特許 7387348 機械の運動を検出するためのポジション検出システム及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-17

(45)【発行日】2023-11-28

(54)【発明の名称】機械の運動を検出するためのポジション検出システム及び方法

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/245 20060101AFI20231120BHJP

   G01D 5/244 20060101ALI20231120BHJP

【ＦＩ】

G01D5/245 110B

G01D5/245 H

G01D5/245 M

G01D5/245 110M

G01D5/244 K

【請求項の数】 12

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2019168326

(22)【出願日】2019-09-17

(65)【公開番号】P2020046430

(43)【公開日】2020-03-26

【審査請求日】2022-05-27

(31)【優先権主張番号】10 2018 215 783.9

(32)【優先日】2018-09-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】390023711

【氏名又は名称】ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ

【住所又は居所原語表記】Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100135633

【弁理士】

【氏名又は名称】二宮 浩康

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】ゲアハート ブント

(72)【発明者】

【氏名】シュテファニー シュトルベアガー

【審査官】細見 斉子

(56)【参考文献】

【文献】特許第６３３９３０７（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開２０１８－１３２３５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０２４８６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１４－５２９０６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００３／００７６０６０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｄ ５／００－ ５／６２

Ｇ０１Ｂ ７／００－ ７／３４

Ｈ０２Ｐ １／００ー １／５８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

機械（１０）の運動を検出するためのポジション検出システム（２０；２０Ａ）であって、
前記機械（１０）の運動により生成される第１の磁界（Ｈ１）の変化を検出するための第１のポジションセンサ（２１）と、
前記機械（１０）の運動により生成される、前記第１の磁界（Ｈ１）とは異なる第２の磁界（Ｈ２）の変化を検出するための第２のポジションセンサ（２２）であって、当該第２のポジションセンサ（２２）の検出結果は、前記機械（１０）の部材（１１；１３）の特定すべきポジションについて前記第１のポジションセンサ（２１）の検出結果よりも低い分解能を有する、第２のポジションセンサ（２２）と、
前記機械（１０）の部材（１１；１３）の１回の電気的回転内での絶対ポジションの特定のために前記第２のポジションセンサ（２２）の前記検出結果を用いるように、並びに、前記機械（１０）の前記部材（１１；１３）の機械的回転に関連づけられた増分ポジションの特定、及び、前記第２のポジションセンサ（２２）のエラーの識別のために前記第１のポジションセンサ（２１）の前記検出結果を用いるように構成されている評価装置（２０５）と、
を備えており、
両方の前記ポジションセンサ（２１、２２）各々は、当該ポジションセンサの検出結果を前記評価装置（２０５）へ送出するために、別個の通信コネクション（２１７；２２７）を介して前記評価装置（２０５）に接続されている、
ポジション検出システム（２０；２０Ａ）。

【請求項2】

少なくとも２つの第１の磁石（２１１、２１２）であって、当該第１の磁石（２１１、２１２）において、前記第１のポジションセンサ（２１）は前記第１の磁界（Ｈ１）を検出する、少なくとも２つの第１の磁石（２１１、２１２）と、
第２の磁石（２２１、２２２）であって、当該第２の磁石（２２１、２２２）において、前記第２のポジションセンサは前記第２の磁界（Ｈ２）を検出する、第２の磁石（２２１、２２２）と、
をさらに備えており、
前記少なくとも２つの第１の磁石（２１１、２１２）と前記第２の磁石（２２１、２２２）とは、予め定められた固定的な相互配列で配置されている、
請求項１に記載のポジション検出システム（２０；２０Ａ）。

【請求項3】

前記少なくとも２つの第１の磁石（２１１、２１２）は、それぞれ異なる極性の磁極（２１１、２１２）同士が互いに並置されて一列に配置された複数の磁極ペア（２１１、２１２）を有しており、
前記第２の磁石（２２１、２２２）は、前記少なくとも２つの第１の磁石（２１１、２１２）の中央に、前記一列に配置された前記複数の磁極ペア（２１１、２１２）から離間して配置されている、
請求項２に記載のポジション検出システム（２０；２０Ａ）。

【請求項4】

前記評価装置（２０５）は、前記第１のポジションセンサ（２１）の少なくとも１つの検出結果と前記第２のポジションセンサ（２２）の少なくとも１つの検出結果とを評価するための制御ユニット（２１０）を有している、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のポジション検出システム（２０；２０Ａ）。

【請求項5】

前記評価装置（２０５）は、
前記第１のポジションセンサ（２１）の少なくとも１つの検出結果（２１５）を評価するための第１の制御ユニット（２１０）と、
前記第２のポジションセンサ（２２）の少なくとも１つの検出結果（２２５）を評価するための第２の制御ユニット（２２０）と、
を有しており、
前記第１及び第２の制御ユニット（２１０、２２０）は、前記検出結果（２１５、２２５）又は評価結果をデータ（２３０）として当該制御ユニット（２１０、２２０）間で伝送するために互いに接続されている、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のポジション検出システム（２０；２０Ａ）。

【請求項6】

前記評価装置（２０５）は、前記第１のポジションセンサ（２１）の前記少なくとも１つの検出結果と、前記第２のポジションセンサ（２２）の前記少なくとも１つの検出結果とを、前記ポジションセンサ（２１、２２）の前記検出結果の評価におけるエラーの識別のために利用するように構成されている、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のポジション検出システム（２０；２０Ａ）。

【請求項7】

前記第１の磁界（Ｈ１）の変化を検出するために、複数の第１の磁石（２１１、２１２）に２つ以上の第１のポジションセンサ（２１）が設けられている、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載のポジション検出システム（２０；２０Ａ）。

【請求項8】

前記第１のポジションセンサ（２１）及び前記第２のポジションセンサ（２２）は、それぞれＴＭＲセンサであり、又は、
前記第１のポジションセンサ（２１）は、ＴＭＲセンサであり、前記第２のポジションセンサ（２２）は、パラメータ設定可能なホールセンサである、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載のポジション検出システム（２０；２０Ａ）。

【請求項9】

機械（１０）によって運動させられるように駆動可能な少なくとも１つの可動部材（１１；１３）と、
前記少なくとも１つの可動部材（１１；１３）の運動を検出するための、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の少なくとも１つのポジション検出システム（２０；２０Ａ）と、
を備えた機械（１０）。

【請求項10】

当該機械（１０）の前記少なくとも１つの部材（１１；１３）は、当該機械（１０）のロータ（１１）又はシャフト（１３）である、及び／又は、
当該機械（１０）は、同期モータである、
請求項９に記載の機械（１０）。

【請求項11】

少なくとも１つの被駆動装置部材（４０）と、
前記少なくとも１つの被駆動装置部材（４０）を回転運動又は直線運動させるように駆動する少なくとも１つの機械（１０）と、
機械（１０）の少なくとも１つの部材（１１；１３）の運動を検出するための、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の少なくとも１つのポジション検出システム（２０；２０Ａ）と、
を備えた装置（１）。

【請求項12】

第１のポジションセンサ（２１）と第２のポジションセンサ（２２）と評価装置（２０５）とを有するポジション検出システム（２０；２０Ａ）によって、機械（１０）の運動を検出するための方法であって、
前記第１のポジションセンサ（２１）によって、前記機械（１０）の運動により生成される第１の磁界（Ｈ１）の変化を検出し、第１の通信コネクション（２１７）を介して検出結果を前記評価装置（２０５）へ送出するステップと、
前記第２のポジションセンサ（２２）によって、前記機械（１０）の運動により生成される、前記第１の磁界（Ｈ１）とは異なる第２の磁界（Ｈ２）の変化を検出し、第２の通信コネクション（２２７）を介して検出結果を前記評価装置（２０５）へ送出するステップであって、前記第２のポジションセンサ（２２）の検出結果は、前記機械（１０）の部材（１１；１３）の特定すべきポジションについて前記第１のポジションセンサ（２１）の検出結果よりも低い分解能を有する、ステップと、
前記機械（１０）の部材（１１；１３）の１回の電気的回転内での絶対ポジションの特定のために、及び、前記第１のポジションセンサ（２１）の前記検出結果を用いた前記第２のポジションセンサ（２２）のエラーの識別のために、前記第２のポジションセンサ（２２）の少なくとも１つの検出結果を前記評価装置（２０５）によって評価するステップと、
前記機械（１０）の前記部材（１１；１３）の機械的回転に関連づけられた増分ポジションの特定のために前記第１のポジションセンサ（２１）の少なくとも１つの検出結果を前記評価装置（２０５）によって評価するステップと、
を有する、機械（１０）の運動を検出するための方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、特に同期モータのための、機械、例えば回転機の運動を検出するためのポジション検出システム及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、物体を運動させる目的、電気エネルギーを発生させる目的などのために、電気機械、モータ、発電機、回転機、リニアドライブなどのような機械が、多くの技術分野において使用される。適用事例によっては、運転中、規定された運動を機械によって実施することができるようにする目的で、機械の運転中及び／又は機械の運転開始時に、機械がどのような姿勢にあるのかを把握するのが重要である。

【0003】

斯かる機械は、特に同期モータは、機械によって駆動される部材の位置を調整する目的で、また、パワーエレクトロニクスの動作制御のために最適な転流角を可能にする目的で、求められたポジションを必要とする。スイッチオン後にさらなるアクションをとることなくこのことが可能となるようにするためには、機械の１回転内でのポジションが明確でなければならない。

【0004】

問題点として挙げられるのは、ポジション検出システムのために機械の中にほとんどスペースがなく、ポジション検出システムは、機械的負荷及び周囲の影響に対しロバストなものでなければならず、かつ、製造において有利であるのが望ましく、高品質及び高分解能をもたらすべきであり、さらに対人保護のために信頼に足るポジション形成が可能でなければならない、ということである。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従って、本発明の課題は、上述の問題点を解決することができるようにした、機械の運動を検出するためのポジション検出システム及び方法を提供することである。特に、ロバストかつコンパクトであり、製造において有利である機械のためのポジション検出システムを実現することができるようにした、機械の運動を検出するためのポジション検出システム及び方法を提供したい。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この課題は、請求項１に記載の機械の運動を検出するためのポジション検出システムによって解決される。ポジション検出システムは、機械の運動により生成される第１の磁界の変化を検出するための第１のポジションセンサと、機械の運動により生成される、第１の磁界とは異なる第２の磁界の変化を検出するための第２のポジションセンサであって、第２のポジションセンサの検出結果は、機械の部材の特定すべきポジションについて第１のポジションセンサの検出結果よりも低い分解能を有する、第２のポジションセンサと、機械の部材のポジションの機能上の特定のために、及び、予め定められた安全基準に従った部材のポジションの特定のために、第１のポジションセンサの少なくとも１つの検出結果及び／又は第２のポジションセンサの少なくとも１つの検出結果を評価するための評価装置と、を備えており、両方のポジションセンサ各々は、当該ポジションセンサの検出結果を評価装置へ送出するために、別個の通信コネクションを介して評価装置に接続されている。

【0007】

このポジション検出システムは、著しくコンパクトな磁気検出システムであり、このシステムは、種々の機能のために種々の品質及び分解能のポジションを供給し、しかもこれと共に高い安全レベルを達成する。この場合、ポジション検出システムは、機械的負荷及び周囲の影響に対し著しくロバストである。しかもこのポジション検出システムは、省スペースであり製造において有利である。

【0008】

このポジション検出システムによってもたらされる大きな利点とは、機械のシャフトの姿勢若しくはポジション及び／又は機械のロータの姿勢若しくはポジションを、常に大きな安全性を伴って検出することができる、ということである。この場合、機械のシャフトの運動又は機械のロータの姿勢を検出するための２つのセンサによって、確実な増分ポジションだけでなく、確実な絶対ポジションも提供される。その際にこれに伴ってもたらされる冗長性は、確実な増分ポジションの形成に必要とされるが、確実な絶対ポジションにおけるエラーの識別のために、この冗長性を利用することができる。

【0009】

ポジション検出システムのさらなる利点は、その高い信頼性にある。これによってポジション検出システムを、ポジションの信頼に足る特定が要求される回転機のために特に使用することができる。

【0010】

従属請求項には、ポジション検出システムの有利なさらなる実施形態が記載されている。

【0011】

１つの実施形態によれば、ポジション検出システムはさらに、少なくとも２つの第１の磁石であって、当該第１の磁石において、第１のポジションセンサは第１の磁界を検出する、少なくとも２つの第１の磁石と、第２の磁石であって、当該第２の磁石において、第２のポジションセンサは第２の磁界を検出する、第２の磁石と、をさらに備えており、少なくとも２つの第１の磁石と第２の磁石とは、予め定められた固定的な相互配列で配置されている。ここで、少なくとも２つの第１の磁石は、それぞれ異なる極性の磁極同士が互いに並置されて一列に配置された磁極ペアを有しており、第２の磁石は、少なくとも２つの第１の磁石の中央に、一列に配置された複数の磁極ペアから離間して配置されている。

【0012】

１つの実施例によれば、評価装置は、第１のポジションセンサの少なくとも１つの検出結果と第２のポジションセンサの少なくとも１つの検出結果とを評価する制御ユニットを有している。

【0013】

他の実施例によれば、評価装置は、第１のポジションセンサの少なくとも１つの検出結果を評価するための第１の制御ユニットと、第２のポジションセンサの少なくとも１つの検出結果を評価するための第２の制御ユニットと、を有しており、第１及び第２の制御ユニットは、検出結果又は評価結果をデータとして当該制御ユニット間で伝送するために互いに接続されている。

【0014】

場合によっては、評価装置は、機械の部材の１回の電気的回転内でのポジションを特定するために、第２のポジションセンサの検出結果を用いるように構成されている。これに加えて、評価装置は、場合によっては、機械の部材の１回の機械的回転に関連づけられたポジションを特定するために、第１のポジションセンサの検出結果を用いるように構成されている。この場合には、第２のポジションセンサは、機械のスイッチオン後に、１回の機械的回転内での明確なポジションを有するが、第１のポジションセンサはそれを有さない、ということが利用される。これらのセンサの両方の検出結果の既述の妥当性チェックによって、第２のポジションセンサのエラーを明らかにすることができ、従って、スイッチオン後の１回転内での確実なポジションを保証することができる。

【0015】

評価装置を、第１のポジションセンサの少なくとも１つの検出結果と、第２のポジションセンサの少なくとも１つの検出結果とを、これらのポジションセンサの検出結果の評価におけるエラーの識別のために利用するように、構成することができる。

【0016】

１つの実施例によれば、第１の磁界の変化を検出するために、複数の第１の磁石に２つ以上の第１のポジションセンサが設けられている。

【0017】

ここで考えられるのは、第１のポジションセンサ及び第２のポジションセンサは、それぞれＴＭＲセンサであり、又は、第１のポジションセンサは、ＴＭＲセンサであり、第２のポジションセンサは、パラメータ設定可能なホールセンサである、ということである。

【0018】

少なくとも１つの既述のポジション検出システムを、機械の一部分とすることができ、この機械は、さらに少なくとも１つの可動部材を有し、この可動部材は、機械によって回転運動させられるように駆動可能であり、この場合、少なくとも１つのポジション検出システムは、少なくとも１つの可動部材の運動を検出するために設けられている。この場合、機械の少なくとも１つの部材は、機械のロータ又はシャフトである。これに加えて又は選択的に、機械は、同期モータである。

【0019】

少なくとも１つの既述のポジション検出システムを、装置の一部分とすることができ、この装置はさらに、少なくとも１つの被駆動装置部材と、少なくとも１つの被駆動装置部材を回転運動させるように駆動する少なくとも１つの機械と、を有する。この場合、少なくとも１つのポジション検出システムは、機械の少なくとも１つの部材の運動を検出するために設けられている。

【0020】

さらに上述の課題は、第１のポジションセンサと第２のポジションセンサと評価装置とを有するポジション検出システムによって機械の運動を検出するための請求項１３に記載の方法によって解決される。この方法は、第１のポジションセンサによって、機械の運動により生成される第１の磁界の変化を検出し、第１の通信コネクションを介して検出結果を評価装置へ送出するステップと、第２のポジションセンサによって、機械の運動により生成される、第１の磁界とは異なる第２の磁界の変化を検出し、第２の通信コネクションを介して検出結果を評価装置へ送出するステップであって、第２のポジションセンサの検出結果は、機械の部材の特定すべきポジションについて第１のポジションセンサの検出結果よりも低い分解能を有する、ステップと、機械の部材のポジションの機能上の特定のために、及び、予め定められた安全基準に従った部材のポジションの特定のために、第１のポジションセンサの少なくとも１つの検出結果及び／又は第２のポジションセンサの少なくとも１つの検出結果を、評価装置によって評価するステップとを有する。

【0021】

この方法によって、ポジション検出システムに関連してこれまでに挙げたものと同様の利点が達成される。

【0022】

本発明のさらなる可能な具現化には、実施例に関してこれまでに説明した又は以下において説明する特徴又は実施形態の、明示的には挙げなかった組合せも含まれる。その際に、当業者であれば、本発明の個々の基本形態に対する改善又は補足として、個別の態様も付け加えるであろう。

【0023】

次に、添付の図面を参照しながら実施例に基づき本発明について詳しく説明する。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】部分断面図として描かれ第１の実施例によるポジション検出システムが組み込まれた、機械を備えた装置を示す概略図である。

【図2】３次元で見たポジション検出システムを、第１の実施例によるブロック回路図においてこのシステムの電気的な構造と共に示す図である。

【図3】３次元で見たポジション検出システムを、第２の実施例によるブロック回路図においてこのシステムの電気的な構造と共に示す図である。

【0025】

特段の記載がない限り、これらの図面において、同一の又は機能的に同等の要素には、同一の参照符号が付されている。

【発明を実施するための形態】

【0026】

図１には、機械１０、ポジション検出システム２０、巻線温度センサ３０、及び、機械１０によって運動可能な装置部材４０を備えた装置１が示されている。

【0027】

装置１を、物体を搬送するための装置とすることができ、又は、装置１は、物体を搬送するための装置を有することができ、この装置は、例えば、２つ以上の機械１０を有するロボット、回転機及び／又はリニアドライブが使用される搬送ベルトなどである。特に装置１は機械１０として、ポンプ及び／又はタイムスイッチであり、又は、ポンプ及び／又はタイムスイッチを有する。装置１は、選択的に、ミキサー用の機械１０を有することができる。さらに、選択的に装置１は、回転台駆動用の機械１０を有することができる。さらに、選択的に、装置１を車両とすることができ、この車両には機械１０として、例えば、オルタネータ又はその他の駆動装置が設けられている。装置１について、さらに他の任意の可能な用途が考えられる。

【0028】

機械１０において相応の磁界が生成される場合、ロータ１１はステータ１２に対し、ロータ１１が取り付けられた機械軸即ちシャフト１３を中心に回転可能である。シャフト１３は、機械１０のハウジング１６におけるベアリング１５によって、旋回可能に支承されている。巻線温度センサ３０によって、ステータ１２のコイル巻線の温度を検出可能である。これに加えて、任意選択的に、例えば、周囲温度検出用センサ及び／又は加速度センサなど、さらに他のセンサが設けられている。

【0029】

ポジション検出システム２０は、シャフト１３の回転を検出するために、つまりはロータ１１の回転も検出するために、図１の機械１０に設けられ配置されている。このためにポジション検出システム２０は２つのポジションセンサ２１、２２を有し、これらのセンサは、磁極ホイール２００における磁石の運動を識別することができる。磁極ホイール２００は、磁気分離ユニット１３５において固定的にシャフト１３と機械的に連結されている。磁気分離ユニット１３５は、非強磁性材料から形成されている。これにより分離ユニット１３５は、シャフト１３との機械的連結が行われていても、磁気的な分離を生じさせる。ポジションセンサ２１、２２は、ポジション検出システム２０の電子モジュール２０３に取り付けられている。以下において説明する機能に加えて、電子モジュール２０３はさらに、巻線温度センサ３０の検出結果を処理するように構成されている。

【0030】

機械１０は、特に、以下において挙げる機械のうちの１つであり、即ち、モータ、発電機、交流機、三相交流機、液圧機械、空気圧機械などのうちの１つである。ただし、機械１０は、必ずしも回転機でなくてもよく、選択的にリニアドライブとすることができ、この場合には、ロータがステータの上を直線的に移動する。特に機械１０は、同期モータ又は非同期モータである。

【0031】

図２には、ポジション検出システム２０の構造が、１つの特別な実施例に従ってより詳しく示されている。この場合、図２の左側には、ポジション検出システム２０の機械的な構造が示されている。ポジション検出システム２０は、シャフト１３に配置された磁極ホイール２００を有する。

【0032】

シャフト１３は、回転軸１３０を中心に回転可能である。シャフト１３の回転軸１３０は、図２の実施例の場合には磁極ホイール２００の回転軸と同一である。斯かる配置は、最小の所要スペースという点で最適化されている。より多くのスペースを利用可能であるならば、又は、用途によってそのことが要求されているならば、回転軸１３０の運動を選択的に他のシャフトによって測定することができ、この他のシャフトはここには図示されておらず、特に伝動装置を介して、回転軸１３０と連結されている。

【0033】

図２の右側には、概略的なブロック回路図において電子モジュール２０３の電気的な構造が描かれている。第１のポジションセンサ２１及び第２のポジションセンサ２２に加えて、ポジション検出システム２０は、電子モジュール２０３において、第１及び第２の制御ユニット２１０、２２０を備えた評価装置２０５を有する。

【0034】

第１のポジションセンサ２１は、多数の磁石２１１、２１２を備えた増分センサとして構成されており、これらの磁石２１１、２１２は、互いに反発し合う即ちそれぞれ異なる極性を有する第１の磁極２１１及び第２の磁極２１２を備えている。第１のポジションセンサ２１の磁石２１１、２１２は、正確に言えば、これらの磁石の第１及び第２の磁極２１１、２１２は、図２の場合には、磁極ホイール２００の内壁において磁極ホイール２００の周囲に沿って交互に配置されている。ただし、選択的に、第１及び第２の磁極２１１、２１２を、磁極ホイール２００の外壁において磁極ホイール２００の周囲に沿って交互に配置することができる。図２の場合には、見やすくするために、すべての磁極２１１、２１２に参照符号が付されているわけではない。本実施例の場合、第１のポジションセンサ２１は角度センサである。例えば、角度センサは、約９０°ずらされて１つのチップに取り付けられた２つの磁気センサである。選択的に角度センサは、約９０°ずらされて１つの配線板上に取り付けられた２つの磁気センサである。ただし、角度センサについて、角度を検出可能な他のあらゆる実施形態が考えられる。

【0035】

第１のポジションセンサ２１を磁界検出器として構成することができ、これは特にＴＭＲセンサ（ＴＭＲ＝tunnel magnetoresistance トンネル磁気抵抗）である。

【0036】

第１のポジションセンサ２１における第１及び第２の磁極２１１、２１２のペア数によって、シャフト１３が回転軸１３０を中心に回転したときにこのシャフト１３のポジションの検出を行える分解能が決定される。本実施例の場合、第１及び第２の磁極２１１、２１２から成る１１個のペアが設けられている。第１及び第２の磁極２１１、２１２から成るペアがより多く設けられるにつれて、検出分解能が高くなる。これに加えて、以下のことも当てはまる。即ち、第１及び第２の磁極２１１、２１２から成るペアがより多く設けられるにつれて、より高い品質及びより高い分解能を達成することができ、換言すれば、第１の制御ユニット２１０による増分ポジション評価を、より良好に実施することができる。

【0037】

第１のポジションセンサ２１が磁石２１１、２１２において磁界Ｈ１の変化を検出すると、第１のポジションセンサ２１は、その検出結果即ちその信号２１５を、第１の制御ユニット２１０へ送出する。検出結果即ち信号２１５は、予め定められたタイミング又は予め定められたタイムインターバルで第１のポジションセンサ２１により検出され、第１の制御ユニット２１０へ送信される。センサ２１は、場合によっては、アナログ信号を検出結果２１５として送出するセンサとして構成されている。選択的にセンサ２１を、ディジタル信号を検出結果２１５として送出するセンサとして構成することができる。

【0038】

第２のポジションセンサ２２の磁石２２１、２２２は、磁極ホイール２００の中央に配置されている。磁石２２１、２２２は、互いに反発し合う即ちそれぞれ異なる極性を有する第１の磁極２２１及び第２の磁極２２２を備えている。磁石２２１、２２２は、図２の実施例の場合には円形磁石である。第２のポジションセンサ２２の磁石２２１、２２２は、第１のポジションセンサ２１の磁石２１１、２１２の中央にも配置されている。磁石２２１、２２２の中央とシャフト１３の中央は、図２の実施例の場合には、同一である。本実施例の場合、第２のポジションセンサ２２は、第１のポジションセンサ２１に関して既述のように構成可能な角度センサである。第２のポジションセンサ２２を磁界検出器として構成することができ、これは特にＴＭＲセンサ（ＴＭＲ＝tunnel magnetoresistance トンネル磁気抵抗）である。

【0039】

第２のポジションセンサ２２が、磁石２２１、２２２において磁界Ｈ２の変化を検出すると、第２のポジションセンサ２２は、その検出結果即ちその信号２２５を、通信ライン２２７を介して第２の制御ユニット２２０へ送出する。この場合、検出結果即ち信号２２５は、予め定められたタイミング又は予め定められたタイムインターバルで第２のポジションセンサ２２により検出され、第２の制御ユニット２２０へ送信される。センサ２２は、場合によっては、アナログ信号を検出結果２２５として送出するセンサとして構成されている。選択的にセンサ２２を、ディジタル信号を検出結果２２５として送出するセンサとして構成することができる。

【0040】

リニアドライブの場合には、磁極ホイール２００の代わりに、リニアドライブのステータの長さに沿って一列に相前後して並べられた多数の磁石２１１、２１２を用いることができる。斯かるケースの場合、第１及び第２のポジションセンサ２１、２２は、長さ検出センサである。この場合には、長さ単位ごとに、可能な限り多くのピッチ周期が必要とされる。

【0041】

第１の制御ユニット２１０は、特に、中央処理ユニット（ＣＰＵ）２１３と少なくとも１つの記憶ユニット２１４とを備えたマイクロコントローラである。これに加えて、第２の制御ユニット２２０は、特に、中央処理ユニット（ＣＰＵ）２２３と少なくとも１つの記憶ユニット２２４とを備えたマイクロコントローラである。

【0042】

評価装置２０５は、制御ユニット２１０、２２０を有する。第１の制御ユニット２１０は、２チャネルプロセッサシステムにおける第１のチャネルを形成する。第２の制御ユニット２２０は、２チャネルプロセッサシステムにおける第２のチャネルを形成する。制御ユニット２１０、２２０は、制御ユニット２１０、２２０間でデータ２３０を伝送することができるように、互いに接続されている。これによって、制御ユニット２１０、２２０の各々が、両方のセンサ２１、２２の検出結果即ち信号２１５、２２５を、それらを評価する際に用いることができる。これに加えて、制御ユニット２１０、２２０の評価結果を、データ２３０として制御ユニット２１０、２２０間で伝送することができ、従って、制御ユニット２１０、２２０各々は、評価結果にもアクセスすることができるようになる。

【0043】

評価装置２０５は、本実施例の場合には機械１０の一部分である。選択的に、制御ユニット２１０、２２０の少なくとも一方を、機械１０の外部に設けることができる。しかも、評価装置２０５は、外部の装置５０に接続されており、これは、例えば制御センタ（ホスト）である。評価装置２０５は、上述の評価結果をデータ２４０として外部の装置５０へ送信するように構成されている。評価結果即ちデータ２４０は、評価結果に従う絶対ポジション又は確実な絶対ポジションを含む。

【0044】

このようにしてポジション検出システム２０は、シャフト１３又はロータ１１の絶対ポジションの検出を、第２のポジションセンサ２２によって提供し、シャフト１３又はロータ１１の絶対ポジションの評価を、第２の制御ユニット２２０によって提供する。第２の制御ユニット２２０だけが、第２のポジションセンサ２２を用いることによって１回転内での絶対ポジションを提供することができる。第１の制御ユニット２１０は、第２の制御ユニット２２０から絶対ポジションを受け取るが、絶対ポジションを自身で求めることはできない。これに加えて、制御ユニット２１０、２２０各々において、受信された検出結果即ち信号２１５、２２５を、シャフト１３が機械１０の部材として運動する方向を識別するために用いることができる。

【0045】

他方、ポジション検出システム２０は、第１のポジションセンサ２１を用いて増分ポジション検出も提供し、さらに第１の制御ユニット２１０を用いて増分ポジション評価を提供し、これは高分解能のポジションのために必要とされる。この場合、本願においては、単一回転（シングルターン）であると考えて解釈される、第２のポジションセンサ２２を用いた絶対ポジション検出と、第１のポジションセンサ２１を用いた高分解能のポジション検出とによって、１つの全体システムが形成される。この全体システムにおいて、絶対ポジション検出及び高分解能ポジション検出は、互いに依存し合うシステムである。

【0046】

特に同期モータの場合には、部材１１、１３の位置を調整し、電子モジュール２０３のパワーエレクトロニクスの動作制御のために最適な転流角を可能にする目的で、第２のポジションセンサ２２により求められたポジションを用いることができる。パワーエレクトロニクスを電子モジュール２０３の構成部分としてもよいし、又は、電子モジュール２０３の外部に設けてもよい。第２のポジションセンサ２２と制御ユニット２２０とによって、機械１０の１回の電気的回転内でのシャフト１３のポジションを明確に特定することができる。求められたポジションは、同期モータの位置制御のために完全に十分なものである。この場合、３６０°の電気的回転は、電気機械１０におけるステータの磁極ペアのうち一方の磁極の上を通過する機械的回転に対応する。例えば、機械１０においてステータに２つの磁極ペアが設けられているならば、１８０°の機械的回転ごとに３６０°の電気的回転が生じる。３つの磁極ペアが設けられているならば、１２０°の機械的回転ごとに３６０°の電気的回転が生じる、という具合である。

【0047】

従って、スイッチオン後にさらなるアクションをとることなく、機械１０の１回の電気的回転内でのポジションを明確に得るようにする目的で、第２のポジションセンサ２２により形成されたポジションが用いられる。

【0048】

ポジションの高い品質及び分解能のために、第１のポジションセンサ２１は、機械的回転ごとに、可能な限り多くのピッチ周期が提供されるように構成されている。このため、第１のポジションセンサ２１は、必要とされる個数の磁石２１１、２１２を有する。リニアポジション検出システムの場合には、長さ単位ごとに、可能な限り多くのピッチ周期が提供される。

【0049】

この構造の利点は、単一回転ポジション（シングルターン情報）も高分解能ポジションも形成することができることである。

【0050】

ただし、安全技術においては、ポジションの高分解能は必要とされない。ポジション特定のためには、第２のポジションセンサ２２によって達成される分解能であれば十分である。

【0051】

このため、両方のポジションセンサ２１、２２によって冗長的なポジションを利用することができるようになり、これは速度／ポジションの信頼に足る監視のために必要とされる。必要に応じて、機械１０のための、特に同期モータのための位置調整において、確実なポジション又は速度を用いることができる。

【0052】

図２の実施例の場合には、既述のように構成された２つの制御ユニット２１０、２２０が設けられているので、高い安全レベルを達成することができる。安全レベルに従い、技術的装置を駆動するための技術的規則に準拠して、予め定められた安全基準を遵守しなければならない。

【0053】

このため、付加的なハードウェアを設けることなく、信頼に足る２チャネルの、即ち、冗長的なポジション検出又はポジション特定を行うことができる。このような冗長性を、第２のポジションセンサ２２により検出される確実な絶対ポジションにおけるエラーの識別のために利用することができる。この場合、両方のセンサ２１、２２の両方の検出結果即ち信号２１５、２２５を、予め定められた比較規則によって互いに比較することができる。検出結果即ち信号２１５、２２５が、ポジションに関して互いに異なる結果をもたらしているならば、評価装置２０５はポジション結果をエラーとして識別する。エラーが識別されたならば、評価装置２０５は、エラーメッセージを送出することができる。エラーを識別するため、既述の監視を介して許容範囲窓を設定することができ、これによってノイズにより発生する差異が考慮される。例えば、磁極ホイール２００の磁石２１１、２１２又は磁石２２１、２２２の剥離によって、エラーが発生する可能性がある。

【0054】

このため評価装置２０５は、機械１０の部材１１、１３のポジションの機能上の特定のために、第１のポジションセンサ２１の少なくとも１つの検出結果及び第２のポジションセンサ２２の少なくとも１つの検出結果の評価を実施することができる。１つの機能は、例えば、既述のように機械１０の部材１１、１３の１回の電気的回転内でのポジションを特定することである。このために評価装置２０５は、好ましくは第２のポジションセンサ２２の検出結果を用い、この検出結果はシングルターン情報を含み、比較的低い分解能を提供する。これに加えて、高い又は比較的高い分解能を提供する第１のポジションセンサ２１の検出結果が用いられる。両方のポジションがまとめられ、次いでそれらから１つの情報がもたらされる。

【0055】

ポジション特定の既述の形式によれば、両方のセンサ２１、２２によって２チャネルシステム（冗長性）が形成されるようになる。許容することができない偏差が確認されると、確実なポジションの伝送が停止され、エラーメッセージが送出される。

【0056】

ポジション検出システム２０の斯かる構造及び構成の利点とは、シャフト１３又はロータ１１の確実な絶対ポジションを形成するために用いられる、第２のポジションセンサ２２及び制御ユニット２２０のような構造部分を、確実な増分ポジションを形成するためにも利用可能なことである。

【0057】

図３には、第２の実施例によるポジション検出システム２０Ａが示されている。この場合、第１の実施例との相違点として、電子モジュール２０４には１つの制御ユニット、即ち、例えば、第１の制御ユニット２１０だけしか設けられていない。このケースにおいては、両方のポジションセンサ２１、２２は、それらの検出結果をこの１つの制御ユニットに、即ち、この場合には第１の制御ユニット２１０に送信する。これに加えて、この１つの制御ユニット２１０は、これまで第１の実施例に関して説明したように、検出結果即ち信号２１５、２２５の必要な評価を実施する。

【0058】

従って、完全に２チャネルのシステムは設けられていないので、達成可能な安全レベルは、第１の実施例によるポジション検出システム２０の場合よりも低い。

【0059】

第３の実施例によれば、磁極ホイール２００の磁石２１１、２１２の磁界Ｈ１又は磁界Ｈ１の変化を検出し、検出結果即ち信号２１５を評価装置２０５が利用することができるようにする目的で、１つの第１のポジションセンサ２１の代わりに複数のポジションセンサを設けることができる。このようにすれば、シャフト１３のポジション特定の分解能及び品質をよりさらに高めることができる。

【0060】

要求される安全レベルに応じて、種々の第１のポジションセンサ２１の検出結果即ち信号２１５を、評価装置２０５へ別個に送信することができる。しかも、評価装置２０５は、要求される安全レベルに応じて、第１のポジションセンサ２１の検出結果即ち信号２１５を別個に評価する目的で、種々の制御ユニット２１０を有することができる。これに加えて、個々の制御ユニット２１０間でデータ２３０を伝送するために、通信コネクションを設けることができる。

【0061】

ポジション検出システム２０、２０Ａの装置１及びこのシステムによって実施される方法の既述のすべての実施形態を、個別に又はすべての可能な組み合わせとして、適用することができる。特に、既述の実施例のすべての特徴及び／又は機能を、任意に組み合わせることができる。これに加えて、特に以下の変更が考えられる。

【0062】

図面に示されている部分は概略的に描かれており、それらの既述の機能が保証される限り、正確な形態において図面に示されている形状とは異なる可能性がある。

【0063】

通信ライン２１７、２２７のうちの少なくとも１つは、場合によってはシリアルバスとして、特にＩ^２Ｃバスとして構成されている。

【0064】

これに加えて又は選択的に、少なくとも１つの第１のポジションセンサ２１を、パラメータ設定可能なホールセンサとすることができる。これによって、第１のポジションセンサ２１を多種多様な適用事例に整合させることができる。

【図1】

【図2】

【図3】