Direktantriebe werden meist mit einem Rechner programmgesteuert betrieben, wobei die Führungsgrö e über Digital- Analog- Wandler an das Leistungsstellglied ausgegeben wird und mindestens 2 Motorphasen gespeist werden.

Stand der Technik ist es, die Direktantrieb entweder in offener Steuerkette, ohne Sensoren, zu betreiben oder Regler zu verwenden, also mit Weg- oder Winkelme systemen zu arbeiten.

Die Nachteile des Betriebes in offener Steuerkette bestehen bekannter Weise hauptsächlich darin, da Schleppfehler möglich sind, die dynamischen Kennwerte geringer sind und Schrittfehler auftreten können.

Die Nachteile des geregelten Betriebes bestehen im höheren Fertigungsaufwand, insbesondere in den Mehrkosten des Me systems und der Regeleinrichtung. Planare Direktantriebe mit bewegtem Einmassesystem lassen sich bisher nur durch teure Dreikoordinaten- Laserwegme systeme regeln.

In der deutschen Patentanmeldung "Regeleinheit für einen mehrphasigen Direktantrieb und Verfahren zur Ansteuerung eines solchen Antriebs" vom 22.10.96 Az. 19643519.6 wird ein geregelter Direktantrieb vorgestellt, der ein internes Wegme system besitzt, in dem Hallsensoren zur Anwendung kommen. Die Hallsensoren sind au erhalb des Magnetsystems der Aktiveinheit so angeordnet, da ein Permanentmagnetflu , von dem mindestens 2 Hallsensoren zugleich durchströmt werden, von der Stellung der Aktiveinheit gegenüber der Passiveinheit abhängig ist. Diese Sensorik wird zur Kommutierung verwendet, um den nach dem Prinzip des Hybridschrittmotors arbeitenden Antrieb wie einen Gleichstrommotor zu regeln, wobei ein externens Wegme system zusätzlich anzubringen ist. Das interne Wegme system eignet sich nur grob zur Positionsbestimmung.

Weiterhin ist eine Veröffentlichung von F. Langweiler und M. Richter in einer Firmenschrift der Siemes AG unter dem Titel "Flu erfassung in Asynchronmaschinen" bekannt. Die Hall sensoren sind in der Spulenmitte von Asynchronmotoren flächenhaft angeordnet. Es sind spezielle Hall sensoren entwickelt worden und es wird eine Differenzverstärkerschaltung mit anschlie ender Addierschaltung zur Auswertung der Me signale benutzt. Der Grundgedanke besteht hier darin, einen geeignetes Sensorsysteme zu finden, um einen Antrieb regeln zu können. Der Antrieb wird somit kommutiert, und für eine genauere Positionserfassung ist das Sensorsystem nicht vorgesehen. Im Zusammenhang damit ist die Auslegeschrift 2144422 vom 4.9.71 P 2144422.4-32 zu nennen.

In der Patentschrift P 117776 vom 26.1.77 wird ein Verfahren zur selbsttätigen Optimierung der Betriebsparameter von Schrittmotoren beschrieben. Die Me signale werden aus den Klemmengrö en gewonnen, und durch Vergleich mit Referenzwerten werden Steuergrö en ermittelt und verwendet.

Diese Erfindung baut auf der inneren Priorität der deutschen Anmeldung "Einrichtung und Verfahren zur Regelung der Magnetflüsse in Schrittmotoren" P 1297 06 726.3 vom 20.2.97 auf.

Die 2 Hauptziele der Erfindung sind erstens durch geeignete Anordnungen und Verfahren die Magnetflüsse in Direktantrieben direkt zu regeln und zweitens ein integriertes Positionsme - system (Weg oder Winkel) zu realisieren, da die gemessenen Magnetflüsse zur Positions- ermittlung nutzt, um bestehende Mängel des Standes der Technik zu mindern oder zu beheben und um die Motoreigenschaften grundsätzlich zu verbessern.

Im Mittelpunkt des ersten Hauptzieles steht der erfinderische Grundgedanke, die Vorteile der offenen Steuerkette mit den Vorteilen der Reglung zu verbinden, um die Dynamik zu verbessern.

Der Grundgedanke des Zweiten Hauptzieles besteht darin, ein kostengünstiges Positionsme system ohne Mehrkoordinaten-Laserwegme systeme mit ausreichender Genauigkeit aufzubauen und fertigen zu können.

Die Erfindung betrifft einen Direktantrieb mit internen Sensoren für lineare, planare und/oder rotatorische Bewegungen, die nach dem Schrittmotorprinzip arbeiten, bzw. übliche rotatorische Schrittmotoren.

In den Eisenkernen der Magnetsysteme sind Hallsensoren angeordnet, deren Signale zur Reglung des Magnetflusses und/oder zur Positionserfassung x,y,Alpha verwendet werden.

Dadurch erfolgt die Ansteuerung der Leistungsendstufen genau durch solche Wicklungsströme, die exakt zu den von der Führungsgrö e geforderten Magnetflüssen führen, so da die Dynamik verbessert wird.

Da der gemessene Magnetflu mit der Vielzahl der Zahnüberdeckungen im Zusammenhang steht, lä t sich die Lage zwischen der Aktiveinheit und der Passiveinheit auf Mikrometer genau erfassen.

Die Magnetflu einprägung und die Positionserfassung mit Hilfe interner Sensoren eignen sich wegen der vielfältigen Parameterverbesserungen prinzipiell für alle Schrittmotoren im Preis- Leistungsbereich zwischen offener Steuerkette und klassischer Reglung und ist besonders interessant für Direktantriebssysteme mit gro em Verfahrbereich, z.B. luftgelagerte, planare Hybridschrittmotoren, bei denen durch die flächenhafte Bewegung der Aktiveinheit weder Drehgeber noch inkrementale Längenme systeme zur Positionserfassung verwendet werden können.

Unter der Verbesserung der Dynamik ist zu verstehen, da die Schubkraft und die erreichbare Geschwindigkeit des Antriebes erhöht werden, besonders die Schubkraft bei hoher Geschwindigkeit, was man als Verbesserung der Kraft-Geschwindigkeitskennlinie bezeichnet.

Weiterhin sollen die Geräusche des Motors und störende Schwingungserscheinungen gesenkt und Schrittfehler rechtzeitig erkannt bzw. verhindert werden.

Zu dem Zweck wird der Motor mit internen Sensoren ausgestattet. die in der Lage sind, den Magnetflu bzw. die Magnetflüsse im Antrieb zu erfassen. Die optimale Kurvenform der Magnetflüsse betimmt die Motoreigenschaften gravierend.

Als solche Sensoren eignen sich besonders Hallsensoren. Sie werden mit geringem Spiel bzw. durch leichte Pre passung in eine Aussparung im Eisenkern eingesetzt und in der Regel eingeklebt und zwar so, da ein Me wert aufgenommen wird, der im Zusammenhang mit dem Magnetflu in einem Schenkel des Eisenkernes steht. Die Aussparung kann durch Senkerodieren oder durchpaketieren von geschlitzten Kernblechen realisiert werden.

Erfindungsgemä kommt es auf die richtige Anordnung der Sensoren an. Die Sensoren sind in solchen Eisenkernbereichen anzuordnen, wo sowohl ein Magnetflu vorliegt, der seinen Richtungssinn wechselt, wie das bei stromdurchflossenen Spulensystemen auftritt, als auch ein anderer Magnetflu auftritt, der seinen Richtungssinn nicht wechselt, wie das bei Permanentmagnetflüssen vorliegt.

Desweiteren ist bei der Wahl der Anordnung zu beachten, da im Falle der Verwendung mehrerer internener Sensoren einer der Sensoren, zum Beispiel der Sensor 1, in einem Eisenkernbereich angeordnet ist, in dem die beiden Magnetflüsse gleichsinnig gerichtet sind und der Sensor 2 in einem Eisenkernbereich angeordnet ist, in dem zum gleichen Zeitpunkt die Magnetflüsse entgegen gerichtet wirken. Zu einem anderen Zeitpunkt soll der Sensor 1 von den gegensinnig gerichteten Magnetflüssen durchströmt werden, wobei der Sensor 2 von den gleichsinnig gerichteten Magnetfüssen durchflossen wird.

Diese Form der Anordnung lä t sich in verschiedenster Weise realisieren. Besonders günstig für die Fertigung ist das Einbringen der Hallsensoren in solche Eisenkernbereiche, die nicht von Befestigungseinrichtungen zum Halten der Eisenkerne in der Aktiveinheit verdeckt sind. Wird eine Anordnung von Permanentmagneten verwendet, mit der der Permanentmagnetflu symmetrisch in den Eisenkern eingeleitet wird, so verdecken Rückschlu platten einen Teil der beiden Eisenkerne und die Sensoren können sehr gut seitlich in beiden Eisenkernen in den Bereichen angeordnet werden, die au erhalb der Rückschlu platten liegen.

Die Hallsensoren können aber auch vor dem Befestigen der Eisenkerne in der Aktiveinheit in Aussparungen eingesetzt werden oder auch nur mit den Eisenkernen äu erlich in Kontakt gebracht werden, um die gewünschte Wirkung zu erzielen.

Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, Hallsensoren zu verwenden, bei denen die Vorverstärkung bereits an der Me stelle erfolgt, womit eine separaten Vorverstärkung in der Aktiveinheit entfallen kann.

Unter Beachtung des erläuterten Grundsatzes für die Sensoranordnung kann es bei kleinen Fahrwegen und hochfrequenten Bewegungen der Aktiveinheit vorteilhaft sein, die Sensoren in der Passiveinheit anzuordnen. Die beiden Sensoren sind im Abstand von weniger als 3 mm von der Funktionsfläche im Bereich zwischen den beiden Polschenkeln einer Phase anzuordnen.

Eine Übersicht zur Vielfalt der Gestaltungsmöglichkeiten von Direktantrieben mit internen Sensoren gibt die nachfolgende Tabelle 1 an. Durch die Messung der Magnetflüsse lä t sich die Magnetflu einprägung auf 2 Wegen verwenden, um eine mehr oder weniger genaue Erfassung der Position zu ermöglichen: a) unter Verwendung einer Signalverarbeitungseinrichtung mit Festwertspeicher kann eine Lösung der Aufgabe bereits mit nur einem internen Magnetflu sensor erfolgen, b) ohne Festwertspeicher sind mindestens 2 Magnetflu sensoren erforderlich.

Bei der Erfassung der Magnetflüsse zur Positionsmessung sind bis zu 3 Teilaufgaben zu lösen, das Herauslösen des positionsabhängigen Anteils in den Magnetflu me werten, die Ermittlung des Winkels oder der Position aus den Anteilen der Magnetflu me werte und die Kalibrierung, wie sie von der Arbeit in der offenen Steuerkette bekannt ist.

Bei mittleren bis hohen Drehzahlen bzw. Geschwindigkeiten wird die Einprägung der Wicklungsströme immer problematischer und die Magnetflüsse werden zunehmend nur noch mit verzerrter Kurvenform und meist mit geringerer Amplitude als von der Führungsgrö e gefordert realisiert. Der starke Abfall der Kraft-Geschwindigkeit-Kennlinie beschränkt das Beschleunigungsvermögen und die praktisch erreichbare maximale Drehzahl bzw.

Geschwindigkeit.

Insbesondere luftgelagerte Hybridschrittmotoren entwickeln mit zunehmender Drehzahl bzw.

Geschwindigkeit ein sehr störendes Motorgeräusch, das sich auf vom Sollwert abweichende Magnetflüsse zurückführen lä t.

Es lä t sich keine Ansteuerfunktion finden, deren Werte als Führungsgrö e für die stromeinprägenden Endstufen dienen, die zu höchster Positioniergenauigkeit und gleichzeitig bei hohen Geschwindigkeiten bzw. Drehzahlen zu Magnetflüssen mit der optimalen Kurvenform führt. Vielmehr mü te die Ansteuerfunktion in Abhängigkeit von Drehzahl bzw.

Geschwindigkeit ständig angepa t werden. Im Stand der Technik ist bisher kein Verfahren bekannt, das eine automatische Anpassung der Ansteuerfunktion für die Leistungsendstufen bei Betrieb in offener Steuerkette realisiert.

Bei Anwendungen von Schrittmotoren in offener Steuerkette ohne Getriebe ist die Steifigkeit in Bewegungsrichtung für einige Antriebsaufgaben zu gering und führt bei Einwirkung von Störkräften zu Positionierfehlern. Zum Beispiel wird bei Bahnfahrten der Läufer von luftgelagerten planaren Hybridschrittmotoren im Betrieb in offener Steuerkette wegen seiner begrenzten Steifigkeit durch Tangentialkräfte aus seiner Bewegungsbahn störend ausgelenkt.

Bekannt ist weiter, da Schrittmotoren im Betrieb in offener Steuerkette zur Erreichung besserer Positioniergenauigkeit kalibriert werden können, z.B. DE 4233 881A1 der Firma PASIM Mikrosystemtechnik GmbH. Damit werden systematische Fehler ausgeglichen.

Hystereseerscheinungen bzw. Restmagnetismus führen jedoch teilweise zu Positionierfehlern, die durch bekannte Kalibrierungsverfahren nicht oder nur ungenügend beseitigt werden können. Zum Beispiel spielt bei luftgelagerten planaren Hybridschritttmotoren bei der Positionierung die Vorgeschichte eine Rolle, da die vom Läufer überfahrenen Statorbereiche Restmagnetismus aufweisen können. Bei erneutem Überfahren oder Kreuzen dieser Statorbereiche kann dadurch die Positioniergenauigkeit negativ beeinflu t werden.

Luftgelagerte planare Hybridschrittmotoren erreichen in offener Steuerkette durch die fehlende Reibung hervorragende Wiederholgenauigkeiten beim Anfahren eines Punktes aus einer Richtung. Jedoch ist es trotz Reibungsfreiheit auch durch bekannte Kalibrierungsverfahren nicht möglich, diesen Punkt aus verschiedenen beliebigen Richtungen anzufahren und dabei in der offenen Steuerkette stets eine Positioniergenauigkeit zu erreichen, die der Wiederholgenauigkeit entspricht. Eine Umkehrspanne lä t sich bei diesem Typ von Schrittmotor auch durch bekannte Kalibrierungsma nahmen nicht voll ständig beseitigen.

Für Schrittmotoren, die eine translatorische Bewegung ausführen, z.B. Hub-, Hubrotations-, Linear- und Planar-Hybridschrittmotoren ist bisher keine einfache, robuste Schrittfehlerüberwachung bzw. Überlastkontrolle für den Betrieb in der offenen Steuerkette bekannt, die ohne externes Wegme system bzw. Vergrö erung der äu eren Abmessungen des Motors realisiert wird. Es ist bekannt neben externen Wegme systemen, wie z.B. Drehgebern oder Linealen auch die Zahnstruktur des unbeweglichen Teils des Schrittmotors als Ma verkörperung zu verwenden. Auf diesem Gedanken basieren die Entwicklungen von kapazitiven, optischen und magnetischen Wegme systemen, z.B. für planare Hybridschrittmotoren, die in den Läufer integriert oder äu erlich angekoppelt sind. Zum Beispiel wird ein integriertes magnetisches Wegme system der Firma PASIM Mikrosystemtechnik GmbH in P 19513 325.0 beschrieben. Die genannten zahnstrukturabtastenden Me systeme wurden jedoch aus verschiedenen Gründen, z.B. zu geringe Robustheit, zu geringe Genauigkeit oder zu hohe Kosten bisher nur in geringer Stückzahl oder nur zur Kommutierung eingesetzt. Diese Me systeme führen trotz Miniaturisierungsma nahmen zu einer Vergrö erung der Abmessungen und verschlechtern damit die Kompaktheit der Antriebe.

Eine Reihe von Antriebsaufgaben, die Bewegungen von kompakten Planarläufern erfordern, setzen Parameter der Antriebssysteme vorraus, die mit herkömmlichen Lösungen in der offenen Steuerkette nicht realisierbar sind. Herkömmliche Regelungen, die für diese Aufgaben in Frage kommen, zum Beispiel Systeme die Laserwegme systeme einsetzen, sind oftmals genauer als nötig und damit zu teuer. Bei der Regelung von mehreren Planarläufern auf einem Stator über den gesamten Verfahrbereich von beispielsweise lm2 entstehen bei herkömmlicher Regelung mit Laserwegme systemen sehr hohe Kosten für die Optik und Probleme durch gegenseitige Verdeckung der Laserstrahlen.

Eine direkte, separate Regelung der Magnetflüsse der einzelnen Phasen von Schrittmotoren ist im Stand der Technik nicht bekannt.

Für höhere Ansprüche, z.B. zur weiteren Verbesserung der Steifigkeit, ist die natürliche Abhängigkeit der Magnetflüsse von der Zahnüberdeckung nicht ausreichend und es ergibt sich die zusätzliche Aufgabe, durch ein geeignetes Verfahren und Änderungen an den Einrichtungen Magnetflu -Istwerte zu beschaffen, die verstärkt von der Position und weniger vom Wicklungsstrom abhängig sind. Diese Aufgaben werden durch die vorgeschlagenen Einrichtungen und Verfahren gelöst.

Erfindungsgemä wird die Beschaffung von Magnetflu me werten dadurch gelöst, da an bestimmten Stellen der Magnetkreise von Schrittmotoren Sensoren, z.B. Hall-Sensoren, eingesetzt werden, die die Magnetflüsse vor Ort messen. In der Regel sind die Sensoren in den Blechpaketen angeordnet. Dazu sind in einigen Blechen Aussparungen eingebracht, die bei der Paketierung an den Stellen angeordnet werden an denen später die Sensoren sitzen sollen. Die Aussparungen für die Sensoren in den Blechpaketen können auch nach dem Paketieren durch Senkerodieren eingebracht werden. Die Abmessungen der Aussparungen werden so gewählt, da sich beim Einsetzen der Sensoren eine leichte Pre passung ergibt.

Erfindungsgemä ist die Anzahl von Sensoren zur Messung der Magnetflüsse und deren Anordnung vom jeweiligen Typ von Schrittmotor und vom Verfahren der Me wertverarbeitung abhängig. In den meisten Fällen ist es sinnvoll, Sensoren so zu platzieren bzw. die Me werte mehrerer Sensoren so zu verarbeiten, da die Kurvenform des gewonnenen Magnetflu -Istwertes im ungestörten bzw. wenig belasteten Zustand näherungsweise der Kurvenform des steuernden elektrischen Wicklungstromes entspricht.

Die Magnetflu me werte werden von optionalen Verstärkern dicht bei den Sensoren, bei luftgelagerten Hybridschrittmotoren oberhalb der Blechpakete angeordnet, verstärkt und über ein mehradriges, abgeschirmtes Kabel zur Signalverarbeitungseinheit übertragen. Gegebenfalls können Sensoren mit integrierten Verstärkern verwendet werden.

Der Aufbau der Signalverarbeitung ist abhängig von den Anforderungen an die Magnetflu regelung. Einige Schrittmotortypen haben die Eigenschaft, da die Magnetflüsse relativ wenig von der Zahnüberdeckung bzw. Position abhängig sind. Bei einer Auslenkung aus der Sollposition korregiert deshalb eine Magnetflu reglung mit einer Signalverarbeitung ohne Verstärkung der Abhängigkeit von der Zahnüberdeckung die Wicklungströme nur gering.

Dadurch kann die Steifigkeit nur wenig verbessert werden. Es ist jedoch möglich den aus den gemessenen Magnetflu werten gewonnenen Magnetflu -Istwert zum Beispiel durch zusätzliche Sensoren und eine erweiterte Signalverarbeitung verstärkt positionsabhängig zu machen.

Die gemessenen Magnetflu werte sind sowohl vom steuernden Wicklungsstrom als auch von der lokalen Zahnüberdeckungsfläche abhängig. Je kleiner der Abstand zwischen Sensor und Wicklung, desto stärker ist in der Regel der wicklungstrombedingte, weitgehend positionsunabhängige Anteil in den Magnetflu me werten und desto geringer ist der permanentmagnetbedingte, weitgehend zahnüberdeckungsabhängige Anteil. Zur Gewinnung einer Positionsinformation aus den Magnetflu me werten bzw. zur Erhöhung der Abhängigkeit der Magnetflu -Istwerte von der Position, kann der permanentmagnetbedingte, weitgehend zahnüberdeckungsabhängige Anteil aus den Magnetflu me werten, durch Ausnutzung der Abhängigkeit der Zusammensetzung der Magnetflüsse vom Abstand zwischen Wicklung und Sensoren und durch geeignete Differenzbildung von Signalen, herausgelöst werden. Die Abhängigkeit der Magnetflu me werte von der Position bzw. der lokalen Zahnüberdeckung kann erhöht werden, indem vom Magnetflu -Istwert der zugehörige, verstärkte Wicklungsstromme wert, der an einem Stromme widerstand als Spannungsabfall abgegriffen werden kann, subtrahiert wird, so da der entstehende Wert wesentlich weniger wicklungsstromabhängig und stärker positionsabhängig wird.

Im Ausführungsbeispiel werden Verfahren beschrieben, die sich zur Anwendung bei luftgelagerten 2-Phasen-Hybridschrittmotoren eignen.

Die Magnetflu me werte können auch digitalisiert und von einer digitalen Signalverarbeitung, gegebenenfalls unter Nutzung von Prozessoren verarbeitet werden. Über spezielle Algorithmen bzw. eine abgespeicherte Wissensbasis lä t sich der Zustand der Magnetflüsse bewerten und eine Stellgrö e zur Ansteuerung der Leistungsendstufen generieren. Eine einfache Lösung für eine Wissensbasis ist der Inhalt eines EPROM's. Der Einsatz von ASIC's wird bei entsprechend gro er Stückzahl rentabel.

Als Regler eignen sich übliche Analogregler mit P- oder PID-Verhalten. Es können auch digitale Regler verwendet werden, wenn die analogen Grö en durch A/D-Wandler digitalisiert werden und die Ausgangsgrö en der Regler nach erfolgter D/A-Wandlung analog ausgegeben werden.

Die Führungsgrö engeber, die bei Betrieb in offener Steuerkette mit stromeinprägenden Endstufen zur Ansteuerung der Stromregler benutzt werden, eignen sich auch als Führungsgrö engeber für die Magnetflu regler.

Ausreichend leistungsfähige Endstufen sind Vorraussetzung zur exakten Einprägung der Magnetflüsse auch bei höheren Drehzahlen bzw. Geschwindigkeiten. Die Endstufen sollten durch ausreichend hohe Betriebsspannung möglichst kurze Stromanstiegs- und Stromabfallzeiten auch bei hohen generierten Gegenspannungen realisieren können.

Es können magnetflu einprägende Endstufen hergestellt werden, wobei Signalverarbeitung, Magnetflu regler und Leistungsendstufe zu einer Baugruppe zusammengefa t werden.

Jeder Wicklung kann ein eigener Magnetflu regler zugeordnet sein. Falls mehrere Wicklungen zu einer Phase gehören, kann diesen Wicklungen ein gemeinsamer Magnetflu regler zugeordnet werden. Sensoren müssen dann nur in den Magnetkreisen rund um eine einzige der Wicklungen dieser Phase angeordnet sein. Es ist aber auch möglich weitere oder alle Magnetkreise dieser Phase mit Sensoren auszustatten und die gemittelten Me werte dem gemeinsamen Magnetflu regler zuzuführen.

Sollen bei luftgelagerten planaren Hybridschrittmotoren neben höchster Dynamik auf einem gro en Verfahrbereich in bestimmten kleineren Sektoren auch höchste Genauigkeiten im Nanometerbereich erreicht werden, so kann eine Magnetflu regelung mit einer Positionsregelung unter Nutzung von Laserwegme systemen kombiniert werden.

Erfindungsgemä können die Magnetflu -Me werte der Sensoren nicht nur zur direkten Regelung der Magnetflüsse sondern auch zur Zustands-Beobachtung des Antrieb es eingesetzt werden. Damit ist eine Reaktion der Steuerung des Schrittmotors auf die momentane Situation auch ohne Magnetflu regelung möglich. Ein Beispiel hierfür ist die Schrittfehlererkennung.

Durch die Magnetflu einprägung bei Schrittmotoren ohne verstärkte Abhängigkeit der Magnetflu -Istwerte von der Zahnüberdeckung ergeben sich folgende Vorteile: Durch Einprägung der von der Führungsgrö e vorgegebenen Magnetflüsse auch bei hohen Drehzahlen beziehungsweise Geschwindigkeiten ergibt sich eine erhöhte Leistungsaufnahme zum Ausgleich von Ummagnetisierungsverlusten sowie anderen schwächenden Einflüssen und damit eine weniger stark abfallende Kraft-Geschwindigkeits-Kennlinie ohne den Antrieb thermisch zu überlasten.

Durch eine weniger stark abfallende Kraft-Geschwindigkeits-Kennlinie sind höhere Beschleunigungswerte bei hohen Drehzahlen bzw. Geschwindigkeiten realisierbar. Auch die Maximaldrehzahl bzw. Maximalgeschwindigkeit wird erhöht.

Die Produktivität von Maschinen mit Schrittmotor- bzw. Direktantrieben in der offenen Steuerkette lä t sich durch den Betrieb mit Magnetflu einprägung steigern, weil die Positionierzeiten wegen der stärkeren Beschleunigung, höheren Drehzahl bzw.

Geschwindigkeit verkürzt werden können.

Durch Messung der Magnetflüsse wurde ermittelt, da bei einigen Schrittmotortypen, z.B. luftgelagerten planaren Hybridschrittmotoren, die Spulensysteme Restmagnetismus auf dem Stator hinterlassen, dessen Stärke von der Drehzahl bzw. der Geschwindigkeit abhängig ist und insbesondere bei mittleren bis hohen Drehzahlen bzw. Geschwindigkeiten den Magnetflu im nachfolgenden Magnetkreis stört. Durch eine unabhängige Regelung der Stromamplituden der einzelnen Phasen bzw. Wicklungen des Motors kann dieser Restmagnetismus ausgeregelt werden. Damit wird die Geschwindigkeitskonstanz bzw. Drehzahlkonstanz sowie die Laufruhe verbessert.

Ungenauigkeiten in der Zahnstruktur und das Überfahren von Statorplattenübergängen führen weniger stark zu Kraft- und Geschwindigkeitsschwankungen, da Abweichungen vom Sollwert der Magnetflu werte durch Regelung der Wicklungsströme zumindest teilweise korrigiert werden.

Die Laufruhe wird verbessert, weil die Kurvenformen der Magnetflüsse exakter den Vorgaben der Führungsgrö en entsprechen.

Die Magnetkreise, insbesondere die ortsfeste Zahnstruktur, werden als Teil des Antriebes und gleichzeitig als Teil des Me systems genutzt. Damit wird die Funktions- und Strukturintegration der Antriebe erhöht.

Die Sensorik ist innerhalb des Antrieb es geschützt angebracht, ist extrem leicht und robust und unterliegt keinerlei Verschlei . Wartung und Pflege sind nicht erforderlich. In der Regel ist der vorhandene Bauraum im Antrieb ausreichend um Sensoren und eine optionale Signalvorverarbeitung aufzunehmen. Die Magnetflu einprägung erfordert bei linearen und planaren Hybridschrittmotoren keine Vergrö erung der Läuferfläche.

Die erfindungsgemä e Messung der Magnetflüsse funktioniert auch unter widrigen Umgebungsbedingungen wie Feuchtigkeit, Staub, Rauch sowie starken Temperaturänderungen.

Sämtliche Komponenten zur Generierung der Führungsgrö en, die Steuersoftware, die Entwicklungswerkzeuge und Hilfsmittel, wie z.B. Hard- und Software zur Kalibrierung, können ohne jegliche Änderung vom Betrieb in offener Steuerkette übernommen werden zur Verwendung für den magnetflu geregelten Betrieb.

Luftgelagerte planare Hybridschrittmotoren mit Magnetflu einprägung lassen sich in Serienfertigung preiswert herstellen und können bezüglich Preis und Leistung zwischen Betrieb in offener Steuerkette mit stromeinprägenden Endstufen und dem geregelten Betrieb mit Laserwegme systemen eingeordnet werden.

Der Gesamtaufbau von planaren Antriebssystemen auf Basis luftgelagerter Hybridschrittmotoren mit Magnetflu einprägung bleibt sehr kompakt und behält einen äu erlich einfachen, leicht zu überschauenden Aufbau, da die Sensorik im Antrieb von au en nicht sichtbar ist, au er einer zusätzlichen Kabelverbindung zwischen Läufer und Steuerung.

Sämtliche Befestigungspunkte zur Aufnahme von Nutzlasten bleiben erhalten und kein Teil der Sensorik schränkt den Bewegungsbereich bzw. den Bauraum für die Nutzlast ein.

Bei luftgelagerten linearen und planaren Hybridschrittmotoren können beliebig viele Läufer auf einem gemeinsamen Stator gleichzeitig und unabhängig voneinander magnetflu geregelt betrieben werden, ohne da sie sich bezüglich der Regelung gegenseitig behindern, wie das z.B. durch gegenseitige Verdeckung der Laserstrahlen bei der Nutzung von Laserwegme systemen der Fall sein kann.

Durch die Magnetflu einprägung mit verstärkter Abhängigkeit der Magnetflu -Istwerte von der Zahnüberdeckung, ergeben sich zusätzlich folgende Vorteile: Die Steifigkeit in Bewegungsrichtung wird deutlich verbessert. Dadurch wird die Einschwingzeit deutlich verkürzt und damit ein Beitrag zur Verkürzung von Positionierzeiten erbracht. Damit kann die Produktivität von Maschinen mit Schrittmotorantrieb weiter gesteigert werden.

Die Bahngenauigkeit luftgelagerter, planarer Hybridschrittmotoren wird erhöht, da die Läufer wegen der höheren Steifigkeit durch Tangential- und Störkräfte weniger stark ausgelenkt werden.

Die Statorstruktur als Ma verkörperung wird noch besser zur Erreichung einer hohen Positioniergenauigkeit genutzt.

Die Geschwindigkeitskonstanz wird verbessert, da eine Abweichung von der Sollposition über die Magnetflu -Istwerte besser erkannt und dadurch besser ausgeregelt werden kann.

Eine aktive Schwingungsdämpfung lä t sich verwirklichen, indem durch die Regelung der Magnetflüsse die Zahnüberdeckung sowie die Grö e des Luftspaltes zwischen Läufer- und Statorzahnstruktur berücksichtigt werden. Abweichungen von den Sollgrö en führen zu Abweichungen im Magnetflu , die vom Magnetflu regler korregiert werden und ihrer Ursache entgegenwirken können. Dadurch wird das Geräuschverhalten weiter verbessert.

Wenn die weitestgehend positionsabhängigen Magnetflüsse mit dem Wert der Führungsgrö e übereinstimmen, kann davon ausgegangen werden da auch die Position des Antriebs mit der Führungsgrö e weitestgehend übereinstimmt. Durch Verwendung des vorwiegend positionsabhängigen Anteils der Magnetflu werte kann indirekt die Position geregelt werden, realisiert durch die Regelung der Magnetflüsse.

Positionierfehler infolge magnetischer Hysterese werden minimiert, da der Restmagnetismus zusammen mit dem Magnetflu gemessen und von den Magnetflu reglern berücksichtigt wird.

Gegenüber der Magnetflu einprägung mit der Signalverarbeitung ohne verstärkte Abhängigkeit von der Zahnüberdeckung ist der strombedingte Anteil im Magnetflu -Istwert nicht mehr so dominant, so da Restmagnetismus bei der Positionierung deutlicher erkannt und damit stärker berücksichtigt werden kann.

Ein Schrittmotor mit Magnetflu regelung lä t sich kalibrieren, wie von dem Betrieb in offener Steuerkette her bekannt. Die Ergebnisse bei der Kalibrierung zur Erhöhung der Positioniergenauigkeit von Schrittmotoren mit Magnetflu einprägung sind besser als die von Schrittmotoren in offener Steuerkette mit stromeinprägenden Endstufen. Effekte wie Umkehrspanne und Richtungsabhängigkeit beim Anfahren einer Zielposition treten kaum noch auf.

Der Schleppfehler wird verringert. Eine Positionsabweichung wird über die abweichende Zahnüberdeckungsfläche, anhand der Magnetflu -Istwerte deutlicher erkannt und vom Magnetflu regler durch Nachregelung zumindest teilweise korrigiert.

Eine robuste, einfache Schrittfehlerüberwachung wird ohne die Nutzung von externen Wegme systemen und ohne Vergrö erung der Läuferfläche bei translatorischen Schrittmotoren möglich und lä t sich durch Auswertung der Abweichung des ermittelten Magnetflusses vom Sollmagnetflu realisieren. Eine vom Sollwert abweichende Position entspricht einer vom Sollwert abweichenden Fläche der Zahnüberdeckung und daraus resultiert ein vom Sollwert abweichender Magnetflu me wert. Die Überschreitung eines Grenzwertes der Abweichung vom Sollmagnetflu kann als Schrittfehler interpretiert werden.

Durch die Überlast- bzw. Schrittfehlerüberwachung können unkontrollierte Zustände weitgehend vermieden werden. Damit kann z.B. ein Abfallen des Läufers eines planaren luftgelagerten Hybridschrittmotors, der an einem senkrecht stehenden Stator entlang fährt, durch sofortige Bremsrampe und Luftabschaltung bei Erkennung eines Schrittfehlers verhindert werden.

Eine weitere Möglichkeit zur Schrittfehlererkennung ist die Nutzung der Sensoren und einer modifizierten Signalverarbeitung zur Beschaffung eines Positionswertes bzw. Winkelwertes aus den permanentmagnetbedingten Magnetflüssen, da mit dem Positionssignal der Führungsgrö e verglichen wird. Eine Regelung des Magnetflusses ist dabei nicht notwendig. zurückgekoppelt werden, um bestimmte Parameter an die Situation anzupassen. Zum Beispiel kann die Beschleunigung reduziert werden, um einen sich anbahnenden Schrittfehler zu verhindern.

Durch die Magnetflu regelung werden die Leistungsendstufen optimaler angesteuert. Die Anpassung der Ansteuerfunktion für die Leistungsendstufen an die Situation erfolgt permanent, stufenlos und in Echtzeit.

Durch die genannten Verbesserungen der Eigenschaften ergeben sich neue Anwendungsgebiete für Schrittmotoren.

Erfindungsgemä wird ein Direktantrieb mit internen Sensoren zur Realisierung einer direkten Regelung der Magnetflüsse vorgeschlagen bestehend aus: einer Aktiveinheit aus Spulensystemen mit Eisenkernen und Permanentmagnetsystemen zur Erzeugung von Magnetflüssen, einer Passiveinheit zur Leitung der Magnetflüsse bzw. zur Erzeugung von P ermanentmagnetflüssen, einer Führungseinheit zur Gewährleistung eines Abstandes und einer Relativbewegung zwischen Aktiveinheit und Passiveinheit, mindestens einem Führungsgrö engeber für die Magnetflüsse, mindestens einem internen Sensor je Motorphase, der zur Messung des Magnetflusses geeignet ist, mindestens einer Signalverarbeitungseinrichtung je Motorphase zur Verarbeitung der Me werte von internen Sensoren, mindestens einem Magnetflu regler je Motorphase, der Führungsgrö en und Signale von der Signalverarbeitungseinrichtung verarbeitet und eine Führungsgrö e für das Leistungsstellglied ausgibt, mindestens einem Leistungsstellglied je Motorphase zur Bereitstellung der Phasenströme.

Der Direktantrieb mit internen Sensoren zeichnet sich dadurch aus, da der Magnetflu . der seinen Richtungssinn wechselt, durch ein Spulensystem erzeugt wird, das im Bereich von 2 benachbarten Eisenkernen angeordnet ist und einen Phasenstrom führt, da der Magnetflu , der seinen Richtungssinn nicht ändert, durch ein Permanentmagnetsystem erzeugt wird, das einen Magnetflu zwischen 2 benachbarten, durch ein Spulensystem miteinander verbundene Eisenkerne, erzeugt, da mindestens 2 Permanentmagnete etwa symmetrisch an der der Funktionsfläche gegenüberliegenden Seite der Eisenkerne angeordnet und durch eine Rückschlu platte verbunden sind und da mindestens ein Sensor in einem oder mehreren linken Schenkeln und / oder in einem oder mehreren rechten Schenkeln angeordnet ist.

Weiterhin ist im Direktantrieb mit internen Sensoren das Permanentmagnetsystem zwischen 2 zugehörigen Eisenkernen (3) ohne Rückschlu platte angeordnet und mindestens ein Sensor ist in einem oder mehreren linken Schenkeln und / oder in einem oder mehreren rechten Schenkeln angeordnet.

Zum Einbau von Sensoren in die Eisenkerne bzw. die Schenkel sind Aussparungen eingebracht, die ein geringes Spiel beziehungsweise eine leichte Pre passung gegenüber dem Sensor aufweisen, die Sensoren sind in den Aussparungen befestigt, und der Sensor wird von einem Teil des Magnetflusses durchströmt.

Zur Herauslösung des weitgehend positionsabhängigen, permanentmagnetbedingten Magnetflu es kann ein Stromme widerstand in Reihe zu den Wicklungen einer Motorphase geschaltet werden, dessen Spannungsabfall der Signalverarbeitungseinrichtung, die mit Herauslösung des Permanentmagnentanteils arbeitet, zugeführt wird.

Vorgeschlagen wird für besondere Direktantriebe, die für kleine Fahrwege vorgesehen sind, mindestens einen der Sensoren in der Passiveinheit zwischen den Polschenkeln der beiden Eisenkerne einer Motorphase, in einem Abstand von etwa kleiner als 3mm von der Funktionsfläche anzuordnen.

Die Sensoren können im Bereich der vorgeschriebenen Eisenkernbereiche auch auf die Eisenkerne flach aufgebracht sein, so da der Sensor von einem Teil des Magnetflusses durchströmt wird.

Vorteilhaft ist es, wenn für die Sensoren Hallsensoren verwendet werden, die ohne oder mit integriertem Vorverstärker ausgeführt sind.

Die Sensoren können auch in den Schenkeln der Eisenkerne einer Motorphase in 4 Zonen angeordnet sein, ein erster Sensor im linken Eisenkern links vom Zugang des Permanentmagnetflusses, ein anderer zweiter Sensor im linken Eisenkern rechts vom Zugang des Permanentmagnetflusses, ein dritter Sensor im rechten Eisenkern links vom Zugang des Permanentmagnetflusses und ein vierter Sensor im rechten Eisenkern rechts vom Zugang des Permanentmagnetflusses und die Sensoren sind mit einer Signalverarbeitung verbunden.

Die Signalverarbeitung, Magnetflu regler und Leistungsstellglied können zu einer Baugruppe, die als magnetflu einprägende Leistungsendstufe bezeichnet wird, zusammengefa t werden.

Die Erfindung wird dadurch ausgestaltet, da mindestens ein Sensor je Motorphase die Magnetflüsse (15) mi t, da diese Me werte von mindestens einer Signalverarbeitungs- einrichtung verarbeitet werden und da der Magnetflu regler die verarbeiteten Magnetflu me werte und die Führungsgrö en für die Magnetflüsse verknüpft, um durch Ansteuerung des Leistungsstellgliedes genau solche elektrischen Ströme durch die Wicklungen einzustellen, die möglichst exakt zu den von der Führungsgrö en geforderten Magnetflüssen führen.

Zu einer Motorphase können mehrere Wicklungen gehören und jeder Wicklung kann vorteilhaft ein eigener Magnetflu regler zugeordnet sein.

Falls mehrere Wicklungen zu einer Phase gehören, so kann diesen Wicklungen günstiger Weise ein gemeinsamer Magnetflu regler zugeordnet sein und mindestens in einem Magnetkreis dieser Motorphase kann mindestens ein Sensor zur Messung der Magnetflüsse eingebracht sein.

Falls mehreren Wicklungen der gleichen Phase ein gemeinsamer Magnetflu regler zugeordnet ist, werden zur Erhöhung der Genauigkeit weitere Magnetkreise dieser Phase mit Sensoren zur Messung der Magnetflüsse ausgestattet, deren gemittelte Me werte mindestens einem gemeinsamen Magnetflu regler zugeführt werden.

Durch Auswertung der Differenz zwischen Soll- und Ist-Magnetflu lä t sich ein Belastungssignal bilden und einer Auswerteeinheit zuführen.

Ein Direktantrieb mit einem internen Sensor je Motorphase und Magnetflu regelung ohne und mit verstärkter Positionsabhängigkeit der ermittelten Magnetflu -Istwerte wird so aufgebaut, da ein Sensor je Motorphase, der den Magnetflu mi t, mit Eisenkernen einer Aktiveinheit ( verbunden ist und ein vom Magnetflu in der Nähe des Sensors abhängiges Signal aufnimmt, der Sensor wird von einem Magnetflu durchströmt, der seinen Richtungssinn wechselt, und einem Magnetflu durchströmt, der seinen Richtungssinn nicht wechselt, eine Signalverarbeitungseinheit ist angeordnet, die bei verstärkter Positionsabhängigkeit inklusive Ermittlung des strombedingten Magnetflusses durch Messung des Spannungsabfalles über einen Stromme widerstand oder durch Herauslösung des strombedingten Magnetflusses aus den Sensorme werten ausführt, um ein auswertbares Signal dem Magnetflu regler bereitzustellen. Die Anordnung betsteht weiter aus einem Magnetflu regler, der die ermittelten Magnetflu -Istwerte von der Signalverarbeitungseinheit und mindestens einer Führungsgrö e empfängt, diese in üblicher Weise des Regelns verarbeitet und ein Signal an das Leistungsstellglied abgibt, und mindestens ein Leistungsstellglied ist für jede Phase vorgesehen.

Ein Direktantrieb mit Magnetflu regelung unter Verwendung von 2 Sensoren je Motorphase ohne und mit verstärkter Positionsabhängigkeit der ermittelten Magnetflu -Istwerte ist so aufzubauen, da zwei Sensoren je Motorphase, die die Magnetflüsse messen, mit Eisenkernen einer Aktiveinheit verbunden sind und ein vom Magnetflu in der Nähe des Sensors (1) abhängiges Signal aufnehmen, die Sensoren werden von einem Magnetflu , der seinen Richtungssinn wechselt, und einem Magnetflu , der seinen Richtungssinn nicht wechselt, durchströmt.

Einer der Sensoren ist im Eisenkernbereich angeordnet, in dem zu einem Zeitpunkt die Magnetflüsse gleichsinnig gerichtet sind, und der andere Sensor ist im Eisenkernbereich angeordnet, in dem zum gleichen Zeitpunkt die Magnetflüsse entgegengerichtet sind, und eine Signalverarbeitungseinheit ist so angeordnet. da bei verstärkter Positionsabhän- gigkeit und ohne Gewinnung einer den Phasenstrom repräsentierenden Grö e aus den Sensorwerten eine Ermittlung des strombedingten Magnetflusses durch Messung des Spannungsabfalles über einem Stromme widerstand ausgeführt wird, um ein auswertbares Signal dem Magnetflu regler bereitzustellen.

Ein Magnetflu regler, der die ermittelten Magnetflu -Istwerte von der Signalverarbeitungs- einheit und mindestens eine Führungsgrö e empfängt, verarbeitet diese Signale in üblicher Weise des Regelns und gibt ein Signal an das Leistungsstellglied ab. Wiederum ist mindestens ein Leistungsstellglied für jede Phase erforderlich.

Nach der Erfindung wird eine Einrichtung zur Magnetflu einprägung geschaffen. die je Motorphase mindestens aus einer Signalverarbeitungseinheit, mindestens einem Magnetflu regler, der als Eingangsgrö en mindestens einen Magnetflu me wert und mindestens eine Führungsgrö e verarbeitet, sowie mindestens einem Leistungsstellglied besteht, um genau solche Phasenströme durch die Spulensysteme einzustellen, die möglichst exakt zu den von der Führungsgrö e geforderten Magnetflüssen führen.

Im weiteren werden nun Verfahren Aorgeschlagen. Ein Verfahren zur Magnetflu einprägung und zur Positionserfassung mit einem Sensor je Motorphase ohne verstärkte Positionsabhängigkeit der ermittelten Magnetflu -Istwerte ist durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet: 1. Der verstärkte Me wert des Sensors wird digitalisiert.

2. Ein Vergleich dieses Me wertes mit Werten eines Feldes, das eine Folge von erwarteten Me werten beim Durchlaufen einer Zahnteilungsperiode des Direktantriebes enthält, wird durchgeführt, und es wird ein Index i bestimmt, bei dem die grö te Übereinstimmung vorliegt.

3. Ein weiteres Feld welches eine Folge von Werten enthält, die den unverfälschten Ist- Magnetflüssen beim Durchfahren einer Zahnteilungsperiode des Direktantriebes entsprechen, wird an der Stelle i ausgelesen.

4. Der ermittelte Wert repräsentiert den unverfälschten Ist-Magnetflu und wird dem Magnetflu regler der zugehörigen Motorphase als Istwert zugeführt.

5. Der Magnetflu regler ermittelt unter Verwendung des Sollwertes des Magnetflusses und aus dem ermittelten Wert des Ist-Magnetflu es die Führungsgrö e für das Leistungsstellglied.

Ein weiteres Verfahren zur Magnetflu einprägung und zur Positionserfassung mit einem Sensor je Motorphase mit verstärkter Positionsabhängigkeit der ermittelten Magnetflu - Istwerte ist durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet: 1. Der verstärkte Me wert des Sensors wird digitalisiert.

2. Ein Vergleich dieses Me wertes mit Werten eines Feldes, das eine Folge von erwarteten Me werten beim Durchlaufen einer Zahnteilungsperiode des Direktantriebes enthält, wird durchgeführt, und es wird ein Index i bestimmt, bei dem die grö te Übereinstimmung vorliegt.

3. Ein weiteres Feld, welches eine Folge von Werten enthält, die den unverfälschten Ist- Magnetflüssen beim Durchfahren einer Zahnteilungsperiode des Direktantriebes entsprechen und so stark verstärkt wurden, da sie, wenn der strombedingte Anteil subtrahiert wird, in ihrer Amplitude dem Sollwert des Magnetflusses entsprechen, wird an der Stelle ausgelesen. Der ermittelte Wert repräsentiert den unverfälschten Ist-Magnetflu .

4. Es erfolgt die Digitalisierung des als Spannungsabfall über einem Me widerstand ermittelten Wicklungsstromes der entsprechenden Motorphase.

5. Ein Vergleich dieses Wertes mit Werten eines Feldes, das eine Folge von erwarteten Me werten beim Durchlaufen einer Zahnteilungsperiode des Direktantriebes enthält, ergibt einen Index i an der Stelle bester Übereinstimmung.

6. Ein weiteres Feld, welches eine Folge von Werten enthält, die dem erwarteten Anteil des strombedingten Magnetflusses beim Durchfahren einer Zahnteilungsperiode des Direktantriebes entsprechen, wird an der Stelle i ausgelesen. Der ermittelte Wert repräsentiert den momentanen Anteil des strombedingten Magnetflusses.

7. Der herausgelöste positionsabhängige, permanentmagnetbedingte Anteil im ermittelten Magnetflu ergibt sich durch Subtraktion der in Schritt 3 und Schritt 6 ermittelten Werte, unverfälschter Ist-Magnetflu minus Anteil des strombedingten Magnetflusses. Der positionsabhängige, permanentmagnetbedingte Anteil wird im weiteren als Ist-Magnetflu betrachtet und dem Magnetflu regler als Istgrö e zugeführt.

8. Der Magnetflu regler ermittelt unter Verwendung des Sollwertes des Magnetflusses und aus dem ermittelten Wert des Ist-Magnetflu es die Führungsgrö e für das Leistungsstellglied.

Ein anderes Verfahren zur Magnetflu einprägung und zur Positionserfassung mit 2 Sensoren je Motorphase ohne verstärkte Positionsabhängigkeit der ermittelten Magnetflu -Istwerte wird durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet: 1. Die beiden um etwa 1800 phasenversetzten Sensorme werte einer Motorphase werden separat durch Offsetjustage und Verstärkung normiert. Die Einstellung von Offset und Verstärkung erfolgen, so da sich beim Durchfahren einer Zahnteilungsperiode des Direktantriebes eine sinusähnliche Kurve zwischen etwa 0 Einheiten und dem halben maximalen Betrag der Führungsgrö e des Leistungsstellgliedes Einheiten, zum Beispiel 0 Volt bis 5 Volt ergibt.

2. Die beiden normierten Sensorme werte werden voneinander subtrahiert, um ein bipolares offsetfreies Signal doppelter Amplitude zu erhalten. Im ungestörten Betriebsfall soll die Amplitude des subtrahierten Signals gut mit der Amplitude der Führungsgrö e für das zugehörige Leistungsstellglied übereinstimmen. Das durch Subtraktion der normierten Sensorwerte ermittelte Signal wird im folgenden als Ist-Magnetflu genutzt und dem Magnetflu regler als Istgrö e zugeführt.

3. Der Magnetflu regler ermittelt unter Verwendung des Sollwertes des Magnetflusses und aus dem ermittelten Wert des Ist-Magnetflu es die Führungsgrö e für das Leistungsstellglied.

Ein Verfahren zur Magnetflu einprägung und zur Positionserfassung mit 2 Sensoren je Motorphase mit verstärkter Positionsabhängigkeit der ermittelten Magnetflu -Istwerte mit Verwendung des gemessenen Phasenstromes wird durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet: 1. Die beiden um etwa 1800 phasenversetzten Sensorme werte einer Motorphase werden durch Offsetjustage und Verstärkung normiert. Die Einstellung von Offset und Verstärkung erfolgen so, da sich beim Durchfahren einer Zahnteilungsperiode des Direktantriebes, ohne die zu den betrachteten Sensoren gehörige Motorwicklung zu bestromen, eine sinusähnliche Kurve zwischen etwa 0 Einheiten und dem halben maximaler Betrag der Führungsgrö e des Leistungsstellgliedes Einheiten ergibt. Die Motorwicklung wird wieder normal bestromt.

2. Die beiden normierten Sensorme werte werden voneinander subtrahiert. Das Ergebnis wird als Magnetflu zwischenwert für weitere Verfahrensschritte benötigt.

3. Es folgt die Digitalisierung des als Spannungsabfall über einem Me widerstand ermittelten Wicklungstromes der entsprechenden Motorphase.

4. Durch einen Vergleich dieses Wertes mit Werten eines Feldes, das eine Folge von erwarteten Me werten beim Durchlaufen einer Zahnteilungsperiode des Direktantriebes enthält, wird der Index i an der Stelle bester Übereinstimmung ermittelt.

5. Ein weiteres Feld, welches eine Folge von Werten enthält, die dem erwarteten Anteil des strombedingten Magnetflusses beim Durchfahren einer Zahnteilungsperiode des Direktantriebes entsprechen, wird an der Stelle i ausgelesen. Der ermittelte Wert repräsentiert den momentanen Anteil des strombedingten Magnetflusses.

6. Der herausgelöste positionsabhängige, permanentmagnetbedingte Anteil im ermittelten Magnetflu ergibt sich durch Subtraktion der in Schritt 2 und Schritt 5 ermittelten Werte, Magnetflu zwischenwert minus Anteil des strombedingten Magnetflusses. Der positionsabhängige, permanentmagnetbedingte Anteil wird im weiteren als Ist-Magnetflu betrachtet und dem Magnetflu regler als Istgrö e zugeführt.

7. Der Magnetflu regler ermittelt aus dem Sollwert des Magnetflusses und aus dem ermittelten Ist-Magnetflu die Führungsgrö e für das jeweilige Leistungsstellglied.

Noch ein Verfahren zur Magnetflu einprägung und zur Positionserfassung mit 2 Sensoren je Motorphase mit verstärkter Positionsabhängigkeit der ermittelten Magnetflu -Istwerte ohne die Notwendigkeit den Phasenstrom direkt zu messen wird durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet: 1. Die beiden um etwa 1800 phasenversetzten Sensorme werte einer Motorphase werden durch Offsetjustage und Verstärkung normiert. Die Einstellung von Offset und Verstärkung erfolgen so, da sich beim Durchfahren einer Zahnteilungsperiode des Direktantriebes, ohne die zu den betrachteten Sensoren gehörige Motorwicklung zu bestromen, eine sinusähnliche Kurve zwischen etwa 0 Einheiten und halben maximalen Betrag der Führungsgrö e des Leistungsstellgliedes Einheiten ergibt. Die Motorwicklung wird wieder normal bestromt.

2. Die beiden normierten Sensorme werte werden voneinander subtrahiert. Das Ergebnis wird als subtrahierter Magnetflu zwischenwert für weitere Verfahrenschritte benötigt.

3. Die beiden normierten Sensorme werte werden addiert. Das Ergebnis wird als addierter Magnetflu zwischenwert für weitere Verfahrenschritte benötigt.

4. Die addierten Magnetflu zwischenwerte werden durch Offsetjustage und Verstärkung normiert, so da ein Wert zwischen etwa 0 und (maximaler Betrag der Führungsgrö e des Leistungsstellgliedes) Einheiten entsteht, der nahezu keinen permanentmagnetbedingten Anteil aufweist, beziehungsweise fast auschlie lich vom Phasenstrom abhängig ist.

5. Der Offset des addierten Magnetflu zwischenwertes wird durch Subraktion eines Offsetwertes beseitigt und das entstandene Signal wird verstärkt, so da ein normierter addierter Magnetflu zwischenwert ensteht, dessen Wert etwa zwischen 0 und (maximaler Betrag des strombedingten Anteils des subtrahierten Magnetflu zwischenwertes) Einheiten liegt, der nahezu keinen permanentmagnetbedingten Anteil aufweist, beziehungsweise fast auschlie lich vom Phasenstrom abhängig ist.

6. Wenn der subtrahierte Magnetflu zwischenwert einen positiven Wert aufweist wird der zugehörige normierte addierte Magnetflu zwischenwert subtrahiert, ansonsten werden subtrahierter Magnetflu zwischenwert und addierter Magnetflu zwischenwert addiert, so da sich die phasenstrombedingten Anteile des subtrahierten Magnetflu zwischenwertes und des addierten Magnetflu zwischenwertes gegenseitig aufheben und der gesuchte permanentmagnetbedingte Anteil des subtrahierten Magnetflu zwischenwertes herausgelö st ist. Der positionsabhängige, permanentmagnetbedingte Anteil wird im weiteren als Ist- Magnetflu betrachtet und dem Magnetflu regler als Istgrö e zugeführt.

7. Der Magnetflu regler ermittelt aus dem Sollwert des Magnetflusses und aus dem ermittelten Ist-Magnetflu die Führungsgrö e für das jeweilige Leistungsstellglied.

Ein weiteres Verfahren zur Magnetflu einprägung und zur Positionserfassung mit 4 Sensoren je Motorphase mit verstärkter Positionsabhängigkeit der ermittelten Magnetflu -Istwerte wird durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet: 1. Die beiden äu eren um etwa 1800 phasenversetzten Sensorme werte einer Motorphase werden durch Offsetjustage und Verstärkung normiert. Die Einstellung von Offset und Verstärkung erfolgt so, da sich beim Durchfahren einer Zahnteilungsperiode des Direktantriebes, ohne die zu den betrachteten Sensoren gehörige Motorwicklung zu bestromen, eine sinusähnliche Kurve zwischen 0 Einheiten und halben maximalen Betrag der Führungsgrö e der Leistungsstellglieder Einheiten ergibt. Die jeweilige Motorwicklung wird wieder normal bestromt.

2. Die beiden äu eren normierten Sensorme werte werden voneinander subtrahiert. Das Ergebnis wird als äu erer Magnetflu zwischenwert für weitere Verfahrensschritte benötigt.

3. Der Verfahrensschritt 3 ist wie der Verfahrenschritt 1, jedoch für die beiden inneren Sensoren auszuführen.

4. Die beiden inneren normierten Sensorme werte werden voneinander subtrahiert. Das Ergebnis wird als innerer Magnetflu zwischenwert für weitere Verfahrenschritte benötigt.

5. Ein Signal, das stark vom Wicklungstrom abhängt, erhält man, indem vom inneren Magnetflu zwischenwert der äu ere Magnetflu zwischenwert subtrahiert wird. Durch Verstärkung dieses Signals erhält man den strombedingten Anteil des Magnetflusses.

6. Der herausgelöste positionsabhängige, permanentmagnetbedingte Anteil im ermittelten Magnetflu ergibt sich durch Subtraktion der in Schritt 2 und Schritt 5 ermittelten Werte, äu erer oder innerer Magnetflu zwischenwert minus strombedingter Anteil des Magnetflusses. Der positionsabhängige, permanentmagnetbedingte Anteil wird im weiteren als Ist-Magnetflu betrachtet und dem Magnetflu regler als Istgrö e zugeführt.

7. Der Magnetflu regler ermittelt aus dem Sollwert des Magnetflusses und aus dem ermittelten Ist-Magnetflu die Führungsgrö e für das Leistungsstellglied.

Das Verfahren zur Magnetflu reglung und zur Positionserfassung bei mehr als 2 Sensoren je Motorphase kann noch ergänzt werden, dadurch da 1. Sensorme werte gemittelt werden, indem n Sensorme werte addiert werden und die Summe durch die Anzahl n dividiert wird und / oder 2. da mehrere Magnetflu regler je Motorphase verwendet werden, die autark arbeiten und die gleichen Magnetflu -Sollwerte als Führungsgrö en erhalten.

Beschrieben wird ein Verfahren zur Magnetflu reglung und zur Positionserfassung, das sich dadurch auszeichnet, da durch die Abhängigkeit der Magnetflüsse von der positionsabhängigen, lokalen Zahnüberdeckungsfläche ein Positionierfehler in Form vom Sollwert abweichender Magnetflu me werte erkannt wird und da dieser Positionierfehler durch Nachregelung der Magnetflüsse zumindest teilweise korrigiert wird, was zu einer erhöhten Steifigkeit in Bewegungsrichtung führt.

Ein weiteres Verfahren zur Magnetflu reglung und zur Positionserfassung besteht darin, da die Abhängigkeit der Magnetflu me werte von der Position bzw. der lokalen Zahnüberdeckungsfläche erhöht wird, indem zusätzlich durch mindestens einen Sensor an einem oder mehreren anderen Me punkten des selben Magnetkreises ein Magnetflu gemessen wird, der sich infolge eines anderen Abstandes zur Wicklung aus einem anderen Verhältnis von wicklungsstrombedingten und permanentmagnetbedingten Magnetflu zusammensetzt und da durch eine Signalverarbeitungseinrichtung aus den Magnetflu me werten, der vorwiegend positionsabhängige, permanentmagnetbedingte Magnetflu herausgelöst wird.

Das Verfahren zur Magnetflu einprägung und zur Positionserfassung wird weiter dadurch ausgestaltet, da durch die Abhängigkeit der Magnetflüsse vom Arbeitsluftspalt, anhand der Magnetflu me werte eine Abweichung von der Sollgrö e des Arbeitsluftspaltes erkannt und durch Nachregelung des Wicklungsstromes der Magnetflu und der Arbeitsluftspalt zumindest teilweise korrigiert werden kann, wodurch sich auch eine aktive Schwingungsdämpfüng realisieren lä t.

Ein Verfahren wird zur Zustandsbeobachtung von Schrittantrieben angegeben, da darin besteht, da die Magnetflu -Me werte der Sensoren in den Magnetkreisen nicht nur zur Regelung der Magnetflüsse sondern auch zur Zustandsbeobachtung des Antriebes eingesetzt werden können, um den Antrieb besser steuerbar zu machen und da somit Schrittfehler auch ohne die Reglung der Magnetflüsse erkannt werden können, indem der durch Signalverarbeitung aus den weitestgehend positionsabhängigen permanentmagnetbedingten Anteilen der Magnetflu me werte gewonnene Positions-Istwert mit dem durch die Führungsgrö e vorgegebenen Sollwert der Position verglichen wird.

Im weiteren wird eine Anordnung für einen Direktantrieb mit internen Sensoren zur Positionserfassung bei Schrittmotoren angegeben, die aus einer Aktiveinheit aus Spulensystemen mit Eisenkernen und Permanentmagnetsystemen zur Erzeugung von Magnetflüssen, einer Passiveinheit zur Leitung der Magnetflüsse beziehungseise zur Erzeugung von Permanentmagnetflüssen, einer Führungseinheit zur Gewährleistung eines Abstandes und einer Relativbewegung zwischen Aktiveinheit und Passiveinheit, mindestens einem Leistungsstellglied je Motorphase zur Bereitstellung der Phasenströme. mindestens einem Führungsgrö engeber für die Leistungsstellglieder, mindestens einem internen Sensor je Motorphase, der zur Messung des Magnetflusses geeignet ist, mindestens zwei Signalverarbeitungseinrichtungen je Motor beziehungsweise je Koordinate bei Mehrkoordinatenantrieben, in der Regel eine Signalverarbeitungseinrichtung je Motorphase, zur Verarbeitung der Me werte der internen Sensoren, mindestens einer Signalverarbeitungseinrichtung zur Positionserfassung aus den von Signalverarbeitungseinrichtungen vorverarbeiteten Me werten von internen Sensoren der Motorphasen besteht.

Ein Verfahren wird zur Positionserfassung angegeben, da darin besteht, da unter Ausnutzung der Zahnteilung als Ma verkörperung bei Schrittmotoren und Direktantrieben, die nach dem Schrittmotorprinzip arbeiten, aus den permanentmagnetbedingten Anteilen der Magnetflu me werte von Sensoren Weg- oder Winkel-Informationen gewonnen werden können bei Durchführung folgender Verfahrensschritte: 1. Beschaffung der permanentmagnetbedingten Anteile der Magnetflu me werte von Sensoren im Antrieb, so da von mindestens 2 Motorphasen permanentmagnetbedingte Magnetflu signale vorliegen, die weitgehend unabhängig vom Phasenstrom und nahezu nur von der Position abhängig sind; 2. Berechnung des Winkels oe aus diesen Signalen nach einem Verfahren entsprechend dem Stand der Technik; bei 2 Phasen ergibt sich der Winkel cc aus dem Arcustangens vom Magnetflu signal der Sinusphase dividiert durch das Magnetflu signal der Cosinusphase, bei linearen Direktantrieben wird der Winkel bekannterweise in einen Weg umgerechnet, indem der Winkel a in Grad multipliziert mit der Periodenlänge durch 360" dividiert wird; 3. Berechnung des Periodenzählerstandes durch Zählung von Periodenübergängen unter Benutzung des in Verfahrenschritt 2 berechneten Winkels a, indem der Periodenzähler bei einem Winkelsprung von etwa > 270 ° nach etwa < 90 ° inkrementiert wird und bei einem Winkelsprung von etwa < 90 ° nach etwa > 270 ° dekrementiert wird, das hei t wenn der momentane Winkel 3° beträgt und der vorhergehende Winkel 352" war, dann wird der Periodenzähler inkrementiert; 4. Berechnung der absoluten Position x durch Multiplikation der Länge der Teilungsperiode mit dem Periodenzählerstand und anschlie ende Addition des im Verfahrenschritt 2 berechneten Weges innerhalb der Periode, bei rotatorischen Direktantrieben wird zusätzlich zum Periodenzähler ein Umdrehungszähler verwendet, dessen Zählerstand sich berechnet aus dem abgerundeten, ganzzahligen Wert aus Periodenzählerstand geteilt durch Periodenanzahl einer Umdrehung.

Eine Ergänzung des Verfahrens zur Positionserfassung besteht darin, da systematische Fehler bei der Positionserfassung, wenn sie auf systematisch abweichende Winkel a zurückzuführen sind, korrigiert werden können, indem der in Verfahrensschritt 2 berechnete Winkel a als Index zur Ermittlung eines Korrekturwertes aus einer Korrekturtabelle genutzt wird, wobei die Korrekturtabelle nach im Stand der Technik bekannten Verfahren generiert wird.

Die Anordnung des Direktantriebes mit internen Sensoren zur Positionserfassung wird dadurch ergänzt, da AD-Wandler vorgesehen sind, die die analogen Me werte digitalisieren, eine Verbindung zu einem Rechner oder einer kombinatorischen Schaltung besteht, mit der die Verfahrensschritte 1 bis 4 des bereits angegebenen Verfahrens zur Positionsbestimmung abgearbeitet und die ermittelte Position x oder der Winkel a ausgegeben wird.

Noch eine Ergänzung des Verfahrens zur Positionserfassung besteht darin, da bei gleichzeitiger Verwendung von internen Sensoren zur Magnetflu einprägung und zur Positionsbestimmung die in den genannten Verfahrensschritten herausgelösten. stark positionsabhängigen und extrem wenig phasenstromabhängigen. permanentmagnetbedingten Anteile in den Magnetflu me werten gemeinsam von Magnetflu einprägung und Positionsbestimmung benutzt werden. Unter der Vorrausetzung, da die Sensoren (1) an den in Fig. 1 bzw. Fig. 15 dargestellten Me punkten angeordnet sind und die gemessenen Gleichanteile durch geeignete Vorverstärkung und Offsetjustage nahezu identische Werte aufweisen, haben die Me werte der Sensoren 1 und 2 vereinfacht den in FTg. 9 dargestellten Verlauf und lassen sich näherungsweise wie folgt beschreiben #1 = ((#1Pmax + #1Smax) # sin (2#x/#)) + #Pgleich (1) #2 = ((#2Pmax + #2Smax) # sin (2#x/#)) + #Pgleich (2) Durch Differenzbildung der Me werte von Sensor 1 und Sensor 2 wird der zur Übergabe an den Regler geeignete Magnetflu -Istwert #Ist ermittelt: #Ist = #1 - #2 = (#1Pmax + #1Smax + #2Pmax + #2Smax) # sin (2#x/#) (3) Die Abweichung vom Sollwert des Magnetflusses ## lä t sich durch Differenzbildung von Führungsgrö e #soll und gewonnen Istwert des Magnetflusses rist ermitteln: =#soll-#ist (4) Es folgt die mathematische Beschreibung der Signalverarbeitung gema Verfahren 2 zur Gewinnung eines für die Regelung besser geeigneten, verstärkt positionsabhängigen Magnetflu -Istwertes aus den Me werten von 4 Sensoren in einem Magnetkreis eines luftgelagerten 2-Phasen-Hybridschrittmotors der in Fig. 7 dargestellten Bauart. Unter der Vorrausetzung, da die Sensoren (1) an den in Fig. 2 bzw. Fig. 7 dargestellten Me punkten angeordnet sind und die gemessenen Gleichanteile, durch geeignete Vorverstärkung und Offsetjustage, nahezu identische Werte aufweisen, haben die Me werte der Sensoren 1, 2, 3 und 4 vereinfacht den in Fig. 9 und Fig. 10 dargestellten Verlauf und lassen sich näherungsweise wie folgt beschreiben: #1 = ((#1Pmax + #1Smax) # sin (2#x/#)) + #Pgleich (1) #2 = - ((#2Pmax + #2Smax) # sin (2#x/#)) + #Pglieich (2) #3 = ((#3Pmax + #3Smax) # sin (2#x/#)) + #Pglieich (3) #4 = -((#4Pmax + #4Smax) # sin (4#x/#)) + #Pgleich (4) Durch Differenzbildung der Me werte von Sensor 1 und Sensor 2 wird ein Wert (t)A ermittelt: #A = #1 - #2 = (#1Pmax + #1Smax + #2Pmax + #2Smax) # sin (2#x/#) (5) Durch Differenzbildung der Me werte von Sensor 3 und Sensor 4 wird ein Wert <t>B ermittelt: #B = #3 - #4 = (#3Pmax + #3Smax + #4Pmax + #4Smax) # sin (2#x/#) (6) Unter der Vorraussetzung, da der Maximalwert des positionsabhängigen permanetmagnetbedingten Anteils des Magnetflusses an allen 4 Me stellen nahezu gleich gro ist, kann vereinfacht geschrieben werden: #1Pmax = #2max = #3Pmax = #4Pmax (7) Unter der Vorraussetzung der Gültigkeit von Gleichung (7) kann durch Differenzbildung der Werte von B und 4)A ein Wert #s ermittelt werden, der weitgehend nur vom wicklungstrombedingten Magnetflu und nicht vom permanentmagnetbedingten Magnetflu abhängig ist: MFR97 Einrichtung und Verfahren zur Regelung der Magneillüsse in Schrinmotoren #s = #B - #A = ((#3Smax + #4Smax)-(#1Smax + #2Smax)) # sin (2#x/#) (8) Durch die Verstärkung des weitgehend nur wicklungstromabhängigen Wertes bs mit einem konstanten Verstärkungsfaktor k ensteht ein Wert sV: <BR> <BR> #Sv = k # #s = ((#3Smax + #4Smax)-(#1Smax + #2Smax))#k#sin(2#x/#) (9) Es gibt einen Wert des konstanten Verstärkungsfaktors k für den gilt: k##s = #Sv = (#1Smax + #2Smax) # sin (2#x/#) (10) Unter der Vorraussetzung der Gültigkeit von Gleichung (10) kann durch Differenzbildung von #A und #Sv der gewünschte weitgehend positionsabhängige permanentmagnetbedingte Anteil aus dem Wert von 4)A herausgelöst werden: ist = (>A - 4)Sv = (#1Pmax + (t)2pn ) sin (2#x/#) (11) Die Abweichung vom Sollwert des Magnetflusses ## lä t sich durch Differenzbildung von Führungsgrö e soIl und gewonnen Istwert des Magnetflusses #ist ermitteln.

=#soll-#ist (12) In der mathematischen Herleitung des Magnetflu -Istwertes ist wird ein sinusförmiger Verlauf der Me werte der Sensoren unterstellt, um ein einfaches, leicht verständliches Modell zu erhalten. In der Praxis lä t sich der Magnetflu durch den Wicklungsstrom besser verstärken als schwächen, da hei t die eine Halbwelle des gemessenen Magnetflu es vor Ort ist betragsstärker als die andere Halbwelle. Durch die Subtraktion von #1 und #2 bzw. (t)3 und #4 erhält die Kurvenform des entstehenden Signals wieder ein sinusähnliches Aussehen, ähnlich der Kurvenform des Wicklungstromes.

#1 = ((#1Pmax + #1Smax) # sin (2#x/#)) + #Pgleich (1) #2 = ((#2Pmax + #2Smax) # sin (2#x/#)) + #Pgleich (2) Durch Dinerenzoudung der Meiswerte von Sensor 1 und Sensor Z wird der zur Ubergabe an den Regler geeignete Magnetflu -Istwert #Ist ermittelt: #Ist = #1 - #2 = (#1Pmax + #1Smax + #2Pmax + #2Smax) # sin (2#x/#) Die Abweichung vom Sollwert des Magnetflusses A lä t sich durch Differenzbildung von Führungsgrö e #soll und gewonnen Istwert des Magnetflusses jt ermitteln: ## = #soll - #ist (4) Tabelle 1 I in Direktantrieben ¼ Magnetflu einprägung Positionsme system C Signalverarbeitung, Herauslösung des c: :dz die Festwertspeicher die auch ohne Festwert- Anteiltin den Magnetflu me werten Y' e> arbeitet ¼ 1 und mehr 2 und mehr ohne die Notwendigkeit, mit der Notwendigkeit, Sensoren Sensors gemessen Phasenstrom- - » » Phasenstrom- je Phase je Phase werte zu verwenden werte zu verwenden mit ohne mit ohne r> verstärkte verstärkter verstärkter 2 oder mehr Sensoren 1 oder mehr Sensoren Positions- Positions- > Positions- pro C E v c o 3 a> abhängigkeit v>caZ abhängigkeit (in der Regel Vielfach von 2) 1 Mindestens 2 Motorphasen müsse 3 2 ca g Ermittlung des Winkels beziehungsweise der Position aus den a der Magnetflu me werte v, L Q) Umdrehungszähler) X y = o X \ < O es: 3 e Y X Q Q a ) ° D \ = S > C U 3 C ct X X 2 s 3 X = v . > = WZ o - n vo o 0D E > v D Verzeichnis der verwendeten Symbole #1 Magnetflu me wert von Sensor 1, vorverstärkt und Gleichanteil abgeglichen #2 Magnetflu me wert von Sensor 2, vorverstärkt und Gleichanteil abgeglichen #3 Magnetflu me wert von Sensor 3, vorverstärkt und Gleichanteil abgeglichen #4 Magnetflu me wert von Sensor 4, vorverstärkt und Gleichanteil abgeglichen T Zahnteilungsperiode, z.B. 0,64 mm (t)lPmax Maximaler Betrag des positionsabhängigen Anteils des permanentmagnet- bedingten Magnetflusses an der Me stelle von Sensor 1 (t)2Pmax Maximaler Betrag des positionsabhängigen Anteils des permanentmagnet- bedingten Magnetflusses an der Me stelle von Sensor 2 (>3Pmax Maximaler Betrag des positionsabhängigen Anteils des permanentmagnet- bedingten Magnetflusses an der Me stelle von Sensor 3 #4Pmax Maximaler Betrag des positionsabhängigen Anteils des permanentmagnet- bedingten Magnetflusses an der Me stelle von Sensor 4 #1Smax Maximaler Betrag des wicklungsstrombedingten Anteils des Magnetflusses an der Me stelle von Sensor 1 #2Smax Maximaler Betrag des wicklungsstrombedingten Anteils des Magnetflusses an der Me stelle von Sensor 2 #3Smax Maximaler Betrag des wicklungsstrombedingten Anteils des Magnetflusses an der Me stelle von Sensor 3 #4Smax Maximaler Betrag des wicklungsstrombedingten Anteils des Magnetflusses an der Me stelle von Sensor 4 #Pgleich Gleichanteil des permanentmagnetbedingten Magnetflu es Differenz der Me werte der Sensoren 1 und 2 Differenz der Me werte der Sensoren 3 und 4 #S Differenzvon #B und #A k Konstanter Verstärkungsfaktor 4>sv Produkt von 4es und k ist Istwert des Magnetflusses der dem Magnetflu regler zugeführt werden kann (t>soii Sollwert des Magnetflusses (Führungsgrö e) Regelabweichung (#soll - #ist) Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen.

Es zeigen: Fig 1 bis 6 Möglichkeiten der Anordnung von Aussparungen in Eisenkernen von Aktiveinheiten im Beispiel eines Hybridschrittmotors; Fig 7 und 8 eine Aktiv- und eine Passiveinheit, die Anordnung der Magnetflu sensoren im Magnetflu , der von Wicklungen und Permanentmagneten erzeugt wird; Fig 9 und 10 die Bestandteile und die Kurvenform eines Sensorsignals; Fig 11 und Fig 12 die Verbindung der Sensoren mit der Signalverarbeitung und der Prinzip aufb au einer Signalverarbeitungseinheit; Fig 13 das Prinzipbild der Steuerung eines Schrittmotors unter Verwendung eines Magnetflu reglers; Fig 14 die Bereitstellung der Sollwerte als Führungsgrö e zur Magnetflu reglung; Fig 15 bis 17 geben eine Übersichtsdarstellung, was unter einem planaren Direktantrieb zu verstehen ist, wie die Spulensysteme mit Eisenkernen im Beispiel des Hybridschrittmotors aufgebaut sind und wo die Hallsensoren beispielsweise angeordnet sein können; Fig 18 stellt ein Blockschaltbild für die Signalverarbeitung mit verstärkter Positionsabhängigkeit für einen 2 Phasenmotor dar; Fig 19 gibt ein Prinzipbild an, wie aus den permanentmagnetbedingten Signalen eine Positionsinformation gebildet wird; Fig 20 zeigt die Verwendung der Magnetflu einprägung und der Positionsbestimmung am Beispiel eines geregelten planaren Direktantriebes; Fig 22 gibt die Zonen A und B an, in der die Magnetflu sensoren beispielsweise anzuordnen sind; Fig 23 bis 28 stellen in Diagrammform Signalverläufe dar, wie sie in Verfahrensschritten von Magnetflu regelung und Positionsbestimmung vorkommen; Im einzelnen zeigen die Figuren folgendes: Fig 1 zeigt die Aussparungen 33 in den äu eren Schenkeln der Eisenkernen 3 im unteren Bereich. Sie werden vorzugsweise mittig im Eisenkern 3 angeordnet.

In Fig 2 sind 4 Aussparungen 33 für die internen Sensoren 1 gezeigt. Wegen des Verlegens der Sensoranschlüsse können die Aussparungen 33 in den inneren Schenkeln versetzt angeordnet sein.

Mit Hilfe der Fig 3 wird die Strukturierung der Eisenkerne 3 verdeutlicht.

Die Fig 4 zeigt noch weitere mögliche Anordnungsvarianten für 2 interne Sensoren 1 und 2 eines Magnetkreises.

In der Fig 5 werden noch weitere Anordnungsvarianten bei Verwendung von 4 internen Sensoren 1 gezeigt.

Bei Fig 6 werden Varianten für die Anordnung von 2 Sensoren 1 bei einem Direktantrieb der in Fig 8 gezeigten Bauart dargestellt.

Fig 7 gibt eine Aktiveinheit 14 und eine Passiveinheit 7 an, es wird die Führung 8 durch das Ausströmen der Luft verdeutlicht, die Anordnung von insgesamt 8 Sensoren 1 wird exemplarisch gezeigt. Zu erkennen ist die Wicklung 4 und die Permanentmagnete 5 sowie die Rückschlu platten 6. Damit kann der strombedingte Magnetflu 15 und auch der permanentmagnetbedingte Magnetflu 15 durch Pfeile gezeigt werden.

Im Unterschied zu Fig 7 zeigt die Fig 8 eine Anordnung der Permanentmagnete 5 zwischen den Eisenkernen 3, wodurch Rückschlu platten 6 entfallen.

Fig 9 beschreibt die Zusammensetzung und die Kurvenform von Sensorsignalen aus permanentmagnetbedingtem Magnetflu und aus strombedingtem Magnetflu . Erkennbar ist ein Offset (Gleichanteil). Die Permanentmagnetflüsse sind im Beispiel durch das exponentielle Me verhalten der Sensoren 1 deutlich kleiner als die strombedingten Magnetflüsse.

Bei Fig 10 sind die strombedingten Magnetflüsse stärker als in Fig 9, weil die Sensoren einen geringeren Abstand zur Wicklung 4 aufweisen.

Mit der Fig 11 wird die Verbindung der Sensoren 1 und 2 mit der Signalverarbeitung ohne verstärkte Positionsabhängigkeit dargestellt.

Die Fig 12 zeigt den Anschlu von 4 Sensoren 1 mit einer Signalverarbeitung mit verstärkter Positionsabhängigkeit.

Durch Fig 13 wird ein Prinzipbild der Steuerung eines Schrittmotors unter Verwendung von Magnetflu reglern 11 für die Motorphasen angegeben. Damit wird erläutert, was unter Magnetflu einprägung 16 zu verstehen ist.

Die Fig 14 gibt eine einfache Anordnung zur Bereitstellung von Führungsgrö en zur Magnetflu reglung an.

Fig 15 zeigt 2 Eisenkerne 3 mit Wicklung 4 und eine Aussparung 33 zur Einbringung eines internen Sensors 1.

Mit Fig 16 wird ein Eisenkern 3 aufgeklappt dargestellt, um die Aussparung 33 deutlich zu zeigen.

Die Fig 17 zeigt einen planaren Direktantrieb mit 3 Aktiveinheiten 14 auf einer Passiveinheit 7.

Fig 18 stellt ein Prinzipbild fur die Signaiverarbeitung 12 mit verstärkter Positionsabhängigkeit für einen 2 Phasenmotor mit 2 internen Sensoren 1 und 2 je Motorphase dar. Hier wird die Variante gezeigt, bei der der Strom als Spannungsabfall über einem Me widerstand abgegriffen wird.

Bei der Fig 19 wird der prinzipielle innere Aufbau einer Einrichtung zur Positionsbestimmung aus den permanentbedingten Signalen der beiden Motorphasen dargestellt.

In der Fig 20 wird ein geregelter planarer Direktantrieb gezeigt, bei dem die Magnetflu einprägung 16 und die Positionsbestimmung 19 zum Einsatz kommen.

Die Fig 21 zeigt, wie einem Me wert ein passender Korrekturwert zugeordnet wird. Es ist zu sehen, da der Me wert mit einem Feld von erwarteten Me werten innerhalb einer Periode verglichen wird und da der ermittelte Index benutzt wird, um in einem Feld von Korrekturwerten den zum Me wert passenden Korrekturwert zu ermitteln.

Fig 22 gibt die Zonen A und B an, in der die Sensoren beispielsweise angeordnet sind. Gezeigt wird, wo der Permanentmagnetflu in den Eisenkern 3 eingeleitet wird.

Die Fig 23 zeigt die permanentmagnetbedingten Me werte des Sensors 1 beim Durchfahren von drei Teilungsperioden.

Die Fig 24 zeigt die bezüglich Sensor 1 um 180 ° phasenversetzten permanentmagnetbedingten Me werte des Sensors 2, die zur gleichen Zeit aufgenommen wurden wie die in Fig 23 dargestellten Me werte.

In der Fig 25 werden die Summe aus permanentmagnetbedingten und strombedingten Magnetflüssen beim Durchfahren einer Zahnteilungsperiode gezeigt.

Bei der Fig 26 ist zeitgleich zur Fig 25 der Me wert des bezüglich Sensor 1 um 180 phasenversetzten Sensors 2 gezeigt.

Die Fig 27 gibt zum gleichen Zeitpunkt, zu dem die Me werte in Fig. 25 und 26 aufgenommen wurden, die Me werte des Phasenstromes der zugehörigen Motorphase an.

Bei der Fig 28 ist zum gleichen Zeitpunkt wie die Fig 25 bis 27 aufgenommen wurden, der Inhalt des Korrekturfeldes angegeben. Das entsprechende Feld mit Korrekturwerten für die Cosinusphase ist auch in Fig 18 zu erkennen.

Bezugszeichenliste: 3 Eisenkern 4 Wicklung, Spulensystem 5 Permanentmagnet 6 Rückschlu platte 7 Passiveinheit 8 Führungseinheit 10 D/A-Wandler ' ' 11 Magnetflu regler 12 Signalverarbeitung 2, #### Herauslösung des permanentmagnetbedingten Anteils aus den Magnetflu me werten der Sensoren 13 Leistungsstellglied 14 Aktiveinheit 15 Magnetflu 16 Einrichtung zur Magnetflu einprägung 17 Addierer 18 Subtrahierer 19 Einrichtung zur Positionsbestimmung 20 Steuereinheit 21 Positionsgenerator, Indexer 22 Umschalter 23 Umsetzer 24 Lageregler 25 Geschwindigkeitsregler 26 Kommutierungseinrichtung 27 Analog-Digital-Wandler 28 Führungsgrö e (Programm) 29 Signalverarbertung 1, Fig Herauslösung des permanentmagnetoedingten Anteils aus den Magnetflu me werten der Sensoren 31 Eisenkernbereich 32 Eisenkernbereich 34 ## Regelsignal 35 ## externes Wegme system 41 Magnetflu , der chtungssinn wechselt 42 Magnetflu , der Richtungssinn nicht wechselt 43 Funktionsfläche 66 linker Schenkel 67 rechter Schenkel