DE10161905A1

DE10161905A1 - Arrangement for linear motor position detection, has magnetic field sensor(s) on movable carriage, sinusoidal signal sampling unit, and unit for determining position value from sampled values

Info

Publication number: DE10161905A1
Application number: DE10161905A
Authority: DE
Inventors: Uwe Pruesmeier; Thomas Koslowsky
Original assignee: Elektro Beckhoff Unterneh GmbH
Current assignee: Elektro Beckhoff Unterneh GmbH
Priority date: 2001-12-17
Filing date: 2001-12-17
Publication date: 2003-06-18

Abstract

The arrangement has at least one magnetic field sensor (30a,b) mounted on a movable carriage at a distance from a secondary part (21) of a linear guide to detect a magnetic field along the secondary part and convert it into an essentially sinusoidal electrical signal, a sampling unit for sampling the sinusoidal signal and an assessment unit for determining a position value for the linear motor from the sampling values. AN Independent claim is also included for the following: a method of position detection for a linear motor.

Description

Die Erfindung betrifft eine Positionserfassungsvorrichtung für einen Linearmotor mit einem an einem beweglichen Schlitten angeordneten, stromdurchflossenen Primärteil und einem entlang einer Linearführung angeordneten Sekundärteil aus einer im wesentlichen gleich beabstandeten Reihung von Magneten mit wechselnder Polarität sowie ein Verfahren zur Positionserfassung bei einem solchen Linearmotor. The invention relates to a position detection device for a linear motor with one on a movable Carriage arranged, current-carrying primary part and a secondary part arranged along a linear guide a substantially equally spaced array of magnets with changing polarity and a method for Position detection with such a linear motor.

Zur Erzeugung translatorischer Vorschubbewegungen werden heute zunehmend Linearmotoren eingesetzt. Dieser Motortyp entspricht einer linearen Ausführung einer rotierenden Maschine, bestehend aus einem stromdurchflossenen Primärteil, das dem Stator eines Rotationsmotors vergleichbar ist, und einem Reaktionsteil, dem Sekundärteil, das dem Rotor eines Rotationsmotors entspricht. Bei Linearmotoren werden Asynchron- und Synchronmotoren unterschieden, wobei bei der asynchronen Bauweise das Sekundärteil mit Kurzschlussstäben bestückt ist, beim Synchronmotor dagegen aus Permanentmagneten besteht. Synchronmotoren werden gegenüber asynchronen Motoren bevorzugt eingesetzt, da sie sich durch einen höheren Wirkungsgrad und vor allem größere Dauervorschubkräfte auszeichnen. To generate translatory feed movements linear motors are increasingly used today. This engine type corresponds to a linear version of a rotating one Machine, consisting of a current-carrying primary part, which is comparable to the stator of a rotary motor, and a reaction part, the secondary part, the one of the rotor Rotary motor corresponds. With linear motors Distinguished between asynchronous and synchronous motors, with the asynchronous design the secondary part with short-circuit bars is equipped, in the synchronous motor, however, from permanent magnets consists. Synchronous motors are compared to asynchronous motors preferred because it is characterized by a higher Efficiency and above all greater continuous feed forces distinguished.

Durch das direkte Erzeugen einer Linearbewegung sind bei Linearmotoren gegenüber herkömmlichen Rotationsmotoren die in elektromagnetischen Antriebsachsen benötigten Übertragungselemente, die ein Transformieren der Motordrehung in eine translatorische Bewegung realisieren, nicht mehr notwendig. Der Linearmotor zeichnet sich deshalb durch einen einfachen Aufbau, geringe Massen und wenige bewegte Teile mit einer großen Verschleißfreiheit und hohem Beschleunigungsvermögen bis 10 m/s aus. Linearmotoren werden deshalb insbesondere dort eingesetzt, wo auf kurzen Wegen große Beschleunigungen gefordert werden, so z. B. beim Bestücken von Leiterplatten, Handling-Aufgaben in Verpackungsmaschinen und beim Positionieren von Werkstücken in der Automobilfertigung. By generating a linear movement directly, Linear motors compared to conventional rotary motors which in electromagnetic drive axles needed Transmission elements that transform the engine rotation into one Realize translatory movement, no longer necessary. The linear motor is therefore characterized by a simple one Construction, small masses and few moving parts with one great freedom from wear and high acceleration up to 10 m / s. Linear motors are therefore particularly popular used where there are large accelerations on short paths be required so. B. when assembling printed circuit boards, Handling tasks in packaging machines and at Positioning workpieces in automotive manufacturing.

Linearmotoren sind aber im Vergleich zu Rotationsmotoren oft wesentlich teurer, wofür insbesondere die aufwändige Positionserfassung die Ursache ist. Herkömmliche Positioniersysteme von Linearmotoren benötigen komplizierte Wegmesssysteme, insbesondere dann, wenn der Fahrweg digital erfasst werden soll. So sind Drehgeber bekannt, die die Linearbewegung des Schlittens in eine Rotations- bzw. Winkelbewegung umsetzen, um eine Positionsbestimmung beim Linearmotor vorzunehmen. Bei solchen Drehgebern ist jedoch eine aufwändige Mechanik zur Umsetzung der Linear- in eine Drehbewegung sowie ein kompliziertes optisches Abtastsystem zur Erfassung der resultierenden Bewegung notwendig. Weiterhin werden gekapselte Absolutmessverfahren bei Linearmotoren eingesetzt, bei denen ein speziell strukturierter Glasmessstab entlang der Fahrstrecke angeordnet ist, der durch den mit dem beweglichen Schlitten des Linearmotors verbundenen Sensorkopf abgetastet wird. Auch hier ist eine komplexe Abtast- und Auswertelogik zur Positionsbestimmung des Linearmotors erforderlich. Des weiteren sind vor allem optisch ausgelegte Absolutentfernungssysteme bekannt, bei denen mithilfe am Schlitten montierter optischer Sensoren berührungslos die Distanz zwischen dem Sensor und einem Reflektor gemessen wird. Solche optischen Absolutmesssysteme sind aber aufwändig und teuer. However, linear motors are often compared to rotary motors much more expensive, for which in particular the complex Position detection is the cause. Conventional positioning systems of linear motors require complicated path measuring systems, especially if the route is to be recorded digitally. So rotary encoders are known that the linear movement of the Convert the carriage into a rotational or angular movement in order to Determine the position of the linear motor. In such However, encoders are a complex mechanism for implementation the linear into a rotary motion as well as a complicated one optical scanning system to record the resulting Movement necessary. Furthermore, encapsulated Absolute measuring methods used in linear motors, in which a special structured glass dipstick along the route is arranged by the with the movable carriage of the Linear motor connected sensor head is scanned. Here too is a complex sampling and evaluation logic for Position determination of the linear motor required. Furthermore are before known to all optically designed absolute distance systems, where with the help of optical sensors mounted on the slide the distance between the sensor and one without contact Reflector is measured. Such optical absolute measuring systems are complex and expensive.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Positionserfassung für einen Linearmotor bereit zu stellen, mit der sich eine einfache und preiswerte Positionsbestimmung realisieren lässt. The object of the present invention is therefore a Device and a method for position detection for a To provide a linear motor that is simple and easy to use inexpensive position determination can be realized.

Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und einem Verfahren gemäß Anspruch 5 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. This object is achieved with a device according to claim 1 and a method according to claim 5 solved. preferred Developments are specified in the dependent claims.

Gemäß der Erfindung ist zur Positionserfassung bei einem Linearmotor mit einem an einem beweglichen Schlitten angeordneten stromdurchflossenen Primärteil und einem entlang einer Linearführung angeordneten Sekundärteil aus einer im wesentlichen gleich beabstandeten Reihung von Magneten mit wechselnder Polarität wenigstens ein Magnetsensor am beweglichen Schlitten vom Sekundärteil der Linearführung beabstandet montiert, um ein Magnetfeld des Sekundärteils entlang der Linearführung zu erfassen und in ein im wesentlichen sinusförmiges elektrisches Signal umzusetzen, wobei mithilfe einer Abtasteinrichtung das sinusförmige elektrische Signal dann abgetastet und mithilfe einer Bewertungseinrichtung aus den Abtastwerten jeweils ein Positionswert des beweglichen Schlittens bestimmt wird. According to the invention for position detection at a Linear motor with a movable carriage arranged current-carrying primary part and one along a Secondary part arranged in a linear guide essentially equally spaced series of magnets changing polarity at least one magnetic sensor on the movable Carriage spaced from the secondary part of the linear guide mounted to a magnetic field along the secondary part Linear guide to grasp and in one essentially implement sinusoidal electrical signal, using a Sampling device then the sinusoidal electrical signal sampled and with the help of an evaluation device from the Samples each have a position value of the movable Sled is determined.

Die erfindungsgemäße Positionserfassung bei einem Linearmotor zeichnet sich durch einen einfachen und kostengünstigen Aufbau aus, da zur Wegmessung nur ein zusätzlicher Magnetfeldsensor erforderlich ist, der das Magnetfeld entlang der Fahrstrecke des Linearmotors abtastet, das durch die gleich beabstandete Reihung von Magneten mit wechselnder Polarität entlang des Fahrweges erzeugt wird. Der Magnetfeldsensor liefert dabei ein sinusförmiges Signal, das auf einfache Weise von dem Analog-Digital-Wandler abgetastet und von der Bewertungseinheit ausgewertet werden kann, um die Position des Linearmotors zu bestimmen. The position detection according to the invention in a linear motor is characterized by a simple and inexpensive Setup from, since only one additional one for distance measurement Magnetic field sensor is required, which is the magnetic field along the Travel distance of the linear motor that scans through the same spaced series of magnets with alternating polarity is generated along the route. The magnetic field sensor delivers thereby a sinusoidal signal, which in a simple manner from sampled from the analog-to-digital converter and from the Evaluation unit can be evaluated to determine the position of the Determine linear motor.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind zwei Magnetfeldsensoren am beweglichen Schlitten des Linearmotors so voneinander beabstandet angeordnet, dass der Abstand zwischen den beiden Magnetfeldsensoren dem halben Abstand zweier Magneten wechselnder Polarität entspricht. Von dieser Magnetfeldsensoranordnung werden zwei um 90° phasenverschobene sinusförmige Signale aufgezeichnet, wobei in der Bewertungseinheit aus dem Amplitudenverhältnis die Position des Linearmotors bestimmt wird. Durch die Auswertung eines Amplitudenverhältnisses werden Fehler durch Amplitudenschwankungen eliminiert, die durch Geschwindigkeitsveränderungen, Temperaturschwankungen, Alterungsprozesse, Schwankungen in der Versorgungsspannung und Feldstärkenunterschiede der Magneten entstehen können, so dass eine hochgenaue Positionsbestimmung des Linearmotors ermöglicht wird. Gleichzeitig ist es mit diesem Verfahren möglich, aus dem Verhältnis der beiden Signale zueinander die Bewegungsrichtung des Linearmotors auf einfache Weise zu erkennen. According to a preferred embodiment, there are two Magnetic field sensors on the movable carriage of the linear motor see above spaced from each other that the distance between the two magnetic field sensors half the distance between two magnets corresponds to changing polarity. Of this Magnetic field sensor arrangement are two phase-shifted by 90 ° sinusoidal signals recorded, being in the evaluation unit the position of the linear motor from the amplitude ratio is determined. By evaluating a Amplitude ratio errors are eliminated by amplitude fluctuations, caused by changes in speed, Temperature fluctuations, aging processes, fluctuations in the Supply voltage and field strength differences of the magnets arise can, so that a highly accurate position determination of the Linear motor is made possible. At the same time, it is with this Procedure possible from the ratio of the two signals to each other the direction of movement of the linear motor on simple Way to recognize.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird in der Bewertungseinheit die Position so bestimmt, dass aus den zeitlich korrelierten Abtastwerten der um 90° phasenverschobenen elektrischen Signale ein Arcustangenswert berechnet wird, um einen Positionswinkel festzustellen, wobei zusätzlich die Anzahl der durchlaufenen Nullpositionen hochgezählt wird. Mit diesem einfachen mathematischen Berechnungsverfahren ist eine exakte Positionsbestimmung des Linearmotors mit hoher Auflösung möglich. According to a further preferred embodiment, the Evaluation unit determines the position so that from the temporally correlated samples of the 90 ° phase shifted electrical signals calculated an arc tangent to determine a position angle, where additionally the number of zero positions run through is counted up becomes. With this simple math The calculation method is an exact determination of the position of the linear motor high resolution possible.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Abstand des Magnetfeldsensors vom Sekundärteil entsprechend der Feldstärke der Magneten, dem Abstand dieser Magneten zueinander und der Breite der Magneten so gewählt, dass ein optimaler sinusförmiger Signalverlauf und damit eine genaue Positionsbestimmung ermöglicht wird. According to a further preferred embodiment, the Distance of the magnetic field sensor from the secondary part according to the Field strength of the magnets, the distance between these magnets to each other and the width of the magnets chosen so that a optimal sinusoidal signal curve and thus an accurate Position determination is made possible.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: The invention will become more apparent from the accompanying drawings explained. Show it:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Linearmotors mit einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Positionserfassungsvorrichtung; Figure 1 is a perspective view of a linear motor with an embodiment of a position detection device according to the invention.

Fig. 2A und B eine schematische Darstellung des in Fig. 1 gezeigten Linearmotors mit der erfindungsgemäßen Positionserfassungsvorrichtung in der Aufsicht und im Querschnitt; Figs. 2A and B is a schematic illustration of the linear motor shown in Figure 1 with the inventive position detecting device in plan and in cross-section.

Fig. 3 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Positionserfassungsvorrichtung; und Fig. 3 is a block diagram of the position detecting device according to the invention; and

Fig. 4 eine schematische Darstellung der von den beiden Magnetfeldsensoren der erfindungsgemäßen Positionserfassungsvorrichtung aufgezeichneten sinusförmigen elektrischen Signale. Fig. 4 is a schematic representation of the recorded by the two magnetic field sensors of the position detecting device according to the invention sinusoidal electrical signals.

Im weiteren wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Positionserfassungsvorrichtung mit zwei Magnetfeldsensoren erläutert. Furthermore, the invention is based on a preferred Embodiment of an inventive Position detection device explained with two magnetic field sensors.

Die erfindungsgemäße Positionserfassungsvorrichtung dient dabei zur Positionsbestimmung eines Synchron-Linearmotors, der in Fig. 1 perspektivisch dargestellt ist. Dieser Synchron- Linearmotor weist eine Trägerplatte 10 auf, die den Fahrweg des Linearmotors darstellt. Auf dieser Trägerplatte 10 sind zwei parallel zueinander angeordnete Schienen 11, 12 montiert, die als Führungen für einen beweglich auf den Schienen angeordneten Schlitten 13 des Linearmotors dienen. Der Schlitten 13 weist eine Halteplatte 14 auf, die mit vier Klauen 15 auf den Schienen 11, 12 abgestützt ist. The position detection device according to the invention is used to determine the position of a synchronous linear motor, which is shown in perspective in FIG. 1. This synchronous linear motor has a carrier plate 10 which represents the travel path of the linear motor. Mounted on this carrier plate 10 are two rails 11 , 12 arranged parallel to one another, which serve as guides for a slide 13 of the linear motor arranged movably on the rails. The carriage 13 has a holding plate 14 which is supported by four claws 15 on the rails 11 , 12 .

Auf der Halterplatte 14 des Schlittens 13 ist im Wesentlichen mittig ein stromdurchflossenes Primärteil 20 des Linearmotors angeordnet, während sich ein Sekundärteil 21 zwischen den beiden Schienen 11, 12 auf der Trägerplatte 10 erstreckt. Das Sekundärteil 21 setzt sich aus einer Reihung gleich beabstandeter Permanentmagneten 22a, 22b wechselnder Polarität zusammen. Der Wechsel der Polarität der aufeinander folgenden Permanentmagneten 22a, 22b ist als unterschiedliche Pfeilrichtung im schematischen Querschnitt in Fig. 2A eingezeichnet. A current-carrying primary part 20 of the linear motor is arranged essentially centrally on the holder plate 14 of the carriage 13 , while a secondary part 21 extends between the two rails 11 , 12 on the carrier plate 10 . The secondary part 21 is composed of a series of equally spaced permanent magnets 22 a, 22 b of alternating polarity. The change in polarity of the successive permanent magnets 22 a, 22 b is shown as a different arrow direction in the schematic cross section in FIG. 2A.

Das Primärteil 20 des Linearmotors, das auf dem Schlitten 13 des Linearmotors angeordnet ist, weist drei in Reihe angeordnete Elektromagneten 23 mit jeweils einer Spule 23 und einem Eisenkern auf. Diese Elektromagneten 23 werden über eine bewegliche Kabelführung 25 mit Strom versorgt. The primary part 20 of the linear motor, which is arranged on the slide 13 of the linear motor, has three electromagnets 23 arranged in series, each with a coil 23 and an iron core. These electromagnets 23 are supplied with current via a movable cable guide 25 .

Beim Betrieb gleitet der Schlitten 13 des Linearmotors mit seinen Klauen 15 auf den Schienen 11, 12. Die Gleitbewegung wird durch ein Drehfeld des Primärteils 20 hervorgerufen, das durch einen ständigen Wechsel der Stromphasen in den Elektromagneten 23 des Primärteils 20 erzeugt wird. Die Beschleunigung des Schlittens 13 und seine Geschwindigkeit wird dabei über den zeitlichen Verlauf des Stromphasenwechsels in den Elektromagneten 23 des Primärteils 20 gesteuert. Die Vorschubkräfte des Schlittens können über die den Elektromagneten 23 des Primärteils 20 zugeführte Stromstärke geregelt werden. During operation, the slide 13 of the linear motor slides with its claws 15 on the rails 11 , 12 . The sliding movement is caused by a rotating field of the primary part 20 , which is generated by a constant change of the current phases in the electromagnet 23 of the primary part 20 . The acceleration of the carriage 13 and its speed is controlled via the time course of the current phase change in the electromagnets 23 of the primary part 20 . The feed forces of the carriage can be regulated via the current strength supplied to the electromagnets 23 of the primary part 20 .

Zur Steuerung des Linearmotors ist eine exakte Positionserfassung des Schlittens 13 erforderlich. Hierzu sind erfindungsgemäß zwei Magnetfeldsensoren 30a, 30b vorgesehen, die auf einer Halterplatine 26 am Schlitten 13 über dem Sekundärteil 21 positioniert sind. Die beiden Magnetfeldsensoren 30a, 30b sind dabei gegeneinander versetzt angeordnet, wobei der Abstand zwischen den beiden Magnetfeldsensoren 30a, 30b in Richtung des Sekundärteils und damit in Fahrtrichtung des Schlittens 13 dem halben Abstand zwischen zweier Permanentmagnete 22a, 22b wechselnder Polarität, d. h. der halben Polweite entspricht. To control the linear motor, an exact position detection of the slide 13 is required. For this purpose, two magnetic field sensors 30 a, 30 b are provided according to the invention, which are positioned on a holder board 26 on the slide 13 above the secondary part 21 . The two magnetic field sensors 30 a, 30 b are arranged offset from one another, the distance between the two magnetic field sensors 30 a, 30 b in the direction of the secondary part and thus in the direction of travel of the carriage 13 half the distance between two permanent magnets 22 a, 22 b changing polarity , ie half the pole width.

Die beiden Magnetfeldsensoren 30a, 30b arbeiten zur Messung des durch die Permanentmagneten 22a, 22b im Sekundärteil 21 hervorgerufenen Magnetfelds vorzugsweise mit dem sogenannten Halleffekt. Hierzu ist in den Magnetfeldsensoren 30a, 30b eine Leiterplatte vorgesehen, die parallel zum Sekundärteil 21 angeordnet ist und über die Kabelführung 25 mit Strom versorgt wird. Senkrecht zum vom Sekundärteil 21 erzeugten Magnetfeld und der Stromrichtung wird in der Magnetplatte der Magnetfeldsensoren eine elektrische Spannung hervorgerufen, die proportional zur Stärke des Magnetfelds im Sekundärteil 21 ist. The two magnetic field sensors 30 a, 30 b preferably work with the so-called Hall effect for measuring the magnetic field caused by the permanent magnets 22 a, 22 b in the secondary part 21 . For this purpose, a circuit board is provided in the magnetic field sensors 30 a, 30 b, which is arranged parallel to the secondary part 21 and is supplied with current via the cable guide 25 . At right angles to the magnetic field generated by the secondary part 21 and the direction of the current, an electrical voltage is generated in the magnetic plate of the magnetic field sensors which is proportional to the strength of the magnetic field in the secondary part 21 .

Die im weiteren auch als Hallsonden bezeichneten Magnetfeldsensoren 30a, 30b sind dabei vom Sekundärteil 21 so beabstandet, dass sich bei einer Bewegung des Schlittens 13 über der Trägerplatte 10 ein sinusförmiger Verlauf der in den Hallsonden aufgrund des Magnetfelds des Sekundärteils 21 erzeugten elektrischen Spannung ergibt. Signalverläufe der beiden Hallsonden 30a, 30b sind in Fig. 4 gezeigt. The magnetic field sensors 30 a, 30 b, also referred to below as Hall probes, are spaced apart from the secondary part 21 in such a way that when the slide 13 moves over the carrier plate 10, a sinusoidal curve of the electrical voltage generated in the Hall probes due to the magnetic field of the secondary part 21 results , Signal curves of the two Hall probes 30 a, 30 b are shown in FIG. 4.

Der Abstand der Hallsensoren 30a, 30b vom Sekundärteil hängt dabei von der Feldstärke der Permanentmagneten 22a, 22b, dem Abstand der Permanentmagneten zueinander und der Breite der Permanentmagneten ab. Wenn wie bei einer typischen Ausführung eines synchronen Linearmotors der Polabstand zwischen zwei Permanentmagneten gleicher Polarität 25 mm im Sekundärteil beträgt, wobei die Permanentmagneten eine Feldstärke von 1,3 Tesla aufweisen, wird ein im wesentlichen sinusförmiger Verlauf des Ausgangssignals der Hallsonden bei einem Abstand der Hallsonden vom Sekundärteil von 4 mm erreicht. The distance between the Hall sensors 30 a, 30 b from the secondary part depends on the field strength of the permanent magnets 22 a, 22 b, the distance between the permanent magnets and the width of the permanent magnets. If, as in a typical version of a synchronous linear motor, the pole distance between two permanent magnets of the same polarity is 25 mm in the secondary part, the permanent magnets having a field strength of 1.3 Tesla, an essentially sinusoidal course of the output signal of the Hall probes becomes at a distance of the Hall probes from Secondary part of 4 mm reached.

Durch die um eine halbe Polweite in Fahrtrichtung des Linearmotors versetzte Anordnung der Hallsonden 30a, 30b sind die beiden in den Hallsonden erzeugten sinusförmigen Spannungsverläufe, die, wie Fig. 4 zeigt, um 90° gegeneinander phasenverschoben. The arrangement of the Hall probes 30 a, 30 b offset by half a pole width in the direction of travel of the linear motor means that the two sinusoidal voltage profiles generated in the Hall probes, which, as shown in FIG. 4, are phase-shifted by 90 ° relative to one another.

Um die beiden sinusförmigen Spannungsverläufe auszuwerten und daraus die Position des Linearmotors zu bestimmen, werden die von den Hallsensoren 30a, 30b erzeugten Spannungen jeweils an eine Abtasteinheit 31a, 31b geliefert, die als Analog-Digital-Wandler arbeitet, um die Spannungsverläufe zu digitalisieren. Die Abtastwerte der Analog-Digital-Wandler 31a, 31b werden dann in eine Bewertungseinheit 32 eingespeist, die aus diesen Abtastwerten dann den jeweiligen Positionswert für den Schlitten 13 des Linearmotors bestimmt. Das Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Positionserfassungsvorrichtung ist in Fig. 3 dargestellt. In order to evaluate the two sinusoidal voltage profiles and determine the position of the linear motor therefrom, the voltages generated by the Hall sensors 30 a, 30 b are each supplied to a scanning unit 31 a, 31 b, which operates as an analog-digital converter to determine the voltage profiles digitize. The samples of the analog-digital converter 31 a, 31 b are then fed into an evaluation unit 32 , which then determines the respective position value for the slide 13 of the linear motor from these samples. The block diagram of the position detection device according to the invention is shown in FIG. 3.

Zur Berechnung des jeweiligen Positionswertes des Linearmotors bildet die Bewertungseinheit 32 jeweils aus den zeitlich korrelierten Abtastwerten ein Amplitudenverhältnis und berechnet den Arcustangens aus diesem Amplitudenverhältnis, um einen Positionswinkel zu ermitteln. Aus diesem Positionswinkel sowie der hochgezählten Anzahl der bis zu diesem Zeitpunkt bereits vom Schlitten überfahrenen Perioden, die durch den Nulldurchgang des Arcustangens festgelegt sind, berechnet die Bewertungseinheit 32 dann den jeweiligen Positionswert des Linearmotors. Die Bewegungsrichtung kennt die Bewertungseinheit 32 dabei aus dem Verlauf des Amplitudenverhältnisses der Abtastwerte der beiden Hallsensoren 30a, 30b. To calculate the respective position value of the linear motor, the evaluation unit 32 forms an amplitude ratio from the temporally correlated sample values and calculates the arc tangent from this amplitude ratio in order to determine a position angle. The evaluation unit 32 then calculates the respective position value of the linear motor from this position angle and the counted-up number of periods already overtaken by the slide up to this point in time, which are determined by the zero crossing of the arc tangent. The evaluation unit 32 knows the direction of movement from the course of the amplitude ratio of the sampled values of the two Hall sensors 30 a, 30 b.

Die Auflösung des Positionswertes wird durch die Anzahl der Abtastwerte pro Polweite festgelegt, wobei die Polweite dem Abstand zweier Permanentmagneten 22 des Sekundärteils 21 gleicher Polarität entspricht. Bei einem Polabstand von 25 mm ergibt sich dann bei 250 Abtastwerten innerhalb dieses Polabstandes eine Auflösung von 0,1 mm. The resolution of the position value is determined by the number of samples per pole width, the pole width corresponding to the distance between two permanent magnets 22 of the secondary part 21 of the same polarity. With a pole spacing of 25 mm, a resolution of 0.1 mm results with 250 samples within this pole spacing.

Die erfindungsgemäße Positionserfassung zeichnet sich durch einen einfachen und kostengünstigen Aufbau aus, da nur zwei zusätzliche Magnetfeldsensoren mit nachgeschalteten Abtasteinheiten und eine Bewertungseinheit erforderlich sind. Die Abtast- und Bewertungsvorgänge können dabei auch von einer Resolver-Einheit eines Servoverstärkers im Linearmotor ausgeführt werden. Die Berechnung des Positionswertes des Linearmotors aus zwei um 90° phasenverschobene sinusförmige Spannungsverläufe der beiden Hallsonden 30a, 30b hat den Vorteil, durch Bildung des Amplitudenverhältnisses Schwankungen bei den Spannungsamplituden zu eliminieren. Diese Schwankungen können sich z. B. durch Temperaturänderungen, Alterungsprozesse, Schwankungen in der Versorgungsspannung und Feldstärkenunterschiede der Magneten ergeben. The position detection according to the invention is characterized by a simple and inexpensive design, since only two additional magnetic field sensors with downstream scanning units and an evaluation unit are required. The scanning and evaluation processes can also be carried out by a resolver unit of a servo amplifier in the linear motor. The calculation of the position value of the linear motor from two sinusoidal voltage profiles of the two Hall probes 30 a, 30 b, which are phase-shifted by 90 °, has the advantage of eliminating fluctuations in the voltage amplitudes by forming the amplitude ratio. These fluctuations can, for. B. result from temperature changes, aging processes, fluctuations in the supply voltage and field strength differences of the magnets.

Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, den Positionswert aus einem sinusförmigen Spannungsverlauf eines einzelnen Magnetfeldsensors zu ermitteln. Aus den Abtastwerten des sinusförmigen Spannungsverlaufs lässt sich jeweils der Positionswinkel bestimmen, wobei sich dann aus dem ermittelten Positionswinkel und der Anzahl der überfahrenen Perioden die Position des Linearmotors berechnen lässt. Um eine Konstanz bei der Signalamplitude zu gewährleisten, ist dabei jedoch vorteilhaft, zusätzliche Referenzmessungen durchzuführen. Alternatively, there is also the option of Position value from a sinusoidal voltage curve of a to determine individual magnetic field sensors. From the samples of the sinusoidal voltage curve can be the Determine the position angle, which then results from the determined position angle and the number of periods passed can calculate the position of the linear motor. To one It is important to ensure consistency in the signal amplitude however advantageous, additional reference measurements perform.

Die in der vorangegangenen Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln, als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. The in the previous description, the claims and Features disclosed in the drawings can be both individually, as well as in any combination for the realization of the Invention in its various embodiments essential his.

Claims

1. Position detection device for a linear motor with
a current-carrying primary part ( 20 ) arranged on a movable slide ( 13 ), and
a secondary part ( 21 ) arranged along a linear guide ( 1 , 11 , 12 ) and consisting of an essentially equally spaced row of magnets ( 22 a, 22 b) with alternating polarity,
marked by
at least one magnetic field sensor ( 30 a, 30 b) arranged on the movable carriage ( 13 ), which is spaced from the secondary part ( 21 ) of the linear guide ( 1 , 11 , 12 ) in order to detect a magnetic field along the secondary part and into an essentially sinusoidal one implement electrical signal,
a sampling unit ( 31 a, 31 b) to sample the sinusoidal electrical signal, and
an evaluation unit ( 32 ) to determine a position value of the linear motor from the samples.

2. Position detection device according to claim 1, characterized by two magnetic sensors ( 30 a, 30 b) which on the carriage ( 13 ) in the direction of movement corresponding to half the distance between two magnets ( 22 a, 22 b) alternating polarity of the secondary part ( 21 ) spaced apart are to detect the magnetic field along the secondary part and convert it into an essentially sinusoidal electrical signal, the scanning unit ( 31 a, 31 b) separately scanning the two sinusoidal electrical signals and the evaluation unit ( 32 ) from the time-correlated samples determined position value of the linear motor.

3. Position detection device according to claim 2, characterized in that the evaluation unit ( 32 ) for determining the respective position value of the linear motor determines the arc tangent of the ratio of the temporally correlated sample values and calculates the position of the linear motor from the determined position angle and the counted number of zero periods.

4. Position detection device according to one of claims 1 to 3, wherein the magnetic field sensor ( 30 a, 30 b) from the secondary part ( 21 ) depending on the field strength of the magnets ( 22 a, 22 b), the distance between the magnets and the width of the magnets to achieve a sinusoidal waveform.

5. Position detection device according to one of claims 1 to 4, wherein the magnetic field sensor ( 30 a, 30 b) is a Hall probe.

6. A method for detecting the position of a linear motor with a current-carrying primary part arranged on a movable carriage and a secondary part arranged along a linear guide from a substantially equally spaced series of magnets with alternating polarity, characterized in that
a magnetic field along the secondary part is detected with the aid of a magnetic field sensor arranged at a distance from the secondary part on the movable carriage and is converted into an essentially sinusoidal electrical signal,
that the sinusoidal electrical signal is sampled, and
that a position value of the linear motor is determined from the sampled values.

7. The method according to claim 6, characterized in that using two in the direction of movement of the linear motor corresponding to half the distance between two magnets Polarity of spaced magnetic field sensors each the magnetic field along the secondary part is captured and in two 90 ° phase-shifted sinusoidal electrical signals is implemented, each of the two sinusoidal electrical signals sampled separately and from each the position value of the Linear motor is determined.

8. The method of claim 7, wherein the position of the Linear motor from that determined by calculating the arc tangent Position angle and the number of zero periods passed is determined.