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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Schutzanspruches 1.
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Eine derartige Vorrichtung sowie ein zugehöriges Verfahren sind aus der
DE 103 14 838 A1 bekannt. Bei der bekannten Vorrichtung werden an einem Messort in einem Permanentmagnetfeld in orthogonalen Achsen Magnetfeldstärken gemessen und aus den Messwerten die räumliche Position des Messortes gegenüber dem Permanentmagnetfeld ermittelt. Dabei wird aus der Messung der Magnetfeldstärken am Messort der Gradient (Krümmung und Richtung) des Magnetfeldes bestimmt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Positionsbestimmung der eingangs genannten Art auszugestalten, dass auf einfache Weise bei einem verringerten Aufwand eine räumliche Position eines Messorts genau erfasst werden kann.
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Diese Aufgabe wird in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch die Merkmale des Schutzanspruchs 1 gelöst.
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Bei der Erfindung wird der wenigstens eine Messort, an welchem eine Sensoreinrichtung angeordnet sein kann, in wenigstens einem der beiden an die Magnetpole des Permanentmagneten in Polungsrichtung angrenzenden Messräume vorgesehen. Bei dem als Dipol ausgebildeten Magneten mit einem Nordpol und einem Südpol grenzen die beiden Messräume unmittelbar an den Nordpol und an den Südpol an. Ferner hat jeder der beiden möglichen Messräume die Eigenschaft, dass in zur Polungsrichtung (z-Richtung) bzw. Dipolachse des Magnetfeldes senkrechten Messebenen (x, y-Ebenen) die Magnetfeldstärken sich zunächst in einem linearen Bereich des Messraums linear verändern und anschließend in einem außen sich daran anschließenden nicht linearen Bereich nicht linear verändern. Der Messraum umfasst beide Bereiche und endet in dem Bereich, in welchen in den jeweiligen Messebenen keine für die Positionsbestimmung verwendbaren Änderungen der Magnetfeldstärken erfassbar sind.
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Das Magnetfeld ist vorzugsweise um die Dipolachse des Magnetfeldes (z-Achse) homogen rotationssymmetrisch ausgebildet. Vorzugsweise kommt ein Permanentmagnet mit quadratischem Querschnitt oder ein Permanentmagnet mit kreisrundem Querschnitt oder ein Elektromagnet, wie beispielsweise ein stromdurchflossener Leiter (beispielsweise in Form einer Spule) zum Einsatz. Der Magnet ist vorzugsweise scheibenförmig ausgebildet. Der Magnet kann ein in einem Elektromotor angeordneter Permanentmagnet oder auch ein Elektromagnet sein, der von einem Strom durchflossen ist. Es kann dies der dem Elektromotor zugeführte Strom sein.
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Zur Erfassung der räumlichen Position des Messorts gegenüber dem Magnetfeld und insbesondere gegenüber dem Mittelpunkt des Magneten bzw. gegenüber einer oder beider Magnetpoloberflächen werden in der Messebene in zwei festgelegten orthogonalen Richtungen (x- und y-Achsen) und in einer dazu senkrechten Richtung (z-Achse) die Magnetfeldstärken mit den entsprechenden Magnetfeldsensoren gemessen.
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Am Permanentmagneten bzw. Elektromagneten oder an der Sensoreinrichtung ist ein dreidimensionales Koordinatensystem festgelegt, wobei durch die Achsen des Koordinatensystems die Richtungen bestimmt sind, in denen die Magnetfeldstärken im oben definierten Messraum gemessen werden. Die orthogonalen x- und y-Achsen bilden ein x, y-Koordinatensystem in der jeweiligen zur Dipolachse des Magneten senkrechten Messebene. Die dritte hierzu orthogonale z-Achse erstreckt sich je nach Lage des Messorts entlang der Dipolachse des Magneten oder parallel dazu. Dementsprechend sind die Magnetfeldsensoren der Sensoreinrichtung, welche im Messraum angeordnet ist, ausgerichtet. Die Magnetfeldsensoren erfassen hierbei ein Magnetfeld, das von dem in einem Gerät enthaltenen Elektromotor ausgeht. Die Magnetfeldsensoren sind somit in der entsprechenden Nähe des das Magnetfeld erzeugenden Elektromotors angeordnet und befinden sich in dem zu erfassenden Magnetfeld und definieren den Messort.
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Im Vorfeld erfolgt eine Kalibrierung bzw. Justierung der Messeinrichtung, indem die Magnetfeldstärken im Messraum ausgemessen und zum Mittelpunkt des Magneten (d. h. des Permanent- oder Elektromagneten) oder zur Magnetpoloberfläche, z. B. der Nordpoloberfläche in Bezug gesetzt werden. Diese Messwerte werden als Kalibrierwerte in einem Speicher der Auswerteeinrichtung, welche als elektronische Datenverarbeitungseinrichtung (Rechner) ausgebildet sein kann, mit Bezugnahme auf die jeweiligen Abstände zur Mitte des Magneten bzw. zur Poloberfläche tabellarisch gespeichert. Die Kalibrierwerte werden in den drei orthogonalen Richtungen des oben beschriebenen Koordinatensystems gemessen. Das Ausmessen der Magnetfeldstärken kann in einem bestimmten räumlichen Muster oder in einem zweidimensionalen Muster, d. h. in einer Ebene im Messraum erfolgen. Die Messpunkte können dabei vorgegebene Abstände, beispielsweise 50 μm oder auch weniger voneinander aufweisen. Die Abstände der Messpunkte können auch im Millimeterbereich liegen.
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Bei der Positionsbestimmung werden die gemessenen Magnetfeldstärken in den orthogonalen Richtungen zu den im Vorfeld ermittelten und gespeicherten Kalibrierwerten in Bezug gesetzt und daraus die relative räumliche Position des Messorts, an welchem die Sensoreinrichtung angeordnet ist, gegenüber dem Magneten ermittelt.
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Der Messraum kann dabei einen Grundriss bzw. Querschnitt aufweisen, der im Wesentlichen der Magnetpoloberfläche entspricht, an welcher der Messraum unmittelbar angrenzt. Die Magnetpoloberfläche und ein am Umfang angrenzender Bereich bilden somit im wesentlichen die Grundfläche des Messraums. Wie oben schon erläutert, kommt bevorzugt ein quadratischer oder kreisrunder Grundriss zur Anwendung, der in Abhängigkeit von der Form und der Kontur des Elektromotors abhängig ist. Hierbei ist der Elektromotor beispielsweise an einem Gerät, wie einer Waschtrommel einer Wascheinrichtung (Waschmaschine), angeordnet und mit der Waschtrommel fest verbunden, so dass keine oder nur eine vernachlässigbare Relativbewegung zwischen dem Elektromotor und der Waschtrommel auftreten kann. Der Elektromotor und damit der mit ihm verbundene Permanentmagnet oder Elektromagnet sind daher relativ zu der Sensoreinrichtung beweglich.
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Bei der Erfindung werden Relativpositionen zwischen dem Magneten und der Sensoreinrichtung bestimmt. In bevorzugter Weise wird die Sensoreinrichtung, welche in bekannter Weise als dreidimensional messende Sensoreinrichtung ausgebildet ist und Magnetfeldstärken in den drei orthogonalen Achsen misst, ortsfest angeordnet. Gegenüber der ortsfest angeordneten Sensoreinrichtung wird der Magnet, welcher mit einem sich zumindest zeitweise bewegenden Gegenstand fest verbunden sein kann, bewegt. Das bei der Auswertung der Messwerte für die Positionsbestimmung in den Messebenen zugrundegelegte x, y, z-Koordinatensystem, welches von den x-, y- und z-Messrichtungen der Sensoreinrichtung bestimmt ist, behält die oben erläuterte bestimmte Lage gegenüber dem Magneten und dem damit verbundenen Gegenstand während der Messungen bei. Hierdurch lässt sich eine genaue Positionsbestimmung des bewegten Gegenstandes gegenüber der ortsfest angeordneten Sensoreinrichtung (Messort) bestimmen. Hierbei kann der Messort oder ein bestimmter Teil des Messorts, an welchem die Sensoreinrichtung angeordnet ist, eine Referenzposition oder Nullpunkt-Lage für die Positionsbestimmung des Magneten bzw. des damit verbundenen Gegenstandes bilden. Der Nullpunkt bzw. die Referenzposition kann auch außerhalb des Messorts mit festem Lagebezug liegen und zuvor bestimmt werden.
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Es kann somit der in dem Elektromotor enthaltene Permanentmagnet (Permanentmagnetmotor) oder ein in dem Elektromotor enthaltener Elektromagnet (Magnetspule oder stromdurchflossene Leiter) als die ein Magnetfeld erzeugende Einrichtung verwendet werden, so dass ein zusätzlicher Permanentmagnet oder Elektromagnet lediglich zu Messzwecken verzichtbar ist. Der an den sich bewegenden Gerät angeordnete Elektromotor beinhaltet den Permanent- oder Elektromagneten, wobei dieser ebenfalls die Bewegung mitmacht. Der Permanent- oder Elektromagnet kann somit ein Teil des Elektromotors sein.
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Anhand der Figuren wird die Erfindung noch näher erläutert.
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Es zeigt:
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1 in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 in vergrößerter Darstellung den Grundriss eines Messraums, welcher beim Ausführungsbeispiel der 1 zur Anwendung kommt;
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3 ein Blockschaltbild für ein Ausführungsbeispiel;
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4, 5 Koordinatendarstellungen zur Erläuterung der Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels;
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6 ein Blockdiagramm zur Erläuterung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung; und
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7 eine graphische Darstellung zur weiteren Erläuterung des Ausführungsbeispiels der 6
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Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt einen als Dipol ausgebildeten Permanentmagneten 1. Die zeichnerische Darstellung des Permanentmagneten 1 ist rein schematisch. In der Praxis wir eine relativ flache, im Wesentlichen scheibenförmige Form (dicke Scheibe) des Permanentmagneten 1 bevorzugt. Der Magnet kann dabei ausgeführt sein als ein in einem Elektromotor angeordneter Permanentmagnet oder auch ein Elektromagnet, der aus stromdurchflossenen Leitern bzw. Spulen gebildet ist. Das im Bereich des Elektromotors gebildete Magnetfeld wird in der Nähe des Elektromotors erfasst, d. h. das aus dem Elektromotor teilweise austretende Magnetfeld, ungeachtet der Erzeugung durch einen Permanentmagneten oder einen Elektromagneten (oder auch in einer Kombination derselben.
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Eine Dipolachse 5 wird vom Nordpol N und Südpol S des Magneten 1 gebildet. Senkrecht zur Dipolachse 5 erstrecken sich Poloberflächen 6 am Nordpol und Südpol. Unmittelbar angrenzend an die Poloberflächen 6 befinden sich Messräume 3, von denen der an der Poloberfläche 6 des Nordpols angrenzende Messraum 3 in 1 schematisch dargestellt ist. Dieser Messraum 3 hat in Anpassung an den Querschnitt des quaderförmigen Permanentmagneten 1 rechteckigen oder quadratischen Querschnitt, welcher in 2 vergrößert dargestellt ist. Im in der 1 mit durchgehenden Linien begrenzten linearen Bereich des Messraums 3 verändern sich die Magnetfeldstärken in einer zur Dipolachse 5 senkrechten Messebene 4 (x, y-Ebene) sowie in Richtung der Dipolachse 5 (z-Achse) linear. In diesem Messbereich 3 ändern sich die Richtungen der Magnetfeldlinien somit linear. Die Grundfläche des Messraumes 3 wird von der jeweiligen Poloberfläche 6 des Nordpols oder Südpols des Magneten 1 gebildet. Nordpol und Südpol des Magneten liegen an entgegengesetzten Enden des Magneten. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt der Magnet zur Vereinfachung der Darstellung und zur besseren Erläuterung der vorliegenden Erfindung senkrecht zur Dipolachse 5 einen quadratischen Querschnitt, wie aus 2 zu ersehen ist.
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Der Magnet (bzw. das im Bereich des Elektromotors auftretende Magnetfeld) kann auch einen anderen Querschnitt, beispielsweise kreisrunden Querschnitt aufweisen. Der Messraum 3 ist nicht nur auf den linearen Bereich in der Nähe des Elektromotors begrenzt, sondern umfasst auch den sich außen daran anschließenden Bereich, in welchem die Magnetfeldstärken in den x- und y-Richtungen sich in den jeweiligen Messebenen nach außen hin verändern. Soweit in diesem Bereich die Änderung der Messfeldstärken für die Positionsbestimmung ausgewertet werden kann, gehört dieser nicht lineare Bereich ebenfalls zum Messraum 3. Der Messraum ist somit in vorbestimmten Bereichen um den Elektromotor angeordnet. Die Dipolachse 5 steht räumlich in vorbestimmter oder fester Verbindung mit dem Elektromotor und dem darin enthaltenen Permanent- oder Elektromagneten. Mit der Anordnung, dass der der Magnet ein Teil eines Elektromotors ist, wird relativ zu diesem die räumliche Position des Messorts im Magnetfeld ermittelt.
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Aufgrund der Änderung und insbesondere der linearen Änderung der Magnetfeldstärke in Abhängigkeit vom jeweiligen Messort innerhalb des Messraums 3 kann eine Positionsbestimmung des jeweiligen Messortes gegenüber dem Magneten 1 erreicht werden. Hierzu wird dem Messraum 3 ein dreidimensionales Koordinatensystem (x, y, z-Koordinatensystem) mit jeweils zueinander orthogonal liegenden x-, y- und z-Achsen zugeordnet. Bei dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Zuordnung so, dass der Nullpunkt des Koordinatensystems in der Mitte der jeweiligen Poloberfläche 6 liegt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich der Nullpunkt des Koordinatensystems in der Mitte der Poloberfläche am Nordpol N. Die Mitte ist bestimmt durch den Schnittpunkt der beiden Diagonalen in der rechteckigen oder quadratischen Poloberfläche 6. x- und y-Achsen des Koordinatensystems liegen in dieser Poloberfläche 6. Bei einer kreisrunden Poloberfläche ist der Kreismittelpunkt der Nullpunkt des Koordinatensystems. Die x- und y-Achse liegen senkrecht zu den seitlichen Begrenzungen der quadratischen Poloberfläche 6, wie aus 2 zu ersehen ist. Die z-Achse des dreidimensionalen Koordinatensystems erstreckt sich längs der Dipolachse 5, die durch den Nullpunkt des in der 2 dargestellten x-, y-Koordinatensystems verläuft.
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Aufgrund dieser Voraussetzungen ist man in der Lage, die relative Position eines Messortes, an welchem sich eine Sensoreinrichtung 2 befindet, gegenüber dem Magneten 1 zu bestimmen. Mit der Sensoreinrichtung 2, welche in dem im Bereich des Elektromotors befindlichen (definierten) Messraum 3 angeordnet ist, können in drei zueinander orthogonalen Richtungen die Magnetfeldstärken gemessen werden. Die drei orthogonalen Messrichtungen der Sensoreinrichtung 2 haben einen vorgegebenen Lagebezug zu dem am Magneten 1 vorgesehenen dreidimensionalen Koordinatensystem, welches als Ausführungsbeispiel beschrieben wurde. Vorzugsweise sind die Messrichtungen der dreidimensional messenden Sensoreinrichtung parallel zu den x-, y- und z-Achsen des am Magneten 1 vorgesehenen Koordinatensystems ausgerichtet. Die Magnetfeldsensoren, mit denen die Magnetfeldstärken jeweils in den drei orthogonalen Richtungen gemessen werden, sind dementsprechend angeordnet. Vorzugsweise ist die Sensoreinrichtung 2 mit ihren Magnetfeldsensoren ortsfest angeordnet und der Permanentmagnet 1 wird gegenüber der Sensoreinrichtung 2 bewegt. Die Bewegung des Magneten 1 (in Verbindung mit dem Elektromotor) ist darauf beschränkt, dass sich die Sensoreinrichtung 2 bei der Positionsbestimmung im Messraum 3 befindet.
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Mit dem Magneten 1 kann ein nicht näher dargestellter Gegenstand, beispielsweise ein bestimmtes bewegliches Teil eines Joysticks, eines Einstellhebels oder anderen Einstelleinrichtung, einer Betätigungseinrichtung oder dergleichen fest verbunden sein. Mit der beschriebenen Messanordnung kann die Positionierung und auch die Bewegung dieses Gegenstandes gegenüber der Sensoreinrichtung 2 bestimmt werden. Ist beispielsweise der den Magneten beinhaltende Elektromotor Teil einer Wascheinrichtung, dann kann die Bewegung einer Waschtrommel während des Betriebs erfasst werden, wenn der Elektromotor und damit der Magnet (Permanentmagnet oder Elektromagnet) fest mit der Waschtrommel als dem beweglichen Teil verbunden ist. Da der Magnet ein Teil eines Elektromotors ist, wird relativ zu diesem die räumliche Position des Messorts im Magnetfeld ermittelt.
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Um aus den im Messraum 3 dreidimensional gemessenen Magnetfeldstärken die Positionsbestimmung zu erreichen, wird das Magnetfeld des Magneten zumindest im Messraum 3 bei einem Kalibrier- oder Justagevorgang im Vorfeld ausgemessen und die Messwerte mit geometrischen Abstandswerten in Bezug gesetzt. Dabei wird für die jeweiligen dreidimensional bestimmten Magnetfeldstärken an einem bestimmten Messort auch der Abstand des Messortes vom Magneten 1 bestimmt und zu den Magnetfeldstärken des Messortes in Bezug gesetzt. Insbesondere wird hierbei der Abstand der Messebene 4 (x-, y-Ebene) gegenüber der Poloberfläche 6 (die beispielsweise die Motoroberfläche sein kann) bzw. gegenüber der Mitte des Magneten 1, welche zwischen dem Nordpol und dem Südpol liegt, bestimmt. Zusätzlich zu diesem Abstand in z-Richtung wird der Abstand der Messstelle von der Dipolachse 5, d. h. von dem Nullpunkt im x-, y-Koordinatensystems der jeweiligen Messebene bestimmt. Dies kann dadurch erfolgen, dass die x-, y-Koordinaten der Messstelle in diesem Koordinatensystem bestimmt werden. Die dreidimensional gemessenen Werte werden als Kalibrierwerte bezogen auf die oben erläuterten Abstände tabellarisch in einem Speicher 7, einer noch zu erläuternden elektronischen Auswerteeinrichtung 10 (3), welche als Datenverarbeitungseinrichtung (Rechner) ausgebildet sein kann, gespeichert.
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Wie es aus 3 zu ersehen ist, sind hierzu an den Speicher 7 die Sensoreinrichtung 2 und eine Abstandsangabeeinrichtung 8 angeschlossen. Die Abstandsangabeeinrichtung 8 kann die entsprechenden oben erläuterten Abstände automatisch messen oder kann als Eingabeeinrichtung ausgebildet sein, in welche die entsprechenden Abstände eingegeben werden und welche dazu Signale dem Speicher 7 zuleitet. Im Speicher 7 werden die Messwerte der Sensoreinrichtung 2 zugeordnet zu den Abständen tabellarisch (oder auch in Form von Kennfeldern) als Kalibrierwerte gespeichert. Bei der Bestimmung der Kalibrierwerte kann der gesamte Messraum 3 im Bereich des Elektromotors und damit des Magneten ausgemessen werden. Da die Beträge der Messwerte für gleiche x- und y-Koordinaten in den Räumen des Messraums 3 oberhalb der vier Quadranten des in der 2 dargestellten x-, y-Koordinatensystems gleich sind und lediglich die Richtungen sich voneinander unterscheiden, wie in 2 mit den Koordinaten Vorzeichen kenntlich gemacht ist, reicht es jedoch aus, die Kalibrierwerte nur im Messraum 3 oberhalb eines der vier Quadranten auszumessen. Die Ermittlung des entsprechenden Quadrantenraums bei der Messung kann mit Hilfe der Logikschaltung 9 aufgrund der Sensoreinrichtung 2 gelieferten, dreidimensionalen Messwerte, aus welchen die Richtung des Magnetfeldes erkannt werden kann, erfolgen.
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Bei der Positionsbestimmung eines mit dem Magneten 1 verbundenen beweglichen Gegenstands (beispielsweise einer Wachtrommel) befindet sich die Sensoreinrichtung 2 (Messort) in einer bestimmten räumlichen Position innerhalb des Messraumes 3. Mit Hilfe der Sensoreinrichtung 2 werden in den Richtungen der x-, y- und z-Achsen die Magnetfeldstärken an diesem Messort gemessen und einer Logikschaltung 9 der Auswerteeinrichtung 10 zugeleitet. In der Logikschaltung 9 werden die Messwerte der Magnetfeldstärken mit den gespeicherten Kalibrierwerten in Beziehung gesetzt, beispielsweise verglichen und dabei die dazugehörigen Abstände des Messortes vom Magneten bestimmt. Die Abstände können, wie oben schon erläutert, bezogen sein auf die Mitte der Poloberfläche 6 oder die Mitte des Permanentmagneten 1 zwischen den beiden Polen, d. h. auf einen vorbestimmten Punkt an den Elektromotor als Quelle des Magnetfelds.
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Eine weitere Einsparung an Speicherraum ergibt sich dadurch, dass die Kalibrierwerte nur in einer durch die Dipolachse 5 gehenden Ebene, vorzugsweise in der durch die x- und y-Achsen aufgespannten Ebene (4) ermittelt werden. Hierbei werden mit Hilfe der Sensoreinrichtung 2 in der x-, z-Ebene (Kalibrierebene) dreidimensional die Magnetfeldstärken in unterschiedlichen Kalibrierpunkten 12 mit x-, z-Koordinaten gemessen und so die im Messraum 3 liegende x-, z-Ebene mit bestimmten Abständen der Kalibrierpunkte 12 voneinander ausgemessen. Die bei der Kalibrierung ausgemessenen Kalibrierpunkte 12 im Messraum 3 können bestimmte Abstände, beispielsweise 1,0 mm voneinander in den jeweiligen Koordinatenrichtungen aufweisen. Zu den jeweils ausgemessenen Kalibrierpunkten 12 werden in der Speichereinrichtung den in z-Richtung gemessenen z-Werten der jeweiligen Magnetfeldstärken zugeordnete Kalibriersteigungen (Kalibrierwinkel α oder β) von Kalibriergeraden 11 gespeichert. Diese Kalibrierwinkel ergeben sich aus einer Kalibriergeraden 11, welche den Nullpunkt des beim Kalibrieren verwendeten x-, z- verwendeten Koordinatensystems (4) mit dem jeweiligen Kalibrierpunkt 12, welcher bestimmte x-, z-Koordinaten aufweist, verbindet. Der Winkel zwischen der Kalibriergeraden 11 und der x-Achse oder der z-Achse ist der Kalibrierwinkel α oder β und ein Maß für den z-Koordinatenwert, d. h. für den Abstand des Kalibrierpunktes 12 von der Poloberfläche 6 in Richtung der Dipolachse 5. Diese Kalibriersteigung bzw. dieser Kalibrierwinkel ist somit ferner ein Maß für den Abstand der Messebene 4 von der Poloberfläche 6. Hierbei kann der zwischen der x-Achse und der zwischen der z-Achse und der Kalibriergeraden 11 liegende Winkel, d. h. einer der beiden Komplementwinkel α, β als Kalibrierwinkel bzw. Kalibriersteigung mit Zuordnung zum z-Wert der gemessenen Feldstärke in dieser Richtung als Maß für den Abstand der Messebene gespeichert werden.
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Da innerhalb des Messraumes 3 ausgehend vom Mittelpunkt des Permanentmagneten 1 in allen drei Raumrichtungen sich das Magnetfeld in gleicher Weise linear verändert, kann bei der Ortsbestimmung des Messortes im x-, y-Koordinatensystem aus den entsprechenden x- und y-Werten der gemessenen Magnetfeldstärken ebenfalls die Steigung einer Verbindungslinie (Messgerade 14) zwischen dem Nullpunkt des x-, y-Koordinatensystems zur Messstelle 13 mit den Komplementwinkeln α, β (5) bestimmt werden. Durch Vergleich und in Beziehung setzen zum gespeicherten Kalibrierwinkel α oder β, der für den gemessenen x-Wert als Kalibrierwinkel im Speicher vorliegt, wird mit Hilfe der Logikschaltung 9 auch der Abstand (z-Wert) der Messebene 4 ermittelt.
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Anhand der 6 und 7 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die x-Werte und y-Werte der in x-Richtung und y-Richtung gemessenen Feldstärkewerte beim Kalibrieren in einem x-Werte- und y-Werte-Koordinatensystem gegeneinander aufgetragen, wie es in 7 unten dargestellt ist. Diese in einer bestimmten Messebene gemessenen Werte liegen im Wesentlichen auf einer Geraden (Kalibriergeraden 11), welche gegenüber der x-Werteachse eine bestimmte Steigung bzw. einem bestimmten Kalibrierwinkel α aufweist. In unterschiedlichen Messebenen liegen die x-Werte und y-Werte auf Kalibriergeraden 11, die unterschiedliche Steigungen bzw. Kalibrierwinkel α aufweisen. Für die unterschiedlichen Messebenen werden die zugehörigen Geraden (Kalibriergeraden 11) im x-Werte- und y-Werte-Koordinatensystem von einem Rechner ermittelt und in einem Speicher gespeichert. Dabei wird ein Bezug hergestellt zu den z-Werten, d. h. zu den Abständen, welche die jeweiligen Messebenen und die für die jeweiligen Messebenen ermittelten Geraden zur Poloberfläche 6 und damit zum Magneten 1 haben. Die entsprechenden Funktionen werden tabellarisch in dem mit dem Rechner verbundenen Speicher gespeichert. Die x-, y- und z-Positionen können hierbei in mm-Abständen ausgemessen und gespeichert werden.
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In der 7 ist im oberen Diagramm der z-Abstand der Messebene gezeigt, für welche die im darunter liegenden Diagramm auf der Kalibriergeraden 11 liegenden x- und y-Werte bei der Kalibrierung gemessen wurden. Auf Grund dieser Kalibrierung vereinfacht sich die Ortsbestimmung des Messortes im Magnetfeld dahingehend, dass die x-Werte und y-Werte der Magnetfeldstärke am Messort bestimmt werden. Aus diesen beiden Werten lässt sich die Steigung der zugehörigen Geraden, welche im Speicher gespeichert ist mit Hilfe des Rechners bestimmen und eine Zuordnung zum dazugehörigen z-Wert ermitteln. Mit Hilfe der erläuterten zweidimensionalen Feldstärkemessung in x- und y-Richtung lässt sich dann mit Hilfe der bei der Kalibrierung gewonnen Kalibriergeraden 11 auch die dritte Raumkoordinate (z-Position) des Messorts bestimmen.
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Wie schon erläutert sind die jeweiligen x-, y- und z-Werte der Magnetfeldstärke metrische Werte, beispielsweise mm-Abständen zugeordnet.
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Mit Hilfe der erläuterten Positionsbestimmungen lassen sich auch zeitliche Bewegungsabläufe bestimmen, indem Positionsbestimmungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten durchgeführt werden. Ferner kann beispielsweise aus unterschiedlichen Positionsbestimmungen, beispielsweise aus zwei Positionsbestimmungen eine Gewichtskraft ermittelt werden.
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Im Randbereich des Messraumes 3 weichen die x-, y- und z-Werte vom linearen Bezug zueinander ab. Hierfür kann eine Korrektur unter Berücksichtigung der im Randbereich des Messraums 3 bei der Kalibrierung ermittelten Werte durchgeführt werden.
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Gemäß der vorstehenden Beschreibung ist in dem Elektromotor ein Permanentmagnet vorhanden, dessen Magnetfeld zur Lageerfassung in der angegebenen Weise verwendet wird. Es kann daher auf einen getrennten Magneten zur Messung verzichtet werden. Es wird seitens der Sensoreinrichtung das aus dem Motor austretende Magnetfeld in Verbindung mit dem Permanentmagneten erfasst, wobei die erforderlichen Messräume in Verbindung mit der räumlichen Ausdehnung und Gestaltung des Elektromotors stehen. Beispielsweise kann die Dipolachse an einer vorbestimmten Stelle des Elektromotors mit eine erfassbaren Magnetfeld angeordnet sein.
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Die von der Sensoreinrichtung ausgegebenen Erfassungssignale werden in der Auswerteeinrichtung einer Auswertung unterzogen, wobei auch eine Filterung der Signale durchgeführt werden kann. Da in der Nähe des Elektromotors im Betrieb auch Wechselfelder in veränderlicher Form hinsichtlich Richtung und Stärke vorliegen, können die Erfassungssignale gefiltert werden, so dass die Bewegungserfassung ermöglicht wird. Insbesondere können die üblichen Einflüsse auf die Erfassungssignale über die Netzfrequenz von 50 Hz berücksichtigt werden.
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Wird ein in dem Elektromotor enthaltener Elektromagnet (Magnetspule) als Quelle des Magnetfelds verwendet, dann ist ebenfalls ein Filter erforderlich, um die Netzfrequenzanteile oder sonstige bekannte Störanteile aus den Erfassungssignalen zu entfernen und lediglich die Feldänderungen zu berücksichtigen, die in Verbindung mit einer zu erfassenden Bewegung des Elektromotors relativ zur Sensoreinrichtung auftreten.
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Die Verwendung eines Elektromagneten stellt ebenfalls die Verwendung eines oder mehrere stromdurchflossener Leiter dar. Werden zur Ansteuerung des Elektromotors Versorgungsströme mit einer Leistungssteuerung mittels Pulsbreitenmodulation (PWM) verwendet, dann kann die im Wesentlichen gleich bleibende Amplitude der zeitlich unterschiedlich langen Pulse erfasst werden, währen höherfrequente Anteile der Erfassungssignale herausgefiltert werden können. Es kann dann die relative hierzu langsamere Schwingung und allgemeine Bewegung erfasst werden.
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Ein zusätzliches Kalibrieren kann kurz vor dem Anlaufen des Elektromotors durchgeführt werden, wenn das schwingungsfähige System, beispielsweise einer Waschtrommel, noch keine oder nur eine geringe Bewegung durchführt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Permanentmagnet
- 2
- Sensoreinrichtung
- 3
- Messraum
- 4
- Messebene
- 5
- Dipolachse
- 6
- Poloberfläche
- 7
- Speicher
- 8
- Abstandsangabeeinrichtung
- 9
- Logikschaltung
- 10
- Auswerteeinrichtung
- 11
- Kalibriergerade
- 12
- Kalibrierpunkt
- 13
- Messpunkt
- 14
- Messgerade
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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