WO2007131888A1 - Motor mit einer drehbaren welle und einer optischen erfassungseinheit - Google Patents

Motor mit einer drehbaren welle und einer optischen erfassungseinheit Download PDF

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WO2007131888A1
WO2007131888A1 PCT/EP2007/054296 EP2007054296W WO2007131888A1 WO 2007131888 A1 WO2007131888 A1 WO 2007131888A1 EP 2007054296 W EP2007054296 W EP 2007054296W WO 2007131888 A1 WO2007131888 A1 WO 2007131888A1
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WO
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motor
optical
light signal
electro
motor housing
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PCT/EP2007/054296
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Rainer Eckert
Manfred Frank
Christian Reimann
Michael Zisler
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Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/48—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
    • G01P3/481—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
    • G01P3/486—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals delivered by photo-electric detectors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • H02K11/21—Devices for sensing speed or position, or actuated thereby
    • H02K11/22—Optical devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/06—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices
    • H02K29/10—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices using light effect devices

Definitions

  • the invention relates to a motor with a rotatable shaft and an optical detection unit for detecting a rotational movement of the shaft.
  • Such a motor is, in particular, an electric motor, for example a synchronous servomotor.
  • the optical detection unit is designed as a high-precision optical encoder which comprises, for example, a rotating glass pane attached to the shaft and a fixed electronics subunit attached to the stator of the motor.
  • the bar-marked glass sheet is irradiated with a generated by a light emitting diode interrogation light signal.
  • the passing light is received as a response light signal from one or more photodiode (s) and converted into an electrical response signal which is conditioned in the electronics subunit.
  • the light-emitting diode and the photodiode are Be ⁇ constituent parts of the arranged inside the motor electronics ⁇ dividing unit. The latter is connected with up to fifteen electrical lines to an evaluation electronics arranged outside the motor.
  • the signal conditioning in the engine and the electrical signal ⁇ tion to external evaluation are complex and costly.
  • the electronic components in the engine compartment are subject to high vibration, shock and temperature loads, which increases the probability of failure. A re ⁇ paratur these electronic components extremely difficult to reach is virtually impossible to achieve.
  • the EMC load in the engine compartment is very high.
  • the protective measures, for example in the form of a separate metal housing or an electromagnetically shielded compartment in the engine are also expensive. Due to the integrated electronic components, the size of the motor also increases.
  • the object of the invention is therefore to provide a motor of the type described, which allows a fault-insensitive detection of the rotational movement of the shaft.
  • the motor according to the invention is one in which a) the detection unit a first electro-optical component for generating a query light signal, attached to the shaft and the query B) the interaction means are arranged inside and at least one of the electro-optical components outside of a motor housing, and c) at least one second elekt ⁇ rooptician component for receiving a due to the Be ⁇ radiation of the interaction means caused answer word light signal comprises an arranged between the interaction means and the outside of the motor housing arranged electro-optical component extending first optical waveguide for transmitting the interrogation or the response light signal from the Desiwir ⁇ kungsstoffn to the outside of the motor housing angeordne ⁇ th electroop table component is provided.
  • the (opto) electronic components required for measured value detection and evaluation are displaced into the motor outer space.
  • This avoids problems such as high vibration, shock, temperature and EMC loads right from the start. There are therefore no costly protective measures to take.
  • the displacement is made possible in particular by the inventively provided opti cal ⁇ transmission of the query or response light signal with ⁇ means of the first optical waveguide.
  • the transmission is largely trouble-free and above all unmolested by the EMC radiation within the engine.
  • the displacement of components in the outer space also leads to a shorter overall length of the engine. The size decreases it gets dark. Overall, the motor according to the invention including the detection unit can be realized very inexpensively.
  • optical beam shaping means are arranged between the interaction means on the one hand and the first and / or second optical waveguide on the other hand.
  • Pelschn in these beam shaping or Kop ⁇ it may be in particular optical lenses Han yours. They increase the coupling and decoupling efficiency. One then obtains a higher signal level, so that the evaluation ⁇ easier.
  • the first or the second optical waveguide is guided by means of a power connector in the motor housing.
  • a power connector in the motor housing.
  • both optical fibers can be so in or out of the motor housing or led out.
  • the power connector is in any case present in particular in an electric motor. It is used in particular for connecting the motor windings to the electrical network by means of a converter or inverter and includes bushings for the required electrical power supply lines. Compared with these electrical power supply cables, the optical fibers have a significantly smaller cross-section, so that they can easily be integrated into the power connector. Then, a separate signal connector for the optical fibers can be omitted. This leads to a cost reduction.
  • the detection ⁇ unit includes an evaluation sub-unit, and the evaluation part unit is arranged outside the motor housing.
  • the evaluation subunit of the detection unit can be integrated easily with in ⁇ .
  • the other electronic unit for example, may be a control unit of the engine and / or to egg ⁇ nen analog / digital converter act.
  • the already existing electronic components can then be used at least partially for the tasks occurring in the evaluation subunit. This increases the efficiency.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a motor with a detection unit comprising an output optical waveguide
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a motor having a detection unit comprising an input optical waveguide and an output optical waveguide
  • FIG 3 shows a embodiment of a motor with a Erfas ⁇ sungsaku according to FIG 2, in which the two Lichtwel ⁇ lenleiter overall by a power connector to the motor leads, and
  • FIG 4 shows an embodiment of a motor with a Erfas ⁇ sungsaku according to FIG 2, the evaluation subunit is arranged outside the motor housing.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a motor 1 in an embodiment as an electric motor, in particular as an electric synchronous synchronous servomotor shown schematically.
  • the main components of the engine 1 are placed in a motor housing 2 under ⁇ and from the illustration of FIG 1 not ersicht ⁇ lich.
  • a (rotary) drivable shaft 3 extends out of the motor housing 2 at a first axial end face 4 of the motor 1 in order to connect it mechanically to a component not shown in FIG.
  • Elek ⁇ tric power supply lines 5 of the engine 1 are guided by means ei ⁇ nes power plug 6 through the wall of the motor housing 2 in an engine compartment. There they are electrically connected to stator windings not shown in detail.
  • a detection unit 8 for detecting the rotational speed and / or the torque of the shaft 3, at least partially housed inside the motor housing 2, is arranged.
  • the Erfas ⁇ sungsaku 8 may also be referred to as a donor.
  • the shaft 3 is mechanically connected to a sensor shaft 9, the rotates synchronously with the shaft 3 and which extends at the end face 7 in the region of the motor housing 2, in which the rest of the motor housing 2 angeord ⁇ Neten components of the detection unit 8 are located.
  • the shaft 3 it is also possible for the shaft 3 to extend directly into the named region of the motor housing 2 instead of the encoder shaft 9.
  • all components receiving motor housing 2 a Zweitei ⁇ ment be provided in a first housing for the main engine components, such as stator, windings and rotor, and a second encoder housing attached thereto.
  • the detection unit 8 is based on an optical principle.
  • Within the motor housing 2 comprises a de as light-emitting diodes running light source 10, brought a attached to the encoder shaft 9 ⁇ and provided with graduation marks encoder disc 11 of transparent glass, optical coupling means 12 umfas ⁇ send a coupling lens and an out by means of a Signalste ⁇ thickener 13
  • the evaluation subunit 15 is also part of the detection unit 8. It contains a light detector 16 designed as a photodiode.
  • the light source 10 and the light detector 16 are electro-optical components.
  • each light detector is assigned its own output light waveguide led out of the motor housing 2.
  • the light source 10 generates a query light signal E, which is directed as an open-air beam to the encoder shaft 9 with rotating donor disk 11.
  • a query light signal E which is directed as an open-air beam to the encoder shaft 9 with rotating donor disk 11.
  • Speed depending on the current Drehge ⁇ with which even the tick marks of Encoder disk 11 at the place of incidence of the query Lichtsig ⁇ nals E on the encoder disk 11 pass, a part of the interrogation light signal E passes through the encoder disk 11 to on the side facing away from the light source 10 side of the encoder disk 11 as a response light signal A in appearance to step.
  • the rotational movements of the bar marks cause in the response light signal A a characteristic and evaluable waveform.
  • the encoder disk 11 is thus an interaction ⁇ medium that influences the response light signal A in response to the rotational speed.
  • the response light signal A is fed by means of the optical coupling ⁇ medium 12 in the output optical waveguide 14 and guided in this to the evaluation subunit 15. There, the light detector 16 receives the incoming response light signal A and converts it into a further processable electrical signal. After the subsequent evaluation of an electrical output ⁇ signal S at the output of the partial analysis unit 15 with information about the speed and / or torque of the shaft 3 are available that can be used as needed as an input variable to a control not shown, or control unit can.
  • the optical coupling into the input optical waveguide 21, as well as the decoupling from the output optical waveguide 14, take place by means of optical strip conductors, which are integrated together with electrical conductor tracks in a hybrid printed circuit board. This allows a very precise position adjustment of the optical inputs and outputs.
  • the structure of the motor 17 is also characterized in that the detection unit 18 contains no or only a few - then all ⁇ EMI-uncritical - within the motor housing 2 ⁇ arranged electronic components.
  • the detection unit 18 contains no or only a few - then all ⁇ EMI-uncritical - within the motor housing 2 ⁇ arranged electronic components.
  • the two optical waveguides 14 and 20 and the coupling means 12 and 21 there are only optical components present, which are characterized by a very high resistance to EMC interference. This eliminates the need for expensive and otherwise required EMC shielding measures.
  • the space requirement of the optical components is very small, so that the space to be provided for the detection unit 18 within the motor housing 2 can be greatly reduced. In the Ex ⁇ extreme case may possibly even complete a sepa ⁇ changed for the detection unit 18 designated space can be dispensed with.
  • a shown in FIG 3 embodiment of a motor 22 is a modification of the motor 17.
  • the two Lichtwellenlei ⁇ tern 14 and 20 are introduced together with the electrical power supply lines 5 by means of a modified power connector 23 in the motor housing 2.
  • the evaluation unit is the Erfas ⁇ sungsech 18 disposed 19 directly on an outer side of the place for engine ⁇ reheatuses. 2 It is integrated into an electronic module 25 of a higher-level control unit, which is already present there. This saves space and allows partial double use of existing hardware and Softwarekapa ⁇ capacities.
  • the signal connector 13 can be omitted.
  • the input optical waveguide 20 and the output light waves 14 are guided directly into the attached evaluation subunit 19.

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Abstract

Der Motor (17) hat eine drehbare Welle (3, 9) und eine optische Erfassungseinheit (18) zur Erfassung einer Drehbewegung der Welle (3, 9) . Die Erfassungseinheit (18) umfasst eine Lichtquelle (10) zur Erzeugung eines Abfrage-Lichtsignals (E) , an der Welle (3, 9) angebrachte und mit dem Abfrage-Lichtsignal (E) bestrahlte Wechselwirkungsmittel (11) sowie zumindest einen Lichtdetektor (16) zum Empfang eines aufgrund der Bestrahlung der Wechselwirkungsmittel (11) hervorgerufenen Antwort-Lichtsignals (A) . Die Wechselwirkungsmittel (11) sind innerhalb und der Lichtdetektor (16) außerhalb eines Motorgehäuses (2) angeordnet. Ein zwischen den Wechselwirkungsmitteln (11) und dem Lichtdetektor (16) verlaufender Aus- gangs-Lichtwellenleiter (14) ist zur Übertragung des Antwort-Lichtsignals (A) von den Wechselwirkungsmitteln (11) zu dem Lichtdetektor (16) vorgesehen. Dadurch wird das EMV-Verhalten verbessert und die Baugröße verringert.

Description

Beschreibung
Motor mit einer drehbaren Welle und einer optischen Erfassungseinheit
Die Erfindung betrifft einen Motor mit einer drehbaren Welle und einer optischen Erfassungseinheit zur Erfassung einer Drehbewegung der Welle.
Bei einem derartigen Motor handelt es sich insbesondere um einen Elektromotor, beispielsweise einen Synchron-Servomotor . Die optische Erfassungseinheit ist als hochgenauer optischer Geber ausgebildet, der z.B. eine an der Welle angebrachte mit drehende Glasscheibe sowie eine am Ständer des Motors ange- brachte fest stehende Elektronikteileinheit umfasst. Die mit Strichmarkierungen versehene Glasscheibe wird mit einem von einer Leuchtdiode erzeugten Abfrage-Lichtsignal bestrahlt. Das passierende Licht wird als Antwort-Lichtsignal von einer oder mehreren Photodiode/n empfangen und in ein elektrisches Antwortsignal gewandelt, das in der Elektronikteileinheit aufbereitet wird. Die Leuchtdiode und die Photodiode sind Be¬ standteile der innerhalb des Motors angeordneten Elektronik¬ teileinheit. Letztere ist mit bis zu fünfzehn elektrischen Leitungen an eine außerhalb des Motors angeordnete Auswerte- elektronik angeschlossen.
Die Signalaufbereitung im Motor und die elektrische Signal¬ führung zur externen Auswerteelektronik sind aufwändig und kostenträchtig. Die Elektronikkomponenten sind im Motorinnen- räum hohen Rüttel-, Schock-, und Temperaturbelastungen ausgesetzt, wodurch die Ausfallwahrscheinlichkeit steigt. Eine Re¬ paratur dieser nur äußerst schwer zugänglichen Elektronikkomponenten ist praktisch nicht zu realisieren. Weiterhin ist die EMV-Belastung im Motorinnenraum sehr hoch. Die Schutzmaß- nahmen z.B. in Gestalt eines gesonderten Metallgehäuses oder eines elektromagnetisch abgeschirmten Teilraums im Motor sind ebenfalls aufwändig. Aufgrund der integrierten Elektronikkomponenten erhöht sich außerdem die Baugröße des Motors. Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, einen Motor der eingangs bezeichneten Art anzugeben, der eine störungsunempfindliche Erfassung der Drehbewegung der Welle ermöglicht .
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1. Bei dem erfindungsgemäßen Motor handelt es sich um einen solchen, bei dem a) die Erfassungseinheit eine erste elektrooptische Komponen- te zur Erzeugung eines Abfrage-Lichtsignals, an der Welle angebrachte und mit dem Abfrage-Lichtsignal bestrahlte Wechselwirkungsmittel sowie mindestens eine zweite elekt¬ rooptische Komponente zum Empfang eines aufgrund der Be¬ strahlung der Wechselwirkungsmittel hervorgerufenen Ant- wort-Lichtsignals umfasst, b) die Wechselwirkungsmittel innerhalb und mindestens eine der elektrooptischen Komponenten außerhalb eines Motorgehäuses angeordnet sind, und c) ein zwischen den Wechselwirkungsmitteln und der außerhalb des Motorgehäuses angeordneten elektrooptischen Komponente verlaufender erster Lichtwellenleiter zur Übertragung des Abfrage- oder des Antwort-Lichtsignals von den Wechselwir¬ kungsmitteln zu der außerhalb des Motorgehäuses angeordne¬ ten elektrooptischen Komponente vorgesehen ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Motor ist zumindest ein Teil der zur Messwerterfassung und -auswertung benötigten (Opto-) Elektronikkomponenten in den Motoraußenraum verlagert. Dadurch werden Probleme wie hohe Rüttel-, Schock-, Temperatur- und EMV-Belastungen von vornherein vermieden. Es sind somit keine aufwändigen Schutzmaßnahmen zu ergreifen. Die Verlagerung wird insbesondere durch die erfindungsgemäß vorgesehene opti¬ sche Übertragung des Abfrage- oder Antwort-Lichtsignals mit¬ tels des ersten Lichtwellenleiters ermöglicht. Die Übertra- gung erfolgt dabei weitestgehend störungsfrei und vor allem unbehelligt durch die EMV-Strahlung innerhalb des Motors. Die Verlagerung von Komponenten in den Außenraum führt außerdem zu einer kürzeren Baulänge des Motors. Die Baugröße verrin- gert sich. Insgesamt lässt sich der erfindungsgemäße Motor inklusive der Erfassungseinheit sehr preiswert realisieren.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Motors er- geben sich aus den Merkmalen der von Anspruch 1 abhängigen Ansprüche .
Günstig ist eine Variante, bei der alle elektrooptischen Kom¬ ponenten außerhalb des Motorgehäuses angeordnet sind, und insbesondere ein zweiter zwischen den elektrooptischen Komponenten und den Wechselwirkungsmitteln verlaufender Lichtwellenleiter vorgesehen ist, wobei der eine der beiden Lichtwellenleiter zur Übertragung des Abfrage-Lichtsignals und der andere zur Übertragung des Antwort-Lichtsignals vorgesehen ist. Dadurch werden weitere (Opto-) Elektronikkomponenten aus dem Motorinnenraum verlagert .
Ebenso ist es möglich, dass alle elektrooptischen Komponenten außerhalb des Motorgehäuses angeordnet sind und der erste Lichtwellenleiter zur Übertragung sowohl des Abfrage-Lichtsignals als des Antwort-Lichtsignals vorgesehen ist. Dadurch lässt sich ein Lichtwellenleiter einsparen. Der vorhandene Lichtwellenleiter wird dann sowohl zum Einspeisen als auch zum Auslesen verwendet. Dies ist insbesondere bei einem PuIs- betrieb vorteilhaft. Außerdem lässt sich diese Variante vor¬ zugsweise dann einsetzen, wenn an den Wechselwirkungsmitteln eine Reflektion des eingestrahlten Abfrage-Lichtsignals stattfindet .
Gemäß einer anderen günstigen Variante sind zwischen den Wechselwirkungsmitteln einerseits und dem ersten und/oder zweiten Lichtwellenleiter andererseits optische Strahlformungsmittel angeordnet. Bei diesen Strahlformungs- oder Kop¬ pelmitteln kann es sich insbesondere um optische Linsen han- dein. Sie erhöhen den Ein- bzw. Auskoppelwirkungsgrad. Man erhält dann einen höheren Signalpegel, sodass sich die Aus¬ wertung erleichtert. Andererseits könnte man aber auch mit einer niedrigeren optischen Intensität des von der Lichtquel- Ie erzeugten Abfrage-Lichtsignals arbeiten, wodurch sich die Kosten weiter reduzieren lassen.
Vorzugsweise ist es weiterhin vorgesehen, dass der erste oder der zweite Lichtwellenleiter mittels eines Leistungssteckers in das Motorgehäuse geführt ist. Selbstverständlich können auch beide Lichtwellenleiter so in das oder aus dem Motorgehäuse hinein- bzw. herausgeführt werden. Der Leistungsstecker ist insbesondere bei einem Elektromotor ohnehin vorhanden. Er dient insbesondere zum Anschluss der Motorwicklungen an das elektrische Netz mittels eines Um- oder Wechselrichters und umfasst Durchführungen für die dazu benötigten elektrischen Leistungszuleitungen. Verglichen mit diesen elektrischen Leistungszuleitungen haben die Lichtwellenleiter einen deut- lieh kleineren Querschnitt, sodass sie sich ohne weiteres mit in den Leistungsstecker integrieren lassen. Dann kann ein gesonderter Signalstecker für die Lichtwellenleiter entfallen. Dies führt zu einer Kostensenkung.
Günstig ist außerdem eine Variante, bei der die Erfassungs¬ einheit eine Auswerte-Teileinheit umfasst, und die Auswerte- Teileinheit außen am Motorgehäuse angeordnet ist. Dies ist vor allem dann von Vorteil, wenn am Motor oder motornah ohnehin eine andere Elektronikeinheit vorhanden ist, in die die Auswerte-Teileinheit der Erfassungseinheit problemlos mit in¬ tegriert werden kann. Bei der anderen Elektronikeinheit kann es sich z.B. um eine Steuereinheit des Motors und/oder um ei¬ nen Analog/Digital-Wandler handeln. Die bereits vorhandenen Elektronikkomponenten können dann zumindest teilweise auch für die in der Auswerte-Teileinheit anfallenden Aufgaben verwendet werden. Dies erhöht die Effizienz.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung er¬ geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausfüh- rungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt: FIG 1 ein Ausführungsbeispiel eines Motors mit einer einen Ausgangs-Lichtwellenleiter umfassenden Erfassungseinheit,
FIG 2 ein Ausführungsbeispiel eines Motors mit einer einen Eingangs-Lichtwellenleiter und einen Ausgangs- Lichtwellenleiter umfassenden Erfassungseinheit,
FIG 3 ein Ausführungsbeispiel eines Motors mit einer Erfas¬ sungseinheit gemäß FIG 2, bei der die beiden Lichtwel¬ lenleiter durch einen Leistungsstecker in den Motor ge- führt sind, und
FIG 4 ein Ausführungsbeispiel eines Motors mit einer Erfas¬ sungseinheit gemäß FIG 2, deren Auswerte-Teileinheit außen am Motorgehäuse angeordnet ist.
Einander entsprechende Teile sind in FIG 1 bis 4 mit densel¬ ben Bezugszeichen versehen.
In FIG 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Motors 1 in einer Ausführungsform als Elektromotor, insbesondere als elektri- scher Synchron-Servomotor schematisch dargestellt. Die Hauptkomponenten des Motors 1 sind in einem Motorgehäuse 2 unter¬ gebracht und aus der Darstellung gemäß FIG 1 nicht ersicht¬ lich. Eine (dreh) antreibbare Welle 3 reicht an einer ersten axialen Stirnseite 4 des Motors 1 aus dem Motorgehäuse 2 her- aus, um sie mechanisch an eine anzutreibende in FIG 1 nicht gezeigte Komponente anzuschließen. Die Ausgestaltung dieser anzutreibenden Komponente hängt vom Anwendungsfall ab. Elek¬ trische Leistungszuleitungen 5 des Motors 1 sind mittels ei¬ nes Leistungssteckers 6 durch die Wand des Motorgehäuses 2 in einen Motorinnenraum geführt. Dort sind sie elektrisch an nicht näher gezeigte Ständerwicklungen angeschlossen.
An einer zweiten axialen Stirnseite 7 des Motors 1 ist eine zumindest teilweise innerhalb des Motorgehäuses 2 unterge- brachte Erfassungseinheit 8 zur Erfassung der Drehzahl und/oder des Drehmoments der Welle 3 angeordnet. Die Erfas¬ sungseinheit 8 kann auch als Geber bezeichnet werden. Die Welle 3 ist mechanisch mit einer Geberwelle 9 verbunden, die synchron mit der Welle 3 rotiert und die sich an der Stirnseite 7 in den Bereich des Motorgehäuses 2 erstreckt, in dem sich auch die übrigen innerhalb des Motorgehäuses 2 angeord¬ neten Komponenten der Erfassungseinheit 8 befinden. Grund- sätzlich ist es auch möglich, dass sich anstelle der Geberwelle 9 unmittelbar die Welle 3 in den genannten Bereich des Motorgehäuses 2 erstreckt. Ebenso kann anstelle des einzigen, alle Komponenten aufnehmenden Motorgehäuses 2 eine Zweitei¬ lung in ein erstes Gehäuse für die Motorhauptkomponenten, wie Ständer, Wicklungen und Läufer, und ein daran angefügtes zweites Gebergehäuse vorgesehen sein.
Die Erfassungseinheit 8 basiert auf einem optischen Prinzip. Sie umfasst innerhalb des Motorgehäuses 2 eine als Leuchtdio- de ausgeführte Lichtquelle 10, eine an der Geberwelle 9 ange¬ brachte und mit Strichmarkierungen versehene Geberscheibe 11 aus lichtdurchlässigem Glas, optische Koppelmittel 12 umfas¬ send eine Einkoppellinse sowie einen mittels eines Signalste¬ ckers 13 aus dem Motorgehäuse 2 herausgeführten Ausgangs- Lichtwellenleiter 14, der an eine externe Auswerte-Teilein- heit 15 angeschlossen ist. Die Auswerte-Teileinheit 15 ist ebenfalls Bestandteil der Erfassungseinheit 8. Sie enthält einen als Photodiode ausgeführten Lichtdetektor 16. Die Lichtquelle 10 und der Lichtdetektor 16 sind elektrooptische Komponenten.
Grundsätzlich können auch mehrere Lichtdetektoren vorgesehen sein, wobei dann insbesondere jedem Lichtdetektor ein eigener aus dem Motorgehäuse 2 herausgeführter Ausgangs-Lichtwellen- leiter zugeordnet ist.
Im Folgenden werden die Funktionsweise und besondere Vorteile des Motors 1 sowie der Erfassungseinheit 8 näher beschrieben.
Die Lichtquelle 10 erzeugt ein Abfrage-Lichtsignal E, das als Freilichtstrahl auf die mit der Geberwelle 9 mit rotierende Geberscheibe 11 gerichtet wird. Je nach der aktuellen Drehge¬ schwindigkeit, mit der sich auch die Strichmarkierungen der Geberscheibe 11 am Ort des Auftreffens der Abfrage-Lichtsig¬ nals E auf der Geberscheibe 11 vorbeibewegen, passiert ein Teil des Abfrage-Lichtsignals E die Geberscheibe 11, um auf der von der Lichtquelle 10 abgewandten Seite der Geberscheibe 11 als Antwort-Lichtsignal A in Erscheinung zu treten. Die Drehbewegungen der Strichmarkierungen bewirken im Antwort- Lichtsignal A einen charakteristischen und auswertbaren Signalverlauf. Die Geberscheibe 11 ist also ein Wechselwirkungs¬ mittel, das das Antwort-Lichtsignal A in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit beeinflusst.
Das Antwort-Lichtsignal A wird mittels der optischen Koppel¬ mittel 12 in den Ausgangs-Lichtwellenleiter 14 eingespeist und in diesem zur Auswerte-Teileinheit 15 geführt. Dort emp- fängt der Lichtdetektor 16 das ankommende Antwort-Lichtsignal A und wandelt es in ein weiter verarbeitbares elektrisches Signal um. Nach der anschließenden Auswertung steht am Ausgang der Auswerte-Teileinheit 15 ein elektrisches Ausgangs¬ signal S mit einer Information über die Drehzahl und/oder das Drehmoment der Welle 3 zur Verfügung, das je nach Bedarf als Eingangsgröße einer nicht gezeigten Steuer- oder Regeleinheit verwendet werden kann.
Aufgrund der optischen Übertragung des Antwort-Lichtsignals A in den Außenraum des Motors 1 kann zumindest ein Teil der ansonsten innerhalb des Motorgehäuses 2 vorgesehenen elektronischen Komponenten in den Außenraum verlagert werden. Dadurch sinkt die Störanfälligkeit, wobei zugleich der Aufwand für die Schutzmaßnahmen im Motor-Innenraum reduziert werden kann.
In FIG 2 ist ein anderes Ausführungsbeispiel eines Motors 17 mit einer Erfassungseinheit 18 gezeigt. Der Hauptunterschied zum Motor 1 besteht darin, dass die Lichtquelle 10 nicht in¬ nerhalb des Motorgehäuses 2, sondern wie auch der Lichtdetek- tor 16 in einer externen Auswerte-Teileinheit 19 der Erfas¬ sungseineinheit 18 angeordnet ist. Zur Zuführung des Abfrage- Lichtsignals E zur Geberscheibe 11 ist ein zwischen der Aus¬ werte-Teileinheit 19 und dem Inneren des Motorgehäuses 2 ver- laufender Eingangs-Lichtwellenleiter 20 vorgesehen. Am der Geberscheibe 11 zugewandten Ende des Eingangs-Lichtwellenlei- ters 20 sind außerdem optische Koppelmittel 21 in Form einer Einkoppellinse angeordnet.
In der Auswerte-Teileinheit 19 erfolgt die optische Einkopp- lung in den Eingangs-Lichtwellenleiter 21 ebenso wie die Auskopplung aus dem Ausgangs-Lichtwellenleiter 14 mittels optischer Leiterbahnen, die zusammen mit elektrischen Leiterbah- nen in eine Hybrid-Leiterplatte integriert sind. Damit ist eine sehr genaue Lagejustage der optischen Ein- und Ausgänge möglich .
Der Aufbau des Motors 17 zeichnet sich auch dadurch aus, dass die Erfassungseinheit 18 keine oder nur wenige - dann aller¬ dings EMV-unkritische - innerhalb des Motorgehäuses 2 ange¬ ordneten elektronischen Komponenten enthält. Mit den beiden Lichtwellenleitern 14 und 20 sowie den Koppelmitteln 12 und 21 sind dort lediglich optische Komponenten vorhanden, die sich durch eine sehr hohe Resistenz gegenüber EMV-Störungen auszeichnen. Damit erübrigen sich aufwändige und ansonsten erforderliche EMV-Abschirmmaßnahmen . Außerdem ist der Platzbedarf der optischen Komponenten sehr gering, sodass der für die Erfassungseinheit 18 innerhalb des Motorgehäuses 2 be- reitzustellende Bauraum stark verkleinert werden kann. Im Ex¬ tremfall kann gegebenenfalls sogar komplett auf einen geson¬ dert für die Erfassungseinheit 18 ausgewiesenen Bauraum verzichtet werden.
Ein in FIG 3 gezeigtes Ausführungsbeispiel eines Motors 22 ist eine Abwandlung des Motors 17. Die beiden Lichtwellenlei¬ tern 14 und 20 sind zusammen mit den elektrischen Leistungszuleitungen 5 mittels eines modifizierten Leistungssteckers 23 in das Motorgehäuse 2 eingeführt. Auf diese Weise lässt sich der bei den Motoren 1 und 17 vorgesehene gesonderte Sig¬ nalstecker 13 einsparen. Bei dem in FIG 4 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel eines Motors 24 ist die Auswerte-Teileinheit 19 der Erfas¬ sungseinheit 18 unmittelbar an einer Außenseite des Motorge¬ häuses 2 angeordnet. Sie ist in eine dort ohnehin vorhandene elektronische Baugruppe 25 einer übergeordneten Steuereinheit integriert. Dies spart Platz und ermöglicht eine teilweise Doppelnutzung bereits vorhandener Hardware- und Softwarekapa¬ zitäten. Außerdem kann der Signalstecker 13 entfallen. Der Eingangs-Lichtwellenleiter 20 und der Ausgangs-Lichtwellen 14 sind direkt in die angebaute Auswerte-Teileinheit 19 geführt.

Claims

Patentansprüche
1. Motor mit einer drehbaren Welle (3,9) und einer optischen Erfassungseinheit (8; 18) zur Erfassung einer Drehbewegung der Welle (3,9), wobei a) die Erfassungseinheit (8; 18) eine erste elektrooptische Komponente (10) zur Erzeugung eines Abfrage-Lichtsignals
(E), an der Welle (3,9) angebrachte und mit dem Abfrage- Lichtsignal (E) bestrahlte Wechselwirkungsmittel (11) so- wie mindestens eine zweite elektrooptische Komponente (16) zum Empfang eines aufgrund der Bestrahlung der Wechselwirkungsmittel (11) hervorgerufenen Antwort-Lichtsignals (A) umfasst, b) die Wechselwirkungsmittel (11) innerhalb und mindestens eine der elektrooptischen Komponenten (10,16) außerhalb eines Motorgehäuses (2) angeordnet sind, und c) ein zwischen den Wechselwirkungsmitteln (11) und der außerhalb des Motorgehäuses (2) angeordneten elektroopti¬ schen Komponente (10,16) verlaufender erster Lichtwellen- leiter (14) zur Übertragung des Abfrage- oder des Antwort- Lichtsignals (E, A) von den Wechselwirkungsmitteln (11) zu der außerhalb des Motorgehäuses (2) angeordneten elektro¬ optischen Komponente (10,16) vorgesehen ist.
2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekenn z e i chnet , dass alle elektrooptischen Komponenten (10,16) außerhalb des Motorgehäuses (2) angeordnet sind, und insbesondere ein zwei¬ ter zwischen den elektrooptischen Komponenten (10,16) und den Wechselwirkungsmitteln (11) verlaufender Lichtwellenleiter (20) vorgesehen ist, wobei der eine der beiden Lichtwellenleiter (14,20) zur Übertragung des Abfrage-Lichtsignals (E) und der andere zur Übertragung des Antwort-Lichtsignals (A) vorgesehen ist.
3. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekenn z e i chnet , dass alle elektrooptischen Komponenten (10,16) außerhalb des Motorgehäuses (2) angeordnet sind, und der erste Lichtwellen- leiter (14) zur Übertragung sowohl des Abfrage-Lichtsignals (E) als des Antwort-Lichtsignals (A) vorgesehen ist.
4. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- zeichnet, dass zwischen den Wechselwirkungsmitteln (11) einerseits und dem ersten oder zweiten Lichtwellenleiter (14, 20) andererseits optische Strahlformungsmittel (12,21) ange¬ ordnet sind.
5. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste oder der zweite Lichtwellenlei¬ ter (14,20) mittels eines Leistungssteckers (23) in das Mo¬ torgehäuse (2) geführt ist.
6. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinheit (18) eine Auswerte-Teileinheit (19) umfasst, und die Auswerte-Teileinheit (19) außen am Mo¬ torgehäuse (2) angeordnet ist.
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