DE19748647C2 - Elektromagnetisches Antriebssystem mit integrierter Wegsignalerzeugung - Google Patents
Elektromagnetisches Antriebssystem mit integrierter WegsignalerzeugungInfo
- Publication number
- DE19748647C2 DE19748647C2 DE19748647A DE19748647A DE19748647C2 DE 19748647 C2 DE19748647 C2 DE 19748647C2 DE 19748647 A DE19748647 A DE 19748647A DE 19748647 A DE19748647 A DE 19748647A DE 19748647 C2 DE19748647 C2 DE 19748647C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- signal generation
- electromagnetic drive
- drive system
- permanent magnet
- path signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/02—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
- H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
- H02K41/035—DC motors; Unipolar motors
- H02K41/0352—Unipolar motors
- H02K41/0354—Lorentz force motors, e.g. voice coil motors
- H02K41/0356—Lorentz force motors, e.g. voice coil motors moving along a straight path
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
- H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
- H02P25/032—Reciprocating, oscillating or vibrating motors
- H02P25/034—Voice coil motors
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/14—Electronic commutators
- H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
- H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Linear Motors (AREA)
- Control Of Linear Motors (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Antriebssystem mit integrierter Wegsignal
erzeugung nach dem elektrodynamischen Wirkprinzip. Diese Motoren nutzen die Kraft auf
bewegte Ladungen einer bestromten Leiterwicklung in einem vorzugsweise permanent
erregten Magnetfeld. Das Magnetfeld kann dabei zwar prinzipiell nicht nur durch einen
Permanentmagneten, sondern auch von einer zweiten stromdurchflossenen Leiterwicklung
erzeugt werden, hier sind jedoch speziell permanenterregte Motoren von Interesse. Zur
Nutzung der zwischen den beiden Hauptkomponenten des Motors, dem Permanent
magneten und dem Spulensystem, wirkenden Kraft zur linearen oder rotatorischen
Bewegung ist eine der beiden Komponenten (z. B. das Spulensystem) ortsfest, und die
andere (im Beispielfall der Permanentmagnet) stellt den bewegten Abtrieb der Anordnung
dar.
Motoren dieser Bauform, beispielsweise nach DE-OS 18 08 900, besitzen keine internen
Maßverkörperungen und weisen keine Selbsthemmung auf. Eine bestimmte Position
anzufahren bzw. eine Position zu halten, erfordert die Realisierung eines kompletten
Regelkreises mit mindestens einem Meßsystem für die Wegmessung bzw. bei Forderung
nach konstanten gleichförmigen Bewegungen mit einem Meßsystem für die Geschwindig
keit (z. B. Kallenbach, E.; Bögelsack, G.: Gerätetechnische Antriebe. Carl Hanser Verlag,
München, Wien 1991. Seiten 285 ff.).
Bekannt sind an den Motor angekoppelte externe Meßsysteme oder in den Gesamt
aufbau mechanisch integrierte interne Meßsysteme, die jedoch generell von der Antriebs
wicklung unabhängige separate Bauteile, beispielsweise Meßspulen, nutzen (z. B. Kallen
bach, E.; Bögelsack, G.: Gerätetechnische Antriebe. Carl Hanser Verlag, München, Wien
1991. Seiten 97 ff. und 249 ff.). Ebenfalls bekannt sind Motoren bzw. Schaltungen, die
aus dem Spannungsabfall über der Antriebswicklung ein geschwindigkeitsproportionales
Meßsignal ableiten (z. B. Kühne, H.: Beispiele für Steuer- und Regelschaltungen mit
Gleichstromkleinmotoren. Amateurreihe electronica. Band 176. Militärverlag, Berlin
1979.). Für die Wegmessung sind damit derzeit stets zusätzliche separate Meßsysteme
oder zumindest zusätzliche Bauteile (Meßspulen) notwendig.
Bekannt sind andererseits auch Motoren, vorzugsweise rotatorische, die die
Antriebswicklung gleichzeitig zur Lageerkennung von Übergängen zwischen
unterschiedlichen Feldbereichen und damit zur Ableitung eines Kommutierungssignals
über die Erfassung von Sättigungserscheinungen nutzen (z. B. in EPE Journal, Vol. 2, No.
1, 1992, S. 25 bis 34).
Allerdings ist dabei ein erheblicher elektronischer Aufwand für diese sehr grobe Lage
zuordnung erforderlich. Ein genaues, lageproportionales Meßsignal zur Absolutmessung
der Läuferstellung ist dabei praktisch nicht ableitbar.
Zur Ermöglichung einer Lageerfassung in rotatorischen und linearen Gleichstrommotoren
ohne zusätzliches Meßsystem wurde deshalb in EP 457 389 A1 vorgeschlagen, die ver
schiedenen Teilspulen des Motors über eine Kurzschlußwicklung, die sich auf dem ande
ren spulenlosen, passiven Motorteil befindet, elektromagnetisch zu koppeln und in eine
der Teilspulen zusätzlich zum Stellsignal ein Meßsignal einzukoppeln, um in mindestens
einer anderen Teilspule, die nicht vom Meßsignal durchflossen wird, eine
transformatorische, von der Lage des passiven Motorteils abhängige Einkopplung zu
erzielen, die als Meßsignal für die Läuferstellung nutzbar ist. Nachteil dieser Lösung ist
einerseits die Notwendigkeit einer Kurzschlußwicklung auf dem passiven Motorteil, aber
vielmehr noch andererseits die Tatsache, daß der aktive Motorteil (Stator mit
Spulensystem) keine eigene transformatorische Kopplung in Form einer
Kurzschlußwicklung oder eines elektrisch leitfähigen magnetischen Rückschlusses tragen
darf. Durch das Fehlen eines magnetischen Rückschlusses wird jedoch die erzielbare
Motorkraft und damit die Einsetzbarkeit des Motors sehr stark beeinträchtigt.
Aus Ogasawra/Akagi: "An Approach to Position Sensorless Drive for Brushless dc
Motors", IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 27, No. 5, Sept./Oct. 1991, S.
928-933 und Kulkarni/Ehsani: "A Novel Position Sensor Elimination Technique . . .", IEEE
Transactions on Industry Applications, Vol. 28, No. 1, Jan./Feb. 1992, S. 144-150 ist die
Erfassung der Motorstellung eines bürstenlosen Gleichstrommotors durch Erfassung der
Phaseninduktivität bekannt. Diese wird indirekt über Auswertung des Stromverlaufs in
den Pausenzeiten der PWM-Pulse erfasst und ausgewertet.
Bei einem im Gebrauchsmuster DE 297 05 315 U1 beschriebenen Verfahren zur
Wegerfassung eines Gleichstromlinearmotors werden das Meßsignal und das Stellsignal
während der Bewegung zwar zeitlich getrennt in unterschiedlichen, jeweils sehr kurzen
Zeitintervallen abgesetzt, wirken jedoch auf das gleiche Spulensystem. Die duale
Nutzung der Teilspulen als Antriebswicklung und Meßwicklung durch die zusätzliche
Beaufschlagung des Gleichstromstellsignals mit einer Meßwechselspannung und
nachfolgende Auswertung in Form einer Differenz- oder Quotientenbildung zwischen den
Amplituden der beiden Teilmeßwechselspannungen hat den Nachteil, daß es durch die
Notwendigkeit der Verwendung einer kontinuierlich arbeitenden, analogen
Leistungsendstufe nur für sehr kleine Motorantriebsleistungen geeignet ist. Durch die in
diesem Verfahren verwendeten Filter zur Signalaufbereitung ist die Meßdynamik zudem
stark eingeschränkt. Außerdem benötigen beide vorgenannten Vorschläge eine
zusätzliche Meßwechselspannung zur Wegsignalerzeugung.
Aufgabe des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Antriebssystem mit integrierter
Wegsignalerzeugung ist es deshalb, aus den Spannungsverläufen über den Teilspulen
des pulsweitenmoduliert angesteuerten Motors einen weg- oder winkelproportionalen,
quasikontinuierlichen, vom resultierenden Motorstrom unabhängigen Meßwert für die
Relativposition zwischen dem ersten, den Permanentmagneten beinhaltenden Teilsystem
des Motors und dem zweiten, das Spulensystems beinhaltenden Teilsystem abzuleiten
und damit ein zusätzliches, aus separaten Bauteilen bestehendes, externes oder internes
Wegmeßsystem überflüssig werden zu lassen und gleichzeitig die Nachteile der bekann
ten Lösungen zu vermeiden. Bei bisher bekannten Lösungen mit transformatorischer
Kopplung bestehen diese Nachteile in den geringen Schubkräfte durch den zwangs
läufigen Verzicht auf einen magnetischen Rückschluß, und bei der bekannten Lösung zur
dualen Nutzung der Teilspulen durch Aufkopplung einer Meßwechselspannung auf das
Gleichstromstellsignal bestehen diese Nachteile in der Einschränkung auf den Einsatz
analoger Gleichstromendstufen und damit ebenfalls in der Beschränkung auf kleine
Schubkräfte und Motorleistungen. Zudem erfordern beide bisherige Lösungen die er
wähnte zusätzliche Meßwechselspannung.
Dazu wurde ein elektromagnetisches Antriebssystem mit integrierter Wegsignalerzeugung
mit einem Elektromotor, der aus einem ersten Teilsystem mit mindestens einem Perma
nentmagneten und einem zweiten Teilsystem mit einem Spulensystem mit mindestens
zwei identischen, hintereinander angeordneten, im permanentmagnetisch erregten
magnetischen Feld befindlichen Teilspulen besteht, von denen jedes Teilsystem den
feststehenden Stator oder den beweglichen Läufer bilden kann und eine Ansteuer
schaltung zur Erzeugung einer pulsweitenmodulierten Stellspannung mit konstanter
Pulsfrequenz und konstanter Schaltspannung in dem Spulensystem enthält, entspre
chend Patentanspruch 1 so ergänzt, daß eine Auswerteschaltung, die durch jeweils
getrenntes Differenzieren der Spannungsverläufe über den Teilspulen und anschließen
des Subtrahieren oder Dividieren der dabei entstehenden neuen differenzierten Teil
spannungen zu einem jeweils konstanten Zeitpunkt nach dem Flankenwechsel im puls
weitenmodulierten Stellsignal einen weg- oder winkelproportionalen, quasikontinuierlichen
Spannungswert für die Relativposition zwischen dem ersten, den Permanentmagneten
beinhaltenden Teilsystem des Motors und dem zweiten, das Spulensystem beinhaltende
Teilsystem ableitet.
Die Auswertung basiert somit auf einer Induktivitätsanalyse zur Wegermittlung nach dem
Prinzip eines induktiven Spannungsteilers, wobei das Schaltverhalten von Induktivitäten
in einem seriellen LR-Netzwerk ausgenutzt wird. Im Gegensatz zum Eisatz zusätzlicher
hochfrequenter Meßspannungen wird dabei die ohnehin vorhandene Stellspannung in
ihrer getakteten pulsweitenmodulierten Form hinsichtlich der darin abgebildeten Weg
informationen zur Auswertung genutzt.
Entsprechend Patentanspruch 2 kann die Auswerteschaltung dabei auch direkt in die
Ansteuerschaltung integriert sein. Speziell kann es sich nach Patentanspruch 3 auch um
einen Linearantrieb handeln, bei dem beide Teilsysteme zueinander linear verschieblich
sind, wobei jedes der Teilsysteme den feststehenden Stator oder den beweglichen Läufer
bilden kann. Nach Patentanspruch 4 kann das Spulensystem und der Permanentmagnet
im wesentlichen auch zylindrisch sein und eine gemeinsame Symmetrieachse aufweisen,
wobei entweder der Permanentmagnet oder das Spulensystem, gegebenenfalls zu
sammen mit jeweils weiteren Stützelementen oder Teilen des magnetischen Kreises,
verschieblich zu einer parallelen Richtung zur gemeinsamen Symmetrieachse angeordnet
sind.
Eine Ausgestaltung nach Patentanspruch 5 zeigt, daß das Spulensystem dabei durchaus
von einem fest verbundenen magnetischen Rückschluß, der sowohl elektrisch leitend als
auch elektrisch nichtleitend sein könnte, umschlossen werden kann, der die magnetische
Feldverteilung des Permanentmagnetfeldes unterstützt bzw. beeinflußt. Vorteilhafte
Ausgestaltungen beschreiben die Ansprüche 6 und 7, wonach sich zwischen den beiden
Teilsystemen ein geringer Luftspalt und gegebenenfalls eine elektrisch leitende oder
elektrisch nichtleitende Führungsbuchse befindet bzw. axial am Permanentmagneten zur
besseren Feldführung zwei Polschuhe angeordnet sind.
Nach Anspruch 8 kann das Gesamtsystem eine elektronische Reglerschaltung umfassen,
welche das gemessene Wegsignal (xist) mit einem vorgegebenen Wegsollwert (xsoll)
vergleicht und aus der Differenz der beiden Signale die Eingangsgröße für einen Posi
tionsregler oder Bahnregler liefert, der wiederum die Antriebsströme so einstellt, daß die
Läuferposition auf den Positionsollwert bzw. die Bewegung auf eine Soll-Fahrkurve
ausgeregelt wird.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen einerseits insbesondere darin, daß
separate Wegsysteme bzw. separate zusätzliche Bauteile für die Wegmessung entfallen
und dadurch ein wesentlich einfacherer, kostengünstigerer und miniaturisierbarer Aufbau
erreicht werden kann. Andererseits wird trotz der dualen Nutzung des Spulensystems für
Antriebs- und Meßaufgaben die Anwendbarkeit eines magnetischen Rückschlusses nicht
eingeschränkt, und dadurch sind wesentlich günstigere Feldverteilungen mit höheren
Feldstärken im Nutzluftspalt und sowie auch größere Antriebskräfte als bei bisherigen
Lösungen möglich. Zusätzlich erlaubt die Verwendung von metallischen Führungs- bzw.
Lagerbuchsen eine höhere Stabilität der Anordnung bei geringerem Verschleiß. Durch
das erfindungsgemäß neue Verfahren zur Positionserfassung unter Verwendung eines
getakteten pulsweitenmodulierten Stellsignals und damit von schaltenden Endstufen, die
nahezu verlustleistungsfrei arbeiten, sind auch die Beschränkungen auf analoge Gleich
stromendstufen und damit auf kleine Schubkräfte und Motorleistungen aufgehoben. Durch
die Vermeidung von Filtern und Tiefpässen in der Meßschaltung ist die Meßdynamik
schließlich nur noch von der Schaltfrequenz des Pulsweitenmodulators abhängig und
damit wesentlich höher als bei den bisher bekannten Verfahren mit zusätzlicher Meß
wechselspannung.
Ein Ausführungsbeispiel eines elektromagnetischen Antriebssystem mit integrierter
Wegsignalerzeugung in Form eines entsprechend modifizierten Gleichstromlinearmotors
und ein Prinzipschaltbild der Meßwertaufbereitung und der Ansteuerung sind in den
Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben.
Es stellen dar:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung des Prinzipaufbaus einer Ausführungsform eines
solchen elektromagnetischen Antriebssystem mit integrierter Wegsignal
erzeugung, speziell eines Gleichstromlinearmotores mit integrierter Weg
signalerzeugung,
Fig. 2 ein elektrisches Prinzipschaltbildschaltbild zur Meßwertaufbereitung und
Ansteuerung des Motors.
Der erfindungsgemäße Gleichstromlinearmotor besteht im dargestellten Ausführungsbei
spiel nach Fig. 1 aus einem zylinderförmigen Permanentmagneten 1, der in axialer
Richtung magnetisiert ist (Teilsystem 1). Koaxial zum Teilsystem 1 ist ein solenoid
förmiges Spulensystem 3 angeordnet, dessen axiale Ausdehnung größer als die des
Teilsystems 1 ist. Das Spulensystem 3 besteht aus zwei identischen, hintereinander
angeordneten, im permanentmagnetisch erregten magnetischen Feld befindlichen Teil
spulen mit entgegengesetzt gerichtetem Wicklungssinn. Das Spulensystem ist in Fig. 1
schematisiert einlagig dargestellt, wobei die Umkehr des Wicklungssinns durch die
unterschiedliche Richtung des Spulenstroms verdeutlicht ist. Die Anschlüsse jeder der
beiden Teilspulen sind entweder separat oder unter Ausnutzung eines Mittelabgriffs nach
außen geführt. Zwischen dem Permanentmagneten 1 und dem Spulensystem 3
befindet sich eine dünnwandige Führungsbuchse 2, die zur Verbesserung der Führung
und zur Verminderung der Reibung dient und elektrisch leitend oder elektrisch nicht
leitend ausgeführt sein kann. Die Führungsbuchse 2 besitzt in Achsrichtung mindestens
die gleiche Länge wie das Spulensystem 3.
Radial an das Spulensystem 3 schließt sich der Rückschluß 4 an. Er besitzt bezüglich
der Bewegungsachse die gleiche Rotationssymmetrie wie das Spulensystem 3 und in
Achsrichtung mindestens die gleiche Länge. Der Rückschluß 4 soll für eine bessere
Feldführung und Erhöhung der Feldstärke im Nutzluftspalt aus weichmagnetischem
Material bestehen, er kann dabei elektrisch leitend oder elektrisch nichtleitend ausgeführt
werden.
Rückschluß 4, Spulensystem 3 und Führungsbuchse 2 bilden ein zweites Teilsystem.
Jedes dieser beiden Teilsysteme könnte den bewegten Abtrieb und damit den Läufer
bilden und das jeweils andere Teilsystem dann den feststehenden Stator, was nur durch
die jeweilige Befestigung im Gestell bestimmt wird.
Der axial magnetisierte Permanentmagnet 1 schließt seine Feldlinien über den Luftspalt
zwischen den Teilsystemen, die Führungsbuchse 2, das Spulensystem 3 und den
Rückschluß 4. Die im Luftspalt zwischen Magnet und Rückschluß befindlichen Teil
spulen 3 erzeugen eine Axialkraft für die Abtriebsbewegung und stellen gleichzeitig die
Meßwicklung zur Positionsbestimmung des bewegten Permanentmagneten 1 gegenüber
dem zweiten Teilsystem dar.
Die zwei identischen, separaten Teilspulen stellen, ohne ihre Antriebsaufgabe zu betrach
ten, mit dem Rückschluß 4 und dem bewegten Permanentmagneten 1 ein induktives
Wegmeßsystem nach dem Prinzip eines Wechselspannungsteilers dar. Der bewegte
Permanentmagnet besitzt einen kleinen magnetischen Widerstand, der bei Einführung
des Permanentmagneten 1 in eine Teilspule eine Verringerung des magnetischen
Gesamtwiderstandes bewirkt und somit eine Steigerung der Induktivität. Im Gegenzug
dazu bewegt sich der Magnet aus der anderen Teilspule heraus, so daß sich dort die
Induktivität, verringert. Durch eine elektronische Auswerteschaltung gemäß Fig. 2 läßt
sich diese Induktivitätsveränderung erfassen und aus dem Verhältnis der beiden Teilin
duktivitäten, das wegproportional ist, somit der Weg ableiten.
Die beiden magnetisch durch den Permanentmagneten gekoppelten Spulen sind elek
trisch in Reihe geschaltet, wie Fig. 2 zeigt. Die Ansteuerung der Spulen erfolgt durch
eine pulsweitenmodulierte Rechteckspannung 11, aus der durch die Integrationseigen
schaften der Induktivitäten ein resultierender Gleichstrom für Antriebszwecke entsteht,
wie hinlänglich bekannt ist.
Zur Messung der Induktivitätsänderung werden die über den Teilspulen 12, 13 abfallen
den Spannungen getrennt über jeweils einen Meßverstärker 14, 15 vom Motor entkop
pelt und im Signalpegel an die nachfolgende elektronische Auswerteschaltung angepaßt.
An den Ausgängen dieser Meßverstärker 14, 15 liegen somit die Abbilder der Teilspannungen
über den Einzelinduktivitäten an. Das erfindungsgemäß verwendete Verfahren basiert
näherungsweise betrachtet auf dem Schaltverhalten von Induktivitäten. Wird eine Indukti
vität mit einem ohmschen Innenwiderstand an eine Spannungsquelle angeschalten, so
hat Sie im Moment des Einschaltens im Idealfall einen unendlichen Widerstand, welcher
sich in Abhängigkeit der Größe der Induktivität exponentiell über der Zeit dem ohmschen
(realen) Widerstand angleicht. Betrachtet man die Spannungskurven über der seriellen
Verschaltung zweier Induktivitäten so ergibt sich aus dem Induktivitäts-Widerstands-
Netzwerk bei unterschiedlich großen Induktivitäten ein dreieckförmiger Spannungsverlauf
mit positiver bzw. negativer Steigung, die einer Rechteckfunktion bedingt durch die
ohmschen Widerstände der Teilspulen überlagert ist. Die Größe der Steigung des
dreieckförmigen Spannungsanteils ist abhängig von dem Verhältnis der beiden Induktivi
täten. Sind beide Induktivitäten gleich groß ergibt sich eine ideale Rechteckfunktion über
beiden Teilspulen.
Durch eine elektronische Differenzierung 16, 17 des Spannungssignals am Ausgang der
Meßverstärker 14, 15 jeweils kurz nach dem Umschalten des pulsweitenmodulierten
Stellsignals, läßt sich das Induktivitätsverhältnis beider Teilspulen getaktet mit der
Pulsfrequenz bestimmen. Durch Subtraktion 20 der Steigungswerte der Spannungen
beider Teilspulen läßt sich die Genauigkeit der Erfassung des Induktivitätsverhältnisses
durch Eliminieren von Gleichspannungsstörungen steigern. Wird die Erfassung des
Induktivitätsverhältnisses immer zum selben Zeitpunkt nach dem Umschalten des Stell
signals durchgeführt und beispielsweise in einem "Sample and Hold"-Glied 18, 19
zwischengespeichert, ergibt sich am Schaltungsausgang des Subtrahierers 20 somit ein
wegabhängiges quasikontinuierliches Geichspannungssignal. Das Signal ist in weiten
Bereichen linear von der Läuferposition abhängig, entspricht also dem vorhandenen
Wegistwert xist des Motors.
Das am Ausgang der Schaltungsanordnung liegende Signal xist kann nun für ein Regel
system verwendet werden, wenn man über eine Subtraktionschaltung das Signal xist mit
einem vorgegeben Positionssollwert xsoll koppelt und daraus die Regeldifferenz bildet.
Diese Regeldifferenz xdiff wird dann einem Regler zugeführt, so das sich eine klassische
Regelungsschaltung ergibt. Damit kann mittels eines Antriebsspulensystems sowohl die
Stellbewegung realisiert, als auch ein Wegsignal erzeugt werden.
Claims (8)
1. Elektromagnetisches Antriebssystem mit integrierter Wegsignalerzeugung mit einem
Elektromotor, der aus einem ersten Teilsystem mit mindestens einem Permanent
magneten (1) und einem zweiten Teilsystem mit einem Spulensystem (3) mit minde
stens zwei identischen, hintereinander angeordneten, im permanentmagnetisch
erregten magnetischen Feld befindlichen Teilspulen besteht, von denen jedes
Teilsystem den feststehenden Stator oder den beweglichen Läufer bilden kann, und
eine Ansteuerschaltung (10, 11) zur Erzeugung einer pulsweitenmodulierten
Stellspannung mit konstanter Pulsfrequenz und konstanter Schaltspannung in dem
Spulensystem, mit einer Auswerteschaltung (14-20), die durch jeweils getrenntes
Differenzieren der Spannungsverläufe über den Teilspulen und anschließendes
Subtrahieren oder Dividieren der dabei entstehenden neuen differenzierten Teil
spannungen zu einem jeweils konstanten Zeitpunkt nach dem Flankenwechsel im
pulsweitenmodulierten Stellsignal einen weg- oder winkelproportionalen,
quasikontinuierlichen Spannungswert für die Relativposition zwischen dem ersten,
den Permanentmagneten (1) beinhaltenden Teilsystem des Motors und dem
zweiten, das Spulensystem (3) beinhaltende Teilsystem ableitet.
2. Elektromagnetisches Antriebssystem mit integrierter Wegsignalerzeugung nach
Patentanspruch 1, bei dem die Auswerteschaltung (14-20) in die Ansteuerschaltung (10, 11)
integriert ist.
3. Elektromagnetisches Antriebssystem mit integrierter Wegsignalerzeugung nach
Patentanspruch 1 oder 2, bei dem beide Teilsysteme zueinander linear verschieblich
sind, wobei jedes der Teilsysteme den feststehenden Stator oder den beweglichen
Läufer bilden kann.
4. Elektromagnetisches Antriebssystem mit integrierter Wegsignalerzeugung nach
Patentanspruch 1, 2 oder 3, bei dem das Spulensystem (3) und der
Permanentmagnet (1) im wesentlichen zylindrisch sind und eine gemeinsame
Symmetrieachse aufweisen, wobei entweder der Permanentmagnet (1) oder das
Spulensystem (3), gegebenenfalls zusammen mit jeweils weiteren Stützelementen
oder Teilen des magnetischen Kreises, verschieblich zu einer parallelen Richtung zur
gemeinsamen Symmetrieachse angeordnet sind.
5. Elektromagnetisches Antriebssystem mit integrierter Wegsignalerzeugung nach
mindestens einem der vorgenannten Patentansprüche, bei dem das Spulensystem
(3) von einem magnetischen Rückschluß (4), der sowohl elektrisch leitend als auch
elektrisch nichtleitend sein kann, umschlossen wird, der die magnetische
Feldverteilung des Permanentmagnetfeldes unterstützt und/oder beeinflußt.
6. Elektromagnetisches Antriebssystem mit integrierter Wegsignalerzeugung nach
mindestens einem der vorgenannten Patentansprüche, bei dem sich zwischen den
beiden Teilsystemen ein geringer Luftspalt und gegebenenfalls eine elektrisch
leitende oder elektrisch nichtleitende Führungsbuchse (2) befindet.
7. Elektromagnetisches Antriebssystem mit integrierter Wegsignalerzeugung nach
mindestens einem der vorgenannten Patentansprüche, bei dem axial am
Permanentmagneten (1) zur Erzeugung radial gerichteter Magnetfelder zwei
Polschuhe angeordnet sind.
8. Elektromagnetisches Antriebssystem mit integrierter Wegsignalerzeugung nach
mindestens einem der vorgenannten Patentansprüche, bei dem das Gesamtsystem
eine elektronische Regelschaltung umfaßt, welche das gemessene Wegsignal (xist)
mit einem vorgegebenen Wegsollwert (xsoll) vergleicht und aus der Differenz der
beiden Signale die Eingangsgröße für einen Positions- oder Bahnregler (10) liefert,
der wiederum die Antriebsströme so einstellt, daß die Läuferposition auf den
Positionssollwert oder die Bewegung auf eine Soll-Fahrkurve ausgeregelt wird.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19748647A DE19748647C2 (de) | 1997-11-04 | 1997-11-04 | Elektromagnetisches Antriebssystem mit integrierter Wegsignalerzeugung |
US09/298,036 US6037739A (en) | 1997-11-04 | 1999-04-22 | Electromagnetic drive system with integrated path signal generation |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19748647A DE19748647C2 (de) | 1997-11-04 | 1997-11-04 | Elektromagnetisches Antriebssystem mit integrierter Wegsignalerzeugung |
US09/298,036 US6037739A (en) | 1997-11-04 | 1999-04-22 | Electromagnetic drive system with integrated path signal generation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19748647A1 DE19748647A1 (de) | 1998-04-23 |
DE19748647C2 true DE19748647C2 (de) | 2001-09-27 |
Family
ID=26041311
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19748647A Expired - Fee Related DE19748647C2 (de) | 1997-11-04 | 1997-11-04 | Elektromagnetisches Antriebssystem mit integrierter Wegsignalerzeugung |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6037739A (de) |
DE (1) | DE19748647C2 (de) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10229689A1 (de) * | 2002-06-27 | 2004-01-22 | Universität Stuttgart | Verfahren zur integrierten Wegmessung in Gleichstromlinearmotoren mit alternierender Anordnung von Permanent-Magneten und Flussführungsteilen |
DE10229687A1 (de) * | 2002-06-27 | 2004-01-22 | Universität Stuttgart | Verfahren zur integrierten Wegmessung in Gleichstromlinearmotoren unter Ausnutzung von Flussdichteänderungen im magnetbehafteten Teilsystem |
DE102008043340A1 (de) | 2008-10-31 | 2010-05-06 | Zf Friedrichshafen Ag | Verfahren zur Positionserfassung des Magnetankers eines elektromagnetischen Aktuators |
DE102010003625A1 (de) | 2010-04-01 | 2011-10-06 | BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH | Linearmotor für einen Linearverdichter |
DE102011102629A1 (de) | 2011-05-27 | 2012-11-29 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Diagnoseverfahren für Hubmagnete in Lenkungsverriegelungen |
DE102012204321A1 (de) * | 2012-03-19 | 2013-09-19 | Zf Friedrichshafen Ag | Elektromagnetische Stellvorrichtung mit Eignung zur Ankerpositionserfassung |
EP3764063A1 (de) | 2019-07-08 | 2021-01-13 | SCHUNK Electronic Solutions GmbH | Verfahren zur bestimmung der absolutposition eines schlittens eines elektrischen lineardirektantriebs und elektrischer lineardirektantrieb |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19906638C1 (de) * | 1999-02-18 | 2000-08-31 | Festo Ag & Co | Elektromagnetisches Antriebssystem, insbesondere Linearantrieb |
ATE371295T1 (de) | 2000-03-17 | 2007-09-15 | Festo Ag & Co | Elektrodynamischer lineardirektantrieb |
JP3754862B2 (ja) * | 2000-03-24 | 2006-03-15 | 東海旅客鉄道株式会社 | 模擬位相による出発制御装置 |
JP2001275375A (ja) * | 2000-03-24 | 2001-10-05 | Central Japan Railway Co | 低速度における速度起電力位相制御装置 |
DE102005013349A1 (de) * | 2005-03-23 | 2006-10-05 | Bosch Rexroth Aktiengesellschaft | Linearmotor und Verfahren zum Betrieb eines Linearmotors |
JP4941790B2 (ja) * | 2009-08-28 | 2012-05-30 | 村田機械株式会社 | 移動体システム |
DE102011102060A1 (de) * | 2011-02-18 | 2012-08-23 | Svm Schultz Verwaltungs-Gmbh & Co. Kg | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Lage eines Gegenstandes an einem Elektromagneten |
GB201110699D0 (en) * | 2011-06-24 | 2011-08-10 | Camcon Oil Ltd | Electromagnetic actuators and monitoring thereof |
RU2485439C2 (ru) * | 2011-07-26 | 2013-06-20 | Сергей Александрович Матюнин | Индуктивный датчик линейного перемещения |
US9824706B2 (en) | 2013-10-31 | 2017-11-21 | Oracle International Corporation | Rotary actuator with coil winding portions having opposing current flow directions |
US9985511B2 (en) | 2014-05-27 | 2018-05-29 | Oracle International Corporation | Linear actuator with coil winding portions having opposing current flow directions |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1808900A1 (de) * | 1967-11-30 | 1969-06-26 | Ebauches Sa | Elektromagnetische Vorrichtung mit einer wenigstens naeherungsweise linearen Strom-Kraft-Beziehung |
EP0457389A1 (de) * | 1990-05-14 | 1991-11-21 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Elektromagnetisches Antriebssystem |
DE29705315U1 (de) * | 1996-02-14 | 1997-07-10 | Hartramph, Ralf, 71332 Waiblingen | Gleichstromlinearmotor mit integriertem Wegmeßsystem |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4352048A (en) * | 1980-02-19 | 1982-09-28 | Ontrax Corporation | Electromagnetic actuator apparatus |
US5257014A (en) * | 1991-10-31 | 1993-10-26 | Caterpillar Inc. | Actuator detection method and apparatus for an electromechanical actuator |
US5434459A (en) * | 1993-11-05 | 1995-07-18 | Magnetic Bearing Technologies, Inc. | Pulsed power linear actuator and method of increasing actuator stroke force |
US5783915A (en) * | 1995-01-20 | 1998-07-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Linear actuating apparatus |
US5729067A (en) * | 1995-08-30 | 1998-03-17 | Eaton Corporation | Method and apparatus for closed loop position control in a linear motor system |
-
1997
- 1997-11-04 DE DE19748647A patent/DE19748647C2/de not_active Expired - Fee Related
-
1999
- 1999-04-22 US US09/298,036 patent/US6037739A/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1808900A1 (de) * | 1967-11-30 | 1969-06-26 | Ebauches Sa | Elektromagnetische Vorrichtung mit einer wenigstens naeherungsweise linearen Strom-Kraft-Beziehung |
EP0457389A1 (de) * | 1990-05-14 | 1991-11-21 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Elektromagnetisches Antriebssystem |
DE29705315U1 (de) * | 1996-02-14 | 1997-07-10 | Hartramph, Ralf, 71332 Waiblingen | Gleichstromlinearmotor mit integriertem Wegmeßsystem |
Non-Patent Citations (5)
Title |
---|
EPE Journal, Vol.2, No.1, 1992, S. 25-34 * |
Kallenbach/Bögelsack:" Gerätetechnische Antriebe" Carl Hanser Verlag, München,Wien, 1991, S.97ff, 285 ff, 249 ff * |
Kühne:"Beispiele für Steuer- und Regelschaltungen mit Gleichstromkleinmotoren", Amateurreihe elec- tronica, Bd. 176, Militarverlag, Berlin 1979 * |
Kulkarni/Ehsani:"A Novel position Sensor Elimina- tion Technique...", IEEE Trans. on Industry Appl.,Vol.28, No.1, Jan./Feb. 1992, S. 144-150 * |
Ogasawra/Akagi:"An Approach to Position SensorlessDrive for Brushless dc Motors", IEEE Trans. on Industry Applications, Vol. 27, No.5, Sept./Oct. 1991, S. 928-933 * |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10229689A1 (de) * | 2002-06-27 | 2004-01-22 | Universität Stuttgart | Verfahren zur integrierten Wegmessung in Gleichstromlinearmotoren mit alternierender Anordnung von Permanent-Magneten und Flussführungsteilen |
DE10229687A1 (de) * | 2002-06-27 | 2004-01-22 | Universität Stuttgart | Verfahren zur integrierten Wegmessung in Gleichstromlinearmotoren unter Ausnutzung von Flussdichteänderungen im magnetbehafteten Teilsystem |
DE102008043340A1 (de) | 2008-10-31 | 2010-05-06 | Zf Friedrichshafen Ag | Verfahren zur Positionserfassung des Magnetankers eines elektromagnetischen Aktuators |
DE102010003625A1 (de) | 2010-04-01 | 2011-10-06 | BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH | Linearmotor für einen Linearverdichter |
WO2011120769A1 (de) | 2010-04-01 | 2011-10-06 | BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH | Linearmotor für einen linearverdichter |
DE102011102629A1 (de) | 2011-05-27 | 2012-11-29 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Diagnoseverfahren für Hubmagnete in Lenkungsverriegelungen |
DE102012204321A1 (de) * | 2012-03-19 | 2013-09-19 | Zf Friedrichshafen Ag | Elektromagnetische Stellvorrichtung mit Eignung zur Ankerpositionserfassung |
EP3764063A1 (de) | 2019-07-08 | 2021-01-13 | SCHUNK Electronic Solutions GmbH | Verfahren zur bestimmung der absolutposition eines schlittens eines elektrischen lineardirektantriebs und elektrischer lineardirektantrieb |
DE102019118442A1 (de) * | 2019-07-08 | 2021-01-14 | Schunk Electronic Solutions Gmbh | Verfahren zur Bestimmung der Absolutposition eines Schlittens eines elektrischen Lineardirektantriebs und elektrischer Lineardirektantrieb |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US6037739A (en) | 2000-03-14 |
DE19748647A1 (de) | 1998-04-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE19748647C2 (de) | Elektromagnetisches Antriebssystem mit integrierter Wegsignalerzeugung | |
DE69320199T2 (de) | Messen der rotorposition eines geschalteten reluktanz motor ohne wellenpositionssensor | |
DE10047508C1 (de) | Verfahren zum Ermitteln der Drehzahl eines Wechselstrom-Motors sowie Motor-Steuersystem | |
DE10229319A1 (de) | Verfahren zum Steuern eines oszillierenden Elektormotors eines elektrischen Kleingeräts | |
DE19532149A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Korrektur einer Flußrichtung eines Modellflusses einer geberlosen, feldorientiert betriebenen Drehfeldmaschine bis zur Frequenz Null | |
EP0071873A2 (de) | Schaltungsanordnung zum Wahrnehmen von Gegenständen mit einer Leiterschleife | |
EP1514342B1 (de) | Verfahren und schaltungsanordnung zum betreiben von schrittmotoren | |
DE69502269T2 (de) | Magnetischer Lagegeber | |
EP1150416A1 (de) | Elektrodynamischer Lineardirektantrieb | |
DE19642472A1 (de) | Flußkompensierter Stromsensor | |
DE19538757C1 (de) | Magnetfeldsensor | |
EP2131052A1 (de) | Verfahren zum Lagern eines Körpers mit einer Magnetlageranordnung | |
EP2474090B1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur bestimmung einer rotorlage einer synchronmaschine | |
DE3040316C2 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur kontaktlosen Messung von Gleich- und Wechselströmen, insbesondere von Strom-Augenblickswerten | |
DE3930958A1 (de) | Positionssensor | |
DE29705315U1 (de) | Gleichstromlinearmotor mit integriertem Wegmeßsystem | |
DE102009022314A1 (de) | Verfahren und Schaltungsanordnung zur Messung des Stroms durch eine induktive Last | |
DE102005004322A1 (de) | Rotorlageerkennung mittels Hallsensor und Flussleitelement | |
EP3544173B1 (de) | Verfahren und vorrichtung zum ermitteln einer läuferlage eines läufers einer elektronisch kommutierten elektrischen maschine | |
DE2452082C2 (de) | ||
DE4427220C2 (de) | Magnetischer Näherungsdetektor | |
DE69702267T2 (de) | Elektromagnetisches aufhängungsgerät und verfahren zu dessen steuerung | |
DE10036260A1 (de) | Verfahren zur integrierten Wegsignalerzeugung in Induktionslinearmotoren nach Elihu Thomson | |
DE19861223B4 (de) | Linearer geschalteter Reluktanzmotor | |
WO2020064164A1 (de) | Verfahren und anordnung zur bestimmung und/oder regelung eines betriebszustandes einer elektrischen maschine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OAV | Applicant agreed to the publication of the unexamined application as to paragraph 31 lit. 2 z1 | ||
8122 | Nonbinding interest in granting licences declared | ||
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: FESTO AG & CO, 73734 ESSLINGEN, DE |
|
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: FESTO AG & CO. KG, 73734 ESSLINGEN, DE |
|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20140603 |