DE102017203709B4 - Protractor - Google Patents

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Abstract

Sensor zur Messung einer absoluten Winkelposition, mitmehreren entlang eines Umfangs angeordneten Markierungen (M) undmehreren entlang eines Umfangs angeordneten Sensoreinheiten (S) zur Erfassung der relativen Position der Markierungen (M) zur Sensoreinheit,wobei die Markierungen (M) relativ zu den Sensoreinheiten (S) drehbar angeordnet sind,dadurch gekennzeichnet, dassder Winkelabstand zwischen jeweils zwei Markierungen (M) und/oder zwischen jeweils zwei Sensoreinheiten (S) eindeutig ist.Sensor for measuring an absolute angular position, with a plurality of markings (M) arranged along a circumference and a plurality of sensor units (S) arranged along a circumference for detecting the relative position of the markings (M) to the sensor unit, the markings (M) relative to the sensor units (S ) are rotatably arranged, characterized in that the angular distance between two markings (M) and / or between two sensor units (S) is unique.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor zur Messung einer absoluten Winkelposition.The present invention relates to a sensor for measuring an absolute angular position.

Eine absolute Winkelposition ist insbesondere für eine effiziente Regelung von bürstenlosen Motoren wichtig. Erst eine genaue Kenntnis über die aktuelle Winkelposition erlaubt den Einsatz von effizienten Motorreglern. Das Einprägen des Motorstroms ist abhängig von der Position der Motorwelle, und nur mit Kenntnis der absoluten Position der Motorwelle kann eine Steuerung mit hohem Wirkungsgrad arbeiten. Mit dem heutigen Stand der Technik ist es einfach, die relative Winkelposition zu bestimmen, also den Winkel, den die Drehachse (z.B. Motorwelle) seit einem bestimmten Referenzpunkt zurückgelegt hat. Sensoren nach dem magnetoresistiven Messprinzip sind für solche Aufgaben sehr gut geeignet. Sie sind besonders robust und kostengünstig. Dabei wird dem Sensor eine kontinuierliche und nicht endende zusammenhängende Kette von Magneten (Profil) vorgesetzt. Ein solcher Sensor ist gut für die relative Winkelposition.An absolute angular position is particularly important for efficient control of brushless motors. Only precise knowledge of the current angular position allows the use of efficient motor controllers. The impressing of the motor current depends on the position of the motor shaft, and only with knowledge of the absolute position of the motor shaft can a controller work with high efficiency. With the current state of the art, it is easy to determine the relative angular position, i.e. the angle that the axis of rotation (e.g. motor shaft) has traveled since a certain reference point. Sensors based on the magnetoresistive measuring principle are very well suited for such tasks. They are particularly robust and inexpensive. The sensor is placed in front of a continuous and continuous chain of magnets (profile). Such a sensor is good for the relative angular position.

Für die Messung einer absoluten Winkelposition einer Drehachse wird bekannterweise ein Potentiometer eingesetzt. Die Spannung am Schleifkontakt (Spannungsteiler) ist ein guter Messwert für die aktuelle absolute Winkelposition. Mit Hilfe eines AD-Wandlers liegt die Winkelposition auch digital vor und kann weiter verarbeitet werden. Nachteilig ist das mechanische Schleifen über die Widerstandsschicht. Auch in Bezug auf die Genauigkeit der gemessenen Position ist ein Potentiometer nur bedingt geeignet.As is known, a potentiometer is used to measure an absolute angular position of an axis of rotation. The voltage at the sliding contact (voltage divider) is a good measurement for the current absolute angular position. With the help of an AD converter, the angular position is also available digitally and can be processed further. Mechanical grinding over the resistance layer is disadvantageous. A potentiometer is also only of limited suitability with regard to the accuracy of the measured position.

Eine berührungslose Messung der absoluten Winkelposition, beispielsweise mit Magneten und zugehörigen Sensoren, ist bisher lediglich möglich durch Hinzunahme von Referenzpunkten bzw. einer Referenzfahrt des Motors. Hierbei ist nachteilig, dass eine solche Referenzfahrt bei jeder Initialisierung des Motors vorgenommen werden muss.A contactless measurement of the absolute angular position, for example with magnets and associated sensors, has so far only been possible by adding reference points or a reference run of the motor. The disadvantage here is that such a reference run must be carried out each time the motor is initialized.

DE 10 2004 061 808 A1 offenbart einen Sensor zur Messung einer absoluten Winkelposition mit einer Geberscheibe, die mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine gekoppelt ist, wobei die Geberscheibe entlang ihres Umfangs mehrere Markierungen aufweist. Weiterhin weist der Sensor zwei Sensoreinheiten auf zur Erfassung der Position der Markierungen. Zur Bestimmung der absoluten Position der Geberscheibe ist eine Markierung mit doppelter Breite vorgesehen als Nullmarkierung. DE 10 2004 061 808 A1 discloses a sensor for measuring an absolute angular position with a sensor disk which is coupled to a crankshaft of an internal combustion engine, the sensor disk having a plurality of markings along its circumference. Furthermore, the sensor has two sensor units for detecting the position of the markings. To determine the absolute position of the encoder disc, a marking with double width is provided as a zero marking.

DE 44 02 401 A1 offenbart einen Sensor zur Messung einer Winkelposition mit mehreren entlang eines Umfangs angeordneten Markierungen, welche exzentrisch gelagert sind, sowie mehreren Sensoreinheiten zur Erfassung der Position der Markierungen. Aus der gegenseitigen Phasenbeziehung der erfassten Sensorsignale lässt sich unter der Einbeziehung der Exzentrizität die absolute Position der Winkelteilung gegenüber den Sensoreinheiten bestimmen. DE 44 02 401 A1 discloses a sensor for measuring an angular position with a plurality of markings arranged along a circumference, which are mounted eccentrically, and a plurality of sensor units for detecting the position of the markings. The absolute position of the angular division with respect to the sensor units can be determined from the mutual phase relationship of the detected sensor signals, including the eccentricity.

DE 10 2007 023 090 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Erfassung einer Winkelstellung einer Motorwelle. DE 10 2007 023 090 A1 describes a device for detecting an angular position of a motor shaft.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Sensor zur Messung einer absoluten Winkelposition zu schaffen, der zuverlässig arbeitet und insbesondere keine Referenzfahrten erforderlich macht.The object of the present invention is to provide a sensor for measuring an absolute angular position which operates reliably and in particular does not require any reference runs.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Sensor gemäß Anspruch 1.The object is achieved by a sensor according to claim 1.

Der erfindungsgemäße Sensor zur Messung einer absoluten Winkelposition weist mehrere entlang eines Umfangs angeordnete Markierungen auf. Weiterhin sind mehrere entlang eines Umfangs angeordnete Sensoreinheiten vorgesehen zur Erfassung der Position der Markierungen. Dabei sind die Markierungen relativ zu den Sensoreinheiten drehbar angeordnet. Hierzu können die Markierungen drehbar und/oder die Sensoreinheiten drehbar ausgebildet sein.The sensor according to the invention for measuring an absolute angular position has a plurality of markings arranged along a circumference. Furthermore, a plurality of sensor units arranged along a circumference are provided for detecting the position of the markings. The markings are arranged rotatably relative to the sensor units. For this purpose, the markings can be made rotatable and / or the sensor units can be made rotatable.

Der Winkelabstand zwischen mindestens zwei Markierungen und/oder zwischen mindestens zwei Sensoreinheiten ist dabei eindeutig. Durch den eindeutigen relativen Winkel zwischen den mindestens zwei Markierungen und/oder zwischen den mindestens zwei Sensoreinheiten ist die absolute Winkelposition aufgrund des eindeutigen relativen Winkels identifizierbar. Hierdurch kann die absolute Winkelposition zuverlässig ermittelt werden, wobei insbesondere keine Referenzfahrten erforderlich sind. Insbesondere, sofern die Markierungen und Sensoreinheiten berührungslos ausgebildet sind,
lässt sich entsprechend die absolute Winkelposition ebenfalls berührungslos ermitteln.The angular distance between at least two markings and / or between at least two sensor units is clear. The absolute angular position can be identified on the basis of the unique relative angle by the unique relative angle between the at least two markings and / or between the at least two sensor units. In this way, the absolute angular position can be reliably determined, in particular no reference runs are required. In particular, if the markings and sensor units are designed without contact,
the absolute angular position can also be determined without contact.

Erfindungsgemäß ist der Winkelabstand zwischen jeweils zwei Markierungen und/oder zwischen jeweils zwei Sensoreinheiten eindeutig. Insbesondere gilt dies für alle Markierungen und/oder Sensoreinheiten. Hierbei ist somit der Winkelabstand zwischen jeweils zwei Markierungen und/oder zwischen jeweils zwei Sensoreinheiten stets und für alle Markierungen und Sensoreinheiten eindeutig. Hierdurch wird sichergestellt, dass eine zuverlässige Ermittlung der absoluten Winkelposition gewährleistet ist für alle möglichen Winkelpositionen. Durch die Eindeutigkeit des Winkelabstands lassen sich die absoluten Winkelpositionen eindeutig erkennen. According to the invention, the angular distance between two markings and / or between two sensor units is clear. This applies in particular to all markings and / or sensor units. Here, the angular distance between two markings and / or between two sensor units is always unique for all markings and sensor units. This ensures that a reliable determination of the absolute angular position is guaranteed for all possible angular positions. Due to the uniqueness of the angular distance, the absolute angular positions can be clearly recognized.

Vorzugsweise wird von einer Sensoreinheit nur ein Marker gleichzeitig erfasst. Selbstverständlich wird jeder Marker bei einer vollständigen Drehung der Marker relativ zur Sensoreinheit mindestens von einer Sensoreinheit erfasst. Jedoch zu einem bestimmten Zeitpunkt bei einer bestimmten Winkelposition wird durch eine bestimmte Sensoreinheit nur ein einzelner Marker erfasst. Hierdurch wird sichergestellt, dass die relativen Winkelpositionen der Marker zueinander und/oder die relativen Winkelpositionen der Sensoreinheiten zueinander eindeutig zuordenbar sind.Preferably, only one marker is detected by a sensor unit at the same time. Of course, each marker is detected by at least one sensor unit when the markers are completely rotated relative to the sensor unit. However, at a certain point in time at a certain angular position, only a single marker is detected by a certain sensor unit. This ensures that the relative angular positions of the markers to one another and / or the relative angular positions of the sensor units can be uniquely assigned to one another.

Vorzugsweise sind die Markierungen und Sensoreinheiten angeordnet, um einen messbaren Winkel von 360° abzudecken. Somit sind die Markierungen und/oder Sensoreinheiten insbesondere entlang eines vollen Umfangs angeordnet.The markings and sensor units are preferably arranged in order to cover a measurable angle of 360 °. The markings and / or sensor units are thus arranged in particular along a full circumference.

Vorzugsweise sind die Markierungen und die Sensoreinheiten derart angeordnet, dass bei bestimmten Winkelstellungen bzw. Winkelpositionen mindestens eine Sensoreinheit keine Markierung erfasst. Da die Markierungen und/oder die Sensoreinheiten einen eindeutigen Winkelabstand jeweils zueinander aufweisen, sind Winkelpositionen möglich, bei denen eine
Sensoreinheit keine Markierung erfasst. Dies tritt insbesondere auf, sofern beispielsweise die Markierungen mit einem eindeutigen Winkelabstand zueinander angeordnet sind, wohingegen die Sensoreinheiten gleichmäßig entlang des Umfangs angeordnet sind.The markings and the sensor units are preferably arranged such that at certain angular positions or angular positions at least one sensor unit detects no marking. Since the markings and / or the sensor units each have a clear angular distance from one another, angular positions are possible in which one
Sensor unit no mark detected. This occurs in particular if, for example, the markings are arranged at a clear angular distance from one another, whereas the sensor units are arranged uniformly along the circumference.

Vorzugsweise erfolgt das Auslesen aller Sensoreinheiten gleichzeitig. Hierzu ist insbesondere eine Auslese- und Auswertvorrichtung vorgesehen, die mit den Sensoreinheiten verbunden ist. Somit wird gleichzeitig für alle Sensoreinheiten ermittelt, ob durch diese eine Markierung erfasst wird oder nicht. Hierdurch ist die absolute Winkelposition besonders zuverlässig ermittelbar, da die Stellung der einzelnen Markierungen relativ zu den Sensoreinheiten für alle Sensoreinheiten bekannt ist. Insbesondere bei einer kontinuierlichen Bewegung der Markierungen relativ zu den Sensoreinheiten ist es erforderlich, dass das Auslesen aller Sensoreinheiten gleichzeitig erfolgt, so dass ein eventuelles Weiterbewegen der Markierungen relativ zu den Sensoreinheiten während des Auslesens nicht zu einer Verfälschung des Messergebnisses und damit der ermittelten absoluten Winkelposition führt.All sensor units are preferably read out simultaneously. For this purpose, in particular a readout and evaluation device is provided, which is connected to the sensor units. It is thus determined at the same time for all sensor units whether a marking is detected by them or not. As a result, the absolute angular position can be determined particularly reliably, since the position of the individual markings relative to the sensor units is known for all sensor units. In particular, in the case of a continuous movement of the markings relative to the sensor units, it is necessary that all sensor units be read out simultaneously, so that any further movement of the markings relative to the sensor units during the readout does not lead to a falsification of the measurement result and thus the determined absolute angular position .

Vorzugsweise weist der Sensor mindestens drei Sensoreinheiten und insbesondere mindestens vier Sensoreinheiten auf.The sensor preferably has at least three sensor units and in particular at least four sensor units.

Vorzugsweise weist der Sensor mindestens drei Markierungen und insbesondere mindestens vier Markierungen auf. Die Anzahl der Markierungen kann jedoch auch höher sein, um stets eine eindeutige absolute Winkelposition ermitteln zu können. Insbesondere ergibt sich die Anzahl der Markierungen aus dem durch den Sensor erfassten Winkelbereich, also dem Winkelbereich, den die Sensoreinheiten abdecken. Dabei muss insbesondere die Multiplikation aus der Anzahl aller Marker und dem Winkelbereich aller Sensoreinheiten größer sein als der durch den Sensor abgedeckte Winkelbereich. Soll durch den Winkel 360° abgedeckt werden, so muss die Multiplikation aus der Anzahl aller Marker und dem Winkelbereich aller Sensoreinheiten ≥360° sein. The sensor preferably has at least three markings and in particular at least four markings. However, the number of markings can also be higher in order to always be able to determine a unique absolute angular position. In particular, the number of markings results from the angular range detected by the sensor, ie the angular range that the sensor units cover. In particular, the multiplication of the number of all markers and the angular range of all sensor units must be greater than the angular range covered by the sensor. If the angle is to cover 360 °, the multiplication of the number of all markers and the angular range of all sensor units must be ≥360 °.

Vorzugsweise ist die Anzahl der Markierungen ungleich zu der Anzahl der Sensoreinheiten. Insbesondere ist die Anzahl der Markierungen größer als die Anzahl der Sensoreinheiten. Da Markierungen einfach aufgebaut sind und insbesondere kostengünstiger sind, ist es vorteilhaft, die Anzahl der Markierungen größer zu wählen als die Anzahl der Sensoreinheiten, da hierdurch zwar stets eine präzise absolute Winkelposition ermittelt werden kann, dies jedoch bei geringeren Kosten.The number of markings is preferably not the same as the number of sensor units. In particular, the number of markings is greater than the number of sensor units. Since markings are simple and, in particular, are more cost-effective, it is advantageous to choose a larger number of markings than the number of sensor units, since this can always determine a precise absolute angular position, but at a lower cost.

Vorzugsweise handelt es sich bei mindestens einer Sensoreinheit um einen magnetoresistiven Sensor, wobei es sich bei mindestens einer Markierung um einen Dauermagneten handelt. Hierdurch lässt sich die Markierung durch die Sensoreinheit berührungslos detektieren bzw. erfassen.At least one sensor unit is preferably a magnetoresistive sensor, with at least one marking being a permanent magnet. As a result, the marking can be detected or detected without contact by the sensor unit.

Vorzugsweise handelt es sich bei mindestens einer Sensoreinheit um eine optische Sensoreinheit und bei mindestens einer Markierung um eine Lichtquelle oder eine Blende. Bei Vorsehen einer Lichtquelle wird durch die optische Sensoreinheit das Licht der Lichtquelle detektiert, zur Erfassung der Position der Markierung. Alternativ hierzu handelt es sich bei mindestens einer Markierung um eine Blende. Durch die Blende wird eine weitere Lichtquelle verdeckt, sofern sich die Markierung nicht im Bereich der Sensoreinheit befindet, und die Lichtquelle wird erfassbar durch die optische Sensoreinheit, sofern sich die Blende im Bereich der Sensoreinheit befindet. Hierdurch kann durch die optische Sensoreinheit die Position der Blende erfasst werden.At least one sensor unit is preferably an optical sensor unit and at least one marking is a light source or an aperture. If a light source is provided the light from the light source is detected by the optical sensor unit, for detecting the position of the marking. Alternatively, at least one marking is an aperture. A further light source is covered by the diaphragm if the marking is not in the area of the sensor unit, and the light source can be detected by the optical sensor unit if the diaphragm is in the area of the sensor unit. As a result, the position of the diaphragm can be detected by the optical sensor unit.

Die Erfindung betrifft weiter einen Antrieb mit einem bürstenlosen Motor, wobei der bürstenlose Motor einen Rotor und einen Stator aufweist. Mit dem bürstenlosen Motor ist ein Frequenzumrichter zur Steuerung des bürstenlosen Motors verbunden. Der Antrieb weist weiter einen Sensor auf zur Erfassung der absoluten Winkelposition zwischen dem Rotor und dem Stator. Der Sensor ist dabei ausgebildet wie vorstehend beschrieben.The invention further relates to a drive with a brushless motor, the brushless motor having a rotor and a stator. A frequency converter for controlling the brushless motor is connected to the brushless motor. The drive also has a sensor for detecting the absolute angular position between the rotor and the stator. The sensor is designed as described above.

Vorzugsweise sind die Sensoreinheiten mit dem Stator und die Markierungen mit dem Rotor des bürstenlosen Motors verbunden.The sensor units are preferably connected to the stator and the markings to the rotor of the brushless motor.

Hierdurch wird ein Antrieb mit einem bürstenlosen Motor geschaffen, bei dem eine einfache Ansteuerung des Motors durch den Frequenzumrichter erfolgen kann. Insbesondere sind keine Referenzfahrten nötig, da der Frequenzumrichter aufgrund des vorgesehenen Sensors stets die absolute Winkelposition zwischen Rotor und Stator kennt. Hierdurch kann eine besonders effiziente Ansteuerung des Motors durch den Frequenzumrichter erfolgen.This creates a drive with a brushless motor in which the motor can be easily controlled by the frequency converter. In particular, no reference runs are necessary since the frequency converter always knows the absolute angular position between the rotor and stator due to the sensor provided. This enables the frequency converter to control the motor particularly efficiently.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail below on the basis of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.

Es zeigen:

  • 1 einen erfindungsgemäßen Sensor zur Messung einer absoluten Winkelposition in Draufsicht und
  • 2 den Sensor der 1 in Seitenansicht.
Show it:
  • 1 a sensor according to the invention for measuring an absolute angular position in plan view and
  • 2nd the sensor of the 1 in side view.

Der erfindungsgemäße Sensor zur Messung einer absoluten Winkelposition, gezeigt in 1, weist vier Sensoreinheiten S1 bis S4 auf. Sie sind alle an einem feststehenden Objekt angebracht und befinden sich tangential entlang eines Umfangs eines Kreises. Tabelle 1 zeigt die Winkelpositionen der Sensoreinheiten S1 bis S4 entlang des Umfangs. Tabelle 1 Sensor Winkelposition S1 0° S2 90° S3 180° S4 270° The sensor according to the invention for measuring an absolute angular position, shown in 1 , has four sensor units S 1 to S 4 on. They are all attached to a fixed object and are tangent along a circumference of a circle. Table 1 shows the angular positions of the sensor units S 1 to S 4 along the perimeter. Table 1 sensor Angular position S 1 0 ° S 2 90 ° S 3 180 ° S 4 270 °

Weiterhin sind zehn Marker M1 bis M10 vorgesehen, welche jeweils aus einem permanenten Magneten bestehen. Sie sind alle auf einem sich relativ zum feststehenden Objekt drehenden Objekt montiert und fest mit der Drehachse D verbunden.There are also ten markers M 1 to M 10 provided, which each consist of a permanent magnet. They are all mounted on an object rotating relative to the fixed object and fixed with the axis of rotation D connected.

Bei den Sensoreinheiten handelt es sich insbesondere um einen magnetoresistiven Sensor. Ein magnetoresistiver Sensor erfasst die Richtung eines vorhandenen Magnetfelds. Insbesondere bei Verschaltung in einer Messbrücke liefert ein magnetoresistiver Sensor ein Sinus- sowie ein Cosinus-Signal. Daraus lässt sich ein Parameter ermitteln, der die Position des jeweiligen Permanentmagneten vor der Sensoreinheit darstellt. Eine translatorische Verschiebung des Magneten entlang der größten Ausdehnung der Sensoreinheit kann mit genügend hoher Genauigkeit aufgelöst werden. Entfernt sich der Permanentmagnet vom Positionssensor, reduziert sich der Hub des Sinus- und Cosinus-Signals erheblich. Die Sensoreinheit kann somit auch den Zustand detektieren, dass sich kein Magnet in der unmittelbaren Nähe befindet, also den Zustand „keine Position“.The sensor units are in particular a magnetoresistive sensor. A magnetoresistive sensor detects the direction of an existing magnetic field. Especially when connected in a measuring bridge, a magnetoresistive sensor delivers a sine and a cosine signal. A parameter can be determined from this, which represents the position of the respective permanent magnet in front of the sensor unit. A translational displacement of the magnet along the greatest extent of the sensor unit can be resolved with sufficient accuracy. If the permanent magnet moves away from the position sensor, the stroke of the sine and cosine signal is significantly reduced. The sensor unit can thus also detect the state that there is no magnet in the immediate vicinity, ie the state "no position".

In der Tabelle 2 sind alle Markierungen aufgeführt, zusammen mit ihrer absoluten Winkelposition relativ zu der Ausgangslage. Zusätzlich ist in der Tabelle 2 der relative Winkel zwischen jeweils zwei Markierungen angegeben. Wie aus der Tabelle 2 ersichtlich, ist der Winkel eindeutig. Anhand eines vorgegebenen relativen Winkels kann die Kombination der Markierungen eindeutig bestimmt werden. Freie Felder in der Tabelle 2 bedeuten entweder eine Kombination von Markierungen, die nicht auftreten kann, oder die Kombination tritt zwar auf, aber mit mindestens einer weiteren Kombination von Markierungen und braucht deshalb nicht verwendet zu werden. Mit mindestens einer erkannten Markierung, der absoluten Winkelposition über der Sensoreinheit und der Winkelposition der erkannten Markierung, kann die absolute Winkelposition des Sensors berechnet werden. Tabelle 2 Relativer Winkel zum Marker M... Marker Winkelposition M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 M1 0° -182.25° -255° M2 36.75° -107.25° -179,25° M3 72° -183° -255.75° M4 109.5° -106.5° -178.5° M5 144° 107.25° -183.75° M6 182.25° 182.25° -105.75° M7 216° 179,25° 106.5° M8 255° 255° 183° M9 288° 176.5° 105.75° M10 327.75° 255.75° 183.75° All markings are listed in Table 2, together with their absolute angular position relative to the starting position. Table 2 also shows the relative angle between two marks. As can be seen from Table 2, the angle is clear. Using a given relative The combination of the markings can be clearly determined at an angle. Free fields in Table 2 either mean a combination of markings that cannot occur, or the combination does occur, but with at least one further combination of markings and therefore need not be used. With at least one recognized marking, the absolute angular position above the sensor unit and the angular position of the recognized marking, the absolute angular position of the sensor can be calculated. Table 2 Relative angle to marker M ... marker Angular position M 1 M 2 M 3 M 4 M 5 M 6 M 7 M 8 M 9 M 10 M 1 0 ° -182.25 ° -255 ° M 2 36.75 ° -107.25 ° -179.25 ° M 3 72 ° -183 ° -255.75 ° M 4 109.5 ° -106.5 ° -178.5 ° M 5 144 ° 107.25 ° -183.75 ° M 6 182.25 ° 182.25 ° -105.75 ° M 7 216 ° 179.25 ° 106.5 ° M 8 255 ° 255 ° 183 ° M 9 288 ° 176.5 ° 105.75 ° M 10 327.75 ° 255.75 ° 183.75 °

In 2 ist eine Vorderansicht des Sensors gezeigt. Das bewegliche Objekt 12 ist dabei um die Drehachse D drehbar. Das bewegliche Objekt 12 trägt dabei die Markierungen M1 bis M10 . Unter dem beweglichen Objekt 12 befindet sich das feststehende Objekt 14, welches die Sensoreinheiten S1 bis S4 trägt. Durch den Sensor wird die absolute Winkelposition zwischen dem beweglichen Objekt 12 und dem feststehenden Objekt 14 ermittelt. Zur Bestimmung der absoluten Winkelposition bei der Stellung des beweglichen Objekts 12 zum feststehenden Objekt 14 gemäß 1 liefert die Sensoreinheit S1 eine Position von 0°, und die Sensoreinheit S3 meldet eine Position von +2.25°. Die Sensoreinheiten S2 und S4 signalisieren den Zustand „keine Position“. Laut Tabelle 1 befindet sich die Sensoreinheit S1 bei 0° und sieht somit eine Markierung bei der absoluten Position von 0°. Die Sensoreinheit S3 befindet sich bei der Position 180° und sieht somit eine Markierung M6 bei der absoluten Position von 182.25° = 180 + 2.25°. Die beiden anderen Sensoreinheiten sehen keine Markierung. Die Winkeldifferenz der beiden Markierungen beträgt +182.25° bzw. -177.75° = 182.25° - 360°. Anhand der Tabelle 2 beträgt der Winkel zwischen den Markierungen M1 und M6 gerade + 182.25°. Nur wenn die Markierung M1 bei Sensoreinheit S1 steht und die Markierung M6 bei Sensoreinheit S3 ist, stellt sich dieser Winkel ein. Somit kann die absolute Winkelposition für den Sensor bestimmt werden. Die Markierung M6 steht bei 182.25° abzüglich der Winkelposition am Anfang, laut Tabelle 2 ergibt sich 0° = 182.25° - 182.25°.In 2nd a front view of the sensor is shown. The moving object 12th is rotatable about the axis of rotation D. The moving object 12th carries the markings M 1 to M 10 . Under the moving object 12th is the fixed object 14 which the sensor units S 1 to S 4 wearing. The sensor determines the absolute angular position between the moving object 12th and the fixed object 14 determined. To determine the absolute angular position in the position of the moving object 12th to the fixed object 14 according to 1 delivers the sensor unit S 1 a position of 0 °, and the sensor unit S 3 reports a position of + 2.25 °. The sensor units S 2 and S 4 signal the status "no position". According to table 1, the sensor unit is located S 1 at 0 ° and thus sees a mark at the absolute position of 0 °. The sensor unit S 3 is at the 180 ° position and therefore sees a marking M 6 at the absolute position of 182.25 ° = 180 + 2.25 °. The other two sensor units see no mark. The angle difference between the two markings is + 182.25 ° or -177.75 ° = 182.25 ° - 360 °. Based on Table 2, the angle between the marks M 1 and M 6 straight + 182.25 °. Only if the M 1 mark on the sensor unit S 1 stands and the mark M 6 with sensor unit S 3 is this angle. The absolute angular position for the sensor can thus be determined. The mark M 6 stands at 182.25 ° minus the angular position at the beginning, according to Table 2 this results in 0 ° = 182.25 ° - 182.25 °.

Wäre der Sensor um -180° gegenüber dem Bild 1 zurückgedreht, ergäbe sich folgende Situation: Die Sensoreinheit S1 sieht eine Winkelposition von +2.25° und die Sensoreinheit S3 meldet eine Position von 0°. Die Sensoreinheiten S2 und S4 signalisieren weiterhin den Zustand „keine Position“. Anhand der Tabelle 1 befindet sich eine Markierung bei +2.25° und eine weitere Markierung bei +180°. Die Winkeldifferenz der beiden Markierungen beträgt jetzt +177.75° bzw. -182.25° = 177.75° - 360°. Nur wenn die Markierung M6 bei Sensoreinheit S1 steht und die Markierung M1 bei Sensoreinheit S3 ist, stellt sich der Winkel -182.25° ein. Die Markierung M6 steht bei 2.25° abzüglich der Winkelposition am Anfang, laut Tabelle 2 ergibt sich -180° = 2.25 - 182.25°.Would the sensor be -180 ° compared to the picture 1 turned back, the following situation would result: The sensor unit S 1 sees an angular position of + 2.25 ° and the sensor unit S 3 reports a position of 0 °. The sensor units S 2 and S 4 continue to signal the status "no position". Based on Table 1 there is a mark at + 2.25 ° and another mark at + 180 °. The angle difference between the two markings is now + 177.75 ° or -182.25 ° = 177.75 ° - 360 °. Only if the mark M 6 with sensor unit S 1 stands and the mark M 1 on the sensor unit S 3 the angle is -182.25 °. The mark M 6 stands at 2.25 ° minus the angular position at the beginning, according to Table 2 this results in -180 ° = 2.25 - 182.25 °.

Die elektronischen Sensorsignale werden über eine geeignete Schaltung digitalisiert und einem Mikroprozessor zugeführt. Dieser führt das oben beschriebene Verfahren durch und verarbeitet entweder selbst die absolute Winkelposition oder gibt diese über ein geeignetes Interface an eine Verarbeitungseinheit weiter.The electronic sensor signals are digitized via a suitable circuit and fed to a microprocessor. This carries out the method described above and either processes the absolute angular position itself or forwards it to a processing unit via a suitable interface.

Somit ist es möglich, durch den Sensor auf einfache Weise die absolute Winkelposition zu ermitteln.It is thus possible to easily determine the absolute angular position using the sensor.

Claims (11)

Sensor zur Messung einer absoluten Winkelposition, mit mehreren entlang eines Umfangs angeordneten Markierungen (M) und mehreren entlang eines Umfangs angeordneten Sensoreinheiten (S) zur Erfassung der relativen Position der Markierungen (M) zur Sensoreinheit, wobei die Markierungen (M) relativ zu den Sensoreinheiten (S) drehbar angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelabstand zwischen jeweils zwei Markierungen (M) und/oder zwischen jeweils zwei Sensoreinheiten (S) eindeutig ist.Sensor for measuring an absolute angular position, with a plurality of markings (M) arranged along a circumference and a plurality of sensor units (S) arranged along a circumference for detecting the relative position of the markings (M) to the sensor unit, the markings (M) relative to the sensor units (S) are rotatably arranged, characterized in that the angular distance between two markings (M) and / or between two sensor units (S) is unique. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von einer Sensoreinheit (S) nur eine Markierung (M) gleichzeitig erfasst wird.Sensor after Claim 1 , characterized in that only one marking (M) is detected simultaneously by a sensor unit (S). Sensor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungen (M) und Sensoreinheiten (S) angeordnet sind, um einen messbaren Winkel von 360° abzudecken.Sensor according to one of the Claims 1 or 2nd , characterized in that the markings (M) and sensor units (S) are arranged to cover a measurable angle of 360 °. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungen (M) und die Sensoreinheiten (S) derart angeordnet sind, so dass bei bestimmten Winkelstellungen mindestens eine Sensoreinheit S) keine Markierung (M) erfasst.Sensor according to one of the Claims 1 to 3rd , characterized in that the markings (M) and the sensor units (S) are arranged such that at certain angular positions at least one sensor unit S) detects no marking (M). Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslesen aller Sensoreinheiten (S) gleichzeitig erfolgt.Sensor according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that all sensor units (S) are read out simultaneously. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch mindestens 3 Sensoreinheiten (S), insbesondere 4 Sensoreinheiten (S), und besonders bevorzugt mehr als 4 Sensoreinheiten (S).Sensor according to one of the Claims 1 to 5 , characterized by at least 3 sensor units (S), in particular 4 sensor units (S), and particularly preferably more than 4 sensor units (S). Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch mindestens 3 Markierungen (M), und insbesondere mehr als 4 Markierungen (M).Sensor according to one of the Claims 1 to 6 , characterized by at least 3 markings (M), and in particular more than 4 markings (M). Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Markierungen (M) ungleich ist zu der Anzahl der Sensoreinheiten (S) und insbesondere die Anzahl der Markierungen (M) größer ist als die Anzahl der Sensoreinheiten (S).Sensor according to one of the Claims 1 to 7 , characterized in that the number of markings (M) is not equal to the number of sensor units (S) and in particular the number of markings (M) is greater than the number of sensor units (S). Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei mindestens einer Sensoreinheit (S) um eine magnetoresistive Sensoreinheit handelt und bei mindestens einer Markierung (M) um einen Dauermagneten handelt.Sensor according to one of the Claims 1 to 8th , characterized in that at least one sensor unit (S) is a magnetoresistive sensor unit and at least one marking (M) is a permanent magnet. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei mindestens einer Sensoreinheit (S) um eine optische Sensoreinheit handelt und bei mindestens einer Markierung (M) um eine Lichtquelle oder eine Blende.Sensor according to one of the Claims 1 to 9 , characterized in that at least one sensor unit (S) is an optical sensor unit and at least one marker (M) is a light source or an aperture. Antrieb mit einem bürstenlosen Motor mit einem Rotor und einem Stator, einem mit dem bürstenlosen Motor verbundenen Frequenzumrichter zur Steuerung des bürstenlosen Motors und einem Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Erfassung der absoluten Winkelposition des Rotors, wobei vorzugsweise die Sensoreinheiten (S) mit dem Stator und die Markierungen (M) mit dem Rotor des bürstenlosen Motors verbunden sind.Drive with a brushless motor with a rotor and a stator, a frequency converter connected to the brushless motor for controlling the brushless motor and a sensor according to one of the Claims 1 to 10th for detecting the absolute angular position of the rotor, the sensor units (S) preferably being connected to the stator and the markings (M) being connected to the rotor of the brushless motor.
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