CN102597705B - 绝对值角度测量系统 - Google Patents

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Abstract

公开了用于确定直接驱动的转动元件(10)的转动角度的绝对值角度测量系统(1)。在转动元件(10)上安置有大量角度标记(13)，其中，所述角度标记(13)中的至少一部分通过永磁体(12)形成。带有永磁体(12)的转动元件(10)形成转子，驱动装置主单元(30)根据以永磁方式励磁的同步马达的原理形成转动元件(10)的直接驱动装置的定子。

Description

绝对值角度测量系统
技术领域
本发明涉及绝对值角度测量系统，该绝对值角度测量系统用于确定直接驱动的转动元件的转动角度。
背景技术
为了确定转动角度，使用了转动编码器(Drehgeber)。现有技术公知了这种转动编码器的大量不同的实施方式，在例如由ifm electronic对于转动编码器/角度编码器的2004年的培训教材http:www.ifm.combjS400d.pdf中能找到概览。
欧洲专利EP1510787B1公开如下：用于检测可旋转构件的、尤其是轴的绝对角度定位的方法，其中在具有评估电子装置的第一位置固定的单元中，至少两个独立的磁阻传感器对由至少一个磁场源被预磁化，其中所述传感器对直接靠近磁场源地布置，并且其中在随构件旋转的第二单元中，至少一个依赖姿态地在传感器对的位置处在密度和方向上改变磁场源的磁通量的调制器由于其随组件的旋转，周期性地遮挡传感器并且影响其励磁(Erregung)，其中每个传感器对的传感器如此地布置，即，这些传感器由调制器的遮挡元件以四分之一的遮挡周期的角度差被遮挡；以及用于执行该方法的角度编码器。所述调制器是相对待确定的转动角度的轴线同轴地布置的呈圆盘形的本体。穿过该构件的自由的中心通孔不能借助这类调制器实现。此外，在轴的情况下，所述类型的角度编码器与轴驱动装置经由长的路段机械地联接，从而使得该设施在控制技术上不能被稳定地实现。
AMO GmbH的2008年的商品说明书http:www.amo-gmbh.comDokumenteAMOSINProspekt_WMI_2008_web.pdf公开了带有测量法兰的角度测量系统，该测量法兰包括带有角度标记的测量轨迹。这些角度标记与传感器并且与所配属的评估电子装置共同作用，用于根据磁感应原理确定可旋转构件的转动角度。测量法兰在此同轴地装配在构件的转动轴线上。如EP 1 510 787 B1已经公布地，自由的中心通孔在这里是不可能的。此外该目录公开了角度测量系统，在所述角度测量系统中测量法兰由装配到存在的机器部件上的测量环取代。该带有已装配的测量环的机器部件在此到达测量法兰的位置处。在该角度测量系统的实现中，可能的中心通孔不受妨碍。但是必须存在用于传感器的空间。根据现有的、应该在其中插入这种类型的测量系统的机器的不同，没有强制性地提供到承载了测量环的可旋转构件的驱动装置上的控制技术上稳定的联接。在存在的构件上的后期装配可能降低角度测量系统的测量精度。
欧洲专利文档EP 1 485 980 B1描述了带有一个由扇形段组合成的定子和一个转子的转矩马达。用于确定定子的和转子的定位的测量系统整合到该马达。关于测量系统的其他细节未公布。
除了基于磁场的角度标记的探测，此外也使用了光学探测器系统。但这些光学探测器系统有如下缺点，即，它们对于例如由运行引起的烟尘的污染是敏感的。
发明内容
本发明的任务在于，发展一种坚固的、对灰尘不敏感和对污染不敏感的绝对值角度测量系统，该绝对值角度测量系统能够在高动力性的情况下实现准确及可重复地测量直接驱动的转动元件的转动角度绝对值。在此情况下，该角度测量系统也应该适用于需要穿过转动元件的自由中心通孔的应用。该系统应节省空间地规划并且此外在制造中不仅工序而且机器组件以节省的并且由此成本低廉的方式被生产。
在依据本发明的绝对值角度测量系统中，在如下转动元件上安置有大量角度标记，该转动元件的转动角度应该通过绝对值角度测量系统被确定。这些角度标记如此地实施和布置，即，它们依赖于转动元件的角度姿态地在属于绝对值角度测量系统的对磁场敏感的测量头区域中调制磁通量。由测量头探测该调制，并且由此确定转动元件的转动角度。本发明的特征在于，在转动元件上的至少一部分角度标记实施为永磁体。这些永磁体连同可以由多个扇形段组成的驱动装置主单元一起，根据以永磁方式励磁的同步马达的原理形成用于转动元件的直接驱动装置。在依据本发明的绝对值角度测量系统中，空间得到节省，这是因为永磁体无论如何都要作为直接驱动装置的组成部分存在，并且依据本发明同时也是角度标记。磁测量原理相对污染在很大程度上是不敏感的。角度测量直接在驱动装置处进行，因此是控制技术上稳定的，并且由此使得即使在高动力性的情况下也能可靠地确定转动元件转动角度。依据本发明的绝对值角度测量系统不限制穿过受驱动的转动元件的可能的中心通孔。
优选地，角度标记布置在转动元件上的至少两条分离的轨迹中。所述轨迹中的一条在此由永磁体在转动元件上形成。在其他轨迹中的角度标记在本发明的制模中实施为在转动元件的表面上的结构。在转动元件表面上的结构连同在此实施方式中然后在测量头的区域中安置的磁体一起，根据磁阻调制原理影响测量头的区域中的磁通量。尤其是在转动元件表面上的结构可以实施为在该表面中的凹入部。同样可以设想，角度标记构造为在该表面上的隆起部。
在依据本发明的绝对值角度测量系统的备选实施方案中，在转动元件的第一侧面上安置的具有高矫顽磁场强度的层中以如下方式构造在其他轨迹中的角度标记，即，沿各自的轨迹，层的各个彼此相继排列的区段相反地磁极化。
测量头在本发明的优选实施方式中基于磁阻效应工作。
在直接驱动的转动元件中，该转动元件的转动角度借助依据本发明的绝对值角度测量系统被确定，在本发明的确定的实施方式中该转动元件是例如转动连接装置的、转台支承装置的或四点接触支承装置的可运动的支承环。
附图说明
以下，要借助附图详细阐释依据本发明的绝对值角度测量系统的实施例和该绝对值角度测量系统的优点。
图1在俯视图中示意地示出直接驱动的、其中整合有依据本发明的绝对值角度测量系统的转动连接装置；
图2示意性地示出穿过由图1的转动连接装置的、沿线A-A的剖视图；
图3示出到转动元件的第一侧面上的俯视图，在该转动元件上有永磁体，并且在薄层中构造有角度标记的其他轨迹。
图4示出到转动元件的第一侧面上的俯视图，在该转动元件上有永磁体，并且通过表面结构化构造有角度标记的其他轨迹；
图5示意性地示出在图1中沿线B-B穿过转动连接装置的剖视图，但是其中在该实施例中，永磁体安置在转动元件的第一侧面上，并且角度标记的其它轨迹安置在转动元件的第二侧面上。
为本发明的相同的或作用相同的元件使用一致的标记。此外，为概览起见只在各个附图中示出对各自的附图的描述来说需要的附图标记。
具体实施方式
图1以俯视图示意性示出直接驱动的转动连接装置2，在该转动连接装置中整合有依据本发明的绝对值角度测量系统1。该转动元件在这个实施方式中构造为转动连接装置2的可运动的第一支承环10并且处在位置固定的第二支承环20与驱动装置主单元30的扇形段之间。在第一支承环10的、面朝驱动装置主单元30的第一侧面11上有以有规律的距离沿周边布置的永磁体12(见图2)，这些永磁体连同驱动装置主单元30一起形成转动连接装置2的直接驱动装置。优选利用磁阻效应(例如AMR、GMR)工作的测量头40由磁通量的调制探知转动连接装置2的转动角度的绝对值，该磁通量的调制是由永磁体12和角度标记13的其他轨迹14(见图2)依赖于第一支承环10的角度位置造成的。转动连接装置2的处在第二支承环20内部的空间区域50由依据本发明的绝对值角度测量系统1不需要。
图2示出沿图1中的线A-A穿过驱动装置主单元30的扇形段、第一支承环10、第二支承环20的示意性横剖面图。第一支承环10的第一侧面11面朝驱动装置主单元30的扇形段，并且包括形成永磁体12中的一部分的角度标记13。其他角度标记13可以不同地构造；在图3和图4中各有一个实施方式。
图3示出到由图1的转动连接装置2的第一支承环10的第一侧面11上的俯视图。在所示出的实施方式中，在第一侧面11上安置有角度标记13的两个轨迹14，其中，由永磁体12形成第一轨迹。第二轨迹14由如下方式形成，即，在薄层15中多个彼此相继排列的区域16相反地磁极化。
图4示出到由图1的转动连接装置2的第一支承环10的第一侧面11上的俯视图。在所示出的实施方式中，在第一侧面11上，安置具有角度标记13的两个轨迹14，其中，由永磁体12形成第一轨迹。第二轨迹由在第一支承环10的表面18上的结构17形成。该结构与在测量头40(在该附图中未示出)的区域中设置的磁体共同作用，以通过磁阻调制的方式影响在测量头40的区域中的磁通量。
图5示意性地示出如在图1中沿那里所示出的线B-B穿过转动连接装置2的剖面图。在所示出的实施方式中，在可运动的第一支承环10的第一侧面11上安置有以永磁体12的形式的角度标记13。其他角度标记13设置在可运动的第一支承环10的第二侧面19上。测量头40如此地实施，即，该测量头为了确定可运动的第一支承环10的转动角度不仅与在第一侧面11上的永磁体12而且与在第二侧面19上的其他角度标记13共同作用。
本发明在参考优选实施方式的条件下进行描述。但是对于专业技术人员显然地，可以执行结构上的改变和变型，而在此不离开随后权利要求的保护范围。尤其是图和描述不理解为角度标记的轨迹个数方面的、角度标记相对彼此的准确位置方面的、用于确定转动元件的转动角度的绝对值的与此相关联的方法的细节方面的限制。本发明也不局限于在附图中所用的、与转动连接装置相关联的实施方案。

Claims (7)

1.绝对值角度测量系统(1)，所述绝对值角度测量系统带有测量头(40)和大量安置在转动元件(10)上的角度标记(13)，所述测量头与角度标记(13)共同作用，以由磁通量的调制确定所述转动元件(10)的转动角度，其特征在于，至少一部分所述角度标记(13)实施为永磁体(12)，其中，所述永磁体(12)连同驱动装置主单元(30)一起根据以永磁方式励磁的同步马达的原理形成转动元件(10)的直接驱动装置。
2.根据权利要求1所述的绝对值角度测量系统(1)，其中，所述角度标记(13)的总体沿至少两条分离的轨迹(14)形成在所述直接驱动装置的所述转动元件(10)上。
3.根据权利要求2所述的绝对值角度测量系统(1)，其中，所述轨迹(14)中的一条由安置在所述转动元件(10)上的所述永磁体(12)形成。
4.根据权利要求3所述的绝对值角度测量系统(1)，其中，所述轨迹(14)中的至少一部分通过在所述转动元件(10)的表面(18)上的结构(17)形成，所述结构与设置在所述测量头(40)的区域中的磁体共同作用根据磁阻调制的原理影响在所述测量头(40)的区域中的磁通量。
5.根据权利要求3所述的绝对值角度测量系统(1)，其中，在所述转动元件(10)的第一侧面(11)上安置的具有高矫顽磁场强度的层(15)中的所述轨迹(14)中的至少一部分由以下方式构造，即，沿各自的轨迹(14)，所述层(15)的各个彼此相继排列的区段(16)相反地磁极化。
6.根据权利要求1至5之一所述的绝对值角度测量系统(1)，其中，所述测量头(40)构造为磁阻传感器。
7.根据权利要求1所述的绝对值角度测量系统(1)，其中，所述转动元件(10)通过转动连接装置的、转台支承装置的或四点接触支承装置的第一支承环形成。
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