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DE202019000816U1 - Planar rotor position measuring system - Google Patents

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DE202019000816U1
DE202019000816U1 DE202019000816.0U DE202019000816U DE202019000816U1 DE 202019000816 U1 DE202019000816 U1 DE 202019000816U1 DE 202019000816 U DE202019000816 U DE 202019000816U DE 202019000816 U1 DE202019000816 U1 DE 202019000816U1
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Abstract

Passivläuferpositionsmesssystem,
aufweisend einen aktiven Planarstator (1), einen translatorischen passiven Planarläufer (2) und eine Sensoreinheit (3),
wobei der aktive Planarstator (1) eine planar angeordnete Statorzahnstruktur (7) und Motorspulen (8) aufweist,
wobei die Statorzahnstruktur (7) in einer Stator-X-Achse (4) und einer Stator-Y-Achse (5) einer Statorebene (6) angeordnet ist und durch Statorzähne (9) und Statorzahnlücken (10) ausgebildet ist,
wobei die Motorspulen (8) der Statorzahnstruktur (7) zugeordnet sind und wobei die Statorzahnstruktur (7) und Motorspulen (8) ausgebildet sind, ein bewegliches Statormagnetfeld (11) auszubilden,
wobei der passive Planarläufer (2) linear zu der Stator-X-Achse (4) und der Stator-Y-Achse (5) in der Statorebene (6) beweglich ist und permanentmagnetische Magnetpole (12) aufweist,
wobei die permanentmagnetischen Magnetpole (12) ein Läufermagnetfeld (13) ausbilden,
wobei die permanentmagnetischen Magnetpole (12) gleicher Polarität Magnetpolzeilen (14) in einer Läufer-X-Achse (4) und in einer Läufer-Y-Achse (5) ausbilden, wobei Magnetpolzeilen (14) unterschiedlicher Polarität abwechselnd angeordnet sind,
wobei Magnetpole (12) unterschiedlicher Polarität sich kreuzende Magnetpoldiagonalen (15) diagonal zu der Läufer-X-Achse (4) und der Läufer-Y-Achse (5) ausbilden und wobei die Magnetpole (12) magnetische Nulllinien (16) ausbilden, welche jeweils zwischen zwei Magnetpoldiagonalen (15) angeordnet sind,
und wobei die Magnetpole (12) Inkremente ausbilden,
wobei die Sensoreinheit (3) an dem Planarstator (1) angeordnet und ausgebildet ist eine Absolutposition des Planarläufers (2) zu erfassen, wobei die Sensoreinheit (3) eine Sensoranordnung (17), eine Auswertungseinheit (18) und eine Spannungsquelle (19) aufweist,
wobei die Sensoranordnung (17) mindestens fünf Sensoren (20) aufweist, wobei mindestens drei Sensoren (20) in der Stator-X-Achse und drei Sensoren (20) in der Stator-Y-Achse angeordnet sind,
wobei die Sensoren (20) das Läufermagnetfeld (13) erfassen,
wobei die Auswertungseinheit (18) mit den Sensoren (20) verbunden sowie ausgebildet ist mittels einer X-Achsen-Inkrementzählung und der Erfassung einer intrainkrementellen X-Achsen-Position eine X-Achsen-Absolutposition aufzunehmen und mittels einer Y-Achsen-Inkrementzählung und der Erfassung einer intrainkremtentellen Y-Achsen-Position eine Y-Achsen-Absolutposition aufzunehmen,
wobei aus den Achsen-Absolutpositionen XY-Koordinaten einer Absolutposition des Planarläufers in der Statorebene (1) bestimmbar sind
und wobei die Spannungsquelle (19) die Sensoren (20) und die Auswertungseinheit (18) versorgt.

Figure DE202019000816U1_0000
Passive rotor position measuring system,
comprising an active planar stator (1), a translational passive planar rotor (2) and a sensor unit (3),
the active planar stator (1) having a planar stator tooth structure (7) and motor coils (8),
wherein the stator tooth structure (7) is arranged in a stator X axis (4) and a stator Y axis (5) of a stator plane (6) and is formed by stator teeth (9) and stator tooth gaps (10),
wherein the motor coils (8) are assigned to the stator tooth structure (7) and the stator tooth structure (7) and motor coils (8) are designed to form a movable stator magnetic field (11),
the passive planar rotor (2) being linearly movable in relation to the stator x-axis (4) and the stator y-axis (5) in the stator plane (6) and having permanent magnetic magnetic poles (12),
the permanent magnetic magnetic poles (12) forming a rotor magnetic field (13),
wherein the permanent magnetic magnetic poles (12) of the same polarity form magnetic pole lines (14) in a rotor X-axis (4) and in a rotor Y-axis (5), magnetic pole lines (14) of different polarity being arranged alternately,
wherein magnetic poles (12) of different polarity intersect magnetic pole diagonals (15) diagonally to the rotor X-axis (4) and the rotor Y-axis (5) and wherein the magnetic poles (12) form magnetic zero lines (16) which are each arranged between two magnetic pole diagonals (15),
and the magnetic poles (12) form increments,
The sensor unit (3) is arranged on the planar stator (1) and is designed to detect an absolute position of the planar rotor (2), the sensor unit (3) having a sensor arrangement (17), an evaluation unit (18) and a voltage source (19) ,
wherein the sensor arrangement (17) has at least five sensors (20), at least three sensors (20) being arranged in the stator X-axis and three sensors (20) in the stator Y-axis,
the sensors (20) detecting the rotor magnetic field (13),
wherein the evaluation unit (18) is connected to the sensors (20) and is designed by means of an X-axis increment count and the detection of an intra-incremental X-axis position to record an X-axis absolute position and by means of a Y-axis increment count and Detection of an intra-incremental Y-axis position, recording an absolute Y-axis position,
XY coordinates of an absolute position of the planar rotor in the stator plane (1) can be determined from the axis absolute positions
and wherein the voltage source (19) supplies the sensors (20) and the evaluation unit (18).
Figure DE202019000816U1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Planarläuferpositionsmesssystem für einen Planarmotor mit einem aktiven Stator zur Ermittlung einer Position eines Planarläufers.The invention relates to a planar rotor position measuring system for a planar motor with an active stator for determining a position of a planar rotor.

Aus dem Stand der Technik sind Systeme zur Bestimmung einer Position eines elektrisch angetriebenen Läufers eines Planarmotors mit einem permanentmagnetischen Statormagnetfeld bekannt. Die Position des Läufers kann dabei durch dessen Relativposition zu dem Statormagnetfeld bestimmt werden. Der Nachteil dieser Lösungen besteht darin, dass diese bei einem aktiven Stator aufgrund des veränderlichen Magnetfeldes des Stators nur bedingt anwendbar sind. Ferner besteht der Nachteil, dass bei einer Abschaltung des Statormagnetfelds die Position des Läufers nicht mehr bestimmbar ist und zudem der Läufer nach jedem Neustart eine Kalibrierfahrt zu einer Nullposition durchführen muss.Systems for determining a position of an electrically driven rotor of a planar motor with a permanent magnetic stator magnetic field are known from the prior art. The position of the rotor can be determined by its position relative to the stator magnetic field. The disadvantage of these solutions is that they are only of limited use in an active stator due to the variable magnetic field of the stator. There is also the disadvantage that when the stator magnetic field is switched off, the position of the rotor can no longer be determined and, moreover, the rotor must carry out a calibration run to a zero position after each restart.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Passivläuferpositionsmesssystem für Planarmotoren mit einem aktiven Stator aufzuzeigen, mit welchem eine Position des Läufers jederzeit bestimmbar ist, welches einfach und kostengünstig herstellbar ist und keine besonderen Anforderungen an Betriebszustände des Planarmotors stellt.The object of the invention is to show a passive rotor position measuring system for planar motors with an active stator, with which a position of the rotor can be determined at any time, which is simple and inexpensive to manufacture and does not make any particular demands on the operating states of the planar motor.

Die Aufgabe wird durch die im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object is achieved by the features listed in protection claim 1. Preferred further developments result from the subclaims.

Erfindungsgemäß weist das Passivläufermesssystem einen aktiven Planarstator, einen translatorischen passiven Planarläufer und eine Sensoreinheit auf.According to the invention, the passive rotor measuring system has an active planar stator, a translational passive planar rotor and a sensor unit.

Der aktive Planarstator wird nachfolgend verkürzt auch als Planarstator bezeichnet. Er weist erfindungsgemäß eine Statorzahnstruktur auf. Diese ist in einer Stator-X-Achse und einer Stator-Y-Achse einer Statorebene planar angeordnet. Die Stator-X-Achse und die Stator-Y-Achse sind vorzugsweise zueinander orthogonal sowie jeweils parallel zu der Statorebene angeordnet.The active planar stator is also referred to below as the planar stator. According to the invention, it has a stator tooth structure. This is arranged planar in a stator X axis and a stator Y axis of a stator plane. The stator x-axis and the stator y-axis are preferably arranged orthogonally to one another and in each case parallel to the stator plane.

Die Statorzahnstruktur wird in an sich bekannter Weise durch Statorzähne und Statorzahnlücken ausgebildet. Die Statorzähne bestehen aus einen elektrisch magnetisierbaren Material, welches vorzugsweise besonders weichmagnetisch ist.
Die Statorzähne sind so geformt, dass sie aus der Statorebene vorzugsweise senkrecht zu der Statorebene und damit zugleich senkrecht zur Stator-X-Achse und zur Stator-Y-Achse herausragen. Hierbei ist die geometrische Form der Statorzähne nicht festgelegt. Vorzugsweise wird eine Form verwendet, die einfach herzustellen ist und eine ähnliche Symmetrie in X- und Y-Richtung aufweist.
Die Statorzahnlücken befinden sich zwischen den Statorzähnen und sind vorzugsweise mit einem nicht magnetisierbaren Material gefüllt, beispielsweise mit einem Polymer oder einer Keramik. Durch eine Füllung der Statorzahnlücken werden die Statorzähne mechanisch stabilisiert sowie vor Verschmutzungen geschützt und können so auch in die tragende Schicht von Fahrbahnen integriert werden. Es sind auch Ausbildungen der Statorzahnstruktur möglich, die sich aus linearen Strukturen in der Stator-Y-Achse und linearen Strukturen in der Stator-X-Achse in der Statorebene zusammensetzen. Auf diese Weise können mehrere Linearstatoreinheiten zu einem aktiven planaren Stator zusammengeschaltet sein, mit dem der Planarläufer in der Stator-X-Achse, in der Stator-Y-Achse sowie in Richtungen mit Anteilen beider Achsen bewegbar ist.
The stator tooth structure is formed in a manner known per se by stator teeth and stator tooth gaps. The stator teeth consist of an electrically magnetizable material, which is preferably particularly soft magnetic.
The stator teeth are shaped such that they protrude from the stator plane preferably perpendicular to the stator plane and thus at the same time perpendicular to the stator X axis and the stator Y axis. The geometrical shape of the stator teeth is not specified here. Preferably, a shape is used that is easy to manufacture and has a similar symmetry in the X and Y directions.
The stator tooth gaps are located between the stator teeth and are preferably filled with a non-magnetizable material, for example with a polymer or a ceramic. By filling the stator tooth gaps, the stator teeth are mechanically stabilized and protected from contamination and can thus also be integrated into the load-bearing layer of roadways. Formations of the stator tooth structure are also possible, which are composed of linear structures in the stator Y axis and linear structures in the stator X axis in the stator plane. In this way, several linear stator units can be interconnected to form an active planar stator, with which the planar rotor can be moved in the stator x-axis, in the stator y-axis and in directions with portions of both axes.

Erfindungsgemäß weist der Planarstator ferner Motorspulen auf. Diese sind der Statorzahnstruktur zugeordnet.
Die Motorspulen sind vorzugsweise entlang der Statorzähne gewickelt und bestehen aus einer Wicklung eines elektrischen Leiters. Beim Anlegen eines Stromes werden die Statorzähne magnetisiert. Die Motorspulen sind dabei so geschaltet, dass sie vorzugsweise unabhängig voneinander mit einem elektrischen Strom beaufschlagt werden können.
According to the invention, the planar stator also has motor coils. These are assigned to the stator tooth structure.
The motor coils are preferably wound along the stator teeth and consist of a winding of an electrical conductor. When a current is applied, the stator teeth are magnetized. The motor coils are switched in such a way that an electrical current can preferably be applied to them independently of one another.

Die Statorzahnstruktur und die Motorspulen sind erfindungsgemäß ausgebildet, ein bewegliches Statormagnetfeld auszubilden. Durch Änderung der Flussrichtung und der Stärke des angelegten Stromes an den einzelnen Statorzähnen ist ein Statormagnefeld erzeugbar, welches in seiner Ausrichtung und magnetischen Flußdichte zielgerichtet modulierbar ist.According to the invention, the stator tooth structure and the motor coils are designed to form a movable stator magnetic field. By changing the direction of flow and the strength of the current applied to the individual stator teeth, a stator magnetic field can be generated which can be modulated in a targeted manner in terms of its alignment and magnetic flux density.

Die konkrete Ausbildung der Statorzahnstruktur und der Motorspulen ist für die Erfindung nicht wesentlich, da das damit erzeugte Statormagnetfeld lediglich für den Antrieb des Planarläufers, nicht aber für die Ermittlung der Position des Planarläufers relevant ist.The specific design of the stator tooth structure and the motor coils is not essential for the invention, since the stator magnetic field generated thereby is only relevant for driving the planar rotor, but not for determining the position of the planar rotor.

Erfindungsgemäß weist der translatorische passive Planarläufer, verkürzt auch als Planarläufer bezeichnet, permanentmagnetische Magnetpole auf und ist linear zur Stator-X-Achse und zu der Stator-Y-Achse in der Statorebene beweglich.According to the invention, the translational passive planar rotor, abbreviated also referred to as planar rotor, has permanent magnetic magnetic poles and can be moved linearly to the stator X axis and to the stator Y axis in the stator plane.

Der translatorische passive Planarläufer kann in eine Halterung oder übergeordnete Vorrichtung integriert sein oder Träger von Vorrichtungen sein, welche nicht Bestandteil des erfindungsgemäßen Messsystems sind. Beispielsweise kann die Halterung ausgebildet sein, den translatorischen passiven Planarläufer auf Kugeln, Walzen, Rädern oder einem Luftkissen auf einer gewünschten Höhe über dem aktiven Planarstator zu halten.The translational passive planar rotor can be integrated in a holder or superordinate device or can be the carrier of devices which are not part of the measuring system according to the invention. For example, the holder can be designed, the translational passive planar rotor on balls, rollers, wheels or an air cushion at a desired height above the active planar stator.

Die permanentmagnetischen Magnetpole des Planarläufers sind dem aktiven Planarstator zugewandt.The permanent magnetic magnetic poles of the planar rotor face the active planar stator.

Die permanentmagnetischen Magnetpole bilden erfindungsgemäß ein Läufermagnetfeld aus. Der Planarläufer ist so angeordnet, dass das Läufermagnetfeld mit dem beweglichen Statormagnetfeld räumlich überlagert ist und mit diesem in Wechselwirkung tritt. Durch eine Modulation des beweglichen Statormagnetfeldes wird durch die elektromagnetische Wechselwirkung der Magnetfelder eine gerichtete Kraft am Planarläufer erzeugt, wodurch dieser entsprechend bewegt wird.According to the invention, the permanent magnetic magnetic poles form a rotor magnetic field. The planar rotor is arranged so that the rotor magnetic field is spatially superimposed on the movable stator magnetic field and interacts with it. By modulating the movable stator magnetic field, a directed force is generated on the planar rotor by the electromagnetic interaction of the magnetic fields, whereby the planar rotor is moved accordingly.

Erfindungsgemäß bilden die permanentmagnetischen Magnetpole gleicher Polarität Magnetpolzeilen in der Läufer-X-Achse und der Läufer-Y-Achse aus. Dabei sind Magnetpolzeilen unterschiedlicher Polarität zueinander abwechselnd angeordnet. According to the invention, the permanent magnetic magnetic poles of the same polarity form magnetic pole lines in the rotor X-axis and the rotor Y-axis. Magnetic pole lines of different polarity are arranged alternately with one another.

Erfindungsgemäß bilden Magnetpole unterschiedlicher Polarität sich kreuzende Magnetpoldiagonalen aus, die diagonal zu der Läufer-X-Achse und zu der Läufer-Y-Achse angeordnet sind. Die Magnetpole sind im Wesentlichen so angeordnet, dass ein Magnetpol der einen Polarität in der Mitte eines imaginären Quadrates sitzt und sich an den vier Ecken desselben Quadrates vier Magnetpole der anderen Polarität befinden.According to the invention, magnetic poles of different polarity form intersecting magnetic pole diagonals which are arranged diagonally to the rotor X axis and to the rotor Y axis. The magnetic poles are essentially arranged such that a magnetic pole of one polarity sits in the middle of an imaginary square and there are four magnetic poles of the other polarity at the four corners of the same square.

Die Magnetpole bilden erfindungsgemäß magnetische Nulllinien aus, welche sich jeweils zwischen zwei Magnetpoldiagonalen befinden. Die magnetischen Nulllinien verlaufen zwischen und parallel zu den Magnetpoldiagonalen. Die magnetischen Nulllinien bezeichnen die Bereiche, in denen im Wesentlichen kein magnetischer Fluss besteht.According to the invention, the magnetic poles form magnetic zero lines, which are each located between two magnetic pole diagonals. The magnetic zero lines run between and parallel to the magnetic pole diagonals. The magnetic zero lines denote the areas in which there is essentially no magnetic flux.

Erfindungsgemäß bilden die Magnetpole Inkremente aus. Durch die regelmäßigen Abstände zwischen den Magnetpolen kann eine beliebig große Länge aus der Anzahl der überfahrenden Magnetpolpaare und aus deren Abstand berechnet werden. Dies gilt sowohl in der Läufer-X-Achse als auch in der Läufer-Y-Achse. Hierbei wird ein Magnetpolpaar aus vorzugsweise zwei benachbarten Magnetpolen gleicher Polarität gebildet. Ein Inkrement entspricht vorzugsweise dem Abstand innerhalb eines Polpaares oder einem Vielfachen hiervon. Ein Inkrement kann ebenso durch zwei beliebige und sich periodisch wiederholende Punkte in dem Läufermagnetfeld gebildet werden. So können beispielsweise auch die Abstände der magnetischen Nulllinien, der Magnetpolzeilen, Magnetpoldiagonale, deren Schnittpunkte und Vielfache hiervon genutzt werden.According to the invention, the magnetic poles form increments. Due to the regular distances between the magnetic poles, an arbitrarily large length can be calculated from the number of magnetic pole pairs traveling over and from their distance. This applies to both the rotor x-axis and the rotor y-axis. Here, a pair of magnetic poles is preferably formed from two adjacent magnetic poles of the same polarity. An increment preferably corresponds to the distance within a pole pair or a multiple thereof. An increment can also be formed by any two periodically repeating points in the rotor magnetic field. For example, the distances between the magnetic zero lines, the magnetic pole lines, the magnetic pole diagonal, their intersections and multiples thereof can also be used.

Die Sensoreinheit weist erfindungsgemäß eine Sensoranordnung, eine Auswertungseinheit und eine Spannungsquelle auf und ist am Planarstator angeordnet. Zumindest die Sensoranordnung steht in einer festen Lagebeziehung zum Planarstator.According to the invention, the sensor unit has a sensor arrangement, an evaluation unit and a voltage source and is arranged on the planar stator. At least the sensor arrangement is in a fixed positional relationship to the planar stator.

Die Sensoreinheit kann bevorzugt auch mehrere Sensoranordnungen aufweisen, welche in vorzugsweise regelmäßigen Abständen zueinander angeordnet sind. Vorzugsweise ist der Planarstator aus mehreren Teilfeldern zusammengesetzt, die zusammengeschaltet werden und so den Planarläufer bei dessen Bewegung einander übergeben sowie voneinander übernehmen. In diesem Fall weist vorzugsweise jedes Teilfeld eine Sensoranordnung auf. Die Größe des Planarstators oder dessen Teilfelder, die Größe des Planarläufers und die Position der Sensoranordnung oder der Sensoranordnungen sind so abgestimmt, dass der Planarläufer stets mindestens eine Sensoranordnung überdeckt. Die Abstände der Sensoranordnungen sind kleiner als die einfache Kantenlänge des Planarläufers. Bei räumlich großen Planarläufern und räumlich kleinen Teilfeldern ist es also möglich, dass nicht jedes Teilfeld, sondern beispielsweise in einer jeden Erstreckung in X- oder Y-Richtung nur jedes zweite oder dritte Teilfeld eine Sensoranordnung aufweist. Umgekehrt ist es möglich, dass bei räumlich kleinen Planarläufern und räumlich großen Teilfeldern ein Teilfeld mehrere Sensoranordnungen aufweist.The sensor unit can preferably also have a plurality of sensor arrangements which are preferably arranged at regular intervals from one another. The planar stator is preferably composed of a plurality of subfields which are interconnected and thus transfer the planar rotor to one another and take it over from one another as it moves. In this case, each subfield preferably has a sensor arrangement. The size of the planar stator or its subfields, the size of the planar rotor and the position of the sensor arrangement or the sensor arrangements are coordinated such that the planar rotor always covers at least one sensor arrangement. The distances between the sensor arrangements are smaller than the simple edge length of the planar rotor. In the case of spatially large planar runners and spatially small subfields, it is therefore possible that not every subfield, but for example in every extension in the X or Y direction, has only every second or third subfield a sensor arrangement. Conversely, it is possible that in the case of spatially small planar rotors and spatially large subfields, one subfield has several sensor arrangements.

Ebenso ist es möglich, eine unregelmäßige Verteilung der Sensoranordnungen zu realisieren. Hierzu wird deren Anordnung in der Auswertungseinheit hinterlegt und in die Berechnung der Planarläuferposition einbezogen.It is also possible to realize an irregular distribution of the sensor arrangements. For this purpose, their arrangement is stored in the evaluation unit and included in the calculation of the planar runner position.

Die Sensoreinheit ist erfindungsgemäß ausgebildet, eine Position des Planarläufers zu erfassen.According to the invention, the sensor unit is designed to detect a position of the planar rotor.

Erfindungsgemäß weist die Sensoranordnung mindestens fünf Sensoren auf, wobei mindestens drei Sensoren in der Stator-X-Achse und drei Sensoren in der Stator-Y-Achse angeordnet sind. Die Anordnung der Sensoren kann bevorzugt in einer Kreuz- oder einer L-Form realisiert sein, wobei der Sensor an dem Schnittpunkt der Stator-X- und -Y-Achse ausgebildet ist, sowohl in X- und Y-Richtung zu messen.According to the invention, the sensor arrangement has at least five sensors, at least three sensors being arranged in the stator X axis and three sensors being in the stator Y axis. The arrangement of the sensors can preferably be realized in a cross or an L shape, the sensor being designed at the intersection of the stator X and Y axes to measure both in the X and Y directions.

Der Abstand der beiden äußeren Sensoren für eine Richtung ist gleich oder geringer als der Abstand der Magnetpole eines Magnetpolpaares des Planarläufers. Beispielsweise handelt es sich bei dem Abstand der Magnetpole eines Magnetpolpaares in der Läufer-X-Achse um den Abstand eines Nord-Magnetpols zu dem benachbarten Nord-Magnetpol.The distance between the two outer sensors for one direction is equal to or less than the distance between the magnetic poles of a magnetic pole pair of the planar rotor. For example, the distance between the magnetic poles of a pair of magnetic poles in the rotor X-axis is the distance between a north magnetic pole and the neighboring north magnetic pole.

Durch die Verwendung von drei Sensoren ist sowohl die Zählung der Inkremente als auch zugleich die intrainkrementelle Erfassung des Läufermagnetfeldes möglich. Als intrainkrementelle Erfassung wird die Erfassung des Magnetfeldes innerhalb eines Inkrements zur Bestimmung der Position in diesem Inkrement verstanden. The use of three sensors enables the increments to be counted as well as the intra-incremental detection of the rotor magnetic field. Intra-incremental detection is understood to mean the detection of the magnetic field within an increment for determining the position in this increment.

Erfindungsgemäß erfassen die Sensoren das Läufermagnetfeld. Die Sensoren sind so ausgerichtet und angeordnet, dass sie das Läufermagnetfeld erfassen, wenn der Planarläufer sich über ihnen befindet.According to the invention, the sensors detect the rotor magnetic field. The sensors are aligned and arranged so that they detect the rotor magnetic field when the planar rotor is above them.

Durch die mindestens drei Sensoren je Achse liegen mindestens drei Werte für die Magnetfeldstärke je Achse vor. Durch drei Werte ist die Position auf der sinusförmigen Kurve des Verlaufs des Magnetfelds eindeutig definiert. Dies gilt für jede der beiden Achsen.The at least three sensors per axis provide at least three values for the magnetic field strength per axis. The position on the sinusoidal curve of the course of the magnetic field is clearly defined by three values. This applies to each of the two axes.

Die Auswertungseinheit ist erfindungsgemäß mit den Sensoren verbunden sowie ausgebildet mittels einer X-Achsen-Inkrementzählung und der Erfassung einer intrainkrementellen X-Achsen-Position eine X-Achsen-Absolutposition aufzunehmen. Die Auswertungseinheit ist erfindungsgemäß ebenfalls ausgebildet mittels einer Y-Achsen-Inkrementzählung und der Erfassung einer intrainkrementellen Y-Achsen-Position eine Y-Achsen-Absolutposition aufzunehmen.According to the invention, the evaluation unit is connected to the sensors and is designed to record an X-axis absolute position by means of an X-axis increment count and the detection of an intra-incremental X-axis position. The evaluation unit is also designed according to the invention to record an absolute Y-axis position by means of a Y-axis increment count and the detection of an intraincremental Y-axis position.

Die Auswertungseinheit ist mit den Sensoren datenverbunden und erhält die Messdaten der Sensoren.
Die Auswertungseinheit nutzt die Messdaten der Sensoren, um eine Zählung ganzer überfahrener Inkremente und die intrainkrementelle Position im letzten, nicht vollständig überfahrenen Inkrement zu bestimmen. Die Auswertungseinheit errechnet aus der Summe der überfahrenen Inkremente und der intrainkrementellen Position die X-Achsen-Absolutposition und die Y-Achsen-Absolutposition des translatorischen passiven Planarläufers.
The evaluation unit is data-connected to the sensors and receives the measurement data from the sensors.
The evaluation unit uses the measurement data of the sensors to determine a count of entire increments that have been run over and the intraincremental position in the last, not completely passed over increment. The evaluation unit calculates the X-axis absolute position and the Y-axis absolute position of the translational passive planar rotor from the sum of the increments passed and the intraincremental position.

Die Auswertungseinheit wird bevorzugt durch einen Controller oder Computer ausgebildet, welcher zusätzlich einen Speicher aufweist.The evaluation unit is preferably formed by a controller or computer which additionally has a memory.

Erfindungsgemäß werden aus den beiden Achsen-Positionen die XY-Koordinaten einer Position des Planarläufers in der Statorebene bestimmt. Aus den beiden Achsen-Positionen des Planarläufers werden hierzu die XY-Koordinaten einer Position des Planarläufers errechnet. Die Auswertungseinheit berechnet dabei die jeweiligen Abstände zu einem Schnittpunkt der beiden Achsen. Dieser Schnittpunkt ist vorzugsweise der Koordinatenursprung. Ferner ist es auch möglich, eine lediglich relative Position des Planarläufers zu einer anderen Position zu bestimmen, so dass dann eine Information über eine gefahrene Wegstrecke verfügbar ist. Die Lösung bietet somit sowohl die Möglichkeit der Bestimmung einer Absolutposition als auch von Relativpositionen.According to the invention, the XY coordinates of a position of the planar rotor in the stator plane are determined from the two axis positions. For this purpose, the XY coordinates of a position of the planar rotor are calculated from the two axis positions of the planar rotor. The evaluation unit calculates the respective distances to an intersection of the two axes. This intersection is preferably the coordinate origin. Furthermore, it is also possible to determine a position of the planar rotor which is only relative to another position, so that information about a distance traveled is then available. The solution thus offers the possibility of determining an absolute position as well as relative positions.

Die Spannungsquelle versorgt erfindungsgemäß die Sensoren und die Auswertungseinheit.According to the invention, the voltage source supplies the sensors and the evaluation unit.

Wesentlich für die Erfindung ist es, dass die Sensoreinheit in dem Planarstator angeordnet ist und das permanentmagnetische Läufermagnetfeld für die Positionsbestimmung nutzt. Es arbeitet damit als Vorteil unabhängig von dem Statormagnetfeld. Ein weiterer besonderer Vorteil besteht darin, dass das permanentmagnetische Läufermagnetfeld unabhängig von dem Betriebszustand des Planarmotors zur Verfügung steht.
Ein Vorteil besteht insofern, als bei einer Ausführung mit mehreren Sensoranordnungen eine Absolutposition auch nach einer Abschaltung der Spannungsversorgung mittels einer nur kurzen Kalibrierfahrt bestimmbar ist. Dem liegt Folgendes zu Grunde. Zwar verliert die Auswertungseinheit die Information, in welchem Inkrement sich der Planarläufer befindet. Allerdings ist über die Position der Sensoranordnung, welche nach einem Einschalten den Planarläufer erfasst, die Position des Planarläufers insoweit bekannt, über welcher Sensoranordnung er sich befindet. Nun wird eine Bewegung in der Stator-X-Achse und in der Stator-Y-Achse soweit durchgeführt, bis der Planarläufer in den Erfassungsbereich der jeweils benachbarten Sensoranordnung einfährt. Da auch die Positionen der benachbarten Sensoranordnungen bekannt sind, ist nun die Absolutposition des Planarläufers bekannt, ohne dass der Planarläufer zu einer bestimmten Nullposition des Planarstators gefahren werden müsste.
It is essential for the invention that the sensor unit is arranged in the planar stator and uses the permanent magnetic rotor magnetic field for the position determination. It works as an advantage regardless of the stator magnetic field. Another particular advantage is that the permanent magnetic rotor magnetic field is available regardless of the operating state of the planar motor.
One advantage is that in an embodiment with several sensor arrangements, an absolute position can be determined by means of a short calibration run even after the voltage supply has been switched off. This is based on the following. The evaluation unit loses the information in which increment the planar runner is. However, the position of the planar rotor is known from the position of the sensor arrangement, which detects the planar rotor after it is switched on, to the extent that it is located above which sensor arrangement. Now a movement in the stator X axis and in the stator Y axis is carried out until the planar rotor enters the detection range of the adjacent sensor arrangement. Since the positions of the adjacent sensor arrangements are also known, the absolute position of the planar rotor is now known without the planar rotor having to be moved to a specific zero position of the planar stator.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Sensoreinheit eine Mehrzahl an Sensoranordnungen auf. Hierbei ist die Auswertungseinheit mit allen Sensoranordnungen verbunden.
Die Sensoranordnungen sind so zueinander angeordnet, dass der translatorische passive Läufer in jedem Fall bei einem Überfahren erfasst wird. Deren Abstände und Anzahl sind auf die Dimensionen des translatorischen passiven Planarläufers abgestimmt. Die Abstände der Sensorenanordnungen sind kleiner als die einfache Kantenlänge des translatorischen passiven Planarläufers.
Der Vorteil liegt darin, dass auch bei großen flächigen Erstreckungen des Planarstators der Planarläufer in jeder Lage und Bewegung von den Sensoranordnungen erfasst wird.
According to an advantageous development, the sensor unit has a plurality of sensor arrangements. Here, the evaluation unit is connected to all sensor arrangements.
The sensor arrangements are arranged relative to one another in such a way that the translational passive rotor is detected in each case when the vehicle is run over. Their spacing and number are matched to the dimensions of the translational passive planar rotor. The distances between the sensor arrangements are smaller than the simple edge length of the translational passive planar rotor.
The advantage is that even with large planar extensions of the planar stator, the planar rotor is detected by the sensor arrangements in every position and movement.

Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Spannungsquelle als Permanentspannungsquelle ausgebildet.According to a further advantageous development, the voltage source is designed as a permanent voltage source.

Die Permanentspannungsquelle versorgt erfindungsgemäß die Sensoren und die Auswertungseinheit. Die Permanentspannungsquelle versorgt die Sensoren und die Auswertungseinheit unabhängig von einem Hauptsystem mit elektrischer Energie. Als Hauptsystem wird insbesondere die Bestromung der Magnetspulen verstanden, um das Statormagnetfeld zu modulieren um die Bewegung des Planarläufers zu bewirken. Die Permanentspannungsquelle kann hierbei auf einen Energiespeicher wie beispielsweise Batterien zugreifen oder eine ständige Stromnetzverbindung besitzen. According to the invention, the permanent voltage source supplies the sensors and the evaluation unit. The permanent voltage source supplies the sensors and the evaluation unit with electrical energy independently of a main system. The main system is understood in particular to be the energization of the magnetic coils in order to modulate the stator magnetic field in order to bring about the movement of the planar rotor. The permanent voltage source can access an energy store such as batteries or have a permanent power supply connection.

Somit erfassen die Sensoren auch bei einem ausgeschalteten Hauptsystem Bewegungen des translatorischen passiven Planarläufers in der Statorebene und die Absolutpositionen bleiben nach einem Systemneustart erhalten.
Damit können sonst erforderliche Kalibrierfahrten vermieden werden. In der Kombination mit der Permanentspannungsversorgung der Sensoreinheit kann somit die Planarläuferposition jederzeit und insbesondere auch nach passiven Bewegungen des Planarläufers bestimmt werden.
Thus, even when the main system is switched off, the sensors record movements of the translational passive planar rotor in the stator plane and the absolute positions are retained after a system restart.
This means that calibration runs that are otherwise required can be avoided. In combination with the permanent voltage supply of the sensor unit, the planar rotor position can thus be determined at any time and in particular also after passive movements of the planar rotor.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Permanentspannunngsquelle einen wiederaufladbaren Energiespeicher auf. Bei der Verwendung eines wiederaufladbaren Energiespeichers für die Permanentspannungsquelle liegt der Vorteil in dem stark verringerten Wartungsaufwand für den aktiven Planarstator.
Bei einem Stromausfall gehen die ermittelten Absolutpositionen in der Auswertungseinheit nicht verloren. Durch die Verwendung von zwei Akkumulatoren ist es möglich Einen zu laden während der Andere seine Energie zur Verfügung stellt.
According to an advantageous development, the permanent voltage source has a rechargeable energy store. The advantage of using a rechargeable energy store for the permanent voltage source is the greatly reduced maintenance effort for the active planar stator.
In the event of a power failure, the absolute positions determined are not lost in the evaluation unit. By using two accumulators it is possible to charge one while the other provides its energy.

Die Erfindung wird als Ausführungsbeispiel anhand von

  • 1 Passivläuferpositionsmesssystem (Draufsicht)
  • 2 Passivläuferpositionsmesssystem in alternativer Statorausbildung (Draufsicht)
  • 3 Passivläuferpositionsmesssystem (Seitenansicht)
  • Fig.°4 translatorischer passiver Planarläufer (detaillierte Draufsicht)
  • Fig.°5 mögliche Sensoranordnungen (Detailansicht) näher erläutert.
The invention is used as an embodiment based on
  • 1 Passive rotor position measuring system (top view)
  • 2nd Passive rotor position measuring system in alternative stator design (top view)
  • 3rd Passive rotor position measuring system (side view)
  • Fig. 4 translational passive planar rotor (detailed top view)
  • Fig. 5 possible sensor arrangements (detailed view) explained in more detail.

In 1 ist das Passivläuferpositionsmesssystem in der Draufsicht dargestellt. Es sind der aktive Planarstator 1, der translatorische passive Planarläufer 2 und die Sensoreinheit 3 dargestellt.
Der aktive Planarstator 1 wird aus der Statorebene 6 und der Zahnstruktur 7 gebildet. Die Zahnstruktur 7 wird wiederum aus den Statorzähnen 9 und den Statorzahnlücken 10 ausgebildet. Die Statorzähne 9 bestehen aus einem weichmagnetischen Metall und sind mit den Motorspulen 8 umwickelt.
Die Motorspulen sind erst in 2 dargestellt. Zwischen den Statorzähnen 9 befinden sich die Statorzahnlücken 10, welche in dieser Ausführung mit einer Füllmasse vergossen ist. So entsteht eine glatte Oberfläche in der Statorebene 6. Die Statorebene erstreckt sich in der Stator-X-Achse 4 und der Stator-Y-Achse 5. In den Statorzahnlücken 10 sind die Sensoren 20 der Sensoranordnungen 17 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Sensoranordnungen 17 kreuzförmig ausgebildet.
Die Sensoren 20 der Sensoranordnungen 17 sind mit der Auswertungseinheit 18 datenverbunden.
Die Auswertungseinheit 18 und die Sensoren werden von einer Spannungsquelle 19, die im Ausführungsbeispiel als Permanentspannungsquelle ausgebildet ist, mit elektrischem Strom aus einem wiederaufladbaren Energiespeicher 21 versorgt. Der translatorische passive Planarläufer 2 weist permanentmagnetische Magnetpole 12 auf.
In 1 the passive rotor position measuring system is shown in plan view. It is the active planar stator 1 , the translational passive planar runner 2nd and the sensor unit 3rd shown.
The active planar stator 1 becomes from the stator level 6 and the tooth structure 7 educated. The tooth structure 7 again turns out of the stator teeth 9 and the stator tooth gaps 10th educated. The stator teeth 9 consist of a soft magnetic metal and are with the motor coils 8th wrapped around.
The motor coils are only in 2nd shown. Between the stator teeth 9 are the stator tooth gaps 10th , which is cast with a filling compound in this version. This creates a smooth surface in the stator plane 6 . The stator plane extends in the stator X axis 4 and the stator Y axis 5. In the stator tooth spaces 10th are the sensors 20 the sensor arrangements 17th arranged. In this embodiment, the sensor arrangements are 17th cruciform.
The sensors 20 the sensor arrangements 17th are with the evaluation unit 18th data connected.
The evaluation unit 18th and the sensors are powered by a voltage source 19th , which is designed in the exemplary embodiment as a permanent voltage source, with electrical current from a rechargeable energy store 21 provided. The translational passive planar runner 2nd has permanent magnetic poles 12th on.

2 zeigt ein Passivläufermesssystem mit einem aktiven Planarstator 1 in einer alternativen Ausbildung. Die Statorzähne 9 sind hierbei in linearen Untereinheiten angeordnet, welche zusammen eine planare Anordnung der Statorzahnstruktur ausbilden. In diesem Ausführungsbeispiel bestehen zwei Untereinheiten in einer X-Ausrichtung, auch X-Brücken genannt und zwei Untereinheiten in einer Y-Ausrichtung, auch Y-Brücken genannt. Die X-Brücken bewirken den Bewegungsanteil des Planarläufers 2 in X-Richtung und die Y-Brücken den Bewegungsanteil des Planarläufers 2 in Y-Richtung. 2nd shows a passive rotor measuring system with an active planar stator 1 in an alternative education. The stator teeth 9 are arranged in linear subunits, which together form a planar arrangement of the stator tooth structure. In this exemplary embodiment, there are two subunits in an X orientation, also called X bridges, and two subunits in a Y orientation, also called Y bridges. The X bridges make up the part of the planar rotor that moves 2nd in the X direction and the Y bridges the movement share of the planar rotor 2nd in the Y direction.

Der passive Planarläufer 2 ist in 2 nicht in Betriebsposition, sondern nach oben rechts verschoben dargestellt, um die Sicht auf die Sensoranordnung 17 mit den Sensoren 20 freizugeben. Die Sensoranordnung 17 weist in diesem Ausführungsbeispiel neun Sensoren 9 in einer bevorzugten Anordnung von dreimal drei Sensoren 20 auf. Die Sensoranordnung 17 ist in diesem Ausführungsbeispiel vorteilhaft in einem durch die besondere Anordnung der Statorzähne 9 gebildeten Freiraum angeordnet.The passive planar runner 2nd is in 2nd not shown in the operating position, but shifted upwards to the right to provide a view of the sensor arrangement 17th with the sensors 20 to release. The sensor arrangement 17th has nine sensors in this embodiment 9 in a preferred arrangement of three times three sensors 20 on. The sensor arrangement 17th is advantageous in this embodiment due to the special arrangement of the stator teeth 9 formed free space arranged.

In der Betriebsposition ist der Planarläufer 2 mit den permanentmagnetischen Magnetpolen 12 über der Sensoranordnung 17 positioniert, so dass die Sensoren 20 das von den permanentmagnetischen Magnetpolen 12 gebildete Läufermagnetfeld (Bezugszeichen 13 gemäß 3) erfassen. Die Auswertungseinheit mit Spannungsquelle ist zur Vereinfachung in 2 nicht dargestellt.The planar runner is in the operating position 2nd with the permanent magnetic magnetic poles 12th over the sensor array 17th positioned so that the sensors 20 that of the permanent magnetic magnetic poles 12th rotor magnetic field formed (reference symbol 13 according to 3rd ) capture. The evaluation unit with voltage source is in for simplification 2nd not shown.

Die 3 zeigt das Passivläuferpositionsmesssystem in einer Seitenansicht. In dieser Figur ist die Funktionsweise des Passivläuferpositionsmesssystems veranschaulicht.
Der aktive Planarstator 1 weist die bereits beschriebene Zahnstruktur 7 auf. Die Statorzähne 9 sind mit den Motorspulen 8 umwickelt. Werden die Motorspulen 8 zeitlich versetzt mit einem elektrischen Strom beaufschlagt, wird ein bewegliches Statormagnetfeld 11 erzeugt. Dieses wechselwirkt mit dem Läufermagnetfeld 13; welches durch die permanentmagnetischen Magnetpole 12 erzeugt wird und bewirkt eine Bewegung des translatorischen passiven Planarläufers 2 über die Statorebene 6. Durch Steuerung der Stromstärke und der Flussrichtung des elektrischen Stroms sind die beschleunigende Kraft und deren Wirkrichtung einstellbar. Durch eine optimale Ansteuerung der Motorspulen 8 kann der translatorische passive Planarläufer 2 beliebig in der Stator-X-Achse 4 und der Stator-Y-Achse 5 in der Statorebene 6 bewegt werden. In 2 ist nur die Stator-X-Achse 4 dargestellt. In der Stator-Y-Achse 5 liegt jedoch ein analoger Aufbau vor.
The 3rd shows the passive rotor position measuring system in a side view. In this figure is illustrates how the passive rotor position measuring system works.
The active planar stator 1 exhibits the tooth structure already described 7 on. The stator teeth 9 are with the motor coils 8th wrapped around. Will the motor coils 8th A moving stator magnetic field is applied at different times with an electric current 11 generated. This interacts with the rotor magnetic field 13 ; which is due to the permanent magnetic magnetic poles 12th is generated and causes a movement of the translational passive planar rotor 2nd over the stator level 6 . The accelerating force and its direction of action can be set by controlling the current strength and the direction of flow of the electrical current. By optimally controlling the motor coils 8th can be the translational passive planar runner 2nd any in the stator X axis 4 and the stator Y axis 5 in the stator plane 6 be moved. In 2nd only the stator X-axis 4 is shown. However, an analog structure is present in the stator Y axis 5.

Die Sensoreinheit 3 besteht aus einer Auswertungseinheit 18 und einer Sensoranordnung 17.The sensor unit 3rd consists of an evaluation unit 18th and a sensor arrangement 17th .

Um die überfahrenen Inkremente und die intrainkrementelle Position zu erfassen, werden in der Sensoranordnung 17 für jede Achse mindestens drei Sensoren 20 benötigt. In dieser Ausführung werden insgesamt fünf Sensoren 20 in der Sensoranordnung 17 verwendet und der mittlere Sensor 20 erfasst das Läufermagnetfeld 13 in der Läufer-X- und der Läufer-Y-Achse, wodurch ein Sensor 20 eingespart werden kann. Die Sensoren 20 senden die erfassten Daten an die Auswertungseinheit 3. Ein Inkrement entspricht in dieser Ausführung dem Abstand zwischen zwei permanentmagnetischen Magnetpolen 12.In order to detect the increments passed and the intraincremental position, the sensor arrangement 17th at least three sensors for each axis 20 needed. In this version, a total of five sensors 20 in the sensor arrangement 17th used and the middle sensor 20 detects the rotor magnetic field 13 in the rotor X and rotor Y axes, which creates a sensor 20 can be saved. The sensors 20 send the recorded data to the evaluation unit 3rd . In this version, an increment corresponds to the distance between two permanent magnetic magnetic poles 12th .

Die Auswertungseinheit 3 weist eine Spannungsquelle 19 als Permanentspannungsquelle mit einem wiederaufladbaren Energiespeicher 21 auf. Die Spannungsquelle 19 bezieht elektrische Energie aus dem wiederaufladbaren Energiespeicher 21 und versorgt damit die Auswertungseinheit 3 und die Sensoren 20.
Die Auswertungseinheit 3 verwendet die von den Sensoren 20 erfassten Daten, um eine Achsen-Absolutposition des translatorischen passiven Planarläufer 2 auf der Stator-X-Achse 4 und der Stator-Y-Achse 5 zu bestimmen. Aus den Achsen-Absolutpositionen werden von der Auswertungseinheit die XY-Koordinaten benutzt, um eine Absolutposition des translatorischen passiven Planarläufers 2 zu errechnen.
The evaluation unit 3rd has a voltage source 19th as a permanent voltage source with a rechargeable energy storage 21 on. The voltage source 19th draws electrical energy from the rechargeable energy storage 21 and thus supplies the evaluation unit 3rd and the sensors 20 .
The evaluation unit 3rd uses that from the sensors 20 acquired data to an axis absolute position of the translational passive planar rotor 2nd to be determined on the stator X-axis 4 and the stator-Y-axis 5. From the axis absolute positions, the evaluation unit uses the XY coordinates to determine an absolute position of the translational passive planar rotor 2nd to calculate.

In 4 ist der translatorischr passive Planarläufer 2 detaillierter dargestellt. Da die sinusförmigen Verläufe der Stärke des magnetischen Flusses sowohl in der Läufer-X-Achse 22 als auch in der Läufer-Y-Achse 23 angeordnet sind, bildet sich ein Gebirge der Stärke des magnetischen Flusses aus, das nachfolgende charakteristische Linien aufweist.
Es werden in 4 die charakteristischen Linien des Läufermagnetfeldes 13 dargestellt. Zur besseren Übersicht werden die Verläufe der Feldlinien nicht dargestellt. Im Folgenden stellen die Begriffe „Zeile“ und „Diagonale“ eine relative Ausrichtung zu der Läufer-X-Achse 22 und der Läufer-Y-Achse 23 dar.
Die permanentmagnetischen Magnetpole 12 gleicher Polarität sind jeweils auf einer Magnetpolzeile 14 und die permanentmagnetischen Magnetpole 12 unterschiedlicher Polarität sind auf einer Magnetpoldiagonale 15 angeordnet. Auf der Magnetpolzeile 14 und der Magnetpoldiagonalen 15 liegen die Extrema der magnetischen Feldstärke direkt über den permanentmagnetischen Magnetpolen 12. Die Nulldurchgänge der magnetischen Feldstärke befinden sich zwischen den Magnetpolen 12 und bilden im Zusammenwirken magnetische Nulllinien 16, welche zwischen den Magnetpoldiagonalen 15 liegen, aus.
In 4th is the translational passive planar runner 2nd presented in more detail. Because the sinusoidal curves of the strength of the magnetic flux both in the rotor X-axis 22 as well as in the rotor Y axis 23 are arranged, a mountain range of the strength of the magnetic flux is formed, which has the following characteristic lines.
It will be in 4th the characteristic lines of the rotor magnetic field 13 shown. For a better overview, the courses of the field lines are not shown. In the following, the terms "line" and "diagonal" represent a relative alignment to the rotor x-axis 22 and the rotor y-axis 23 represents.
The permanent magnetic magnetic poles 12th of the same polarity are each on a magnetic pole line 14 and the permanent magnetic magnetic poles 12th different polarity are on a magnetic pole diagonal 15 arranged. On the magnetic pole line 14 and the magnetic pole diagonals 15 the extremes of the magnetic field strength lie directly above the permanent magnetic poles 12th . The zero crossings of the magnetic field strength are between the magnetic poles 12th and in interaction form magnetic zero lines 16 between the magnetic pole diagonals 15 lie out.

Die Extrema als Maxima über den Magnetpolen und als Minima an den Nulldurchgängen in den Zwischenräumen bilden markante Punkte im periodischen Läufermagnetfeld, welche für eine Definition eines Inkrementes geeignet sind. In dieser Ausführung werden die Extrema über den Magnetpolen 12 mit gleicher Polarität für die Definition eines Inkrementes verwendet.The extrema as maxima above the magnetic poles and as minima at the zero crossings in the gaps form striking points in the periodic rotor magnetic field, which are suitable for defining an increment. In this version, the extremes are above the magnetic poles 12th used with the same polarity for the definition of an increment.

In 5 sind die verschiedenen Varianten der Anordnung der Sensoren 20 in der Sensoranordnung 17 dargestellt. Hierbei ist jeweils lediglich nur einer der Sensoren 20 beispielhaft mit einem Bezugszeichen versehen.In 5 are the different variants of the arrangement of the sensors 20 in the sensor arrangement 17th shown. Here, only one of the sensors is used 20 provided with an exemplary reference number.

Die Varianten a) bis c) zeigen die Verwendung von fünf Sensoren, wobei jeweils der Sensor 20 im Schnittpunkt der linienförmigen Anordnungen ausgebildet ist, das Läufermagnetfeld in der Läufer-X-Achse und in der Läufer-Y-Achse zu erfassen. Es gibt drei Möglichkeiten der Anordnung von fünf Sensoren. Sie können gemäß Variante a) kreuzförmig, gemäß Variante b) T-förmig und gemäß Variante c) L-förmig angeordnet werden.
Die Variante d) zeigt eine Anordnung aus sechs Sensoren (jeweils drei für jede Achse). Die Anordnung von sechs Sensoren gemäß Variante d) weist konkret zwei senkrecht zueinander stehende Dreierreihen (für jede Achse eine Dreierreihe) auf. Die Dreierreihen können beliebig zueinander angeordnet sein, solange die senkrechte Ausrichtung der Dreierreihen zueinander beibehalten und die Größe des Planarläufers nicht überschritten wird.
Variants a) to c) show the use of five sensors, each with the sensor 20 is formed at the intersection of the linear arrangements to detect the rotor magnetic field in the rotor X-axis and in the rotor Y-axis. There are three ways of arranging five sensors. According to variant a) they can be arranged in a cross shape, according to variant b) T-shaped and according to variant c) L-shaped.
Variant d) shows an arrangement of six sensors (three for each axis). The arrangement of six sensors according to variant d) has two rows of three perpendicular to each other (one row of three for each axis). The rows of three can be arranged to each other as long as the vertical alignment of the rows of three to each other is maintained and the size of the planar rotor is not exceeded.

Ferner zeigt Variante e) eine besonders bevorzugte Anordnung mit neun Sensoren. Hier stehen in jeder Achse dreimal drei Sensoren zur Verfügung, so dass eine besonders präzise und zuverlässige Berechnung der Planarläuferpostition möglich ist. Jeder der Sensoren 20 ist somit ausgebildet, das Läufermagnetfeld in der Läufer-X-Achse und in der Läufer-Y-Achse zu erfassen.Variant e) also shows a particularly preferred arrangement with nine sensors. Three sensors are available three times in each axis, so that a particularly precise and reliable calculation of the planar rotor position is possible. Each of the sensors 20 is thus designed to detect the rotor magnetic field in the rotor X-axis and in the rotor Y-axis.

BezugszeichenlisteReference list

11
aktiver Planarstatoractive planar stator
22nd
translatorischer passiver Planarläufertranslational passive planar runner
33rd
SensoreinheitSensor unit
44th
Stator-X-AchseStator X axis
55
Stator-Y-AchseStator y-axis
66
StatorebeneStator level
77
StatorzahnstrukturStator tooth structure
88th
MotorspulenMotor coils
99
StatorzähneStator teeth
1010th
StatorzahnlückenStator tooth gaps
1111
bewegliches Statormagnetfeldmovable stator magnetic field
1212th
permanentmagnetische Magnetpolepermanent magnetic magnetic poles
1313
LäufermagnetfeldRotor magnetic field
1414
MagnetpolzeilenMagnetic pole lines
1515
MagnetpoldiagonaleMagnetic diagonal
1616
magnetische Nulllinienmagnetic zero lines
1717th
SensoranordnungSensor arrangement
1818th
AuswertungseinheitEvaluation unit
1919th
SpannungsquelleVoltage source
2020
SensorenSensors
2121st
wiederaufladbarer Energiespeicherrechargeable energy storage
2222
Läufer-X-AchseRunner X axis
2323
Läufer-Y-AchseRunner Y axis

Claims (4)

Passivläuferpositionsmesssystem, aufweisend einen aktiven Planarstator (1), einen translatorischen passiven Planarläufer (2) und eine Sensoreinheit (3), wobei der aktive Planarstator (1) eine planar angeordnete Statorzahnstruktur (7) und Motorspulen (8) aufweist, wobei die Statorzahnstruktur (7) in einer Stator-X-Achse (4) und einer Stator-Y-Achse (5) einer Statorebene (6) angeordnet ist und durch Statorzähne (9) und Statorzahnlücken (10) ausgebildet ist, wobei die Motorspulen (8) der Statorzahnstruktur (7) zugeordnet sind und wobei die Statorzahnstruktur (7) und Motorspulen (8) ausgebildet sind, ein bewegliches Statormagnetfeld (11) auszubilden, wobei der passive Planarläufer (2) linear zu der Stator-X-Achse (4) und der Stator-Y-Achse (5) in der Statorebene (6) beweglich ist und permanentmagnetische Magnetpole (12) aufweist, wobei die permanentmagnetischen Magnetpole (12) ein Läufermagnetfeld (13) ausbilden, wobei die permanentmagnetischen Magnetpole (12) gleicher Polarität Magnetpolzeilen (14) in einer Läufer-X-Achse (4) und in einer Läufer-Y-Achse (5) ausbilden, wobei Magnetpolzeilen (14) unterschiedlicher Polarität abwechselnd angeordnet sind, wobei Magnetpole (12) unterschiedlicher Polarität sich kreuzende Magnetpoldiagonalen (15) diagonal zu der Läufer-X-Achse (4) und der Läufer-Y-Achse (5) ausbilden und wobei die Magnetpole (12) magnetische Nulllinien (16) ausbilden, welche jeweils zwischen zwei Magnetpoldiagonalen (15) angeordnet sind, und wobei die Magnetpole (12) Inkremente ausbilden, wobei die Sensoreinheit (3) an dem Planarstator (1) angeordnet und ausgebildet ist eine Absolutposition des Planarläufers (2) zu erfassen, wobei die Sensoreinheit (3) eine Sensoranordnung (17), eine Auswertungseinheit (18) und eine Spannungsquelle (19) aufweist, wobei die Sensoranordnung (17) mindestens fünf Sensoren (20) aufweist, wobei mindestens drei Sensoren (20) in der Stator-X-Achse und drei Sensoren (20) in der Stator-Y-Achse angeordnet sind, wobei die Sensoren (20) das Läufermagnetfeld (13) erfassen, wobei die Auswertungseinheit (18) mit den Sensoren (20) verbunden sowie ausgebildet ist mittels einer X-Achsen-Inkrementzählung und der Erfassung einer intrainkrementellen X-Achsen-Position eine X-Achsen-Absolutposition aufzunehmen und mittels einer Y-Achsen-Inkrementzählung und der Erfassung einer intrainkremtentellen Y-Achsen-Position eine Y-Achsen-Absolutposition aufzunehmen, wobei aus den Achsen-Absolutpositionen XY-Koordinaten einer Absolutposition des Planarläufers in der Statorebene (1) bestimmbar sind und wobei die Spannungsquelle (19) die Sensoren (20) und die Auswertungseinheit (18) versorgt.Passive rotor position measuring system, comprising an active planar stator (1), a translational passive planar rotor (2) and a sensor unit (3), the active planar stator (1) having a planar stator tooth structure (7) and motor coils (8), wherein the stator tooth structure (7) is arranged in a stator X axis (4) and a stator Y axis (5) of a stator plane (6) and is formed by stator teeth (9) and stator tooth gaps (10), wherein the motor coils (8) are assigned to the stator tooth structure (7) and the stator tooth structure (7) and motor coils (8) are designed to form a movable stator magnetic field (11), the passive planar rotor (2) being linearly movable in relation to the stator x-axis (4) and the stator y-axis (5) in the stator plane (6) and having permanent magnetic magnetic poles (12), the permanent magnetic magnetic poles (12) forming a rotor magnetic field (13), wherein the permanent magnetic magnetic poles (12) of the same polarity form magnetic pole lines (14) in a rotor X-axis (4) and in a rotor Y-axis (5), magnetic pole lines (14) of different polarity being arranged alternately, wherein magnetic poles (12) of different polarity intersect magnetic pole diagonals (15) diagonally to the rotor X-axis (4) and the rotor Y-axis (5) and wherein the magnetic poles (12) form magnetic zero lines (16) which are each arranged between two magnetic pole diagonals (15), and the magnetic poles (12) form increments, The sensor unit (3) is arranged on the planar stator (1) and is designed to detect an absolute position of the planar rotor (2), the sensor unit (3) having a sensor arrangement (17), an evaluation unit (18) and a voltage source (19) , wherein the sensor arrangement (17) has at least five sensors (20), at least three sensors (20) being arranged in the stator X-axis and three sensors (20) in the stator Y-axis, the sensors (20) detecting the rotor magnetic field (13), wherein the evaluation unit (18) is connected to the sensors (20) and is designed to record an X-axis absolute position by means of an X-axis increment count and the detection of an intraincremental X-axis position and by means of a Y-axis increment count and the Detection of an intra-incremental Y-axis position, recording an absolute Y-axis position, XY coordinates of an absolute position of the planar rotor in the stator plane (1) can be determined from the axis absolute positions and wherein the voltage source (19) supplies the sensors (20) and the evaluation unit (18). Passivläuferpositionsmesssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (3) eine Mehrzahl von Sensoranordnungen (17) aufweist und die Auswertungseinheit mit diesen Sensoranordnungen (17) verbunden ist.Passive rotor position measuring system according to Claim 1 , characterized in that the sensor unit (3) has a plurality of sensor arrangements (17) and the evaluation unit is connected to these sensor arrangements (17). Passivläuferpositionsmesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquelle (19) als Permanentspannungsquelle ausgebildet ist.Passive rotor position measuring system according to one of the preceding claims, characterized in that the voltage source (19) is designed as a permanent voltage source. Passivläuferpositionsmesssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentspannungsquelle (19) einen wiederaufladbaren Energiespeicher (21) aufweist.Passive rotor position measuring system according to Claim 3 , characterized in that the Permanent voltage source (19) has a rechargeable energy store (21).
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