DE4311267A1

DE4311267A1 - Positionsgeber

Info

Publication number: DE4311267A1
Application number: DE4311267A
Authority: DE
Inventors: Christian Bloess; Hasan Goekcer Dipl In Albayrak; Reiner Dipl Ing Rezacek
Original assignee: TORNADO ANTRIEBSTECH GmbH
Current assignee: TORNADO ANTRIEBSTECH GmbH
Priority date: 1993-04-06
Filing date: 1993-04-06
Publication date: 1994-10-20

Description

Die Erfindung betrifft einen Positionsgeber zur Überwachung der Radialwinkelstellung und/oder der Winkelgeschwindigkeit und/oder der Drehrichtung einer insbesondere von einem Elektromotor angetriebenen Welle.

Positionsgeber kommen bei der Überwachung und automatisier ten Steuerung von mit Elektromotoren erzeugten Bewegungs vorgängen zum Einsatz. Dabei werden derartige Positionsgeber häufig im Dauerbetrieb betrieben, wobei schnelle Änderungen der Wellendrehzahl sowie Reversierungen der Drehrichtung der Welle auftreten können, die zu einer nicht unerheblichen mechanischen Beanspruchung solcher Positionsgeber beitragen.

Weiterhin kann bei einer Reversierung der Drehrichtung des Motors eine Axialverschiebung der Welle auftreten, die zu Störungen im Meßbetrieb und in ungünstigen Fällen auch zur Schädigung des Positionsgebers führen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Positionsgeber der ein gangs genannten Art zu schaffen, der kompakt und robust aus gebildet und in einfacher Weise mit unterschiedlichen Elek tromotorausführungen koppelbar ist, im Betrieb eine hohe Zu verlässigkeit aufweist und dabei insbesondere unempfindlich gegen ein Axialspiel der Motorwelle ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des kennzeichnen den Teils des Patentanspruchs 1 vorgesehen.

Durch die Anzahl der auf dem Läuferumfang vorgesehenen magne tischen Nord- und Südpole kann die Auflösung der Positions winkelmessung des Positionsgebers festgelegt werden, wobei durch entsprechende Wahl der Anzahl der Nord- und Südpole eine Auflösung der Radialwinkelstellung der Motorwelle im Bereich von 3° problemfrei zu erreichen ist. Wird eine der artige Meßgenauigkeit nicht benötigt, so ist es auch mög lich, den Läufer ggf. nur mit einem Nord- und einem Südpol auszustatten.

Für die Bestimmung der Drehrichtung der Welle werden von zwei Magnetfeldsensoren zwei gegeneinander phasenverschobene Ausgangssignale A und B erzeugt. Die Größe der Phasenver schiebung der Ausgangssignale A und B ergibt sich hierbei aus der Anzahl der auf dem Läufer vorgesehenen magnetischen Nord- und Südpole und aus dem Radialwinkel, unter dem die beiden Magnetfeld-Sensoren gegeneinander ausgerichtet sind. Beim Auftreten einer Drehrichtungsumkehr der Welle ändert die Phasenverschiebung zwischen den Ausgangssignalen A und B ihr Vorzeichen und ermöglicht daher zu jedem Zeitpunkt eine Bestimmung der Drehrichtung der Welle.

Notwendige Voraussetzung für eine Bestimmung der Drehrich tung der Welle ist das Auftreten einer Phasenverschiebung zwischen den Ausgangssignalen A und B, nicht jedoch die Größe dieser Phasenverschiebung. Daher sind eine Vielzahl von baulichen Ausführungsformen in Bezug auf Magnetpolanzahl des Läufers und Radialwinkelstellung der beiden Magnetfeld sensoren möglich, die alle zu einer Phasenverschiebung der Ausgangssignale A und B führen und daher eine Drehrichtungs bestimmung erlauben.

Wesentlich für die Erfindung ist weiterhin, daß die Meßwert erfassung durch die Hall-Sensoren berührungsfrei erfolgt. Durch die Vermeidung jeglicher mechanischer Meßkomponenten, beispielsweise von Schleifkontakten oder ähnlichem, entfal len ansonsten notwendige Wartungs- und Austauscharbeiten an Verschleißteilen. Dadurch wird die Zuverlässigkeit der Meß anordnung erhöht und ihre Eignung für den Dauerbetrieb ver bessert.

Da die das Magnetfeld des Läufers erfassenden Magnetfeldsen soren mit Abstand, d. h. berührungsfrei um den rotierenden Läufer angeordnet und die Magnetpole in Axialrichtung ausrei chend dimensioniert sind, wird auch erreicht, daß ein in ge wissen Grenzen auftretendes Axialspiel der Motorwelle keinen Einfluß auf das Meßverhalten des Positionsgebers hat. Da durch wird ebenfalls die Funktionssicherheit des Positions gebers vorteilhaft beeinflußt.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Läufer aus einem Ferrit mit angespritztem Kunststoff-Flansch, wobei dieser eine Innenkerbverzahnung und die Welle entsprechend eine Außenkerbverzahnung aufweist. Der Ferrit ist dabei am Umfang mehrpolig lateral magnetisiert.

Darüberhinaus ist durch die einfache, in einer Ebene liegen de Anordnung von Läufer und der an einer abnehmbaren Platine angebrachten Magnetfeldsensoren eine problemlose Zugänglich keit der Meßanordnung bei eventuell erforderlichen Montage- oder Wartungsarbeiten gegeben.

Ein herkömmlicher Impulszähler kann direkt an den Positions geber angeschlossen werden, wobei das von dem Positionsgeber erzeugte binäre Drehrichtungssignal die Zählrichtung des Zäh lers bestimmt und das Zählsignal den Zähler entsprechend in krementiert oder dekrementiert.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Läufer eine ungerade Anzahl von magnetischen Nord- und Südpolen auf weisen und die Magentfeldsensoren können unter einem Winkel von 90° gegeneinander ausgerichtet sein. Unter diesen Voraus setzungen ergibt sich eine Phasenverschiebung der Ausgangs signale A und B von 90°.

Eine besonders kompakte Anordnung ergibt sich, wenn der Po sitionsgeber in einem an das Motorgehäuse angeschlossenen Zusatzgehäuse untergebracht ist, wobei das Zusatzgehäuse als eine Verlängerung des Motorgehäuses mit im wesentlichen ei ner dem Motorgehäuse entsprechenden Querschnittsform ausge bildet sein kann.

Bei einer in konstruktiver Hinsicht besonders vorteilhaften Ausführungsform erfolgt die Anordnung des Positionsgebers an einem von einer Motorwelle durchsetzten Motorschild, wobei zur Positionierung der Magentfeldsensoren ein den Läufer ra dial außen konzentrisch umgebender Trägerring vorgesehen ist, der sowohl mit der Platine als auch mit dem Motorschild fest verbunden ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Positiongebergehäuses be steht darin, daß zusammen mit dem Motorlagerschild gleich ein entsprechender Gehäusewandabschnitt mitgegossen wird, so daß nur noch ein Enddeckel als zusätzlich zu montierende Kom ponente hinzukommt. Dieser Enddeckel kann ggf. ein Loch für die Wellendurchführung aufweisen, um z. B. eine Montagemög lichkeit für einen Lüfter, eine externe Bremse und derglei chen zu schaffen.

Die vorzugsweise rund bzw. kreisförmig ausgebildete Platine besitzt Aussparungen, die es ermöglichen, Befestigungsschrau ben, z. B. für den Enddeckel, an der Platine vorbei in das Lagerschild zu schrauben. Auf diese Weise können aufwendige Schraubaufnahmen in der Gehäusewandung vermieden werden.

Grundsätzlich kann zur Erzeugung des am Zähler anliegenden Zählsignals wahlweise eines der Ausgangssignale A oder B ver wendet werden. Bevorzugt wird jedoch das Zählsignal sowohl aus dem Ausgangssignal A als auch dem Ausgangssignal B gebil det, indem beispielsweise jeder im Ausgangssignal A oder im Ausgangssignal B auftretende Puls zumindest einen Zählpuls im Zählsignal erzeugt.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform ist gegeben, wenn jede ansteigende und/oder abfallende Pulsflanke eines Pulses im Ausgangssignal A und/oder B in der Auswerteschal tung einen Zählpuls im Zählsignal erzeugt.

Um mit Sicherheit zu gewährleisten, daß jeder Zählpuls des Zählsignals im Zähler entsprechend der aktuellen Drehrich tung der Welle in richtiger Zählrichtung registriert wird, ist vorzugsweise vorgesehen, daß das am Zähler anliegende Drehrichtungssignal bei jedem Auftreten eines Pulses in ei nem der Ausgangssignale A und B aus einem Vergleich der Pha senlage des aktuellen Pulses zum vorangegangenen Puls neu bestimmt wird, wobei insbesondere das dem Zähler zuführbare Zählsignal gegenüber dem Drehrichtungssignal elektronisch zeitverzögert ist, um sicherzustellen, daß beim Einlaufen eines jeden Zählpulses am Zähler bereits ein definierter Signalzustand des Drehrichtungssignals am Zähler vorliegt.

Zweckmäßigerweise kann eine Funktionskontrolle des Positions gebers über ein Funktionsstörungssignal erfolgen, das beim Auftreten von zumindest zwei aufeinanderfolgenden Pulsen in ein und demselben Ausgangssignal A oder B von der Auswerte schaltung erzeugt wird. Ein Ausfall einer der Magnetfeldsen soren führt daher in der Folge zu einem Ansprechen des Funk tionsstörungssignals.

Die von der Auswerteschaltung durchgeführte Signalverarbei tung erfolgt vorzugsweise direkt auf der die Magnetfeldsen soren tragenden Platine.

Zur Anzeige eines der Ausgangssignale A oder B und/oder der Drehrichtung und/oder des Funktionsstörungssignals können jeweils Leuchtdioden auf der Platine vorgesehen sein, mit tels derer auch bei einer Endkontrolle, einer ersten Inbe triebnahme oder bei Wartungsarbeiten ein schnelles und pro blemloses Überprüfen der Funktionsfähigkeit des Positions gebers möglich ist.

Zweckmäßigerweise ist als elektrischer Ausgang eine am Gehäu se angebrachte, mehrpolige, elektrisch mit der Platine ver bundene Steckerbuchse vorgesehen, die zumindest Anschlüsse für das Zählsignal und das Drehrichtungssignal aufweist, und darüber hinaus wahlweise Anschlüsse der Ausgangssignale A und/oder B, des Funktionsstörungssignals, eines analogen Drehzahlausgangssignals, Anschlüsse für die Versorgungsspan nung des Positionsgebers und einen spannungsstabilisierten Spannungsausgang aufweist, der zur Spannungsversorgung eines direkt auf die Buchse aufsetzbaren Meßgerätes vorgesehen ist.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:

Fig. 1 eine Längsschnittdarstellung eines in einem Zusatzgehäuse an einem Mo torgehäuse befindlichen Positions gebers;

Fig. 2 eine Längsschnittdarstellung des Po sitionsgebers aus Fig. 1;

Fig. 3 eine Seitenansicht des Läuferumfan ges aus Fig. 2;

Fig. 4 eine Aufsicht auf den Positionsgeber von Punkt X aus gesehen bei abgenom menen Deckel des Zusatzgehäuses;

Fig. 5 ein Funktionsdiagramm der Auswerte schaltung des Positionsgebers; und

Fig. 6 eine Darstellung der Ausgangssignale A und B sowie des Drehrichtungs signals und eines Zählpulses bei Drehrichtungsumkehr der Welle.

In Fig. 1 ist eine Einheit bestehend aus einem Motor 10 und einem Positionsgeber 12 dargestellt, die ein stirnseitig durch ein Motorschild 14 abgeschlossenes Motorgehäuse 16 und ein an das Motorschild 14 angeschlossenes Zusatzgehäuse 18 mit einem stirnseitig angebrachten Abschlußdeckel 20 auf weist. Zentral im Motorgehäuse 16 verläuft eine mit einem konzentrischen Motoranker 22 versehene Motorwelle 24, die im Bereich des Motorankers 22 von einer koaxial angeordneten, gehäusefesten Erregerwicklung 26 umgeben ist. Der Motor schild 14 weist eine Zentralbohrung 28 auf, durch die die Motorwelle 24 in das Zusatzgehäuse 18 durchgeführt ist, und in deren Innenumfangsbereich ein Lager 30 zur Lagerung der Motorwelle 24 vorgesehen ist. Das entgegengesetzte, im lin ken Teil der Fig. 1 gezeigte Ende der Motorwelle 24 dient der Kraftübertragung auf eine nicht näher dargestellte mechanische Vorrichtung, beispielsweise einem Getriebe.

Innerhalb des Zusatzgehäuses 18 ist die Motorwelle drehfest mit einem zylindrischen Läufer 32 gekoppelt, der über die Umfangsfläche mit einer in Umfangsrichtung alternierend ange ordneten Anzahl von magnetischen Nord- und Südpolen versehen ist. Der Läufer 32 ist radial außen berührungsfrei von einem konzentrischen Trägerring 34 umgeben, der in einer Führungs nut 36 des Motorschilds 14 in Paßsitzverbindung aufgenommen ist und der an seiner dem Motorschild 14 entgegengesetzten Stirnseite über eine Schraubverbindung 38 mit einer im we sentlichen senkrecht zur Motorwelle 24 verlaufenden Platine 40 verbunden ist.

Die Platine 40 weist in ihrem Zentralbereich eine Durch trittsöffnung 42 auf, die von dem Endabschnitt der Motorwelle 24 durchlaufen ist. Ferner ist die Platine 40 über ihre elektrischen Zuleitungen 44 an einer am Zusatzgehäuse 18 vorgesehenen Steckerbuchse 57 gehaltert.

Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des erfindungsge mäßen Positionsgebers aus Fig. 1. Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, daß der Trägerring 34 an seinem Innenumfang mit einer in der Zeichenebene liegenden Axialnut 46 versehen ist, in der ein Magnetfeldsensor, im allgemeinen ein Hall- Element, in geringem Abstand radial oberhalb der magnetisier ten Umfangsfläche des Läufers 32 geführt aufgenommen ist. Der Hall-Sensor ist dabei über seine Zuleitungsdrähte 50 mit der Platine 40 elektrisch leitend verbunden.

Ein zweiter Hall-Sensor ist in gleicher Weise in einer zwei ten im Trägerring 34 vorgesehenen Axialnut aufgenommen, die gegenüber der ersten Axialnut 46 unter einem Winkel von 90° geneigt angeordnet und daher in Fig. 2 nicht sichtbar ist.

Fig. 3 zeigt eine schematisierte Seitenansicht des Läufers 32 und macht die in Umfangsrichtung alternierende Abfolge von magnetischen Nord- und Südpolen auf der Umfangsfläche des Läufers 32 deutlich.

In Fig. 4 ist die Platine 40 innerhalb des Zusatzgehäuses 18, gesehen in Richtung des Pfeiles X in Fig. 1 bei abge nommenem Abschlußdeckel 20, dargestellt. Das Zusatzgehäuse 18 weist einen im wesentlichen quadratischen Umriß auf und ist im Bereich der Ecken mit Schraubbohrungen 52 versehen, über die der Abschlußdeckel 20 sowie das Zusatzgehäuse 18 mittels Schrauben mit dem Motorgehäuse 16 verbunden werden. Das Zusatzgehäuse 18 weist an seinen seitlichen Außenflächen Kühlrippen 54 auf und ist an der Deckenfläche 56 mittig mit einer Steckerbuchse 57 versehen. An den in das Zusatzgehäuse 18 hineinragenden Zuleitungen 44 der Steckerbuchse 57 ist die Platine 40 aufgehängt.

Wie in Fig. 4 angedeutet, ist die Platine 40 an ihrer dem Motorschild 14 abgewandten Seite mit einer Anzahl von elek tronischen Bauelementen 58 besetzt, die zu einer im folgen den noch näher erläuterten Auswerteschaltung 59 gehören. Weiterhin weist die Platine 40 mit der Auswerteschaltung in elektrischer Verbindung stehende Leuchtdioden 60, 60′ und 60′′ auf.

Der Verlauf des Trägerrings 34 an der dem Motorschild 14 zu gewandten Seite der Platine 40 ist zum besseren Verständnis der Darstellung in Fig. 4 gestrichelt eingezeichnet. Die Be festigung der Platine 40 am Trägerring 34 erfolgt über die drei Schraubverbindungen 38.

Fig. 5 zeigt in schematisierter Darstellung die Verschal tung der elektronischen Auswerteschaltung 59 und der Stecker buchse 57. Die Ausgangssignale A und B der zwei Hall-Senso ren 48 liegen sowohl an den beiden Eingängen 70, 71 der Aus werteschaltung 59 als auch direkt an den Ausgangsanschlüssen 80, 81 der Steckerbuchse 57 an. Die Spannungsversorgung der Auswerteschaltung 59 erfolgt über den Eingangsspannungsan schluß 82 der Steckerbuchse 57 und beträgt zwischen 7 und 24 Volt Gleichspannung. Neben einem stabilisierten Gleichspan nungsausgang 83 weist die Auswerteschaltung 59 einen Ausgang des Zählsignals 84, des Drehrichtungssignals 85, eines Funk tionsstörungssignals 86 und einen analogen Drehzahlausgang 87 auf.

Bei einer Rotation der Motorwelle 24 tritt an den beiden Hall-Sensoren 48 jeweils ein Magnetfeld mit zeitlich wech selnder Polarität auf. Das Magnetfeld erzeugt in den Aus gangssignalleitungen A und B der Hall-Sensoren 48 eine Ab folge von elektrischen Pulsen, die aufgrund der 90° Winkel stellungsdifferenz der Hall-Sensoren 48 sowie wegen der un gradzahligen Anzahl von auf dem Läuferumfang vorgesehenen magnetischen Nord- bzw. Südpolen eine Phasenverschiebung von 90° gegeneinander aufweisen.

Die Auswerteschaltung 59 detektiert die über die Eingänge 70, 71 einlaufenden Signalpulse der Hall-Sensoren 48 sowohl anhand der ansteigenden als auch der abfallenden Pulsflanken und stellt am Ausgang 84 ein Zählsignal bereit, das pro ein laufendem Signalpuls - gleich ob am Eingang 70 oder 71 - zwei zeitlich definierte Zählpulse, jeweils einen für die ansteigende Pulsflanke und einen für die abfallende Puls flanke, aufweist.

Die Höhe und Pulsdauer des Zählpulses ist durch die Konfigu rierung der Auswerteschaltung 59 bestimmt und ist im allge meinen so festgelegt, daß mit herkömmlichen Zählern eine sichere Detektion der Zählpulse gewährleistet ist. Beispiels weise können die erzeugten Zählpulse Rechteckform aufweisen und Pulshöhen im Voltbereich bei Pulslängen im Bereich von einigen µsec besitzen.

Weiterhin ermittelt die Auswerteschaltung 59 anhand der Pha senlage der ansteigenden und abfallenden Pulsflanken der letzten zwei an den Eingängen 70 und 71 einlaufenden Signal pulse die aktuelle Drehrichtung der Motorwelle 24 und gibt ein die aktuelle Drehrichtung der Welle 24 anzeigendes Dreh richtungssignal 85 aus. Das Drehrichtungssignal 85 weist ent sprechend der zwei möglichen Drehrichtungszustände der Motor welle 24 zwei Signalzustände auf.

Im Meßbetrieb ist der Zählsignalausgang 84 und der Drehrich tungssignalausgang 85 der Auswerteschaltung 59 an einen ex ternen, nicht dargestellten Zähler angeschlossen, der beim Auftreten eines Zählpulses je nach Wert des anliegenden Dreh richtungssignals 85 eine Inkrementierung oder eine Dekremen tierung des Zählerstandes um 1 durchführt. Um sicherzustel len, daß am Zähler zum Zeitpunkt des Einlaufens eines Zähl pulses bereits das aktuelle, d. h. das der diesen Zählpuls erzeugten Drehbewegung entsprechende Drehrichtungssignal 85 anliegt, wird das Zählsignal 84 in der Auswerteschaltung 59 gegenüber dem Drehrichtungssignal 85 um eine kleine Zeitspan ne, beispielsweise 10 µsec, verzögert. Dadurch wird auch ge währleistet, daß das Drehrichtungssignal 85 beim Auftreten eines Zählpulses am Zählsignalausgang 84 stets einen defi nierten Zustand aufweist, so daß der Zähler den Zählpuls immer eindeutig entweder als Dekrementierpuls oder als Inkre mentierpuls verbuchen kann.

Zur weiteren Verdeutlichung der Funktionsweise der Auswerte schaltung 59 sind in Fig. 6 die bei einem Drehrichtungswech sel der Motorwelle 24 auftretenden Ausgangssignale A und B, das von der Auswerteschaltung 59 ermittelte Drehrichtungs signal 58 sowie ein ebenfalls von der Auswerteschaltung 59 erzeugter Zählpuls 84′ des Zählsignals 84 über einer Zeit achse dargestellt.

Im linken Teil von Fig. 6 sind zwei in den Ausgangssignalen A und B auftretende, um 90° phasenverschobene Signalpulse eingezeichnet, die zur besseren Unterscheidung mit unter schiedlicher Amplitude dargestellt sind. Im vorliegenden Aus führungsbeispiel folgt aus der Tatsache, daß der Signalpuls im Ausgangssignal B vor dem Signalpuls im Ausgangssignal A auftritt, daß eine Drehrichtung der Motorwelle 24 im Gegen uhrzeigersinn vorliegt. Diesem Drehsinn ist ein spannungs freier Signalzustand des Drehrichtungssignals 85 zugeordnet.

Erfolgt eine Drehrichtungsumkehr der Motorwelle 24, so kann es zum Auftreten eines einzelnen, langen Signalpulses B kom men, wie dies im mittleren Bereich der Fig. 6 dargestellt ist. Da hierbei die abfallende Pulsflanke am Signalausgang B noch vor Auftreten einer ansteigenden Impulsflanke am Signa lausgang A auftritt, d. h. die für eine stationäre Drehbewe gung charakteristische alternierende Abfolge von auf- und absteigenden Pulsflanken in den beiden Ausgangssignalen A und B durchbrochen ist, erfolgt mit Auftreten der abfallen den Impulsflanke im Ausgangssignal von B die Änderung des Signalzustandes am Drehrichtungssignal 85′. Gleichzeitig wird beim Auftreten der abfallenden Impulsflanke in der Aus werteschaltung 59 ein Zählsignalimpuls 84′ erzeugt, der, wie in Fig. 6 angedeutet, jedoch aus den bereits genannten Grün den um eine gewisse Zeitdauer verzögert ausgegeben wird. Hierbei ist in Fig. 6 zur besseren Darstellbarkeit sowohl die Zeitverzögerung als auch die Pulsdauer des Zählpulses 84′ gegenüber dem auf der Zeitachse aufgetragenen Zeitmaß stab stark vergrößert wiedergegeben.

Weiterhin ist am Ausgang 86 der Auswerteschaltung 59 ein Funktionsstörungssignal vorgesehen, das immer dann einen eine Funktionsstörung des Meßsystems anzeigenden Signalwert ausgibt, wenn jeweils zweimal hintereinander ein Signalpuls aus ein und demselben Ausgangssignal A oder B auftritt. Da her schaltet das Funktionsstörungssignal 86 bei einem Aus fall eines der Hall-Sensoren auf Störung.

Ein kurzzeitiges Ansprechen des Funktionsstörungssignals, das jedoch keine Funktionsstörung anzeigt und das auch elek tronisch unterdrückt werden kann, kann sich bei einer Rever sierung der Motordrehrichtung ergeben, da auch hierbei zwei aufeinanderfolgende Signalpulse im gleichen Ausgangssignal A oder B auftreten können - jedoch, wie Fig. 6 zeigt, nicht müssen.

Ferner ist an der Auswerteschaltung 59 ein analoger Drehzahl ausgang 87 als Stromausgang vorgesehen, der beispielsweise zum Betrieb eines externen, analogen Drehzahlanzeigeinstru mentes verwendet werden kann. Ferner kann auch über den sta bilisierten Spannungsausgang 83 der Steckerbuchse 57 ein direkt auf die Steckerbuchse 57 aufsteckbares Meß- oder An zeigeinstrument mit digitalem Zähler betrieben werden.

Für eine unmittelbare Kontrolle der Funktionsfähigkeit des Positionsgebers sind die drei Leuchtdioden 60, 60′ und 60′′ vorgesehen, die jeweils mit einem der Signalausgänge A oder B, dem Drehrichtungssignal 85 und dem Funktionsstörungs signal 86 verbunden sind. Bei abgenommenem Abschlußdeckel 20 des Zusatzgehäuses 18 ist somit anhand der Leuchtdioden 60, 60′ und 60′′ eine Funktionsüberprüfung des Positionsgebers möglich, ohne hierfür ein externes, an die Signalbuchse an schließbares Prüfgerät zu benötigen. Dies kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn aufgrund einstreuender Steuer signale ein einwandfreier Betrieb des Positionsgebers gefähr det ist. Sollte dies der Fall sein, so kann die Platine 40 mit einer Kupferschicht versehen werden, die zu einer verbes serten Schirmung gegenüber elektromagnetischen Störungen bei trägt.

Bezugszeichenliste

10 Motor
12 Positionsgeber
14 Motorschild
16 Motorgehäuse
18 Zusatzgehäuse
20 Abschlußdeckel
22 Motoranker
24 Motorwelle
26 Erregerwicklung
28 Zentralbohrung
30 Lager
32 Läufer
34 Trägerring
36 Führungsnut
38 Schraubverbindung
40 Platine
42 Durchtrittsöffnung
44 Zuleitung
46 Axialnut
48 Hall-Sensor
50 Zuleitungsdrähte
52 Schraubenbohrung
54 Kühlrippen
56 Oberseite des Zusatzgehäuses
57 Steckerbuchse
58 elektronische Bauelemente
59 Auswerteschaltung
60 Leuchtdioden
60′ Leuchtdioden
60′′ Leuchtdioden
70 Eingang A der Auswerteschaltung
71 Eingang B der Auswerteschaltung
80 Ausgang A der Steckerbuchse
81 Ausgang B der Steckerbuchse
82 Eingangsspannungsanschluß
83 stabilisierter Spannungsausgang
84 Zählsignalausgang
84′ Zählsignalpuls
85 Drehrichtungssignalausgang
85′ Drehrichtungssignal
86 Funktionsstörungssignalausgang
87 analoger Drehzahlausgang
A Ausgangssignal des ersten Hall-Sensors 48
B Ausgangssignal des zweiten Hall-Sensors 48.

Claims

1. Positionsgeber zur Überwachung der Radialwinkelstellung und/oder der Winkelgeschwindigkeit und/oder der Dreh richtung einer insbesondere von einem Elektromotor angetriebenen Welle,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Welle (24) drehfest mit einem konzentrisch zur Welle (24) und über den Umfang eine vorgegebene Anzahl von alternierend angeordneten magnetischen Nord- und Südpolen aufweisenden zylindrischen Läufer (32) verbunden ist,
daß in Abstand radial außerhalb des Umfangs des Läufers (32) zwei unter einem vorgegebenen Radialwinkel gegenein ander versetzte elektronische Magnetfeldsensoren (48), insbesondere Hall-Sensoren (48) vorgesehen sind, welche lokal das Magnetfeld im Bereich der Umfangsfläche des Läufers (32) abtasten und jeweils ein magnetfeldabhän giges Ausgangssignal A bzw. B liefern,
daß bei Rotation der Welle (24) die Ausgangssignale A und B jeweils eine zeitliche Abfolge von phasenverscho benen Pulsen bilden, und
daß eine die Ausgangssignale A und B auswertende elek tronische Auswerteschaltung (59) vorgesehen ist, die ein aus zumindest einem der Ausgangssignale A oder B erzeug tes, Zählpulse (84′) aufweisendes Zählsignal (84) und ein aus der Phasenlage der Pulse der Ausgangssignale A und B bestimmtes, die Drehrichtung der Welle (24) ange bendes binäres Drehrichtungssignal (85) erzeugt.

2. Positionsgeber nach Anspruch 1 mit einem mit dem Zähl signal (84) und dem Drehrichtungssignal (85) speisbaren Zähler, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler beim Auftreten eines Zählpulses (84′) im Zählsignal (84) den Zählerstand in Abhängigkeit von dem Signalzustand des Drehrichtungssignals (85) entweder um 1 inkrementiert oder dekrementiert.

3. Positionsgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (32) eine ungerade Anzahl von magneti schen Nord- und Südpolen aufweist und aus einem am Umfang mehrpolig lateral magnetisierten Ferrit besteht.

4. Positionsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfeldsensoren (48) unter einem Radialwinkel von 90° gegeneinander versetzt sind.

5. Positionsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Läufers (32) eine sich senkrecht zur Wellenachse (24) erstreckende Platine (40) vorgesehen ist, in der die vorzugsweise aus im Latchbetrieb arbei tenden Hallsensoren bestehenden Magnetfeldsensoren (48) zum Lagerschild weisend mit entsprechenden Lötpunkten der Platine verlötet sind.

6. Positionsgeber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Platine (40) eine von der Welle (24) durchsetzte Durchtrittsöffnung (42) aufweist.

7. Positionsgeber nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Platine (40) in einem an das Motorgehäuse (16) angeschlossenen Zusatzgehäuse (18) untergebracht ist, wobei das Zusatzgehäuse vorzugsweise an das Motorlager schild angegossen und ein Enddeckel zum Verschluß des Zusatzgehäuses vorgesehen ist, der ggf. eine Öffnung für die Wellendurchführung aufweist.

8. Positionsgeber nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsform des Zusatzgehäuses (18) im wesentlichen der des Motorgehäuses (16) entspricht.

9. Positionsgeber nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Platine (40) über zu einer Zunge variabler Länge zusammengefaßte Anschlüsse mit einer am Zusatzgehäuse (18) vorgesehenen mehrpoligen Steckerbuchse (57) verbun den ist.

10. Positionsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (32) radial außen berührungsfrei von einem konzentrischen Trägerring (34) umgeben ist, der Führungselemente (46) zur Positionierung der an der Pla tine (40) angebrachten Magnetfeldsensoren (48) aufweist.

11. Positionsgeber nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Platine (40) fest mit dem Trägerring (34) verbun den, insbesondere verschraubt ist.

12. Positionsgeber nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerring (34) an der von der Platine (40) abge wandten Seite in einer Zentrierpassung (36) eines von der Motorwelle (24) durchsetzten Motorschilds (14) fixiert ist.

13. Positionsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfeldsensoren (48) und/oder der magnetisier te Läufer (32) in Axialrichtung hinreichend groß dimen sioniert sind, um die Meßfähigkeit des Systems auch bei einer innerhalb eines vorgebbaren Axialspiels auftreten den Axialverschiebung der Welle (24) zu gewährleisten.

14. Positionsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulse der Ausgangssignale A und B im wesentli chen Rechteckform aufweisen.

15. Positionsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (59) das Zählsignal (84) so wohl aus dem Ausgangssignal A als auch aus dem Ausgangs signal B erzeugt.

16. Positionsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auswerteschaltung (59) jede ansteigende und/oder abfallende Pulsflanke eines Pulses im Ausgangs signal A und/oder B einen Zählpuls (84′) im Zählsignal (84) erzeugt.

17. Positionsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auswerteschaltung (59) das Drehrichtungs signal (85) bei jedem Auftreten eines Pulses entweder im Ausgangssignal A oder B aus einem Vergleich der Phasen lage des aktuellen Pulses zum vorangegangenen, in einem der Ausgangssignale A oder B aufgetretenen Puls neu bestimmt wird.

18. Positionsgeber nach Anspruch 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (59) das Zählsignal (84) gegen über dem Drehrichtungssignal (85) elektronisch zeitver zögert ausgibt.

19. Positionsgeber nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitverzögerung des Zählsignals (84) gegenüber dem Drehrichtungssignal (85) zwischen 1 und 100 µsec beträgt.

20. Positionsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (59) beim Auftreten von zumin dest zwei aufeinanderfolgenden Pulsen in ein und demsel ben Ausgangssignal A oder B ein Funktionsstörungssignal (86) erzeugt.

21. Positionsgeber nach Anspruch 5 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (59) auf der die Magnetfeld sensoren (48) halternden Platine (40) vorgesehen ist.

22. Positionsgeber nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Platine (40) mit Leuchtdioden (60, 60′, 60′′) versehen ist, die Pulse zumindest eines der Ausgangs signale A oder B und/oder den Zustand des Drehrichtungs signals (85) und/oder den Zustand des Funktionsstörungs signals (86) anzeigen.

23. Positionsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrischer Ausgang eine am Gehäuse vorgesehene mehrpolige, elektrisch mit der Auswerteschaltung verbun dene Steckerbuchse (57) vorgesehen ist, die zumindest An schlüsse für das Zählsignal (84) und das Drehrichtungs signal (85) aufweist.

24. Positionsgeber nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Steckerbuchse (57) weiterhin Anschlüsse der Aus gangssignale A und/oder B, und/oder des Funktionsstö rungssignals (86) und/oder einen analogen Drehzahlaus gang (87) und/oder Anschlüsse für die Versorgungsspan nung (82) des Positionsgebers und/oder einen spannungs stabilisierten Spannungsausgang (83) aufweist, der zur Spannungsversorgung eines direkt auf die Buchse aufsetz baren, mit einem Zähler versehenen Anzeigegerätes dient.

25. Positionsgeber nach Anspruch 23 und 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalausgänge der Steckerbuchse (57) entweder als TTL-Ausgänge oder als open-collector-Ausgänge ausge führt sind.

26. Positionsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die Funktion des Positionsgebers bestimmenden Bauelemente auf mehreren im Umriß im wesentlichen glei chen Platinen angeordnet sind, und daß diese Platinen über ein zusätzliches, das Plattensystem vertikal durch setzendes Stecker-Buchsen-System mit denselben Signal ein- und -ausgängen verbunden bzw. mit diesen gekuppelt sind.

27. Positionsgeber nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Platinensystem eine Platine aufweist, die ohne Bestückung des Bussystems und ohne die anderen Platinen voll funktionsfähig ist.

28. Positionsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine von den gegebenenfalls mehreren Platinen über eine zu einer ablängbaren Zunge zusammengefaßte Anschlüs se mit einer am Zusatzgehäuse (18) vorgesehenen mehrpo ligen Steckdose (57) verbunden ist.

29. Positionsgeber nach Anspruch 2 sowie einem oder mehreren der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler auf einer der zusätzlichen Platinen ange ordnet ist und der verwendete Stecker eine ausreichende Anzahl von Anschlüssen aufweist, um das Positionssignal als parallel und digital codiertes Signal ausgeben zu können.

30. Positionsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit geeigneten Relaiseinheiten versehene Geschwindigkeitsüberwachungsschaltung auf einer der zu sätzlichen Platinen angeordnet ist und je nach einpro grammierter Logik die Relaisausgänge in Abhängigkeit des Geschwindigkeitszustandes schaltet.

31. Positionsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den Magnetfeldsensoren eine Infrarot- Lichtschranke auf der Grundplatine vorgesehen ist, die vorzugsweise eine zusätzlich auf dem magnetisierten Läu fer angebrachte Reflexionsmarke als Indexsignal ab tastet.

32. Positionsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreingänge und die Sensorausgänge der IR- Lichtschranke vorzugsweise auf derselben Höhe wie die Magnetfeldsensoren angeordnet sind, damit der benötigte Reflexionsbereich grundsätzlich auf dem magnetisierten Läufer anbringbar ist.