DE1588220A1 - Vorrichtung zur Erkennung einer bestimmten Stellung bei bewegten Teilen durch induktives Abtasten - Google Patents

Description

• Vorrichtung zur Erkennung einer bestimmten Stellung bei bewegten Teilen durch induktives Abtasten Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erkennung einer bestimmten Stellung rotierender oder linear bewegter Teile, insbesondere beim Rotor eines Schrittmotors. Im wesentlichen besteht eine solche Vorrichtung aus mindestens einer Primärspule und mehreren hinsichtlich ihrer Zahl den innerhalb einer Periode vorgesthenen Abtastungen angepaßten Sekundärspulen sowie bewegbaren Mitteln zur magnetischen Übertragung primärseitig gegebenenfalls vorhandener Abtast- bzw. Fortschaltimpulse auf eine entsprechende Sekundärspule.
• Soll der Rotor eines Schrittmotors mit beispielwese drei Schritten pro Umdrehung einen Schritt ausführen, so muß der Strom in den Arboitsspulen des Motors Je nach Bauart ein- oder umgeschaltet werden. Beim ersten Schritt erhält die erste Arbeitsipule einen Stromiglpuls, beim folgenden die zweite usw. Würde nach dem ersten Schritt nicht die zweite, sondern die dritte Arbeitsspule einen Stromimpuls erhalten, so würde der Rotor gegenläufig zu der bisherigen Drehrichtung in die drittmögliche Stellung einrasten. Dis ist der Fall, weil der Rotor seine neue Stellung stets auf dem kürzesten Weg zu erreichen trachtet und deshalb der Weg über die Stellung "zwei" einen Umweg bedeuten würde. Deshalb ist eine drehrichtungsgebundene Steuerung solcher Motoren notwendig, die beispielsweise durch berührungsloses Abtasten der Rotorstellung mit Hilfe einer induktiven Abtastvorrichtung erreicht wird.
• Bekannte Vorrichtungen dieser Art arbeiten nach dem Prinzip kollektorloser Gleichstrommotoren. Soll beispielsweise die Rotorstellung eines Schrittmotors kontrolliert werden, dessen Schrittperiode aus drei Schritt bestcht, sind eine Primär- und drei Sekundärspulen erforderlich. Die Primärspule ist hierbei von den Sekundärspulen dergestalt umgeben, daß sowohl die Abstände der Sekundärspulen zu der Primärspule als auch die Abstände der Sekundärspulen untereinander vorzugsweise Jeweils gleich groß sind.
• Die die Spulen tragenden Eisenkerne sind nach Art von Transformatorschenkeln unteteinander verbunden. Ein rotierender Arm stellt abwechselnd - bei zwangsläufig vorhandenem Luftspalt - die magnetische Verbindung zwischen der Primär- und einer der drei Sekundärspulen her, so daß Jeweils nur in dieser mit der Primärspule verbundenen Sekundärspule ein Impuls induziert wird. Mit anderen Worten: die Wirkungsweise ist diejenige eines Transformators, bei dem die Kopplung von Primär- und Sekundärspule durch das Joch bewirkt wird.
• Ihrem Wirkstoff nach bestehen die genannten Kernteile aus gepreßtem Ferrit. linmal gepreßte Kerne liegen in ihrer Raumform fest und sind daher nur für ganz bestimmte Anwendungsfälle brauchbar.
• Für andere Einsatzgebiete müssen neue Teile angefertigt werden. Dieser Umstand und das hochwertige Material machen den Bau von Vorrichtungen dieser Art nur für große Serien rentabel. Nachteilig wirkt außerdem, daß mit zunehmender Zahl der zu kontrollierenden Schritte auch das feststehende Teil der Vorrichtung unverhältnismäßig groD und schwer wird.
• Auch muß das bewegte Teil einen geringen magnetischen Widerstand haben, ist also an viel Masse gebunden und daher ebenfalls relativ schwer.
• Diese Mängel werden erfindungsgemäß dadurch behoben, daß die Primr- und Sekundärspulen unter Verwendung paarweise zusammengefaßter Schalenkerne aufgebaut sind, in deren Luftspalt zur Dämpfung der von den Primär- auf die Sekundärspulen tibertragenen Abtast-bzw. Fortschaltimpulse Blechteile aus elektrisch leitendem Material bewegbar angeordnet sind.
• Schalenkerne sind im Handel in verschiedenen Größen und aus verschiedenem Material erhältlich. Da außerdem das bewegte Teil, beispielsweise aus dünnem Blech hergestellt, das Gewicht der gesamten Vorrichtung nur unmaßgeblich beeinflußt, ist die Anzahl der zu kontrollierenden Schritte vom Gewicht der Vorrichtung her praktisch unbegrenzt. Hieraus ergibt sich, daß diese erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung insbesondere da vorteilhaft anzuwenden ist, wo die abzutastenden Teile von äußeren Massen oder Kräften nicht oder nur in geringem Maß beeinflußt werden dürfen.
• Im folgenden wird an hand einer teilweise perspektivischen Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschriebtn: Mit Hilfe einer induktiven Abtastvorrichtung wird die prinzipielle Steuerung eines Schrittmotors erläutert.
• Auf dem Rotor 1 des in der linken Hälfte der Figur in der Draufsicht gezeigten Schrittmotors ist eine etwa einen halben Millimeter starke Scheibe 3 aus elektrisch leitendem Material fest angeordnet, die die rechte Hälfte der Figur zeigt. (In der Zeichnung sind der Schrittmotor und die Abtastvorrichtung aus Gründen der Übersichtlichkeit nebeneinander dargestellt.) Rotor und Scheibe besitzen dieaelbe Mittelachse 2. Um den Rotor 1 sind ferner auf einem Halbkreis drei Schalenkernpaare 4;4', 5;5' und 6;6' -entsprechend der periodischen Schrittzahl des Rotors -so angeordnet, daß Jeweils zwei Schalenkernpaare 4;4' und 6;6' durch die Scheibe getrennt werden, wShrend das dritte ;5' in einer der vier sektorförmigen Aussparungen 7 der Scheibe 3 zu liegen kommt, Die Scheibe rotiert also in einem LuStspalt 8, der durch die Jeweils beiden Hälften 4 bis 6' der drei Schalenkernapaare 4;4' bzw. 5;5' bzw. 6;6' gebildet wird. Für das Funktionieren ist es wichtig, daß die Aussparungen 7 so über die Scheibe verteilt bzw. ihre Jeweilige Stillung so auf die der drei festangeordneten Schalenkernpaare abgestimmt ist, daß die Scheibe in Ruhestellung des Rotors 1 die magnetische Verbindug der beiden Hälften Jeweils nur eines Schalenkernpaares freigibt.
• In der aufgezeigten Stellung ist die magnetische Verbindung des Schalenkernpaares 5;5' freigegeben, während sie bei den Schalenkernpaaren 4;4'und 6;6'durch die Scheibe 3 unterbrochen bzw. nahezu unterbrochen ist.
• Der in allen Primärspulen der Schalenkerne 4 bis 6 induzierte Abtast- bzw. Fortschaltimpuls 9;10 kommt Jetzt sekundärseitig nur in der Spule 5' ausgeprägt zur Geltung, wie die Größenverhältnisse der aufgezeigten Impulse 9 und 10' veranschaulichen, während er in den Sekundärspulen der Schalenkerne 4' und 6' durch mittels der Scheibe bewirkte Wirbelstromverluste nur stark gedämpft in Erscheinung tritt. Erfolgt der nächste Schritt im Uhrzeigersinn, so ist in der nächsten Ruhestellung die magnetische Verbindung zwischen dem Schalenkernpaar 6;6' hergestellt und diejenige der Schalenkernpaare 4;4' und nahezu 5;5'unterbrochen usw. Der jeweilige Sekundärimpuls steuert von den Multivibratoren 1 1 bis 13 den ihm zugeordneten an, worauf dieser während seiner Schaltzeit einen der Transistoren 14 bis 16 öffnet und so in zwei den nächsten. Schritt bewirkenden, einander diametral gegenüberliegenden Arbeitsspulen 17;17' bzw. 18;18,' bzw. 19;19' tinen Strom fließen läßt.
• Die Arbeitsspulen sind in der Ztbichnung zum Teil durch die Pole 20 bis 22'verdeckt. Die Impulsdauer des monostabilen Multivibrators wird dabei so bemessen, daß während dieser Züit der Rotor 1 in seiner neuen Stellung zum Stillstand kommt.
• Bei einem anderen, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel wird für die Kontrolle linearer Bewegungen die dünne Scheibe 3 durch einen Blechstreifen ersetzt.
• Eine weitere, in der Zeichnung gleichfalls nicht dargestellte Art der Erkennung einer bestimmten Position bewegter Teile kann auch dadurch erfolgen, daß ein der Breite der Aussparung dir im oben angeführten Beispiel verwendeten Scheibe 3 (Rotation) oder eines entsprechend geformten Blechstreifens (Linearbewegung) entsprechender anderer Blechstreifen die magnetische Verbindung zwischen jeweils zwei Schalenkernhälften unterbricht. In allen anderen Sekundärspulen wird jetzt ein Impuls induziert. Hierbei wird die interessierende Stellung in - gegenüber allen früher beschriebenen Ausführungsbeisopielen - umgekehrter Weise dadurch erkannt, daß in einer ganz bestimmten Sekundärspule kein Abtast - bzw. Fortschaltimpula erfolgt.

Claims (3)

1. Pa t entans prüche Vorrichtung zur Erkennung einer bestimmten Stellung rotierender oder linear bewegter Teile, insbesondere beim Rotor eines Schrittmotors, durch berührungsloses Abtasten auf induktivem Wege und unter Verwendung mindestens einer Primärspule und mehrerer hinsichtlich ihrer Zahl den innerhalb einer Periode vorgesehenen Abtastungen angepaßten Sekundärspulen sowie bewegbarer Mittel zur magnetischen ttbertragung primärseitig gegebenenfalls vorhandener Abtast- bzw. Fortschaltimpulse auf eine entsprechende Sekundärspule, dadurch gekennzeichnet, daß die Primär- und Sekundärspulen unter Verwendung paarweise zusammengefaßter Schalenkerne (4 ; 4 bzw. 5 ; bzw. 6;6') aufgebaut sind, in deren Luftspalt (8) zur Dämpfung der von den Primärauf die Sekundärspulen übertragenen Abtast- bzw.

   Fortschaltimpulse (9;lo) Blechteile aus elektrisch leitendem Material bewegbar angeordnet sind.
2. 2.) Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der zeitweise in allen Primärspulen vorhandene Abtast- bzw. Fortschaltimpulse fortlaufend Jet weils nur in einer Sokundärspule unverändert stark übertragen werden, gekennzeichnet durch eine die Dämpfung des Abtast- bzw. vortschaltimpulses (9;10) in den übrigen Sekundärspulen der Schalenkerne (4' und bewirkende und mit mindestens einer Aussparung (7) versehene Scheibe (3) oder einen ebenso ausgebildeten Blechstreifen, deren Aussparung mit dem Je-Weiligen Schalenkernpaar (5;5') im Augenblick der Induktion deckungsgleich ist.
3. 3.) Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der zeitweise in allen Primärspulen vorhandene Abtast- bzw.

   Fortschaltimpulse fortlaufend jeweils in e i n e r Sekundärspule gedämpft worden, gekennzeichnet durch einen die Dämpfung dor Abtast- bzw. Fortschaltimpulse (9;10) bewirkenden, rotierend oder linear bowegten dünnen Blechstreifen von der midhestbreite eines Schalenkerndurchmessers.

   Leerseits