致，所以每个周期性的圆环轨道19的角周期数量都与电机I的极对数或者极对数的多倍一致。在图13中所示的实例中，每个周期性的圆环轨道19具有120°的角周期α，这个角周期与极对数三对应一致。
[0078]作为与用于检测旋转速度和旋转方向的某个单个的周期性圆环轨道19进行组合的代替，用于检测机器组件3的位置的、在图11中所示的分区段的环形轨道29、在图12中所示的单调的圆环轨道31和在图13中所示的周期性的圆环轨道19分别还能够与多个这种相应于图2或3的以上说明的周期性圆环轨道19组合。在这里，用于检测机器组件3的位置的环形轨道29、31、19分别可以布置在用于检测旋转速度和旋转方向的周期性圆环轨道19以内、以外或者它们之间。在将至少一个用于检测机器组件3的位置的环形轨道29、31,19布置在两个用于检测旋转速度和旋转方向的周期性的圆环轨道19之间的情况下，可以省去附加的分离轨道21，因为用于检测位置的环形轨道29、31、19可以承担分离轨道21的功能。
[0079]可代替或者附加地，至少一个用于检测旋转速度和旋转方向的周期性的圆环轨道19可以与用于检测位置的环形轨道29、31、19重叠。最终得到的表面造型不仅可以用于检测机旋转速度和旋转方向，还可以用于检测器组件3的位置。
[0080]图14例如示意性地示出了针对一种表面造型的测量信号的随着时间的信号变化曲线S(t)，这种表面造型是由根据图13的长波的周期性的圆环轨道19与根据图2至4中任一附图所示的波长明显更短的周期性的圆环轨道19的重叠得到的。因此，信号变化图S(t)具有包络线33，其具有相比测量信号S小得多的频率。包络线33的频率可以用于测定机器组件3的位置，而测量信号S的频率可以用于测定旋转速度。
[0081]所有的上述实施例都可以如下拓展，即设置检测至少一个参考信号，借助于这个参考信号介绍了被检测的测量信号S、S1、S2的至少一种信号特性，例如在光学距离传感器的情况下的依赖于反射的光强度，并且被用于评估和/或最佳化对机器组件3的运动学状态的检测，例如用于补偿表面结构9的反射度因为温差、污染和磨损产生的空间上和/或时间上的变化。
[0082]例如可以在一条附加的、表面造型沿着其不变化的轨道上或者在一条分离轨道21上检测参考信号。可代替或者附加地，可以在一个周期性的圆环轨道19上检测参考信号，其中，用于参考信号的检测区11被构造成明显大于相应于一个角周期α的区域。
[0083]尽管通过优选的实施例更详尽地阐述并描述了本发明的细节，但是本发明不受所公开的实例的局限，并且专业技术人员能够从中推导出其他的变化方案，而不离开本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种用于检测电机(I)的能够围绕转轴旋转的机器组件(3)的运动学状态的装置，包括: 固定地布置在所述机器组件(3)上的、或者压入所述机器组件(3)的表面结构(9)，所述表面结构圆环形地并且围绕所述转轴上的参照点(P)同心地延伸，并且所述表面结构具有表面造型，所述表面造型取决于从所述参照点(P)向所述表面结构(9)周围上的点的扇区角、方向参量化，和/或取决于与所述参照点(P)的距离而变化， 传感器装置(15)，所述传感器装置用于不触碰地检测至少一个相对于所述转轴位置固定的检测区(11)内的所述表面造型， 评估单元，所述评估单元用于根据借助所述传感器装置(15)在至少一个检测区(11)内检测的所述表面造型确定所述机器组件(3)的运动学状态， 其中，所述表面造型具有至少一个周期性的圆环轨道(19)，所述圆环轨道圆环形地并且围绕所述参照点(P)同心地延伸，并且沿着所述轨道，所述表面造型取决于扇区角U)周期性地随着所述周期性的圆环轨道(19)的角周期(α)变化，其特征在于， 在至少一个周期性的圆环轨道(19)区域内有两个检测区(11)，所述检测区具有至所述参照点⑵的不同距离并且相互偏移了所述周期性的圆环轨道(19)的所述角周期(α)的四分之一，和/或所述表面造型(19)具有至少两个不同的周期性的圆环轨道(19)，所述周期性的圆环轨道具有相同的角周期U )并且相对地相位偏移了所述角周期(α )的四分之一O
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，至少一个周期性的圆环轨道(19)的上述表面造型正弦形地随所述扇区角变化。
3.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于至少一个周期性的圆环轨道(19)，所述至少一个周期性的圆环轨道的角周期数量与所述电机(I)的极对数对应一致。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述表面造型具有至少一个单调的圆环轨道(31)，所述单调的圆环轨道圆环形地并且围绕所述参照点(P)同心地延伸，并且表面造型在围绕所述参照点(P)环绕时沿着所述单调的圆环轨道单调地改变。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述表面结构(9)具有至少一个宽度受调制的环形轨道(23)，所述宽度受调制的环形轨道沿着圆形线围绕所述参照点(P)延伸并且具有取决于所述扇区角周期性地变化的宽度。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述表面结构(9)具有至少一个导光(17)的环形轨道(25)，所述导光的轨道圆环形地并且围绕所述参照点(P)同心地延伸并且具有反射光(17)的表面，所述表面在取决于所述扇区角的方向上反射所述光(17)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述传感器装置(15)具有至少一个光学的和/或电感的和/或电容的距离传感器(13)，用于检测所述距离传感器(13)与至少一个检测区(11)内的所述表面结构(9)的表面的距离。
8.—种电机(I)的能够围绕转轴旋转的机器组件(3)，所述电机带有根据前述权利要求中任一项所述的用于检测所述机器组件(3)的运动学状态的装置。
9.一种用于借助根据权利要求1至7中任一项所述的装置检测电机(I)的能够围绕转轴旋转的机器组件(3)的运动学状态的方法，其中 -借助所述传感器装置(15)不碰触地检测至少一个检测区(11)内的表面造型，-借助评估单元根据借助所述传感器装置(15)在所述至少一个检测区(11)内检测的表面造型测定所述机器组件(3)的运动学状态。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，检测所述机器组件(3)的旋转速度和/或旋转方向和/或位置作为运动学状态。
【专利摘要】本发明涉及一种用于检测电机(1)的能围绕转轴旋转的机器组件(3)的运动学状态的装置和方法。所述装置包括：固定布置在机器组件(3)上的、或者压入机器组件(3)的表面结构(9)，其圆环形地并且围绕转轴上的参照点(P)同心地延伸；用于不触碰地检测在至少一个相对于转轴位置固定的检测区(11)内的表面造型的传感器装置(15)；和用于根据借助传感器装置(15)检测的表面造型确定机器组件(3)的运动学状态的评估单元。
【IPC分类】G01M15-00
【公开号】CN104833511
【申请号】CN201510067000
【发明人】克劳斯·比特纳, 德拉甘·米库莱茨, 马蒂亚斯·瓦尔穆特, 于尔根·策特纳
【申请人】西门子公司
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年2月9日
【公告号】EP2905882A1