门的位置的检测的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于检测能够经由驱动轴(1)驱动的门(3)的位置的装置和方法。该装置包括布置在驱动轴(1)处的传感磁体(9)、相对于驱动轴(1)的转动轴线位置固定地布置的、用于借助隧道磁阻来检测驱动轴(1)的旋转和旋转方向的旋转检测传感器(11)以及用于检测驱动轴(1)的旋转和用于测定该旋转的计数值的评估单元(13)。
【专利说明】
门的位置的检测
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于检测能够经由驱动轴驱动的门的位置的装置和方法。
【背景技术】
[0002]经由驱动轴自动地驱动的门使用在许多不同的环境中，例如在电梯里、站台上或者冰柜里。驱动这类门需要门控制系统，其需要门的当前位置的信息。当用于驱动门控制系统的电压供应中断时，关于门的当前位置的信息经常也会丢失，此时门在断电期间例如手动地运动。在这种情况下，例如必须通过门的参考行程来重新设置门的位置检测。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于，提供一种用于检测门的位置的改进的装置和改进的方法，该门是能够经由驱动轴驱动的。
[0004]根据本发明，该目的在装置方面通过权利要求1的特征来实现，并且在方法方面通过权利要求8的特征来实现。
[0005]本发明的有利的设计方案是从属权利要求的内容。
[0006]根据本发明的用于检测能够经由驱动轴驱动的门的位置的装置包括传感磁体、旋转检测传感器和评估单元。传感磁体具有至少两个不同的磁极并且产生在驱动轴旋转期间周期性地变化的磁场。旋转检测传感器相对于驱动轴的转动轴线位置固定地布置，并且为了检测驱动轴的旋转和旋转方向而具有隧道磁阻，隧道磁阻的电阻取决于传感磁体的磁极的位置。评估单元设计用于通过评估旋转检测传感器的传感器信号来检测驱动轴的包括旋转方向的旋转，并且用于测定计数值，该计数值被定义为在第一旋转方向上检测到的旋转的次数和在与第一旋转方向相反的第二旋转方向上检测到的旋转的次数之间的差值。
[0007]本发明利用的是，驱动轴的旋转与门的运动是耦联的，从而能够由测定的计数值确定门的位置。使用布置在驱动轴上的传感磁体和具有隧道磁阻的旋转检测传感器有利地实现了驱动轴的旋转的不接触的检测，隧道磁阻的电阻取决于传感磁体的磁极的位置。
[0008]使用隧道磁阻来检测传感磁体的旋转特别具有的优点是，为此仅需要非常小的功率吸收，从而使得旋转检测传感器在较长时间段内也可以利用能量存储器来运行，该能量存储器独立于门的能量供给装置。由此能够在门的能量供给装置中断期间可靠地通过这种能量存储器运行旋转检测传感器和评估单元，从而在中断期间也能够检测到门的位置，并且在中断结束后不需要门的参考行程来重新设置位置检测。
[0009]本发明的一种设计方案提出，旋转检测传感器具有至少四个隧道磁阻，其电地布置在具有至少两个分别带有两个隧道磁阻的半桥的电阻桥电路中，隧道磁阻还设计用于使得半桥在驱动轴转动时在半桥的中心抽头处提供相对彼此相位移动的传感器信号。
[0010]这种电阻桥电路利用的是，隧道磁阻的电阻取决于传感磁体的位置，并且不仅能够检测驱动轴的旋转还能够在利用传感器信号的相位移动的情况下测定旋转方向。
[0011 ]在此，隧道磁阻优选地设计用于，使得两个半桥在驱动轴转动时在半桥的中心抽头处提供传感器信号，这些传感器信号相对彼此相位移动了转动的周期时长的四分之一。
[0012]转动周期时长的四分之一的相位移动有利地实现了驱动轴的旋转的旋转方向在测量技术上特别简单的和可靠的测定。
[0013]本发明的另一种设计方案提出，评估单元设计用于为旋转检测传感器持久地或者周期性地供应传感器电压。
[0014]由此，旋转检测传感器的能量供给装置与评估单元耦联，从而有利地只需要为评估单元供给能量。
[0015]本发明的另一种设计方案提出，评估单元具有状态机，借助于状态机能够存储当前的计数值，并且存储的计数值在检测到在第一旋转方向上的旋转时能够增大，并且在检测到在第二旋转方向上的旋转时能够减小。
[0016]由此有利地在每次检测驱动轴的旋转时更新该计数值。
[0017]本发明的另一种设计方案提出了一种能量存储器，用于在外部能量供给装置中断的情况下为评估单元供给能量。
[0018]在外部能量供给装置中断的情况下使用能量存储器为评估单元供给能量具有上面已经提及的优点，即评估单元在外部能量供给装置中断期间也能够运行。
[0019]本发明的另一种设计方案提出附加的角度传感器来检测传感磁体的磁极的位置。
[0020]由此除了借助于计数值来为驱动轴的旋转计数以外还可以检测驱动轴的小于360°的旋转，从而提高位置检测的分辨率和准确性。这种设计方案尤其对于要求特别高的定位分辨率的应用场合是有利的，例如在使用直接驱动的情况下。
[0021]本发明的另一种设计方案提出具有刚好两个不同的磁极的传感磁体，其中，该传感磁体以如下方式布置在驱动轴处，即使得驱动轴的转动轴线在两个磁极之间穿过延伸。
[0022]传感磁体的这种设计和布置方式特别简单，并且在驱动轴旋转时有利地导致旋转检测传感器的位置处的磁场强度至少几乎以正弦的形式变化。
[0023]在根据本发明的方法中，借助于根据本发明的装置来检测能够经由驱动轴驱动的门的位置。在此，借助于旋转检测传感器取决于旋转方向地检测驱动轴的旋转，并且借助于评估单元通过评估旋转检测传感器的传感器信号来检测驱动轴的包括旋转的旋转方向在内的旋转。此外，借助于评估单元存储当前的计数值，并且存储的计数值在检测到第一旋转方向上的旋转时增大，并且在检测到与第一旋转方向相反的第二旋转方向时减小。
[0024]根据本发明的方法的优点和设计方案符合根据本发明的装置的上面已经提及的优点和设计方案。
[0025]该方法的一种设计方案相应地提出，通过评估单元为旋转检测传感器持久地或者周期性地供应传感器电压。
[0026]该方法的另一种设计方案提出，在外部能量供给装置中断的情况下借助于能量存储器为评估单元供给能量。
[0027]该方法的另一种设计方案提出，在能量存储器电量完全放电的情况下，在非易失性的存储器中存储指示放电的状态信息。
[0028]通过这类状态信息有利地在能量存储器完全放电的情况下指出从存储的计数值中可能无法测定门的实际位置。
[0029]该方法的另一种设计方案提出，测定传感磁体的磁极的位置。在此，例如可以借助于附加的角度传感器来测定传感磁体的磁极的位置。可替换地，可以通过对由旋转检测传感器检测出的传感器信号的评估来测定传感磁体的磁极的位置。
【附图说明】
[0030]结合以下对结合附图详尽阐述的实施例的说明，本发明的上述特性、特征和优点以及如何实现这些的方式和方法变得更加清楚易懂。图中示出:
[0031]图1示意性地示出了能够经由驱动轴驱动的门和用于检测门的位置的装置的第一实施例，
[0032]图2示意性地示出了用于检测能够经由驱动轴驱动的门的位置的装置的第二实施例，
[0033]图3示意性地示出了用于检测能够经由驱动轴驱动的门的位置的装置第三实施例。
【具体实施方式】
[0034]彼此等同的部件在所有的附图中都配有相同的附图标记。
[0035]图1示意性地示出了能够经由驱动轴I驱动的门3和用于检测门3的位置的装置的第一实施例。
[0036]门3与传动带5耦联，传动带经由转向辊7引导并且通过驱动轴I驱动，由此线性地移动门3。
[0037]用于检测门3的位置的装置包括传感磁体9、旋转检测传感器11、评估单元13和能充电的能量存储器15。
[0038]传感磁体9具有两个不同的磁极9.1，9.2，并且以如下方式布置在驱动轴I处，即驱动轴I的转动轴线在两个磁极9.1，9.2之间穿过延伸。
[0039]在此未详尽示出的旋转检测传感器11设计用于借助隧道磁阻取决于旋转方向地检测驱动轴I的旋转，隧道磁阻的电阻取决于传感磁体9的磁极9.1，9.2的位置。为此，旋转检测传感器11相对于驱动轴I的转动轴线位置固定地布置，其中，旋转检测传感器不必沿着转动轴线与传感磁体9相对置地布置，而是也可以相反地在侧面错开地布置。旋转检测传感器11具有四个隧道磁阻，其电地布置在具有两个分别带有两个隧道磁阻的半桥的电阻桥电路中，并且设计用于使得两个半桥在驱动轴I转动时在半桥的中心抽头处提供相对彼此相位移动了转动的周期时长的四分之一的、正弦形式的传感器信号12。
[0040]评估单元13设计用于持久地或者周期性地为旋转检测传感器11供应传感器电压14，并且用于测定计数值，计数值被定义为在第一旋转方向上检测到的驱动轴I的旋转的次数和在与第一旋转方向相反的第二旋转方向上检测到的驱动轴I的旋转的次数之间的差值。为此，评估单元13具有两个比较器17、一个数字评估电路19和一个存储器单元21。
[0041]比较器17用于根据由旋转检测传感器11检测的传感器信号12来识别驱动轴11的旋转。为此，旋转检测传感器11的电阻桥电路的两个半桥中的每一个都与评估单元13的比较器17相连，由此为比较器17输送半桥的传感器信号12。为每个比较器17预设信号阈值，并且每个比较器17将输送给该比较器的传感器信号12与该预设的信号阈值进行比较，并且给评估电路19传输比较信号18，比较信号显示输送给比较器的传感器信号12当前是否超过了相应的信号阈值。评估电路19通过状态机评估比较器17的比较信号18。
[0042]信号阈值以如下方式预设，即在驱动轴I的一次旋转期间，每个信号阈值都被经过两次，从而让每个比较信号18在一次旋转期间改变两次。从比较信号18的相应变化中借助于评估电路19的状态机来推导出驱动轴I的一次旋转。根据两个比较器17的比较信号18变化的顺序，借助于状态机测定旋转的旋转方向，其中利用的是两个半桥的正弦形式的传感器信号12的相位移动。
[0043]每个当前的计数值被存储在存储器单元21中。存储的计数值在检测到在第一旋转方向上的旋转时增加数值I，在检测到在第二旋转方向上的旋转时减少数值I。
[0044]能充电的能量存储器15用于在外部能量供给装置23中断的情况下为评估单元13供应能量。为此检测外部能量供给装置23的供给电压，并且在识别出外部能量供给装置23中断的情况下，借助于切换单元25将评估单元13的能量供给切换为通过能充电的能量存储器15的能量供给。能充电的能量存储器15例如设计成双层电容器。借助于具有大约IF的电容量的双层电容器能够为实际电流需求小于5μΑ的评估单元13持续几天地供应能量。
[0045]评估单元13可以在两种不同的运行模式下运行。当评估单元13由外部能量供给装置23供应能量时，其在第一运行模式下运行，其中，其除了检测和计数驱动轴I的旋转以外还经由数字端口 27输出测定的计数值。当评估单元13由能充电的能量存储器15供应能量时，其在节能的第二运行模式下运行，其中，仅仅检测驱动轴I的旋转并且以计数值的形式计数，但是计数值不经由数字端口 27输出。
[0046]优选地，在能充电的能量存储器15完全放电的情况下，在非易失性的存储器中、例如在评估单元13的内部闪存中存储状态信息。
[0047]图2示意性地示出了一种用于检测能够经由驱动轴I驱动的门3的位置的装置的第二实施例。该实施例如同在图1中所不的第一实施例一样包括传感磁体9、旋转检测传感器11和用于检测和评估驱动轴I的旋转的评估单元13，其中，评估单元13如同在第一实施例中一样具有比较器17、评估电路19和存储器单元21，然而这些在图2中没有再次示出。此外，第二实施例也具有能充电的能量存储器15，用于在外部能量供给装置23中断的情况下为评估单元13供应能量。
[0048]在图2中所示的实施例与在图1中所示的第一实施例的主要区别在于一个附加的、用于检测传感磁体9的磁极9.1，9.2的位置的角度传感器29。由此除了借助于计数值为驱动轴I的旋转计数以外还检测驱动轴I的小于360°的旋转，从而提升位置检测的准确度。角度传感器29优选地包括磁体传感器、例如霍尔传感器。由角度传感器29输出的角度传感器信号30被输送给评估单元13进行评估。
[0049]角度传感器29的角度传感器信号30与传感器信号12同步。为此例如将(具有90°的角分辨率的)比较器17的比较信号18的2位角度信息与角度传感器信号30的最高2位进行比较。在两个信号的零位不同的角度范围内，纠正比较信号18，因此对驱动轴I的完整旋转的检测与角度传感器信号30的检测实现了同步。这种纠正可以通过简单的图表(查找表)进行。
[0050]优选地，角度传感器29仅仅在第一运行模式下使用。
[0051]如果外部能量供给装置23提供的供给电压低于评估单元13的可能的最大供给电压，就可以由一个简单的、由评估单元13驱控的升压器31将能重复充电的能量存储器15充电到该可能的最大供给电压，并且由此最大化持续运行时间。
[0052]在图2中用A，B，C表示的、评估单元13的接头分别与能充电的能量存储器15相连，经由开关与升压器31相连，并且经由设计成所谓的低压差电压调节器的电压调节器33与外部能量供给装置23相连。
[0053]可选地，除了检测驱动轴I的旋转以外，在图2中所示的实施例还经由推挽式驱动器37输出增量式检测信号35(所谓的AB信号)，并且因此代替附加的增量式检测器。还可以为增量式检测信号35调制为驱动轴I的旋转测定的计数值和/或根据角度传感器信号30测定的驱动轴I的位置，从而可以省去附加的、用于输出计数值和/或检测的驱动轴I的位置的数字端口 27。
[0054]为了调试目的，评估单元13此外还可以可选地具有UART端口 39 (UART =通用异步收发器)。
[0055]图3示意性地示出了用于检测能够经由驱动轴I驱动的门3的位置的装置的第三实施例。
[0056]该实施例与在图2中所示的实施例的区别仅仅在于，代替附加的角度传感器29地设置有对旋转检测传感器11的传感器信号12的高分辨率的评估装置，以便测定传感磁体9的磁极9.1，9.2的位置。两个传感器信号12为此分别输送给运算放大器41，并且通过其放大。运算放大器41可以如在图3中所示的那样接在评估单元13之前。可替换地，运算放大器41可以集成到评估单元13中。运算放大器41的输出信号被输送给高分辨率的模拟-数字-转换器43，其在图3中所示的实施例中集成到评估单元13内。从由模拟-数字-转换器43输出的信号中测定出描述磁极9.1,9.2的位置的角度。优选地，磁极9.1,9.2的位置在该实施例中也仅仅在第一运行模式下进行测定。
[0057]尽管本发明已经详细地通过优选的实施例进一步地得到了阐述和说明，但是本发明不局限于这些公开的实例，并且本领域专业技术人员也可以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】
1.一种用于检测门(3)的位置的装置，所述门能够经由驱动轴(I)驱动，所述装置包括: -具有至少两个不同的磁极(9.1,9.2)的传感磁体(9)，其中，所述传感磁体(9)产生在所述驱动轴(I)旋转期间周期性地变化的磁场， -相对于所述驱动轴(I)的转动轴线位置固定地布置的旋转检测传感器(II)，所述旋转检测传感器用于借助隧道磁阻来检测所述驱动轴(I)的旋转和旋转方向，所述隧道磁阻的电阻取决于所述传感磁体(9)的磁极(9.1，9.2)的位置， -以及评估单元(13)，用于通过评估所述旋转检测传感器(11)的传感器信号(12)来检测所述驱动轴(I)的包括旋转方向的旋转，并且用于测定计数值，所述计数值被定义为在第一旋转方向上检测到的旋转的次数和在与第一旋转方向相反的第二旋转方向上检测到的旋转的次数之间的差值。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述旋转检测传感器(11)具有至少四个所述隧道磁阻，所述隧道磁阻电地布置在具有至少两个分别带有两个所述隧道磁阻的半桥的电阻桥电路中，并且设计用于使得所述半桥在所述驱动轴(I)转动时在所述半桥的中心抽头处提供相对彼此相位移动的所述传感器信号(12)。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述隧道磁阻设计用于使得两个所述半桥在所述驱动轴(I)转动时在所述半桥的中心抽头处提供所述传感器信号(12)，所述传感器信号相对彼此相位移动了转动的周期时长的四分之一。4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述评估单元(13)设计用于为所述旋转检测传感器(11)持久地或者周期性地供应传感器电压(14)。5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述评估单元(13)具有状态机，借助于所述状态机能够存储当前的计数值，并且存储的计数值在检测到在所述第一旋转方向上的旋转时能够增大，并且在检测到在所述第二旋转方向上的旋转时能够减小。6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于能量存储器(15)，用于在外部能量供给装置(23)中断的情况下为所述评估单元(13)供应能量。7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于附加的角度传感器(29)，所述角度传感器用于检测所述传感磁体(9)的磁极(9.1，9.2)的位置。8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于具有刚好两个不同的磁极(9.1，9.2)的传感磁体(9)，其中，该传感磁体(9)如下地布置在所述驱动轴(I)处，即使得所述驱动轴(I)的转动轴线在两个磁极(9.1，9.2)之间穿过延伸。9.一种借助于根据前述权利要求中任一项所述的装置来检测能够经由驱动轴(I)驱动的门(3)的位置的方法，其中， -借助于旋转检测传感器(11)取决于旋转方向地检测所述驱动轴(I)的旋转， -并且借助于评估单元(13)通过评估所述旋转检测传感器(11)的传感器信号(12)来检测所述驱动轴(I)的包括旋转的旋转方向在内的旋转，存储当前的计数值，并且存储的计数值在检测到在第一旋转方向上的旋转时增大，并且在检测到在与第一旋转方向相反的第二旋转方向上的旋转时减小。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，通过所述评估单元(13)为所述旋转检测传感器(11)持久地或者周期性地供应传感器电压(14)。11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，在外部能量供给装置(23)中断的情况下，借助于能量存储器(15)为所述评估单元(13)供应能量。12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述能量存储器(15)完全放电的情况下，在非易失性的存储器中存储指示放电的状态信息。13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，其特征在于，测定传感磁体(9)的磁极(9.1，9.2)的位置。14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，借助于附加的角度传感器(29)来测定所述传感磁体(9)的磁极(9.1，9.2)的位置。15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，通过评估所述旋转检测传感器(II)的传感器信号(12)来测定所述传感磁体(9)的磁极(9.1，9.2)的位置。
【文档编号】G01D5/16GK106030249SQ201580010589
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2015年1月21日
【发明人】乌韦·克劳泽, 乌韦·诺尔特, 迪尔克·沙伊布纳, 于尔根·席默尔
【申请人】西门子公司