DE3540349A1

DE3540349A1 - Linearer funktionsdrehmelder

Info

Publication number: DE3540349A1
Application number: DE19853540349
Authority: DE
Inventors: Nagahiko Iruma Saitama Nagasaka
Original assignee: Yaskawa Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 1985-02-15
Filing date: 1985-11-14
Publication date: 1986-08-21
Also published as: US4705971A; JPS61187603A

Description

KABUSHIKI KAISHA YASKAWA DENK! SEISAKUSHO Linearer Funktionsdrehmelder

Die vorliegende Erfindung betrifft einen linearen Induktionsfunktionsdrehmel der, der als ein Pol sensor benutzt wird, welcher für die Realisierung eines bürstenlosen linearen DC-Servomotors auf der Grundlage eines linearen Impulsmotors nötig ist. Insbesondere betrifft die Erfindung einen linearen Funktionsdrehmelder, dessen Sekundärwicklungen am Luftspalt des Funktionsdrehmeiders in Form von spaltfreien Ankerwicklungen angeordnet sind.

Üblicherweise werden Magnescales und beispielsweise lineare Inductosyns für solche Funktionsdrehmeider benutzt. Jedoch erfordern die bekannten Anordnungen außer den nötigen Antriebsgliedern eine exklusiv vorgesehene Skala, deren Anbringung einen erhöhten Kostenaufwand verursacht.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen linearen Funktionsdrehmelder anzugeben, der mit einem einzigen Funktionsdrehmelder beides, sowohl eine lineare Skala als auch den zur Realisierung eines bürstenlosen linearen DC-Servomotors auf der Grundlage eines linearen Impulsmotors notwendigen magnetischen Polsensor realisiert.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
30

Danach ist ein linearer Funktionsdrehmelder geschaffen, in dem ein Stator aus magnetischem Material mit gleichen Abständen in Meßrichtung gezahnt ausgebildet ist. Ferner ist ein bewegbares Element vorgesehen, das aus einem Elektromagneten hergestellt ist,

der in Form eines E- oder C-förmigen Kerns ausgebildet ist, um den eine Primäreinphasenwicklung Wq gewunden ist. Die Oberfläche des bewegbaren Elementes, die dem Stator gegenüberliegt und einen Teil eines Magnetpfades des linearen Funktionsdrehmelders bildet, weist auf seiner Oberfläche angeordnete Erfassungssekundärwicklungen auf, von denen jede als ihren Wicklungsschritt eine Hälfte des Zahnabstandes zwischen den Statorzähnen aufweist. Ferner ist das bewegbare Element relativ zu dem Stator mit einem konstanten Spalt zwischen sich und dem Stator gelagert und in seiner Verschiebung relativ zu dem Stator nur in dessen Längsrichtung führbar.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

F I G . 1 einen seitlichen Querschnitt, der den Aufbau der Hauptteile des erfindungsgemäßen Funktionsdrehmelders in einem Ausführungsbeispiel zeigt,

F I G . 2 die Anordnung der ersten und zweiten Wicklungsanordnungen dieses Ausführungsbeispieles,

FIG. 3(a) und 3(b) eine Ansicht von vorn und eine Ansicht von unten auf ein Gleitstück oder einen Schleifer gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,

F I G . 4 und 5 Grundrißansichten von sekundären Zweiphasenwicklungen entsprechend einem anderen Ausführungsbeispiel und

F I G . 6 eine perspektivische Ansicht, die die Hauptteile eines Funktionsdrehmelders zeigt, der mit diesen sekundären Zweiphasenwicklungen in Form von spaltfreien Ankerwicklungen zu sehen ist.

Die FIG. 1 zeigt einen seitlichen Querschnitt, der den Aufbau der Hauptteile eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen linearen Funktionsdrehmelders darstellt.

Ein Stator (Skala) 30 weist den Aufbau eines Stators von einem linearen Induktionsmotor auf, der einem Motortyp entspricht, welcher von der Anmelderin in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 57-196642 vorgeschlagen worden ist. Der Stator 30 ist aus magnetischem Material hergestellt und ist mit gleichen Abständen in Meßrichtung gezahnt ausgebildet, wobei Zähne 31 und Rillen oder Vertiefungen 32 sich in einer senkrecht zur Meßrichtung gelegenen Richtung erstrecken.

Ein bewegbares Element (Schleifer oder Gleitstück) 20 besteht aus einem Elektromagneten, der aus einem E- oder C-förmigen Kern hergestellt ist, um den eine Primäreinphasenwicklung Wq gewunden ist. Die Oberfläehe des Gleitstückes 20, die der Skala 30 gegenüberliegt und einen Teil eines Magnetpfades des linearen Funktionsdrehmelders ausbildet, weist Sekundärzweiphasenwicklungen W α und We auf, die auf diese Oberfläche in Form einer gedruckten Wicklung aufgebracht sind. Ferner haben die Sekundärwicklungen jeweils als ihren Wicklungsschritt oder Wicklungsabstand eine Hälfte des Zahnabstandes zwischen den Zähnen des Stators 30.

Das Gleitstück 20 ist relativ zu der Skala 30 mit einem konstanten Spalt zwischen sich und dem Stator gelagert und ist in seiner Verschiebung relativ zu dem Stator nur in dessen Längsrichtung führbar.

In dem oben beschriebenen linearen Funktionsdrehmelder baut sich ein in FIG. 1 gezeigter magnetischer Fluß auf, wenn ein Einphasen-AC-Strom durch die Primär-

wicklung W_Q fließt.

Die Sekundärwicklungen W ^ und Wß , die mit einem halben Statorzahnabstand gewickelt sind, verketten den magnetischen Fluß φ und sind so angeordnet, daß sie eine elektrische Winkelverschiebung von 90° zueinander aufweisen.

Die Sekundärwicklungen Wg und Wß können beispielsweise aus einem aufgedruckten Leiter in Form von Kammzähnen ausgebildet sein, wie sie in der Schleiferwicklung eines Inductorsyn benutzt werden.

Bewegt sich das Gleitstück 20 in Meßrichtung, so variieren auf den Sekundärwicklungen W<^und Wß induzierte Spannungen sinusförmig, wobei jede dieser Spannungen eine der Statorzahnabstandsweite entsprechende Wellenlänge aufweist. Da die Phasendifferenz zwischen den von den Sekundärwicklungen Wg und Wß induzierten Spannungen 90° beträgt, ist die Funktion eines Funktionsdrehmelders durch die beschriebene Anordnung gegeben.

Die FIG. 2 zeigt die gegenseitige Lage von Wicklungen eines Gleitstückes, das mit einem Einphasenstrom erregt wird, wobei FIG. 2(a) eine Vorderansicht des Gleitstückes 20 zeigt, die FIG. 2(b) eine Ansicht von unten auf das Gleitstück 20, die die Oberfläche des Gleitstückes zeigt, die einer Skala 30 gegenüberliegt, und FIG. 2(c) eine seitliche Ansicht der Skala 30 darstellt.

Eine Primäreinphasenwicklung W_Q ist um das mittlere Beinteil eines E-förmigen Kerns 2 herumgewunden. Die Sekundärwicklung Wq; ist aus drei seriell verbundenen Wicklungen aufgebaut, die auf dem Boden des Gleitstücks befestigt sind und von denen eine eine Wicklung um

dieses mittlere Beinteil herum darstellt. Die übrigen beiden Wicklungen der Sekundärwicklung W<| sind jeweils um die rechten und linken Beinteile des E-förmigen Kerns herumgewickelt und weisen bezüglich der Wicklung des mittleren Beinteils eine Verschiebung des elektrischen Winkels von 180° auf. In ähnlicher Weise ist die zweite Einphasenwicklung Wß aus drei seriell miteinander verbundenen Wicklungen aufgebaut, von denen eine Wicklung um ein mittleres Beinteil herumgewunden ist und eine Verschiebung im elektrischen Winkel bezüglich des mittleren Beinteils der Wicklung W_avon 90° aufweist. Die übrigen beiden Wicklungen dieser Sekundärwicklung Wft sind jeweils um die linken und rechten Beinteile herumgewunden und weisen bezüglich des mittleren Beinteils der Wicklung Wq; eine Verschiebung im elektrischen von 270° auf. Sämtliche der Sekundärwicklungen entlang der Meßrichtung sind so angeordnet, daß ihre gegenseitigen Winkelverschiebungen den oben beschriebenen entsprechen.

FIG. 3 zeigt eine gegenseitige Lage von Wicklungen eines Gleitstückes eines weiteren Ausführungsbeispiels, wobei dieses Gleitstück mit einem Einphasenstrom oder einer Einphasenleistung erregt wird. Dabei zeigt die FIG. 3(a) eine Ansicht von vorn und FIG. 3(b) eine Ansicht von unten auf dieses Gleitstück.

In diesem Drehmelder sind Phasenwicklungen W_Q1, Wq₂ und Wq, von primären Dreiphasenwicklungen jeweils um jedes der Beine eines E-förmigen Kerns 2 herumgewickelt, während eine Sekundäreinphasenwicklung W_a aus drei seriell miteinander verbundenen Wicklungen besteht, von denen eine Wicklung um das mittlere Beinteil herumgewunden ist und die übrigen beiden Wicklungen jeweils um das linke und rechte Beinteil herumgewunden sind und jeweils entsprechend Winkelverschiebungen von 120 und 240° im elektrischen Winkel relativ

zu der Wicklung des mittleren Beinteils von O⁰ aufweisen.

Dieses Ausführungsbeispiel eignet sich für einen magnetischen Polsensor eines linearen bürstenlosen Dreiphasen-DC-Servomotors. Da die Sekundärwicklung W_a , die aus seriell miteinander verbundenen Wicklungen mit Winkelverschiebungen von 240°, 0° und 120° zueinander aufgebaut ist, mit einem einzigen AC-Strom versorgt und erregt wird, werden auf den Primärwicklungen Wq₁, Wq₂ und ^W03 ^des Gleitstückes 20 drei Phasensignale induziert, die die Magnetpolpositionen angeben. Es sei darauf hingewiesen, daß in diesem Ausführungsbeispiel ein linearer Punktionsdrehmelder realisiert ist, in dem die Richtung des magnetischen Flusses senkrecht zu der Richtung der Bewegung des Gleitstückes 20 ist.

Die FIG. 4 und 5 zeigen jeweils die Grundrisse von sekundären Zweiphasenwicklungen, die in Form von flachen Wicklungen oder spaltfreien Ankerwicklungen angeordnet sind. Außerdem zeigt die FIG. 6 eine perspektivische Ansicht eines Funktionsdrehmelders, der mit einer derartigen Zweiphasenwicklung ausgestattet ist.

In der FIG. 4 sind eine sin Spule W^und eine cos Spule Wß einer zahn- oder kammförmig ausgedruckten Spule jeweils separat auf einer Leiterplatte 10 (einer einzigen Schicht und in getrennter Form) ausgebildet.

In der FIG. 5 sind zwei Phasenwicklungen W_Qund Wß auf verschiedenen Schichten einer Leiterplatte angeordnet, die zwei Schichten aufweist, indem eine elektrische Verbindung zwischen diesen Schichten über Durchbohrungen 101, 102, ... 10m und 1On (in einer Zweischichtanordnung der Überlagerungsart) hergestellt ist.

Ändert sich die Spaltlänge zwischen dem Gleitstück 20 und dem Stator 30 gleichmäßg und glatt oder auch ungleichmäßig und uneben mit Lage in Bewegungsrichtung des Gleitstückes 20, so kompensieren die Zweischicht- oder Überlagerungswicklungen derartige Variationen und gewährleisten eine hohe Präzision im Vergleich zu Einschiebet- oder Trennartwicklungen, die Spannungsunsymmetrien zwischen den sin-und cos-Spulen aufweisen.

Da der an Hand der Ausführungsbeispiele beschriebene erfindungsgemäße Punktionsdrehmelder einen ähnlichen Aufbau aufweist und ihm ähnliche Prinzipien zugrundeliegen wie einem linearen Inductosyn, so sind mit dem erfindungsgemäßen Funktionsdrehmelder auch die gleichen Funktionen und Vorteile erzielbar.

Insbesondere kann beim erfindungsgemäßen Funktionsdrehmelder der Stator selbst eines linearen Impulsmotors als eine Skala benutzt werden, so daß die Notwendigkeit einer separaten, für andere Zwecke nicht verwendbaren Skala entfällt. Sowohl der magnetische Polsensor als auch die lineare Skala, die notwendig sind, um einen linearen bürstenlosen DC-Motor auf der Grundlage eines linearen Impulsmotors zu realisieren, sind durch die Erfindung mit Hilfe eines einzigen linearen Funktionsdrehmelders realisiert. Durch Verwendung von Zweischicht- oder Überlagerungswicklungen für die sekundäre Zweiphasenwicklung in Form einer spaltfreien Ankerwicklung kann darüber hinaus die Präzision beachtlich verbessert werden. Demnach bietet der erfindungsgemäße Funktionsdrehmelder in der obigen Technologie zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten.

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Claims

Heichel u. Rachel m porkslraßo ?3' " 60C0Frankiuria.M.l : 3 540 34 KABUSHIKI KAISHA YASKAWA DENKI SEISAKUSHO Kitakyushu-Shi, Fukuoka-Ken, Japan Patentansprüche

1. Linearer Funktionsdrehmelder, gekennzeichnet durch einen Stator (30) aus magnetischem Material, der mit gleichen Abständen in Meßrichtung zahnförmig ausgebildet ist, und ein bewegbares Element (20), das aus einem Elektromagneten besteht, welcher aus einem E- oder C-artigen Kern (2) hergestellt ist, um den eine Primäreinphasenwicklung (Wq) herumgewunden ist, wobei die Oberfläche des bewegbaren Elementes, die dem Stator gegenüberliegt und einen Teil eines Magnetpfades des linearen Funktionsdrehmelders bildet, mit auf dieser Oberfläche angeordneten ErfassungsSekundärwicklungen (W_a»Wo) versehen ist, von denen jede als ihren Wicklungsschritt eine Hälfte des Zahnabstandes zwischen den Statorzähnen aufweist, und wobei das bewegbare Element relativ zu dem Stator mit einem konstanten Spalt zwischen sich und dem Stator gelagert ist und in seiner Verschiebung relativ zu dem Stator nur in dessen Längsrichtung geführt wird.

2. Linearer Funktionsdrehmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (Wq) in einer einzigen Phase und die Sekundärwicklung (Wa, Wß) in zwei Phasen gewunden sind.

3. Linearer Funktionsdrehmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (Wq) in drei Phasen (Wq₁, Wq₂, Wq,) und die Sekundärwicklung (Wa,,Wß) in einer einzigen Phase (Wg) gewunden sind.

4. Linearer Funktionsdrehmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Wicklung eine gezahnte Form aufweist und auf einer einzigen Schicht einer flachen Isolierstoffschaltungsplatte als eine Trennartwicklung ausgebildet ist.

5. Linearer Funktionsdrehmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Wicklung eine gezahnte Form aufweist und auf zwei sich gegenüberliegenden Schichten einer flachen Isolierstoffschaltungsplatte als eine Überlagerungswicklung ausgebildet ist.