DE3217827A1 - Encoder - Google Patents

Encoder

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Abstract

An encoder (2) (Fig. 1), in particular for detecting the speed of a motor (1), has a rotor (4) connected to the motor shaft (3), and a stator (5) arranged on the end face at a slight distance therefrom. The rotor (4) is provided with magnets of different polarity, while the stator (5) preferably has three windings which are mutually offset by 120 DEG in each case in the circumferential direction of the stator (5). The three-phase construction of the encoder (2) produces, in particular, an output signal which remains approximately the same with respect to amplitude and which is particularly suitable for further evaluation. The windings are wound outside around a winding core disc (8) or a holder (12). By comparison with an otherwise conventional annular core winding method, such a winding is substantially simpler to apply. Provided at the rear of the stator (5) is a further printed circuit board (10), to which the winding ends and leads (11) can be connected and which also simultaneously serves to interconnect the windings. <IMAGE>

Description

Encoder Encoder

Die Erfindung betrifft einen Encoder zur Erfassung einer Drehzahl bzw. einer Position insbesondere bei einem Schrittmotor, wobei der Encoder einen Rotor mit Magneten unterschiedlicher Polarität sowie einen mit Wicklungen versehenen, dem Rotor zugeordneten Stator aufweist.The invention relates to an encoder for detecting a speed or a position in particular in the case of a stepper motor, the encoder having a Rotor with magnets of different polarity as well as one with windings, having the stator associated with the rotor.

Bei bekannten Encodern der eingangs erwähnten Art weis-t der Stator einen ringförmigen Wickelkern auf, wobei die Wicklungen in radialer Richtung um den Ring gewickelt sind. Dies erfolgt in einem bekannten Ringkernwickelverfahren. Dieses ist jedoch sehr aufwendig und verursacht dementsprechend relativ hohe Herstellungskosten. Außerdem entstehen zwischen den einzelnen Ausgangssignalen der Spulen lückenartige übergangsbereiche mit stark abfallender Amplitude, in denen eine genaue Lageerkennung zumindest erschwert ist.In known encoders of the type mentioned at the outset, the stator knows an annular winding core, the windings around in the radial direction the ring are wrapped. This takes place in a known toroidal core winding process. However, this is very complex and accordingly causes relatively high manufacturing costs. In addition, there are gaps between the individual output signals of the coils Transition areas with sharply decreasing amplitude, in which precise position detection is at least made more difficult.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Herstellung des Encoders zu vereinfachen, insbesondere auch das aufwendige Ringkernwickelverfahren zu umgehen und andererseits die Signalform des Ausgangssignales zu verbessern.The object of the present invention is to manufacture the encoder to simplify, in particular to bypass the complex toroidal core winding process and on the other hand to improve the waveform of the output signal.

Zur Lösungdieser Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere vorgeschlagen, daß der Stator wenigstens dreiphasig aufgebaut ist, daß sein Wickelkern u. dgl. scheibenförmig ausgebildet ist und daß die Stator-Wicklungen jeweils über diametrale Stellen des Stators,sich über Flachseiten erstreckenlund in Umfangsrichtung versetzt gewickelt sind.To solve this problem, it is proposed according to the invention in particular that that the stator is at least three-phase, that its winding core and the like. Is disc-shaped and that the stator windings each diametrically Place the stator, extend over flat sides and in the circumferential direction are wound staggered.

In vorteilhafter Weise kann nun das Bewickeln mit einfachen Wickelmaschinen durchgeführt werden, wobei nur noch ein Bruchteil der sonst gegenüber einem Ringkernwickelverfahren benötigten Zeit, z. B. ein Fünftel davon, erforderlich ist. Dementsprechend sind auch die Herstellungskosten reduziert. Darüber hinaus erreicht man boi der vorgesetlersen Art der Wicklungen über die gesamte Scheibendiagonale des Wickelkernes und durch die dreiphasige Ausbildung in erwünschter Weise eine nahezu rechteckförmige Signalform mit einem überlappungsbereich zwischen den einzelnen Signalen, so daß eine praktisch lückenfreie, kontinuierliche Meßgröße zur Verfügung steht.The winding with simple winding machines can now be carried out in an advantageous manner be carried out, with only a fraction of what would otherwise be compared to a toroidal winding process required time, e.g. B. one fifth of it is required. Accordingly, are also reduces manufacturing costs. In addition, you can reach the vorgesetlersen Type of windings over the entire disc diagonal of the winding core and through the three-phase formation desirably produces an almost rectangular waveform with an area of overlap between the individual signals, so that a practical gap-free, continuous measured variable is available.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß für die Enden der Wicklungen sowie für deren Verschaltung eine der Wickelkern-Scheibe zugeordnete, vorzugsweise als Leiterplatte ausgebildete Platte vorgesehen ist. Dadurch kann das Herstellen und auch der Einbau des Encoders vereinfacht werden.A development of the invention provides that for the ends of the Windings and for their interconnection one of the winding core disk assigned, preferably designed as a circuit board plate is provided. This can do that Manufacture and also the installation of the encoder can be simplified.

Zweckmäßigerweise ist dabei die Leiterplatte od. dgl. Teil des Wickelkörpers und von den Spulen des Stators mitumwickelt. Auch dadurch ist das Herstellen der Wicklungen vereinfacht und außerdem ist dadurch bereits eine Verbindung zwischen Leiterplatte od. dgl. und der Wickelkern-Scheibe vorhanden.The printed circuit board or the like is expediently part of the bobbin and wrapped in by the coils of the stator. This also makes the production of the Windings simplified and, moreover, this already creates a connection between Printed circuit board or the like. And the winding core disc present.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Wickelkern-Scheibe und die Leiterplatte od. dgl. in einem topfförmigen Halter, vorzugsweise aus Kunststoff eingesetzt, vorzugsweise dort eingeklebt, eingegossen od. dgl. befestigt sind. Der Stator erhält dadurch eine kompakte, stabile Bauform.A further development of the invention provides that the winding core disc and the circuit board or the like in a pot-shaped holder, preferably made of plastic used, preferably glued there, cast or the like. Are attached. Of the This gives the stator a compact, stable design.

Zweckmäßigerweise weist der Halter an seinem Außenumfang jeweils diametral gegenüberliegende Aufnahme führungen für die Wicklungen auf. Die Wicklungen sind dadurch sicher gehalten und man kann durch entsprechende Formgebung dieser Aufnahme führungen auch vergleichsweise schmale Wicklungen aufbauen, was günstig für den Überzarìgsbereich zwischen den Signalimpulsen ist. Außerdem kann dadurch auch ein definerter Winkelquerschnitt entsprechend den Aufnahmeführungen erreicht werden.The holder expediently has diametrically in each case on its outer circumference opposite recording guides for the windings. The windings are thus held securely and you can by appropriately shaping this recording guides also comparatively narrow windings build what is favorable for the transition area between the signal pulses. Also can thereby also a defined angular cross-section corresponding to the mounting guides can be achieved.

Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen aufgeführt. Nachstehend ist die Erfindung mit ihren wesentlichen Einzelheiten anhand der Zeichnung noch näher erläutert.Additional refinements of the invention are set out in the further subclaims listed. The invention with its essential details is based on the following the drawing explained in more detail.

Es zeigt: Fig. 1 eine zum Teil im Schnitt gehaltene Seitenansicht eines Motors mit Encoder, Fig. 2 ein Diagramm des von dem Encoder gelieferten Ausgangssignales, Fig. 3 eine Seitenansicht eines Motors mit angekuppeltem Encoder-Rotor, Fig. 4 einen Querschnitt eines Stators, Fig. 5 eine Rückseitenansicht eines Stators und Fig. 6 eine Stirnseitenansicht eines Rotors Ein Motor 1 (Fig. 1) ist beispielsweise als Schrittmotor für eine Positioniersteuerung ausgebildet. Zur Rückmeldung seiner Ankerstellung ist ein Encoder 2 vorgesehen. Er besteht im wesentlichen aus einem mit der Motorwelle 3 gekuppclt.cii Rotor 4 sowie einem dieser %ugeordnetelJ Stator 5.It shows: FIG. 1 a side view partly in section of a motor with encoder, FIG. 2 is a diagram of the output signal supplied by the encoder, FIG. 3 shows a side view of a motor with a coupled encoder rotor, FIG. 4 shows a Cross section of a stator, FIG. 5 shows a rear side view of a stator and FIG. 6 is an end view of a rotor. A motor 1 (FIG. 1) is, for example, as a Stepper motor designed for positioning control. For feedback of its anchor position an encoder 2 is provided. It essentially consists of one with the motor shaft 3 coupled rotor 4 and one of these stator 5.

Der Rotor 4 weist Permanentmagnete 6, 6 a und der Stator 5 Wicklungen 7, 7 a, 7 b auf (vgl. auch Fig. 5). Bei Drehung des Rotors 4 werden in den Wicklungen 7, 7 a, 7 b Spannungen induziert, deren zeitlicher Verlauf etwa über eine Umdrehung des Rotors 4 in Fig. 2 aufgetragen ist.The rotor 4 has permanent magnets 6, 6 a and the stator 5 windings 7, 7 a, 7 b (see also Fig. 5). When the rotor 4 rotates, the windings 7, 7 a, 7 b induced voltages, the time course of which takes about one revolution of the rotor 4 in FIG. 2 is plotted.

Erfindungsgemäß ist der Stator dreiphasig it den drei Statorwicklungen 7, 7 a, 7 b aufgebaut, wobei diese Wicklungen, wie in Fig. 5 erkennbar, in Umfangsrichtung des Stators 5 um jeweils 1200 zueinander versetzt nd. Die Wicklungen sind über die gesamte Scheibendiago.a1e rußen um den Statorkörper gewickelt. Dadurch ist dip Herstellung eines solchen Stators 5 wesentlich vereinfacht. Der Kern des Stators 5 ist durch eine Scheibe 8 aus magnetisch leitfähigem Material gebildet. Mit etwa gleichem Durchmesser ist an der Rückseite 9 dieser Scheibe eine Leiterplatte 10 vorgesehen, an der die Enden der einzelnen Wicklungen 7, 7 a, 7 b sowie auch Zuleitungen 11 angeschlossen sind. Außerdem ist auf der Leiterplatte 10 die Verschaltung der Wicklungen mitaufgebracht, wobei im vorliegenden Falle die drei Wicklungen im Stern geschaltet sind. Die Scheibe 8 und die Leiterplatte 10 können beispielsweise miteinander verklebt sein. Im Ausführungsbeispiel ist noch ein etwa topfförmiger Halter 12 vorgesehen, der die Wickelkern-Scheibe 8 sowie die Leiterplatte 10 von der Rotorseite her umgreifen. Auch hier kann zur Verbindung von Scheibe 8 und Leiterplatte 10 sowie Halter 12 eine Klebeverbindung vorgesehen sein. Die Wicklungen 7, 7 a, 7 b sind über den Halter 12 gewickelt.According to the invention, the stator is three-phase with the three stator windings 7, 7 a, 7 b constructed, these windings, as can be seen in FIG. 5, in the circumferential direction of the stator 5 offset from one another by 1200 each. The windings are over the entire Scheibendiago.a1e soot wrapped around the stator body. This is dip manufacture such a stator 5 is significantly simplified. The core of the stator 5 is through a disc 8 formed from magnetically conductive material. With about the same diameter a circuit board 10 is provided on the back 9 of this disc, on which the Ends of the individual windings 7, 7 a, 7 b and also leads 11 are connected are. In addition, the interconnection of the windings is also applied to the circuit board 10, whereby in the present case the three windings are connected in star. The disc 8 and the circuit board 10 can be glued together, for example. In the exemplary embodiment an approximately pot-shaped holder 12 is also provided, which holds the winding core disc 8 as well as the circuit board 10 reach around from the rotor side. Here, too, can Connection of disk 8 and circuit board 10 and holder 12 is an adhesive connection be provided. The windings 7, 7 a, 7 b are wound over the holder 12.

Zweckmäßigerweise sind am Außenumfang des Halters jeweils für eine Wicklung diametral gegenüberliegende Aufnahmeführungen 13 in Form von etwa radialen Einkerbul,gen vorgesehen.Appropriately are on the outer circumference of the holder for one Winding diametrically opposite receiving guides 13 in the form of approximately radial ones Einkerbul, provided.

Dadurch ist u. a. auch eine genaue Lagefixierung der Wicklungen sowie ggf. auch eine Vorbestimmung der Querschnittsform der Wicklung möglich.As a result, inter alia also a precise fixing of the position of the windings as well If necessary, a pre-determination of the cross-sectional shape of the winding is also possible.

Der Rotor4 (Fits.6) besteht im wesentlichen aus einer Trägerplatte 14 aus magnetisch leitfahigem Material, auf deren dem Stator 5 in Funktionsstellung zu gewandten Seite zwei Permanentmagnete unterschiedlicher Polarität befestigt sind. Die Trägerplatte 14 ist drehfest mit der Motorwelle 3 verbunden. Die Permanentmagnete sind etwa halbkreisförmig geformt, wobei die eine Hälfte nordpolarisiert und die andere südpolarisiert ist. Die magnetisch leitfähige TräSerplatte 14 dient auchals magnetischer Rückschluß. Im Trennbereich zwischen den beiden Magnethälften 15, 16 ist ein möglichst schmaler Luftspalt 17 vorgesehen. Die Magnethälften 15, 16 sind zweckmäßigerweise auf die Trägerplatte 14 aufgeklebt. Als Magnetwerkstoff kann beispielsweise eine Kobalt-Samarium-Legierung wegen ihrer hohen magnetischen Feldstärke verwendet werden.The Rotor4 (Fits.6) essentially consists of a carrier plate 14 made of magnetically conductive material, on which the stator 5 in the functional position two permanent magnets of different polarity are attached to the facing side. The carrier plate 14 is connected to the motor shaft 3 in a rotationally fixed manner. The permanent magnets are roughly semicircular in shape, with one half polarized north and the half other is south polarized. The magnetically conductive carrier plate 14 also serves as a magnetic return. In the separation area between the two Magnet halves 15, 16, an air gap 17 that is as narrow as possible is provided. The magnet halves 15, 16 are expediently glued onto the carrier plate 14. As a magnetic material for example a cobalt-samarium alloy because of its high magnetic properties Field strength can be used.

Man kann bei Verwendung dieser Magnete mit kleineren Windungszahlen bei den Wicklungen 7, 7 a, 7 b arbeiten, bzw.You can use these magnets with smaller numbers of turns work on windings 7, 7 a, 7 b, or

man erhält entsprechend hohe Induktionsspannungen. Andererseits kann bei Verwendung anderer Magnetwerkstoffe,dìe z. B.correspondingly high induction voltages are obtained. On the other hand, can when using other magnetic materials, e.g. B.

unter dem Handelsnamen Oxid 300 bekannt sind , und dann entsprechend höheren Windungszahlen bei den Wicklungen,ein preisgünstiger Encoder 2 aufgebaut werden.are known under the trade name Oxid 300, and then accordingly higher number of turns in the windings, an inexpensive encoder 2 built will.

In dem Diagramm gemäß Fig. 2 sind die einzelnen Ausgangssignale der Wicklungen 7, 7 a, 7 b aufgetragen. Zur Verdeutlichung sind die einzelnen Linienführungen etwas versetzt zueinander dargestellt. Das Signal 18 ist beispielsweise der Wicklung 7, das Signal 18 a der Wicklung 7 a und das Signal 18 b der Wicklung 7 b zugeordnet. Man erkennt in diesem Diagramm insbesondere, daß die einzelnen Signale 18, 18 a, 18 b weitgehend bzw. angenähert rechteckförmig sind und größere Überlappungsbereiche 19 aufweisen. Durch diese relativ großen überlappungsbereiche erhält man in vorteilhafter Weise ein von der Amplitude her gleichmäßiges Meßsignal. Die Breite der überlappung kann durch die Breite der jeweiligen Wicklungen beeinflußt werden. Durch die vorhandene, etwa gleichmäßige, durchgehende Signalamplitude ist auch eine bessere Signalauswertung möglich. Auch hat es sich bei dem erfindungsgemäßen Encoder 2 gezeigt, daß das Ausgangssigna1 nur einen geringen Oberwel lenanteil bzw.In the diagram according to FIG. 2, the individual output signals are the Windings 7, 7 a, 7 b applied. The individual lines are for clarification shown slightly offset from one another. The signal 18 is for example the winding 7, the signal 18 a of the winding 7 a and the signal 18 b of the winding 7 b assigned. It can be seen in this diagram in particular that the individual signals 18, 18 a, 18 b are largely or approximately rectangular and have larger overlapping areas 19 have. These relatively large areas of overlap are advantageous A measuring signal that is uniform in amplitude. The width of the overlap can be influenced by the width of the respective windings. Due to the existing, approximately uniform, continuous signal amplitude is also a better signal evaluation possible. It has also been shown in the encoder 2 according to the invention that the output signal only a small proportion of harmonics or

geringe Signalverzerrungen aufweist. Neben diesen vorerwähnten Verbesserungen hinsichtlich -der elektrischen Eigenschaften ist der erfindungsgemäße Encoder insbesondere durch die Art der Bewicklung des Stators 5 auch wesentlich einfacher herstellbar.has little signal distortion. Besides these aforementioned improvements With regard to the electrical properties, the encoder according to the invention is in particular also much easier to manufacture due to the type of winding of the stator 5.

Alle in der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein. All of the features shown in the description, the claims and the drawing can be essential to the invention both individually and in any combination with one another.

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Claims (10)

Encoder Ansprüche V 1. Encoder zur Erfassung einer Drehzahl bzw. einer Position insbesondere bei einem Schrittmotor, wobei der Encoder einen Rotor mit Magneten unterschiedlicher Polarität sowie einen mit Wicklungen versehenen, dem Rotor zugeordneten Stator aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Stator (5) wenigstens dreiphasig aufgebaut ist, daß sein Wickelkern u. dgl. scheibenförmig ausgebildet ist und daß die Stator-Wicklungen (7, 7 a, 7 b) jeweils über diametrale Stellen des Stators, sich über Flachseiten erstreckend und in Umfangsrichtung versetzt gewickelt sind. Encoder claims V 1. Encoder for detecting a speed or a position in particular in the case of a stepper motor, the encoder being a rotor with magnets of different polarity and one with windings, has the stator associated with the rotor, d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that the stator (5) is constructed at least three-phase, that its winding core and the like. Is disc-shaped and that the stator windings (7, 7 a, 7 b) each over diametrical points of the stator, extending over flat sides and are wound offset in the circumferential direction. 2. Encoder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 0 drei jeweils um vorzugsweise 120 zueinander versetzte, insbesondere symmetrische Wicklungen (7, 7 a, 7 b) vorgesehen sind. 2. Encoder according to claim 1, characterized in that 0 three each by preferably 120 offset, in particular symmetrical, windings (7, 7 a, 7 b) are provided. 3. Encoder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Wicklungen (7, 7 a, 7 b) eine Sternschaltung bilden. 3. Encoder according to claim 2, characterized in that the three Windings (7, 7 a, 7 b) form a star connection. 4. Encoder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Enden der Wicklungen (7, 7 a, 7 b) sowie fur deren Verschaltung eine der Wickelkern -Scheibe (8) zugeordnete, vorzugsweise als Leiterplatte (10) ausgebildete Platte vorgesehen ist. 4. Encoder according to one of claims 1 to 3, characterized in that that for the ends of the windings (7, 7 a, 7 b) and for their interconnection one the winding core -Disk (8) assigned, preferably as a printed circuit board (10) formed plate is provided. 5. Encoder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (10) od. dgl. Teil des Wickelkörpers ist und von den Spulen des Stators (5) mitumwickelt ist.5. Encoder according to claim 4, characterized in that the circuit board (10) or the like. Is part of the winding body and is also wrapped by the coils of the stator (5) is. 6. Encoder nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wickelkern-Scheibe (8) und die Leiterplatte (10) od. dgl., in einem topfförmigen Halter (12), vorzugsweise aus Kunststoff, eingesetzt, vorzugsweise dort eingeklebt, eingegossen od. dgl. befestigt sind.6. Encoder according to one of claims 4 or 5, characterized in that that the winding core disc (8) and the circuit board (10) or the like. In a cup-shaped Holder (12), preferably made of plastic, inserted, preferably glued in there, cast or the like. Are attached. 7. Encoder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (12) an seinem Außenumfang jeweils diametral gegenüberliegende Aufnahmeführungen (13) für die Wicklungen (7, 7 a, 7 b) aufweist.7. Encoder according to claim 6, characterized in that the holder (12) on its outer circumference in each case diametrically opposite receiving guides (13) for the windings (7, 7 a, 7 b). 8. Encoder nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (4) eine südmagnetische. und eine nordmagnetische Hälfte (15, 16) aus Magnetwerkstoff aufweist, zwischen denen ein Luftspalt (17) vorgesehen ist, und daß die Magnethälften (15, 16) auf einer Trägerplatte (14) aus magnetisch leitendem Werkstoff befestigt, vorzugsweise aufgeklebt sind.8. Encoder according to one of claims 1 to 7, characterized in that that the rotor (4) has a south magnetic. and a north magnetic half (15, 16) made of magnetic material, between which an air gap (17) is provided, and that the magnet halves (15, 16) on a carrier plate (14) made of magnetically conductive Material attached, preferably glued on. 9. Encoder nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetteile (15, 16) des Rotors (4) aus Kobalt-Samarium bestehen.9. Encoder according to one of claims 1 to 8, characterized in that that the magnetic parts (15, 16) of the rotor (4) consist of cobalt samarium. 10. Encoder nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetteile (15, 16) des Rotors (4) aus einem unter dem Handelsnamen Oxid 300 bezeichneten Werkstoff bestehen, und daß die Windungszahl der Wicklungen etwa dem vierfachen der Windungszahlen bei Verwendung von Samarium-Kobalt-Magnetteilen entspricht. 10. Encoder according to one of claims 1 to 8, characterized in that the magnet parts (15, 16) of the rotor (4) consist of a material designated under the trade name Oxid 300, and that the number of turns of the windings is approximately four times the number of turns Use of samarium-cobalt magnet parts corresponds.
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