DE10315366A1

DE10315366A1 - Vorrichtung

Info

Publication number: DE10315366A1
Application number: DE10315366A
Authority: DE
Inventors: Olaf Dr. Simon
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2003-04-03
Filing date: 2003-04-03
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2023-04-04
Also published as: DE10315366B4

Abstract

Geber, umfassend zumindest Stator und Rotor, DOLLAR A wobei der Geber Mittel zum Zählen der Umdrehungen umfasst, DOLLAR A wobei ein oder mehrere Wieganddrähte am Stator angeordnet sind und am Rotor ein oder mehrere Mittel zum Erzeugen von Magnetfeldern vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung.

Als Geber sind Absolutwertgeber bekannt, die zusätzlich eine multi-turn Funktionalität besitzen, also einen Umdrehungszähler umfassen oder die Funktionalität des Umdrehungszählens aufweisen.

Ist diese Funktion elektrisch realisiert, besteht allerdings die Gefahr, dass bei Ausfall der elektrischen Versorgung die im Speicher elektronisch gespeicherten Daten, insbesondere die Information über die Anzahl der Umdrehungen, verlustig gehen können.

Alternativ ist es auch möglich, eine Versorgung mit Batterie vorzusehen. Jedoch ist eine Batterie kostspielig, insbesondere in der Wartung und Entsorgung, und außerdem kann die Batterie defekt sein und somit die Umwelt belasten oder zu Informationsverlust führen. Darüber hinaus wird wegen einer Batterie der erlaubte Einsatztemperaturbereich erheblich eingeschränkt.

Der Umdrehungszähler kann auch in mechanischer Art ausgeführt werden, also beispielsweise mit einem verbundenen Getriebe, das als Zählwerk ausgebildet ist. Insbesondere lassen sich dabei aus der Stellung der Verzahnteile des Getriebes die Mehrfachumdrehungen, also die Umdrehungsanzahl, bestimmen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung in verschleißarmer betriebssicherer und umweltschonender Weise weiterzubilden, Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Vorrichtung nach den in Anspruch 1 oder 16 angegebenen Merkmalen gelöst.

Wesentliche Merkmale der Erfindung bei der Vorrichtung sind, dass die Vorrichtung zumindest einen Stator und einen Rotor, umfasst, wobei die Vorrichtung Mittel zum Zählen der Umdrehungen umfasst, wobei ein oder mehrere Wieganddrähte am Stator angeordnet sind und am Rotor ein oder mehrere Mittel zum Erzeugen von Magnetfeldern vorgesehen sind. Insbesondere ist ein nicht-flüchtiger Speicher mit der Eigenschaft vorgesehen, dass der Speicherinhalt mit der jeweils in kurzen Impulsen gelieferten Energie des Wieganddrahtes änderbar ist. Das heißt, dass die von den Wieganddrähten, die auch Impulsdrähte genannt werden, gelieferten Energieimpulse ausreichen für ein Beschreiben des nicht-flüchtigen Speichers, also ein dauerhafter Speichervorgang der Information durchgeführt wird.

Die Vorrichtung ist als Geber ausführbar, der einen Rotor aufweist mit Magnetfelderzeugungsmitteln, wie beispielsweise mit Magneten, und einem Stator, mit welchem Wieganddrähte verbunden sind. Alternativ ist die Vorrichtung auch als Synchronmotor ausführbar, dessen mit Magneten verbundener Rotor drehbar gegen einen Stator gelagert ist, mit welchem Wieganddrähte verbunden sind., Beispielsweise sind die Wieganddrähte mit dem Gehäuse des Stators verbunden oder sie sind beispielsweise als Bestandteil der Wicklung ausgeführt. Weiter ist es sogar möglich als Vorrichtung ein Getriebe oder eine sonstige mechanische Vorrichtung, die zwei relativ zueinander drehbar gelagerte Komponenten aufweist, zu wählen, wobei die erste der Komponenten der Rotor ist und mit Magnetfelderzeugungsmitteln vorgesehen ist und die zweite der Komponenten mit Wieganddrähten, also sogenannte Impulsdrähten oder sogenannte Impulsdraht-Sensoren, verbunden ist. Dabei ist als Rotor auch ein Wellenabschnitt oder Achsabschnitt und als Stator auch ein Gehäuseabschnitt verwendbar. Darüber hinaus ist bei weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen auch die Funktionsweise des Rotors und Stators vertauschbar, also die Vorrichtung nach Art eines Außenläufers ausführbar, wobei somit der Rotor gegenüber der Umgebung fest und der Stator gegenüber der Umgebung drehbar gelagert ist.

Weiterer wesentlicher Vorteil bei der Erfindung ist, dass bei Ausfall der elektrischen Versorgung ein Bestimmen der Umdrehungsanzahl, also der Mehrfachdrehungen, ermöglicht ist. Außerdem geht die Information auch nach langer Zeit des Versorgungsausfalls nicht verloren. Des Weiteren sind keine mechanischen Getriebe notwendig, womit Verschleiß und sonstige weitere Fehlerquellen, die typisch sind für mechanische Getriebe, vermieden werden. Darüber hinaus sind sogar Umdrehungen erkennbar und registrierbar, die bei sehr langsamer oder beliebig langsamer Drehgeschwindigkeit erfolgen. Denn die Wieganddrähte liefern bei Überschreiten eines gewissen kritischen Winkelwertes instantan elektrische Energie. Dies erfolgt unabhängig von der Drehgeschwindigkeit. Im Gegensatz dazu liefern Vorrichtungen, die aufgrund der Induktion oder Lorenzkraft funktionieren, wie beispielsweise Tachos, abhängig von der niedrigeren Drehgeschwindigkeit eine entsprechend geringere Spannung. Die Erfindung ist außerdem sehr kostengünstig ausführbar im Vergleich zu Lösungen mit Getriebe oder Batterie.

Weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung ist auch, dass die Vorrichtung über einen weiten Temperaturbereich betreibbar ist, da keine Batterie vorhanden ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Wieganddrähte mit einem Gleichrichter verbunden. Von Vorteil ist dabei, dass die Energieversorgung aus dem sich während der Drehung verändernden Magnetfeld erfolgt und somit keine Batterie notwendig ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung versorgt der Gleichrichter eine elektronische Schaltung, die mit einem FRAM-Speicher verbunden ist oder einen solchen umfasst. Von Vorteil ist dabei, dass in der sehr kurzen Zeitspanne, in welcher die Energieversorgung zur Verfügung steht, die Informationen zur langzeitstabilen Speicherung in den FRAM-Speicher schreibbar sind.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung liegt die Anzahl der Wieganddrähte zwischen einem und zehn. Von Vorteil ist dabei, dass in kostengünstiger Weise eine Batterie einsparbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Wieganddrähte im Bereich des Umfangs des Rotors angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass das Magnetfeld des Magneten stark genug ist und der Magnet am Rotor vorteilhaft anbringbar ist. Insbesondere ist also auch ein Synchronmotor, also einer permanenterregter Synchronmaschine, verwendbar, der daher als zum Stand der Technik im Motorinneren hinzuzufügende Komponenten nur die Wieganddrähte benötigt.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Mittel zum Erzeugen von Magnetfeldern Permanentmagnete. Von Vorteil ist dabei, dass Permanentmagnete kostengünstige Mittel zum Erzeugen von Magnetfeldern sind.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
In der 1 sind die erfindungswesentlichen Komponenten des Gebers schematisch skizziert. Dabei weist der Geber einen drehenden Teil, der im Folgenden als Rotor bezeichnet wird, und einen nicht-drehenden Teil, der im Folgenden als Stator bezeichnet wird, auf. Der Rotor umfasst mindestens ein Mittel zur Erzeugung eines derartigen Magnetfeldes, dass an mindestens einem Raumbereich des Stators die durchtretenden Magnetfeldlinien während einer Drehung des Rotors mindestens einmal ihre Richtung invertieren. Dazu ist ein Magnet am Rotor angebracht, dessen Nord-Süd-Richtung in radialer Richtung angeordnet sind. Somit bewegt sich an einem Wieganddraht, der am Stator vorgesehen ist, der Nord- und dann der Südpol nacheinander vorbei. Die Magnetfeldlinien, die durch den Wieganddraht hindurchtreten, nehmen also in ihrer Stärke ab, erreichen den Betrag Null und nehmen dann betragsmäßig wieder zu, wobei sich die Richtung allerdings umkehrt. Dieser Prozess wiederholt sich nach Überschreiten des betragsmäßigen Maximums während des Drehens des Rotors.
Bei einem kritischen Wert der Magnetfeldstärke magnetisiert sich das Material in den Wieganddrähten instantan um und induziert dabei einen Spannungspuls in einer zugehörigen Spule. Das von der Spule umgebene Material weist mindestens eine Unstetigkeit in der Magnetfeldstärke-Magnetflussdichte-Kennlinie auf.
Am Stator sind drei Wieganddrähte angeordnet. Vorteiligerweise ist somit eine Dreh-Richtungserkennung ermöglicht. Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist eine andere Anzahl von Wieganddrähte am Stator angeordnet. Je mehr Wieganddrähte vorgesehen werden, desto häufiger tritt der Energieimpuls des Wieganddrahtes pro Umdrehung auf.
Der vom Wieganddraht stammende Spannungspuls ist auch als Zählimpuls für die elektronische Schaltung verwendbar.
Die Wieganddrähte sind mit einem aus Dioden ausgeführten Gleichrichter verbunden, wobei ein Glättungskondensator, also als Energiespeicher wirkender Kondensator, dem Gleichrichter parallel geschaltet ist. Mit der auf diese Weise erzeugten unipolaren Spannung wird eine angeschlossene Logikschaltung versorgt, die mit einem Oszillator als Taktgenerator und mit einem FRAM-Speicher verbunden ist. Diese elektronische Schaltung ist derart ausgeführt, dass die Umdrehungszählerfunktion ausgeführt wird.
Die von den Wieganddrähten gelieferte Energiemenge ist sehr klein und steht somit als Spannungsversorgung der Logikschaltung nur kurzzeitig zur Verfügung. Da jedoch als ferroelektrischer Speicher der FRAM-Speicher, beispielsweise vom Hersteller Ramtron, eingesetzt werden, ist ein Löschen und Wiederbeschreiben sogar innerhalb dieser kurzen Zeitspanne ermöglicht. Somit ist der erfindungsgemäße Geber mit einem elektronischen Umdrehungszähler, also mit multi-turn Funktionalität, ausgeführt ohne elektronische Fremdversorgung oder Batteriespeicher.
Es sind somit nur noch ein oder mehrere Wieganddrähte, eine oder mehrere Permanentmagnete, ein FRAM-Speicher und eine Steuerlogik, umfassend beispielsweise einen Mikrocontroller, notwendig.
Das Prinzip der Erfindung ist nicht nur bei Gebern sondern auch bei allen anderen Vorrichtungen anwendbar, die zwei Komponenten aufweisen, welche relativ zueinander drehbar gelagert sind und von denen die erste mit Magnetfelderzeugungsmitteln und die zweite Komponente mit den Wieganddrähten verbunden ist. Somit sind als erste und zweite Komponente auch ein Rotor und Stator eines Synchronmaschine verwendbar oder ein Getriebe.

N: Nordpol des Permanentmagneten
S: Südpol des Permanentmagneten
VCC: Eingang der Versorgungsspannung
GND: Masseeingang
FRAM: Speicher, ferroelektrischer Speicher
S1, S2, S3: Zählimpulseingang

Claims

Vorrichtung, umfassend zumindest Stator und Rotor, wobei die Vorrichtung Mittel zum Zählen der Umdrehungen umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Wieganddrähte am Stator angeordnet sind und am Rotor ein oder mehrere Mittel zum Erzeugen von Magnetfeldern vorgesehen sind, wobei die Information über die Anzahl der Umdrehungen in einem Speicher speicherbar ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wieganddrähte mit einem Gleichrichter verbunden sind.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Wieganddrähten erzeugbare Energie, insbesondere in Form von bei der Drehung des Rotors gegen den Stator auftretenden Energiepulsen, zum Ändern der gespeicherten Informationen ausreichend ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher ein nicht-flüchtiger Speicher, wie ein non-volatile memory oder dergleichen, ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Geber ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Synchronmaschine, insbesondere ein Synchronmotor, ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine mechanische Vorrichtung, insbesondere Getriebe, derart ist, dass der Rotor ein Wellenabschnitt oder Achsenabschnitt und der Stator ein Gehäuseabschnitt ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichrichter eine elektronische Schaltung versorgt, die mit einem ferroelektrischen Speicher verbunden ist oder einen solchen umfasst.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher ein FRAM-Speicher ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Wieganddrähte zwischen einem und zehn liegt.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Wieganddrähte gleich drei ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wieganddrähte im Bereich des Umfangs des Rotors angeordnet sind.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Erzeugen von Magnetfeldern Permanentmagnete sind.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung in der Art eines Außenläufers derart ausgeführt ist, dass der Rotor fest gegenüber der Umgebung ist und der Stator relativ zum Rotor drehbar gelagert ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1–13, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor fest gegenüber der Umgebung ist und der Stator relativ zum Rotor drehbar gelagert ist.
Vorrichtung, umfassend zumindest zwei Komponenten, welche relativ zueinander drehbar gelagert sind und von denen – die erste Komponente mit mindestens einem Magnetfelderzeugungsmittel, also Mittel zum Erzeugen von Magnetfeld, und – die zweite Komponente mit mindestens einem Wieganddraht verbunden ist, wobei die Vorrichtung Mittel zum Zählen der Umdrehungen umfasst oder mit solchen zumindest elektrisch verbunden ist, wobei die Information über die Anzahl der Umdrehungen in einem Speicher speicherbar ist.