DE102004013022B3 - Electric motor has section counter, which features a stationary and a moving part for a stable drive - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Abschnittszähler und einen Antrieb.The The invention relates to a section counter and a drive.
Ein Antrieb umfasst zumindest einen linearen oder rotatorischen Elektromotor. Beim rotatorischen Elektromotor ist auch ein gegebenenfalls vom Elektromotor angetriebenes Getriebe vom Antrieb umfasst.One Drive comprises at least one linear or rotary electric motor. When rotary electric motor is also an optionally from the electric motor includes driven gear from the drive.
Aus
der
Nachteilig ist dabei, dass am Rotor Magnete vorzusehen sind. Diese müssen nämlich derart befestigt werden, dass sie den Zentrifugalkräften auch bei hohen Drehzahlen widerstehen. Bei einer linearen statt rotatorischen Ausführung des Drehwinkelsensors müssten nachteiligerweise entlang des Rotors also entlang der Strecke viele Magnete angebracht werden. Dies führt zu extrem hohem Aufwand bei der Herstellung und entsprechenden Kosten.adversely is in the process of providing magnets on the rotor. They have to be like that be attached to the centrifugal forces even at high speeds resist. In a linear instead of rotary execution of the Rotation angle sensors would have disadvantageously along the rotor so along the route many Magnets are attached. This leads to extremely high costs the production and corresponding costs.
Aus
der
Nachteilig ist dabei, dass der Empfindlichkeitsbereich sehr klein ist und der Signal-Rausch-Abstand des Signals nur bei sehr stark ausgeprägten Zähnen verwertbar ist. Insbesondere wird nur ein kleiner Teil des von den Permanentmagneten erzeugten Magnetflusses durch den Impulsdraht geleitet.adversely is that the sensitivity range is very small and the Signal-to-noise ratio the signal is usable only with very strong teeth. Especially Only a small part of the generated by the permanent magnets Magnetic flux passed through the pulse wire.
Aus
der
Aus
der
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen stabileren Antrieb und Drehimpulssensor weiterzubilden.Of the The invention is therefore based on the object, a more stable drive and to develop the angular momentum sensor.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Abschnittszähler nach den in Anspruch 1, 4, 5 oder 28 und bei dem Antrieb nach den in Anspruch 21 angegebenen Merkmalen gelöst.According to the invention Task at the section counter according to claim 1, 4, 5 or 28 and in the drive according to the solved in claim 21 specified characteristics.
Wesentliche Merkmale der Erfindung bei dem Abschnittszähler sind, dass er bei rotatorischer Ausführung zum Zählen von Winkelabschnitten, also auch als Umdrehungszähler, bei linearer Ausführung zum Zählen von linearen Abschnitten, also auch als Wegstreckenzählerzähler vorsehbar ist.basics Features of the invention in the section counter are that in rotary execution for counting Of angle sections, including as a revolution counter, in linear design for counting of linear sections, so also as odometer counter providable is.
Insbesondere
ist wesentlich, dass der Abschnittszähler einen stationären Teil
und einen relativ dazu bewegbaren Teil umfasst,
wobei ein erstes
der beiden Teile entlang seiner dem zweiten der beiden Teile zugewandten
Oberfläche einander
abwechselnde Bereiche mit verschiedenen magnetischen Permeabilitäten aufweist,
und
dass das zweite Teil derart angeordnete Permanentmagnete und Sensoren
umfasst, dass in den jeweiligen Empfindlichkeitsbereichen der Sensoren magnetischer
Fluss vorhanden ist, der von den Permanentmagneten erzeugt ist,
wobei
der Betrag und die Richtung des magnetischen Flusses im jeweiligen
Empfindlichkeitsbereich abhängig
von der Position des ersten Teils derart veränderlich ist, dass mittels
der Sensoren Signalspannungspulse generierbar sind.In particular, it is essential that the section counter comprises a stationary part and a part movable relative thereto,
wherein a first of the two parts has alternating regions with different magnetic permeabilities along its surface facing the second of the two parts,
and that the second part comprises permanent magnets and sensors arranged in such a way that there is magnetic flux in the respective sensitivity ranges of the sensors, which is generated by the permanent magnets,
wherein the amount and the direction of the magnetic flux in the respective sensitivity range is variable depending on the position of the first part such that signal voltage pulses can be generated by means of the sensors.
Von Vorteil ist dabei, dass ein stromausfallsicherer Absolut-Umdrehungszähler herstellbar ist, bei dem bei rotatorischer Ausführung die Magnete stationär, also nicht-drehend vorsehbar sind und somit keine Zentrifugalkräfte auf diese wirken. Die Bereiche verschiedener Permeabilität sind als Erhöhungen und Vertiefungen und somit mittels Ausformungen am festen Körper oder als Blechpaket ausführbar und halten somit allen Zentrifugalkräften stand.From The advantage here is that a power fail-safe absolute-revolution counter produced is, in the case of rotary execution, the magnets stationary, ie are non-rotating vorsehbar and thus no centrifugal forces they work. The regions of different permeability are as increases and depressions and thus by means of molding on the solid body or as sheet package executable and thus keep all centrifugal forces was standing.
Vorteiligerweise sind Permanentmagnete zum Erzeugen von magnetischem Fluss vorsehbar, der im Wesentlichen in mindestens zwei Kreisen fließt, wobei die Kreise jeweils sowohl Bereiche des ersten als auch des zweiten Teils umfassen. Erstes und zweites Teil sind dabei derart ausgeführt, dass während der Bewegung des ersten Teils, also dem linearen Bewegen oder rotatorischen Drehen des ersten Teils, der im Empfindlichkeitsbereich des Sensors resultierende Fluss, welcher aus der Überlagerung der von den beiden Kreisen stammenden Flussanteile entsteht, umpolbar ist. Jedem Sensor sind dabei zwei solche Kreise zuordenbar, die wesentlich für den Fluss im Empfindlichkeitsbereich verantwortlich sind. Vorteilig ist bei der Erfindung, dass das erste Teil in kostengünstiger Weise bloß Bereiche verschiedener magnetischer Suszeptibilität oder Permeabilität aufweisen muss und somit beim Bewegen des ersten Teils die beiden jeweiligen Anteile des Flusses im Empfindlichkeitsbereich verschieden stark ausgeprägt sind. Die verschieden starke Ausprägung ist sogar derart vorsehbar, dass ein Umpolen des resultierenden Flusses erreichbar ist. Dazu sind auch im zweiten Teil Joche in geeigneter Weise angeordnet.Vorteiligerweise are permanent magnets for generating magnetic flux providable, the flows essentially in at least two circles, the circles each both areas of the first and the second part include. First and second part are designed such that during the movement of the first Partly, ie the linear movement or rotational rotation of the first Part, the resulting in the sensitivity range of the sensor River, which from the superposition of the arises from the two circles flow shares, umpolbar is. Each sensor can be assigned to two such circles, the essential for the River in the sensitivity range are responsible. Vorteilig is in the invention that the first part in cheaper Just do areas have different magnetic susceptibility or permeability must and thus when moving the first part, the two respective Shares of the river in the sensitivity range differently strong pronounced are. The different degrees of severity are even predictable that a reversal of the resulting flow is achievable. To are also arranged in the second part yokes in a suitable manner.
Auf diese Weise sind sogar Wieganddrähte als Sensoren einsetzbar, die beim Umpolen Spannungsimpulse liefern.On these are even Wiegand wires as Sensors can be used, which supply voltage pulses during polarity reversal.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die Signalspannungspulse einer elektronischen Schaltung zugeführt, die aus der Energie dieser Signalspannungspulse versorgbar ist und die einen Zähler für die Pulse umfasst, wobei der Zählerstand nichtflüchtig speicherbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass keine weitere Energieversorgung notwendig ist.at In an advantageous embodiment, the signal voltage pulses fed to an electronic circuit that derives from the energy of this Signal voltage pulses can be supplied and a counter for the pulses includes, wherein the count can be stored non-volatile is. The advantage here is that no further energy supply necessary is.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Zähler als FRAM-Baustein, also in FRAM-Technologie, ausgeführt. Insbesondere ist zur Versorgung des Zählers keine externe Versorgung und keine Versorgung aus weiteren Energiespeichern, wie Batterien oder dergleichen, notwendig. Von Vorteil ist dabei, dass energiesparende Technologie verwendbar ist und der Zählerstand über lange Zeiten speicherbar ist.at According to an advantageous embodiment, the counter is a FRAM block, ie in FRAM technology, executed. In particular, there is no external supply for supplying the counter and no supply from other energy storage, such as batteries or like that, necessary. The advantage here is that energy-saving Technology is usable and the meter reading can be stored over long periods.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Zähler als einzelner Baustein ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass geringere Kosten und geringere Störanfälligkeit erreichbar sind.at an advantageous embodiment, the counter is a single block executed. The advantage here is that lower costs and lower susceptibility are reachable.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Baustein aus einer Gleichrichterschaltung versorgt, die wiederum aus den Signalspannungspulsen der Sensoren vorsorgt ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Versorgung des Bausteins in einfacher und kostengünstiger Weise aus den Signalen selbst erreichbar sind.at According to an advantageous embodiment of the block of a rectifier circuit supplied, in turn, from the signal voltage pulses of the sensors is taken care of. The advantage here is that the supply of the device in easier and cheaper Way from the signals themselves are achievable.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Sensoren Impulsdrahtsensoren und/oder Wieganddrahtsensoren. Insbesondere arbeiten die Sensoren nach dem Barkhausen-Effekt. Von Vorteil ist dabei, dass bekannte kostengünstige Standard-Sensoren verwendbar sind.at According to an advantageous embodiment, the sensors are pulse-wire sensors and / or Wieganddrahtsensoren. In particular, the sensors work after the Barkhausen effect. The advantage here is that known inexpensive Standard sensors are usable.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Elektromotor linear oder rotatorisch aufgebaut. Von Vorteil ist dabei, dass beide Versionen von der Erfindung umfasst sind und somit bei beiden Motoren die Vorteile der Erfindung erzielbar sind.at an advantageous embodiment, the electric motor is linear or constructed rotationally. The advantage here is that both versions are covered by the invention and thus the advantages of both engines the invention can be achieved.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Stator und Rotor in einem dritten axialen Bereich einen Feindrehwinkelsensor. Von Vorteil ist dabei, dass eine Regelung und/oder Steuerung des Elektromotors gemäß den von dem Feindrehwinkelsensor gelieferten Werten erreichbar ist.at an advantageous embodiment, the stator and rotor in a third axial range, a fine angle sensor. Advantageous is doing that a control and / or control of the electric motor according to the achievable to the fine angle sensor.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung gibt der Zählerstand Anzahl der Umdrehungen und/oder Teilumdrehungen wieder. Insbesondere sind bei rotatorischer Ausführung drei Sensoren vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass eine Drehrichtungserkennung ermöglicht ist.at According to an advantageous embodiment of the meter reading number of revolutions and / or partial revolutions again. In particular, are rotatory in execution three sensors provided. The advantage here is that a direction of rotation detection is possible.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Baustein als Busteilnehmer ausgeführt oder weist eine elektrische Schnittstelle zur Datenübertragung auf. Von Vorteil ist dabei, dass der Zählerstand an weitere Geräte übermittelbar ist.at In an advantageous embodiment, the block is a bus subscriber accomplished or has an electrical interface for data transmission. The advantage here is that the meter reading can be transmitted to other devices is.
Wesentliche
Merkmale der Erfindung bei dem Antrieb sind, dass er zumindest einen
zumindest ein bewegbares Teil und einen Stator umfassenden Elektromotor
umfasst,
wobei der Stator und das bewegbare Teil in einem ersten
axialen Bereich nach Art eines Asynchronmotors, Synchronmotors oder
Reluktanzmotors aufgebaut ist,
wobei das bewegbare Teil in
einem zweiten axialen Bereich entlang seiner dem Stator zugewandten Oberfläche einander
abwechselnde Bereiche mit verschiedenen magnetischen Permeabilitäten aufweist,
und
dass das zweite Teil, also Stator, derart angeordnete Permanentmagnete
und Sensoren umfasst, dass in den jeweiligen Empfindlichkeitsbereichen
der Sensoren magnetischer Fluss vorhanden ist, der von den Permanentmagneten
erzeugt ist,
wobei der Betrag und die Richtung des magnetischen Flusses
im jeweiligen Empfindlichkeitsbereich abhängig von der Position des ersten
Teils derart veränderlich
ist, dass mittels der Sensoren Signalspannungspulse generierbar
sind.Essential features of the invention in the drive are that it comprises at least one electric motor comprising at least one movable part and a stator,
wherein the stator and the movable part are constructed in a first axial region in the manner of an asynchronous motor, synchronous motor or reluctance motor,
wherein the movable part in a second axial region along its surface facing the stator facing each other with ver has different magnetic permeabilities,
and that the second part, ie stator, comprises such arranged permanent magnets and sensors, that in the respective sensitivity ranges of the sensors magnetic flux is present, which is generated by the permanent magnets,
wherein the amount and the direction of the magnetic flux in the respective sensitivity range is variable depending on the position of the first part such that signal voltage pulses can be generated by means of the sensors.
Von Vorteil ist dabei, dass bei rotatorischer Ausführung die Magnete stationär, also nichtdrehend vorsehbar sind und somit keine Zentrifugalkräfte auf diese wirken. Die Erhöhungen und Vertiefungen sind mittels Ausformungen am festen Körper oder als Blechpaket ausführbar und halten somit allen Zentrifugalkräften stand.From The advantage here is that in rotatory design, the magnets stationary, ie are non-rotating vorsehbar and thus no centrifugal forces on this Act. The raises and depressions are by means of molding on the solid body or executable as a laminated core and thus withstand all centrifugal forces.
Vorteiligerweise ist der Elektromotor auch mit dem auf seiner Rotorwelle integrierten Abschnittszähler ausführbar. Dies ermöglicht eine besonders kompakte und kostengünstige Ausführung des Elektromotors. Der Antrieb ist auch mit einem dem umfassten Elektromotor zugeordneten Getriebe ausführbar.Vorteiligerweise The electric motor is also integrated with that on its rotor shaft section counter executable. this makes possible a particularly compact and inexpensive design of the electric motor. Of the Drive is also associated with an electric motor included Gearbox executable.
Insbesondere ist dem Antrieb auch ein fein auflösender Sensor zusätzlich vorsehbar. Somit sind nicht nur Abschnitte erfassbar sondern auch die zwischen den Abschnitten liegenden Sensoren.Especially is the drive also a finely resolving sensor additionally providable. Thus, not only sections are detectable but also between the sensors lying in the sections.
- 11
- Rotorrotor
- 22
- Jochyoke
- 33
- Sensorsensor
- 44
- Permanentmagnetpermanent magnet
- 21 21
- Zählerbausteincounters block
Die
Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
In der
In the
Rotor
und Stator sind relativ zueinander beweglich. Der Rotor
Der Sensor ist ein spannungsimpulsgenerierender Detektor, der bei zunehmendem und/oder abnehmendem Magnetfluss einen Spannungsimpuls generiert, also kurzzeitig eine Spannung erzeugt. Vorteiligerweise ist ein Wieganddraht-Sensor, also ein Impulsdrahtsensor verwendbar.Of the Sensor is a voltage pulse generating detector which increases with increasing and / or decreasing magnetic flux generates a voltage pulse, So briefly generates a voltage. Advantageously, a Wiegand wire sensor, so a pulse wire sensor used.
Wird
der Rotor am Stator vorbeibewegt, detektiert der Sensor
Die
Joche
Der
Stator umfasst mindestens drei Sensoren
Die
Permanentmagnete zweier benachbarter Schenkel zweier verschiedener
und benachbarter Joche
Bei einer rotatorischen Ausführung werden die Sensoren am Umfang in 120° Abständen derart angeordnet, dass die Orientierungen der Sensoren stets radial sind und zum jeweils nächsten Nachbarn 120° winklig ausgerichtet sind.at a rotary version the sensors are circumferentially arranged at 120 ° intervals such that the orientations of the sensors are always radial and to each next Neighbors 120 ° angled are aligned.
Die
Signale der Sensoren werden gemäß
Bei rotatorischer Ausführung werden pro Umdrehung drei Spannungspulse erzeugt. Der Zählerstand des Zählers zählt jedoch nur die Pules eines der drei Sensoren, der im Folgenden auch als Referenzimpulssensor bezeichenbar ist.at rotary design three voltage pulses are generated per revolution. The meter reading of the meter counts however only the pules of one of the three sensors, which in the following also as Reference pulse sensor is beschzeichenbar.
Weil drei Sensoren am Umfang angeordnet sind, ist die Drehrichtung erkennbar und der Zählerstand ist somit als Absolutwertzähler für Umdrehungen verwendbar. Vorteiligerweise zählt der Zählerstand also auf- und abwärts je nach erkannter Drehrichtung.Because three sensors are arranged on the circumference, the direction of rotation is recognizable and the meter reading is thus an absolute value counter for turns usable. Advantageously, counts the meter reading So up and down depending on the detected direction of rotation.
Der
Zählerbaustein
Der
Zählerbaustein
Die Sensoren bilden in Zusammenschaltung einen Abschnittszähler. Bei rotatorischer Ausführung werden also Winkel-Abschnitte gezählt und bei linearer Ausführung werden lineare Abschnitte gezählt.The Sensors together form a section counter. at rotatory execution so counted angle sections and in linear design linear sections are counted.
Bei anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen werden statt der Erhöhungen und Vertiefungen jeweils Material-Bereiche mit unterschiedlicher Permeabilität angeordnet. Somit treten bei der Bewegung des Rotors verschieden stark magnetisierbare Bereiche in den Empfindlichkeitsbereich der jeweiligen Sensoren ein. Vorteiligerweise ist eine solche Ausführung auch sehr einfach und kostengünstig zu fertigen. Bei linearer Ausführung sind die Kosten für den Rotor sehr gering und bei rotatorischer Ausführung ist eine hohe Stabilität gegen Fliehkräfte erzielbar.at other embodiments of the invention be instead of the increases and recesses each material areas with different permeability arranged. Thus, different in the movement of the rotor strongly magnetizable areas in the sensitivity range of respective sensors. Advantageously, such an embodiment is also very easy and inexpensive to manufacture. With linear design are the costs for the rotor is very low and in rotary design is a high stability against centrifugal forces achievable.
Bei
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
sind gemäß
Bei
rotatorischer Ausführung
eines nach
Bei
einer rotatorischen Ausführung,
die nach
Statt der drei Sensoren am Umfang des Stators sind selbstverständlich auch mehr Sensoren anordenbar. Wesentlich ist bei der Erfindung jedoch, dass die Periodenlänge p der Erhöhungen und Vertiefungen am Rotor oder entsprechender Variation der magnetischen Permeabilität am Rotor abgestimmt ist in einem vorteiligen Verhältnis zu den Abständen a der Sensoren. Vorteilig ist insbesondere das Verhältnis p : a = 4 : 3. Dabei ist bei linearer Ausführung p und a jeweils ein Längenwert. Bei rotatorischer Ausführung ist p und a jeweils ein Winkelwert.Instead of of course, the three sensors on the circumference of the stator are also more sensors can be arranged. It is essential in the invention, however, that the period length p of raises and depressions on the rotor or corresponding variation of the magnetic permeability matched to the rotor is in an advantageous ratio to the distances a of the sensors. In particular, the ratio p is advantageous : a = 4: 3. In the case of a linear design, p and a are each a length value. For rotary version p and a are each an angle value.
Vorteiligerweise ist einer der Sensoren als Referenzimpulsdraht, also 0°, verwendbar. Somit ist die absolute Anzahl der Umdrehungen relativ zu dieser Referenz bestimmbar.Vorteiligerweise one of the sensors can be used as reference pulse wire, ie 0 °. Thus, the absolute number of revolutions is relative to this Reference determinable.
In dem angeschlossenen Zählerbaustein ist es vorteilhaft, nicht nur den Zählerstand des Sensors abzuspeichern sondern auch die Information, welcher Sensor zuletzt einen Spannungsimpuls generiert hat und ergänzend welcher Sensor vor diesem zuletzt aktiven Sensor einen Spannungsimpuls generiert hat. Somit ist auch im Bereich um den Referenzimpulssensor stets eineindeutig und klar, wie viele Umdrehungen des Rotors insgesamt schon vorliegen.In the connected counter module It is advantageous not only to store the count of the sensor but also the information, which sensor last a voltage pulse has generated and supplementary which sensor before this last active sensor a voltage pulse has generated. Thus, also in the area around the reference pulse sensor always one-to-one and clear how many revolutions of the rotor in total already present.
Um ein robustes Zusammenwirken mit einem Feinwinkelsensor sicherzustellen, ist es notwendig, dass der Zählerbaustein nicht nur die Zahl der durch den Referenzsensor bestimmten Abschnitte registriert, die überschritten wurden, und beispielsweise über die Schnittstelle an ein übergeordnetes Steuersystem als Information zur Verfügung stellt, sondern es muss mindestens auch die Information bereitgestellt werden, welcher der Impulsdrähte als letztes ausgelöst hat. Hintergrund dabei ist, dass beim Übergang des Feinwinkelsensors (im linearen Fall Feinabschnittssensor) von 359 Grad auf 1 Grad nicht sichergestellt werden kann, dass der Referenzimpulssensor exakt bei 0 Grad positioniert ist und den Zählerstand um eins erhöht bzw. erniedrigt. Vielmehr ist mit einer Ungenauigkeit des Zählers von einigen Grad zu rechnen. Um trotzdem eine exakte Umdrehungszahl zu erhalten, ist es daher notwendig zu wissen, ob der Referenzsensor bereits ausgelöst hat oder aber noch nicht, das heißt der letzte auslösende Sensor der Sensor vor dem Referenzsensor war.Around to ensure a robust interaction with a fine angle sensor it is necessary that the counter module not only the number of sections determined by the reference sensor registered, the exceeded were, for example, over the interface to a higher-level control system as information available but at least the information must be provided which of the impulse wires triggered last Has. The background is that during the transition of the fine angle sensor (in the linear case fine section sensor) from 359 degrees to 1 degree not it can be ensured that the reference pulse sensor is accurate is positioned at 0 degrees and increases the count by one or decreased. Rather, with an inaccuracy of the counter of to expect a few degrees. Nevertheless, an exact number of revolutions Therefore, it is necessary to know if the reference sensor already triggered or not yet, that is the last triggering sensor the sensor was in front of the reference sensor.
Der beschriebene Drehzahlsensor ist vorteiligerweise in einen Elektromotor integrierbar. Somit ist unter geringstem Aufwand ein weiterer axialer Bereich der Rotorwelle des Elektromotors als Drehzahlsensor ausführbar.Of the described speed sensor is advantageous in an electric motor integrated. Thus, with the least effort another axial Area of the rotor shaft of the electric motor executable as a speed sensor.
Ein Feinwinkelsensor ist für höhere Anforderungen, beispielsweise hochgenaue Positionierungen, zusätzlich verbindbar. Verwendbar ist in vorteiligerweise hierzu ein Drehzahlgeber, wie Resolver Inkremantalgeber oder ein induktives Gebersystem.A fine angle sensor is additionally connectable for higher requirements, for example high-precision positioning. Advantageously, a speed sensor such as resolver In can be used for this purpose crematory encoder or an inductive encoder system.
Claims (31)
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