Capacitive rotation transmitter for controlling and positioning moving objects

Abstract

Abstract Translated from German Der kapazitive Linear- oder Drehgeber zum Steuern und Positionieren von bewegten Gegenständen durch Weg-, Winkel- oder Geschwindigkeitsmessung des bewegten Gegenstandes besteht in seiner Ausführung als Drehgeber aus zwei einen gegenseitigen Abstand bildenden, einander gegenüberliegenden Statoren, in deren Zwischenraum ein Rotor drehbar ist, der drehfest mit einer Welle verbunden ist, welche mit dem bewegten Gegenstand gekoppelt ist. In den jeweils sich bildenden Luftspalten zwischen dem einen Stator und dem Rotor und dem Rotor und dem anderen Stator sind Kapazitätswerte meßbar, die sich bei der Drehung des Rotors ändern. The capacitive linear or rotary encoder for controlling and positioning moving objects by measuring the distance, angle or speed of the moving object consists in its design as a rotary encoder of two mutually spaced, opposite stators, in the space between which a rotor can be rotated is rotatably connected to a shaft which is coupled to the moving object. In the respective air gaps that form between the one stator and the rotor and the rotor and the other stator, capacitance values can be measured that change as the rotor rotates. Zur Erreichung einer überlegenen Genauigkeit und Auflösung sind die Beläge so auf dem Rotor und den Statoren angeordnet, daß sich mindestens zwei kreisringförmige, konzentrische Bereiche ergeben, von denen der eine Bereich die Meßspur eines Grobmeßsystems und der andere Bereich die Meßspur eines Feinmeßsystems bildet. Die digital erfassten Werte des Grobmeßsystems werden mit den Werten des Feinmeßsystems so kombiniert, daß sich ein eindeutig definierter Absolutwert für den Drehwinkel ergibt. Dies wird dadurch erreicht, daß die von auseinander zugeordneten Belägen von Rotor und Statoren entstehenden Koppelkapazitäten einen Verlauf über die Verdrehung der Welle aufweisen, der stückweise sinusförmig ist und daß durch Addition mehrerer gegenseitig verschobener und mit unterschiedlichem Vorzeichen versehener stückweise sinusförmig verlaufender Kapazitätsverläufe ein etwa rein sinusförmiger Kapazitätsverlauf mit einer von der Anzahl der Meßspuren abhängigen Periode entsteht. To achieve superior accuracy and resolution, the pads are arranged on the rotor and stators in such a way that there are at least two circular, concentric areas, of which one area forms the measuring track of a coarse measuring system and the other area forms the measuring track of a fine measuring system. The digitally recorded values of the coarse measuring system are combined with the values of the fine measuring system in such a way that a clearly defined absolute value for the angle of rotation results. This is achieved in that the coupling capacitances arising from mutually assigned linings of the rotor and stators have a course over the rotation of the shaft which is piecewise sinusoidal and that by adding several mutually displaced and with different signs piecewise sinusoidal capacitance courses an approximately purely sinusoidal Capacity curve with a period dependent on the number of measuring tracks arises.

Inventors

• 👤 Claus-Peter Dipl.Ing. Krumholz
• 👤 Thomas Dipl.Ing. Walter

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