JP2020046429A - 機械の運動を検出するためのポジション検出システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】機械の運動を、例えば当該機械の非動作状態においても検出するためのポジション検出システム及び方法を提供する。【解決手段】ポジション検出システムは、それぞれ異なる極性の磁極同士が互いに並置されて一列に配置された複数の磁極ペア２１１，２１２において生成される磁界を検出するための第１のポジションセンサ２１と、一列に配置された複数の磁極ペアの中央に、一列に配置された複数の磁極ペアから離間して配置された個別磁石における磁界を検出するための第２のポジションセンサ２２と、第１及び第２のポジションセンサに対して相対的な機械の部材の運動に基づき検出された、第１のポジションセンサの検出結果と第２のポジションセンサの検出結果とを評価するための評価装置２０５と、を備えており、評価装置は、第１のポジションセンサの検出結果と第２のポジションセンサの検出結果とを、エラーの識別のために利用するように構成されている。【選択図】図３

Description

本発明は、機械、例えば回転機の運動を特に機械の非動作状態において検出するためのポジション検出システム及び方法に関する。

例えば、物体を運動させる目的、電気エネルギーを発生させる目的などのために、電気機械、モータ、発電機、回転機、リニアドライブなどのような機械が、多くの技術分野において使用される。適用事例によっては、運転中、規定された運動を機械によって実施することができるようにする目的で、機械の運転中及び／又は機械の運転開始時に、機械がどのような姿勢にあるのかを把握するのが重要である。

機械においては、機械の１つ又は複数の軸又はシャフトが、例えば機械の洗浄時などに、機械がスイッチオフされた状態で動かされる、ということが起こる。これによって、機械がスイッチオンされたときに、シャフト及び／又はこのシャフトに連結された機械部分の姿勢が不定となる。

いくつかの適用事例の場合、機械は任意の応用システムに組み込まれる。次いでその応用システムは、そこに組み込まれた機械と共にユーザに向けて移送される。搬送時に、例えば、回転機のシャフトが回転することも起こり得る。これによって応用システムの運転開始時に、回転機のシャフトの姿勢が不定となる。

このため、回転機のシャフトの姿勢又は回転機に連結された機械部分の姿勢を、応用システムの運転開始時に新たに初期化しなければならない。このことは、応用システムに応じて多大な手間がかかることを意味する。その結果として、運転開始に必要とされる時間が長くなり、それにより、運転開始、つまりは応用システムにかかるコストが高くなってしまう。

従って、本発明の課題は、上述の問題点を解決することができるようにした、機械の運動を検出するためのポジション検出システム及び方法を提供することである。特に、手間がかからず安価な回転機運転開始を実現することができるようにした、機械の非動作状態における数回の機械回転にわたる機械の運動を検出するためのポジション検出システム及び方法を提供したい。

この課題は、請求項１に記載の機械の運動を検出するためのポジション検出システムによって解決される。ポジション検出システムは、それぞれ異なる極性の磁極同士が互いに並置されて一列に配置された多数の磁極ペアにおいて生成される磁界を検出するための第１のポジションセンサと、一列に配置された複数の磁極ペアの中央に、当該一列に配置された複数の磁極ペアから離間して配置された個別磁石における磁界を検出するための第２のポジションセンサと、第１及び第２のポジションセンサに対して相対的な機械の部材の運動に基づき検出された、第１のポジションセンサの少なくとも１つの検出結果と第２のポジションセンサの少なくとも１つの検出結果とを評価するための評価装置と、を備えており、評価装置は、第１のポジションセンサの少なくとも１つの検出結果と第２のポジションセンサの少なくとも１つの検出結果とを、これらのポジションセンサの検出結果の評価におけるエラーの識別のために利用するように構成されている。

このポジション検出システムは、著しくコンパクトな磁気検出システムであり、このシステムは、冗長性及びセルフテストによってエラーの確率を著しく低減し、ひいては、高い安全性レベルを達成する。この場合、ポジション検出システムは、機械的負荷及び周囲の影響に対し著しくロバストである。しかも、このポジション検出システムは、省スペースであり製造において有利である。

ポジション検出システムの構造によって、検出可能な回転の回数に上限がない。しかも、このポジション検出システムは、完全に再現可能なシステム特性を達成することができるように構成されている。

このポジション検出システムによってもたらされる大きな利点とは、機械のシャフトの姿勢若しくはポジション及び／又は機械のロータの姿勢若しくはポジションを、常に大きな安全性を伴って検出することができる、ということである。この場合、機械のシャフトの運動又は機械のロータの姿勢を検出するための２つのセンサによって、確実な増分ポジションだけでなく、確実な絶対ポジションも提供される。その際にこれに伴ってもたらされる冗長性は、確実な増分ポジションの形成に必要とされるが、確実な絶対ポジションにおけるエラーの識別のために、この冗長性を利用することができる。

ポジション検出システムを、非動作状態でもポジションを簡単かつ確実に検出し得るように構成することができる。これによって、特に洗浄時に、機械が例えば非動作状態で動かされても、又は、機械が第１の場所から第２の場所に搬送されて、その際に機械のシャフトが回転したときなどでも、機械のロータの実際の姿勢が常に既知である。その結果、機械の運転開始時の初期化運転を省略することができる。

ポジション検出システムは、エネルギーを特に効率的に利用するために、機械のシャフト又はロータの回転が実際に生じたときに初めて、ポジション検出システムがアクティブ状態になるように構成されている。回転又は運動がもはや生じていなければ、ポジション検出システムは再び非アクティブ状態になる。従って、斯かるポジション検出システムは、受動的な動作態様を有する。ポジション検出システムは、極めて省エネ型で動作する。その理由は、数回転以内での絶対ポジションの検出は、持続的に電流供給することなくエネルギーバッファによって可能だからである。

ポジション検出システムのさらなる利点は、その高い信頼性にある。これによってポジション検出システムを、ポジションの信頼に足る特定が要求される回転機のために特に使用することができる。

従属請求項には、ポジション検出システムの有利なさらなる実施形態が記載されている。

既述のポジション検出システムは、電子回路と、少なくとも１つのスイッチとをさらに有することができ、この場合、電子回路は、磁界の変化が検出されたという、第１又は第２のポジションセンサからの信号の受信に対するリアクションとして、少なくとも１つのスイッチの動作を制御するための信号を送出するように構成されており、さらにこの場合、少なくとも１つのスイッチは、電子回路から送出された信号に対するリアクションとして、第１又は第２のポジションセンサのうちの一方のポジションセンサによる検出を、スイッチオン又はスイッチオフするように構成されている。

場合によっては、評価装置は、第１のポジションセンサの検出結果を評価する第１の制御ユニットと、第２のポジションセンサの検出結果を評価する第２の制御ユニットとを有する。これに加えて又は選択的に、第１のポジションセンサは、機械の部材の運動において増分ポジションを検出するように構成されている。これに加えて又は選択的に、第２のポジションセンサは、機械の部材の運動において絶対ポジションを検出し、かつ、機械の部材の運動の方向を識別するように構成されている。

評価装置を、機械の部材の数回転以内の絶対ポジションを評価するように構成することができる。

ポジション検出システムは、場合によってはさらに、第１のポジションセンサ、電子回路、少なくとも１つのスイッチ及び第２の制御ユニットに、電気エネルギーを供給するエネルギー供給装置を有する。

ここで考えられるのは、第１のポジションセンサ及び第２のポジションセンサはそれぞれＴＭＲセンサであり、又は、第１のポジションセンサはＴＭＲセンサであり、第２のポジションセンサはパラメータ設定可能なホールセンサである、ということである。

電気回路はフリップフロップ回路を有することができる。

少なくとも１つの既述のポジション検出システムを機械の一部分とすることができ、この機械はさらに少なくとも１つの可動部材を有し、この可動部材は機械によって回転運動させられるように駆動可能であり、この場合、少なくとも１つのポジション検出システムは、特に機械の非動作状態において、少なくとも１つの可動部材の運動を検出するために設けられている。この場合、機械の少なくとも１つの部材は、機械のロータ又はシャフトである。

少なくとも１つの既述のポジション検出システムを装置の一部分とすることができ、この装置はさらに、少なくとも１つの被駆動装置部材と、少なくとも１つの被駆動装置部材を回転運動又は直線運動させるように駆動する少なくとも１つの機械とを有する。この場合、少なくとも１つのポジション検出システムは、機械の少なくとも１つの部材の運動をその非動作状態において検出するために設けられている、又は、そのように構成されている。

さらに上述の課題は、第１のポジションセンサと第２のポジションセンサと評価装置とを有するポジション検出システムによって機械の運動を検出するための請求項１２に記載の方法によって解決される。この方法は、それぞれ異なる極性の磁極同士が互いに並置されて一列に配置された多数の磁極ペアにおいて生成される磁界を、第１のポジションセンサによって検出するステップと、一列に配置された複数の磁極ペアの中央に、当該一列に配置された複数の磁極ペアから離間して配置された個別磁石における磁界を、第２のポジションセンサによって検出するステップと、第１及び第２のポジションセンサに対して相対的な機械の部材の運動に基づき検出された、第１のポジションセンサの少なくとも１つの検出結果と第２のポジションセンサの少なくとも１つの検出結果とを、評価装置によって評価するステップとを有しており、評価装置は、第１のポジションセンサの少なくとも１つの検出結果と第２のポジションセンサの少なくとも１つの検出結果とを、これらのポジションセンサの検出結果の評価におけるエラーの識別のために利用する。

この方法によって、ポジション検出システムに関連してこれまでに挙げたものと同様の利点が達成される。

本発明のさらなる可能な具現化には、実施例に関してこれまでに説明した又は以下において説明する特徴又は実施形態の、明示的には挙げなかった組合せも含まれる。その際に、当業者であれば、本発明の個々の基本形態に対する改善又は補足として、個別の態様も付け加えるであろう。

次に、添付の図面を参照しながら実施例に基づき本発明について詳しく説明する。

部分断面図として描かれ第１の実施例によるポジション検出システムが組み込まれた、機械を備えた装置を示す概略図である。 ３次元で見たポジション検出システムを、第１の実施例によるブロック回路図においてこのシステムの電気的な構造と共に示す図である。 第１の実施例によるポジション検出システムのスイッチオン及びスイッチオフのための基本回路図を示す図である。 第２の実施例によるポジション検出システムのスイッチオン及びスイッチオフのための基本回路図を示す図である。 第３の実施例によるポジション検出システムのスイッチオン及びスイッチオフのための基本回路図を示す図である。 第４の実施例によるポジション検出システムのスイッチオン及びスイッチオフのための基本回路図を示す図である。

特段の記載がない限り、これらの図面において、同一の又は機能的に同等の要素には、同一の参照符号が付されている。

図１には、機械１０、ポジション検出システム２０、巻線温度センサ３０、及び、機械１０によって運動可能な装置部材４０を備えた装置１が示されている。

装置１を、物体を搬送するための装置とすることができ、又は、装置１は、物体を搬送するための装置を有することができ、この装置は、例えば、２つ以上の機械１０を有するロボット、回転機及び／又はリニアドライブが使用される搬送ベルトなどである。特に装置１は、ワークピース及び／又はワークピース加工用工具を運動させるための運動装置であり、又は、このような運動装置を備えており、この場合、運動装置は、機械１０を使用する又は機械１０を有する。選択的に、装置１をミキサとすることができ、又は、装置１はミキサを有することができる。さらに選択的に、装置１を遠心分離機とすることができ、又は、装置１は遠心分離機を有することができる。装置１について、さらに他の任意の可能な用途が考えられる。

機械１０において相応の磁界が生成される場合、ロータ１１はステータ１２に対し、ロータ１１が取り付けられた機械軸即ちシャフト１３を中心に回転可能である。シャフト１３は、機械１０のハウジング１６におけるベアリング１５によって、旋回可能に支承されている。巻線温度センサ３０によって、ステータ１２のコイル巻線の温度を検出可能である。

ポジション検出システム２０は、シャフト１３の回転を検出するために、つまりは、ロータ１１の回転も検出するために、図１の機械１０に設けられ配置されている。このためにポジション検出システム２０は２つのポジションセンサ２１、２２を有し、これらのセンサは、磁極ホイール２００における磁石の運動を識別することができる。磁極ホイール２００は、磁気分離ユニット１３５において固定的にシャフト１３と機械的に連結されている。磁気分離ユニット１３５は、非強磁性材料から形成されている。これにより分離ユニット１３５は、シャフト１３との機械的連結が行われていても、磁気的な分離を生じさせる。ポジションセンサ２１、２２は、ポジション検出システム２０の電子モジュール２０３に取り付けられている。以下において説明する機能に加えて、電子モジュール２０３はさらに、巻線温度センサ３０の検出結果を処理するように構成されている。

機械１０は、特に、以下において挙げる機械のうちの１つであり、即ち、モータ、発電機、交流機、三相交流機、液圧機械、空気圧機械などのうちの１つである。ただし、機械１０は、必ずしも回転機でなくてもよく、選択的にリニアドライブとすることができ、この場合にはロータがステータの上を直線的に移動する。

図２には、ポジション検出システム２０の構造が、１つの特別な実施例に従ってより詳しく示されている。この場合、図２の左側には、ポジション検出システム２０の機械的な構造が示されている。ポジション検出システム２０は、シャフト１３に配置された磁極ホイール２００を有する。

シャフト１３は、回転軸１３０を中心に回転可能である。シャフト１３の回転軸１３０は、図２の実施例の場合には磁極ホイール２００の回転軸と同一である。斯かる配置は、最小の所要スペースという点で最適化されている。より多くのスペースを利用可能であるならば、又は、用途によってそのことが要求されているならば、回転軸１３０の運動を選択的に他のシャフトによって測定することができ、この他のシャフトはここには図示されておらず、特に伝動装置を介して、回転軸１３０と連結されている。

図２の右側には、概略的なブロック回路図において電子モジュール２０３の電気的な構造が描かれている。第１のポジションセンサ２１及び第２のポジションセンサ２２に加えて、ポジション検出システム２０は、電子モジュール２０３において、第１及び第２の制御ユニット２１０、２２０を備えた評価装置２０５を有する。

第１のポジションセンサ２１は、多数の磁石２１１、２１２を備えた増分ポジションセンサとして構成されており、これらの磁石２１１、２１２は、互いに反発し合う即ちそれぞれ異なる極性を有する第１の磁極２１１及び第２の磁極２１２を備えている。第１のポジションセンサ２１の磁石２１１、２１２は、正確に言えば、これらの磁石の第１及び第２の磁極２１１、２１２は、図２の場合には、磁極ホイール２００の内壁において磁極ホイール２００の周囲に沿って交互に配置されている。ただし、選択的に、第１及び第２の磁極２１１、２１２を、磁極ホイール２００の外壁において磁極ホイール２００の周囲に沿って交互に配置することができる。図２の場合には、見やすくするために、すべての磁極２１１、２１２に参照符号が付されているわけではない。本実施例の場合、第１のポジションセンサ２１は角度センサである。

第１のポジションセンサ２１における第１及び第２の磁極２１１、２１２のペア数によって、シャフト１３が回転軸１３０を中心に回転したときにこのシャフト１３のポジションの検出を行える分解能が決定される。本実施例の場合、第１及び第２の磁極２１１、２１２から成る１１個のペアが設けられている。第１及び第２の磁極２１１、２１２から成るペアがより多く設けられるにつれて、検出分解能が高くなる。これに加えて、以下のことも当てはまる。即ち、第１及び第２の磁極２１１、２１２から成るペアがより多く設けられるにつれて、より高い品質を達成することができ、換言すれば、第１の制御ユニット２１０による増分ポジション評価を、より良好に実施することができる。このため第１のポジションセンサ２１は、その検出結果を信号２１５の形態で第１の制御ユニット２１０へ送信する。検出結果即ち信号２１５は、予め定められたタイミング又は予め定められたタイムインターバルで第１のポジションセンサ２１により検出され、第１の制御ユニット２１０へ送信される。

第２のポジションセンサ２２の磁石２２１、２２２は、磁極ホイール２００の中央に配置されている。磁石２２１、２２２は、互いに反発し合う即ちそれぞれ異なる極性を有する第１の磁極２２１及び第２の磁極２２２を備えている。磁石２２１、２２２は、図２の実施例の場合には円形磁石である。第２のポジションセンサ２２の磁石２２１、２２２は、第１のポジションセンサ２１の磁石２１１、２１２の中央に配置されてもいる。磁石２２１、２２２の中央とシャフト１３の中央は、図２の実施例の場合には、同一である。本実施例の場合、第２のポジションセンサ２２は角度センサである。例えば、角度センサは、約９０°ずらされて１つのチップに取り付けられた２つの磁気センサである。選択的に角度センサは、約９０°ずらされて１つの配線板上に取り付けられた２つの磁気センサである。ただし、角度センサについて、角度を検出可能な他のあらゆる実施形態が考えられる。

安全技術上の理由から必要とされるならば、第２のポジションセンサ２２に対し円形磁石の代わりに角のある磁石を選択することができ、これによって磁石２２１、２２２を取り付けるために形状を利用した嵌合が可能となる。形状を利用した嵌合によって、磁石２２１、２２２がその取り付けポジションから離脱不可能とすることが保証される。これに対して、円形磁石は、その取り付けポジションから、より簡単に離脱する可能性がある。しかしながら、円形磁石は角のある磁石よりも安価であるため、本実施例においては円形磁石離脱の欠陥が、以下でさらに詳しく説明するように、第２の磁石ユニットによって明らかにされる。

第２のポジションセンサ２２はその検出結果を信号２２５として、通信ライン２２７を介して第２の制御ユニット２２０へ送信する。この場合、検出結果即ち信号２２５は、予め定められたタイミング又は予め定められたタイムインターバルで第２のポジションセンサ２２により検出され、第２の制御ユニット２２０へ送信される。

リニアドライブの場合には磁極ホイール２００の代わりに、リニアドライブのステータの長さに沿って一列に相前後して並べられた多数の磁石２１１、２１２を用いることができる。斯かるケースの場合、第１及び第２のポジションセンサ２１、２２は長さ検出センサである。この場合には、長さ単位ごとに、可能な限り多くのピッチ周期が必要とされる。

第１の制御ユニット２１０は特に、中央処理ユニット（ＣＰＵ）２１３と少なくとも１つの記憶ユニット２１４とを備えたマイクロコントローラである。これに加えて、第２の制御ユニット２２０は特に、中央処理ユニット（ＣＰＵ）２２３と少なくとも１つの記憶ユニット２２４とを備えたマイクロコントローラである。

評価装置２０５は制御ユニット２１０、２２０を有する。制御ユニット２１０、２２０は、制御ユニット２１０、２２０間でデータ２３０を伝送することができるように、互いに接続されている。これにより制御ユニット２１０、２２０の各々が、両方のセンサ２１、２２の検出結果即ち信号２１５、２２５を、それらを評価する際に用いることができる。これに加えて、制御ユニット２１０、２２０の評価結果を、データ２３０として制御ユニット２１０、２２０間で伝送することができ、従って、制御ユニット２１０、２２０各々は評価結果にもアクセスすることができるようになる。これに加えて、制御ユニット２１０、２２０のうちの少なくとも一方は、シャフト１３が回転方向ＴＲ即ち反時計回りで何回転したのかを評価することができる。さらに評価装置２０５は、シャフト１３が回転方向ＴＲとは逆方向即ち時計回り方向で何回転したのかを評価することができる。これによって、シャフト１３の絶対ポジションも求めることができる。その結果として得られた評価結果には、ポジション検出におけるエラーの識別に利用可能な確実なポジションが含まれる。いずれにせよ、評価装置２０５は、制御ユニット２２０と共に、センサ２２の検出結果に基づきシャフト１３の絶対ポジションを形成する。制御ユニット２１０，２２０により形成された増分ポジションの比較によって、エラーの発見が実現され、それによって確実なポジションを特定することができるようになる。この場合、エラーの発見によって、シャフト１３の絶対ポジションを形成するときに影響をもたらす可能性のある起こり得るエラーの一部分が見つけられる。

評価装置２０５は、本実施例の場合には機械１０の一部分である。選択的に、制御ユニット２１０、２２０の少なくとも一方を、機械１０の外部に設けることができる。しかも、評価装置２０５は、外部の装置５０に接続されており、これは、例えば制御センタ（ホスト）である。評価装置２０５は、機械１０がスイッチオンされると、上述の評価結果をデータ２４０として外部の装置５０へ送信するように構成されている。この評価結果即ちデータ２４０には、機械１０のスイッチオフ状態において第２の制御ユニット２２０により確実に形成された確実なポジションが含まれる。

このようにしてポジション検出システム２０は、一方では、シャフト１３又はロータ１１の絶対ポジションの検出を、第２のポジションセンサ２２によって提供し、シャフト１３又はロータ１１の絶対ポジションの評価を、第２の制御ユニット２２０によって提供する。これに加えて、制御ユニット２２０において、第２のポジションセンサ２２の検出結果即ち信号２２５を、機械１０の部材であるシャフト１３が運動する方向を識別するために用いることができる。他方、ポジション検出システム２０は、第１のポジションセンサ２１を用いて増分ポジション検出も提供し、さらに第１の制御ユニット２１０を用いて増分ポジション評価を提供し、これは高分解能のポジションのために必要とされる。これに加えて、制御ユニット２１０において、第２のポジションセンサ２１の検出結果即ち信号２１５を、機械１０の部材であるシャフト１３が運動する方向を識別するために用いることができる。この場合、第２のポジションセンサ２２を用いた絶対ポジション検出と、第１のポジションセンサ２１を用いた高分解能のポジション検出とによって、１つの全体システムが形成される。この全体システムにおいて、絶対ポジション検出及び高分解能ポジション検出は、互いに依存し合うシステムである。

これによって、第１のポジションセンサ２１とポジションセンサ２２とにより検出される確実な増分ポジションを形成するために必要とされる冗長性がもたらされている。このような冗長性を、第２のポジションセンサ２２により検出される確実な絶対ポジションにおけるエラーの識別のために利用することができる。この場合、両方のセンサ２１、２２の両方の検出結果即ち信号２１５、２２５を、予め定められた比較規則によって互いに比較することができる。検出結果即ち信号２１５、２２５が、ポジションに関して互いに異なる結果をもたらしているならば、評価装置２０５はポジション結果をエラーとして識別する。エラーが識別された場合、評価装置２０５は絶対ポジションをもはや送信することができない。このため、外部の装置５０は、対応するデータ２４０の欠落をエラーとして解釈する。例えば、磁極ホイール２００の磁石２１１、２１２又は磁石２２１、２２２の剥離によって、エラーが発生する可能性がある。ただし、その他のエラーも考えられる。

ポジション検出システム２０の斯かる構造及び構成の利点とは、第２のポジションセンサ２２及び制御ユニット２２０のような構造部分が、シャフト１３又はロータ１１の確実な増分ポジションを形成するために用いられる、ということである。この動作モードにおいて多くのエラーが発見され又は診断されるので、シャフト１３又はロータ１１の確実な絶対ポジションの１チャンネルの形成を、第２のポジションセンサ２２及び第２の制御ユニット２２０によって、高い自己診断率で実施することができる。

冗長性が必要とされないのであれば、第２のポジションセンサ２２及び制御ユニット２２０のみを設けるだけでよい。このケースにおいては、第１のポジションセンサ２１を備えた磁極ホイール２００及び第１の制御ユニット２１０は設けられていない。

選択的に可能であるのは、ポジション検出システム２０を構成する際に、第１の制御ユニット２１０及び／又は第１のポジションセンサ２１を、冗長性の要求に応じてスイッチオン又はスイッチオフすることである。ただし、ここで挙げたこれらのケースにおいては、評価装置２０５により求められるポジションの分解能及び品質は低くなる。

図３には、シャフト１３の非動作状態ポジション検出が必要とされるケースについて、ポジション検出システム２０の電気的な構造がさらに詳しく示されている。ポジション検出システム２０は、第１及び第２のポジションセンサ２１，２２に加えて、電子回路２３、スイッチ２４，２５、第１のエネルギー供給装置２６、第２のエネルギー供給装置２７、及び、評価装置２０５を有する。スイッチ２４，２５は、例えばトランジスタであり、特に金属酸化物半導体トランジスタである。回路２３は、例えばフリップフロップ回路であり、特にコンパレータ型フリップフロップ回路である。

第２のポジションセンサ２２のための磁石２２１，２２２は、図３においては図面を見やすくするため、これらの磁石２２１，２２２が磁極ホイール２００から分離されて描かれているにしても、実際には図２に示されているように磁極ホイール２００の中央に配置されている。

図３の回路の第１の動作モードにおいて、電子回路２３は、供給ライン２６０及びスイッチ２５を介して第１のエネルギー供給装置２６に接続されている。しかも、第２のポジションセンサ２２は、これに加えて、供給ライン２６１を介してエネルギー供給装置２６に接続されている。これによって、スイッチ２５が相応にスイッチングされているときに、第２のポジションセンサ２２にも電子回路２３にもエネルギー供給装置２６から電気エネルギーを供給可能である。図３の回路の第２の動作モードにおいて、第２のポジションセンサ２２は、供給ライン２６０、２６１及び相応にスイッチングされたスイッチ２４を介して、第２のエネルギー供給装置２７に接続される。従って、第２のポジションセンサ２２及び電子回路２３には、エネルギー供給装置２６、２７のうちの一方から常にエネルギーが供給されている。

これに対して、第２の制御ユニット２２０は、エネルギー供給装置２６、２７によるエネルギー供給に関して、３つの可能な動作モードを有する。第１の動作モードにおいて、第２の制御ユニット２２０は電子回路２３によってスイッチオフされている。その理由は、電子回路２３は第２のポジションセンサ２２を用いて回転を識別せず、かつ、第２のエネルギー供給装置２７はスイッチオフされているからである。第２の動作モードにおいて、第２の制御ユニット２２０に第１のエネルギー供給装置２６からエネルギーが供給される。その理由は、電子回路２３は第２のポジションセンサ２２を用いて回転を識別し、このため第２の制御ユニット２２０をスイッチオンするからである。第３の動作モードにおいて、第２の制御ユニット２２０は、供給ライン２６２及びスイッチ２４を介してエネルギー供給装置２７に接続されており、従って、第２の制御ユニット２２０に第２のエネルギー供給装置２７からエネルギーが供給される。その理由は、外部の装置５０が第２のエネルギー供給装置２７にエネルギーを供給するからである。

第２のエネルギー供給装置２７は、供給ライン２６２，２６３を介してエネルギー供給網から制御ユニット２１０，２２０に電気エネルギーを、特に選択可能な電圧ＶＣＣを供給する。これに対して、第１のエネルギー供給装置２６はバッテリとして構成されており、このバッテリは制御ユニット２２０にやはり選択可能な電圧ＶＣＣを供給することができる。電圧ＶＣＣの大きさは必要に応じて選択可能である。エネルギー供給装置２６を、再充電不可能なバッテリとして、又は、再充電可能なバッテリ即ち二次電池として、構成することができる。選択的に又はこれに加えて、エネルギー供給装置２６は少なくとも部分的に、機械１０の周囲からエネルギーを生成するエネルギー源として構成されており、このことはいわゆるエネルギーハーベスティングとして知られている。このためエネルギー供給装置２６は、例えば、周囲における振動、温度差、光エネルギー、空気流等を利用することができる。

第２のエネルギー供給装置２７から制御ユニット２２０にエネルギー供給する動作モードは、機械１０が既に設置されており、通常動作で運転される場合である。第１のエネルギー供給装置２６から制御ユニット２２０にエネルギー供給する動作モードは、エネルギー供給網が利用不可能な場合又はスイッチオンされていない場合であり、例えば、機械１０及びエネルギー供給装置２７がスイッチオフされている場合、又は、既述のように機械１０が搬送される場合、特に工場から機械１０の取り付け場所へ搬送される場合である。

よって、ポジション検出システム２０の機能は、図１の機械１０が非動作状態であっても保証されている。従って、動作モードに応じて第２の制御ユニット２２０に、選択的に第１のエネルギー供給装置２６又は第２のエネルギー供給装置２７から、エネルギー供給することができる。これに対して、第１の制御ユニット２１０及び第１のポジションセンサ２１は図３の回路においては、第１の制御ユニット２１０及び第１のポジションセンサ２１が第２のエネルギー供給装置２７のみからエネルギー供給可能であるように、結線されている。

後で説明するように、ポジション検出システム２０において第２のポジションセンサ２２は、回路２３のスイッチオン又はスイッチオフの機能を実施する。

図１の機械の場合、ロータ１１又はシャフト１３がステータ１２に対し相対的に移動すると、磁極ホイール２００において磁界Ｈが変化し、この磁界Ｈは、図３においてはセンサ２１、２２のところにごく概略的に描かれているにすぎない。磁界Ｈ又はその変化を、第１及び第２のポジションセンサ２１、２２によって検出することができる。第１及び第２のポジションセンサ２１、２２は磁界検出器として構成されており、これらは特にＴＭＲセンサ（ＴＭＲ＝tunnel magnetoresistance トンネル磁気抵抗）である。

第２のポジションセンサ２２が磁界Ｈ又は磁界交番を検出すると、第２のポジションセンサ２２は、検出結果を、アナログ信号又はディジタル信号２２５の形態で送出する。検出結果即ち信号２２５は電子回路２３に、さらには第２の制御ユニット２２０に伝送される。検出結果がアナログ信号２２５であれば、電子回路２３は、アナログ信号２２５をディジタル化する。電子回路２３は、第２のポジションセンサ２２が磁界Ｈ又は磁界交番を検出すると、既述のように、第２の制御ユニット２２０のエネルギー供給をスイッチオンする。既述のように第２の制御ユニット２２０において、検出結果即ち信号２２５は、図２に示した記憶ユニット２２３に記憶され、さらにこの検出結果即ち信号２２５を評価することができる。第２の制御ユニット２２０は、評価結果又は絶対ポジションも記憶ユニット２２３に記憶する。

電子回路２３は、この電子回路２３が検出結果をアナログ信号又はディジタル信号２２５の形態で受信することができ、ディジタル又はディジタル化されたアナログ信号２２５の側縁を識別することができるように、構成されている。電子回路２３がディジタル信号又はディジタル化されたアナログ信号２２５の側縁を識別すると、電子回路２３は信号２３５を、通信ライン２３７を介してスイッチ２４へ送出する。その結果、スイッチ２４は第２の制御ユニット２２０をスイッチオンする。このため、スイッチ２４は、第１のエネルギー供給装置２６を第２の制御ユニット２２０に接続する。これにより第２の制御ユニット２２０がスイッチオンされる。

その結果、第２の制御ユニット２２０は、機械１０の部材であるシャフト１３のどのような運動も検出し、それらの運動を評価することができる。

これに加えて、第１の制御ユニット２１０及び第１のポジションセンサ２１も、第２のエネルギー供給装置２７と直接、接続されている。既述のようにこのケースにおいては、第１のポジションセンサ２１の検出結果即ち信号２１５も、アナログ信号又はディジタル信号として通信ライン２１７を介して第１の制御ユニット２１０へ送信され、図２に示した記憶ユニット２１３に記憶される。既述のように第１の制御ユニット２１０及び第１のポジションセンサ２１は、絶対ポジションの形成に直接的には関与させられていない。

これにより機械１０の部材であるシャフト１３の絶対ポジションを、何回転かしたときに検出し評価することができる。しかも、時計回り又は反時計回りのシャフト１３の運動を検出し、シャフト１３の絶対ポジションの評価にあたって考慮することができる。

第２の制御ユニット２２０がスイッチオンされている場合、第２の制御ユニット２２０は、自身の電気エネルギー供給を、第２のポジションセンサ２２が磁界Ｈをもはや検出しなくなるまで、又は、検出すべき回転運動が終了するまで若しくは遅くなるまで、装置２６、２７の一方を介して維持する。ただし、磁界Ｈ又は磁界交番が再び検出されたならば、又は、回転運動が続行されているならば、既述のように電子回路２３は、第２の制御ユニット２２０への電流供給を再びスイッチオンする。従って、側縁識別は、少なくとも制御ユニット２２０によって実現されているポジション識別電子装置をスリープ解除する役割を果たし、機械１０の部材であるシャフト１３に関連づけられた回転運動識別を保証する。

ポジション検出システム２０はこのようにして、機械１０の部材１１、１３の運動を識別し、スリープ解除され、回転機１０の部材１１、１３であるシャフト１３、つまりはロータ１１の回転を計数する。その後、ポジション検出システム２０は再びスリープへ移行する。このようにして機械１０の部材１１、１３のポジションが維持され、装置１をスイッチオフ後、又は、機械１０若しくは装置１の取り付け場所又はユーザのところに搬送するケースにおいて、新たに初期化することなく再び運転開始することができる。

図４には、第２の実施例によるポジション検出システム２０Ａの電気的構造がさらに詳しく示されている。ポジション検出システム２０Ａによっても、必要に応じてシャフト１３の非動作状態ポジション検出が可能である。ポジション検出システム２０Ａは大部分、前述の実施例のポジション検出システム２０に関連して説明したのと同様に構成されている。

前述の実施例によるポジション検出システム２０とは異なり、ポジション検出システム２０Ａの場合には、付加的に少なくとも２つのホールセンサ２０１、２０２が設けられており、これらのホールセンサ２０１、２０２は、磁極ホイール２００の中央に配置された磁石２２１、２２２における磁界変化を検出する。これに加えて、電子回路２３のように構成可能な付加的な電子回路２３０が設けられている。

ホールセンサ２０１が磁石２２１、２２２において磁界変化を検出すると、ホールセンサ２０１はアナログ信号又はディジタル信号２０７を電子回路２３０へ送信する。ホールセンサ２０２が磁石２２１、２２２において磁界変化を検出すると、ホールセンサ２０２はアナログ信号又はディジタル信号２０８を電子回路２３へ送信する。電子回路２３、２３０のうちの少なくとも一方が、ディジタル化されたアナログ信号又はディジタル信号の側縁を識別すると、対応する電子回路２３、２３０は信号２３５をスイッチ２４へ送出し、これによってスイッチ２４は、図３を参照しながら既に説明したように、第２の制御ユニット２２０をスイッチオンする。次いで第２のポジションセンサ２２が磁石２２１、２２２において磁界変化を検出すると、第２のポジションセンサ２２はその検出結果即ちその信号２２５を、第２の制御ユニット２２０へ送信する。第１の制御ユニット２１０及び第１のポジションセンサ２１が、絶対ポジションの形成に関与させられていない場合でも、任意選択的に第１の制御ユニット２１０及び第１のポジションセンサ２１にも、第２のエネルギー供給装置２７からエネルギーを供給することができる。既述のようにこのケースにおいては、第１のポジションセンサ２１の検出結果即ち信号２１５も、アナログ信号又はディジタル信号として通信ライン２１７を介して第１の制御ユニット２１０へ送信されて処理される。

第２の制御ユニット２２０について図３を参照しながら既に説明したように、ホールセンサ２０１、２０２によって磁石２２１、２２２における磁界変化がもはや検出されなければ、第２の制御ユニット２２０のスイッチオフが行われる。

このようにしても、ポジション識別電子装置のスリープ解除及びスリープへの移行を実現することができる。このため図４の回路によっても、機械１０の部材であるシャフト１３に関連づけられた回転運動識別が保証される。

図５には、第３の実施例によるポジション検出システム２０Ｂの電気的構造がさらに詳しく示されている。ポジション検出システム２０Ｂによっても、必要に応じてシャフト１３の非動作状態ポジション検出が可能である。ポジション検出システム２０Ｂは大部分、第１の実施例のポジション検出システム２０に関連して説明したのと同様に構成されている。

ただし、ポジション検出システム２０Ｂの場合、第１の実施例によるポジション検出システム２０とは異なり、単一のスイッチ２４だけしか設けられておらず、さらに制御ユニット２１０は設けられていない。しかも第１のポジションセンサ２１は、電子回路２３にディジタル信号２１６を送出するために設けられている。

従って、第１のポジションセンサ２１が磁石２１１、２１２において磁界変化を検出すると、第１のポジションセンサ２１はアナログ信号又はディジタル信号２１６を電子回路２３へ送信する。電子回路２３が、ディジタル化されたアナログ信号又はディジタル信号２１６の側縁を識別すると、電子回路２３は信号２３５をスイッチ２４へ送出し、これによってスイッチ２４は、図３を参照しながら既に説明したように、第２の制御ユニット２２０をスイッチオンする。回路２３について図３を参照しながら既に説明したように、第１のポジションセンサ２１によって磁石２２１、２２２における磁界変化がもはや検出されなければ、スイッチ２４のスイッチオフが行われる。選択的に又はこれに加えて、既述の実施例において説明したように、第２の制御ユニット２２０のスイッチオフを再び行うことができる。

このようにしても、ポジション識別電子装置のスリープ解除及びスリープへの移行を実現することができる。このため図５の回路によっても、機械１０の部材であるシャフト１３に関連づけられた回転運動識別が保証される。ただし、第２の制御ユニット２２０だけしか設けられておらず、第１の制御ユニット２１０は設けられていないので、ポジション検出システム２０Ｂによれば、既述の実施例のポジション検出システム２０、２０Ａよりも低い安全レベルがもたらされる。

図６には、第４の実施例によるポジション検出システム２０Ｃの電気的構造がさらに詳しく示されている。ポジション検出システム２０Ｃによっても、必要に応じてシャフト１３の非動作状態ポジション検出が可能である。ポジション検出システム２０Ｃは大部分、前述の実施例のポジション検出システム２０Ｂに関連して説明したのと同様に構成されている。

ただし、ポジション検出システム２０Ｃの場合、前述の実施例によるポジション検出システム２０Ｂとは異なり、ポジションセンサ２１、２２のうちの一方だけしか設けられておらず、例えば、ポジションセンサ２１だけしか設けられていない。しかも、電子回路２３は、最初に、この一方のセンサ２１、即ち、図６の実施例においては第１のポジションセンサ２１の検出結果を受け取り、この検出結果に基づきスイッチ２４をスイッチオン又はスイッチオフするディジタル信号２３５を形成する。このため電子回路２３はさらに、第２の制御ユニット２２０から送出されるディジタル信号２１８を用いることができる。

このようにしても、ポジション識別電子装置のスリープ解除及びスリープへの移行を実現することができる。このため図６の回路によっても、機械１０の部材であるシャフト１３に関連づけられた回転運動識別が保証される。ただし、第２の制御ユニット２２０だけしか設けられておらず、第１の制御ユニット２１０は設けられていないので、ポジション検出システム２０Ｃによれば、既述の実施例のポジション検出システム２０、２０Ａよりも低い安全レベルがもたらされる。

第５の実施例によればエネルギー供給装置２６は、ポジション検出システム２０又はポジション検出システム２０Ａの一部分ではない。エネルギー供給装置２６は、その代わりに、ポジション検出システム２０又はポジション検出システム２０Ａの外部に配置されている。例えば、エネルギー供給装置２６は、装置１の緊急電流供給装置である。

ポジション検出システム２０、２０Ａ乃至２０Ｃの装置１及びこのシステムによって実施される方法の既述のすべての実施形態を、個別に又はすべての可能な組合せとして、適用することができる。特に、既述の実施例のすべての特徴及び／又は機能を、任意に組み合わせることができる。これに加えて、特に以下の変更が考えられる。

図面に示されている部分は概略的に描かれており、それらの既述の機能が保証される限り、正確な形態において図面に示されている形状とは異なる可能性がある。

通信ライン２１７，２２７，２３７のうちの少なくとも１つは、場合によってはシリアルバスとして、特にＩ^２Ｃバスとして構成されている。これに加えて、図６のディジタル信号２１８のための通信ラインを、シリアルバスとして、特にＩ^２Ｃバスとして構成することができる。

第１のポジションセンサ２１及び／又はセンサ２０１、２０２を、付加的に又は選択的に、パラメータ設定可能なホールセンサとすることができる。これによって第１のポジションセンサ２１及び／又はセンサ２０１、２０２を、多種多様な適用事例に整合させることができる。例えば、センサ２１、２０１、２０２を種々の磁石に整合させることができ、及び／又は、機械１０の最大許容回転数又は最大許容運動速度の増加に整合させることができる。

Claims (12)

1. 機械（１０）の運動を検出するためのポジション検出システム（２０；２０Ａ乃至２０Ｃ）であって、
   それぞれ異なる極性の磁極（２１１、２１２）同士が互いに並置されて一列に配置された複数の磁極ペア（２１１、２１２）において生成される磁界（Ｈ）を検出するための第１のポジションセンサ（２１）と、
   前記一列に配置された複数の磁極ペア（２１１、２１２）の中央に、当該一列に配置された複数の磁極ペア（２１１、２１２）から離間して配置された個別磁石（２２１、２２２）における磁界（Ｈ）を検出するための第２のポジションセンサ（２２）と、
   前記第１及び前記第２のポジションセンサ（２１、２２）に対して相対的な前記機械（１０）の部材（１１；１３）の運動に基づき検出された、前記第１のポジションセンサ（２１）の少なくとも１つの検出結果と前記第２のポジションセンサ（２２）の少なくとも１つの検出結果とを評価するための評価装置（２０５）と、
   を備えており、
   前記評価装置（２０５）は、前記第１のポジションセンサ（２１）の前記少なくとも１つの検出結果と前記第２のポジションセンサ（２２）の前記少なくとも１つの検出結果とを、前記第１及び前記第２のポジションセンサ（２１、２２）の前記検出結果の評価におけるエラーの識別のために利用するように構成されている、
   ポジション検出システム（２０；２０Ａ乃至２０Ｃ）。
2. 電子回路（２３）と、
   少なくとも１つのスイッチ（２４；２４、２５）と、
   をさらに備えており、
   前記電子回路（２３；２３、２３０）は、磁界（Ｈ）の変化が検出されたという、前記第１又は前記第２のポジションセンサ（２１；２２）からの信号（２０７；２０８；２１６；２２５）の受信に対するリアクションとして、前記少なくとも１つのスイッチ（２４；２４、２５）の動作を制御するための信号（２３５）を送出するように構成されており、
   前記少なくとも１つのスイッチ（２４；２４、２５）は、前記電子回路（２３）から送出された前記信号（２３５）に対するリアクションとして、前記第１又は前記第２のポジションセンサ（２１；２２）のうちの一方のポジションセンサによる検出を、スイッチオン又はスイッチオフするように構成されている、
   請求項１に記載のポジション検出システム（２０；２０Ａ乃至２０Ｃ）。
3. 前記評価装置（２０５）は、前記第１のポジションセンサ（２１）の前記検出結果を評価する第１の制御ユニット（２１０）と、前記第２のポジションセンサ（２２）の前記検出結果を評価する第２の制御ユニット（２２０）とを有する、及び／又は、
   前記第１のポジションセンサ（２１）は、前記機械（１０）の部材（１１；１３）の運動における増分ポジションを検出するように構成されている、及び／又は、
   前記第２のポジションセンサ（２２）は、前記機械（１０）の部材（１１；１３）の運動における絶対ポジションを検出し、かつ、前記機械（１０）の前記部材（１１；１３）の運動の方向を識別するように構成されている、
   請求項１又は２に記載のポジション検出システム（２０；２０Ａ乃至２０Ｃ）。
4. 前記評価装置（２０５）は、前記機械（１０）の前記部材（１１；１３）の数回転以内の絶対ポジションを評価するように構成されている、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載のポジション検出システム（２０；２０Ａ乃至２０Ｃ）。
5. 前記第２のポジションセンサ（２２）、前記電子回路（２３）、前記少なくとも１つのスイッチ（２４；２４、２５）及び前記第２の制御ユニット（２２０）に、電気エネルギーを供給するためのエネルギー供給装置（２６）をさらに備えている、
   請求項３又は４に記載のポジション検出システム（２０；２０Ａ乃至２０Ｃ）。
6. 前記第１のポジションセンサ（２１）及び前記第２のポジションセンサ（２２）は、それぞれＴＭＲセンサであり、又は、
   前記第１のポジションセンサ（２１）は、ＴＭＲセンサであり、前記第２のポジションセンサ（２２）は、パラメータ設定可能なホールセンサである、
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載のポジション検出システム（２０；２０Ａ乃至２０Ｃ）。
7. 前記電子回路（２３）は、フリップフロップ回路を有する、
   請求項１乃至６のいずれか一項に記載のポジション検出システム（２０；２０Ａ乃至２０Ｃ）。
8. 機械（１０）によって運動させるように駆動可能な少なくとも１つの可動部材（１１；１３）と、
   前記機械（１０）の非動作状態において前記少なくとも１つの可動部材（１１；１３）の運動を検出するための、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の少なくとも１つのポジション検出システム（２０；２０Ａ乃至２０Ｃ）と、
   を備えた機械（１０）。
9. 当該機械（１０）の前記少なくとも１つの部材（１１；１３）は、当該機械（１０）のロータ（１１）又はシャフト（１３）である、
   請求項８に記載の機械（１０）。
10. 少なくとも１つの被駆動装置部材（４０）と、
    当該少なくとも１つの被駆動装置部材（４０）を回転運動又は直線運動させるように駆動する少なくとも１つの機械（１０）と、
    機械（１０）の少なくとも１つの部材（１１；１３）の運動を検出するための、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の少なくとも１つのポジション検出システム（２０；２０Ａ乃至２０Ｃ）と、
    を備えた装置（１）。
11. 前記少なくとも１つのポジション検出システム（２０；２０Ａ乃至２０Ｃ）は、機械（１０）の少なくとも１つの部材（１１；１３）の運動を前記機械（１０）の非動作状態において検出するように構成されている、
    請求項１０に記載の装置（１）。
12. 第１のポジションセンサ（２１）と第２のポジションセンサ（２２）と評価装置（２０５）とを有するポジション検出システム（２０；２０Ａ乃至２０Ｃ）によって、機械（１０）の運動を検出するための方法であって、
    それぞれ異なる極性の磁極（２１１、２１２）同士が互いに並置されて一列に配置された複数の磁極ペア（２１１、２１２）において生成される磁界（Ｈ）を、前記第１のポジションセンサ（２１）によって検出するステップと、
    前記一列に配置された複数の磁極ペア（２１１、２１２）の中央に、当該一列に配置された複数の磁極ペア（２１１、２１２）から離間して配置された個別磁石（２２１、２２２）における磁界（Ｈ）を、前記第２のポジションセンサ（２２）によって検出するステップと、
    前記第１及び前記第２のポジションセンサ（２１、２２）に対して相対的な前記機械（１０）の部材（１１；１３）の運動に基づき検出された、前記第１のポジションセンサ（２１）の少なくとも１つの検出結果と前記第２のポジションセンサ（２２）の少なくとも１つの検出結果とを、前記評価装置（２０５）によって評価するステップと、
    を有しており、
    前記評価装置（２０５）は、前記第１のポジションセンサ（２１）の前記少なくとも１つの検出結果と前記第２のポジションセンサ（２２）の前記少なくとも１つの検出結果とを、前記第１及び前記第２のポジションセンサ（２１、２２）の前記検出結果の評価におけるエラーの識別のために利用する、
    機械（１０）の運動を検出するための方法。