ITRM20080138A1

ITRM20080138A1 - Apparecchiatura di rivelazione di anormalita per codificatore assoluto del tipo a rotazione.

Info

Publication number: ITRM20080138A1
Application number: IT000138A
Authority: IT
Inventors: Yasukazu Hayashi; Shinji Shibata
Original assignee: Okuma Machinery Works Ltd
Priority date: 2007-03-16
Filing date: 2008-03-13
Publication date: 2008-09-17
Also published as: US7659714B2; CN101266155A; CN101266155B; DE102008014074A1; JP4995605B2; JP2008232648A; US20080224693A1; DE102008014074B4

Description

FONDAMENTO DELLA INVENZIONE

CAMPO DELLA INVENZIONE

La presente invenzione fa riferimento ad una apparecchiatura di rivelazione di anormalità per un codificatore assoluto del tipo a rotazione che include una parte di rotore ed una parte di statore disposte indipendentemente l'una dall'altra, in cui una informazione indicante una posizione assoluta registrata nella parte di rotore viene letta da un sensore assoluto disposto nella parte di statore.

DESCRIZIONE DELLA TECNICA CORRELATA

Qui di seguito, sistemi di azionamento in cui in cui ingranaggi di riduzione, che includono un ingranaggio elicoidale o quant 'altro, sono combinati con un servomotore che è stato utilizzato nell'albero di rotazione di tavole circolari o quant'altro di utensili di macchina.

Un sistema di azionamento che impiega ingranaggi di riduzione, tuttavia, soffre di un problema di precisione diminuita attribuita al gioco ed alla limitazione del miglioramento della velocità di rotazione. Perciò, di recente, sono entrati in utilizzazione, per l'albero di rotazione, sistemi ad azionamento di motore diretto, in cui è incorporato un motore integrato e che fornisce più facilmente una precisione superiore ed una velocità superiore.

In genere, un codificatore assoluto del tipo a rotazione è utilizzato nell'albero di rotazione del sistema ad azionamento di motore diretto, allo scopo di eseguire una rivelazione di posizione del polo magnetico, una rivelazione di velocità ed una rivelazione di posizione, che sono necessarie per il controllo del motore integrato.

Un tipo di codificatore assoluto del tipo a rotazione è quello descritto ad esempio, nella Pubblicazione Di Brevetto Giapponese JP-A-2005-61907 (Documento Brevettuale 1) . In questo codificatore assoluto del tipo a rotazione, una parte di rotore genera un codice assoluto, in cui tutti gli N bit continui in una qualsiasi posizione di rotazione desiderata sono tutti differenti, ed una parte di statore legge il codice degli N bit nella parte di rotore, in modo da rivelare una posizione assoluta.

Con una apparecchiatura di rivelazione di anormalità di questo codificatore assoluto del tipo a rotazione, se anche un bit del codice degli N bit viene letto in modo erroneo, è possibile che potrebbe essere determinata una posizione assoluta erronea senza rivelare con buon esito un qualsiasi errore (anormalità). Anche in tal caso, tuttavia, la parte di rotore viene rotata, per cui l'errore nella posizione assoluta può essere immediatamente rivelato. Nel frattempo, quando la normalità della posizione assoluta viene resa rivelabile in una condizione statica, per aumentare l'affidabilità della posizione assoluta, è stato necessario che la parte di statore sia in grado di leggere un codice assoluto di circa 2N bit come bit ridondanti per rivelazione di errore. Quando deve esser letto un codice assoluto tanto grande quanto 2N bit, sulla superficie della parte dello statore deve essere disposto un sensore per leggere il codice assoluto, in conformità con la curvatura della parte di rotore. Inoltre, le parti di statore devono essere singolarmente preparate per le rispettive dimensioni delle parti di rotore. A causa di questi requisiti, rimane il problema della difficoltà di gestite una ampia gamma di diametri di rotore con un tipo di parte di statore, come indicato nel documento brevettuale 1.

Inoltre, come metodo per migliorare l'affidabilità del codificatore assoluto, è stato utilizzato un metodo in cui due codificatori assoluti sono disposti meccanicamente. Questo metodo, tuttavia, è problematico dal momento che lo spazio richiesto per l'installazione del codificatore è fondamentalmente raddoppiato, mentre i costi associati sono il doppio, o perfino di più.

SOMMARIO DELLA INVENZIONE

Secondo una apparecchiatura di rivelazione di anormalità per un codificatore assoluto del tipo a rotazione secondo la presente invenzione, nel caso in cui sia stato erroneamente letto un codice assoluto, portando ad un errore nel determinare una posizione assoluta, l'anormalità della posizione assoluta può essere rivelata sicuramente confrontando due posizioni assolute rivelate dalle due parti di statore. Di conseguenza, è possibile utilizzare la parte di statore che può leggere soltanto il minimo codice assoluto richiesto. Inoltre, la realtà della rivelazione della posizione assoluta può essere migliorata realizzando un codificatore assoluto in grado di far fronte a rotori di molti diametri, utilizzando un unico disegno della parte di statore.

Inoltre, nel caso in cui le due parti di statore siano disposte in posizioni che differiscono di 180 gradi rispetto al centro di rotazione della parte di rotore, una precisione ridotta che deriva dalla eccentricità della parta di rotore può essere vantaggiosamente compensata trovando la posizione media delle due posizioni assolute rivelate. Perciò, il pregio di ottenere una precisione superiore può esser combinato con il miglioramento della affidabilità della posizione assoluta disponendo le due parti di statore.

Inoltre, confrontato con una apparecchiatura in cui due insiemi di codificatori assoluti sono disposti per migliorare l'affidabilità, il codificatore assoluto della presente invenzione può utilizzare una parte comune di rotore e, perciò può essere configurato in uno spazio di installazione più piccolo e ad un costo inferiore.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

La figura 1 è una vista che mostra una forma di realizzazione di una apparecchiatura di rivelazione di anormalità per un codificatore assoluto secondo la presente invenzione;

la figura 2 è una vista che mostra un'altra forma di realizzazione di una apparecchiatura di rivelazione di anormalità per un codificatore assoluto secondo l'invenzione;

la figura 3 è uno schema a blocchi che mostra un esempio di un circuito di elaborazione di segnale che è integrato in ciascuna delle parti 3 e 13 di statore in figura 1;

la figura 4 è uno schema a blocchi che mostra un esempio di un circuito di elaborazione di segnale che è integrato in un dispositivo esterno 9 in figura 1;

la figura 5 è uno schema a blocchi che mostra un esempi di un circuito di elaborazione di segnale che è integrato in una parte di statore 33 in figura 2; e

la figura 6 è una tabella per spiegare i contenuti di una ROM 32 in figura 3 oppure in figura 5.

DESCRIZIONE DELLE FORME DI REALIZZAZIONE PREFERITE

Ora, in unione con i disegni, saranno descritte forme di realizzazione della presente invenzione.

FORMA DI REALIZZAZIONE 1

La figura 1 è una vista che mostra una forma di realizzazione 1 di una apparecchiatura di rivelazione di anormalità per un codificatore assoluto del tipo a rotazione secondo la presente invenzione. Parti 3 e 13 di statore sono disposte in opposizione con un rotore 2 frapposto tra loro. Ciascuna delle parti 3 e 13 di statore è nella forma di un parallelepipedo rettangolare e, in genere, localizzata adiacente alla superficie periferica esterna del rotore 2 conformato a disco. Di conseguenza, una linea orizzontale che passa attraverso il centro del rotore 2 nelle parti 3 e 13 di statore è la più vicina al rotore 2, e le parti 3 e 13 di statore diventano più distanti dal rotore 2 sopra e sotto la posizione della linea orizzontale. Cinque sensori magnetici 4, 5, 6, 7 e 8, e 14, 15, 16, 17 e 18, che sono disposti in intervalli essenzialmente uguali con spaziature predeterminate, sono disposti rispettivamente su quelle superfici delle parti 3 e 13 di statore che sono opposte alla parte periferica esterna del rotore 2. Inoltre, sebbene non mostrati, magneti permanenti che generano flussi magnetici verso il centro del rotore 2 sono integrati nelle parti 3 e 13 di statore.

A titolo di esempio, il rotore 2 conformato a disco, che è realizzato in un materiale magnetico e che è centralmente dotato di un foro, è unito ad un albero cavo 1 che può esser collegato all'albero di rotazione di un motore. Un codice ciclico, che indica una posizione assoluta con 5 bit ed il cui ciclo di circolazione 30, come indicato in una tavola in figura 6, è registrato nel rotore 2 incidendo la parte periferica esterna di questo rotore.

Si può inoltre osservare che un intervallo corrispondente ad un singolo bit del codice ciclico registrato nel rotore 2 è sostanzialmente lo stesso intervallo di ciascuno degli intervalli di disposizione dei sensori magnetici 4, 5, 6, 7 ed 8 e dei sensori magnetici 14 15, 16, 17 e 18 che sono rispettivamente disposti sulle parti 3 e 13 di statore.

Appresso, sarà descritto il circuito di elaborazione di segnale di ciascuna delle parti 3 e 13 di statore.

La figura 3 è uno schema a blocchi che mostra il circuito di elaborazione di segnale che è integrato nella parte 3 di statore. Segnali SO, SI, S2, S3 e S4, che sono stati rispettivamente rilevati dai cinque sensori magnetici 4, 5, 6, 7 ed 8 e che indicano le condizioni concava/convessa della periferia esterna del rotore 2, sono convertiti da un circuito di binarizzazione 31 in dati MC che indicano che i 5 bit del codice ciclico nella parte periferica esterna del rotore 2 sono stati letti dai sensori magnetici, e che i dati MC sono immessi ad una ROM 32 come un segnale di indirizzo.

Nella ROM 32, i dati di un indirizzo corrispondente vengono prememorizzati in modo tale che i dati corrispondano ad una posizione di rotazione del rotore 2, in modo tale che il codice ciclico (5 bit) registrato nel rotore 2 ed avente il ciclo di circolazione di 30 sia associato all'indirizzo, come indicato nella tabella in figura 6. Qui, i dati esadecimali $0000 corrispondono ad un angolo di rotazione di 0 gradi, ed i dati $ 8000 corrispondono ad un angolo di rotazione di 180 gradi.

Così, la ROM 32 converte l'indirizzo in dati che indicano i dati PO di posizione assoluta del rotore 2, in base ai dati MC. Quando una IF di trasmissione/ricezione 30 riceve un comando di richiesta RX1 dal dispositivo di controllo di motore o quant'altro di un dispositivo esterno 9 in figura 1, converte i dati di posizione assoluta PO del rotore 2 in un segnale di comunicazione seriale TX1, e quindi trasmette il segnale TX1 al dispositivo esterno 9 ad esempio un dispositivo di controllo di motore.

D'altro canto, lo stesso circuito di elaborazione di segnale di quello mostrato in figura 3 può alternativamente essere fornito nella parte 13 di statore. Nel circuito di elaborazione di segnale incluso nella parte 13 di statore, i sensori 4, 5, 6, 7 ed 8 sono semplicemente rispettivamente sostituti con i sensori 14, 15, 16, 17 e 18, ed i segnali di comunicazione seriale RX1 e TX1 con segnali di comunicazione seriale RX2 e TX2. Le funzioni di entrambi i circuiti di elaborazione di segnale sono identiche.

La figura 4 è uno schema a blocchi che mostra l'elaborazione di rivelazione di posizione del dispositivo esterno 9 di figura 1. Tutte le variabili nello schema a blocchi sono marcate utilizzando una annotazione esadecimale a 16 bit, e sono espresse da un sistema di unità in cui i dati esadecimali $8000 corrispondono ad un angolo di rotazione di 180 gradi. Una IF di ricezione 201 converte il segnale di comunicazione seriale TX1 della parte 3 di statore in dati di posizione PI. Analogamente, una IF di ricezione 202 converte il segnale di comunicazione seriale TX2 della parte 13 di statore in dati di posizione P2. Durante il procedimento di produzione, l'angolo di montaggio M delle parti 3 e 13 di statore (in questa forma di realizzazione, i dati $ 8000 per il fatto che sono di 180 gradi) sono prememorizzati come sfalsamento 21 di posizione in una memoria non volatile o quant'altro. I dati di posizione P2 e l'angolo di montaggio M delle parti 3 e 13 di statore sono combinati come dati di posizione P3 dopo correzione dello sfalsamento di posizione.

Una unità di calcolo di media 22 esegue la elaborazione seguente per determinare la posizione media PA delle due posizioni assolute rivelate e, perciò, compensare l'effetto sulla precisione della eccentricità della parte 2 di rotore:

PA = PI (P3 - PI) /2 . (formula 1)

Una unità di sottrazione 23 esegue la elaborazione seguente per determinare la differenza DP dalle due posizioni assolute rivelate:

DP = P3 - PI . (formula 2)

Tuttavia, quando DP > $8000, vale DP = $10000 -DP.

Durante la produzione, il valore di soglia DS di una anormalità di rivelazione di posizione è prememorizzato come valore di deviazione impostato 24 in una memoria non volatile o quant'altro. Un comparatore 25 pone in uscita un segnale AL di anormalità di rivelazione di posizione nel caso in cui la differenza DP tra le due posizioni assolute rivelate sia maggiore del valore di soglia DS della anormalità di rivelazione di posizione. Il dispositivo di controllo di motore o quant'altro stabilisce una condizione di arresto di emergenza in risposta al segnale AL di anormalità di rivelazione di posizione, in risposta al quale il controllo di motore viene arrestato.

FORMA DI REALIZZAZIONE 2

La figura 2 è una vista che mostra una forma di realizzazione 2 di una apparecchiatura di rivelazione di anormalità per un codificatore assoluto del tipo a rotazione secondo l'invenzione. La figura 5 è uno schema a blocchi che mostra il circuito di elaborazione di segnale di una parte 33 di statore. A componenti corrispondenti a quelli della forma di realizzazione 1 mostrata in figura 1, ecc. sono assegnati numeri di riferimento identici, e la loro descrizione non viene ripetuta.

In questa forma di realizzazione, invece delle parti di 3 e 13 di statore in figura 1, sono incluse la parte 33 di statore ed una parte 43 di statore. La parte 43 di statore ha un circuito di elaborazione di segnale integrato per rivelare indipendentemente una posizione assoluta, ed il circuito di elaborazione di segnale è collegato ad un dispositivo esterno 34 ed alla parte 33 di statore attraverso una rete seriale accoppiata a bus. Questo circuito di elaborazione di segnale è pressoché lo stesso del circuito di elaborazione di segnale della parte 3 di statore in figura 1, la sola significativa differenza essendo che l'accoppiamento del bus consente una comunicazione seriale. Quando la parte 43 di statore riceve un comando di richiesta RX dal dispositivo esterno 34, converte i dati PO di posizione assoluta in un segnale di comunicazione seriale TX1, e quindi trasmette il segnale TX1 al dispositivo esterno 34 ed alla parte 33 di statore. Quando una IF 35 di trasmissione/ricezione nella parte 33 di statore, come mostrato in figura 5, riceve il comando di richiesta RX dal dispositivo esterno 34 in figura 2, riceve il segnale di comunicazione seriale TX1 trasmesso dalla parte 43 di statore, e quindi converte il segnale TX1 in una posizione assoluta PIO. Una unità di calcolo di media 22 determina la posizione media PAO di due posizioni assolute PIO e P30, e pone in uscita la posizione assoluta PAO da cui è stato annullato l'effetto della precisione diminuita attribuita alla eccentricità di una parte 2 di rotore. Inoltre, una unità di sottrazione 23 ed un comparatore 25 pongono in uscita un segnale ALO di anormalità di rivelazione di posizione quando la differenza DPO tra le due posizioni assolute PIO e P30 ha raggiunto o supera una direzione preimpostata DS. Inoltre, la IF 35 di trasmissione/ricezione converte la posizione media PAO e il segnale ALO di anormalità di rivelazione di posizione in un segnale seriale TX2, quindi pone in uscita questo segnale TX2 al dispositivo esterno 34.

Si dovrebbe osservare che, quando due parti di statore sono vincolate in modo da esser sempre disposte in opposizione in posizioni che differiscono di 180 gradi, non è necessario che l'angolo di montaggio M sia preimpostato. Inoltre, l'apparecchiatura di rivelazione di anormalità ha la funzione di verificare una condizione di installazione indicante se le due parti di statore siano disposte normalmente in posizioni che differiscono di 180 gradi, che aumentano vantaggiosamente la precisione.

In questo modo, secondo questa forma di realizzazione, viene rivelata una anormalità di rivelazione di posizione del codificatore assoluto che calcola un angolo assoluto utilizzando un codice ciclico irregolare, e la anormalità può essere riconosciuta dalla rivelazione di posizione in base alle due parti di statore, Di conseguenze le stesse parti di statore sono in grado di adattare rotori di una ampia varietà di diametri.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Apparecchiatura di rivelazione di anormalità per un codificatore assoluto del tipo a rotazione, comprendente: una parte di rotore, in cui viene registrata una informazione indicante una posizione assoluta all'interno di una rotazione; due parti di statore, su ciascuna delle quali è montato un sensore assoluto, che legge l'informazione indicante la posizione assoluta e registrata in detta parte di rotore, e che sono disposti indipendentemente in posizioni che differiscono di un angolo predeterminato di M gradi rispetto al centro di rotazione di detta parte di rotore; e una parte di rivelazione di anormalità che determina una anormalità di rivelazione di posizione quando la differenza tra la posizione assoluta rivelata da una di dette parti di statore e la posizione assoluta rivelata dall'altra parte di statore supera uno scarto impostato in precedenza per gli M gradi.
2. Apparecchiatura di rivelazione di anormalità per un codificatore assoluto del tipo a rotazione come definita nella rivendicazione 1, in cui un codice assoluto, in cui tutti i bit di N bit (N essendo un qualsiasi intero positivo desiderato di, almeno, 2) continui in una qualsiasi posizione desiderata sono differenti, viene reqistrato in detta parte di rotore, e dette due parti di statore rivelano le posizioni assolute leqqendo il codice deqli N bit in detta parte di rotore.
3. Apparecchiatura di rivelazione di anormalità per un codificatore assoluto del tipo a rotazione come definita nella rivendicazione 1, in cui: dette due parti di rotore sono disposte in opposizione, in posizioni che differiscono di 180 qradi rispetto al centro di rotazione di detta parte di rotore, e ciascuno ha un circuito di elaborazione di seqnale inteqrato per rivelare indipendentemente le posizioni assolute in modo da trasmettere le posizioni assolute rivelate ad un dispositivo esterno; e il dispositivo esterno determina una normalità di rivelazione di posizione quando la differenza tra due elementi di informazione di posizione assoluta ricevuti supera uno scarto impostato in precedenza per 180 qradi.
4. Apparecchiatura di rivelazione di anormalità per un codificatore assoluto del tipo a rotazione come definita nella rivendicazione 1 in cui: dette due parti di statore sono disposte in opposizione, in posizioni che differiscono di 180 gradi rispetto al centro di rotazione di dette parti di rotore, e ciascuna ha un circuito di elaborazione di segnale integrato per rivelare indipendentemente le posizioni assolute; e dette due parti di statore sono collegate ad un dispositivo esterno attraverso una rete seriale accoppiata a bus, ed una di dette parti di statore trasmette la posizione assoluta rivelata automaticamente al dispositivo esterno quando riceve un comando di richiesta dal dispositivo esterno; e l'altra parte di statore riceve la posizione assoluta trasmessa da detta una singola parte di statore, determina una anormalità di rivelazione di posizione, e comunica l'anormalità al dispositivo esterno, quando la differenza tra la posizione assoluta ricevuta e la posizione assoluta rivelata automaticamente da detta altra parte di statore supera uno scarto impostato in precedenza per 180 gradi.
5. Apparecchiatura di rivelazione di anormalità per un codificatore assoluto del tipo a rotazione come definita nella rivendicazione 1, in cui ciascuna di dette due parti di statore include una molteplicità di sensori magnetici, e detta molteplicità di sensori magnetici, in detta ciascuna parte di statore è disposta in modo rettilineo.