WO2015090386A1 - Winkelgeber - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an angle transmitter which can be used for example for door or door drives in elevator doors, platform screen doors or cold store doors.
- EP 0 145 882 A2 describes a contactless electronic angle transmitter which comprises a rotatable magnet and a plurality of sensor coils for detecting an angular position.
- the sensor coils are arranged at right angles to each other on a common for all sensor coils ring core of a magnetic field detector according to Fluxgate principle.
- the rotatable magnet and the toroidal core with the sensor coils are arranged in a shielding housing. Within the housing, an interior in which the magnet can rotate, hermetically separated from an interior, in which the toroidal core with the sensor coils and an evaluation electronics are arranged.
- an angle encoder which comprises two mutually rotatable parts.
- a first part has uniformly distributed magnetic poles over its circumference.
- a second part comprises an electrically conductive
- EP 1 902 995 A2 describes a door drive for an automatic door, in which a drive pinion or belt wheel for driving a belt or a chain for transmitting a drive force generated by a motor is rotatably connected to a motor shaft.
- the motor shaft is preferably aligned perpendicular to the opening or closing direction of the door.
- the motor can be used as a magnetic angle sensor, in particular as
- a drive device which comprises an absolute value angle transmitter operating according to a magnetic principle for generating a motor rotation angle signal.
- the drive device has a commutation circuit for the electronic commutation of the motor, which is supplied with the motor rotation angle signal.
- the present invention has for its object to provide an angle sensor that allows detection of a rotation angle or position change during the power supply failure without auxiliary power supply even in a power supply failure.
- This object is achieved by an angle encoder with the features specified in claim 1.
- Advantageous developments are specified in the dependent claims.
- the angle encoder according to the invention comprises a permanent magnet arranged on a rotor, whose magnetization axis extends radially to the rotor and a plurality of coil arrangements arranged around the rotor.
- the coil arrangements each have a hard magnetic core oriented radially with its longitudinal axis on the rotor and a coil arranged in several turns around the core and are radially spaced from the rotor via an air gap.
- At least one can be connected to the coils operable state-dependent controllable current or voltage source.
- this current or voltage source in each case a coil current is generated during an active operating state, which generates a magnetization direction opposite to the permanent magnet in the respective hard magnetic core.
- the angle encoder according to the invention comprises an evaluation unit, which is set up and designed to detect the respective magnetization direction of the hard magnetic cores. In this way, for example, it is possible to dispense with a reference travel or movement which was previously required for comparable angle encoders after a restoration of a power supply. In addition, end position switches or expensive multi-turn encoders are no longer required with the angle transmitter according to the invention.
- the evaluation unit is connected to a magnetic field sensor arranged on an associated coil arrangement.
- the magnetic field sensor may be, for example, a Hall sensor or magnetoresistive sensor.
- the evaluation unit according to another advantageous embodiment of the angle encoder according to the invention with a control unit is connected to the is set up and configured to selectively magnetize the hard magnetic cores and to detect an induced voltage induced thereby.
- the coil assemblies are evenly distributed around the rotor and thus allow a uniformly accurate angle detection.
- the evaluation unit is set up and configured to determine a rotation angle of the rotor during a passive operating state based on the detection of the respective magnetization directions of the hard magnetic cores.
- the passive operating state for example, the current or voltage source can be deactivated.
- the evaluation unit is preferably designed and configured to determine the rotational angle of the rotor during the passive operating state from detected changed magnetization directions of the hard magnetic cores.
- FIG. 1 shows a schematic representation of an angle transmitter in an initial position during an active operating state
- FIG. 2 shows a schematic representation of the angle transmitter according to FIG. 1 in an end position according to a passive operating state.
- the angle transmitter shown in FIG. 1 comprises a permanent magnet 11 which is arranged on a rotor 1 and whose magnetization tion axis according to the arrangement of north pole N and south pole S extends radially to the rotor 1.
- a plurality of coil arrangements 21-28 are arranged around the rotor, each having a hard magnetic core oriented radially with its longitudinal axis on the rotor and a coil arranged in several turns around the core.
- the coil assemblies 21-28 are radially spaced from the rotor 1 via an air gap and distributed uniformly around the rotor 1.
- the coil arrangements 21-28 are connected to a control and evaluation unit 3, which comprises a current source 31 which can be connected via a multi-switch 33 to the coils of the coil arrangements 21-28.
- the current source 31 is controlled as a function of the operating state and, during an active operating state, generates in each case a coil current which causes a magnetization direction opposite to the permanent magnet 11 in the respective hard magnetic core. Accordingly, the hard magnetic cores according to FIG. 1 are magnetized such that their respective north poles N face the rotor 1, while their respective south poles S face away from the rotor 1.
- control and evaluation unit 3 is designed and configured to detect the respective magnetization direction of the hard magnetic cores of the coil arrangements 21-28.
- the hard magnetic cores are selectively magnetized by means of the current source 31 of the control and evaluation unit 3, and an induced voltage is detected by means of a voltage meter 32 of the control and evaluation unit 3.
- a magnetization change a larger voltage pulse is produced, so that an original direction of magnetization can be determined before actuation of the current source 31 from a magnitude of the voltage pulse.
- control and evaluation unit 3 can in principle also be connected to a respective magnetic field sensor arranged at an associated coil arrangement 21-28, for example with a Hall sensor. Sensor or a magnetoresistive sensor.
- the hard-magnetic cores of the coil systems are remagnetized 21-25, in which the permanent magnet 11 is moved past. Accordingly, the hard magnetic cores of the coil assemblies 21-25 of Figure 2 are magnetized such that their respective south poles S face the rotor 1, while their respective north poles N face away from the rotor 1.
- the hard magnetic cores of the coil assemblies 26-28 maintain their previous magnetization direction.
- a rotational angle of the rotor 1 during the passive operating state can be determined on the basis of a detection of the respective magnetization directions of the hard magnetic cores.
- the angle of rotation of the rotor 1 is determined from detected changed magnetization directions of the hard magnetic cores.
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Winkelgeber mit einem an einem Rotor angeordneten Permanentmagneten, dessen Magnetisierungsachse sich radial zum Rotor erstreckt. Außerdem sind mehrere um den Rotor angeordnete Spulenanordnungen vorgesehen, die jeweils einen mit seiner Längsachse radial auf den Rotor ausgerichteten hartmagnetischen Kern und eine in mehreren Windungen um den Kern angeordnete Spule aufweisen. Mit den Spulen ist zumindest eine betriebszustandsabhängig steuerbare Strom- oder Spannungsquelle verbindbar, durch die während eines aktiven Betriebszustandes jeweils ein Spulenstrom erzeugt wird, der im jeweiligen hartmagnetischen Kern eine dem Permanentmagneten entgegengesetzte Magnetisierungsrichtung hervorruft. Außerdem umfaßt der Winkelgeber eine Auswerteeinheit, die zur Erfassung der jeweiligen Magnetisierungsrichtung der hartmagnetischen Kerne eingerichtet und ausgestaltet ist.
Description
Beschreibung Winkelgeber Die vorliegende Erfindung betrifft einen Winkelgeber, der beispielsweise für Tür- oder Torantriebe in Fahrstuhltüren, Bahnsteigtüren oder Kühlhaustüren verwendet werden kann.
In EP 0 145 882 A2 ist ein berührungsloser elektronischer Winkelgeber beschrieben, der einen drehbaren Magneten und mehrere Sensorspulen zur Erfassung einer Winkelstellung umfaßt. Die Sensorspulen sind rechtwinklig zueinander auf einem für alle Sensorspulen gemeinsamen Ringkern eines Magnetfelddetektors entsprechend Fluxgate-Prinzip angeordnet. Der dreh- bare Magnet und der Ringkern mit den Sensorspulen sind in einem abschirmenden Gehäuse angeordnet. Innerhalb des Gehäuses ist ein Innenraum, in dem sich der Magnet drehen kann, von einem Innenraum hermetisch abgetrennt, in dem der Ringkern mit den Sensorspulen und eine Auswerte-Elektronik angeordnet sind.
Aus DE 37 22 744 AI ist ein Winkelgeber bekannt, der zwei gegeneinander verdrehbare Teile umfaßt. Dabei weist ein erster Teil über seinen Umfang gleichmäßig verteilte magnetische Po- le auf. Ein zweiter Teil umfaßt ein elektrisch leitfähiges
Material und wird vom Magnetfeld des ersten Teils durchsetzt. Auf dem zweiten Teil sind Abgriffe gleichmäßig verteilt, an denen bei relativer Drehung der beiden Teile Spannungssignale induziert werden. Diese Spannungssignale werden in einer Ver- arbeitungsschaltung logisch so verknüpft, daß eine Impulsfolge entsteht, deren Impulsanzahl ein Maß für einen jeweiligen Drehwinkel ist. Mit Hilfe der Verarbeitungsschaltung kann auch eine Drehrichtung festgestellt werden.
In EP 1 902 995 A2 ist ein Türantrieb für eine automatische Tür beschrieben, bei dem ein Antriebsritzel oder Riemenrad zum Antrieb eines Riemens bzw. einer Kette zur Übertragung einer von einem Motor erzeugten Antriebskraft mit einer Mo- torwelle drehfest verbunden ist. Die Motorwelle ist vorzugsweise senkrecht zur Öffnungs- bzw. Schließrichtung der Tür ausgerichtet. Darüber hinaus kann der Motor als magnetischer Winkelgeber verwendet werden, insbesondere als
Absolutwertgeber
Aus EP 1 894 877 A2 ist in Türantrieb für eine automatische Tür bekannt, die mindestens ein Türblatt aufweist. Der Türantrieb umfasst einen bürstenlosen Elektromotor zum Erzeugen einer Antriebskraft und einen in Öffnungs- bzw. Schließrich- tung der Tür geführten Riemen oder eine Kette zur Übertragung der Antriebskraft. Zur Steuerung bzw. Regelung des Elektromotors ist eine Ansteuerungsvorrichtung vorgesehen, die einen nach einem magnetischen Prinzip arbeitenden Absolutwert- Winkelgeber zur Erzeugung eines Motordrehwinkelsignals um- faßt. Außerdem weist die Ansteuerungsvorrichtung eine Kommutierungsschaltung zur elektronischen Kommutierung des Motors auf, der das Motordrehwinkelsignal zugeführt ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Winkelgeber zu schaffen, der auch bei einem Energieversorgungsausfall eine Erfassung einer Drehwinkel- bzw. Positionsänderung während des Energieversorgungsausfalls ohne Hilfs- energiezufuhr ermöglicht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Winkelgeber mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Der erfindungsgemäße Winkelgeber umfaßt einen an einem Rotor angeordneten Permanentmagneten, dessen Magnetisierungsachse sich radial zum Rotor erstreckt und mehrere um den Rotor angeordnete Spulenanordnungen. Die Spulenanordnungen weisen je- weils einen mit seiner Längsachse radial auf den Rotor ausgerichteten hartmagnetischen Kern sowie eine in mehreren Windungen um den Kern angeordnete Spule auf und sind über einen Luftspalt radial vom Rotor beabstandet. Außerdem ist zumindest eine mit den Spulen verbindbare betriebszustandsabhängig steuerbare Strom- oder Spannungsquelle vorgesehen. Durch diese Strom- oder Spannungsquelle wird während eines aktiven Betriebszustandes jeweils ein Spulenstrom erzeugt, der im jeweiligen hartmagnetischen Kern eine dem Permanentmagneten entgegengesetzte Magnetisierungsrichtung hervorruft.
Darüber hinaus umfaßt der erfindungsgemäße Winkelgeber eine Auswerteeinheit, die zur Erfassung der jeweiligen Magnetisierungsrichtung der hartmagnetischen Kerne eingerichtet und ausgestaltet ist. Auf diese Weise kann beispielsweise auf ei- ne bisher bei vergleichbaren Winkelgebern erforderliche Referenzfahrt bzw. -bewegung nach einer Wiederherstellung einer Energieversorgung verzichtet werden. Darüber hinaus sind mit dem erfindungsgemäßen Winkelgeber auch Endpositionsschalter oder teure Muliturngeber nicht mehr erforderlich.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Winkelgebers ist die Auswerteeinheit mit jeweils einem an einer zugeordneten Spulenanordnung angeordneten Mag- netfeldsensor verbunden. Der Magnetfeldsensor kann beispielsweise ein Hall-Sensor oder magnetoresistiver Sensor sein. Alternativ dazu ist die Auswerteeinheit entsprechend einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Winkelgebers mit einer Steuerungseinheit verbunden, die dazu
eingerichtet und ausgestaltet ist, die hartmagnetischen Kerne jeweils gezielt zu magnetisieren und eine dabei hervorgerufene induzierte Spannung zu erfassen. Dies ermöglicht eine besonders kompakte und zuverlässige Realisierung eines erfin- dungsgemäßen Winkelgebers. Vorzugsweise sind die Spulenanordnungen gleichmäßig verteilt um den Rotor angeordnet und ermöglichen damit eine gleichmäßig genaue Winkelerfassung.
Darüber hinaus ist die Auswerteeinheit entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Winkelgebers dazu eingerichtet und ausgestaltet, anhand der Erfassung der jeweiligen Magnetisierungsrichtungen der hartmagnetischen Kerne einen Drehwinkel des Rotors während eines passiven Betriebszustandes zu ermitteln. Während des passiven Betriebszustandes kann beispielsweise die Strom- oder Spannungsquelle deaktiviert sein. Des weiteren ist die Auswerteeinheit vorzugsweise dazu eingerichtet und ausgestaltet, aus erfaßten geänderten Magnetisierungsrichtungen der hartmagnetischen Kerne den Drehwinkel des Rotors während des passiven Betriebszustandes zu ermitteln.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt Figur 1 eine schematische Darstellung eines Winkelgebers in einer Anfangsstellung während eines aktiven Betriebszustandes ,
Figur 2 eine schematische Darstellung des Winkelgebers ge- mäß Figur 1 in einer Endstellung nach einem passiven Betriebszustand.
Der in Figur 1 dargestellte Winkelgeber umfaßt einen an einem Rotor 1 angeordneten Permanentmagneten 11, dessen Magnetisie-
rungsachse sich entsprechend Anordnung von Nordpol N und Südpol S radial zum Rotor 1 erstreckt. Um den Rotor sind mehrere Spulenanordnungen 21-28 angeordnet, die jeweils einen mit seiner Längsachse radial auf den Rotor ausgerichteten hart- magnetischen Kern und eine in mehreren Windungen um den Kern angeordnete Spule aufweisen. Die Spulenanordnungen 21-28 sind über einen Luftspalt radial vom Rotor 1 beabstandet und gleichmäßig verteilt um den Rotor 1 angeordnet. Die Spulenanordnungen 21-28 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einer Steuerungs- und Auswerteeinheit 3 verbunden, die eine über einen Multischalter 33 mit den Spulen der Spulenanordnungen 21-28 verbindbare Stromquelle 31 umfaßt. Die Stromquelle 31 wird betriebszustandsabhängig gesteuert und erzeugt während eines aktiven Betriebszustandes jeweils ein Spulenstrom, der im jeweiligen hartmagnetischen Kern eine dem Permanentmagneten 11 entgegengesetzte Magnetisierungsrichtung hervorruft. Dementsprechend sind die hartmagnetischen Kerne gemäß Figur 1 derart magnetisiert , daß ihre je- weiligen Nordpole N dem Rotor 1 zugewandt sind, während ihre jeweiligen Südpole S vom Rotor 1 abgewandt sind.
Darüber hinaus ist die Steuerungs- und Auswerteeinheit 3 zur Erfassung der jeweiligen Magnetisierungsrichtung der hartmag- netischen Kerne der Spulenanordnungen 21-28 eingerichtet und ausgestaltet. Hierzu werden die hartmagnetischen Kerne mittels der Stromquelle 31 der Steuerungs- und Auswerteeinheit 3 jeweils gezielt magnetisiert, und eine dabei jeweils hervorgerufene induzierte Spannung wird mittels eines Spannungsmes- sers 32 der Steuerungs- und Auswerteeinheit 3 erfaßt. Bei einer Magnetisierungsänderung wird ein größerer Spannungsimpuls hervorgerufen, so daß aus einer Größe des Spannungsimpulses eine ursprüngliche Magnetisierungsrichtung vor Betätigung der Stromquelle 31 ermittelt werden kann. Alternativ zu einer ge-
zielten Magnetisierung der hartmagnetischen Kerne der Spulenanordnungen 21-28 und einer Auswertung des hierdurch induzierten Spannungsimpulses kann die Steuerungs- und Auswerteeinheit 3 grundsätzlich auch mit jeweils einem an einer zu- geordneten Spulenanordnung 21-28 angeordneten Magnetfeldsen- sor verbunden sein, beispielsweise mit einem Hall-Sensor oder einem magnetoresistiven Sensor.
Wird der Rotor 1 während eines passiven Betriebszustandes, in dem insbesondere die Stromquelle 31 abgeschaltet ist, mit seinem Permanentmagneten 11 entsprechend Figur 2 von einer Anfangsposition 11' in eine Endposition 1Γ 1 gedreht, werden die hartmagnetischen Kerne der Spulenanordnungen 21-25 ummagnetisiert , an denen der Permanentmagnet 11 vorbeibewegt wird. Dementsprechend sind die hartmagnetischen Kerne der Spulenanordnungen 21-25 gemäß Figur 2 derart magnetisiert , daß ihre jeweiligen Südpole S dem Rotor 1 zugewandt sind, während ihre jeweiligen Nordpole N vom Rotor 1 abgewandt sind. Die hartmagnetischen Kerne der Spulenanordnungen 26-28 behalten dagegen ihre bisherige Magnetisierungsrichtung bei.
Mit der in Figur 1 dargestellten Steuerungs- und Auswerteeinheit 3 kann anhand einer Erfassung der jeweiligen Magnetisierungsrichtungen der hartmagnetischen Kerne ein Drehwinkel des Rotors 1 während des passiven Betriebszustandes ermittelt werden. Dabei wird der Drehwinkel des Rotors 1 aus erfaßten geänderten Magnetisierungsrichtungen der hartmagnetischen Kerne ermittelt.
Claims
1. Winkelgeber mit
- einem an einem Rotor angeordneten Permanentmagneten,
dessen Magnetisierungsachse sich radial zum Rotor erstreckt ,
- mehreren um den Rotor angeordneten Spulenanordnungen, die jeweils
- einen mit seiner Längsachse radial auf den Rotor ausgerichteten hartmagnetischen Kern und
- eine in mehreren Windungen um den Kern angeordnete Spule aufweisen und
- über einen Luftspalt radial vom Rotor beabstandet sind,
- zumindest einer mit den Spulen verbindbaren betriebszu- standsabhängig steuerbaren Strom- oder Spannungsquelle, durch die während eines aktiven Betriebszustandes jeweils ein Spulenstrom erzeugt wird, der im jeweiligen hartmagnetischen Kern eine dem Permanentmagneten entge- gengesetzte Magnetisierungsrichtung hervorruft,
- einer Auswerteeinheit, die zur Erfassung der jeweiligen Magnetisierungsrichtung der hartmagnetischen Kerne eingerichtet und ausgestaltet ist.
2. Winkelgeber nach Anspruch 1,
bei dem die Auswerteeinheit mit jeweils einem an einer zugeordneten Spulenanordnung angeordneten Magnetfeldsensor verbunden ist.
3. Winkelgeber nach Anspruch 2,
bei dem der Magnetfeldsensor ein Hall-Sensor oder
magnetoresistiver Sensor ist.
4. Winkelgeber nach Anspruch 1,
bei dem die Auswerteeinheit mit einer Steuerungseinheit verbunden ist, die dazu eingerichtet und ausgestaltet ist, die hartmagnetischen Kerne jeweils gezielt zu magnetisieren und eine dabei hervorgerufene induzierte Spannung zu erfassen.
5. Winkelgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
bei dem die Spulenanordnungen gleichmäßig verteilt um den Rotor angeordnet sind.
6. Winkelgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
bei dem die Auswerteeinheit dazu eingerichtet und ausgestaltet ist, anhand der Erfassung der jeweiligen Magnetisierungsrichtungen der hartmagnetischen Kerne einen Drehwinkel des Rotors während eines passiven Betriebszustandes zu ermitteln.
7. Winkelgeber nach Anspruch 6,
bei dem die Strom- oder Spannungsquelle während des passiven Betriebszustandes deaktiviert ist.
8. Winkelgeber nach einem der Ansprüche 6 oder 7,
bei dem die Auswerteeinheit dazu eingerichtet und ausgestaltet ist, aus erfaßten geänderten Magnetisierungsrichtungen der hartmagnetischen Kerne den Drehwinkel des Rotors während des passiven Betriebszustandes zu ermitteln.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2015090386A1 true WO2015090386A1 (de) | 2015-06-25 |
Family
ID=49943335
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| PCT/EP2013/077180 WO2015090386A1 (de) | 2013-12-18 | 2013-12-18 | Winkelgeber |
Country Status (1)
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| NENP | Non-entry into the national phase |
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| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
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