CN103228858A - 位置测定装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及了一种用于对与电机（2）相连接的能运动的部件（3）进行位置测定的装置（1），其中，电机（2）在手动地使部件（3）运动时作为发电机用于为位置测定装置产生电能，并且其中，电机（2）的离合器（8）与部件（3）一起这样设计，即在电机（2）的转子（10）和定子（11）的磁性和/或磁化部分之间的磁性吸引作用和/或排斥作用使得转子（10）不受离合器（8）阻碍地短时间加速并且使得所产生的电能由此短时间地增加。另外本发明还涉及了一种位置测定方法。

Description

位置测定装置
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于进行位置测定的装置和一种根据权利要求8的前序部分所述的用于进行位置测定的方法。
背景技术
根据现有技术，如US 2010/0045222 A1中所描述的那样公知了一种磁通量调节的无刷永磁电机。该电机具有带有内孔的定子。该内孔中布置有永磁体转子。直流电流流经控制励磁绕组，以调节磁通量。较低的交流电流同样流经该控制励磁绕组并且测定由此产生的信号，以测定出永磁体转子的位置。
发明内容
本发明的目的基于提供一种用于进行位置测定的装置。
按照本发明通过一种具有权利要求1的特征的用于进行位置测定的装置和一种具有权利要求8的特征的用于进行位置测定的方法来实现该目的。
本发明的具有优点的设计方案是从属权利要求的内容。
在根据本发明的、用于对与电机相连接的可运动部件的位置进行测定的装置中，电机在手动地使部件运动时用作用于为位置测定装置产生电能的发电机，其中，电机的离合器与部件一起这样设计，即，在电机的转子和定子的磁性和/或磁化部分之间的磁性吸引作用和/或排斥作用导致转子不受该离合器阻碍地短时间加速，并且导致所产生的电能由此短时间地增加。
该装置例如可以用于测定可运动部件的位置，该部件被设计为升降机门、特别是升降机舱的舱门。
磁性吸引作用在转子的旋转运动过程中由转子的磁性北极接近定子的磁性南极而产生，和/或由转子的磁性南极接近定子的磁性北极而产生。基于作用在转子上的吸引作用而短时间地产生了一个转矩，该转矩大于通过外力手动地使运动部件运动所产生的转矩，由此直至相应的相反的磁极完全靠近实现了转子加速，并且由此实现了所产生的电能增加。磁性排斥作用和由此所产生的、导致电机产生的电能增加的转子加速情况，在运动经过定子的磁性北极或南极之后，由转子的磁性北极与定子的磁性北极和/或转子的磁性南极与定子的磁性南极排斥产生，并且导致由此引起作用在转子上的转矩短时间地增大。
通过这种方式，在非常缓慢地手动地使部件运动时能够至少短时间地充分产生用于位置测定装置的电能，由此随时确保了对运动部件进行精确的位置测定。对于升降机舱的舱门而言，例如，在通过电网进行的常规电能供应出现故障并且由此需要手动地打开舱门的情况下，这对于从升降机舱中解救人员来讲具有重大意义。
借助该装置，在这种常规电能供应故障的情况下也可以获得和存储舱门的打开和打开的舱门的位置，从而在恢复常规电能供应时导致升降机门立即重新以正常速度关闭并且也重新打开。这并不需要现有技术中所公知的非常耗费时间地事先使舱门初始化运动，例如，以非常缓慢的运动速度完全打开和/或关闭舱门，用于重新测定舱门完全打开和完全关闭的位置并且通过这种方式重新实现位置测定，由此明显地节省了时间。也就是说，在常规的电能供应恢复时能够基本上更迅速地将升降机再次投入使用。
通过作为增量计数类型对电机所产生的电能的短时间的增加进行计数，也能够同时对可运动的部件进行位置测定，这是因为所产生的电能的增加量与电机的转子转数和由此与通过转子轴与电机相连接的部件的运动是对应一致的。然而，并不需要附加的增量位置编码器（Inkrementalgeber），由此也就不需要用于运行该增量位置编码器的附加电能。因此，借助装置产生的电能足以用于位置测定并且用于存储所测定的位置。另外，由此可以节省费用支出并且减小构造空间。此外，由于并不机械地进行位置测定，所以在很大程度上不会有磨损。
根据符合目的的方式，在电能供应充足的条件下电机用作用于使部件运动的驱动电动机，也就是说，例如，对于舱门而言，在正常的常规电能供应情况下，该电机用作用于打开和关闭升降机舱的舱门的驱动电动机。只有在常规电能供应出现故障时，该电机在手动地使部件运动的情况下才用作发电机，以便通过这种方式确保为位置测定装置提供足够的电能。通过这种方式对于这个功能而言不需要附加的发电机，而是能将原本就需要的电机用作发电机。但可替换地，用于可运动的部件的附加驱动电动机也是可能的。
定子和/或转子优选地具有至少一个永磁体。基于在电机的转子和定子的磁性和/或磁化部分之间的磁性吸引作用和/或排斥作用，当转子和定子设计为电磁体时，转子的短时间加速的效应基本上也是可能的，其原因在于，电磁体的铁芯的磁性剩磁可能就已经足以实现该短时间的加速了。但当定子和/或转子具有至少一个永磁体时，该效应得到了改善并且在自上次运转之时开始的较长的时间间隔中也仍使此效应得到保障。由此，在一个优选的实施方式中，定子设计为永磁体定子，并且在转子上垂直于转子轴地布置有至少一个永磁体。在另一个有利的实施方式中，转子设计为永磁体，并且在定子上布置有至少一个永磁体。
根据符合目的的方式，该装置包括至少一个用于存储测定出的部件的位置的存储单元。该存储单元为了存储可以借助电机在发电机运行状态中所产生的电能进行运转，但是在没有电能供应的情况下它也有利地应可以进行存储。例如，该存储单元设计为所谓的EEPROM，特别是所谓的闪存EEPROM（Flash-EEPROM）或硬盘。
有利地，该位置测定装置包括增量位置编码器，例如，光学的增量位置编码器。该增量位置编码器例如可在正常运行中用于位置测定，也就是说，在完好的常规电能供应时用于升降机舱的舱门的情况下实现。在常规电能供应出现故障和在手动地使部件运动时，也可以通过电机在发电机工作状态中的电能供应来为这种类型的增量位置编码器供应电能，并且由此可以进一步驱动该增量位置编码器以进行位置测定。然而，即使是在如所描述的这种情况下，仍可以通过由电机产生的电能的增加量来确定可运动的部件的位置，该增加量与通过转子轴与运动部件相连接的转子的转数对应一致。
在根据本发明的、使用该装置的条件下用于对与电机相连接的运动部件进行位置测定的方法中，在手动地使部件运动时借助作为发电机进行工作的电机来产生用于位置测定装置的电能，并且借助该位置测定装置测定部件的位置，其中通过在电机的转子和定子的磁性和/或磁化部分之间的磁性吸引作用和/或排斥作用，使电机的转子不受离合器阻碍地短时间加速并且由此使电能的产生短时间地增加。
这种方法例如可以用于对可运动的部件进行位置测定，该部件设计为升降机的门、特别是升降机舱的舱门。
这种磁性吸引作用是在转子的旋转运动中由转子的磁性北极接近定子的磁性南极产生的，和/或由转子的磁性南极接近定子的磁性北极产生的。基于该吸引作用，除了基于外力通过手动地使部件运动而作用在转子上的转矩以外，在转子上还作用有一个附加的转矩，由此直至相应的相反的磁极完全接近为止，转子始终加速。由此电机将产生更高的电能。磁性排斥作用和由此作用在转子上的、导致转子短时间加速的附加转矩，在运动经过定子的磁性北极或南极之后，由转子的磁性北极和定子的磁性北极的排斥和/或由转子的磁性南极和定子的磁性南极的排斥而产生，由此电机同样产生了较高的电能。
通过这种方式，在非常缓慢地手动地使部件运动时也至少短时间地充分地产生用于位置测定装置的电能，并且由此确保随时对运动部件进行精确的位置测定。在升降机舱的舱门中，例如，在通过电能供应网的常规电能供应出现故障并且由此需要手动地打开舱门的情况下，这对从升降机舱中将人员解救出来而言具有重大意义。
借助该方法，在常规电能供应出现这种故障的情况下也可以获得和存储舱门的打开和打开的舱门的位置，从而在恢复常规电能供应时导致舱门立即重新以正常速度关闭并且也重新打开。这并不需要现有技术中所公知的非常耗费时间地事先使舱门初始化运动，例如，以非常缓慢的运动速度完全打开和/或关闭舱门，用于重新测定舱门完全打开和完全关闭的位置并且通过这种方式重新实现位置测定，由此明显地节省了时间。也就是说，在常规的电能供应恢复时能够基本上更迅速地将升降机再次投入使用。
优选地通过确定所产生的电能的短时间的增加量和/或通过位置测定装置的增量位置编码器来测定部件的位置。通过作为增量计数类型对电机所产生的电能的短时间的增加进行计数，可以对可运动的部件进行位置测定，这是因为所产生的电能的增加量与电机的转子转数和由此与通过转子轴先与电机相连接的部件的运动是对应一致的。但并不需要附加的增量位置编码器，由此也就不需要用于运行该增量位置编码器的附加电能。因此，通过这种方式所产生的电能足以用于位置测定并且用于存储所测定的位置。
然而，也可以可选地或附加地使用增量位置编码器，例如，光学的增量位置编码器，该增量位置编码器用于可例如在正常运行中在常规电能供应情况下用于位置测定，也就是说，在完好的常规电能供应时用于升降机舱的舱门的情况下实现。在常规电能供应出现故障和在手动地使部件运动时，也可以通过的电机在发电机工作状态中的电能供应充分地为这种类型的增量位置编码器供应电能，并且由此进一步使用该增量位置编码器来测定位置。
根据符合目的的方式，将所测定的位置存储到存储单元中。该存储单元为了存储可以借助电机在发电机运行状态中所产生的电能进行运转，但是在没有电能供应的情况下它也有利地应可以进行存储。例如，该存储单元设计为所谓的EEPROM，尤其是所谓的闪存EEPROM或硬盘。
附图说明
下面将结合附图详细地阐述本发明的实施例。
在此示出：
图1是升降机舱和与电机相连接的舱门的示意图，
图2是电机的示意图，和
图3是作用在电机的转子上的附加转矩的示意图。
彼此相应的部分在所有附图中均以相同的参考标号表示。
具体实施方式
图1在升降机的实例中示出了用于对与电机2相连接的可运动的部件3进行位置测定的装置1，借助该装置可以执行用于对与电机2相连接的运动部件3进行位置测定的方法。与电机2相连接的运动部件3在此处所示出的实施例中是升降机的门，更准确地说是升降机舱4的舱门。升降机舱4布置在在此没有示出的升降机井中，在该升降机井中升降机舱在未示出的建筑物的楼层之间运动。
在通过电能供应网进行常规的电能供应的情况下，电机2用作用于使部件3运动的驱动电动机，在此处所示的实例中用于打开和关闭舱门。为了这个目的，电机2通过传动装置，例如，通过布置在电机2的转子轴5上的齿轮6和与设计为舱门的部件3相连接的齿杆7来和设计为舱门的部件3相连接。在其它实施例中，电机2的这种离合器8与运动部件3一起例如也可以通过齿带来实现。
借助位置测定装置，可以确定设计为舱门的可运动的部件3的相应的位置，从而确保当舱门关闭时升降机舱4才会运动。出于这个目的，例如，在电机2上在离合器8的区域中或在舱门上布置有未详细示出的增量位置编码器，例如，光学增量位置编码器。
在常规电能供应出现故障的情况下，为了解救出在升降机舱4中的人员，可以手动地使部件3运动，也就是说例如通过装配工人手动地打开或关闭舱门。然而，由于常规电能供应的故障，在这种情况下传统的增量位置编码器不再起到确定位置的作用，从而无法获得通过手动地使设计为舱门的部件3运动的位置变化。
由此，在根据现有技术的升降机中，为了重新测定升降机门完全打开和完全关闭的位置并且通过这种方式借助增量位置编码器重新实现对舱门的位置测定，在恢复常规电能供应的情况下需要使舱门非常耗费时间地初始化运动，例如，舱门以非常缓慢的运动速度完全打开和/或关闭。
由此特别有利的是，在常规电能供应出现故障和手动地使设计为舱门的部件3运动时，也能够随时实现位置测定并，且将最后测定到的位置存储在存储单元9中。通过这种方式，在恢复常规电能供应的情况下，舱门立即重新以正常速度关闭并且也重新打开，从而不再需要事先使舱门初始化运动。通过这种方式明显节省了时间，其原因在于，在恢复常规电能供应时升降机基本上更迅速地重新投入到使用中。
通过装置1和用于测定位置的方法来实现这种位置测定。在此，电机2在手动地使设计为舱门的部件3运动时用作用于为位置测定装置产生电能的发电机。
为此需要电机2的离合器8与部件3一起这样设计，即在电机2的在图2中详细示出的转子10和定子11的磁性和/或磁化部分之间的磁性吸引作用和/或排斥作用导致转子10不受离合器8阻碍地短时间加速，并且导致所产生的电能由此短时间地增加。也就是说，必须将电机2的离合器8与设计为舱门的可运动的部件3一起设计足够松脱和/或具有足够大的弹性，从而能够实现用于转子10的充分的空转。
为了能够实现转子10的这个短时间加速，在这个实施例中，如图2所示，在转子10上垂直于转子轴5地布置有至少一个永磁体12，该永磁体具有磁性的转子北极NR和磁性的转子南极SR。定子11设计为永磁体定子，并且具有磁性的定子北极NS和磁性的定子南极SS。通过这种方式，在手动地使设计为舱门的部件3运动时，在图3中示例性地示意性示出了通过磁性吸引作用和/或排斥作用而作用在定子11上的附加转矩M取决于转子10的旋转角φ的变化曲线。
当然，在其它实施方式中在转子10上布置多个这种永磁体12也是可能的，这些永磁体相互扭转地取向。另外，其它的、具有设计为永磁体转子的转子10和布置在定子11上的附加的永磁体12的电机2也是可能的。另外，也可以在没有永磁体12的情况下执行该方法，这是因为电磁体定子和/或电磁体转子的铁芯的磁性剩磁已经足以执行该方法。
在电机2的转子10和/或定子11的磁性和/或磁化部分之间没有这种磁性吸引作用和/或排斥作用的情况下，也就是说，在布置在转子10上的永磁体12和定子11的磁极NR，SR，NS，SS之间，基于恒定地作用在部件3上的力，在转子10上作用有一个在此未示出的恒定转矩，该力导致手动地使部件3运动，并且其通过部件3和离合器8与电机2一起也作用在电机2的转子轴5上并且通过该转子轴也作用在转子10上。但为了引起转子10足够迅速地旋转，在此存在外力过小以及部件3的运动过小的危险，从而无法产生足够的电能来运行位置测定装置。
然而，基于电机2的布置在转子10上的永磁体12和定子11的磁极NR，SR，NS，SS之间的磁性吸引作用和/或排斥作用，以及基于由此分别短时间地产生的附加转矩M，转子10会短时间地充分剧烈地加速，从而导致由此出现的所产生的电能的增加足以用于位置测定装置。
例如，首先在转子10的旋转角φ为零的条件下，定子11和布置在转子10上的永磁体12的相同的磁极NS，SS，NR，SR，也就是说，定子11和布置在转子10上的永磁体12的磁性北极NS，NR和磁性南极SS，SR处在彼此间距尽可能小的状态下。在这个位置中，通过磁性吸引作用和/或排斥作用产生的附加转矩M等于零。
假设随后转子10通过作用在部件3上的外力和部件3由此所产生的运动例如在顺时针方向上旋转，那么基于定子11和布置在转子10上的永磁体12的相同的磁极NS，SS，NR，SR之间的磁性排斥作用，附加转矩M立即增大到正最大值+Mmax，那么在转子10进一步进行旋转时，基于定子11和布置在转子10上的永磁体12的相同磁极NS，SS，NR，SR的变大的间距，该转矩直至旋转角φ至π/2或90o时减小到大约为零，并且随后基于定子11和布置在转子10上的永磁体12的相反的磁极NS，SS，NR，SR的相互接近，该转矩直至旋转角φ至π或180o时重新增大到正最大值+Mmax。
在此，在旋转角φ为π/2或90o的情况下，附加转矩M是否会如图3中示例性示意地示出的那样减小到几乎为零，或在其在π或180o的旋转角φ方向上重新增大之前，该附加的转矩是否会较小强度地减小，均取决于定子11和布置在转子10上的永磁体12的磁场强度和定子11的磁极NS，SS与布置在转子10上的永磁体12的磁极NR，SR之间的距离。在零和π，也就是说在零和180o之间的旋转角范围内，正如图3中在图表的第一区域I中示意性示出的那样，附加转矩M作为正附加转矩+M与外力正反馈地（mitkoppelnd）在顺时针方向上并且由此在由外力所导致的旋转方向上作用在转子10上。
基于部件3和电机2之间的离合器8中的松脱和弹性以及由此所出现的转子10的空转，转子10的、通过该空转作为正附加转矩+M起作用的附加转矩M短时间地加速。转子10更快的旋转运动导致由电机2所产生的电能出现了增加，该增加的电能用来为定位测定装置提供电能供应，从而确定部件3的位置并且将其存储在存储单元9中。在这个第一区域I中，直到定子11和布置在转子10上的永磁体12的相反的磁极NS，SS，NR，SR最大限度地尽可能地接近时，也就是说在旋转角φ为π或180o时，才会产生设计为正反馈的正附加转矩+M的附加转矩M。
基于定子11和布置在转子10上的永磁体12的不同的磁极NS，SS，NR，SR的磁性吸引力，转子10力求在旋转角φ为π或180o的情况下保持在这个位置中，从而导致附加转矩M立即减小到零。然而，转子10将由于通过部件3的运动作用在转子10上的力继续在顺时针方向上旋转。随后，基于定子11和布置在转子10上的永磁体12的相反的磁极NS，SS，NR，SR的磁性吸引，作用在转子10上的附加转矩M由此立即负向地增大到负最大值-Mmax。在此设计为负附加转矩-M的附加转矩M现在反向于顺时针方向并且由此与外力相反。也就是说，它现在相反的旋转方向上发挥作用。
在转子10继续旋转时，基于定子11和布置在转子10上的永磁体12的相反的磁极NS，SS，NR，SR变大的间距，该负附加转矩-M直至旋转角φ至3π/4或270o时减小到大约为零，并且随后基于定子11和布置在转子10上的永磁体12的相同磁极NS，SS，NR，SR的接近，该转矩直至旋转角φ至2π或360o时重新负向地增大到负最大值-Mmax。此外，在旋转角φ为3π/4或270o的情况下，设计为负附加转矩-M的附加转矩M是否会如图3中示例性示意地示出的那样减小到几乎为零，或在其在2π或360o的旋转角φ方向上重新负地增大之前该附加的转矩是否会较小强度地负向地减小，均也取决于定子11和布置在转子10上的永磁体12的磁场强度和定子11的磁极NS，SS与布置在转子10上的永磁体12的磁极NR，SR之间的距离。在π和2π，也就是说在180o和360o之间的旋转角范围内，正如图3中在图表的第二区域II中示意性示出的那样，附加转矩M作为负附加转矩-M负反馈地（gengen-koppelnd）、也就是说反向于外力并且反向于顺时针方向地、并且由此与由外力所导致的旋转方向相反地作用在转子10上。
转子10现在力求通过设计为负附加转矩-M的附加转矩M来反向于顺时针方向旋转。假设此时反向于外力作用的附加转矩M足够大并且离合器8中的松脱和弹性足够大的话，那么转子10将由此反向于顺时钟方向短时间地加速，也就是说在与通过手动地移动部件3所产生的旋转方向相反的旋转方向上产生短时间的加速，从而导致转子10的这个短时间的加速也能够用来增加电能的产生值。
通过对所产生的电能的周期性增加进行计数，也能够执行对部件3的位置测定，该周期性增大与通过旋转轴5与部件3相连接的转子10的转数并且由此也与部件3的运动对应一致。在此，基于所产生的电能增大的变换极性，能够实现良好的计算。由此便不需要附加的增量位置编码器，也由此不需要任何附加的用于运行该增量位置编码器的附加电能。因此，通过这种方式产生的电能足以用于位置测定和存储所测定到的位置。
所测定的位置存储在存储单元9中，其中，存储单元9优选地在没有电能供应的情况下也是可以进行存储的。例如，存储单元9设计为所谓的EEPROM，特别是所谓的闪存EEPROM或硬盘。当不再手动地使部件3运动并且由此不产生电能时，以及当常规的电能供应还没有重新恢复时，通过这种方式可以将最后所测定的运动部件3的位置也进行存储。
通过作为增量计数类型对由产生的电能的增大进行计数，可以节省费用支出并且减小构造空间，这是因为不再需要任何附加的增量位置编码器。为此，由于并不机械地进行位置测定，所以在很大程度上不会有磨损。

Claims (10)

1.一种用于对与电机（2）相连接的运动部件（3）进行位置测定的装置（1），其中，所述电机（2）在手动地使所述部件（3）运动时作为发电机用于为位置测定装置产生电能，并且其中所述电机（2）的所述离合器（8）与所述部件（3）一起这样设计，即在所述电机（2）的转子（10）和定子（11）的磁性和/或磁化部分之间的磁性吸引作用和/或排斥作用导致所述转子（10）不受所述离合器（8）阻碍地短时间加速，并且使得所产生的所述电能由此短时间地增加。
2.根据权利要求1所述的装置（1），其特征在于，在电能供应充足时，所述电机（2）用作用于使所述部件（3）运动的驱动电动机。
3.根据权利要求1或2所述的装置（1），其特征在于，所述定子（11）和/或所述转子（10）具有至少一个永磁体（12）。
4.根据权利要求3所述的装置（1），其特征在于，所述定子（11）设计为永磁体，并且在所述转子（10）上垂直于转子轴（5）地布置有至少一个永磁体（12）。
5.根据权利要求3所述的装置（1），其特征在于，所述转子（10）设计为永磁体，并且在所述定子（11）上布置有至少一个永磁体（12）。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置（1），具有至少一个存储单元（9）用于存储所述部件（3）的测定出的所述位置。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置（1），其特征在于，所述位置测定装置包括增量位置编码器。
8.一种在使用根据权利要求1至7中任一项所述的装置（1）的条件下用于对与电机（2）相连接的能运动的部件（3）进行测定位置的方法，其中，在手动地使所述部件（3）运动时，借助作为发电机工作的所述电机（2）为位置测定装置产生电能，并且借助所述位置测定装置来测定所述部件（3）的位置，并且其中通过在所述电机（2）的转子（10）和定子（11）的磁性和/或磁化部分之间的磁性吸引作用和/或排斥作用，使所述电机（2）的所述转子（10）不受所述离合器（8）阻碍地短时间加速并且由此使所述电能的产生短时间地增加。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过测定所产生的所述电能短时间的增加的数量和/或通过所述位置测定装置的增量位置编码器来测定所述部件（3）的所述位置。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，将所测定的所述位置存储在存储单元（9）中。
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