DE102020214047A1 - Device for generating an electrical signal with a defined pulse width - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung (1) zur Erzeugung eines elektrischen Signals definierter Pulsweite, umfassend einen Signaleingang (2) und einen Signalausgang (3) zur Ausgabe des erzeugten elektrischen Signals und eine zur Erzeugung des elektrischen Signals ausgebildete Signalerzeugungseinrichtung (4), die wenigstens ein mittels einer Antriebseinrichtung (6) antreibbares oder angetriebenes Steuerelement (5) aufweist, das zur Erzeugung des elektrischen Signals mit wenigstens einem Kontaktelement (7, 12) kontaktiert ist, wobei das Steuerelement (5) wenigstens einen Leitbereich (9) und wenigstens einen Nichtleitbereich (10) aufweist und die Signalerzeugungseinrichtung (4) dazu ausgebildet ist, das elektrische Signal basierend auf einer Relativposition und/oder einer Relativbewegung zwischen Kontaktelement (7, 12) und Steuerelement (5) zu erzeugen.Device (1) for generating an electrical signal with a defined pulse width, comprising a signal input (2) and a signal output (3) for outputting the generated electrical signal and a signal generating device (4) designed to generate the electrical signal, which has at least one drive device ( 6) has a drivable or driven control element (5), which is contacted with at least one contact element (7, 12) to generate the electrical signal, the control element (5) having at least one conductive area (9) and at least one non-conductive area (10) and the signal generating device (4) is designed to generate the electrical signal based on a relative position and/or a relative movement between the contact element (7, 12) and the control element (5).
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Signals definierter Pulsweite.The invention relates to a device for generating an electrical signal with a defined pulse width.
Vorrichtungen zur Erzeugung elektrischer Signale, insbesondere elektrischer Signale definierter Pulsweite, sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Üblicherweise werden derartige Vorrichtungen dazu verwendet, einer elektrischen Maschine, beispielsweise einem Elektromotor, ein definiertes elektrisches Signal bereitzustellen, das üblicherweise aus einer Folge von Ein- und Aus-Pulsen besteht. Diese Pulsfolge kann der elektrischen Maschine zugeführt werden, um die elektrische Maschine zu betreiben. Hierbei kann beispielsweise das Verhältnis der Ein- zu Aus-Zeitdauer einer an die elektrische Maschine zugeführten Pulsfolge definiert festgelegt werden, um das Drehmoment und/oder die Drehzahl der zu steuernden elektrischen Maschine festzulegen.Devices for generating electrical signals, in particular electrical signals with a defined pulse width, are known in principle from the prior art. Devices of this type are usually used to provide an electric machine, for example an electric motor, with a defined electric signal, which usually consists of a sequence of on and off pulses. This pulse sequence can be supplied to the electrical machine in order to operate the electrical machine. In this case, for example, the ratio of the on to off duration of a pulse sequence supplied to the electric machine can be defined in order to define the torque and/or the speed of the electric machine to be controlled.
Derartige Vorrichtungen sind üblicherweise als elektronische Vorrichtungen ausgebildet, d.h., dass entsprechende elektronische Elemente vorgesehen sind, um die Pulsweite des Signals festzulegen, d.h. das Verhältnis der Ein- zur Aus-Zeitdauer des Signals zu definieren bzw. ein solches Signal zu erzeugen. Derartige elektronische Vorrichtungen sind, insbesondere in Bezug auf Elektromotoren höherer Drehmomentklassen zum einen aufwendig und zum anderen teuer.Such devices are usually designed as electronic devices, i.e. corresponding electronic elements are provided in order to determine the pulse width of the signal, i.e. to define the ratio of the on to off duration of the signal or to generate such a signal. Electronic devices of this type are, on the one hand, complicated and, on the other hand, expensive, particularly with regard to electric motors of higher torque classes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine demgegenüber verbesserte Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Signale definierter Pulsweite anzugeben.The invention is based on the object of specifying an improved device for generating electrical signals with a defined pulse width.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The object is achieved by a device having the features of claim 1. Advantageous configurations are the subject matter of the dependent claims.
Wie zuvor beschrieben, betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Signals definierter Pulsweite. Unter einem solchen Signal wird im Rahmen der Anmeldung ein Signal verstanden, dass wenigstens einen Ein- und wenigstens einen Aus-Puls, üblicherweise mehrere solcher Pulse in abwechselnder Reihenfolge, umfasst, d.h., bei der Erzeugung des elektrischen Signals definierter Pulsweite wird insbesondere das Ein- zu Aus-Verhältnis des Signals eingestellt bzw. verändert. Hierzu kann insbesondere an einem Signaleingang der Vorrichtung eine entsprechende Energiequelle angeschlossen werden, die, je nach Erzeugung des elektrischen Signals, für die Einschaltdauer mit einem Signalausgang verbunden wird. Das bedeutet, dass das beispielsweise am Signaleingang konstant und kontinuierlich bereitgestellte Signal basierend auf der Signalerzeugung seitens der Vorrichtung in ein diskontinuierliches Signal definierter Pulsweite verändert wird bzw. aus dem eingegebenen Signal ein ausgegebenes Signal erzeugt wird.As described above, the invention relates to a device for generating an electrical signal with a defined pulse width. Within the scope of the application, such a signal is understood to mean a signal that comprises at least one on pulse and at least one off pulse, usually several such pulses in an alternating sequence, i.e. when generating the electrical signal with a defined pulse width, the on to off ratio of the signal set or changed. For this purpose, a corresponding energy source can be connected in particular to a signal input of the device, which, depending on the generation of the electrical signal, is connected to a signal output for the duty cycle. This means that the signal that is constantly and continuously provided at the signal input, for example, is changed into a discontinuous signal with a defined pulse width based on the signal generation by the device, or an output signal is generated from the input signal.
Die Vorrichtung umfasst demnach einen Signaleingang und einen Signalausgang, wobei der Signalausgang zur Ausgabe des erzeugten elektrischen Signals ausgebildet ist. Ein solcher Signalausgang kann beispielsweise an eine beliebige Einrichtung angeschlossen werden, der das Signal definierter Pulsweite nach seiner Erzeugung zugeführt werden kann. Beispielsweise kann an den Signalausgang eine zu steuernde elektrische Maschine angeschlossen werden, sodass sich eine elektrische Anordnung aus der Vorrichtung zur Erzeugung des elektrischen Signals und der entsprechenden elektrischen Maschine ergibt.Accordingly, the device comprises a signal input and a signal output, the signal output being designed to output the generated electrical signal. Such a signal output can be connected, for example, to any device to which the signal of a defined pulse width can be supplied after it has been generated. For example, an electrical machine to be controlled can be connected to the signal output, so that an electrical arrangement results from the device for generating the electrical signal and the corresponding electrical machine.
Neben dem Signaleingang und im Signalausgang umfasst die Vorrichtung auch eine zur Erzeugung des elektrischen Signals ausgebildete Signalerzeugungseinrichtung, die wenigstens ein mittels einer Antriebseinrichtung antreibbares oder angetriebenes Steuerelement aufweist, das zur Erzeugung des elektrischen Signals mit wenigstens einem Kontaktelement kontaktiert ist, wobei das Steuerelement wenigstens einen Leitbereich und wenigstens einen Nichtleitbereich aufweist und die Signalerzeugungseinrichtung dazu ausgebildet ist, das elektrische Signal basierend auf einer Relativposition und/oder einer Relativbewegung zwischen Kontaktelement und Steuerelement zu erzeugen.In addition to the signal input and in the signal output, the device also includes a signal generating device designed to generate the electrical signal, which has at least one control element that can be driven or is driven by a drive device and that is in contact with at least one contact element to generate the electrical signal, the control element having at least one conductive area and has at least one non-conductive area and the signal generating device is designed to generate the electrical signal based on a relative position and/or a relative movement between the contact element and the control element.
Mit anderen Worten wird seitens der hier beschriebenen Vorrichtung nicht, wie im Stand der Technik üblich, aus dem eingegangen Signal mittels elektronischer Bauteile ein Signal erzeugt, sondern das ausgegebene Signal bzw. das erzeugte Signal wird basierend auf einer Relativposition und/oder einer Relativbewegung zwischen Kontaktelement und Steuerelement erzeugt. Letztlich basiert die Signalerzeugung somit auf einem mechanischen Prinzip, nämlich der aktuellen Position des Kontaktelements relativ zu dem Steuerelement oder umgekehrt. Durch eine entsprechende Relativbewegung zwischen Kontaktelement und Steuerelement lässt sich folglich das Signal verändern, da sich Leitbereich und Nichtleitbereich relativ zu dem Kontaktelement verschieben, d.h., dass sich die Kontaktierung zwischen Signaleingang und Signalausgang verändert wird und diese sich basierend auf der aktuellen Relativposition bzw. zeitabhängig in Abhängigkeit der Relativbewegung ergibt.In other words, the device described here does not, as is usual in the prior art, generate a signal from the received signal using electronic components, but the output signal or the generated signal is based on a relative position and/or a relative movement between the contact element and control generated. Ultimately, the signal generation is based on a mechanical principle, namely the current position of the contact element relative to the control element or vice versa. The signal can consequently be changed by means of a corresponding relative movement between the contact element and the control element, since the conductive area and non-conductive area move relative to the contact element, i.e. the contact between the signal input and signal output is changed and based on the current relative position or as a function of time in Dependence of the relative movement results.
Hierbei weist das Steuerelement eine Antriebseinrichtung auf bzw. kann mit einer Antriebseinrichtung gekoppelt werden, die das Steuerelement antreibt. Die Antriebseinrichtung kann somit eine separate Antriebseinrichtung, beispielsweise ein separater Elektromotor, sein, der mit einer Antriebseinrichtung gekoppelt werden kann. Es ist jedoch ebenfalls möglich, das Steuerelement direkt mit der zu steuernden elektrischen Maschine zu koppeln bzw. über ein Getriebe eine Verbindung zwischen dem Steuerelement und der zu steuernden elektrischen Maschine herzustellen, um die Drehzahl der elektrischen Maschine zu übersetzen oder untersetzen. Das Steuerelement kann hierbei motorisch um eine Achse angetrieben werden, insbesondere um die Achse gedreht werden. Die Achse kann dabei insbesondere eine Symmetrieachse des Steuerelements darstellen.In this case, the control element has a drive device or can be coupled to a drive device that drives the control element. The drive device can thus a separate drive device, for example a separate electric motor, which can be coupled to a drive device. However, it is also possible to couple the control element directly to the electrical machine to be controlled or to establish a connection between the control element and the electrical machine to be controlled via a transmission in order to step up or step down the speed of the electrical machine. In this case, the control element can be driven by a motor about an axis, in particular rotated about the axis. The axis can in particular represent an axis of symmetry of the control element.
Das Kontaktelement kontaktiert dabei das Steuerelement, wobei das Steuerelement einen Leitbereich und einen Nichtleitbereich aufweist. Kontaktiert das Kontaktelement das Steuerelement in dem Leitbereich wird die Verbindung zwischen Signaleingang und Signalausgang hergestellt, d.h., dass bei der Kontaktierung des Kontaktelements in dem Leitbereich das Signal eingeschaltet bzw. ein Ein-Puls erzeugt wird. Kontaktiert das Kontaktelement das Steuerelement in dem Nichtleitbereich wird das Signal ausgeschaltet. Somit ergibt sich, dass bei der Relativbewegung zwischen Kontaktelement und Steuerelement das Signal solange eingeschaltet bleibt, wie das Kontaktelement das Steuerelement in dem Leitbereich kontaktiert. Beim Übergang von Leitbereich zu Nichtleitbereich wird das Signal ausgeschaltet und verbleibt solange ausgeschaltet, wie das Kontaktelement das Steuerelement in dem Nichtleitbereich berührt.The contact element makes contact with the control element, with the control element having a conductive area and a non-conductive area. If the contact element contacts the control element in the conductive area, the connection between the signal input and signal output is established, i.e. when the contact element makes contact in the conductive area, the signal is switched on or an on-pulse is generated. If the contact element contacts the control element in the non-conductive area, the signal is switched off. The result is that during the relative movement between the contact element and the control element, the signal remains switched on as long as the contact element makes contact with the control element in the conducting area. At the transition from the conducting area to the non-conducting area, the signal is switched off and remains switched off as long as the contact element touches the control element in the non-conducting area.
Dementsprechend ergibt sich ein definiertes Signal, insbesondere definiertes elektrisches Signal definierter Pulsweite, da durch die Anordnung bzw. Kontaktierung des Steuerelements in dem Leitbereich und dem Nichtleitbereich das charakteristische Signal zusammengesetzt werden kann. Hierbei kann das charakteristische Signal insbesondere von der Verteilung bzw. Anordnung der Leitbereiche und Nichtleitbereiche sowie von der Bewegung, insbesondere Relativbewegung, zwischen Kontaktelement und Steuerelement beeinflusst werden. Dabei können charakteristische Parameter der Bewegung beeinflusst werden, insbesondere kann die Drehzahl und/oder die Relativposition während der Erzeugung des elektrischen Signals oder für die Erzeugung des elektrischen Signals beeinflusst werden.Accordingly, a defined signal results, in particular a defined electrical signal with a defined pulse width, since the characteristic signal can be composed of the arrangement or contacting of the control element in the conductive area and the non-conductive area. In this case, the characteristic signal can be influenced in particular by the distribution or arrangement of the conductive areas and non-conductive areas and by the movement, in particular relative movement, between the contact element and the control element. Characteristic parameters of the movement can be influenced, in particular the speed and/or the relative position can be influenced during the generation of the electrical signal or for the generation of the electrical signal.
Das wenigstens eine Kontaktelement kann mit wenigstens einem Aktuator gekoppelt werden derart, dass das Kontaktelement mittels des wenigstens einen Aktuators in wenigstens zwei verschiedene Kontaktpositionen bewegbar ist, wobei die geometrische Verteilung oder Anordnung des Nichtleitbereichs und des Leitbereichs des wenigstens einen Steuerelements in den wenigstens zwei verschiedenen Kontaktpositionen verschieden ist. Wie zuvor beschrieben, kann über die geometrische Verteilung des Nichtleitbereichs und des Leitbereichs, also letztlich über die Anordnung und Aufteilung des Bereichs des Steuerelements, das von dem Kontaktelement kontaktiert werden kann, zur Erzeugung des elektrischen Signals benutzt werden.The at least one contact element can be coupled to at least one actuator in such a way that the contact element can be moved into at least two different contact positions by means of the at least one actuator, with the geometric distribution or arrangement of the non-conductive area and the conductive area of the at least one control element in the at least two different contact positions is different. As described above, the geometric distribution of the non-conductive area and the conductive area, ie ultimately via the arrangement and division of the area of the control element that can be contacted by the contact element, can be used to generate the electrical signal.
Insbesondere kann durch die Anordnung von Nichtleitbereich und Leitbereich, also die geometrische Verteilung derselben, das Verhältnis des erzeugten elektrischen Signals und dessen Pulsweite und Pulsfolge bestimmt werden. Durch die Bewegung des Kontaktelements in die wenigstens zwei verschiedenen Kontaktpositionen wird das Verhältnis beeinflusst, in dem das Kontaktelement eine Bewegung des Steuerelements in den zwei verschiedenen Kontaktpositionen einen verschiedenen Anteil an Kontakt zu dem Nichtleitbereich und dem Leitbereich besitzt. Mit anderen Worten kann in einer ersten Kontaktposition bei einer Relativbewegung des Steuerelements relativ zu dem Kontaktelement ein erstes Verhältnis in Bezug auf die Kontaktierung von Leitbereich und Nichtleitbereich angenommen werden und in der zweiten Kontaktposition kann ein zweites Verhältnis in Bezug auf die Kontaktierung von Leitbereich und Nichtleitbereich angenommen werden. Die Leitbereiche und Nichtleitbereiche können somit in Bewegungsrichtung, zum Beispiel in Umfangsrichtung, in den verschiedenen Kontaktpositionen kürzer oder länger ausgebildet sein.In particular, the arrangement of the non-conductive area and the conductive area, ie the geometric distribution thereof, can be used to determine the ratio of the generated electrical signal and its pulse width and pulse sequence. The movement of the contact element into the at least two different contact positions influences the relationship in which the contact element has a different proportion of contact with the non-conductive area and the conductive area when the control element moves in the two different contact positions. In other words, in a first contact position, when the control element moves relative to the contact element, a first relationship can be assumed in relation to the contacting of the conductive area and non-conductive area, and in the second contact position, a second relationship can be assumed in relation to the contacting of the conductive area and non-conductive area will. The conductive areas and non-conductive areas can thus be shorter or longer in the direction of movement, for example in the circumferential direction, in the different contact positions.
Da die geometrische Verteilung von Nichtleitbereich und Leitbereich für die verschiedenen Kontaktpositionen verschieden ist kann somit die Pulsweite des elektrischen Signals gezielt beeinflusst werden, in dem das Kontaktelement in die erforderliche Kontaktposition bewegt wird. Zusätzlich kann durch die Anpassung der Bewegung des Steuerelements, beispielsweise das Einstellen einer definierten Drehzahl, das elektrische Signal weiter definiert beeinflusst werden. Der Aktuator kann zur Bewegung des wenigstens einen Kontaktelements insbesondere als Linearaktuator oder Schwenkaktuator ausgeführt sein.Since the geometric distribution of the non-conductive area and the conductive area is different for the different contact positions, the pulse width of the electrical signal can be influenced in a targeted manner by moving the contact element into the required contact position. In addition, the electrical signal can be influenced in a further defined manner by adapting the movement of the control element, for example by setting a defined speed. In order to move the at least one contact element, the actuator can be designed in particular as a linear actuator or swivel actuator.
Der Aktuator kann, je nach Ausgestaltung des Steuerelements, das Kontaktelement in verschiedene Axial- oder Radialpositionen bewegen, wobei die Axial- und Radialpositionen stets in Bezug auf die relevante Drehachse bzw. Bewegungsachse des Steuerelements verstanden werden. Beispielsweise kann bei einem als Steuerscheibe ausgebildeten Steuerelement der Aktuator das Kontaktelement in verschiedene Kontaktpositionen bewegen, die unterschiedliche radiale Abstände zu der Drehachse des Steuerelements aufweisen. Hierbei kann die Verteilung von Leitbereich und Nichtleitbereich in radialer Richtung auf dem Steuerelement verschieden gewählt sein, sodass das Kontaktelement in die benötigte Radialpositionen bewegt wird, um das gewünschte elektrische Signal zu erzeugen. Hierbei wechselt sich insbesondere die Anordnung von Leitbereich und Nichtleitbereich in Umfangsrichtung ab, sodass das charakteristische Ein-Aus-Signal bei der Kontaktierung des Kontaktelements auf dem Steuerelement und der entsprechenden Relativbewegung zwischen Kontaktelement und Steuerelement ergibt.Depending on the configuration of the control element, the actuator can move the contact element into various axial or radial positions, the axial and radial positions always being understood in relation to the relevant axis of rotation or axis of movement of the control element. For example, in the case of a control element designed as a control disk, the actuator can move the contact element into different contact positions which have different radial distances from the axis of rotation of the control element. In this case, the distribution of the conducting area and the non-conducting area can be chosen differently in the radial direction on the control element, so that the contact element ment is moved to the required radial positions to generate the desired electrical signal. In particular, the arrangement of conductive area and non-conductive area alternates in the circumferential direction, so that the characteristic on-off signal results when the contact element makes contact on the control element and the corresponding relative movement between the contact element and control element.
Grundsätzlich müssen im Rahmen dieser Anmeldung der Leitbereich und der Nichtleitbereich nicht zwangsläufig elektrisch leitfähig bzw. nicht elektrisch leitfähig ausgebildet sein. Der „Leitbereich“ legt lediglich fest, dass bei einer Kontaktierung des Kontaktelements mit dem Leitbereich des Steuerelements ein Einschalten des Signals, bzw. ein Durchleiten des Signals einhergeht. Ebenso wird bei einer Kontaktierung des „Nichtleitbereichs“ das Signal ausgeschaltet bzw. die Durchleitung des Signals unterbrochen unabhängig davon, ob Leitbereich und Nichtleitbereich elektrisch leitfähig sind oder nicht. Wie nachfolgend erläutert, wird in einigen Ausführungen der Leitbereich dennoch gleichzeitig elektrisch leitfähig und der Nichtleitbereich elektrisch nicht leitfähig ausgeführt. Es werden ebenfalls Ausführungen beschrieben, in denen die Leitfähigkeit des Steuerelements, insbesondere von Leitbereich und Nichtleitbereich, bedeutungslos bzw. beliebig ist.Basically, within the scope of this application, the conductive area and the non-conductive area do not necessarily have to be designed to be electrically conductive or non-electrically conductive. The "conducting area" only specifies that when the contact element makes contact with the conducting area of the control element, the signal is switched on or the signal is passed through. Likewise, if the "non-conductive area" is contacted, the signal is switched off or the transmission of the signal is interrupted, regardless of whether the conductive area and non-conductive area are electrically conductive or not. As explained below, in some embodiments the conductive area is nevertheless designed to be electrically conductive and the non-conductive area to be electrically non-conductive at the same time. Embodiments are also described in which the conductivity of the control element, in particular of the conductive area and non-conductive area, is irrelevant or arbitrary.
Die Vorrichtung kann nach einer Ausgestaltung einen als Schleifkontakt ausgebildeten mit dem Leitbereich elektrisch verbundenen, insbesondere auf oder im Bereich der Drehachse angeordneten, Eingangskontakt aufweisen. In dieser Ausgestaltung ist somit vorgesehen, dass der Leitbereich elektrisch leitfähig ist und elektrisch mit dem Eingangskontakt verbunden ist, der als Schleifkontakt ausgebildet ist. Mit anderen Worten kann somit das elektrische Signal von dem Eingang direkt an den Leitbereich geleitet werden und somit je nach Kontaktierung des Leitbereichs dem Kontaktelement das Signal an den Signalausgang geleitet werden. Der Eingangskontakt, der als Schleifkontakt ausgebildet ist, befindet sich hierbei elektrisch und somit auch physisch in Kontakt mit dem Leitbereich bzw. dem wenigstens einen Leitbereich auf dem Steuerelement, sodass der Eingangskontakt zusammen mit dem Steuerelement durch die Antriebseinrichtung angetrieben bewegt.According to one configuration, the device can have an input contact designed as a sliding contact which is electrically connected to the conducting area and is in particular arranged on or in the area of the axis of rotation. In this embodiment, it is therefore provided that the conductive area is electrically conductive and is electrically connected to the input contact, which is designed as a sliding contact. In other words, the electrical signal can be routed from the input directly to the conducting area and the signal can thus be routed to the signal output depending on the contacting of the conducting area with the contact element. The input contact, which is designed as a sliding contact, is electrically and therefore also physically in contact with the conductive area or the at least one conductive area on the control element, so that the input contact moves together with the control element, driven by the drive device.
Entsprechend weist der Signaleingang ebenfalls einen Schleifkontakt auf, der den Eingangskontakt kontaktiert und somit die Herstellung des Kontakts bei einer Relativbewegung sicherstellt. In dieser Ausführung wird beispielsweise angenommen, dass über den Eingangskontakt eine Kontaktierung mit dem Signaleingang erfolgt. Es ist hierbei jedoch ebenso möglich, den beschriebenen Eingangskontakt als „Ausgangskontakt“ zu verwenden und auf dieser Seite mit dem Signalausgang zu verbinden. Die vorhergehende und alle nachfolgenden Beschreibungen sind somit in Bezug auf den Signaleingang und den Signalausgang umkehrbar, da es letztlich nur darauf ankommt, in welchem Verhältnis der Kontakt zwischen den Kontaktelementen und dem Leitbereich bzw. Nichtleitbereich hergestellt wird. Die entsprechenden Ausgestaltungen bzw. Beschreibungen sind sonach in Bezug auf den Signaleingang und den Signalausgang umkehrbar bzw. übertragbar. Der Eingangskontakt kann somit beispielsweise als Stift oder Zapfen von dem Steuerelement abragen und somit eine Kontaktierung zwischen Leitbereich Nichtleitbereich ermöglichen. Ebenso ist es möglich, dass der Eingangskontakt direkter Bestandteil des Leitbereichs ist und somit eine unmittelbare Kontaktierung des Leitbereichs erlaubt.Correspondingly, the signal input also has a sliding contact, which makes contact with the input contact and thus ensures that contact is established in the event of a relative movement. In this embodiment, it is assumed, for example, that contact is made with the signal input via the input contact. However, it is also possible to use the described input contact as an "output contact" and connect it to the signal output on this side. The preceding and all subsequent descriptions can therefore be reversed in relation to the signal input and the signal output, since ultimately it is only important in which relationship the contact between the contact elements and the conductive area or non-conductive area is established. The corresponding configurations or descriptions can therefore be reversed or transferred in relation to the signal input and the signal output. The input contact can thus protrude from the control element as a pin or spigot, for example, and thus enable contact to be made between the conductive area and the non-conductive area. It is also possible for the input contact to be a direct part of the control area, thus allowing direct contacting of the control area.
Nach einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Steuerelement an wenigstens einer Oberfläche von dem wenigstens einen Kontaktelement kontaktiert ist und wenigstens einen elektrisch leitfähigen Bereich als Leitbereich und wenigstens einen elektrisch nichtleitfähigen Bereich als Nichtleitbereich aufweist, wobei mittels der Antriebseinrichtung die Oberfläche relativ zu dem wenigstens einen Kontaktelement um eine Drehachse drehbar ist. Nach dieser Ausgestaltung wird wenigstens ein Kontaktelement vorgesehen, das das Steuerelement an seiner Oberfläche berührt, beispielsweise die Oberfläche einer Steuerscheibe. Hierbei hat das Kontaktelement in Abhängigkeit der aktuellen Relativposition zwischen Steuerelement und Kontaktelement Kontakt zu dem Leitbereich, der in dieser Ausgestaltung elektrisch leitfähig ausgebildet ist oder Kontakt zu dem Nichtleitbereich, der in dieser Ausgestaltung elektrisch nichtleitfähig ausgebildet ist. Die Antriebseinrichtung bewegt das Steuerelement derart, dass sich die Oberfläche relativ zu dem die Oberfläche kontaktierenden Kontaktelement bewegt, insbesondere derart, dass eine Drehung um die Drehachse des Steuerelements ausgeführt wird, wobei das Kontaktelement auf der Oberfläche gleitet bzw. schleift.According to a further configuration, it can be provided that the at least one control element is contacted on at least one surface of the at least one contact element and has at least one electrically conductive area as a conductive area and at least one electrically non-conductive area as a non-conductive area, with the surface being moved relative to the at least one contact element is rotatable about an axis of rotation. According to this embodiment, at least one contact element is provided which touches the surface of the control element, for example the surface of a control disk. Depending on the current relative position between the control element and the contact element, the contact element has contact with the conductive area, which is designed to be electrically conductive in this embodiment, or contact with the non-conductive area, which is designed to be electrically non-conductive in this embodiment. The drive device moves the control element such that the surface moves relative to the contact element contacting the surface, in particular such that a rotation about the axis of rotation of the control element is carried out, with the contact element sliding or rubbing on the surface.
Je nachdem, wie der Leitbereich und der Nichtleitbereich geometrisch an dem Steuerelement angeordnet bzw. verteilt sind, ergibt sich somit ein Kontakt zwischen Kontaktelement und Leitbereich oder Kontaktelement und Nichtleitbereich. Aufgrund der Relativbewegung zwischen dem Steuerelement und dem Kontaktelement kann sich somit zeitlich bzw. über eine Drehung des Steuerelements hinweg eine abweichende Kontaktierung des Leitbereichs und des Nichtleitbereichs seitens des Kontaktelements ergeben, sodass sich ein definiertes Ein-Aus-Verhältnis des erzeugten elektrischen Signals ergibt. Je nachdem wie lange die Kontaktzeit zwischen dem Kontaktelement und dem Leitbereich und dem Nichtleitbereich ist, ergibt sich die definierte Pulsweite, insbesondere die Pulsweite des Ein-Anteils in Bezug auf die Länge des Leitbereichs und des Aus-Anteils in Bezug auf die Länge des Nichtleitbereichs. Die Pulsweiten hängen selbstverständlich auch von der Drehzahl ab, das Verhältnis wird jedoch über die Länge der Bereiche, zum Beispiel in Umfangsrichtung, bestimmt.Depending on how the conductive area and the non-conductive area are arranged or distributed geometrically on the control element, there is contact between the contact element and the conductive area or the contact element and the non-conductive area. Due to the relative movement between the control element and the contact element, contacting of the conductive area and the non-conductive area by the contact element may deviate over time or over a rotation of the control element, resulting in a defined on-off ratio of the generated electrical signal. Depending on how long the contact time between the contact element and the conductive area and the non-conductive area is, the defined pulse width results, in particular the pulse width of the on-component in relation to the length of the conducting region and the off-component in relation to the length of the non-conducting region. Of course, the pulse widths also depend on the speed, but the ratio is determined by the length of the areas, for example in the circumferential direction.
Das Kontaktelement ist, wie bereits zuvor beschrieben, bevorzugt als Schleifkontakt ausgebildet. Das Kontaktelement kann beispielsweise als Bürste, insbesondere als Kohlebürste, ausgeführt sein. Das Kontaktelement ist insbesondere federnd gelagert, sodass ein Verschleißausgleich bzw. eine abweichende Positionierung durch die fehlende Beaufschlagung des Kontaktelements an das Steuerelement ausgeglichen werden kann. Hierbei kann das Steuerelement zum Beispiel als Steuerscheibe ausgeführt sein, sodass das Kontaktelement die Scheibenoberfläche kontaktiert auf der Leitbereich und Nichtleitbereich entsprechend definiert geometrisch verteilt angeordnet sind. Es ist ebenso möglich, dass das Steuerelement als Steuerzylinder ausgeführt ist, wobei sich die Oberfläche als Mantelfläche ergibt. Selbstverständlich können auch mehrere Oberflächen des Steuerelements verwendet werden, um entsprechende Leitbereiche und Nichtleitbereiche anzuordnen, auf denen mehrere Kontaktelemente angeordnet sind bzw. jeweils wenigstens ein Kontaktelement pro Oberfläche. Hierbei können auch mehrere Kontaktelemente derselben Oberfläche zugeordnet sein, beispielsweise im Sinne der Redundanz.As already described above, the contact element is preferably designed as a sliding contact. The contact element can be designed, for example, as a brush, in particular as a carbon brush. The contact element is spring-mounted, in particular, so that compensation for wear or a different positioning can be compensated for by the fact that the contact element is not applied to the control element. The control element can be designed as a control disk, for example, so that the contact element makes contact with the surface of the disk on which the conductive area and non-conductive area are arranged geometrically distributed in a correspondingly defined manner. It is also possible for the control element to be in the form of a control cylinder, with the surface resulting in the lateral surface. Of course, multiple surfaces of the control element can also be used to arrange corresponding conductive areas and non-conductive areas on which multiple contact elements are arranged or at least one contact element per surface. In this case, several contact elements can also be assigned to the same surface, for example in the sense of redundancy.
Das wenigstens eine Steuerelement kann ferner in wenigstens einer Kontaktposition, insbesondere radial außenliegend oder an einer ersten Axialposition, wenigstens einen reinen Leitbereich und/oder in wenigstens einer Kontaktposition, insbesondere radial innenliegend oder an einer zweiten Axialposition, wenigstens einen reinen Nichtleitbereich aufweisen. Die Begriffe „radial innen“ und „radial außen“ beziehen sich selbstverständlich auf die Drehachse des Steuerelements, beispielsweise die Symmetrieachse der Steuerscheibe. Die verschiedenen Axialposition beziehen sich auf die Längsachse eines Steuerzylinders oder einer entsprechend ähnlichen Form. Die beschriebenen Positionen können auch getauscht angeordnet sein, sodass der reine Nichtleitbereich radial außen liegt und der reine Leitbereich radial innen. Hierbei bietet sich der Vorteil, dass das Kontaktelement entsprechend in die reinen Leitbereiche oder Nichtleitbereiche bewegt werden kann, beispielsweise um ein konstantes Ein-Signal oder Aus-Signal zu erzeugen.The at least one control element can also have at least one pure conductive area in at least one contact position, in particular radially on the outside or in a first axial position, and/or in at least one contact position, in particular radially on the inside or in a second axial position, at least one pure non-conductive area. The terms "radially inside" and "radially outside" naturally refer to the axis of rotation of the control element, for example the axis of symmetry of the control disc. The different axial positions refer to the longitudinal axis of a control cylinder or a suitably similar shape. The positions described can also be reversed, so that the purely non-conductive area is radially on the outside and the purely conductive area is radially on the inside. This offers the advantage that the contact element can be moved accordingly into the purely conductive areas or non-conductive areas, for example in order to generate a constant on signal or off signal.
Hierbei kann sich zwischen dem reinen Leitbereich und dem reinen Nichtleitbereich ein Zwischenbereich ergeben bzw. kann ein solcher vorgesehen und ausgestaltet sein, in welchem Zwischenbereich der über eine Drehung des Steuerelements verteilte Anteil des Kontaktes zwischen dem Kontaktelement und dem Leitbereich in Abhängigkeit der Kontaktposition veränderlich ist, insbesondere von radial innen nach außen oder von der zweiten Axialposition in die erste Axialposition zunehmend. Eine Umkehrung der Anordnung ist selbstverständlich wiederum möglich. Die Veränderung des Anteils ist vorzugsweise kontinuierlich, kann jedoch auch nichtlinear gewählt werden. Somit ist vorgesehen, dass zwischen dem reinen Leitbereich und dem reinen Nichtleitbereich ein Zwischenbereich vorgesehen ist, der je nach Position, beispielsweise Radialpositionen oder Axialposition, ein unterschiedliches Verhältnis zwischen Leitbereich und Nichtleitbereich aufweist.In this case, an intermediate area can result between the purely conductive area and the purely non-conductive area or such an intermediate area can be provided and configured, in which intermediate area the proportion of the contact between the contact element and the conductive area distributed over a rotation of the control element can be changed depending on the contact position, in particular increasing from radially inwards outwards or from the second axial position into the first axial position. A reversal of the arrangement is of course also possible. The change in the proportion is preferably continuous, but can also be chosen to be non-linear. It is thus provided that between the pure conductive area and the pure non-conductive area there is an intermediate area which, depending on the position, for example radial positions or axial position, has a different ratio between the conductive area and the non-conductive area.
Zum Beispiel bezogen auf eine Steuerscheibe kann ausgehend von einem reinen Leitbereich, in dem der Leitbereich in Umfangsrichtung ununterbrochen durchgängig angeordnet ist, und somit ein vollständiger und ausschließlicher Anteil des Leitbereichs gegeben ist, eine Abnahme des Leitbereichs in dem Zwischenbereich erfolgen. Wird von der entsprechenden Radialpositionen auf der der reine Leitbereich angeordnet ist somit in Richtung des reinen Nichtleitbereichs gegangen, erhöht sich der Anteil des Nichtleitbereichs gegenüber dem Anteil des Leitbereichs solange, bis der reine Nichtleitbereich erreicht ist. Vorteilhafterweise kann das Kontaktelement sonach genau auf diejenige Position bewegt werden, die das gewünschte Verhältnis zwischen Leitbereich und Nichtleitbereich aufweist. Die vorgegangene Beschreibung ist selbstverständlich auf anderweitig, zum Beispiel axial, angeordnete Leitbereiche und Nichtleitbereiche übertragbar.For example, based on a control disc, starting from a pure control area, in which the control area is arranged without interruption in the circumferential direction, and thus a complete and exclusive portion of the control area is given, the control area can decrease in the intermediate area. If you move from the corresponding radial position on which the purely conductive area is arranged in the direction of the purely non-conductive area, the proportion of the non-conductive area increases compared to the proportion of the conductive area until the pure non-conductive area is reached. Advantageously, the contact element can thus be moved precisely to that position which has the desired ratio between the conductive area and the non-conductive area. The preceding description can of course be transferred to conducting areas and non-conducting areas that are arranged differently, for example axially.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung können wenigstens zwei Kontaktelemente vorgesehen sein, wobei wenigstens zwei Kontaktelemente mit jeweils einem separaten Aktuator gekoppelt sind und/oder wenigstens zwei Kontaktelemente mittels eines Steuergestänges mit demselben Aktuator gekoppelt sind. Hierbei ist es möglich, mehrere Signaleingänge und mehrere Signalausgänge vorzusehen oder die einzelnen Kontaktelemente redundant vorzusehen. Die Vorrichtung kann somit speziell für eine Phase oder mehrphasig, zum Beispiel für zweiphasige oder dreiphasige elektrische Maschinen, vorgesehen sein. Hierbei können separate Kontaktelemente für jede der Phasen der elektrischen Maschine ausgebildet werden. Die einzelnen Kontaktelemente können somit separat und individuell von einzelnen Aktuatoren angesteuert werden. Ebenfalls ist es möglich, redundante bzw. zu derselben Phase gehörende Kontaktelemente mit demselben Aktuator zu bewegen, beispielsweise über ein Steuergestänge.According to a further configuration of the device, at least two contact elements can be provided, with at least two contact elements each being coupled to a separate actuator and/or at least two contact elements being coupled to the same actuator by means of a control linkage. It is possible to provide several signal inputs and several signal outputs or to provide the individual contact elements redundantly. The device can thus be designed specifically for one phase or for multiple phases, for example for two-phase or three-phase electrical machines. In this case, separate contact elements can be formed for each of the phases of the electrical machine. The individual contact elements can thus be controlled separately and individually by individual actuators. It is also possible to move redundant contact elements or contact elements belonging to the same phase with the same actuator, for example via a control linkage.
Wenigstens ein Steuerelement kann wenigstens zwei Oberflächen aufweisen mit jeweils wenigstens einem Leitbereich und einem Nichtleitbereich. Ebenso kann vorgesehen sein, dass die Signalerzeugungseinrichtung wenigstens zwei Steuerelemente, insbesondere Steuerscheiben, aufweist, die jeweils wenigstens eine Oberfläche aufweisen, wobei die Verteilung des Leitbereichs in den unterschiedlichen Oberflächen gleich oder verschieden ist. Grundsätzlich ist es somit möglich, wenigstens ein Steuerelement vorzusehen, das wenigstens zwei Oberflächen aufweist, wobei jede der Oberflächen jeweils wenigstens einen Leitbereich und einen Nichtleitbereich aufweisen. Die Leitbereiche und Nichtleitbereiche können sich dabei in Umfangsrichtung abwechseln. Hierbei können insbesondere derselben Oberfläche mehrere Leitbereiche und mehrere Nichtleitbereiche zugeordnet sein, die sich, beispielsweise ähnlich wie Tortenstücke, in Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet auf der Oberfläche befinden. Zudem kann eine Steuerscheibe ausgeführt sein, die zwei Oberflächen bereitstellt, insbesondere Oberseite und Unterseite der Steuerscheibe, auf der die Anordnung der einzelnen Leitbereiche und Nichtleitbereiche gegeben sind. Die Oberflächen können sich hierbei in der Geometrie und der Verteilung und der Anzahl der Leitbereiche und Nichtleitbereiche unterscheiden.At least one control element can have at least two surfaces, each with at least one conductive area and one non-conductive area. Provision can also be made for the signal-generating device to have at least two control elements, in particular control discs, each of which has at least one surface, with the distribution of the guide area being the same or different in the different surfaces. In principle, it is thus possible to provide at least one control element which has at least two surfaces, each of the surfaces having at least one conductive area and one non-conductive area. The conductive areas and non-conductive areas can alternate in the circumferential direction. In this case, in particular, a plurality of conductive regions and a plurality of non-conductive regions can be assigned to the same surface, which are arranged alternately in the circumferential direction on the surface, for example similar to slices of cake. In addition, a control disk can be designed that provides two surfaces, in particular the upper side and underside of the control disk, on which the arrangement of the individual conducting areas and non-conducting areas is given. The surfaces can differ in the geometry and the distribution and the number of conductive areas and non-conductive areas.
Ebenso ist es möglich, dass wenigstens zwei Steuerelemente, beispielsweise zwei Steuerscheiben, vorgesehen sind, die eine oder mehrere Oberflächen mit Leitbereichen und Nichtleitbereichen aufweisen. Die Verteilung der Leitbereiche und Nichtleitbereiche bzw. deren Anzahl kann sich in den einzelnen Oberflächen unterscheiden. Selbstverständlich sind sämtliche Kombinationen aus mehreren Steuerelementen und Steuerelementen, die mehrere Oberflächen aufweisen, beliebig möglich.It is also possible for at least two control elements, for example two control discs, to be provided, which have one or more surfaces with conducting areas and non-conducting areas. The distribution of the conductive areas and non-conductive areas or their number can differ in the individual surfaces. Of course, any combination of multiple controls and controls that have multiple surfaces are possible.
Die beschriebene Vorrichtung kann ferner dahingehend weitergebildet werden, dass die Signalerzeugungseinrichtung ein Kurvengetriebe umfasst und das Steuerelement als Kurventrommel ausgebildet ist, die eine in Bezug auf die Drehachse asymmetrische Geometrie aufweist, wobei ein Radialabstand der Oberfläche der Kurventrommel von der Drehachse zwischen zwei Umfangspositionen und/oder zwischen zwei Axialpositionen verschieden ist. Wie bereits eingangs beschrieben, ist es ersichtlich nicht notwendig, dass die Leitbereiche und Nichtleitbereiche auf dem Steuerelement tatsächlich elektrisch leitfähig bzw. nicht leitfähig ausgebildet sein müssen.The device described can also be further developed such that the signal generating device comprises a cam gear and the control element is designed as a cam drum which has a geometry that is asymmetrical in relation to the axis of rotation, with a radial distance between the surface of the cam drum and the axis of rotation between two circumferential positions and/or is different between two axial positions. As already described at the outset, it is evident that the conductive areas and non-conductive areas on the control element do not actually have to be designed to be electrically conductive or non-conductive.
Bei dem beschriebenen Kurvengetriebe wird das Ein-Signal entsprechend erzeugt, wenn das Kurvengetriebe, insbesondere die Kurventrommel, in einer dafür vorgesehenen Ausrichtung steht. Die Kurventrommel ist hierbei rein geometrisch dazu in der Lage, das Signal zu erzeugen oder nicht, nämlich in Abhängigkeit davon, wie die Kurventrommel ausgerichtet ist und entsprechend der Radialabstand der Oberfläche von der Drehachse der Kurventrommel ausgeführt ist. Die Kurventrommel ist dabei insbesondere in Umfangsrichtung asymmetrisch ausgebildet und in Axialrichtung ebenfalls asymmetrisch ausgebildet. Die Kurventrommel kann dabei kontinuierlich ausgeführt sein, d.h., dass die Übergänge der einzelnen asymmetrischen Bereiche kontinuierlich ineinander übergehen, d.h. insbesondere ohne Stufen in Axialrichtung oder in Umfangsrichtung. Es kann ferner wenigstens ein in Bezug auf die Drehachse symmetrischer Bereich vorgesehen sein, beispielsweise für ein konstantes Ein-Signal.In the case of the cam mechanism described, the ON signal is generated accordingly when the cam mechanism, in particular the cam drum, is in an alignment intended for this purpose. The cam drum is here purely geometrically capable of generating the signal or not, namely depending on how the cam drum is aligned and the radial distance of the surface from the axis of rotation of the cam drum is designed accordingly. The cam drum is designed asymmetrically in particular in the circumferential direction and is also designed asymmetrically in the axial direction. The cam drum can be continuous, i.e. the transitions of the individual asymmetrical areas merge continuously, i.e. in particular without steps in the axial direction or in the circumferential direction. Furthermore, at least one area that is symmetrical with respect to the axis of rotation can be provided, for example for a constant on signal.
Das Kontaktelement kontaktiert, wie zuvor beschrieben, auch hier das Steuerelement, also die Oberfläche der Kurventrommel, und wird von der Kurventrommel ausgelenkt, je nachdem in welcher Umfangsposition und in welcher Axialposition das Kontaktelement an der Kurventrommel anliegt. Übersteigt dabei der Radialabstand ein Mindestmaß, um den das Kontaktelement ausgelenkt wird, wird das Signal eingeschaltet bzw. durchgeleitet. Wird der Mindestabstand unterschritten, wird kein Signal erzeugt bzw. das Signal wird ausgeschaltet. Somit ergibt sich wiederum das charakteristische Ein-Aus-Signal. Durch die Ausgestaltung der Geometrie der Kurventrommel kann folglich das Verhältnis zwischen Ein- und Ausschalten sowie die Pulsweite festgelegt werden.As previously described, the contact element also makes contact with the control element, ie the surface of the cam drum, and is deflected by the cam drum, depending on the circumferential position and axial position in which the contact element rests on the cam drum. If the radial distance exceeds a minimum amount by which the contact element is deflected, the signal is switched on or passed through. If the distance falls below the minimum, no signal is generated or the signal is switched off. This in turn results in the characteristic on-off signal. The relationship between switching on and off as well as the pulse width can consequently be defined by the configuration of the geometry of the cam drum.
Das wenigstens eine Kontaktelement kann hierzu als Schwenkarm ausgebildet sein oder wenigstens einen Schwenkarm aufweisen, der, insbesondere mittels eines Kurvenabtriebsrads, zur Erzeugung des Signals mit der Oberfläche der Kurventrommel in Verbindung steht, wobei in Abhängigkeit einer Mindestauslenkung des Schwenkarms bei Kontaktierung eines Leitbereichs eine elektrische Verbindung zwischen Signaleingang und Signalausgang schließbar ist. Ein Leitbereich liegt somit vor, wenn der Schwenkarm bei Kontaktierung mit dem Leitbereich mindestens um die Mindestauslenkung ausgelenkt und das Signal erzeugt wird. Der Schwenkarm kontaktiert die Oberfläche der Kurventrommel somit über das Kurvenabtriebsrad oder direkt und wird somit ausgelenkt, je nachdem welchen Radialabstand das aktuelle Segment der Kurventrommel an dem die Kurventrommel von dem Kontaktelement kontaktiert wird, aufweist. Wird somit der Mindestabstand von der Drehachse der Kurventrommel überschritten, sodass der Schwenkarm eine Mindestauslenkung ausführt, schließt sich der Kontakt und das Signal wird erzeugt. Das Kontaktelement bzw. der Schwenkarm kann hierzu axial entlang der Kurventrommel verfahren werden, sodass der Schwenkarm in verschiedene Axialpositionen als Kontaktposition stellbar ist.For this purpose, the at least one contact element can be in the form of a swivel arm or have at least one swivel arm which, in particular by means of a driven cam wheel, is connected to the surface of the cam drum to generate the signal, with an electrical connection being established depending on a minimum deflection of the swivel arm when contacting a conductive area can be closed between signal input and signal output. A conductive area is therefore present when the swivel arm is deflected by at least the minimum deflection when it makes contact with the conductive area and the signal is generated. The swivel arm thus contacts the surface of the cam drum via the cam driven wheel or directly and is thus deflected, depending on the radial distance of the current segment of the cam drum at which the cam drum is contacted by the contact element. If the minimum distance from the axis of rotation of the cam drum is exceeded, so that the swivel arm performs a minimum deflection, the contact closes and the signal is generated. For this purpose, the contact element or the pivoting arm can be moved axially along the cam drum, so that the pivoting arm can be adjusted into different axial positions as a contact position.
Da in den verschiedenen Axialposition unterschiedliche Geometrien der Kurventrommel vorliegen, können unterschiedliche Verhältnisse in Bezug auf ein Einschalten und Ausschalten und somit eine Pulsweite bzw. Pulsfolge erzeugt werden. Bei der Kurventrommel bilden ersichtlich die diejenigen Bereiche der Oberfläche der Kurventrommel Leichtbereiche, bei denen der Schwenkarm die Mindestauslenkung erreicht und somit das Signal erzeugt bzw. eingeschaltet wird und diejenigen Bereiche der Oberfläche der Kurventrommel bilden Nichtleitbereiche, bei denen die entsprechenden Mindestauslenkung nicht erreicht wird.Since there are different geometries of the cam drum in the different axial positions, different conditions with regard to switching on and off and thus a pulse width or pulse sequence can be generated. In the case of the cam drum, those areas of the surface of the cam drum form light areas where the swivel arm reaches the minimum deflection and the signal is thus generated or switched on, and those areas of the surface of the cam drum form non-conductive areas where the corresponding minimum deflection is not reached.
Die Erfindung betrifft daneben eine Anordnung aus der beschriebenen Vorrichtung mit einer Einrichtung, an die die Vorrichtung das Signal ausgibt. Eine solche Einrichtung kann letztlich jedwede beliebige elektrische Einrichtung sein, der das elektrische Signal zugeführt werden soll, das insbesondere eine definierte Pulsfolge und Pulsweite aufweist. Beispielhafte Anordnungen können die Vorrichtung und eine elektrische Maschine umfassen. Die elektrische Maschine kann insbesondere als Gleichstrom-, Wechselstrom-, oder Universalmotor ausgeführt sein. Ebenfalls ist es möglich, die elektrische Maschine als Mehrphasenmotor auszuführen, insbesondere dann, wenn zusätzlich eine, zum Beispiel interne, Phasenansteuer- und Umpoleinrichtung vorgesehen ist.The invention also relates to an arrangement of the device described with a device to which the device outputs the signal. Such a device can ultimately be any desired electrical device to which the electrical signal is to be supplied, which in particular has a defined pulse sequence and pulse width. Example arrangements may include the device and an electric machine. The electrical machine can be designed in particular as a direct current, alternating current or universal motor. It is also possible to design the electrical machine as a multiphase motor, in particular when a phase control and pole reversing device, for example an internal one, is additionally provided.
Selbstverständlich sind sämtliche Vorteile, Einzelheiten und Merkmale, die in Bezug auf die Vorrichtung beschrieben wurden, vollständig auf die Anordnung übertragbar.Of course, all the advantages, details and features that have been described in relation to the device can be fully transferred to the arrangement.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Fig. erläutert. Die Fig. sind schematische Darstellungen und zeigen:
-
1 eine Vorrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel; -
2 eine Vorrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel; -
3 eine Vorrichtung nach einem dritten Ausführungsbeispiel; -
4 eine Vorrichtung nach einem vierten Ausführungsbeispiel; -
5 eine Vorrichtung nach einem fünften Ausführungsbeispiel; und -
6 dieVorrichtung von 5 in umgekehrter Darstellung.
-
1 an apparatus according to a first embodiment; -
2 an apparatus according to a second embodiment; -
3 an apparatus according to a third embodiment; -
4 an apparatus according to a fourth embodiment; -
5 an apparatus according to a fifth embodiment; and -
6 the device of5 in reverse representation.
Die Vorrichtung 1 umfasst ferner eine Signalerzeugungseinrichtung 4, die dazu ausgebildet ist, das elektrische Signal zu erzeugen. Die Signalerzeugungseinrichtung 4 umfasst ein Steuerelement 5, das mittels einer Antriebseinrichtung 6 angetrieben werden kann. Die Antriebseinrichtung 6 ist hierbei als separate Antriebseinrichtung 6 ausgeführt. Es ist ebenfalls möglich, dass das Steuerelement 5 mittels der elektrischen Einrichtung betrieben wird, der das Signal zugeführt wird. Ist die elektrische Einrichtung beispielsweise eine elektrische Maschine, kann diese zum Antrieb des Steuerelements 5 eingesetzt werden. Hierbei kann insbesondere auch ein Getriebe zwischen der elektrischen Maschine und dem Steuerelement 5 vorgesehen sein, um die Drehzahl anzupassen.The device 1 also includes a
Das Steuerelement 5 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit zwei Kontaktelementen 7 kontaktiert. Es ist ebenso möglich, nur ein einziges Kontaktelement 7 zu verwenden. Das Kontaktelement 7 kontaktiert eine Oberfläche 8 des Steuerelements 5. Beispielsweise ist das Kontaktelement 7 als federgelagerte Kohlebürste ausgebildet und somit in der Lage eine elektrische Verbindung herzustellen. Das Steuerelement 5 weist ferner wenigstens einen Leitbereich 9 und einen Nichtleitbereich 10 auf, die in diesem Ausführungsbeispiel entsprechend leitfähig (Leitbereich 9) und nicht leitfähig (Nichtleitbereich 10) ausgeführt sind. Insbesondere ist hier der Leitbereich 9 elektrisch leitfähig und der Nichtleitbereich 10 elektrisch nicht leitfähig. Die Geometrie bzw. die Formgebung und die Verteilung von Nichtleitbereich 10 und Leitbereich 9 ist lediglich beispielhaft zu verstehen. Selbstverständlich können jedwede anderweitige Formgebung, Aufteilung und Geometrie von Leitbereich 9 und Nichtleitbereich 10 gewählt werden.The
Der Leitbereich 9 ist hierbei durch einen Eingangskontakt 11 kontaktiert, der in diesem Ausführungsbeispiel auf der Drehachse des Steuerelements 5 angeordnet ist und als zapfenförmiger Fortsatz bzw. Verbindung des Leitbereichs 9 verstanden werden kann. An dem Eingangskontakt 11 sind wiederum Kontaktelemente 12 angeordnet, die ebenfalls als Kohlebürsten ausgebildet sein können und mit dem Signalausgang 3 verbunden sind. Die elektrische Verbindung zwischen dem Eingangskontakt 11 und dem Leitbereich 9 ist hierbei unterhalb des Nichtleitbereichs 10 geführt, sodass bei einer Kontaktierung des Nichtleitbereichs 10 seitens der Kontaktelemente 7 keine elektrische Verbindung zu dem Nichtleitbereich 9 bzw. dem Eingangskontakt 11 hergestellt werden kann. Die Verbindung wird zum Beispiel axial durch den Nichtleitbereich 10 zu dem Leitbereich 9 geführt.The conducting
Zur Erzeugung des definierten elektrischen Signals bzw. des elektrischen Signals definierter Pulsweite und definierter Pulslänge kann seitens der Antriebseinrichtung 6 eine Drehbewegung des Steuerelements 5 um eine Drehachse erzeugt werden, die eine Symmetrieachse des Steuerelements 5 darstellen kann. Durch die Drehbewegung entsteht eine Relativbewegung zwischen den Kontaktelementen 7 und der Oberfläche 8 des Steuerelements 5, sodass sich die Kontaktierung des Kontaktelement 7 auf dem Leitbereich 9 und dem Nichtleitbereich 10 abwechseln. Ersichtlich wird dadurch ein elektrisches Signal erzeugt, das sich aus einem eingeschalteten Zustand und ausgeschalteten Zustand abwechselt. Die Pulsweite und die Pulslänge werden dabei insbesondere durch die Verteilung zwischen Leitbereich 9 und Nichtleitbereich 10, sowie der Drehzahl des Steuerelements 5 beeinflusst.To generate the defined electrical signal or the electrical signal with a defined pulse width and defined pulse length, the
Zur weiteren Beeinflussung der Erzeugung des elektrischen Signals sind Aktuatoren 13 vorgesehen, die mit den Kontaktelementen 7 in Verbindung stehen und diese, in diesem Ausführungsbeispiel linear, relativ zu dem Steuerelement 5 bewegen können. Entsprechend sind die Kontaktelemente 7 in verschiedene Kontaktpositionen bewegbar. Beispielsweise können diese auf verschiedene Radialpositionen in Bezug auf die Drehachse des Steuerelements 5 bewegt werden. Da die Verteilung des Leitbereichs 9 und des Nichtleitbereichs 10 für verschiedene Radialpositionen unterschiedlich ist, ist es somit möglich, unterschiedliche elektrische Signale, insbesondere unterschiedliche Verhältnisse zwischen Einschalten und Ausschalten des elektrischen Signals, zu erzeugen. Alternativ zu einzelnen Aktuatoren 13, die den einzelnen Kontaktelementen 7 zugeordnet sind, ist es ebenso möglich, zwei oder mehr Kontaktelemente 7 einem einzigen Aktuator 13 zuzuordnen und die entsprechende Bewegung über ein Steuergestänge weiterzuleiten bzw. zu synchronisieren. To further influence the generation of the electrical signal, actuators 13 are provided, which are connected to the
Bei der dargestellten Ausführungsform ist in einem radial innenliegenden Bereich ferner ein reiner Nichtleitbereich 14 vorgesehen, bei dem das Kontaktelement 7, wenn es in dieser Radialposition steht, durchgehend Kontakt zu dem Nichtleitbereich 10 besitzt, insbesondere über eine volle Umdrehung des Steuerelements 5. Dementsprechend ist auch ein reiner Leitbereich 15 vorgesehen, nämlich in einem radial außenliegenden Bereich in Bezug auf die Drehachse des Steuerelements 5. Ist das Kontaktelement 7 in dem reinen Leitbereich 15 kontaktiert, wird durchgehend ein Signal erzeugt.In the embodiment shown, a purely
Die Kontaktelemente 7 sind mit dem Signalausgang 3 verbunden und können mittels Aktuatoren 13 in unterschiedliche Axialpositionen entlang der Längsachse des Steuerelements 5 bewegt werden. Das über den Signaleingang 2 eingeleitete Signal wird somit über die Kontaktelemente 12 an den Signaleingang 11 und somit an den Leitbereich 9 übertragen. Kontaktieren die Kontaktelemente 7 den Leitbereich 9 wird das Signal zum Signalausgang 3 durchgeleitet. Die Antriebseinrichtung 6 ist dafür vorgesehen, das Steuerelement 5 um seine Längsachse zu drehen, sodass sich die Oberfläche 8 des Steuerelements 5 relativ zu den Kontaktelementen 7 bewegt. In Abhängigkeit davon, wo die Kontaktelemente 7 die Oberfläche 8 kontaktieren, wird sich aufgrund der Drehung der Oberfläche 8 somit eine entsprechendes Ein-Aus-Signal ergeben, da die Kontaktelemente 7, je nach Axialposition, über eine Drehung des Steuerelements 5 abwechselnd den Leitbereich 9 und den Nichtleitbereich 10 kontaktieren.The
Die Oberfläche 8 weist wiederum einen reinen Nichtleitbereich 14 und einen reinen Leitbereich 15 auf, die in unterschiedlichen Axialpositionen angeordnet sind, insbesondere an den gegenüberliegenden axialen Enden des Steuerelements 5. Auch hierbei ist zwischen dem reinen Leitbereich 15 und dem reinen Nichtleitbereich 14 ein Zwischenbereich vorgesehen, in dem der Anteil des Nichtleitbereichs 10 von dem reinen Leitbereich 15 bis hin zu dem reinen Nichtleitbereich 14 kontinuierlich zunimmt, insbesondere von der einen axialen Endposition zu der anderen axialen Endposition. Ersichtlich ist abweichend von der Geometrie des Steuerelements 5 die grundsätzliche Funktion der Vorrichtung 1 mit der Vorrichtung 1 aus
Die
Das Kontaktelement 7 ist mit einem Schwenkarm ausgebildet bzw. umfasst einen solchen, der im Wesentlichen um die Achse A verschwenkt werden kann. Dazu ist insbesondere vorgesehen, dass ein Kurvenabtriebsrad 16 an der Oberfläche 8 des Steuerelements 5 abrollt und somit in Abhängigkeit davon, wie weit das kontaktierte Oberflächensegment der Oberfläche 8 des Steuerelements 5 an der aktuellen Position von der Achse B beanstandet ist, eine entsprechende Auslenkung des Kontaktelements 7 vornimmt. Das Steuerelement 5 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Kurventrommel ausgebildet und somit sowohl in Umfangsrichtung als auch in Axialrichtung, insbesondere bezogen auf die Achse B, um die das Steuerelement 5 durch die Antriebseinrichtung 6 drehbar gelagert ist, asymmetrisch ausgeführt. Somit wird bei einer vollen Umdrehung des Steuerelements 5 der Schwenkarm des Kontaktelements 7 unterschiedlich weit ausgelenkt.The
Hierbei ist der Schwenkarm, also das Kontaktelement 7, mechanisch mit einem Kontakt 17 gekoppelt, der bei einer entsprechenden Mindestauslenkung des Kontaktelements 7 geschlossen wird. Mit anderen Worten wird die Antriebseinrichtung 6 dazu verwendet, das Steuerelement 5 zu drehen, also die Kurventrommel 5 des Kurvengetriebes, sodass das Kurvenabtriebsrad 16 an der Oberfläche 8 abrollt. Dabei wird das Kontaktelement 7 entsprechend des Radialabstands zwischen Mantelfläche 8 und Drehachse B ausgelenkt und schließt den Kontakt 17 bei Erreichen einer Mindestauslenkung. Bei geschlossenem Kontakt 17 wird das Signal eingeschaltet, bei geöffneten Kontakt 17 wird das Signal ausgeschaltet, sodass sich über die Rotation des Steuerelements 5 wiederum das charakteristische elektrische Signal ergibt.In this case, the swivel arm, that is to say the
Da die Kurventrommel, also das Steuerelement 5 sowohl in axialer Richtung als auch in Umfangsrichtung asymmetrisch ausgebildet ist, kann das Kontaktelement 7 über den Aktuator 13 in verschiedene Axialpositionen entlang der Achse A bewegt werden und somit verschiedene charakteristische Signale erzeugen zu können. Der Kontakt 17 bzw. jeweils einer der Pole können mit dem Signaleingang und dem Signalausgang verbunden werden (nicht gezeigt). Das grundsätzliche Prinzip ist sonach von einer der vorhergehenden Ausführungsformen übertragbar.Since the cam drum, ie the
Die in den einzelnen Fig. gezeigten Vorteile, Einzelheiten und Merkmale sind, selbstverständlich, beliebig miteinander kombinierbar, untereinander austauschbar und aufeinander übertragbar, insbesondere soweit dies technisch sinnvoll ist.The advantages, details and features shown in the individual figures can, of course, be combined with one another as desired, interchanged with one another and transferred to one another, in particular insofar as this is technically sensible.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Vorrichtungcontraption
- 22
- Signaleingangsignal input
- 33
- Signalausgangsignal output
- 44
- Signalerzeugungseinrichtungsignal generating device
- 55
- Steuerelementcontrol
- 66
- Antriebseinrichtungdrive device
- 77
- Kontaktelementcontact element
- 88th
- Steuerelementcontrol
- 99
- Leitbereichcontrol area
- 1010
- Nichtleitbereichnon-conductive area
- 1111
- Eingangskontaktinput contact
- 1212
- Kontaktelementcontact element
- 1313
- Aktuatoractuator
- 1414
- reiner Nichtleitbereichpure non-conductive area
- 1515
- reiner Leitbereichpure control area
- 1616
- Kurvenabtriebsradcam output gear
- 1717
- KontaktContact
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020214047.2A DE102020214047A1 (en) | 2020-11-09 | 2020-11-09 | Device for generating an electrical signal with a defined pulse width |
Applications Claiming Priority (1)
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ID=81256221
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DE102020214047.2A Withdrawn DE102020214047A1 (en) | 2020-11-09 | 2020-11-09 | Device for generating an electrical signal with a defined pulse width |
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---|---|
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