ES2966600T3

ES2966600T3 - Dispositivo de medición de ángulos inductivo

Info

Publication number: ES2966600T3
Application number: ES21204416T
Authority: ES
Inventors: Marc Oliver Tiemann; Martin Heumann; Alexander Frank
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 2021-10-25
Filing date: 2021-10-25
Publication date: 2024-04-23
Anticipated expiration: 2041-10-25
Also published as: US11933643B2; JP2023064052A; EP4170289B1; DE102022208112A1; CN116026231A; EP4174443A1; US20230129608A1; EP4170289A1

Abstract

La invención se refiere a un dispositivo de medición de ángulos inductivo que tiene un elemento de escaneo (1) y un elemento de escala (2; 2') con al menos tres pistas de graduación (TS1; TS1', TS2; TS2', TS3; TS3'). La pista de primera división (TS1; TS1') y la pista de tercera división (TS3; TS3') tienen el mismo primer número (n1, n3) de estructuras de división (2.1, 2.3), mientras que la pista de segunda división (TS2; TS2') tiene uno del primer número (n1, n3) tiene un segundo número diferente (n2) de estructuras de división (2.2). Las pistas de graduación (TS1, TS2, TS3; TS1', TS2', TS3') están dispuestas concéntricamente alrededor de un eje (A), de modo que la primera pista de graduación (TS1; TS1') queda radialmente hacia dentro, la segunda pista de graduación (TS2; TS2') está dispuesta radialmente entre la primera pista de graduación (TS1; TS1') y la tercera pista de graduación (TS3; TS3') y la tercera pista de graduación (TS3; TS3') está dispuesta radialmente en el exterior. El elemento de exploración (1) presenta pistas conductoras de recepción (1.1, 1.2, 1.3) a través de las cuales se pueden generar señales (S1, S2, S3) con períodos de señal relacionados con el ángulo (Σ1, Σ2, Σ3), siendo el primer período de señal (Σ1) siendo igual al tercer período de señal (Σ3). Se puede generar una señal total (SM) a partir de la primera señal (S1) y la tercera señal (S3), que se puede combinar con la segunda señal (S2) para determinar información de posición angular absoluta. (Figura 6). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de medición de ángulos inductivo

CAMPO DE LA TÉCNICA

La invención se refiere a un dispositivo de medición de ángulos inductivo para determinar una información de posición angular absoluta o una posición angular absoluta de acuerdo con la reivindicación 1.

Los dispositivos de medición de ángulos inductivos se utilizan, por ejemplo, como aparatos de medición de ángulos para determinar la posición angular de dos piezas de máquina giratorias una respecto a otra. En los equipos de medición de ángulos inductivos, las líneas de excitación y las pistas conductoras de recepción a menudo están aplicadas sobre una placa de circuito impreso común, generalmente de varias capas, que está unida fijamente, por ejemplo, a un estator de un aparato de medición de ángulos. Frente a esta placa de circuito impreso se encuentra un elemento de escala, sobre el que están aplicadas estructuras de graduación y que está unido de forma no giratoria al rotor del aparato de medición de ángulos. Si en las líneas de excitación se aplica una corriente de excitación eléctrica variable en el tiempo, durante el giro relativo entre el rotor y el estator se generan en las pistas conductoras de recepción señales dependientes de la posición angular. Estas señales son procesadas entonces en una electrónica de evaluación. Para generar una información de posición angular absoluta, sobre el elemento de escala a menudo están previstas dos o más pistas con estructuras de graduación, que tienen diferentes periodos de graduación y se evalúan de acuerdo con el principio de nonio o de vernier.

Este tipo de dispositivos de medición de ángulos inductivos se utilizan a menudo como aparatos de medición para accionamientos eléctricos para determinar el movimiento relativo o la posición relativa de piezas de máquinas correspondientes. En este caso, los valores de posición angular generados son suministrados a través de una disposición de interfaz correspondiente a la electrónica posterior para la excitación de los accionamientos.

ESTADO DE LA TÉCNICA

El documento DE 102013218768 A1 del solicitante describe un dispositivo de medición de posición inductivo, en el que con la ayuda de una pista de graduación adicional se puede determinar una inclinación de una unidad de escaneo alrededor de un eje paralelo al eje de giro respecto a una escala. El ángulo muaré determinado de esta manera se puede usar en un dispositivo de evaluación para corregir las señales de escaneo o la posición absoluta.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

La invención tiene el objetivo de proporcionar un dispositivo de medición de ángulos inductivo que haga posible una determinación exacta de una posición angular absoluta entre dos piezas de máquina giratorias una respecto a otra.

De acuerdo con la invención, este objetivo se consigue mediante las características de la reivindicación 1.

Por consiguiente, el dispositivo de medición de ángulos inductivo presenta un elemento de escaneo y un elemento de escala. El elemento de escala comprende una primera pista de graduación con primeras estructuras de graduación, una segunda pista de graduación con segundas estructuras de graduación y una tercera pista de graduación con terceras estructuras de graduación, estando dispuestas las estructuras de graduación respectivamente periódicamente. Respectivamente, a través de un intervalo angular constante predeterminado o predefinido del mismo tamaño, la primera pista de graduación presenta un primer número n1 de estructuras de graduación y la tercera pista de graduación tiene un tercer número n3 de estructuras de graduación, siendo el primer número n1 igual al tercer número n3 (n1 = n3). Por el contrario, la segunda pista de graduación presenta un segundo número n2 de estructuras de graduación que es diferente del primer número n1 o del tercer número n3 dentro del intervalo angular predeterminado del mismo tamaño (n1 = n3 t n2). Además, las pistas de graduación están dispuestas concéntricamente alrededor de un eje, de tal manera que la primera pista de graduación está dispuesta radialmente en el interior, la segunda pista de graduación está dispuesta radialmente entre la primera pista de graduación y la tercera pista de graduación, y la tercera pista de graduación está dispuesta radialmente en el exterior. El elemento de escaneo presenta una línea de excitación. Además, el elemento de escaneo presenta una primera pista conductora de recepción, una segunda pista conductora de recepción y una tercera pista conductora de recepción. La primera pista de graduación puede ser escaneada por la primera pista conductora de recepción para generar una primera señal que presenta un primer período de señal referido al ángulo. La segunda pista de graduación puede ser escaneada por la segunda pista conductora de recepción para generar una segunda señal con un segundo período de señal referido al ángulo y la tercera pista de graduación puede ser escaneada por la tercera pista conductora de recepción para generar una tercera señal con un tercer período de señal referido al ángulo. El primer período de señal es igual de grande, referido al ángulo, que el tercer período de señal. A partir de la primera señal y la tercera señal puede ser generada una señal general que puede combinarse con la segunda señal para determinar una información de posición angular absoluta.

Habitualmente, el elemento de escala presenta pistas de graduación que se extienden a lo largo de 360° enteros, de modo que en la mayoría de los casos, el intervalo angular predeterminado se extiende a lo largo de 360°. Sin embargo, también se conocen dispositivos de medición de ángulos que sirven para medir tan solo posiciones de pivotamiento limitadas. En este caso, el intervalo angular predeterminado adaptado al intervalo de pivotamiento puede ser inferior a 360°. El primer, el segundo y el tercer número n1, n2, n3 de las estructuras de graduación pueden verse como un número n1, n2, n3 normalizado a un intervalo angular.

Las pistas conductoras de recepción presentan preferentemente un curso sinusoidal espacialmente periódico a lo largo de un arco circular con un período que está coordinado con la longitud del período de las estructuras de graduación que han de ser escaneadas.

Habitualmente, el elemento de escaneo y el elemento de escala están dispuestos de forma axialmente opuesta entre sí y separados entre sí por un espacio de aire que se extiende en dirección axial.

De acuerdo con la invención, la primera pista de graduación tiene una primera extensión radial H1 y la tercera pista de graduación tiene una tercera extensión radial H3, siendo la primera extensión radial H1 mayor que la tercera extensión radial H3 (H1>H3). Una extensión radial H3 es una longitud, por ejemplo medida en milímetros, en la dirección radial.

Ventajosamente, la primera pista de graduación está dispuesta en dirección circunferencial con un desfase con respecto a la tercera pista de graduación que es mayor que 150° y menor que 210°. En particular, el desfase puede situarse en un intervalo entre 170° y 190°. En otras palabras, con respecto a la dirección circunferencial o de medición, la primera y la segunda pistas de graduación (en particular sus estructuras de graduación) están dispuestas una respecto a otra de tal manera que la primera y tercera señales presentan un desfase eléctrico comprendido en el intervalo entre 150° y 210°, ventajosamente entre 170° y 190°.

En otra realización de la invención, el dispositivo de medición de ángulos presenta un circuito eléctrico analógico, a través del cual se puede generar la señal mediante la vinculación o interconexión de la primera y la tercera señales.

La primera señal y la tercera señal están vinculadas entre sí de tal manera que de ello resulta la señal general. La señal general es generada en particular por una operación de sustracción o adición.

Ventajosamente, el dispositivo de medición de ángulos presenta un circuito adicional, a través del cual puede ser generada la información de posición angular absoluta a partir de la señal general y de la segunda señal mediante un procedimiento de nonio. En particular, el circuito adicional puede estar realizado como circuito digital.

En otra realización de la invención, el elemento de escaneo comprende una primera pista de escaneo situada radialmente en el interior y una tercera pista de escaneo situada radialmente en el exterior, comprendiendo la primera pista de escaneo la primera pista conductora de recepción y al menos una sección de la línea de excitación, que está dispuesta a una primera distancia radial efectiva de la primera pista conductora de recepción. Por lo tanto, la al menos una sección discurre de forma radialmente desplazada con respecto a la primera pista conductora de recepción con la primera distancia radial efectiva. La tercera pista de escaneo comprende la tercera pista conductora de recepción y al menos una sección adicional de la línea de excitación, que está dispuesta a una tercera distancia radial efectiva de la tercera pista conductora de recepción. La primera distancia radial es mayor que la tercera distancia radial. Las líneas de excitación pueden discurrir preferentemente en la dirección de medición o en secciones a lo largo de la dirección de medición.

Ventajosamente, el segundo período de señal es mayor que el primer período de señal y mayor que el tercer período de señal.

A menudo, las pistas de escaneo están configuradas de tal manera que presentan varias pistas conductoras de recepción, presentando ventajosamente dos pistas conductoras de recepción de una pista de escaneo un desfase entre sí, en particular de 90°.

El dispositivo de medición de ángulos comprende además un circuito electrónico por el que puede ser generada una corriente de excitación eléctrica en las líneas de excitación. Ventajosamente, en un momento determinado, la corriente de excitación discurre en la misma dirección en secciones inmediatamente adyacentes de las líneas de excitación.

En otra realización de la invención, el elemento de escala está realizado de tal manera que la primera pista de graduación discurre a lo largo de un primer arco circular y presenta una primera línea central radial con un primer radio r1'. Además, la segunda pista de graduación discurre a lo largo de un segundo arco circular y presenta una segunda línea central radial con un segundo radio r2'. Finalmente, la tercera pista de graduación discurre a lo largo de un tercer arco circular y presenta una tercera línea central radial con un tercer radio r3'. El elemento de escala está configurado entonces de tal manera que la distancia entre la primera línea central radial y la segunda línea central radial es desigual a la distancia entre la tercera línea central radial y la segunda línea central radial (r2' - r1') t (r3' -r2'). En particular, la distancia entre la primera línea central radial y la segunda línea central radial es menor que la distancia entre la tercera línea central radial y la segunda línea central radial (r2' - r1') < (r3'-r2').

El elemento de escaneo está realizado de tal manera que no puede escanear el elemento de escala en 360° enteros, sino solo en un segmento o en varios segmentos dispuestos de forma desplazada en dirección circunferencial.

El segmento o los respectivos segmentos se extienden en un ángulo inferior a 180°, en particular inferior a 120°, ventajosamente inferior a 90°. En particular, tanto la primera pista conductora de recepción como la segunda pista conductora de recepción y la tercera pista conductora de recepción se extienden en un ángulo inferior a 180°, en particular inferior a 120°, ventajosamente inferior a 90°.

En otra realización de la invención, la primera pista conductora de recepción tiene un primer período referido al ángulo, la segunda pista conductora de recepción tiene un segundo período referido al ángulo y la tercera pista conductora de recepción tiene un tercer período referido al ángulo. El tercer período está referido a un ángulo igual al tercer período o del mismo tamaño que el tercer período.

Configuraciones ventajosas de la invención se hallan en las reivindicaciones dependientes.

Más detalles y ventajas del dispositivo de medición de ángulos inductivo de acuerdo con la invención resultan de la siguiente descripción de dos ejemplos de realización con la ayuda de las figuras adjuntas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La figura 1, muestra una vista en perspectiva del dispositivo de medición de ángulos en una vista de despiece ordenado,

la figura 2, una vista en planta desde arriba de un elemento de escaneo,

la figura 3, una vista detallada del elemento de escaneo,

la figura 4, una vista en planta desde arriba de un elemento de escala de acuerdo con un primer ejemplo de realización,

la figura 5, una vista detallada del elemento de escala de acuerdo con el primer ejemplo de realización, la figura 6, una vista en perspectiva del dispositivo de medición de ángulos en el estado ensamblado, la figura 7, un diagrama con los cursos de una primera y una tercera señal así como de una señal general, la figura 8, un diagrama con el curso de una segunda señal,

la figura 9, una vista en planta desde arriba de un elemento de escala de acuerdo con otro ejemplo de realización,

la figura 10, una vista detallada del elemento de escala de acuerdo con el segundo ejemplo de realización.

DESCRIPCIÓN DE LAS FORMAS DE REALIZACIÓN

La invención se describe con la ayuda de un dispositivo de medición de ángulos de acuerdo con la figura 1. El dispositivo de medición de ángulos comprende un elemento de escaneo 1, que ser fijable a una carcasa 3, así como un elemento de escala 2 o una escala. El elemento de escala 2 puede unirse de forma no giratoria a un árbol 4 que es giratorio alrededor de un eje A con respecto a la carcasa. El dispositivo de medición de ángulos está destinado a detectar una posición angular absoluta en dirección circunferencial, correspondiente a una dirección de medición U, entre el elemento de escaneo 1 y el elemento de escala 2.

El elemento de escaneo 1 está realizado como placa de circuito impreso de varias capas y sirve para escanear el elemento de escala 2. El elemento de escaneo 1 mostrado en la figura 2 presenta, entre otros, una línea de excitación 1.4, que en el ejemplo de realización representado está configurado como pista conductora con varias espiras. Además, el elemento de escaneo 1 presenta una primera pista de escaneo TA1 situada radialmente en el interior. Esta pista de escaneo TA1 comprende primeras pistas conductoras de recepción 1.1, así como dos secciones 1.41, 1.42 de la línea de excitación 1.4. Las dos secciones 1.41, 1.42 discurren radialmente a ambos lados de las primeras pistas conductoras de recepción 1.1. Además, el elemento de escaneo 1 presenta una segunda pista de escaneo TA2 y dos secciones 1.42, 1.44 de la línea de excitación 1.4, extendiéndose ambas secciones 1.42, 1.44 radialmente a ambos lados de las segundas pistas conductoras de recepción 1.2. Finalmente, el elemento de escaneo 1 presenta una tercera pista de escaneo TA3 situada radialmente en el exterior, que comprende terceras pistas conductoras de recepción 1.3, así como dos secciones 1.43, 1.44 de la línea de excitación 1.4, extendiéndose las dos secciones 1.43, 1.44 radialmente a ambos lados de las terceras pistas conductoras de recepción 1.3. Las pistas conductoras de recepción 1.1, 1.2, 1.3 de cada pista de escaneo TA1, TA2, TA3 discurren en diferentes planos con orificios pasantes chapados, de modo que se evitan cortocircuitos no deseados en los puntos de cruce. En el ejemplo de realización mostrado están previstas varias capas en la estructura de placa de circuito impreso. Las pistas conductoras de recepción 1.1, 1.2, 1.3 de cada pista de escaneo TA1, TA2, TA3 presentan un recorrido espacialmente periódico que está configurado sustancialmente de forma sinusoidal o de manera sinusoidal. La abscisa de las líneas sinusoidales asociadas discurre a lo largo de una línea circular alrededor del eje A. A continuación, se indican las magnitudes de longitud en la dirección circunferencial o de medición U mediante dimensiones angulares. Las primeras pistas conductoras de recepción 1.1 presentan por tanto un primer período n1 referido al ángulo, siendo aplicable en el ejemplo de realización representado, en coordinación con las condiciones del elemento de escala 2, lo siguiente:

Las segundas pistas conductoras de recepción 1.2 presentan un segundo período n2 referido al ángulo, que se diferencia del primer período n1 , siendo aplicable lo siguiente:

U2 = 9,23° * n i

n2>m

Por el contrario, las terceras pistas conductoras de recepción 1.3 presentan un tercer período n3 referido al ángulo, que corresponde al primer período n 1 :

En el ejemplo de realización representado, cada una de las pistas conductoras de recepción 1.1, 1.2, 1.3 pasa por cuatro períodos completos (sinusoidales) n1, n2, n3. Dentro de su pista de escaneo TA1, TA2, TA3, las pistas conductoras de recepción 1.1, 1.2, 1.3 están respectivamente desplazadas entre sí a lo largo de la dirección de medición U. En este caso, las pistas conductoras de recepción 1.1, 1.2, 1.3 contiguas en la dirección circunferencial U están dispuestas dentro de su pista de escaneo TA1, TA2, TA3 de forma desplazada entre sí por 1/8 de los periodos n1, n2, n3. Las pistas conductoras de recepción 1.1, 1.2, 1.3 de cada pista de escaneo TA1, TA2, TA3 están conectadas eléctricamente de tal manera que finalmente pueden suministrar señales desfasadas respectivamente en 90° para cada pista de escaneo TA1, TA2, TA3. En el ejemplo de realización representado, las pistas conductoras de recepción 1.1, 1.2, 1.3 están interrumpidas respectivamente por huecos. Como es sabido, este tipo de construcción puede contribuir a reducir la sensibilidad a la inclinación relativa alrededor de un eje con orientación radial (inclinación basculante).

El elemento de escaneo está realizado de tal manera que el elemento de escala puede ser escaneado a lo largo de un segmento que se extiende únicamente a través de un ángulo a, que en el ejemplo de realización representado es de aproximadamente 45°.

En la figura 3, el elemento de escaneo 1 puede verse en una vista detallada aumentada. Las líneas discontinuas representan los centros radiales de las pistas conductoras de recepción 1.1, 1.2, 1.3, es decir, la abscisa de las líneas sinusoidales correspondientes alrededor del eje A, discurriendo la abscisa a lo largo de una línea circular. Las secciones 1.41, 1.42, 1.43, 1.44 de la línea de excitación 1.4 pueden presentar una pista conductora o, como en el ejemplo de realización, varias pistas conductoras.

En la figura 4, el elemento de escala 2 se muestra en una vista en planta desde arriba. El elemento de escala 2 se compone de un sustrato que en el ejemplo de realización mostrado está hecho de resina epoxi y sobre el que están dispuestas tres pistas de graduación TS1, TS2, TS3. Las pistas de graduación TS1, TS2, TS3 están configuradas de forma circular y dispuestas concéntricamente sobre el sustrato con diferentes radios en la dirección de medición U con respecto al eje de rotación A. La primera pista de graduación TS1 está dispuesta radialmente en el interior, la segunda pista de graduación TS2 está dispuesta radialmente entre la primera pista de graduación TS1 y la tercera pista de graduación TS3 y la tercera pista de graduación TS3 está dispuesta radialmente en el exterior.

Las pistas de graduación TS1, TS2, TS3 se componen respectivamente de una secuencia periódica de estructuras de graduación 2.1,2.2, 2.3 que en el ejemplo de realización representado están configuradas como zonas de graduación 2.11,2.21,2.31 eléctricamente conductoras, entre las cuales están dispuestas zonas de graduación 2.12, 2.22, 2.32 no conductoras. En el ejemplo mostrado, como material para las zonas de graduación 2.11,2.21,2.31 eléctricamente conductoras se aplicó cobre sobre el sustrato. En cambio, en las zonas de graduación 2.12, 2.22, 2.32 no conductoras entre las zonas de graduación 2.11 conductoras, 2.21,2.31 el sustrato no se recubrió.

En general, la primera pista de graduación TS1 comprende un primer número n1 de cuarenta primeras estructuras de graduación 2.1 dispuestas periódicamente con el mismo número de zonas no conductoras dispuestas entre ellas, en un intervalo angular de 360° o 2n. La tercera pista de graduación TS3 comprende un tercer número n3 idéntico de terceras estructuras de graduación 2.3 dispuestas periódicamente. Por lo tanto, es aplicable:

n1 = n3 = 40

En cambio, la segunda pista de graduación TS2 presenta un segundo número n2 de treinta y nueve segundas estructuras de graduación 2.2 dispuestas periódicamente en 360°:

n2 = 39

Además, la segunda pista de graduación TS2 presenta por tanto a lo largo de un intervalo angular de 360° un segundo número n2 de estructuras de graduación 2.2, que se diferencia del primer número n1 o del tercer número n3, siendo aplicable en particular también:

n2 < n1 y n2 < n3

La figura 5 muestra una vista detallada del elemento de escala 2. En esta se puede ver que una primera línea central M1 radial de la primera pista de graduación TS1 discurre a lo largo de un arco circular con el radio r1. De manera correspondiente, las líneas centrales M2, M3 radiales de la segunda pista de graduación TS2 y de la tercera pista de graduación TS3 discurren a lo largo de arcos circulares con los radios r2 y r3, respectivamente. En el ejemplo de realización representado, las pistas de graduación TS1, TS2, TS3 están dispuestas respectivamente a la misma distancia entre sí.

Como también puede verse en la figura 5, cada una de las primeras estructuras de graduación 2.1 se extiende a lo largo de un primer intervalo angular 01 que en el ejemplo de realización representado es de 9,00° (360°/n1). De manera correspondiente, cada una de las segundas estructuras de graduación 2.2 se extiende a lo largo de un segundo intervalo angular 02, aquí 9,23° (360°/n2). Finalmente, un tercer intervalo angular 03 a lo largo del cual se extienden respectivamente las terceras estructuras de graduación 2.3 es a su vez de 9,00° (360°/n3). Sin embargo, dado que el primer radio r1 es menor que el tercer radio r3, el período de graduación medido en milímetros es más corto en la primera pista de graduación TS1 que en la tercera pista de graduación TS3.

La primera pista de graduación TS1 está dispuesta en relación con a la tercera pista de graduación TS3, con respecto a la dirección de medición U, de tal manera que los centros de las zonas de graduación 2.11 conductoras de la primera pista de graduación TS1 y los centros de las zonas de graduación 2.32 no conductoras de la tercera pista de graduación TS3 quedan situadas sobre líneas Q, S orientadas radialmente, que están dispuestas de forma desplazada entre sí por el primer intervalo angular 01. Además, los centros de las zonas de graduación 2.12 no conductoras de la primera pista de graduación TS1 y los centros de las zonas de graduación 2.31 conductoras se encuentran en una línea R alineada radialmente. La línea R está dispuesta centralmente entre las líneas Q, S, es decir, respectivamente a una distancia de / 01. Como consecuencia, la primera pista de graduación TS1 está dispuesta en dirección circunferencial con un desfase de 180° con respecto a la tercera pista de graduación TS3.

Además, la primera pista de graduación TS1 o sus zonas de graduación 2.11 conductoras presentan una primera extensión radial H1, que en el ejemplo de realización representado es de 4,8 mm. La tercera pista de graduación TS3 o sus zonas de graduación 2.31 conductoras presentan una tercera extensión radial H3, en este caso de 4,09 mm. Por consiguiente, la primera extensión radial H1 es mayor que la tercera extensión radial H3, de modo que es aplicable lo siguiente:

H1 > H3.

En el estado ensamblado de acuerdo con la figura 6, el elemento de escaneo 1 y el elemento de escala 2 están axialmente opuestos entre sí, de modo que el eje A pasa por los puntos centrales de ambos elementos. En caso de un giro relativo entre el elemento de escala 2 y el elemento de escaneo 1, en las pistas conductoras de recepción 1.1, 1.2, 1.3 pueden ser generadas por efectos de inducción una primera, una segunda y una tercera señales S1, S2, S3 dependientes de la respectiva posición angular. La condición previa para la formación de las señales correspondientes S1, S2, S3 es que la línea de excitación 1.4 genere un campo de excitación electromagnético variable en el tiempo en la zona de las pistas de graduación TS1, TS2, TS3 escaneadas. En el ejemplo de realización representado, la línea de excitación 1.4 está configurada como una pista conductora plana y paralela con varias espiras, atravesada por corriente. El elemento de escaneo 1 presenta un circuito electrónico que comprende, por ejemplo, un componente ASIC 1.5 (figuras 1 y 6). Este circuito electrónico del elemento de escaneo 1 funciona no solo como elemento de evaluación, sino también como elemento de control de excitación, bajo cuyo control se genera la corriente de excitación que fluye entonces a través de la línea de excitación 1.4.

Cuando la línea de excitación 1.4 es atravesada por una corriente de excitación, alrededor de la línea de excitación 1.4 se forma un campo electromagnético orientado en forma de tubo o cilindro. Las líneas de campo del campo electromagnético así generado discurren en forma de círculos concéntricos alrededor de las líneas de excitación 1.4, dependiendo la dirección de las líneas de campo, de manera conocida, de la dirección de la corriente en las líneas de excitación 1.4. La dirección de la corriente de las secciones 1.41, 1.42, 1.43, 1.44 de la línea de excitación 1.4, adyacentes a una pista conductora de recepción 1.1, 1.2, 1.3 común, debe elegirse de modo que las líneas de campo en la zona de las pistas conductoras de recepción 1.1, 1.2, 1.3 presenten respectivamente la orientación deseada. Si, como en el ejemplo de realización representado, varias secciones 1.41, 1.42, 1.43, 1.44 de la línea de excitación 1.4 discurren paralelamente una al lado de otra, esto produce un efecto comparable que si una sola línea de excitación con un sección transversal correspondientemente mayor fuera atravesada por una corriente mayor.

Para el funcionamiento del dispositivo de medición de ángulos, en particular para la altura de los niveles recibidos de la primera y la tercera señales S1, S3, es importante qué tan grande es una primera distancia radial efectiva G1 o una tercera distancia radial efectiva G3 dentro de la primera pista de escaneo TA1 o la tercera pista de escaneo TA3 (figura 3). La primera distancia radial G1 para la primera pista de escaneo TA1 es la distancia entre el centro radial de la primera pista conductora receptora 1.1 y el centro radial de la sección 1.42 (o de la sección 1.41) de la línea de excitación 1.4. En el caso especial de que la línea de excitación 1.4 en la sección correspondiente estuviera compuesta solo por una pista conductora, sería decisivo el centro radial de esta pista conductora. En el ejemplo de realización representado, una sección 1.41, 1.42, 1.43, 1.44 comprende siempre varias pistas conductoras que discurren paralelamente, de modo que aquí el centro de las distintas pistas conductoras paralelas puede considerarse como centro radial de las secciones 1.41,1.42, 1.43, 1.44. En cualquier caso, para la determinación de las distancias radiales efectivas G1, G3 es decisiva la eficacia local de la línea de excitación 1.4. En este contexto, hay que tener en cuenta que varias pistas conductoras generan juntas un campo magnético de acuerdo con el principio de superposición. Por consiguiente, la distancia radial efectiva G1, G3 es la distancia entre el centro radial de las pistas conductoras de recepción 1.1, 1.3 y el centro de una pista conductora virtual que generaría el mismo campo magnético que un haz de pistas conductoras de la misma pista de escaneo TA1, TA3. De manera correspondiente, la tercera distancia radial efectiva G3 también se puede determinar para la tercera pista de escaneo TA3.

Por la corriente de excitación, en las pistas conductoras de recepción 1.1, 1.2, 1.3 son inducidas tensiones en función de la posición angular del elemento de escala 2, denominándose estas tensiones aquí como primera, segunda y tercera señales S1, S2, S3. Las figuras 7 y 8 muestran diagramas en los que en la abscisa está representado el ángulo<9>(véase la figura 6) y en la ordenada está representado el nivel de señal u. Los diagramas de las figuras 7 y 8 muestran respectivamente las condiciones en las que el ángulo de inclinación o muaré es igual a cero, es decir, condiciones ideales de instalación.

En la figura 7, la línea discontinua representa el curso de la primera señal S1, que es generada por la primera pista conductora de recepción 1.1 de la primera pista de escaneo TA1, cuando esta escanea la primera pista de graduación TS1. De manera correspondiente, la línea de puntos y rayas representa el curso de la tercera señal S3, que es generada por la tercera pista conductora de recepción 1.3 de la tercera pista de escaneo TA3, cuando esta escanea la tercera pista de graduación TS3. Debido a la configuración de la primera pista de graduación TS1 y de la tercera pista de graduación TS3 y a su disposición relativa (en particular de las estructuras de graduación 2.1, 2.3) entre sí, la primera señal S1 presenta un desfase de 180° con respecto a la tercera señal S3. Además, la primera señal S1 presenta un primer periodo de señal 11 referido al ángulo $. Asimismo, la tercera señal S3 presenta un tercer período de señal 13 referido al ángulo, que puede ser generada por la tercera pista conductora de recepción 1.3. El primer período de señal 11 es exactamente igual de grande que el tercer período de señal 13:

11 = 13

A partir de la primera señal S1 y de la tercera señal S3 puede ser generada una señal general SM (SM = S3 - S1). Para este fin, las primeras señales S1 de la primera pista de escaneo TA1, en particular la primera pista conductora de recepción 1.1, están interconectadas con la tercera señal S3 de la tercera pista de escaneo TA3, en particular de la tercera pista conductora de recepción 1.3, de manera que por una vinculación de este tipo se origina una señal general SM. En el ejemplo de realización representado esto se realiza mediante un sencillo circuito analógico en el elemento de escaneo 1, formándose por la vinculación una diferencia, de modo que aquí la señal general SM también podría denominarse señal diferencial. Debido al desfase de 180°, las partes perturbadores, por ejemplo por efectos de diafonía o armónicos de señal, tienen signos opuestos y, por lo tanto, se eliminan o al menos se reducen. En cualquier caso, es importante que la primera y la tercera señales S1, S3 se combinen, en particular se sustraigan, en con igualdad de fase. La señal general SM presenta un período de señal ZM que es igual de grande que el primer período de señal Z1 o el tercer período de señal Z3:

m = 11 = £3

Los errores de muaré se producen por una inclinación del elemento de escaneo 1 con respecto al elemento de escala 2 alrededor de un eje de inclinación, que tiene una componente paralela al eje A. En el caso de una inclinación del elemento de escaneo 1 con respecto al elemento de escala 2 en el sentido de un movimiento muaré, el curso de la primera señal S1 se desplaza a lo largo de la abscisa y el curso de la tercera señal S3 se desplaza en direcciones opuestas. A pesar de esta desviación geométrica de la configuración ideal, la señal general SM permanece prácticamente inalterada. Por lo tanto, la señal SM generada de esta manera, en particular su posición de fase, es casi independiente de los errores de muaré relacionados con la tolerancia. En los dispositivos de medición de ángulos convencionales, una inclinación de este tipo provocaría una diferencia de fase entre la señal de pista fina y la señal de pista gruesa, lo que conduciría a una combinación incorrecta de ambas señales o a una formación de conexión incorrecta. Esto finalmente daría como resultado una información de posición angular incorrecta.

En el ejemplo de realización representado es especialmente importante evitar errores de muaré, porque el elemento de escaneo 1 está realizado de tal manera que el elemento de escala 2 solo puede escanearse en un ángulo limitado, es decir, en un segmento, y no en toda la circunferencia. Con un escaneo a través de toda la circunferencia, el error muaré se autocompensaría en gran medida.

Si el espacio de aire axial entre el elemento de escaneo 1 y el elemento de escala 2 cambia, por ejemplo, como consecuencia de un calentamiento, por ejemplo, del árbol 4, el comportamiento de distancia de la primera pista de escaneo TA1 se diferenciaría del comportamiento de distancia de la tercera pista de escaneo TA3 sin medidas especiales. Este efecto dificultaría la reducción del error muaré. Para minimizar este efecto indeseable, la primera distancia radial efectiva G1 es mayor que la tercera distancia radial efectiva G3:

G1 > G3

Mediante este tipo de construcción se armoniza la influencia de cambios de distancia en las respectivas amplitudes o niveles de señal. A este respecto también ayuda el tipo de construcción descrito anteriormente, según el cual en el lado del elemento de escala 2, la primera extensión radial H1 es mayor que la segunda extensión radial H3.

Por las primeras pistas conductoras de recepción 1.1 y las terceras pistas conductoras de recepción 1.3 pueden ser generados valores de posición angular de mayor resolución para la posición angular relativa, mientras que por las segundas pistas conductoras de recepción 1.2 pueden generarse valores de posición angular de menor resolución. En consecuencia, el segundo período de señal 12 de la segunda señal S2 (véase la figura 8) es mayor que el primer período de señal H o el tercer período de señal 13.

Por lo tanto, la señal general SM, en gran medida libre de errores de muaré, puede considerarse como una señal virtual de pista fina, que para determinar una información de posición angular absoluta puede combinarse con la segunda señal S2, angularmente más gruesa,. En el ejemplo de realización representado se realiza para ello un cálculo digital en el ASIC 1.5 con la ayuda de un procedimiento de nonio o vernier.

Mediante el dispositivo de medición de ángulos realizado de esta manera puede generarse una información de posición angular absoluta, que en gran medida está libre de errores de muaré y por tanto garantiza una mayor precisión de medición, incluso si el elemento de escaneo 1 escanea el elemento de escala 2 solo en un segmento comparativamente corto y se pueden permitir tolerancias de montaje comparativamente grandes.

Con la ayuda de las figuras 9 y 10 se describe una forma de realización adicional (segundo ejemplo de realización) de la invención. Esta difiere del primer ejemplo de realización sustancialmente en que el elemento de escala 2' está configurado de tal manera que la primera pista de graduación interior TS1' está dispuesta más cerca de la segunda pista de graduación TS2' que la tercera pista de graduación TS3' más exterior. De manera correspondiente, la primera pista de graduación TS1' discurre a lo largo de un primer arco circular y presenta una primera línea central radial M1' con un primer radio r1'. La segunda pista de graduación TS2' discurre a lo largo de un segundo arco circular y presenta una segunda línea central radial M2' con un segundo radio r2'. Finalmente, la tercera pista de graduación TS3' discurre a lo largo de un tercer arco circular y presenta una tercera línea central radial M3' con un tercer radio r3'. Por consiguiente, es aplicable:

En particular:

Por lo demás, el elemento de escala 2' de acuerdo con el segundo ejemplo de realización está configurado en gran medida de forma idéntica al elemento de escala 2 del primer ejemplo de realización. En el segundo ejemplo de realización, los radios de las pistas de escaneo del elemento de escaneo están adaptados a los radios r1', r2', r3' o a los recorridos de las pistas de graduación TS1', TS2', TS3'.

Claims

REIVINDICACIONES 1. Dispositivo de medición de ángulos inductivo que presenta un elemento de escaneo (1) y un elemento de escala (2; 2'), en el que el elemento de escala (2; 2') comprende - una primera pista de graduación (TS1; TS1') con primeras estructuras de graduación (2.1) que están dispuestas periódicamente, - una segunda pista de graduación (TS2; TS2') con segundas estructuras de graduación (2.2) que están dispuestas periódicamente, y - una tercera pista de graduación (TS3; TS3') con terceras estructuras de graduación (2.3) que están dispuestas periódicamente, y en el que - a lo largo de un intervalo angular predeterminado, la primera pista de graduación (TS1; TS1') y la tercera pista de graduación (TS3; TS3') presentan el mismo primer número (n1, n3) de estructuras de graduación (2.1,2.3), mientras que la segunda la pista de graduación (TS2; TS2') presenta un segundo número (n2) de estructuras de graduación (2.2) que es diferente del primer número (n1, n3), - las pistas de graduación (TS1, TS2, TS3; TS1', TS2', TS3') están dispuestas concéntricamente alrededor de un eje (A), de modo que la primera pista de graduación (TS1; TS1') está dispuesta radialmente en el interior, la segunda pista de graduación (TS2; TS2') está dispuesta radialmente entre la primera pista de graduación (TS1; TS1') y la tercera pista de graduación (TS3; TS3') y la tercera pista de graduación (TS3; TS3') está dispuesta radialmente en el exterior, el elemento de escaneo (1) presenta - una línea de excitación (1.4) y - una primera pista conductora de recepción (1,1), - una segunda pista conductora de recepción (1.2) y - dispone de una tercera pista conductora de recepción (1.3), y en el que - la primera pista de graduación (TS1; TS1') puede ser escaneada por la primera pista conductora de recepción (1.1) para la generación de una primera señal (S1) con un primer período de señal (11) referido al ángulo, - la segunda pista de graduación (TS2; TS2') puede ser escaneada por la segunda pista conductora de recepción (1.2) para la generación de una segunda señal (S2) con un segundo período de señal (12) referido al ángulo y - la tercera pista de graduación (TS3; TS3') puede ser escaneada por la tercera pista conductora de recepción (1.3) para la generación de una tercera señal (S3) con un tercer período de señal (13) referido al ángulo, y en el que la primera pista de graduación (TS1; TS1') tiene una primera extensión radial (H1) y la tercera pista de graduación (TS3; TS3') tiene una tercera extensión radial (H3), siendo la primera extensión radial (H1) mayor que la tercera extensión radial (H3) y el primer período de señal (11) es igual al tercer período de señal (13) y a partir de la primera señal (S1) y la tercera señal (S3) puede ser generada una señal general (SM) que se puede combinar con la segunda señal (S2) para determinar una información de posición angular absoluta.
2. Dispositivo inductivo de medición de ángulos de acuerdo con la reivindicación anterior, en el que la primera pista de graduación (TS1; TS1') está dispuesta en dirección circunferencial con un desfase superior a 150° e inferior a 210° con respecto a la tercera pista de graduación (TS3; TS3').
3. Dispositivo inductivo de medición de ángulos de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el dispositivo de medición de ángulos presenta un circuito analógico, por el que puede ser generada la señal general (SM) mediante la vinculación de la primera y la tercera señales (S1, S3).
4. Dispositivo inductivo de medición de ángulos de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que para formar la señal general (SM), la primera señal (S1) y la tercera señal (S3) están vinculadas entre sí mediante una operación de adición o sustracción.
5. Dispositivo inductivo de medición de ángulos de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el dispositivo de medición de ángulos presenta un circuito adicional, a través del cual puede ser generada la información de posición angular absoluta a partir de la señal general (SM) y de la segunda señal (S2) mediante un procedimiento de nonio.
6. Dispositivo inductivo de medición de ángulos de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el circuito adicional está realizado como circuito digital.
7. Dispositivo inductivo de medición de ángulos de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento de escaneo (1) comprende una primera pista de escaneo (TA1) radialmente interior y una tercera pista de escaneo (TA3) radialmente exterior, y en el que la primera pista de escaneo (TA1) comprende - la primera pista conductora de recepción (1.1), así como - al menos una sección (1.41, 1.42) de la línea de excitación (1.4), que está dispuesta a una primera distancia radial efectiva (G1) de la primera pista conductora receptora (1.1), y la tercera pista de escaneo (TA3) comprende - la tercera pista conductora de recepción (1.3), así como - al menos una sección (1.43, 1.44) de la línea de excitación (1.4), que está dispuesta a una tercera distancia radial efectiva (G3) de la tercera pista conductora receptora (1.3), siendo la primera distancia radial efectiva (G1) mayor que la tercera distancia radial efectiva (G3).
8. Dispositivo inductivo de medición de ángulos de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el segundo período de señal (12) es mayor que el primer período de señal (H ) o el tercer período de señal (13).
9. Dispositivo de medición de ángulos inductivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento de escala (2') está realizado de manera que - la primera pista de graduación (TS1') discurre a lo largo de un primer arco circular y presenta una primera línea central radial (M1') con un primer radio (r1'), - la segunda pista de graduación (TS2') discurre a lo largo de un segundo arco circular y presenta una segunda línea central radial (M2') con un segundo radio (r2') y - la tercera pista de graduación (TS3') discurre a lo largo de un tercer arco circular y presenta una tercera línea central radial (M3') con un tercer radio (r3'), siendo aplicable:
10. Dispositivo inductivo de medición de ángulos de acuerdo con la reivindicación 9, siendo aplicable: (r2‘ - r1‘) < (r3‘ - r2‘).
11. Dispositivo inductivo de medición de ángulos de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento de escaneo (1) está realizado de tal manera que el elemento de escala (2; 2') puede ser escaneado por el mismo solo en al menos un segmento.
12. Dispositivo inductivo de medición de ángulos de acuerdo con la reivindicación 11, en el que el al menos un segmento se extiende a través de un ángulo (a) inferior a 180°, en particular inferior a 120°.
13. Dispositivo inductivo de medición de ángulos de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que la primera pista conductora de recepción (1.1) presenta un primer período (n1) referido al ángulo y la tercera pista conductora de recepción (1.3) presenta un tercer período (n3) referido al ángulo, estando realizado el elemento de escaneo (1) de tal manera que el primer período (n1) es igual al tercer período (n3).
14. Dispositivo inductivo de medición de ángulos de acuerdo con la reivindicación 13, en el que la segunda pista conductora de recepción (1.2) presenta un segundo período (n2) referido al ángulo, estando realizado el elemento de escaneo (1) de tal manera que el segundo período (n2) es mayor que el primer período (n1).