DE102018219144A1

DE102018219144A1 - Magnetcodierer und vorrichtung mit demselben

Info

Publication number: DE102018219144A1
Application number: DE102018219144.1A
Authority: DE
Inventors: Shuo-Wu Shih; Heng-Sheng Hsiao; Jen-Yuan Chang
Original assignee: Hiwin Mikrosystem Corp
Current assignee: Hiwin Mikrosystem Corp
Priority date: 2018-11-09
Filing date: 2018-11-09
Publication date: 2020-05-14

Abstract

Ein Magnetcodierer (2) hat einen ringförmigen Hauptkörper (21) und eine Magnetcodiereinheit (22). Der Hauptkörper (21) ist aus Material mit magnetischer Permeabilität hergestellt, umgibt eine Mittelachse (200) und umfasst eine erste Oberfläche (211) und eine zweite Oberfläche (212), die der ersten Oberfläche (211) gegenüberliegt. Die Magnetcodiereinheit (22) ist auf einer der ersten Oberfläche (211) und der zweiten Oberfläche (212) des Hauptkörpers (21) angeordnet und umfasst mehrere erste und zweite Magnetpole (N, S), die jeweils ringförmig sind und an der Mittelachse (200) zentriert sind. Die ersten und zweiten Magnetpole (N, S) sind in abwechselnder Folge platziert.

Description

Die Offenbarung betrifft einen Drehcodierer und insbesondere einen Magnetcodierer.
Ein herkömmlicher Magnetcodierer, der in dem taiwanesischen Patent Nr. 1241063 offenbart ist, ist ein dünner Absolutcodierer, der die Winkelposition einer Drehwelle misst. Der herkömmliche Magnetcodierer hat ein kreisförmiges magnetisches Ringmodul, das aus axial magnetisierten und radial magnetisierten Ringen besteht, die alle konzentrisch sind. Die axial magnetisierten und radial magnetisierten Ringe sind im Wesentlichen in abwechselnder Folge platziert und bilden eine scheibenförmige Struktur, bei der die Zahl der Magnetpole der jeweiligen Ringe sich radial nach außen erhöht.
Durch abwechselnde Anordnung der axial magnetisierten und radial magnetisierten Ringe ist die magnetische Störung zwischen zwei benachbarten Ringen reduzierbar, so dass für den herkömmlichen Magnetcodierer eine Struktur mit geringerer Größe ermöglicht wird. Wenn jedoch für eine Positionsmessung zwei benachbarte Ringe mit gleicher Ausrichtung erforderlich sind (beide axial magnetisiert oder beide radial magnetisiert), muss dazwischen ein magnetisch abschirmender Ring vorgesehen werden, um Störungen zwischen den Magnetfeldern der zwei Ringe zu reduzieren, was wiederum die Gesamtgröße erhöht. Außerdem muss an dem herkömmlichen Magnetcodierer ein Wirbelstromsensor zur Messung des Axial- oder Radialschlags angebracht sein, da der herkömmliche Magnetcodierer als Absolutcodierer nur Winkelpositionsinformationen der Welle gewinnen kann.
Daher besteht eine Aufgabe der Offenbarung darin, einen Magnetcodierer zu schaffen, der den Nachteil des Standes der Technik vermindern kann, und eine Magnetcodiervorrichtung mit demselben zu schaffen.
Dementsprechend umfasst der Magnetcodierer einen ringförmigen Hauptkörper und eine Magnetcodiereinheit. Der Körper ist aus Material mit magnetischer Permeabilität hergestellt, umgibt eine Mittelachse und umfasst eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt. Die Magnetcodiereinheit ist auf einer der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche des Hauptkörpers angeordnet und umfasst mehrere erste und zweite Magnetpole. Jeder der ersten und zweiten Magnetpole ist ringförmig und ist an der Mittelachse zentriert. Die ersten und zweiten Magnetpole sind in abwechselnder Folge platziert.
Eine weitere Aufgabe der Offenbarung besteht darin, eine Magnetcodiervorrichtung zu schaffen, die dazu eingerichtet ist, an eine Drehwelle montiert zu sein, um einen Schlag derselben zu messen. Die Magnetcodiervorrichtung hat einen bereits erwähnten Magnetcodierer, der dazu eingerichtet ist, die Drehwelle zu umgeben und an dieselbe montiert zu sein, und einen Sensor, der von dem Magnetcodierer beabstandet ist. Der Sensor entspricht in der Position der Magnetcodiereinheit des Magnetcodierers und umfasst ein Magnetisches-Analog-Erfassungsglied zum Erfassen der Magnetfeldstärke der Magnetcodiereinheit des Hauptkörpers.
Weitere Merkmale und Vorteile der Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines offenbarungsgemäßen Magnetcodierers;
2 einen vergrößerten Ausschnitt einer Draufsicht auf eine Magnetcodiereinheit des ersten Ausführungsbeispiels;
3 eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des offenbarungsgemäßen Magnetcodierers;
4 einen vergrößerten Ausschnitt einer Draufsicht auf die Magnetcodiereinheit des zweiten Ausführungsbeispiels;
5 eine perspektivische Ansicht des ersten Ausführungsbeispiels und eines Sensors, der an eine Drehwelle montiert ist;
6 eine perspektivische Ansicht des zweiten Ausführungsbeispiels und des Sensors, der an die Drehwelle montiert ist;
7 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausbildung des zweiten Ausführungsbeispiels und des Sensors, der an die Drehwelle montiert ist; und
8 ein Flussdiagramm, das einen Prozess einer Magnetcodiervorrichtung illustriert, die den Schlag der Drehwelle misst.

Bevor die Offenbarung ausführlicher beschrieben wird, sei darauf hingewiesen, dass in den Figuren die Bezugsziffern oder deren Endziffern gegebenenfalls wiederholt sind, um einander entsprechende oder analoge Elemente zu bezeichnen, die möglicherweise ähnliche Eigenschaften haben.
Unter Bezugnahme auf 1 und 2 hat ein erstes Ausführungsbeispiel eines offenbarungsgemäßen Magnetcodierers 2 einen ringförmigen Hauptkörper 21, der eine Mittelachse 200 umgibt, eine Magnetcodiereinheit 22 und ein Befestigungsglied 23. Der Hauptkörper 21 ist aus Material mit magnetischer Permeabilität hergestellt (z.B. Metall, Legierung) und umfasst eine erste Oberfläche 211 und eine zweite Oberfläche 212, die der ersten Oberfläche 211 gegenüberliegt. Die Magnetcodiereinheit 22 ist auf der ersten Oberfläche 211 angeordnet und umfasst mehrere erste und zweite Magnetpole (N, S), die jeweils ringförmig sind und an der Mittelachse 200 zentriert sind (d.h. die ersten und zweiten Magnetpole (N, S) umgeben jeweils die Mittelachse 200). Bei diesen Ausführungsbeispielen sind die ersten und zweiten Magnetpole (N, S) Nord- beziehungsweise Südpole, sie können jedoch bei anderen Ausführungsbeispielen umgekehrt sein. Zusammen sind die ersten und zweiten Magnetpole (N, S) in abwechselnder Folge platziert.
Spezifisch ist bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Hauptkörper 21 flach und hat die Form einer Scheibe, die die Mittelachse 200 umgibt. Geometrisch ausgedrückt, ist jeweils eine Normale (n) der ersten und der zweiten Oberfläche 211, 212 des Hauptkörpers 21 zu der Mittelachse 200 parallel. Der Hauptkörper 21 umfasst ferner eine innere umgebende Wand 213, die nahe der Mittelachse 200 liegt. Übergänge 220 der ersten und zweiten Magnetpole (N, S) der Magnetcodiereinheit 22 sind in einer radialen Richtung des Hauptkörpers 21 platziert. Es wird darauf hingewiesen, dass bei diesem Ausführungsbeispiel zwar zwei erste Magnetpole (N) und zwei zweite Magnetpole (S) gezeigt sind, die Gesamtzahl der Magnetpole bei anderen Ausführungsbeispielen jedoch variieren kann.
Das Befestigungsglied 23 ist an die innere umgebende Wand 213 des Hauptkörpers 21 montiert, so dass der Hauptkörper 21 leicht an eine andere Vorrichtung montierbar ist. Es wird darauf hingewiesen, dass, solange der Hauptkörper 21 an die Vorrichtung montierbar ist, das Befestigungsglied 23 in jeder Form hergestellt sein oder auch weggelassen sein kann.
Unter Bezugnahme auf 3 und 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des offenbarungsgemäßen Magnetcodierers 2 dem ersten Ausführungsbeispiel ähnlich, mit folgenden Unterschieden. Insbesondere hat der Hauptkörper 21 die Form einer Röhre, die die Mittelachse 200 umgibt. Geometrisch ausgedrückt, ist jeweils eine Normale (n) der ersten und der zweiten Oberfläche 211, 212 zu der Mittelachse 200 senkrecht, wobei die zweite Oberfläche 212 zu der Mittelachse 200 gewandt ist, so dass die auf der ersten Oberfläche 211 angeordnete Magnetcodiereinheit 22 nach außen gewandt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Übergänge 220 der ersten und zweiten Magnetpole (N, S) entlang der Mittelachse 200 platziert, und das Befestigungsglied 23 ist an die zweite Oberfläche 212 des Hauptkörpers 21 montiert.
Durch die abwechselnde Anordnung der ringförmigen ersten und zweiten Magnetpole (N, S) kann der Magnetcodierer 2 den Radial- und Axialschlag einer Drehwelle messen. Spezifischer ausgedrückt, erstreckt sich eine Magnetkraftlinie von der Normalen (n) des ersten Magnetpols (N) und in den zweiten Magnetpol (S). Die Magnetisierungsrichtung der Magnetpole des ersten Ausführungsbeispiels ist zu der Richtung der Mittelachse 200 parallel, und die Magnetisierungsrichtung der Magnetpole des zweiten Ausführungsbeispiels ist zu der Richtung der Mittelachse 200 senkrecht. Zur näheren Erläuterung dessen, wie bei beiden Ausführungsbeispielen die Schlagmessung der Drehwelle erreicht wird, dient eine Magnetcodiervorrichtung.
Unter Bezugnahme auf 5 bis 7 ist die Magnetcodiervorrichtung dazu eingerichtet, an eine Drehwelle 4 montiert zu sein, um den Schlag derselben zu messen, und umfasst den Magnetcodierer 2, der dazu eingerichtet ist, die Drehwelle 4 zu umgeben und mitdrehbar an dieselbe montiert zu sein, und einen Sensor 3, der von dem Magnetcodierer 2 beabstandet ist und der in der Position der Magnetcodiereinheit 22 des Magnetcodierers 2 entspricht.
Unter spezifischer Bezugnahme auf 5 verbindet während eines Prozesses zum Zusammenbau der Magnetcodiervorrichtung, wenn der Magnetcodierer 2 des ersten Ausführungsbeispiels an die Drehwelle 4 montiert wird, das Befestigungsglied 23 den Hauptkörper 21 mit der Drehwelle 4, wobei die innere umgebende Wand 213 des Hauptkörpers 21 des Magnetcodierers 2 zu der Drehwelle 4 gewandt ist. Dabei wird der Sensor 3 an eine feste Position in der Nähe der Magnetcodiereinheit 22 montiert. Solange der Sensor 3 von der Magnetcodiereinheit 22 beabstandet ist, kann die Ausbildung des Sensors 3 bei anderen Ausführungsbeispielen eine andere sein. Außerdem ist der Sensor 3 als Magnetsensor, etwa als magnetischer Reluktanz- oder Halleffektsensor ausgebildet und ist nicht hierauf begrenzt.
Wiederum mit Bezug auf 6 verbindet während eines weiteren Prozesses zum Zusammenbau der Magnetcodiervorrichtung, wenn der Magnetcodierer 2 des zweiten Ausführungsbeispiels an die Drehwelle 4 montiert wird, das Befestigungsglied 23 den Hauptkörper 21 mit der Drehwelle 4, wobei die zweite Oberfläche 212 des Hauptkörpers 21 des Magnetcodierers 2 zu der Drehwelle 4 gewandt ist, so dass die Magnetcodiereinheit 22 von dem Äußeren 41 der Drehwelle 4 abgewandt ist. Ähnlich wie bei dem vorigen Zusammenbau ist der Sensor 3 auch bei diesem Zusammenbau von der Magnetcodiereinheit 22 beabstandet. Außerdem kann der Magnetcodierer 2, wiederum mit Bezug auf 7, auch direkt ohne ein Befestigungsglied 23 an die Drehwelle 4 montiert sein, da die zweite Oberfläche 212 des Hauptkörpers 21 dazu eingerichtet ist, mit dem Äußeren 41 der Drehwelle 4 in direktem Kontakt zu stehen.
8 wird zusammen mit 5 bis 7 vorgelegt, um die Messprozesse der Magnetcodiervorrichtung näher zu erläutern. Zu Beginn ist eine Korrektur der Konzentrizität umgesetzt, was gewährleistet, dass der Magnetcodierer 2 und die Drehwelle 4 miteinander konzentrisch sind.
Als Nächstes erzeugt der Sensor 3 während einer Drehbewegung der Drehwelle 4, wenn die Magnetcodiervorrichtung mit dem Magnetcodierer 2 des ersten Ausführungsbeispiels an die Drehwelle 4 montiert ist, ein Spannungssignal, das aus einer Veränderung des Magnetfelds auf der Magnetcodiereinheit 22 aufgrund der Bewegung in einer radialen Richtung (X, 5) der Drehwelle 4 resultiert. Sodann verarbeitet eine Mikrosteuereinheit (MCU, nicht gezeigt) in dem Sensor 3 das Spannungssignal, um den Wert des Radialschlags der Drehwelle 4 zu berechnen. Wenn dagegen die Magnetcodiervorrichtung mit dem Magnetcodierer 2 des zweiten Ausführungsbeispiels an die Drehwelle 4 montiert ist, erfasst der Sensor 3 stattdessen das Spannungssignal, das aus einer Veränderung des Magnetfelds auf der Magnetcodiereinheit 22 aufgrund der Bewegung in einer axialen Richtung (y, 6 und 7) der Drehwelle 4 erzeugt ist, und die MCU verarbeitet das Spannungssignal, um den Wert des Axialschlags der Drehwelle 4 zu berechnen.
Insgesamt ist der offenbarungsgemäße Magnetcodierer 2 fähig, eine kompakte Struktur mit der Form einer Scheibe oder einer Röhre zu wahren. Durch die Umsetzung der abwechselnden Anordnung der ersten und zweiten Magnetpole (N, S) in der Magnetcodiereinheit 22 ist für den offenbarungsgemäßen Magnetcodierer 2 kein magnetisch abschirmender Ring erforderlich, um Störungen zwischen Magnetfeldern zu blockieren, die durch die jeweiligen Magnetpole erzeugt werden.
In der obigen Beschreibung wurden zu Erläuterungszwecken zahlreiche spezifische Details haben angegeben, um ein gründliches Verständnis der Ausführungsbeispiele zu ermöglichen. Für den Fachmann ist jedoch ersichtlich, dass ein oder mehrere weitere Ausführungsbeispiele ohne einige dieser spezifischen Details ausgeführt sein können. Es ist auch zu beachten, dass in dieser Beschreibung ein Verweis auf „ein einzelnes Ausführungsbeispiel“, „ein Ausführungsbeispiel“, ein Ausführungsbeispiel mit Angabe einer Ordnungszahl und so weiter durchgängig bedeutet, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder Eigenschaft in der Ausübung der Offenbarung enthalten sein kann. Des Weiteren ist zu beachten, dass in der Beschreibung manchmal verschiedene Merkmale in einem einzigen Ausführungsbeispiel, einer einzigen Figur oder Beschreibung derselben zusammengefasst sind, um die Offenbarung einfacher zu gestalten und zum Verständnis verschiedener Aspekte der Erfindung beizutragen, und dass bei der Ausübung der Erfindung gegebenenfalls ein oder mehrere Merkmale oder spezifische Details aus einem Ausführungsbeispiel zusammen mit einem oder mehreren Merkmalen oder spezifischen Details aus einem anderen Ausführungsbeispiel ausgeübt werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

TW 1241063 [0002]

Claims

Ein Magnetcodierer (2), der Folgendes umfasst: einen ringförmigen Hauptkörper (21), der aus Material mit magnetischer Permeabilität hergestellt ist, der eine Mittelachse (200) umgibt und der eine erste Oberfläche (211) und eine zweite Oberfläche (212), die der ersten Oberfläche (211) gegenüberliegt, umfasst; und eine Magnetcodiereinheit (22), die auf einer der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche des Hauptkörpers angeordnet ist; dadurch gekennzeichnet, dass: die Magnetcodiereinheit (22) mehrere erste und zweite Magnetpole (N, S) umfasst, wobei die ersten und zweiten Magnetpole (N, S) jeweils ringförmig sind und an der Mittelachse (200) zentriert sind, wobei die ersten und zweiten Magnetpole (N, S) in abwechselnder Folge platziert sind.
Der Magnetcodierer gemäß Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, dass: eine Normale (n) jeweils der ersten und der zweiten Oberfläche (211, 212) zu der Mittelachse (200) parallel ist; die Magnetcodiereinheit (22) auf der ersten Oberfläche (211) angeordnet ist und Übergänge (220) der ersten und zweiten Magnetpole (N, S) in einer radialen Richtung des Hauptkörpers (21) platziert sind.
Der Magnetcodierer gemäß Anspruch 2, der ferner durch ein Befestigungsglied (23) gekennzeichnet ist, das an eine innere umgebende Wand (213) des Hauptkörpers (21) montiert ist.
Der Magnetcodierer gemäß Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, dass: eine Normale (n) jeweils der ersten und der zweiten Oberfläche (211, 212) zu der Mittelachse (200) senkrecht ist; die zweite Oberfläche zu der Mittelachse gewandt ist; die Magnetcodiereinheit (22) auf der ersten Oberfläche (211) angeordnet ist und Übergänge (220) der ersten und zweiten Magnetpole (N, S) entlang der Mittelachse (200) platziert sind.
Der Magnetcodierer gemäß Anspruch 4, der ferner durch ein Befestigungsglied (23) gekennzeichnet ist, das an die zweite Oberfläche (212) des Hauptkörpers (21) montiert ist.
Der Magnetcodierer gemäß Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Magnetpole (N, S) Nord- beziehungsweise Südpole sind.
Eine Magnetcodiervorrichtung, die dazu eingerichtet ist, an eine Drehwelle (4) montiert zu sein, um einen Schlag derselben zu messen, wobei die Magnetcodiervorrichtung gekennzeichnet ist durch: einen Magnetcodierer (2) nach Anspruch 1, der dazu eingerichtet ist, die Drehwelle (4) zu umgeben und an dieselbe montiert zu sein; und einen Sensor (3), der von dem Magnetcodierer (2) beabstandet ist und der in der Position der Magnetcodiereinheit (22) des Magnetcodierers (2) entspricht.
Die Magnetcodiervorrichtung gemäß Anspruch 7, ferner dadurch gekennzeichnet, dass eine Normale (n) jeweils der ersten und der zweiten Oberfläche (211, 212) zu der Mittelachse (200) parallel ist und eine innere umgebende Wand (213) des Hauptkörpers (21) zu der Drehwelle gewandt ist.
Die Magnetcodiervorrichtung gemäß Anspruch 7, ferner dadurch gekennzeichnet, dass eine Normale (n) jeweils der ersten und der zweiten Oberfläche (211, 212) zu der Mittelachse (200) senkrecht ist und die zweite Oberfläche (212) des Hauptkörpers (21) zu der Drehwelle gewandt ist.
Die Magnetcodiervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, ferner dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetcodierer (2) ferner ein Befestigungsglied (23) umfasst, über das der Hauptkörper (21) mit der Drehwelle (4) verbunden ist.
Die Magnetcodiervorrichtung gemäß Anspruch 9, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Oberfläche (212) des Hauptkörpers (21) dazu eingerichtet ist, mit einem Äußeren (41) der Drehwelle (4) in direktem Kontakt zu stehen.