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Die vorliegende Erfindung betrifft eine
Positionserfassungsvorrichtung vom Phasenverschiebungstyp mit regelbarer
Reluktanz und insbesondere eine Positionserfassungsvorrichtung
dieses Typs, die bei einfachem Aufbau bei einem
Linearführungsmechanismus, beispielsweise einer Kugelumlaufspindel
oder einer Kugelführungsvorrichtung, die als Lager
Kugellager verwenden, verwendbar ist.
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Eine Linearpositionserfassungsvorrichtung vom
Phasenverschiebungstyp mit regelbarer Reluktanz ist im US-Patent 4
556 886 offenbart. Die in diesem Patent offenbarte
Positionserfassungsvorrichtung weist an vorbestimmten Stellen
angeordnete Primärwicklungen, die in der
Verschiebungsrichtung verschoben sind, Sekundärwicklungen, die entsprechend
den Primärwicklungen angeordnet sind, und einen
Kernabschnitt auf, der in bezug auf die Sekundärwicklungen relativ
verschiebbar und in einem vorbestimmten Intervall in der
Verschiebungsrichtung angeordnete Kerne aufweist. Die
jeweiligen Primärwicklungen werden durch zueinander
phasenverschobene Referenz-Wechselstromsignale erregt, wodurch von
den Primärwicklungen kommende Ausgangssignale erzeugt
werden, bei denen es sich um die entsprechend der Position des
Kernabschnitts in bezug auf die Primärwicklung
phasenverschobenen Referenz-Wechselstromsignale handelt.
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Bei Verwendung der zuvor beschriebenen
Linearpositionserfassungsvorrichtung bei einem Linearführungsmechanismus, wie
einer Kugelumlaufspindel oder einer Kugelführungsvorrichtung
mit Kugellagern als Lagern, ist es erforderlich, zusätzlich
zur Linearführung einen Kernabschnitt vorzusehen, der
mehrere sich parallel zur Linearführung erstreckende Kerne
aufweist. Dies erfordert einen erheblichen zusätzlichen Raum,
so daß es schwierig ist, ein kompaktes Design zu erzielen,
und die Struktur komplex und in der Herstellung teuer wird.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine
Positionserfassungsvorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, die
Position einer Linearführung zu erfassen, ohne daß es
notwendig ist, einen exklusiv verwendeten Kernabschnitt
parallel zur Linearführung vorzusehen.
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Zur Lösung der genannten Aufgabe ist die in Anspruch 1
definierte erfindungsgemäße Positionserfassungsvorrichtung für
eine Linearführung mit einem über einen Führungsbereich
vorgesehenen Linearführungsteil, einem entlang dem
Linearführungsteil verschiebbaren bewegbaren Teil und einer
Kugellageranordnung, die an dem bewegbaren Teil in einem Bereich
vorgesehen ist, der in gleitenden Kontakt mit dem
Linearführungsteil gelangt, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kugellageranordnung ein Gehäuse und eine Abfolge von mehreren
Metallkugeln aufweist, die in dem Gehäuse derart angeordnet
sind, daß sie eine endlose Kugelanordnung bilden, wobei
einander benachbarte Kugeln jeweils in enger Anlage
aneinander sind, derart, daß die Kugeln entsprechend der
Verschiebung des bewegbaren Teils linear verschiebbar sind, und
daß die Positionserfassungsvorrichtung eine Spulenanordnung
aufweist, die an einem Teil des Gehäuses vorgesehen ist und
ein Spulenteil aufweist, das derart durch ein
Wechselstromsignal erregt wird, daß ein Magnetpfad durch die an dem Teil
des Gehäuses befindliche Kugel hindurch gebildet und in dem
Magnetpfad eine Reluktanzveränderung entsprechend der
Verschiebung der Kugeln erzeugt wird, wobei ein Zyklus der
Reluktanzveränderung durch die dem Durchmesser der Kugeln
entsprechende Verschiebung bestimmt ist, und wobei die
Spulenanordnung ein auf die Reluktanzveränderung reagierendes
Ausgangssignal erzeugt.
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Während der Verschiebung des bewegbaren Teils entlang dem
Linearführungsteil gelangt die auf dem bewegbaren Teil
vorgesehene Kugellageranordnung in Gleitkontakt mit dem
Linearführungsteil und die aus magnetischer Substanz bestehenden
Kugeln, die in dem Gehäuse in enger Anlage aneinander
angeordnet sind, rollen mit der Gleitbewegung. Die in dem
Gehäuse angeordnete Abfolge von Metallkugeln bildet die
endlose Kugelanordnung, in der sich jeweils benachbarte
Kugeln in enger Anlage aneinander befinden, wodurch die
Kugel entsprechend der Verschiebung des bewegbaren Teils
linear verschiebbar sind. In der auf einem Teil des Gehäuses
vorgesehenen Spulenanordnung wird eine Reluktanzänderung,
deren jeweilige Zyklen durch die im wesentlichen dem
Durchmesser der Kugeln entsprechende Verschiebung bestimmt ist,
entsprechend der Verschiebung des bewegbaren Teils und
ferner ein dieser Reluktanzänderung entsprechendes
Ausgangssignal erzeugt. Die Position des bewegbaren Teils ist durch
dieses Ausgangssignal ermittelbar.
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Wenn das bewegbare Teil beispielsweise um 1 cm entlang dem
Linearführungsteil verschoben wird, bewegen sich die Kugeln
innerhalb des Gehäuses um 1 cm entlang dem
Linearführungsteil. Die Position des bewegbaren Teils kann durch Erfassen
der Verschiebung der Kugeln ermittelt werden.
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Da die Kugeln in der Kugellageranordnung entsprechend der
Verschiebung des bewegbaren Teils linear verschiebbar sind
und die Verschiebung der Kugeln durch die auf einem Teil des
Gehäuses vorgesehene Spulenanordnung erfaßt wird, kann die
Position der Linearführung erfaßt werden, ohne daß parallel
ein exklusiver Kernabschnitt vorgesehen sein muß.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung in
bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben.
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Die Zeichnungen zeigen:
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Fig. 1 - eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines
Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen
Positionserfassungsvorrichtung für eine Linearführung;
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Fig. 2 - eine Schnittdarstellung entlang den Pfeilen II-II
in Fig. 1;
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Fig. 3 - eine perspektivische Darstellung diese
Ausfuhrungsbeispiels;
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Fig. 4 - eine Schnittdarstellung der Spulenanordnung von
Fig. 1;
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Fig. 5 - eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines
anderen Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen
Positionserfassungsvorrichtung für eine Linearführung;
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Fig. 6 - eine Schnittdarstellung entlang den Pfeilen VI-VI
in Fig. 5; und
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Fig. 7 - ein Blockschaltbild eines Beispiels für einen
elektrischen Schaltungsbereich der erfindungsgemäßen
Positionserfassungsvorrichtung.
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Wie in Fig. 1 dargestellt, weist der
Linearführungsmechanismus Kugelumlaufspindelmechanismus auf, der ein Kugellager
verwendet. Als Lagerkugeln werden Kugeln 16 aus magnetischer
Substanz verwendet. Die Spindel 20 ist eine
Schraubenspindel, deren Nut 22 eine vorbestimmte Steigung hat. Die
Spindel 20 wird von einer nicht dargestellten Antriebseinheit
getrieben und gedreht.
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Wie in Fig. 3 gezeigt, weist ein Gleitabschnitt 17
zylindrische Form auf und ist an der Spindel 20 derart montiert,
daß er die Spindel 20 über einen vorbestimmten Bereich
umschließt und sich entsprechend der Drehung der Spindel 20
linear verschiebt. Der Innenumfangsbereich des
Gleitabschnitts 17 ist in Dreheingriff mit dem Gewinde 21 der
Spindel 20 und weist eine Nut zum Aufnehmen der magnetischen
Kugeln 16 auf, deren Steigung derjenigen der Spindelnut 22
entspricht. Diese Kugelaufnahmenut ist in beiden
Endbereichen des Gleitabschnitts 17 offen und ein Gehäuserohr 18 ist
an beiden Enden der Kugelaufnahmenut mit deren offenen
Bereichen verbunden. Anders ausgedrückt der Gleitabschnitt 17
ist ein Teil des Gehäuses 15, das, zusammen mit dem Gewinde
21 und der Nut 22, die magnetischen Kugeln 16 aufnimmt.
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Das Gehäuserohr 18 ist rohrförmig mit einem
Innendurchmesser, der ungefähr gleich dem Durchmesser der Kugeln 16 ist.
und besteht aus nicht-magnetischem Material. Beide Enden des
Gehäuserohres 18 sind mit den Endbereichen des
Gleitabschnitts 17 verbunden. Die magnetischen Kugeln 16 sind auch
in dem Gehäuserohr 18 in enger Anlage aneinander drehbar und
verschiebbar aufgenommen, das heißt, das Gehäuserohr 18
bildet zusammen mit dem Aufnahmeabschnitt, der aus dem
Gleitabschnitt 17 und der Spindel 20 besteht, die jeweils
die magnetischen Kugeln 16 aufnehmen, das Gehäuse 15.
Dementsprechend sind die magnetischen Kugeln 16 drehbar und
verschiebbar in enger Anlage aneinander in dem Gehäuse 15
aufgenommen, wodurch sie eine endlose Kugelanordnung bilden.
Selbstverständlich wirken die magnetischen Kugeln 16 als
Kugellager.
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Die magnetischen Kugeln 16 in dem Gehäuse 15 laufen in
Reaktion auf die Drehung der Spindel 20 endlos von einem Ende
des offenen Bereichs des Gleitabschnitts 17 zum anderen Ende
in das Gehäuserohr 18 oder aus dem Gehäuserohr 18 zu dem
einen oder dem anderen offenen Bereich Des Gleitabschnitts
17 um. Der Verschiebungsbetrag jeder magnetischen Kugel 16
ist proportional zum Drehungsbetrag der Spindel 20 und der
Drehungsbetrag der Spindel 20 ist seinerseits proportional
zur linearen Verschiebung des Gleitabschnitts 17. Der
Verschiebungsbetrag
der magnetischen Kugeln 16 entspricht daher
der linearen Verschiebung des Gleitabschnitts 17, so daß die
lineare Position des Gleitabschnitts 17 ermittelt werden
kann, indem der Verschiebungsbetrag der magnetischen Kugeln
16 festgestellt wird.
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Es sei beispielsweise angenommen, daß die Spindel 20 um
einen bestimmten Winkel gedreht wurde und daß eine der
magnetischen Kugeln 16 aus dem offenen Bereich des
Gleitabschnitts 17 in eine Öffnung 19b des Gehäuserohres 18 hinein
bewegt wurde. Dies bewirkt, daß eine magnetische Kugel 16
aus einer Öffnung 19a aus dem Gehäuserohr 18 heraus in den
Gleitabschnitt 17 bewegt wird. Somit wird eine magnetische
Kugel 16 aus der Öffnung 19a des Gehäuserohres 18 in ein
Ende des offenen Bereichs des Gleitabschnitts 17 bewegt und
eine magnetische Kugel 16 wird in umlaufender Bewegung von
einem Ende zum anderen Ende des Gleitabschnitts 17 bewegt.
Wenn die Drehrichtung der Spindel 20 umgekehrt wird, kehrt
sich auch die Umlaufrichtung der magnetischen Kugeln 16 um.
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Fig. 2 ist eine Schnittdarstellung des
Kugelumlaufspindelmechanismus in Richtung der Pfeile II - II in Fig. 1. Ein
Spulenabschnitt 10 zum Erfassen einer Position ist an einem
bestimmten Bereich des Gehäuserohres 18 angebracht. Die
Spulenanordnung 10 weist Primärwicklungen, die derart
angeordnet sind, daß sie den Außenumfang des Gehäuserohres 18
umgeben, und Sekundärwicklungen auf, die entsprechend den
Primärwicklungen angeordnet sind. Fig. 4 ist eine
Schnittdarstellung des Spulenabschnitts 10 und des Gehäuserohres
18. Es sind vier Primärwicklungen 1A-1D, Sekundärspulen 2A-
2D und die magnetischen Kugeln 16 vorgesehen, die in einem
durch die Wicklungen begrenzten Spulenraum angeordnet und in
Richtung der Pfeile R oder L in dem Gehäuse 15 verschiebbar
sind. Auf diese Weise werden in den Sekundärwicklungen 2A-2D
erzeugte Ausgangssignale durch die magnetischen Kugeln 16,
die in dem Gehäuse 15 umlaufen und relativ zu dem
Spulenabschnitt
12 verschoben werden, herausgeführt und die
Position des Gleitabschnitts 17 wird auf der Basis des
Verschiebungsbetrages der magnetischen Kugeln 16 ermittelt. Wenn die
Primärwicklungen zum Beispiel in zwei Phasen durch
Sinuswellensignale und Cosinuswellensignale erregt werden,
entspricht die Phase der Sekundär-Wechselstromausgangssignale
der linearen Verschiebung und die lineare Position kann
dementsprechend durch Messen der Phase der
Sekundär-Wechselstromausgangssignale ermittelt werden. Eine
Positionserfassungsvorrichtung, die ein solches
Phasenverschiebungssystem verwendet, ist im US-Patent 4 556 886 beschrieben und
ihre grundlegenden Prinzipien werden im folgenden
beschrieben.
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Wenn der Durchmesser der magnetischen Kugel 16 mit "P"
bezeichnet wird (wobei P ein beliebiger Wert ist), beträgt
auch der Abstand zwischen der jeweiligen Mitte zweier
benachbarter magnetischer Kugeln 16 "P", so daß die Steigung
des mittleren Intervalls zwischen zwei magnetischen Kugeln
16 "P" beträgt. Die Wicklungen sind derart ausgebildet, daß
sie in vier Phasen arbeiten. Die Phasen der
zusammengehörigen Wicklungen 1A, 2A; 1B, 2B; 1C, 2C; und 1D, 2D
unterscheiden sich voneinander durch die Bezugszeichen A bis D.
Es besteht ein Unterschied von 90º in der von den jeweiligen
Phasen A-D erzeugten Reluktanz, so daß, wenn beispielsweise
die Phase A eine positive Cosinusphase ist, die Phase B eine
positive Sinusphase, die Phase C eine negative Cosinusphase
und die Phase D eine negative Sinusphase wird. Für jede der
Phasen A-D ist individuell eine entsprechende Primärwicklung
1A-1D und eine Sekundärwicklung 2A-2D vorgesehen. Die den
jeweiligen Phasen A-D entsprechenden Sekundärwicklungen 2A-
2D sind auf die Außenseite der entsprechenden
Primärwicklungen 1A-1D gewickelt. Die Länge jeder Wicklung ist
ungefähr gleich dem Radius "P/2" der magnetischen Kugel 16. Die
Wicklungen 1A und 2A der Phase A und die Wicklungen 1C und
2C der Phase C sind von entgegengesetzter Phase und
nebeneinander
angeordnet. In gleicher Weise sind die Wicklungen
1B und 2B der Phase B und die Wicklungen 1D und 2D der Phase
D von entgegengesetzter Phase und nebeneinander angeordnet.
Der Abstand zwischen den Wicklungen entgegengesetzter Phase
beträgt ungefähr "P x (n + ½)" (wobei n eine beliebige
natürliche Zahl ist). Der Abstand zwischen den Mittelpunkten
der Wicklungen der Phase A und der Phase B oder denjenigen
der Wicklungen der Phase C oder der Phase D, die jeweils um
90º versetzt sind, beträgt "P x (n ± ¼)" (wobei n eine
beliebige natürliche Zahl ist).
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Bei der zuvor beschriebenen Struktur verändert sich die
Reluktanz des Magnetkreises in den jeweiligen Phasen A-D
entsprechend der Verschiebung der magnetischen Kugeln 16 in
dem Gehäuse 15 und die Phase der Reluktanzänderung ist
zwischen jeder Phase um 90º versetzt (d. h. um 180º zwischen
der Phase A und der Phase C sowie zwischen der Phase B und
der Phase D). Die Primärwicklungen 1A und 1C der Phasen A
und C werden in zueinander entgegengesetzter Phase durch ein
Sinuswellensignal sin t erregt und die Ausgangssignal der
Sekundärspulen 2A und 2C werden in der selben Phase addiert,
wodurch ein Sinusphasenausgangssignal erhalten wird, das
durch Differenzierung genau gemacht ist. In ähnlicher Weise
werden bei den Phasen B und D die Primärwicklungen 1B und 1D
in entgegengesetzter Phase durch ein Cosinuswellensignal cos
t erregt und die Ausgangssignale der Sekundärwicklungen 2B
und 2D werden in der selben Phase addiert, wodurch ein
Cosinusphasenausgangssignal erhalten wird, das durch
Differenzierung genau gemacht ist. Die Ausgangssignale der
jeweiligen Sekundärwicklungen 2A-2D werden zur Bildung eines
Ausgangssignals Y addiert. Dieses Ausgangssignal Y ist
äquivalent zu einem Signal, das durch Phasenverschieben eines
Referenzwechselstromsignals (sin ω t oder cos ω t) um einen
Phasenwinkel φ entsprechend der Verschiebung der
magnetischen Kugeln 16 erhalten wird.
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Wenn zum Beispiel die der linearen Position einer bestimmten
magnetischen Kugel 16 entsprechende Phase φ ist, kann die
Funktion der der Position entsprechenden Reluktanzänderung
durch eine Formel ausgedrückt werden, in der die Phase A als
cos φ, die Phase B als -sin φ. die Phase C als -cos φ und
die Phase D als -sin φ bezeichnet ist. Als Ergebnis kann das
durch Addition synthetisierte Ausgangssignal Y der
Sekundärwicklungen 2A-2D durch, die folgende Formel ausgedrückt
werden:
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Y = sin ω t x cos φ - (-sin ω t x cos φ)
+ cos ω t x sin φ - (-cos ω t x sin φ)
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= 2sin ω t x cos φ + 2cos ω t x sin φ
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= 2sin (ω t + φ)
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Wenn die aus Gründen der Vereinfachung mit "2" angegebene
Zahl durch eine Konstante K ersetzt wird, die durch
verschiedene Bedingungen bestimmt ist, kann Y als Y = K sin (ω
t + φ) ausgedrückt werden. Anders ausgedrückt: da die Phase
φ der Reluktanzänderung entsprechend einem vorbestimmten
Proportionalitätskoeffizienten (oder einer -funktion)
proportional zur linearen Position Lx der magnetischen Kugel 16
ist, kann die Position Lx durch Messen der Phasendifferenz
zum Referenzwechselstromsignal (sin ω t oder cos ω t) des
Ausgangssignals Y festgestellt werden. Wenn der Betrag der
Phasendifferenz φ der gesamte Winkel 2π ist, entspricht die
Position Lx dem zuvor beschriebenen Abstand P. Das heißt,
daß die absolute Position Lx innerhalb der Strecke P durch
den elektrischen Phasendifferenzbetrag φ ermittelt werden
kann. Auf diese Weise kann die Position des Gleitabschnitts
17 durch Ermitteln des Verschiebungsbetrags der magnetischen
Kugel 16 erhalten werden.
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Fig. 5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Positionserfassungsvorrichtung, bei dem eine
Kugelführung als Linearführungsmechanismus verwendet wird. Die in
dieser Figur mit den selben Bezugszeichen wie in Fig. 1
versehenen Elemente erfüllen die gleiche Funktion wie die
entsprechenden Elemente in Fig. 1. Dieser
Kugelführungsmechanismus besteht im wesentlichen aus einer Schiene 30 und
einem Gleitabschnitt 27. Der von einer nicht dargestellten
Antriebseinheit entlang der feststehenden Schiene 30
getriebene Gleitabschnitt 27 wird durch die Gleitbewegung eines
magnetische Kugeln 16 enthaltenden Kugellagers verschoben.
Fig. 6 ist eine Schnittdarstellung des
Kugelführungsmechanismus in Richtung der Pfeile VI-VI.
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Die Schiene 30 ist ähnlich einer Bahnschiene ausgebildet und
dient als Führung für den Gleitabschnitt 27. In den oberen
Seitenkanten der Schiene 30 sind bogenförmige Kugelnuten 28
ausgebildet, in denen die magnetischen Kugeln 16 laufen.
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Der Gleitabschnitt 27 ist auf der Schiene 30 derart
vorgesehen, daß er über die magnetischen Kugeln 16 auf der Schiene
30 sitzt und eine Linearverschiebung der als Lagerkugeln
dienenden magnetischen Kugeln 16 in Richtung des Pfeils R
oder L bewirkt. Der Gleitabschnitt 27 weist mehrere Gehäuse
25 auf. In dem Gleitabschnitt 27 sind bogenförmige
Kugelnuten ausgebildet, derart, daß ein Teil jeder magnetischen
Kugel 16 entsprechend den Kugelnuten 28 der Schiene 30 in
der Nut sitzt. Die magnetischen Kugeln sind drehbar und
verschiebbar in enger Anlage aneinander in den Kugelnuten 28
der Schiene 30 und den Kugelnuten des Gleitabschnitts 27
aufgenommen. Das eine und das andere Ende der Kugelnuten des
Gleitabschnitts 27 sind offen und die Enden eines
Gehäuserohrs 29 sind mit dem Öffnungsbereich der jeweiligen
Kugelnuten des Gleitabschnitts 27 verbunden, so daß die
magnetischen Kugeln 16 verschiebbar sind.
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Die Gehäuserohre 29 sind Rohre mit im wesentlichen ovaler
Form, die auf beiden Seiten an den unteren Bereichen des
Gleitabschnitts 27 vorgesehen sind. Der Innendurchmesser
jedes Gehäuserohres 29 ist ungefähr gleich dem Radius der
magnetischen Kugel 16. Die Gehäuserohre 29 bestehen aus
nicht-magnetischem Material. Das eine und das andere Ende
der Gehäuserohre 29 ist jeweils mit dem Öffnungsbereich des
einen und des anderen Endes der in dem Gleitbereich 27
ausgebildeten Kugelnuten verbunden und die magnetischen Kugeln
16 sind drehbar und verschiebbar in enger Anlage aneinander
in diesen aufgenommen. Die Gehäuserohre 29 bilden somit
endlose Gehäuse 25, die zusammen mit dem
Kugelaufnahmeabschnitt des Gleitabschnitts 27 die magnetischen Kugeln 16
aufnehmen. Jedes Gehäuserohr 29 ist in einem vorbestimmten
Bereich mit den Primärwicklungen 1A-1D und den
Sekundärwicklungen 2A-2D des zuvor beschriebenen Spulenabschnitts 10
versehen. Die magnetischen Kugeln 19 laufen entsprechend der
Verschiebung des Gleitabschnitts 27 innerhalb der Gehäuse 25
um.
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Wenn zum Beispiel der Gleitabschnitt 27 um eine Strecke p in
Richtung des Pfeiles R verschoben wird, werden alle
magnetischen Kugeln 16, welche den Durchmesser p aufweisen, in den
Gehäusen 25 um die einer magnetischen Kugel 16 entsprechende
Strecke p in Richtung des Pfeiles R verschoben.
Dementsprechend werden die in den Gehäuserohren 29 befindlichen
magnetischen Kugeln 16 in einem Bereich des Spulenabschnitts 10,
in dem die Primär- und Sekundärwicklungen angeordnet sind,
um die einer Kugel entsprechende Strecke verschoben. Auf
diese Weise erfolgt die zuvor beschriebene
Positionserfassung durch die Primärwicklungen 1A-1D und die
Sekundärwicklungen 2A-2D sowie die magnetischen Kugeln 16, die sich
innerhalb der Primärwicklungen 1A-1D und der
Sekundärwicklungen 2A-2D verschieben.
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Die Beschreibung der vorhergehenden Ausführungsbeispiele
erfolgte unter der Annahme, daß die Schiene 30 gerade ist.
Die Schiene 30 muß jedoch nicht gerade sein, sondern sie
kann gebogen verlaufen. Somit ist die vorliegende Erfindung
auch bei einer gebogenen Linearführung anwendbar.
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Die Beschreibung der vohergehenden Ausführungsbeispiele
erfolgte unter der Annahme, daß ein Teil der Gehäuse 15 und
25 rohrförmig ist. Jedoch müssen die Gehäuse nicht
rohrförmig sein, sondern die Gehäuse können jede geeignete
Ausbildung aufweisen, wenn sie Endlos-Mechanismen aufnehmen, in
denen die magnetischen Kugeln umlaufen können.
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Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die
Primär- und Sekundärwicklungen zylindrisch ausgebildet und
am Außenumfang der Gehäuserohre 18 und 29 angebracht. Jedoch
müssen die Wicklungen nicht zylindrisch sein, sondern sie
können andere Formen aufweisen, z. B. können sie flach sein.
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Die Zahl der Phasen eines die Primärwicklungen erregenden
Referenzsignals und die Art des Anschlusses der
Sekundärwicklungen sind nicht auf die vorliegenden
Ausführungsbespiele beschränkt, sondern es sind zahlreiche Veränderungen
möglich.
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Die Einrichtungen zum Erhalten der Phasen differenz zwischen
dem Sekundärwicklungsausgangssignal Y und dem Referenzsignal
(sin ω t oder cos ω t) können in geeigneter Weise
konstruiert sein. Beispielsweise kann, wie durch die Schaltung in
Fig. 7 dargestellt, die Phasendifferenz φ als digitaler
Betrag erhalten werden, indem die zeitliche Differenz für
einen vorbestimmten Phasenwinkel (beispielsweise 0 Grad)
zwischen dem Referenzsignal sin ω t und dem Ausgangssignal Y
= K sin (ω t + φ) gemessen wird. Die Phasendifferenz φ kann
ebenfalls als analoger Betrag durch Integrieren der
Zeitdifferenz des vorbestimmten Phasenwinkels erhalten werden.
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Gemäß Fig. 7 wird ein Master-Taktimpuls CP mit einer
vorbestimmten Frequenz durch einen Oszillator 40 oszilliert und
zum Zählen an einen Zähler 41 angelegt. Das Ausgangssignal
des Zählers 41 wird einem Sinusdatengenerator 42 und einem
Cosinusdatengenerator 43 zugeführt die jeweils Sinus- und
cosinusfunktionsdaten erzeugen. Die Sinus- und
Cosinusfunktionsdaten werden jeweils an eine Digital/Analogwandel- und
-treiberschaltung 44 und 45 zur Erzeugung eines analogen
Sinussignals sin ω t und eines analogen Cosinussignals cos ω
t angelegt. Das Sinussignal sin ω t und das Cosinussignal
cos ω t werden jeweils an die Primärwicklungen 1A und 1B der
Spulenanordnung 10 angelegt und die Signale sin ω t und cos
ω t werden jeweils an die Primärwicklungen 1C und 1D der
Spulenanordnung 10 angelegt, und zwar an der den Wicklungen
1A und 1B entgegengesetzten Phase. Das Ausgangssignal Y des
Positionssensors 11 wird über einen Verstärker und ein
Filter 46 an einen Nulldurchgangskomparator 47 angelegt, um
eine Nulldurchgangsphase, d. h. den Phasenwinkel 0, zu
erkennen. Ein synchron zu dem Zeitverlauf des Erkennens dieses
Phasenwinkels 0 des Ausgangssignals Y wird als der
Abtastimpuls SP an einen Haltesteuereingang einer Halteschaltung
48 angelegt. Das Zähl-Ausgangssignal des Zählers 41 wird von
der Halteschaltung 48 in Reaktion auf den Abtastimpuls SP
zwischengespeichert. Auf diese Weise werden die Meßdaten Lx
der Phasendifferenz φ, die der gegenwärtigen Position des zu
erfassenden Objekts entsprechen, von der Halteschaltung 48
zwischengespeichert.
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Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen werden die
Primärwicklungen und die den Primärwicklungen entsprechenden
Sekundärwicklungen in vier Phasen betrieben (die aus zwei
Phasen mit Sinusphase oder Cosinusphase bestehen).
Alternativ können diese Wicklungen mit anderen geeigneten
Phasenzahlen betrieben werden, zum Beispiel als Zwei-Phasen-Typ
mit Sinusphase oder Cosinusphase, als Drei-Phasen-Typ mit
drei um 120º zueinander versetzten Phasen, oder als Sechs-
Phasen Typ.
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Das Erfassungssystem ist nicht auf das
Phasenerkennungssystem beschränkt, sondern es ist möglich, das
Primär-Wechselstromsignal mit einer Einzelphase zu versehen und die
Position mittels eines analogen Spannungspegels zu ermitteln.
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Das Material der Kugeln 16 des Kugellagerabschnitts muß
nicht aus magnetischer Substanz bestehen, sondern kann ein
leitendes Material sein. In diesem Fall verändert sich die
Menge des in dem leitenden Körper erzeugten Wirbelstroms
entsprechend der linearen Verschiebung und die Reluktanz
verändert sich durch den Verlust an Wirbelstrom, wodurch,
wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen, ein
der linearen Verschiebung der Linearführung entsprechendes
Ausgangssignal erhalten werden kann.
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Der Spulenabschnitt kann nur aus Primärwicklungen bestehen
und es kann die Impedanzveränderung in diesen
Primärwicklungen entsprechend der Reluktanzveränderung gemessen
werden.
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Wie zuvor beschrieben, sind erfindungsgemäß Lagerkugeln aus
magnetischer oder leitender Substanz in einer endlosen
Kugelanordnung in einem Linearführungsmechanismus,
beispielsweise einer Kugelumlaufspindel oder einer Kugelführung,
angeordnet und diese Kugeln werden in Übereinstimmung dem
Gleitabschnitt verschoben, so daß die Position des
Gleitabschnitts durch Ermitteln des Verschiebungsbetrags dieser
Kugeln erfaßt werden kann. Daher ist es nicht erforderlich,
an der Außenseite des Gleitabschnitts in paralleler
Ausrichtung mit diesem einen ausschließlich zum Erfassen der
Position vorsehen, wodurch die Struktur der Vorrichtung
vereinfacht und das Design kompakter gestaltet werden kann und
niedrige Herstellungskosten erzielt werden können.