强度，并由此确定所述第二电机部件相对于所述第一电机部件的相对位置，
其特征在于，
在所述第一电机部件的多个位置处分别局部地测定所述磁场强度，其中所述多个位置沿运动方向彼此间隔一定距离，
其中每个位置配属于至少两个组中的一个，
其中通过多数判定由属于一个组的所测得的值来确定相应的信号值，
其中由所述信号值确定所述位置。
2.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，每个组配设有三个或多个位置。
3.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，所述组的数量为3，特别是其中每个组配设有三个位置。
4.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，所述磁体规则地排列。
5.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，相应组中的各个位置分别规则地彼此间隔一定距离地沿运动方向布置。
6.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，所有位置规则地彼此间隔一定距离地沿运动方向布置。
7.一种包括线性电机的系统，所述线性电机具有用于对第一电机部件特别是初级部件相对于第二电机部件特别是次级部件的位置进行测定的装置，
其中在所述第一电机部件上在多个位置处设置有指向所述第二电机部件的磁场传感器，
其中所述第二电机部件沿运动方向包括一区域，在该区域中设置有沿运动方向彼此间隔一定距离的磁体，
其中所述区域的一分区没有磁体，
其中磁体在所述区域中在所述分区之外以间距b彼此规则地间隔开，特别是其中重心和/或中心分别相对于最相邻的磁体具有间距b，
其中所述分区的长度在运动方向上大于或至少等于间距b、特别是间距b的长度值，
其中用于确定第二电机部件相对于第一电机部件的相对位置的器件与磁场传感器相连接。
8.根据前述权利要求中至少一项所述的系统，其特征在于，所述用于确定相对位置的器件包括用于多数判定的器件，该用于多数判定的器件分别与一组传感器相连接，
其中每个传感器配属于至少两个组中的一个。
9.根据前述权利要求中至少一项所述的系统，其特征在于，所述初级部件为绕组，所述次级部件为作为磁体的永磁体。
10.根据前述权利要求中至少一项所述的系统，其特征在于，所述电机为线性同步电机。
11.根据前述权利要求中至少一项所述的系统，其特征在于，所述分区的长度在运动方向上大于或至少等于间距b的两倍，特别是间距b的长度值的两倍。
12.根据前述权利要求中至少一项所述的系统，其特征在于，所述分区的长度在运动方向上大于或至少等于间距b的n倍，特别是间距b的长度值的n倍，其中n是大于1的整数，其中所述组的数量是n+1。
13.根据前述权利要求中至少一项所述的系统，其特征在于，磁场传感器的数量是3n+3。
14.根据前述权利要求中至少一项所述的系统，其特征在于，所述次级部件包括磁迹，该磁迹引起的磁场分量由传感器来检测。
15.根据前述权利要求中至少一项所述的系统，其特征在于，所述磁迹包括位置信息编码。
16.根据前述权利要求中至少一项所述的系统，其特征在于，特别是在应用用于对分别感应在由初级部件包括的线圈绕组中的电压进行确定的器件的情况下，将该线圈绕组本身用作磁场传感器。
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