• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
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  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    DieErfindung betrifft einen Linear-Schrittmotor mit einem in einemGehäuse(GEH) in seiner Längsrichtungverschiebbaren Stellelement (STE), wobei der Motor (MOT) eine Sensorvorrichtung(SEN) aufweist, und die Sensorvorrichtung (SEN) aus einem an dem Stellelement(STE) befestigten, von diesem bei einer Linearbewegung mitgeführten erstenSensorelement (SE1), und einem mit einem festen Teil (GEH) des Motors(MOT) verbundenen zweiten Sensorelement (SE2) besteht, sodass ausder Relativbewegung des ersten Sensorelementes (SE1) zu dem zweitenSensorelement (SE2) die Position des Stellelementes (STE) ermittelbarist. Erfindungsgemäß umfassteines der Sensorelemente (SE1) einen Dauermagnet und das andereSensorelement (SE2) einen Hall-Sensor, und die Sensorvorrichtung(SEN) liefert ein Ausgangssignal, welches bei einem Überfahreneiner definierten Stelle des Verfahrweges des Stellelementes (STE) zwischenzwei Signalwerten umschaltet.
    公开号:DE102004021256A1
    申请号:DE200410021256
    申请日:2004-04-30
    公开日:2004-11-18
    发明作者:Michael Anlauf；Matthias Brand；Karl Huber；Christian Jungwirth；Josef Plank；Claude Rudaz；Josef Schimanko
    申请人:ZIZALA Lichtsysteme GmbH；
    IPC主号:H02K7-06
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft einen Linear-Schrittmotor mit einem in einemGehäusein seiner Längsrichtungverschiebbaren Stellelement, wobei der Motor eine Sensorvorrichtungaufweist, und die Sensorvorrichtung aus einem an dem Stellelementbefestigten, von diesem bei einer Linearbewegung mitgeführten erstenSensorelement, und einem mit einem festen Teil des Motors verbundenenzweiten Sensorelement besteht, sodass aus der Relativbewegung desersten Sensorelementes zu dem zweiten Sensorelement die Positiondes Stellelementes ermittelbar ist.
    [0002] EingangserwähnteSchrittmotoren sind beispielsweise aus der WO 2002/37656, der US 4 700 251 A oderder WO 1998/37624 A bekannt.
    [0003] Esexistieren unterschiedliche Möglichkeiten,um Positionierungsaufgaben mit Schrittmotoren durchzuführen. Beispielsweiseist der sogenannte „OpenLoop" – Betriebohne Positionsrückmeldung bekannt.Bei diesem Betriebsmodus wird die Position des Schrittmotors dadurchbestimmt, dass ausgehend von einem definierten Startzustand dieSchritte, mit denen der Motor angesteuert wird, aufintegriert werden.Dieser Betriebsmodus hat jedoch einige Nachteil, die nicht in allenAnwendungen akzeptiert werden können.
    [0004] Soist, um einen definierten Ausgangszustand zu schaffen, eine Referenzierungdes Schrittmotors gegen einen mechanischen Anschlag erforderlich.Diese Referenzierung kann z. B. bei jedem Einschalten der Steuerungerfolgen. Wird allerdings das Drehmoment des Motors überschritten,kommt es zu Schrittverlusten, und dadurch stimmt die in der Steuerungermittelte Soll-Position nicht mehr mit der tatsächlichen Ist-Position überein.
    [0005] Einanderer Betriebsmodus ist der „Closed Loop" – Betrieb mit Positionsrückmeldung.Durch den Einsatz eines Positionssensors wird die Position des Antriebsermittelt, dadurch entfälltdie Notwendigkeit, einen Referenzlauf durchzuführen, und außerdem können Schrittverlusteerkannt und korrigiert werden.
    [0006] DerNachteil des „ClosedLoop" – Betriebs liegtdarin, dass der erforderliche Positionssensor nicht nur zusätzlicheKosten verursacht, sondern auch den erforderlichen Bauraum vergrößert.
    [0007] Esist eine Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung eines Positionssensorfür einenLinear-Schrittmotorzu finden, bei welcher sich der erforderliche Bauraum einerseitsmöglichst geringhalten lässt,der einfach und günstigzu montieren ist, und die andererseits eine Berechung der Positiondes Stellelementes z.B. durch die Steuerung des Motors erlaubt,wobei die oben beschriebenen Nachteile wie etwa bei der Referenzierungdes Motors gegen einen mechanischen Anschlag vermieden sind.
    [0008] DieseAufgabe wird mit einem eingangs erwähnten Linear-Schrittmotor dadurchgelöst,dass erfindungsgemäß einesder Sensorelemente einen Dauermagnet und das andere Sensorelementeinen Hall-Sensor umfasst, und dass die Sensorvorrichtung ein Ausgangssignalliefert, welches bei einem Überfahreneiner definierten Stelle des Verfahrweges des Stellelementes zwischenzwei Signalwerten umschaltet.
    [0009] Jenach Relativposition der Sensorelemente zueinander wird entstehtdem Hall-Sensor eine andere Spannung. Einer genau definierten Position,der Referenzposition, ist ein bestimmter Spannungswert zugeordnet.Auf diese Weise lässtsich auf einfache Weise eine Referenzierung des Motors durchführen, ohnedie Nachteile eines mechanischen Anschlags aufzuweisen, und außerdem istdie Sensorvorrichtung einfach und günstig zu montieren.
    [0010] Dieabsolute Position des Stellelementes kann dann durch die Steuerungdes Motors ausgehend von der Referenzposition berechnet werden.
    [0011] Durchdie Anbringung eines Sensorelementes an der Stellstange wird erreicht,dass der Bauraum, der ohnehin fürdie Bewegung der Stellstange benötigtwird, gleichzeitig auch fürden Sensor verwendet wird.
    [0012] Umbesonders platzsparend zu sein und genaue Angabe zu liefern lässt sichder Schrittmotor gestalten, wenn das erste Sensorelement länglich ausgebildetund parallel zu dem Stellelement befestigt ist.
    [0013] Positionsinformationenbetreffend das Stellelement aus dem gesamten Verfahrbereich desStellelementes lassen sich ermitteln, wenn das erste Sensorelementsich im Wesentlichen überden gesamten Verfahrbereich des Stellelementes erstreckt.
    [0014] Beieiner konkreten Ausführungsformder Erfindung ist dabei das erste Sensorelement in einem Trägerelement,welches an dem Stellelement angebracht ist, eingebettet. Dies istaus dem Grund von Vorteil, da eine Montage des Sensorelementes direkt aufdem Stellelement selbst schwer möglichist, da es sich bei diesem in der Regel um ein Drehteil aus Edelstahlhandelt.
    [0015] Vorteilhafterweiseist dabei das Trägerelement(der Sensorträger)ein Kunststoffteil ist, welcher das Stellelement umgibt. Vergleichsweiseeinfach lässtsich dies realisieren, wenn das Stellelement mit dem Kunststoffumspritzt ist, welcher das Trägerelementbildet.
    [0016] Eineigener innerer Anschlag fürdas Stellelement erübrigtsich, wenn das Trägerelementmit einem Ende einen inneren Anschlag zur Begrenzung der Bewegungdes Stellelementes nach Außenbildet. Außerdembildet der Sensorträgerdie seitliche Führungfür dasStellelement in dem Gehäusedes Motors.
    [0017] ImFolgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Indieser zeigt
    [0018] 1 eine beispielhafte Ausführungsform eineserfindungsgemäßen Linear-Schrittmotorsmit digitalem Sensor, und
    [0019] 2 und 3 schematisch zwei unterschiedliche Positionendes Stellelementes eines erfindungsgemäßen Schrittmotors.
    [0020] DerLinear-Motor MOT besteht in bekannter Weise aus einem Gehäuse GEH,in dem ein Stellelement STE in seiner Längsrichtung verschiebbar ist. DasBewegen des Stellelementes STE, welches in einem Rotor ROT des MotorsMOT gelagert und in einem vorderen Bereich des Gehäuses GEHin einer entsprechenden Öffnunggeführtist, erfolgt auf bekannte Weise, indem die Drehbewegung des Rotors über einGewinde in eine Linearbewegung umgewandelt wird.
    [0021] Inseinem vorderen Bereich weist das Stellelement STE beispielsweiseeinen (nichtdargestellten) Kugelkopf auf, mit dem das StellelementSTE beispielsweise mit der Rückseiteeines Reflektors gelenkig verbunden werden kann, sodass der Reflektor durchein Verschieben des Stellelements STE um eine Schwenkachse verschwenkbarist. Natürlich sindaber auch andere Verbindungsmöglichkeiten denkbar.
    [0022] ZurErmittlung der Position des Stellelements STE weist der Motor MOTeine Sensorvorrichtung SEN auf, die aus einem ersten Sensorelement SE1und einem zweiten Sensorelement SE2 besteht. Das erste SensorelementSE1 weist dabei beispielsweise wie gezeigt eine länglicheGestalt auf und ist parallel zu dem Stellelement STE an diesem befestigt,sodass das erste Element SE1 bei einer Bewegung des StellelementesSTE von diesem mitgenommen wird. Das zweite Sensorelement SE2 istfest mit dem GehäuseGEH des Motors MOT verbunden, sodass bei einer Bewegung des StellelementesSTE das erste Sensorelement SE1 relativ zu dem zweiten SensorelementSE2 verschoben wird, sodass aus dieser Relativbewegung die Positiondes Stellelementes STE ermittelbar ist.
    [0023] Beider konkreten Ausführungsformnach der 1 ist dabeidas erste Sensorelement SE1 in einem Trägerelement TRA, welches andem Stellelement STE angebracht ist, eingebettet. Dies ist aus demGrund von Vorteil, da eine Montage des Sensorelementes SE1 direktauf dem Stellelement STE selbst schwer möglich ist, da es sich bei diesemin der Regel um ein Drehteil aus Edelstahl handelt.
    [0024] Vorteilhafterweiseist dabei das TrägerelementTRA (der Sensorträger)ein Kunststoffteil, welcher das Stellelement STE umgibt. Vergleichsweise einfachlässt sichdies realisieren, wenn das Stellelement STE mit dem Kunststoff umspritztist, welcher das TrägerelementTRA bildet.
    [0025] Eineigener innerer Anschlag fürdas Stellelement erübrigtsich, wenn das TrägerelementTRA mit einem Ende einen inneren Anschlag AN2 zur Begrenzung derBewegung des Stellelementes STE nach Außen bildet. Außerdem bildetdas TrägerelementTRA die seitliche Führungfür dasStellelement STE in dem GehäuseGEH des Motors.
    [0026] Erfindungsgemäß handeltes sich bei der Sensorvorrichtung SEN um einen digitalen Sensor, beidem das erste Sensorelement SE1 eine Magnetstange oder einen Magnetstreifenumfasst. Das zweite Sensorelement SE2 umfasst bei der gezeigten Ausführungsformeine Hallsonde.
    [0027] Beispielsweisekann der Magnet (Dauermagnet) im ersten Sensorelement SE1 so angeordnet sein,dass die Hallsonde SE2 im zweiten Sensorelement nur in der rechtenHälftedes Verstellbereiches (der Verstellbereich des Stellelementes istin 2 und 3 durch Pfeile definiert) ein Magnetfelddes Magneten SE1 sieht. Die Hallsonde im zweiten Sensorelement SE2ermittelt diese Polaritätund liefert entsprechend die Signalwerte 1 oder 0 am Ausgang. Anhanddes Wechsels zwischen 0 und 1 kann die Steuerung so die Mittelpositionoder Referenzposition erkennen, wie dies wie folgt noch näher erläutert werdensoll.
    [0028] Einesolche (digitale) Sensorvorrichtung SEN liefert ein Ausgangssignal,welches an einer definierten Stelle (Referenzposition) des Verfahrweges desStellelementes STE von einem ersten Wert auf einen zweiten Wertumschaltet. Durch dieses Umschalten lässt sich die Referenzpositiondes Stellelementes STE einfach erkennen. Die absolute Position desStellelementes STE wird dann durch die Steuerung des Motors MOTausgehend von der Referenzposition berechnet.
    [0029] ZumBeispiel liefert in einer Position entsprechend der 2, in der das Stellelement STE sich in einerausgefahrenen Position befindet, die Sensorvorrichtung SEN eine „0" als Ausgangssignal.In dieser Position misst das Sensorelement SE2 nur ein geringesoder gar kein Magnetfeld, die induzierte Hall-Spannung liegt untereinem gewissen Schwellwert.
    [0030] Beieinem Bewegen des Stellelementes STE in die in 3 gezeigte eingefahrene Position steigt dasvon dem Sensorelement SE2 gemessene Magnetfeld rasch an. Bei einem Überschreiteneines bestimmten Wertes schaltet das Ausgangssignal auf „1" um. Auf diese Weisekann einfach durch das Umschalten von „0" auf „1" die exakte Referenzposition ermitteltwerden.
    [0031] Inder eingefahrenen Position entsprechend 3 eine „1" als Ausgangssignal geliefert wird.
    [0032] Beider gezeigten Ausführungsformerstreckt sich das Sensorelement SE1 nur über einen gewissen Verstellbereichdes Stellelementes STE.
    [0033] Umeine Positionsermittlung überden gesamten Verfahrbereich des Stellelementes zu ermöglichen,ist bei einer weiteren Ausführungsform(nicht dargestellt) das erste Sensorelement zwischen einem äußeren Anschlag,der die Bewegung des Stellelementes nach innen hin begrenzt, undeinem inneren Anschlag, der die Bewegung der Stellstange nach außen hinbegrenzt, angeordnet.
    [0034] Daszweite Sensorelement SE2 ist vorzugsweise in der Nähe des Gehäuses GEHangeordnet, da es in der Regel erwünscht ist, den Referenzpunkt möglichstin die Mitte des Verfahrbereichs zu setzen. Dadurch ergibt sichdie Position des Sensorelementes SE2 in Längsrichtung. Weiters dürfen diebeiden Sensorelemente quer zur Bewegungsrichtung gesehen nicht zuweit voneinander entfernt sein, da sonst die Genauigkeit stark abnimmt.
    [0035] DieSensorinformationen werden von einer Motorsteuerung ausgewertet,und diese steuert dann den Motor entsprechend an.
    [0036] Einerfindungsgemäßer Linear-Schrittmotor eignetsich besonders fürden Einsatz als Stellmotor zum Verstellen und Verschwenken beispielsweise vonReflektoren eines Fahrzeugscheinwerfers, da hier oftmals mit demProblem von geringen Bauraum zu kämpfen ist.
    权利要求:
    Claims (10)
    [1] Linear-Schrittmotor mit einem in einem Gehäuse (GEH)in seiner Längsrichtungverschiebbaren Stellelement (STE), wobei der Motor (MOT) eine Sensorvorrichtung(SEN) aufweist, und die Sensorvorrichtung (SEN) aus einem an demStellelement (STE) befestigten, von diesem bei einer Linearbewegungmitgeführtenersten Sensorelement (SE1), und einem mit einem festen Teil (GEH)des Motors (MOT) verbundenen zweiten Sensorelement (SE2) besteht, sodassaus der Relativbewegung des ersten Sensorelementes (SE1) zu demzweiten Sensorelement (SE2) die Position des Stellelementes (STE)ermittelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Sensorelemente(SE1) einen Dauermagnet und das andere Sensorelement (SE2) einenHall-Sensor umfasst, und dass die Sensorvorrichtung (SEN) ein Ausgangssignalliefert, welches bei einem Überfahreneiner definierten Stelle des Verfahrweges des Stellelementes (STE)zwischen zwei Signalwerten umschaltet.
    [2] Linear-Schrittmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass das erste Sensorelement (SE1) länglich ausgebildet und parallelzu dem Stellelement (STE) befestigt ist.
    [3] Linear-Schrittmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,dass das erste Sensorelement (SE1) sich im Wesentlichen über dengesamten Verfahrbereich des Stellelementes (STE) erstreckt.
    [4] Linear-Schrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Sensorelement (SE1) einDauermagnet und das zweite Sensorelement (SE2) ein Hall-Sensor ist.
    [5] Linear-Schrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Sensorelement (SE1) ineinem Trägerelement(TRA), welches an dem Stellelement (STE) angebracht ist, eingebettetist.
    [6] Linear-Schrittmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,dass das Trägerelement(TRA) ein Kunststoffteil ist, welcher das Stellelement (TRA) umgibt.
    [7] Linear-Schrittmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,dass das Stellelement (STE) mit dem Kunststoff umspritzt ist, welcherdas Trägerelement(TRA) bildet.
    [8] Linear-Schrittmotor nach einem der Ansprüche 5 bis7, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (TRA) mit einemEnde einen inneren Anschlag (AN2) zur Begrenzung der Bewegung des Stellelementes(STE) nach Außenbildet.
    [9] Linear-Schrittmotor nach einem der Ansprüche 5 bis8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorträger (TRA) die seitliche Führung für das Stellelement(STE) in dem Gehäuse(GEH) des Motors bildet.
    [10] Linear-Schrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (SEN) einedigitale Sensorvorrichtung ist.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-03-03| 8110| Request for examination paragraph 44|
    2009-08-13| 8131| Rejection|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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