DE102018101343A1

DE102018101343A1 - Measuring arrangement for detecting repetitive partial movements of a total movement of a second body relative to a first body

Info

Publication number: DE102018101343A1
Application number: DE102018101343.4A
Authority: DE
Inventors: Norbert Klaes; Hans-Jürgen Esch
Original assignee: Hochschule fuer Technik und Wirtschaft Berlin
Current assignee: Hochschule fuer Technik und Wirtschaft Berlin
Priority date: 2018-01-22
Filing date: 2018-01-22
Publication date: 2019-07-25

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messanordnung zur Erfassung sich wiederholender Teilbewegungen einer Gesamtbewegung eines zweiten Körpers gegenüber einem ersten Körper mit wenigstens einer Sensoranordnung (1) mit wenigstens einem ersten Sensor (11), welcher an dem ersten Körper angeordnet ist, und mit wenigstens einem Signalgeber (15), welcher an dem zweiten Körper angeordnet ist, wobei der Signalgeber (15) zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, in der Bewegungsrichtung des zweiten Körpers eine sich wiederholende Struktur (16, 17) aufweist, deren Anzahl der Wiederholungen der Anzahl der Teilbewegungen der Gesamtbewegung des zweiten Körpers entspricht, wobei die Sensoranordnung (1) ausgebildet ist, die sich wiederholende Struktur (16, 17) des Signalgebers (15) mit dem ersten Sensor (11) zu erfassen.

The present invention relates to a measuring arrangement for detecting repetitive partial movements of a total movement of a second body relative to a first body having at least one sensor arrangement (1) with at least one first sensor (11), which is arranged on the first body, and with at least one signal generator ( 15), which is arranged on the second body, wherein the signal generator (15) at least partially, preferably completely, in the direction of movement of the second body has a repeating structure (16, 17) whose number of repetitions of the number of partial movements of the total movement of the second body, the sensor arrangement (1) being designed to detect the repetitive structure (16, 17) of the signal generator (15) with the first sensor (11).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messanordnung zur Erfassung sich wiederholender Teilbewegungen einer Gesamtbewegung eines zweiten Körpers gegenüber einem ersten Körper in einer Bewegungsrichtung gemäß des Patentanspruchs 1 sowie eine Sensoranordnung zur Verwendung bei einer derartigen Messanordnung gemäß des Patentanspruchs 15.The present invention relates to a measuring arrangement for detecting repetitive partial movements of a total movement of a second body relative to a first body in a direction of movement according to the patent claim 1 and a sensor arrangement for use in such a measuring arrangement according to the patent claim 15.

Auf vielen technischen Gebieten ist es erforderlich, die Position eines beweglichen zweiten Körpers gegenüber einem feststehenden ersten Körper bei einer Relativbewegung messtechnisch zu erfassen. Dies kann sowohl bei rotatorischen als auch bei translatorischen und insbesondere bei linearen Bewegungen der Fall sein. Bei einer translatorischen Bewegung soll eine Lageänderung erfasst werden, bei einer rotatorischen Bewegung eine Winkeländerung.In many technical fields, it is necessary to measure the position of a movable second body relative to a stationary first body during a relative movement. This can be the case both in rotational and in translatory and in particular in linear movements. In the case of a translational movement, a change in position is to be detected; in the case of a rotary movement, a change in angle.

Die Umsetzung dieser Funktion kann z.B. mittels Inkrementalgebern als Sensoren zur Erfassung von Lageänderungen (linear) oder Winkeländerungen (rotierend) erfolgen, die Wegstrecke und Wegrichtung bzw. Winkelveränderung und Drehrichtung erfassen können. Inkrementalgeber besitzen üblicherweise eine Maßverkörperung mit sich wiederholenden, periodischen Teilstrichen. Die Messung beruht üblicherweise auf einer Richtungsbestimmung und einer Zählung mittels digitaler Messtechnik. Am häufigsten werden (rotierende) optische Geber verwendet. Alternativ können auch z.B. Servo-Potentiometer als kontinuierlich arbeitende Messsysteme eingesetzt werden.The implementation of this function may e.g. By incremental encoders as sensors for detecting changes in position (linear) or angle changes (rotating) done, the distance and the direction of travel or angle change and direction of rotation can detect. Incremental encoders usually have a material measure with repetitive, periodic graduations. The measurement is usually based on a direction determination and a count by means of digital measurement technology. Most commonly (rotating) optical encoders are used. Alternatively, e.g. Servo potentiometers are used as continuously operating measuring systems.

Inkrementalgeber müssen nach dem Einschalten gegebenenfalls referenziert werden, da Änderungen der Position im ausgeschalteten Zustand nicht erfasst werden können. Dies kann bei Absolutwertgebern vermieden werden, da dort der absolute Messwert ohne Referenzieren unmittelbar nach dem Einschalten zur Verfügung steht. Somit können derartige Sensoren als Absolutwertgeber die genaue Position des beweglichen zweiten Körpers relativ zum feststehenden ersten Körper innerhalb einer Strecke oder innerhalb einer Umdrehung erfassen. Positionssensoren als Inkrementalgeber können nach Anfahren oder Erreichen eines Referenzpunktes ebenfalls zur genauen Lage- bzw. Winkelbestimmung innerhalb einer Strecke oder innerhalb einer Umdrehung verwendet werden. Derartige Sensoren werden in verschiedenen Ausführungs- und Bauformen z.B. in Industriesteuerungen, in Antriebssystemen, bei Verbrennungsmotoren oder in der Automatisierungstechnik und in der Robotik eingesetzt.Incremental encoders may need to be referenced after switching on, as changes in the position when switched off can not be detected. This can be avoided with absolute value encoders because the absolute measured value without referencing is available there immediately after switching on. Thus, such sensors as absolute encoders can detect the exact position of the movable second body relative to the fixed first body within one turn or within one turn. Position sensors as incremental encoders can also be used for exact position or angle determination within a distance or within one revolution after starting or reaching a reference point. Such sensors are available in various designs and designs, e.g. used in industrial controls, in drive systems, in internal combustion engines or in automation technology and in robotics.

Ein absolutes Winkelmess-System ist z.B. von der Firma Renishaw plc. unter dem Namen „REXA“ bekannt. Das REXA-System weist einen Edelstahlring mit Teilungsperioden auf, die direkt am Umfang des beweglichen Körpers angebracht werden. Am feststehenden Körper sind zwei Abtastköpfe angeordnet, welche jeweils zwei Hall-Sensoren aufweisen. Die Signale der beiden Abtastköpfe werden innerhalb der Steuerung kombiniert, um die Genauigkeit der absoluten Winkelerfassung zu erhöhen.An absolute angle measuring system is e.g. from Renishaw plc. known as "REXA". The REXA system has a stainless steel ring with pitch periods that are placed directly on the perimeter of the moving body. On the fixed body two scanning heads are arranged, each having two Hall sensors. The signals from the two scanheads are combined within the controller to increase the accuracy of absolute angle detection.

Derartige Sensoren stoßen an die Grenzen ihrer Möglichkeiten, wenn nicht die Lage innerhalb einer Strecke bzw. der Winkel innerhalb einer Umdrehung erfasst werden soll, sondern sich mehrfach wiederholende gleichartige Teilbewegungen innerhalb der Strecke bzw. der Umdrehung zu erfassen sind. Derartige Anforderungen können z.B. bei hochpoligen elektrischen Maschinen, bei Verbrennungsmotoren oder bei Anwendungen der Automatisierungstechnik vorliegen.Such sensors reach the limits of their capabilities, if not the position within a distance or the angle is to be detected within a revolution, but are repeated repetitive similar partial movements within the track or the rotation to be detected. Such requirements may e.g. in high-pole electrical machines, in internal combustion engines or in automation technology applications.

Wird beispielsweise angenommen, dass sich innerhalb einer Umdrehung z.B. einer elektrischen Maschine eine Teilbewegung in Form einer Teilumdrehung z.B. einhundert Mal wiederholt, so würde ein Sensor, der die gesamte Umdrehung mit einem Grad Genauigkeit auflösen kann, lediglich drei bis vier Messsignale innerhalb der relevanten Teilumdrehung erfassen können. Eine genaue Steuerung oder Regelung innerhalb der Teilumdrehung wäre somit nur schwierig bis gar nicht möglich, weil es hierfür an der erforderlichen Messgenauigkeit des Sensors fehlt.For example, assuming that within one revolution, e.g. an electric machine a partial movement in the form of a partial revolution, e.g. Repeated one hundred times, a sensor capable of resolving the entire revolution with one degree of precision would only be able to detect three to four measurement signals within the relevant sub-revolution. Accurate control or regulation within the partial revolution would thus be difficult if not impossible because it lacks the required measuring accuracy of the sensor for this purpose.

Nachteilig ist ferner, dass Absolutwertgeber in diesem Fall nicht von sich aus erkennen können, wann eine der einhundert identischen Teilbewegungen der gesamten Strecke bzw. Umdrehung beginnt oder endet. Auch können Absolutwertgeber z.B. bei der Anwendung auf hochpolige elektrische Maschinen nicht den für die Ansteuerung erforderlichen Winkel eines Teilkreises, d.h. einer Polteilung, erfassen.A further disadvantage is that absolute value encoders in this case can not recognize themselves when one of the one hundred identical partial movements of the entire route or revolution begins or ends. Absolute encoders, e.g. when used on high-pole electrical machines not the required angle for driving a pitch circle, i. a pole pitch, capture.

Nachteilig ist ferner, dass Absolutwertgeber wie z.B. das o.g. REXA-System vergleichsweise komplex und aufwändig aufgebaut sind, was zu entsprechenden Kosten führen kann. Ferner können derartige Absolutwertgeber nicht robust genug für mechanische oder klimatische raue Einsatzbedingungen sein.Another disadvantage is that absolute encoders such. the o.g. REXA system are comparatively complex and complex, which can lead to corresponding costs. Furthermore, such absolute encoders can not be robust enough for mechanical or climatic harsh operating conditions.

Nachteilig ist auch, dass Inkrementalgeber für diesen Zweck kaum sinnvoll eingesetzt werden können, weil diese für jede Teilbewegung einen Referenzpunkt benötigen würden. Dies kann praktisch umso weniger umgesetzt werden, desto kürzer die relevanten Teilbewegungen sind.Another disadvantage is that incremental encoders can hardly be used meaningfully for this purpose because they would require a reference point for each partial movement. This can be implemented practically less, the shorter the relevant partial movements are.

Somit können zur Erfassung einer Position, d.h. einer Lage bzw. eines Winkels, innerhalb einer Teilbewegung, wenn diese lediglich einen kleinen Teil einer Gesamtbewegung ausmacht, Inkrementalgeber praktisch gar nicht und die üblicherweise teureren Absolutwertgeber nur bedingt eingesetzt werden. Dies kann die Steuerung sowie die Regelung von derartigen Anwendungen wie z.B. von hochpoligen elektrischen Maschinen erschweren oder sogar unmöglich machen.Thus, to detect a position, ie a position or an angle, within a partial movement, if this only a small Part of an overall movement, incremental encoders practically not at all and the usually more expensive absolute encoders are used only conditionally. This can complicate or even make impossible the control and regulation of such applications as, for example, high-voltage electrical machines.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Messanordnung der eingangs beschriebenen Art bereitzustellen, mit welcher die Position (Lage bzw. Winkel) innerhalb einer sich wiederholenden Teilbewegung einer Gesamtbewegung überhaupt bzw. genauer als bisher bekannt erfasst werden kann. Insbesondere soll der Winkel eines Rotors einer elektrischen Maschine innerhalb einer Polteilung überhaupt bzw. genauer als bisher bekannt erfasst werden können. Dies soll vorzugsweise möglichst einfach erfolgen können. Zumindest soll eine Alternative zu derartigen bekannten Messanordnungen geschaffen werden.An object of the present invention is to provide a measuring arrangement of the type described above, with which the position (position or angle) within a repeating partial movement of a total movement can be detected at all or more accurately than previously known. In particular, the angle of a rotor of an electric machine within a pole pitch should be able to be detected at all or more accurately than previously known. This should preferably be as simple as possible. At least an alternative to such known measuring arrangements should be created.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Messanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Sensoranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.The object is achieved by a measuring arrangement with the features of claim 1 and by a sensor arrangement with the features of claim 15. Advantageous developments are described in the subclaims.

Somit betrifft die vorliegende Erfindung eine Messanordnung zur Erfassung sich wiederholender Teilbewegungen einer Gesamtbewegung eines zweiten Körpers gegenüber einem ersten Körper. Mit anderen Worten ist ein erster Körper vorhanden, welcher relativ zu einem zweiten Körper als feststehend angesehen werden kann, so dass der zweite Körper eine Relativbewegung zum ersten Körper ausführen kann. Die Relativbewegung kann über ihre gesamte Erstreckung als Gesamtbewegung betrachtet werden, welche sich in gleiche Teile aufteilen lässt, welche miteinander die Gesamtbewegung bilden. Die Teilbewegungen weisen stets in sich den gleichen Verlauf auf. Die Relativbewegung kann dabei sowohl translatorisch als auch rotatorisch erfolgen. Beispielsweise kann die einmalige Umdrehung einer rotierenden elektrischen Maschine als Gesamtbewegung angesehen werden, wobei sich jede Teilbewegung über eine Polteilung der rotierenden elektrischen Maschine erstreckt.Thus, the present invention relates to a measuring arrangement for detecting repetitive partial movements of a total movement of a second body relative to a first body. In other words, there is a first body that can be considered fixed relative to a second body so that the second body can make a relative movement to the first body. The relative movement can be considered over its entire extent as a total movement, which can be divided into equal parts, which together form the total movement. The partial movements always have the same course. The relative movement can take place both translationally and rotationally. For example, the one-time revolution of a rotating electrical machine can be considered as an overall movement, wherein each partial movement extends over a pole pitch of the rotating electrical machine.

Die Messanordnung weist wenigstens eine Sensoranordnung auf, welche ihrerseits wenigstens einen ersten Sensor, welcher an dem ersten Körper angeordnet ist, und wenigstens einen Signalgeber aufweist, welcher an dem zweiten Körper angeordnet ist. Auf diese Art und Weise kann der erste Sensor als feststehend mit dem ersten Körper und der Signalgeber als relativ mitbeweglich mit dem zweiten Körper angesehen werden.The measuring arrangement has at least one sensor arrangement, which in turn has at least one first sensor, which is arranged on the first body, and at least one signal generator, which is arranged on the second body. In this way, the first sensor may be considered to be stationary with the first body and the signal transmitter to be relatively mobile with the second body.

Der Signalgeber weist zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, in der Bewegungsrichtung des zweiten Körpers eine sich wiederholende Struktur auf, deren Anzahl der Wiederholungen der Anzahl der Teilbewegungen der Gesamtbewegung des zweiten Körpers entspricht, wobei die Sensoranordnung ausgebildet ist, die sich wiederholende Struktur des Signalgebers mit dem ersten Sensor zu erfassen. Mit anderen Worten weist der Signalgeber so viele gleiche Strukturen auf wie gleiche Teilbewegungen vorhanden sind. Eine der gleichen Strukturen erstreckt sich entsprechend in der Bewegungsrichtung des zweiten Körpers genau so weit wie eine der gleichen Teilbewegungen. Unter einer Struktur des Signalgebers ist dabei jegliche messtechnisch erfassbare Ausgestaltung zu verstehen, welche mittels des ersten Sensors erfasst werden kann, um über die Erstreckung einer Teilbewegung ein Signal zu erzeugen, welches für eine Position innerhalb der Erstreckung der Teilbewegung repräsentativ sein kann. Dies können optische Strukturen ebenso wie mechanisch ausgestaltete Strukturen sein. Auch können Materialeigenschaften sowie unterschiedliche Materialien verwendet werden, um eine derartige Struktur zu erzeugen.The signal generator has at least in sections, preferably completely, in the direction of movement of the second body, a repetitive structure, the number of repetitions of the number of partial movements of the total movement of the second body corresponds, wherein the sensor arrangement is formed, the repeating structure of the signal generator with the first sensor to detect. In other words, the signal generator has as many identical structures as the same partial movements are present. One of the same structures extends correspondingly in the direction of movement of the second body as far as one of the same partial movements. In this case, a structure of the signal generator is understood to mean any measurement-detectable configuration which can be detected by means of the first sensor in order to generate a signal over the extent of a partial movement, which signal can be representative of a position within the extension of the partial movement. These can be optical structures as well as mechanically configured structures. Also, material properties as well as different materials can be used to create such a structure.

Die sich wiederholende Struktur kann entsprechend ihrer Natur sensorisch erfasst werden. Dies kann z.B. optisch, induktiv, kapazitiv und dergleichen erfolgen. Vorzugsweise wird als Sensor ein solcher verwendet, der auf Veränderungen eines Magnetfelds reagieren und mittelbar oder unmittelbar ein proportionales Signal erzeugen kann. Dies kann beispielsweise ein Sensor sein, der den Hall-Effekt nutzen kann, oder eine Spule, die ihre elektrischen Werte z.B. durch Sättigungseffekte verändern kann. Weitere Möglichkeiten der Struktur und des Sensors werden weiter unten näher beschrieben. Dabei kann bei der Verwendung eines Oszillators die resultierende positionsabhängige Frequenz besonders einfach, hochgenau und sehr robust durch eine Auswerteschaltung, einen integrierten Schaltkreis oder durch einen Mikroprozessor erfasst und in z.B. eine Winkellage innerhalb einer Teilbewegung der Gesamtbewegung umgerechnet werden. Der Verlauf des erfassten Werts eines Sensors kann vorzugsweise zumindest abschnittsweise linear oder sinusförmig sein. Durch die Auswertung des Verlaufs des erfassten Wertes kann die Position innerhalb einer Teilbewegung einer Gesamtbewegung erfasst werden. Auf jeden Fall wird ein nicht-konstanter Verlauf des erfassten Werts erhalten.The repetitive structure can be sensed according to its nature. This can e.g. optical, inductive, capacitive and the like take place. Preferably, the sensor used is one which can react to changes in a magnetic field and can directly or indirectly generate a proportional signal. This may be, for example, a sensor that can use the Hall effect, or a coil that has its electrical values, e.g. can change through saturation effects. Further possibilities of the structure and the sensor are described in more detail below. In this case, when using an oscillator, the resulting position-dependent frequency can be detected in a particularly simple, highly accurate and very robust manner by an evaluation circuit, an integrated circuit or by a microprocessor and stored in e.g. an angular position within a partial movement of the total motion to be converted. The profile of the detected value of a sensor may preferably be linear or sinusoidal at least in sections. By evaluating the course of the detected value, the position within a partial movement of a total movement can be detected. In any case, a non-constant course of the detected value is obtained.

Erfindungsgemäß kann es auf diese Art und Weise erreicht werden, dass eine Position innerhalb einer Teilbewegung einer Gesamtbewegung bzw. innerhalb der Erstreckung einer Teilbewegung einer Gesamtbewegung sensorisch erfasst werden kann. Dies kann fortlaufend für alle Teilbewegungen der Gesamtbewegung erfolgen, so dass pro Teilbewegung die Position innerhalb der Erstreckung der Teilbewegung erfasst und z.B. einer Steuerung zur Verfügung gestellt werden kann. Dies kann über einen Wert erfolgen, welcher den Beginn, den Verlauf und das Ende jeder Teilbewegung innerhalb der Gesamtbewegung darstellt. Der Verlauf dieses Werts kann zwar keinen Rückschluss auf die konkrete Position des zweiten Körpers relativ zum ersten Körper ermöglichen, jedoch kann innerhalb jeder Teilbewegung eine hinreichend genaue Positionsinformation für eine präzisere Steuerung oder Regelung der Position des zweiten Körpers als bisher bekannt zur Verfügung gestellt werden. Dies kann einfacher, kostengünstiger und bzw. oder robuster als bisher bekannt erfolgen.According to the invention, it can be achieved in this way that a position within a partial movement of a total movement or within the extension of a partial movement of a total movement can be sensed. This can be done continuously for all partial movements of the total movement, so that per Part movement the position can be detected within the extension of the partial movement and, for example, a controller can be provided. This can be done via a value representing the beginning, the course and the end of each partial movement within the total movement. Although the course of this value can not provide any conclusion on the concrete position of the second body relative to the first body, but within each partial movement sufficiently accurate position information for a more precise control or regulation of the position of the second body can be provided as heretofore known. This can be done easier, cheaper and / or more robust than previously known.

Vorteilhaft ist ferner, dass auch im Stillstand eine hinreichend genaue Information über die Position des zweiten Körpers innerhalb jeder Teilbewegung erhalten werden kann. Dies stellt einen Vorteil gegenüber inkrementell messenden Positionssensoren dar. Damit kann die erfindungsgemäße Messanordnung beispielsweise auch zur genauen Steuerung hochpoliger rotierender elektrischer Maschinen verwendet werden.It is also advantageous that a sufficiently accurate information about the position of the second body within each partial movement can be obtained even at a standstill. This represents an advantage over incrementally measuring position sensors. Thus, the measuring arrangement according to the invention can also be used, for example, for the precise control of high-pole rotating electrical machines.

Vorzugsweise ist die Sensoranordnung z.B. durch eine entsprechende Daten- bzw. Signalverarbeitungseinheit dazu ausgebildet, den Verlauf des erfassten Werts zu linearisieren oder in eine der jeweiligen Anwendung entsprechende Darstellung umzuformen. Diese Umformung kann dabei den Zweck verfolgen, das Anfang und das Ende jeder Teilbewegung oder den Verlauf zwischen dem Anfang und dem Ende jeder Teilbewegung mit einer erhöhten Genauigkeit abzubilden. Dies kann die Genauigkeit der weiteren Nutzung des Werts erhöhen. Der Wert bzw. dessen Verlauf kann in jedem Fall als analoges Signal oder als digitales Signal erfasst bzw. hierzu verarbeitet werden.Preferably, the sensor arrangement is e.g. by a corresponding data or signal processing unit designed to linearize the course of the detected value or to transform into a representation corresponding to the respective application. The purpose of this transformation may be to map the beginning and the end of each partial movement or the course between the beginning and the end of each partial movement with increased accuracy. This can increase the accuracy of the further use of the value. The value or its course can be detected in any case as an analog signal or as a digital signal or processed for this purpose.

Diese Möglichkeiten der Umformung können vorzugsweise ausgewählt werden. Vorzugsweise kann die Wahl mittels eines im ersten Sensor eingebauten Schalters oder mittels eines mit dem ersten Sensor verbundenen Schalters oder auch mittels mehrerer Schalter erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann diese Wahlmöglichkeit auch über eine Steuerungseinheit oder über mehrere Steuerungseingänge z.B. einer Daten- bzw. Signalverarbeitungseinheit realisiert werden. Vorzugsweise kann mit dieser Auswahlmöglichkeit der Umformung der erfasste Wert in eine physikalische Größe wie vorzugsweise in eine translatorische Geschwindigkeit oder in eine Drehzahl gewandelt werden. Dies kann mittels einer Auswertungsschaltung und bzw. oder mittels einer Auswertungssoftware erfolgen, welche jeweils vorzugsweise in der Daten- bzw. Signalverarbeitungseinheit angeordnet sein können.These possibilities of forming can preferably be selected. Preferably, the choice can be made by means of a built-in switch in the first sensor or by means of a switch connected to the first sensor or by means of a plurality of switches. Alternatively or additionally, this choice can also be made via a control unit or via several control inputs, e.g. a data or signal processing unit can be realized. Preferably, with this possibility of selection of the transformation, the detected value can be converted into a physical variable, such as preferably into a translatory speed or into a rotational speed. This can be done by means of an evaluation circuit and / or by means of an evaluation software, which can each be preferably arranged in the data or signal processing unit.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Messanordnung ferner wenigstens einen zweiten Sensor auf, welcher ebenfalls an dem ersten Körper angeordnet ist, wobei der erste Sensor und der zweite Sensor in der Bewegungsrichtung des zweiten Körpers gegenüber der sich wiederholenden Struktur versetzt zueinander angeordnet sind, wobei die Sensoranordnung ausgebildet ist, die sich wiederholende Struktur des Signalgebers ferner mit dem zweiten Sensor zu erfassen. Mit anderen Worten sind die beiden Sensoren derart feststehend angeordnet, so dass jeweils ein anderer Abschnitt der sich wiederholenden Struktur von jedem der beiden Sensoren erfasst werden kann. Auf diese Art und Weise können gleichzeitig zwei unterschiedliche Werte erfasst und in Relation zueinander verarbeitet werden, was die Genauigkeit der Positionsbestimmung verbessern kann.According to one aspect of the present invention, the measuring arrangement further comprises at least one second sensor, which is likewise arranged on the first body, wherein the first sensor and the second sensor are arranged in the direction of movement of the second body relative to the repeating structure offset from one another the sensor arrangement is designed to further detect the repetitive structure of the signal generator with the second sensor. In other words, the two sensors are arranged so fixed, that in each case a different portion of the repetitive structure of each of the two sensors can be detected. In this way, two different values can be detected simultaneously and processed in relation to each other, which can improve the accuracy of the position determination.

Der Verlauf des erfassten Werts jedes der beiden Sensoren kann vorzugsweise zumindest abschnittsweise linear oder sinusförmig sein. Durch die Auswertung der Verläufe der beiden Werte der zueinander in der Bewegungsrichtung des zweiten Körpers versetzten Sensoren kann die Position innerhalb einer Teilbewegung einer Gesamtbewegung erfasst werden. Werden zwei versetzte sinusförmige Verläufe des erfassten Wertes verwendet, welche vorzugsweise um 90° zueinander versetzt sind (d.h. ein Sinusverlauf und ein Kosinusverlauf), so kann mithilfe einer für alle Quadranten erweiterten Arcus-Tangensfunktion die Bestimmung der Position innerhalb einer Teilbewegung einer Gesamtbewegung erfolgen. Diese kann vorzugsweise als Tabelle mit ggfs. entsprechenden Interpolationsalgorithmen hinterlegt werden. Werden statt sinusförmigen Verläufen andere Formen der Verläufe des Wertes verwendet, kann die Tabelle entsprechend angepasst oder empirisch ermittelt werden.The course of the detected value of each of the two sensors may preferably be linear or sinusoidal at least in sections. By evaluating the progressions of the two values of the sensors offset from one another in the direction of movement of the second body, the position can be detected within a partial movement of an overall movement. If two offset sinusoidal waveforms of the sensed value are used, which are preferably offset by 90 ° (i.e., a sine waveform and a cosine waveform), the position can be determined within a partial motion of a total motion using an arc tangent function extended for all quadrants. This can preferably be stored as a table with, if necessary, corresponding interpolation algorithms. If other forms of the curves of the value are used instead of sinusoidal curves, the table can be adapted accordingly or determined empirically.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der zweite Sensor in der Bewegungsrichtung des zweiten Körpers gegenüber der sich wiederholenden Struktur um die halbe Erstreckung der sich wiederholenden Struktur versetzt zu dem ersten Sensor angeordnet. Hierdurch können zwei unterschiedliche Werte erfasst werden, welche sich möglichst deutlich voneinander unterscheiden, so dass die Genauigkeit der Positionsbestimmung weiter verbessert werden kann.According to another aspect of the present invention, in the direction of movement of the second body relative to the repeating structure, the second sensor is disposed about half the extent of the repeating structure offset from the first sensor. As a result, two different values can be detected, which differ as clearly as possible from each other, so that the accuracy of the position determination can be further improved.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der erste Sensor, und vorzugsweise der zweite Sensor, ausgebildet, die sich wiederholende Struktur des Signalgebers als kontinuierlichen Wert und bzw. oder als absoluten Wert zu erfassen. Durch die Erfassung als kontinuierlicher Wert kann ein durchgängiger Verlauf des erfassten Werts erzeugt werden, welcher eine entsprechend genaue Positionsbestimmung ermöglichen kann. Die bewusste Reduktion auf die Absolutwerterfassung innerhalb einer sich wiederholenden Teilbewegung einer Gesamtbewegung kann zu einer deutlichen Reduzierung des Aufwands gegenüber herkömmlichen Absolutwertgebern führen, die stets eine komplette Gesamtbewegung wie z.B. eine komplette Umdrehung auflösen. Dies kann insbesondere für die Steuerung und die Regelung von hochpoligen rotierenden elektrischen Maschinen hinsichtlich der Erfassung der wichtigen Winkellage über eine Polteilung als Teilbewegung vorteilhaft sein. Dies kann im Vergleich zu herkömmlichen Absolutwertgebern mit geringerem Aufwand erfolgen.According to a further aspect of the present invention, the first sensor, and preferably the second sensor, is designed to detect the repetitive structure of the signal generator as a continuous value and / or as an absolute value. By recording as a continuous value, a continuous course of the detected value can be generated, which can enable a correspondingly accurate position determination. The A deliberate reduction to the absolute value detection within a repetitive partial movement of a total movement can lead to a significant reduction in the expenditure compared to conventional absolute encoders, which always resolve a complete total movement, such as a complete revolution. This can be advantageous in particular for the control and regulation of high-pole rotating electrical machines with regard to the detection of the important angular position via a pole pitch as partial movement. This can be done with less effort compared to conventional absolute encoders.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Sensoranordnung ausgebildet, einen Wert der erfassten sich wiederholende Struktur als mathematische Funktion, vorzugsweise als Sinus- oder als Kosinusfunktion, in Abhängigkeit der Teilbewegungen der Gesamtbewegung des zweiten Körpers auszugeben. Auf diese Art und Weise kann ein Signalverlauf erfasst werden, welcher anschließend durch geeignete mathematische Verfahren weiterverarbeitet werden kann, um die Position innerhalb der sich wiederholenden Teilbewegung der Gesamtbewegung möglichst genau und bzw. oder möglichst einfach zu bestimmen.According to a further aspect of the present invention, the sensor arrangement is designed to output a value of the detected repetitive structure as a mathematical function, preferably as a sine or as a cosine function, as a function of the partial movements of the total movement of the second body. In this way, a waveform can be detected, which can then be further processed by suitable mathematical methods in order to determine the position within the repeating partial movement of the total movement as accurately as possible and / or as simple as possible.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die sich wiederholende Struktur zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, als eine Mehrzahl von sich abwechselnden gleichen Vorsprüngen und Aussparungen ausgebildet, wobei sich vorzugsweise die Vorsprünge gleich weit wie die Aussparungen in der Bewegungsrichtung des zweiten Körpers erstrecken. Hierdurch kann eine einfache und beständige Struktur geschaffen werden, welche messtechnisch auf verschiedene Arten zuverlässig erfasst werden kann, wie weiter unten näher beschrieben werden wird. Um dabei eine sich wiederholende Struktur zu schaffen, können die Vorsprünge untereinander gleich sowie die Aussparungen untereinander gleich sein. Dabei können die Vorsprünge und die Aussparungen insbesondere in ihrer Erstreckung in der Bewegungsrichtung je nach Anwendungsfall unterschiedlich gestaltet sein, so dass beispielsweise die Vorsprünge länger als die Aussparungen sind, oder umgekehrt. Vorzugsweise sind die Vorsprünge und Aussparungen jedoch auch zueinander gleich lang ausgebildet, was für die Erfassung des Werts vorteilhaft sein kann. Insbesondere kann hierdurch die Erfassung eines linearen Werts begünstigt werden. Die Vorsprünge können vorzugsweise rechteckig, sägezahnförmig, abgerundet und dergleichen ausgebildet sein.According to a further aspect of the present invention, the repeating structure is formed at least in sections, preferably completely, as a plurality of alternating equal projections and recesses, wherein preferably the projections extend as far as the recesses in the direction of movement of the second body. In this way, a simple and stable structure can be created, which can be reliably detected by measurement in various ways, as will be described in more detail below. In order to create a repetitive structure, the projections can be equal to each other and the recesses equal to each other. In this case, the projections and the recesses may be designed differently, in particular in their extension in the direction of movement depending on the application, so that, for example, the projections are longer than the recesses, or vice versa. Preferably, however, the projections and recesses are also of equal length to each other, which may be advantageous for the detection of the value. In particular, this can favor the detection of a linear value. The projections may preferably be rectangular, saw-toothed, rounded and the like formed.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind zumindest ein Teil der Aussparungen, vorzugsweise alle Aussparungen, materialfrei ausgebildet. Hierdurch kann z.B. für induktive oder kapazitive Messprinzipien ein ausreichender Unterschied zu den Vorsprüngen geschaffen werden, um den gewünschten Wert möglichst deutlich zu erfassen. Gleichzeitig können „leere“ Aussparungen einfach und kostengünstig hergestellt werden.According to another aspect of the present invention, at least a portion of the recesses, preferably all recesses, are formed free of material. As a result, e.g. for inductive or capacitive measuring principles sufficient difference to the projections are created to capture the desired value as clearly as possible. At the same time, "empty" recesses can be produced easily and inexpensively.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist zumindest ein Teil der Aussparungen, vorzugsweise alle Aussparungen, wenigstens einen Magneten auf, welcher mit seiner Magnetisierungsrichtung dem ersten Sensor, vorzugsweise und dem zweiten Sensor, zugewandt ist. Dies kann bei induktiv messenden Verfahren nützlich sein, um den magnetischen Fluss zu erhöhen und damit auch die Stärke des erfassten Werts. Nachteilig kann hierbei sein, dass die Verwendung von nicht-identischen Magneten in den Aussparungen, z.B. aufgrund von Fertigungstoleranzen, Störungen des erfassten Werts auftreten können, die den zuvor beschriebenen Vorteil negieren können.According to another aspect of the present invention, at least a portion of the recesses, preferably all recesses, at least one magnet, which faces with its magnetization direction of the first sensor, preferably and the second sensor. This can be useful in inductively measuring processes to increase the magnetic flux and thus also the magnitude of the detected value. The disadvantage here is that the use of non-identical magnets in the recesses, e.g. due to manufacturing tolerances, disturbances of the detected value may occur, which may negate the advantage described above.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind mehrere Magnete der Aussparungen, vorzugsweise alle Magnete der Aussparungen, mit demselben Magnetpol dem ersten Sensor, vorzugsweise und dem zweiten Sensor, zugewandt. Dies kann den magnetischen Fluss zum ersten Sensor hin gezielt verstärken, um wie zuvor beschrieben ein stärkeres Messsignal zu erhalten und einen deutlichen Wert zu erfassen.According to another aspect of the present invention, a plurality of magnets of the recesses, preferably all the magnets of the recesses, with the same magnetic pole facing the first sensor, preferably and the second sensor. This can selectively increase the magnetic flux to the first sensor in order to obtain a stronger measurement signal as described above and to detect a significant value.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung entspricht der Erfassungsbereich des ersten Sensors, vorzugsweise und des zweiten Sensors, wenigstens der Erstreckung eines Vorsprungs und bzw. oder einer Aussparung in der Bewegungsrichtung des zweiten Körpers. Auf diese Art und Weise kann ein möglichst repräsentativer Wert erfasst werden, da über den Vorsprung und die Aussparung der sich wiederholenden einen Struktur hinweg ein möglichst deutliches Signal erfasst werden kann.According to a further aspect of the present invention, the detection range of the first sensor, preferably and the second sensor, corresponds to at least the extension of a projection and / or a recess in the direction of movement of the second body. In this way, a value that is as representative as possible can be detected, since a signal which is as clear as possible can be detected via the projection and the recess of the repetitive structure.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der erste Sensor, vorzugsweise und der zweite Sensor, zur Erfassung einer Veränderung eines Magnetfelds, vorzugsweise induktiv erfassend, ausgebildet, wobei der Signalgeber wenigstens abschnittsweise, vorzugsweise wenigstens die Vorsprünge des Signalgebers, besonders vorzugsweise vollständig, metallisch und bzw. oder magnetisch ausgebildet ist. Hierdurch kann ein einfaches, robustes und kostengünstiges Messverfahren umgesetzt werden.According to a further aspect of the present invention, the first sensor, preferably and the second sensor, for detecting a change in a magnetic field, preferably inductively detected, formed, the signal generator at least partially, preferably at least the projections of the signal generator, particularly preferably completely, metallic and or is magnetically formed. As a result, a simple, robust and cost-effective measuring method can be implemented.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Vorsprünge des Signalgebers dem ersten Sensor, vorzugsweise und dem zweiten Sensor, zugewandt und die Aussparungen des Signalgebers gegenüber dem ersten Sensor, vorzugsweise und dem zweiten Sensor, zurückversetzt angeordnet. Hierdurch kann insbesondere bei rotatorischen Bewegungen eine möglichst platzsparende Anordnung des Sensors erreicht werden, welcher radial auf den Signalgeber ausgerichtet angeordnet werden kann.According to a further aspect of the present invention, the protrusions of the signal transmitter are facing the first sensor, preferably and the second sensor, and the recesses of the signal transmitter are set back relative to the first sensor, preferably and the second sensor arranged. As a result, the most space-saving possible arrangement of the sensor can be achieved, in particular in rotational movements, which can be arranged radially aligned with the signal generator.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Messanordnung ferner wenigstens einen Magneten auf, welcher in der Bewegungsrichtung des zweiten Körpers benachbart zu dem ersten Sensor, vorzugsweise zwischen dem ersten Sensor und dem zweiten Sensor, angeordnet ist, wobei der Magnet der wiederholenden Struktur des Signalgebers mit seiner Magnetisierungsrichtung zugewandt ist. Werden zwei Sensoren verwendet, so kann jeder Sensor wenigstens einen Magneten aufweisen. Dies kann die Einkopplung eines zusätzlichen Magnetfelds von außen in den Signalgeber ermöglichen, so dass das erfasste Signal des Werts verstärkt werden kann. Dies kann die Qualität der Signalerfassung verbessern. Vorteilhaft ist dabei, dass durch die Verwendung lediglich eines Magneten zumindest im messtechnisch relevanten Bereich des ersten Sensors eine Signalverstärkung erreicht werden kann, ohne dass die Fertigungstoleranzen mehrerer Magnete störend auf die Signalerfassung wirken könnten.According to a further aspect of the present invention, the measuring arrangement further comprises at least one magnet, which is arranged in the direction of movement of the second body adjacent to the first sensor, preferably between the first sensor and the second sensor, wherein the magnet of the repeating structure of the signal generator facing with its magnetization direction. If two sensors are used, then each sensor can have at least one magnet. This may allow the coupling of an additional magnetic field from the outside into the signal generator, so that the detected signal of the value can be amplified. This can improve the quality of signal acquisition. It is advantageous that by using only one magnet at least in the metrologically relevant area of the first sensor, a signal amplification can be achieved without the manufacturing tolerances of multiple magnets could interfere with the signal acquisition.

Vorzugsweise wird das Magnetfeld des wenigstens einen Magneten über ein ferromagnetisches Material des ersten Körpers zum Signalgeber und bzw. oder vom Signalgeber zum ersten Sensor geführt. Hierdurch kann der magnetische Fluss geleitet werden.Preferably, the magnetic field of the at least one magnet is guided via a ferromagnetic material of the first body to the signal transmitter and / or from the signal generator to the first sensor. This allows the magnetic flux to be conducted.

Vorzugsweise ist ferner wenigstens ein zweiter Magnet vorhanden, so dass der erste Sensor oder der zweite Sensor in der Bewegungsrichtung des zweiten Körpers zwischen zwei Magneten angeordnet werden kann. Durch die Einkopplung des zusätzlichen Magnetfelds des zweiten Magneten von außen in den Signalgeber kann das erfasste Signal des Werts weiter verstärkt werden. Auch kann diese Einkopplung gleichmäßiger erfolgen. Dies kann insbesondere dann, wenn die beiden Magneten gleich ausgebildet und angeordnet sind, d.h. gleich ausgerichtet, ein vergleichbar starkes Magnetfeld besitzen und in der Bewegungsrichtung des zweiten Körpers gleich beabstandet zu dem ersten bzw. zweiten Sensor sowie radial gleichweit zu dem zweiten Körper angeordnet sind.Preferably, at least one second magnet is also present, so that the first sensor or the second sensor can be arranged in the direction of movement of the second body between two magnets. By coupling the additional magnetic field of the second magnet from the outside into the signal generator, the detected signal of the value can be further amplified. Also, this coupling can be made more uniform. This can be especially true if the two magnets are the same design and arranged, i. have the same orientation, a comparatively strong magnetic field and are arranged in the direction of movement of the second body equidistant from the first and second sensor and radially equidistant from the second body.

Sind zwei Sensoren vorhanden, können vorzugsweise drei Magnete wie zuvor beschrieben angeordnet werden, um eine möglichst gleichmäßige Einkopplung zusätzlicher Magnetfelder in die beiden Sensoren zu erhalten, welche die erfassten Signale der beiden Werte weiter verstärken kann.If two sensors are present, preferably three magnets can be arranged as described above in order to obtain the most uniform possible coupling of additional magnetic fields into the two sensors, which can further amplify the detected signals of the two values.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der erste Sensor, vorzugsweise und der zweite Sensor, kapazitiv erfassend ausgebildet, wobei vorzugsweise der Signalgeber wenigstens abschnittsweise, vorzugsweise wenigstens die Vorsprünge des Signalgebers, besonders vorzugsweise vollständig, elektrisch isolierend ausgebildet ist, wobei vorzugsweise der erste Sensor, vorzugsweise und der zweite Sensor, wenigstens zwei Elektroden aufweist, welche senkrecht zur Bewegungsrichtung des zweiten Körpers ausgerichtet und angeordnet sind, so dass der Signalgeber zwischen den Elektroden des ersten Sensors, vorzugsweise und des zweiten Sensors, in der Bewegungsrichtung des zweiten Körpers hindurch bewegt werden kann. Auf diese Art und Weise kann alternativ ein kapazitives Messverfahren verwendet werden, welches ebenfalls einfach, robust und kostengünstig in der Umsetzung sein kann.According to a further aspect of the present invention, the first sensor, preferably and the second sensor, capacitively detected, preferably the signal generator at least partially, preferably at least the projections of the signal generator, particularly preferably completely, is electrically insulating, preferably the first sensor , Preferably and the second sensor, at least two electrodes which are aligned and arranged perpendicular to the direction of movement of the second body, so that the signal transmitter between the electrodes of the first sensor, preferably and the second sensor, are moved in the direction of movement of the second body can. In this way, alternatively, a capacitive measuring method can be used, which may also be simple, robust and inexpensive to implement.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Sensoranordnung zur Verwendung bei einer Messanordnung wie zuvor beschrieben mit wenigstens einem ersten Sensor, welcher ausgebildet ist, an dem ersten Körper angeordnet zu werden, und mit wenigstens einem Signalgeber, welcher ausgebildet ist, an dem zweiten Körper angeordnet zu werden, wobei der Signalgeber zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, in der Bewegungsrichtung des zweiten Körpers eine sich wiederholende Struktur aufweist, deren Anzahl der Wiederholungen der Anzahl der Teilbewegungen der Gesamtbewegung des zweiten Körpers entspricht, wobei die Sensoranordnung ausgebildet ist, die sich wiederholende Struktur des Signalgebers mit dem ersten Sensor zu erfassen. Hierdurch kann eine Sensoranordnung mit den zuvor beschriebenen Eigenschaften bereitgestellt werden, um die zuvor beschriebene Messanordnung zu realisieren.The present invention also relates to a sensor arrangement for use in a measuring arrangement as described above with at least one first sensor, which is designed to be arranged on the first body, and with at least one signal generator, which is designed to be arranged on the second body wherein the signal generator at least in sections, preferably completely, in the direction of movement of the second body has a repeating structure whose number of repetitions of the number of partial movements of the total movement of the second body corresponds, wherein the sensor arrangement is formed, the repeating structure of the signal generator with to detect the first sensor. In this way, a sensor arrangement with the properties described above can be provided in order to realize the measuring arrangement described above.

Mehrere Ausführungsbeispiele und weitere Vorteile der Erfindung werden nachstehend im Zusammenhang mit den folgenden Figuren erläutert. Darin zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Messanordnung gemäß eines ersten Ausfü h ru ngsbeispi els;
2 eine schematische Detailansicht der 1;
3 zwei beispielhafte Werteverläufe der Messanordnung der 1;
4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Messanordnung gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels;
5 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Messanordnung gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels; und
6 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Messanordnung gemäß eines vierten Ausführungsbeispiels.

Several embodiments and further advantages of the invention will be explained below in connection with the following figures. It shows:

1 a schematic representation of a measuring arrangement according to the invention according to a first Ausfü hgs ngspi els;
2 a schematic detail view of 1 ;
3 two exemplary value curves of the measuring arrangement of 1 ;
4 a schematic representation of a measuring arrangement according to the invention according to a second embodiment;
5 a schematic representation of a measuring arrangement according to the invention according to a third embodiment; and
6 a schematic representation of a measuring arrangement according to the invention according to a fourth embodiment.

Die o.g. Figuren werden in zylindrischen Koordinaten betrachtet. Es erstreckt sich eine Längsachse X. Senkrecht zur Längsachse X erstreckt sich eine radiale Richtung R von der Längsachse X weg. Senkrecht zur radialen Richtung R und um die Längsachse X herum erstreckt sich eine Umfangsrichtung U.The above figures are considered in cylindrical coordinates. It extends a longitudinal axis X , Perpendicular to the longitudinal axis X extends a radial direction R from the longitudinal axis X path. Perpendicular to the radial direction R and around the longitudinal axis X around a circumferential direction extends U ,

1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Messanordnung gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels. 2 zeigt eine schematische Detailansicht der 1. 3 zeigt zwei beispielhafte Werteverläufe der Messanordnung der 1. 1 shows a schematic representation of a measuring arrangement according to the invention according to a first embodiment. 2 shows a schematic detail view of 1 , 3 shows two exemplary value curves of the measuring arrangement of 1 ,

Die Messanordnung dient der Erfassung der Position bzw. der Winkellage eines Rotors einer elektrischen Maschine als zweiten Körper in Relation zu dessen Stator als ersten Körper. Hierzu wird eine erfindungsgemäße Sensoranordnung 1 verwendet, welche gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel einen ersten Sensor 11, eine zweiten Sensor 12 und einen Signalgeber 15 in Form einer Geberscheibe 15 aufweist. Zusätzlich wird eine Daten- bzw. Signalverarbeitungseinheit verwendet (nicht dargestellt). Die beiden Sensoren 11, 12 sind induktiv messend ausgebildet. Der Signalgeber 15 ist aus einem metallischen Material ausgebildet, so dass eine induktive Kopplung zwischen den beiden Sensoren 11, 12 und dem Signalgeber 15 erfolgen kann.The measuring arrangement is used to detect the position or the angular position of a rotor of an electric machine as a second body in relation to its stator as the first body. For this purpose, a sensor arrangement according to the invention 1 used, which according to the first embodiment, a first sensor 11 , a second sensor 12 and a signal generator 15 in the form of a donor disk 15 having. In addition, a data or signal processing unit is used (not shown). The two sensors 11 . 12 are designed inductively measuring. The signal generator 15 is formed of a metallic material, so that an inductive coupling between the two sensors 11 . 12 and the signal generator 15 can be done.

Der Signalgeber 15 weist dabei eine sich wiederholende Struktur 16, 17 auf, deren Anzahl der Wiederholungen der Anzahl der Teilbewegungen der Gesamtbewegung des zweiten Körpers entspricht. Die wiederholende Struktur 16, 17 wird aus sich abwechselnden Vorsprüngen 16 und Aussparungen 17 gebildet, welche in Umfangsrichtung U geschlossen angeordnet sind. Alle Vorsprünge 16 sind zueinander identisch ausgebildet. Dies gilt für die Aussparungen 17 ebenso. Die Vorsprünge 16 weisen jeweils in der Umfangsrichtung U eine Breite B auf, welcher einer Breite C der Aussparungen 17 in der Umfangsrichtung U entspricht. Die Vorsprünge 16 und die Aussparungen 17 sind im Wesentlichen rechteckig ausgebildet. Die Aussparungen 17 sind radial gegenüber der äußeren Kante der Vorsprünge 16 zurückversetzt. Die Aussparungen 17 bilden Abstände 17 zwischen zwei unmittelbar benachbarten Vorsprüngen 16.The signal generator 15 has a repetitive structure 16 . 17 whose number of repetitions corresponds to the number of partial movements of the total movement of the second body. The repeating structure 16 . 17 is made up of alternating projections 16 and recesses 17 formed, which in the circumferential direction U are arranged closed. All projections 16 are identical to each other. This applies to the recesses 17 as well. The projections 16 each in the circumferential direction U a width B on which of a width C the recesses 17 in the circumferential direction U equivalent. The projections 16 and the recesses 17 are formed substantially rectangular. The recesses 17 are radially opposite the outer edge of the projections 16 set back. The recesses 17 make gaps 17 between two immediately adjacent projections 16 ,

Im Rahmen der Messanordnung wird der Signalgeber 15 feststehend an dem Rotor der rotierenden elektrischen Maschine und mit diesem mitdrehend angeordnet, wobei die Längsachse X des Signalgebers 15 der Längsachse des Rotors entspricht. Die Vorsprünge 16 ragen somit radial nach außen, vgl. 1. Die beiden Sensoren 11, 12 werden feststehend an dem Stator der rotierenden elektrischen Maschine angeordnet und mit ihren Sensorflächen auf die radial äußere Kante des Signalgebers 15 ausgerichtet. Zwischen der radial äußere Kante des Signalgebers 15 bzw. dessen Vorsprüngen 16 und den beiden Sensoren 11, 12 wird ein vorbestimmter, konstanter und möglichst geringer radialer Abstand eingenommen.As part of the measuring arrangement, the signal generator 15 fixed to the rotor of the rotary electric machine and arranged co-rotating therewith, the longitudinal axis X of the signaler 15 corresponds to the longitudinal axis of the rotor. The projections 16 thus protrude radially outward, see. 1 , The two sensors 11 . 12 are fixedly arranged on the stator of the rotary electric machine and with their sensor surfaces on the radially outer edge of the signal generator 15 aligned. Between the radially outer edge of the signal generator 15 or its projections 16 and the two sensors 11 . 12 a predetermined, constant and minimal radial distance is taken.

Die beiden Sensoren 11, 12 werden dabei in der Umfangsrichtung U im Abstand D zueinander angeordnet, so dass sie den Signalgeber 15 unterschiedlich erfassen können. Dabei sind die beiden Sensoren 11, 12 um die halbe Erstreckung der sich wiederholenden Struktur 16, 17 versetzt zueinander angeordnet, so dass z.B. der erste Sensor 11 direkt einem Vorsprung 16 gegenüberliegend und der zweite Sensor 12 zur Hälfte gegenüber einem anderen Vorsprung 16 und zur anderen Hälfte gegenüber einer Aussparung 17 angeordnet ist, vgl. 1 und 2. Auf diese Art und Weise können möglichst unterschiedliche Signalverläufe erhalten werden, vgl. 3.The two sensors 11 . 12 be doing in the circumferential direction U at a distance D arranged to each other, so they the signal generator 15 can capture differently. Here are the two sensors 11 . 12 by half the extent of the repetitive structure 16 . 17 offset from each other, so that, for example, the first sensor 11 directly to a lead 16 opposite and the second sensor 12 in half compared to another lead 16 and the other half opposite a recess 17 is arranged, cf. 1 and 2 , In this way, as far as possible different signal curves can be obtained, cf. 3 ,

Im Betrieb der rotierenden elektrischen Maschine passieren nun die Vorsprünge 16 und die Aussparungen 17 fortlaufend die beiden Sensoren 11, 12. Dabei werden die Vorsprünge 16 und die Aussparungen 17 induktiv erfasst, so dass sich die Verläufe der erfassten Werte gemäß des Diagramms der 3 ergeben. Aus diesen Verläufen kann dann die Winkelposition des Rotors innerhalb jeder Teilbewegung, welche einer Polteilung entspricht, bestimmt werden, so dass ein geregelter Betrieb der rotierenden elektrischen Maschine in Abhängigkeit der Winkelposition des Rotors auf einfache, robuste und kostengünstige Art und Weise ermöglicht werden kann.During operation of the rotating electric machine, the projections now pass 16 and the recesses 17 consecutively the two sensors 11 . 12 , This will be the projections 16 and the recesses 17 detected inductively, so that the curves of the detected values according to the diagram of 3 result. From these curves, the angular position of the rotor can then be determined within each partial movement, which corresponds to a pole pitch, so that a controlled operation of the rotating electrical machine can be made possible in a simple, robust and cost-effective manner as a function of the angular position of the rotor.

4 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Messanordnung gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels. Die Messanordnung des zweiten Ausführungsbeispiels entspricht der Messanordnung des ersten Ausführungsbeispiels, wobei in diesem Fall die Aussparungen 17 mit jeweils einem Magneten 18 gefüllt sind, welche jeweils mit ihrem Nordpol nach radial außen den beiden Sensoren 11, 12 zugewandt angeordnet sind. Die magnetischen Feldlinien der Magnete 18 fließen somit radial nach außen und über die Vorsprünge 16 jeweils wieder zu den Magneten 18 der Aussparungen 17 zurück. Hierdurch kann der magnetische Fluss zwischen dem Signalgeber 15 und den beiden Sensoren 11, 12 erhöht werden, so dass auch die erfassten Messsignale verstärkt werden können. 4 shows a schematic representation of a measuring arrangement according to the invention according to a second embodiment. The measuring arrangement of the second embodiment corresponds to the measuring arrangement of the first embodiment, in which case the recesses 17 each with a magnet 18 are filled, each with its north pole radially outward of the two sensors 11 . 12 are arranged facing. The magnetic field lines of the magnets 18 thus flow radially outward and over the projections 16 again to the magnets 18 the recesses 17 back. This allows the magnetic flux between the signal generator 15 and the two sensors 11 . 12 be increased, so that the detected measurement signals can be amplified.

5 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Messanordnung gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels. Die Messanordnung des dritten Ausführungsbeispiels entspricht der Messanordnung des ersten Ausführungsbeispiels, wobei in diesem Fall zwischen den beiden Sensoren 11, 12 in Umfangsrichtung U ein Magnet 13 ebenfalls feststehend am Stator der rotierenden elektrischen Maschine angeordnet ist. Der Magnet 13 ist dabei in der Umfangsrichtung U gleichmäßig zu den beiden Sensoren 11, 12 beabstandet. Ferner ist der Magnet 13 mit seinem Nordpol radial nach innen zum Signalgeber 15 hin ausgerichtet. Auch auf diese Art und Weise kann das Magnetfeld, welches von den beiden Sensoren 11, 12 erfasst werden kann, verstärkt werden. Jedoch können in diesem Fall Störungen durch Fertigungstoleranzen der Magnete 18 des Signalgebers 15 wie im zweiten Ausführungsbeispiel vermieden werden. 5 shows a schematic representation of a measuring arrangement according to the invention according to a third embodiment. The measuring arrangement of the third embodiment corresponds to the measuring arrangement of the first embodiment, in which case between the two sensors 11 . 12 in the circumferential direction U a magnet 13 also fixedly arranged on the stator of the rotating electrical machine. The magnet 13 is in the circumferential direction U evenly to the two sensors 11 . 12 spaced. Further, the magnet 13 with its north pole radially inward to the signal generator 15 aligned. Also in this way can the magnetic field, which of the two sensors 11 . 12 be amplified. However, in this case, disturbances due to manufacturing tolerances of the magnets 18 of the signaler 15 as avoided in the second embodiment.

6 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Messanordnung gemäß eines vierten Ausführungsbeispiels. In diesem Fall erfolgt eine kapazitive Messung. Hierzu ist der Signalgeber 15 elektrisch isolierend ausgebildet und die beiden Sensoren 11, 12 arbeiten nach einem kapazitiven Messprinzip. Die beiden Sensoren 11, 12 weisen dazu jeweils zwei Elektroden auf, welche senkrecht zur Bewegungsrichtung des zweiten Körpers ausgerichtet und angeordnet sind, so dass der Signalgeber 15 zwischen den Elektroden des ersten Sensors 11 und des zweiten Sensors 12 in der Bewegungsrichtung des zweiten Körpers hindurch bewegt werden kann. Hierdurch können die zuvor beschriebenen Eigenschaften durch ein alternatives Messverfahren umgesetzt werden. 6 shows a schematic representation of a measuring arrangement according to the invention according to a fourth embodiment. In this case, a capacitive measurement takes place. For this purpose, the signal generator 15 formed electrically insulating and the two sensors 11 . 12 work according to a capacitive measuring principle. The two sensors 11 . 12 For this purpose, each have two electrodes, which are aligned and arranged perpendicular to the direction of movement of the second body, so that the signal generator 15 between the electrodes of the first sensor 11 and the second sensor 12 can be moved in the direction of movement of the second body. As a result, the properties described above can be implemented by an alternative measuring method.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

AA: Amplitudeamplitude
BB: Breite der Vorsprünge 16 des Signalgebers 15Width of the projections 16 of the signal generator 15
CC: Breite der Aussparungen 17 des Signalgebers 15Width of the recesses 17 of the signal generator 15
DD: Abstand zwischen erstem Sensor 11 und zweitem Sensor 12 in Umfangsrichtung U Distance between the first sensor 11 and second sensor 12 in the circumferential direction U
RR: radiale Richtungradial direction
UU: Umfangsrichtungcircumferentially
XX: Längsachse longitudinal axis
11: Sensoranordnungsensor arrangement
1111: erster Sensorfirst sensor
1212: zweiter Sensorsecond sensor
1313: Magnetmagnet
1515: Signalgeber; GeberscheibeSignal generator; sensor disk
1616: Vorsprüngeprojections
1717: Aussparungen; Abständerecesses; distances
1818: Magnete des Signalgebers 15Magnets of the signal transmitter 15

Claims

Measuring arrangement for detecting repetitive partial movements of a total movement of a second body relative to a first body, with at least one sensor arrangement (1) with at least one first sensor (11), which is arranged on the first body, and with at least one signal generator (15) which is arranged on the second body, wherein the signal generator (15) at least in sections, preferably completely, in the direction of movement of the second body has a repeating structure (16, 17) whose number of repetitions corresponds to the number of partial movements of the total movement of the second body, wherein the sensor arrangement (1) is designed to detect the repeating structure (16, 17) of the signal generator (15) with the first sensor (11).

Measuring arrangement after Claim 1 characterized by at least one second sensor (12) which is likewise arranged on the first body, wherein the first sensor (11) and the second sensor (12) in the direction of movement of the second body relative to the repeating structure (16, 17) are offset from one another, wherein the sensor arrangement (1) is adapted to further detect the repetitive structure (16, 17) of the signal generator (15) with the second sensor (12).

Measuring arrangement after Claim 2 , characterized in that the second sensor (12) in the direction of movement of the second body relative to the repetitive structure (16, 17) is arranged offset by half the extent of the repetitive structure (16, 17) to the first sensor (11) ,

Measuring arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the first sensor (11), and preferably the second sensor (12) is formed, the repeating structure (16, 17) of the signal generator (15) as a continuous value and / or as an absolute value.

Measuring arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor arrangement (1) is formed, a value of the detected repetitive structure (16, 17) as a mathematical function, preferably as a sine or cosine function, depending on Submit partial movements of the total movement of the second body.

Measuring arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the repeating structure (16, 17) at least partially, preferably completely, as a plurality of alternating same projections (16) and recesses (17) is formed, preferably the projections (16) extend as far as the recesses (17) in the direction of movement of the second body.

Measuring arrangement after Claim 6 , characterized in that at least a portion of the recesses (17), preferably all the recesses (17) are formed material-free.

Measuring arrangement after Claim 6 , characterized in that at least a portion of the recesses (17), preferably all the recesses (17), at least one magnet (18) facing with its magnetization direction of the first sensor (11), preferably and the second sensor (12) is.

Measuring arrangement after Claim 8 , characterized in that a plurality of magnets (18) of the recesses (17), preferably all the magnets (18) of the recesses (17), with the same magnetic pole to the first sensor (11), preferably and the second sensor (12), facing.

Measuring arrangement according to one of Claims 6 to 9 , characterized in that the detection range of the first sensor (11), preferably and the second sensor (12), at least the extension of a projection (16) and / or a recess (17) in the direction of movement of the second body corresponds.

Measuring arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the first sensor (11), preferably and the second sensor (12), for detecting a change in a magnetic field, preferably inductively detecting, is formed, wherein the signal generator (15) at least partially, Preferably, at least the projections (16) of the signal generator (15), particularly preferably completely, metallic and / or magnetically formed.

Measuring arrangement after Claim 11 , characterized in that the projections (16) of the signal transmitter (15) facing the first sensor (11), preferably and the second sensor (12), and the recesses (17) of the signal transmitter (15) relative to the first sensor (11) , Preferably, and the second sensor (12), are arranged set back.

Measuring arrangement after Claim 11 or 12 characterized by at least one magnet (13) which is arranged in the direction of movement of the second body adjacent to the first sensor (11), preferably between the first sensor (11) and the second sensor (12), the magnet (13 ) of the repeating structure (16, 17) of the signal generator (15) facing with its magnetization direction.

Measuring arrangement according to one of Claims 1 to 10 , characterized in that the first sensor (11), preferably and the second sensor (12), capacitively detected, wherein preferably the signal generator (15) at least partially, preferably at least the projections (16) of the signal generator (15), especially Preferably, the first sensor (11), preferably and the second sensor (12), at least two electrodes, which are aligned and arranged perpendicular to the direction of movement of the second body, so that the signal generator (16) between the electrodes of the first sensor (11), preferably and the second sensor (12), can be moved in the direction of movement of the second body.

Sensor arrangement (1) for use in a measuring arrangement according to one of the preceding claims, with at least one first sensor (11), which is designed to be arranged on the first body, and with at least one signal generator (15), which is designed to be arranged on the second body, wherein the signal generator (15) at least in sections, preferably completely, in the direction of movement of the second body has a repeating structure (16, 17) whose number of repetitions corresponds to the number of partial movements of the total movement of the second body, wherein the sensor arrangement (1) is designed to detect the repeating structure (16, 17) of the signal generator (15) with the first sensor (11).