多转限制装置和限制马达驱动的元件的运动的方法与流程

1.本发明涉及一种用于限制由马达驱动的元件的运动的多转限制装置，该限制装置包括配置为用于存储与该元件的限制位置相对应的值的存储器、配置为用于提供与该元件的位置相对应的传感器信号的传感器、用于向该马达提供切换信号的输出、以及连接至该传感器以用于接收该传感器信号、连接至该存储器以用于获取该值并且连接至输出以用于提供切换信号的控制器，其中，该控制器配置为取决于传感器信号和该值来提供切换信号。


背景技术：

2.多转限制装置具有各种应用，其中一些应用在种植领域中找到。具体地，限制装置应用在温室中。温室通常具有一系列窗户，通过使用马达驱动这些窗户可打开和关闭这些窗户。通常使用单个马达驱动多个窗户，因此必须提供相对大量的扭矩。为此目的，提供了传动器，该传动器允许该马达在窗户的运动范围内(即，摆动)转动相对大的次数。为了防止对窗户、驱动系统或温室的其他部件的损坏，当窗户完全打开或完全关闭时，马达必须停止。当然，该多转限制装置可以用于限制其他部件的运动。特别地，它们可以用于温室幕帘。
3.多转限制装置通过在多个旋转期间跟踪车轴的位置来限制元件(例如，在当前示例中驱动窗户的车轴)的运动，即使该车轴需要在元件的允许运动范围内旋转多次。为了使元件停止运动，将元件的位置与存储在存储器中的限制位置进行比较，并且将切换信号提供给驱动元件的马达。切换信号可以是马达电流，或者可以是马达驱动器的数字或模拟输入。
4.为了区分用于多转应用的允许的运动范围内的两个不同位置，通常连续地跟踪元件的位置就足够，因为可以相应地对旋转量进行计数和存储。然而，在临时断电之后，使用此方法的限制装置不能确定该元件在断电期间是否运动以及运动了多少，因为它们不能在该元件的由整数转数分开的位置之间进行区分。因此，它们被认为是不安全的。lock antriebstechniek gmbh在ep 3249767a2中提出了该问题的解决方案。其中呈现的解决方案是采用电池或例如经由运动元件的磁感应供应其自己的能量的传感器。
5.然而，ep 3249767a2的限制装置确实具有缺点。一方面，电池可能耗尽并且具有相当有限的寿命。此外，采用它们正在感测的元件的磁感应的传感器(诸如wigand传感器)相对复杂，因此可能相对昂贵，并且有时使用专有设计。


技术实现要素：

6.因此，本发明的目的是提供一种较不复杂和/或不依赖于电池和/或具有延长的寿命的多转限制装置。
7.根据本发明，所述目的是通过根据前序部分的多转限制装置实现的，该多转限制装置的特征在于，该多转限制装置还包括可动构件，该可动构件经由具有非单一的第一传动比的传动器可机械地联接到元件上，以及另外的传感器，该另外的传感器配置为提供与可动构件的位置相对应的另外的传感器信号，其中，控制器还连接至该另外的传感器以用
于接收该另外的传感器信号，并且其中，控制器配置为还取决于该另外的传感器信号提供至少一个切换信号。
8.使用经由非单一的传动比最终连接至元件上的另外的传感器允许以相对大的精度在多转范围内感测该元件的位置。添加第二传感器的原理受nonius原理(在一些组织中称为vernier原理)启发，并且如下工作。通过添加具有非单一的传动比(即，不等于1的传动比)的另外的传感器，存在从元件到传感器以及从元件到另外的传感器的传动比的差异。因此，对于该元件的每次运动，该传感器和该另外的传感器运动不同的量。通过选择合适的传动比，可以在元件的多次转动上获得来自传感器和另外的传感器的读数的相对大量的唯一组合。
9.通常，如果使用具有相对大的传动比的传动器，则还可以将多转范围转换成单转范围。使用这种传动器允许对元件使用单个位置传感器。然而，由于较大的传动比，这样的配置引入相当高的误差容限。由于根据本发明的限制装置使用了两个传动比的组合，传感器的读数的唯一组合可以跨越类似的范围，而不需要相对大的传动比。这样，根据本发明的限制装置可以是更精确的。
10.本发明的概念可以通过使用又一可动构件和又一传感器来扩展，当然该传感器和该又一传感器具有不同的传动比。通过选择合适的传动比，精度或范围可根据需要增加。如果期望的话，可以添加甚至更多的不同的传动比的可动构件和传感器。
11.该限制装置可以包括处理器，该处理器配置为对该控制器的运行进行检查。处理器可以例如配置为验证控制器提供输出，或者在特定条件下提供特定输出，否则提供误差信号。处理器可以是与控制器分离的独立的硬件。然而，控制器和处理器可以体现为在一个或多个共享硬件部件上运行的单独的软件模块。
12.传感器和可选地另外的传感器可以是角位置传感器。角位置传感器是可用的，其能够以足够的精度确定角位置。然而，角位置传感器自身无法区分彼此分开整数转数的角位置。使用可动构件和不同的传动比，可以甚至在该元件的若干次转动上产生传感器读数的唯一组合。
13.有利地，传感器和可选地另外的传感器是霍尔效应传感器。这种传感器是容易获得的，并且当在如在此所描述的限制装置中使用时，可以在相对大量的转数上提供足够的精度。
14.在该限制装置的实施例中，该限制装置包括第二可动构件，该第二可动构件经由具有第二传动比的第二传动器可机械地联接到元件，该第二传动比与第一传动比不同，其中该传感器配置为取决于该第二可动构件的位置来提供该传感器信号。
15.引入第二可动构件允许引入第二传动器。通过引入第二传动器，传动器和第二传动器可彼此调节以便产生相对大量的传感器读数的唯一组合，由此以相对高的精度跨越相对大的运动范围。为两个传感器使用两个单独且不同的传动器允许选择传动比中的适当的差异，而不需要一个相对较大的传动比。
16.在该限制装置的另一实施例中，以整数表示的第一传动比是并且以整数表示的第二传动比是其中，对于n低于25不具有非零整数解，优选地非零整数解不低于40、更优选地不低于50的n，其中优选地最低非零整数解是n＝57。
17.低于相应阈值时上述方程没有非零整数解保证了限制装置可以区分的元件的最小转动量。如此，当n＝57时，限制装置可以区分散布在元件的57次旋转上的位置。因此，例如，只要窗户需要57次转动或更少的转动来完全打开或关闭，就可以唯一地确定窗户的位置。申请人已经发现n＝57对于一些温室应用是有利的，因为它同时允许足够的范围和精度。然而，对于其他应用，有可能使用n＝207或者甚至更高的最低非零整数解。可以选择传动比以便达到期望的n的最低整数解。
18.替代性地或附加地，有可能选择不同的传动比，即，实际上，这将导致n》1。总体上，有利的是分别选择p1和q1中的至少一者和/或p2和q2中的至少一者作为质数。这有助于实现唯一的传动比，优选地具有相对大的最小公倍数，例如，等于它们的乘积的最小公倍数。
19.在该限制装置的又一实施例中，该控制器配置为用于将该传感器信号与另外的信号进行比较、并且基于所述比较来提供误差信号。
20.由于传感器都联接到元件，传感器信号的变化与另外的传感器信号的变化相关，反之亦然。因此，通过将传感器信号与另外的传感器信号进行比较，能够确认两个传感器都如所期望地操作。如果没有，可以给出错误信号，以便例如操作人员可以维修限制装置。还可以基于比较来切换切换信号，以使马达转动，以防止在限制装置的误操作期间使元件运动。这增加了限制装置的鲁棒性。
21.在该限制装置的又一实施例中，该限制装置还包括用于接合该元件的可动接合构件，该接合构件被机械地联接到至少该可动构件并且可选地联接到另外的可动构件。
22.该接合构件可以将元件的运动传递至该可动元件并且可地传递至第二可动元件。接合构件可以设置有用于接合元件的花键。当然，可以采用将运动从该元件传递至该接合构件的其他方法。
23.在该限制装置的又一实施例中，以下各项中的至少一项包括嵌齿：可动构件、第二可动构件、以及接合构件。
24.使用嵌齿可以获得可靠的传动。进一步地，使用嵌齿允许传感器和/或另外的传感器提供与被直接固定到嵌齿上的部件(诸如车轴)的位置相对应的信号。这允许相对简单的设计。
25.具体地，该接合构件可以设置有两组嵌齿，其中嵌齿的数量相互不同。
26.使用具有不同数量的嵌齿(嵌齿轮上的突起或齿)的两组嵌齿允许将两个(或更多个)传感器经由接合构件连接至元件，而同时有助于经由不同数量的嵌齿来提供传动比的差异。
27.附加地或替代性地，可动构件和第二可动构件都可以设置有一组嵌齿，其中嵌齿的数量相互不同。
28.可动构件可以设置有嵌齿以便联接到接合构件。通过对每个可动构件采用不同数量的嵌齿，可以获得或增大传动比的差异。
29.具体地，如果接合构件和可动构件都设置有多组嵌齿，则可以获得传动比的特别大的差异，这可以允许选择期望的传动比差异。
30.在该限制装置的又一实施例中，该限制装置还包括壳体，其中至少控制器、传感
器、可动构件、以及另外的传感器被容纳在壳体中，输出被提供到壳体的外部。
31.将所述部件放置在壳体中允许使用该限制装置作为独立装置，该独立装置可以放置在马达驱动元件附近，而不必靠近马达或与马达集成。这可以使限制装置更加通用。此外，该壳体可以保护这些部件免受温室中出现的环境(诸如相对高的湿度和温度)的影响。该输出(例如，电输出或电子输出)可以用于例如在该限制装置的一定距离处将马达连接至限制装置。
32.控制器、传感器、可动构件和另外的传感器可以被容纳在单个壳体中。
33.壳体可被放置到用于通过马达驱动元件的齿轮箱中或与齿轮箱集成。
34.控制器还可以配置为在输出处提供位置信号，该位置信号与元件的位置相对应。该位置信号可以被外部控制装置(诸如气候计算机)使用，从而取决于元件的位置来控制该马达，由此基本上产生反馈回路。
35.这与现有技术截然不同，在现有技术中，为了部分地打开或关闭窗户，通常使马达运行预定的时间段。该预定时间段被计算为使部件在两个限制位置之间运动所需要的总时间(例如，完全打开和/或关闭窗户或幕帘所需的时间)的一小部分。所需要的总时间通常通过每天在限制位置之间来回移动部件至少一次来确定。取决于所涉及的部件，这可能花费3至15分钟。
36.通过使用限制装置的位置信号来控制马达，可以进行更精确的控制。此外，不再需要每天一次在限制位置之间移动部件。这样，使用位置信号允许更长时间且更精确地将这些部件放置在最佳的或期望的位置中。在例如温室中，这可以增强生长条件。
37.注意，原则上可以使用位置信号作为控制回路的一部分也用于确定限制位置。然而，在安全的问题上，限制装置提供与位置信号分离的切换信号仍然是非常重要的。具体地，使用切换信号允许限制装置切换马达，使得例如基于该位置信号运行的气候计算机对于安全性不是至关重要的。
38.控制器还可以配置为基于传感器信号和另一方面的另外的传感器信号与存储在存储器中的中间位置之间的比较来提供第二切换信号。因此，限制装置可以用于为需要在中间位置切换的辅助装置(诸如风扇)提供切换信号。此外，第二开关信号可以在限制位置附近使用，以便去除驱动元件的马达的速度。当然可以提供若干个不同的第二开关信号。
39.第二开关信号和/或位置信号可以在输出处提供。
40.该壳体可以限定用于车轴的进给部，该车轴是由该马达驱动的元件。
41.通过提供进给部，该限制装置可以联接至车轴上。同时，当使用进给部时，壳体可以保护元件之间的接口免受外部影响。该进给部可以是通孔或盲孔。
42.本发明还涉及根据前面的权利要求的多转限制装置与可由马达驱动的元件的组件，该限制装置将元件与接合构件接合以用于将至少可动构件并且可选地将另外的可动构件机械地联接至该元件，其中可选地，该组件还包括连接至元件以用于驱动该元件的马达。
43.该组件可以包括如上所述的限制装置，该限制装置单独地或以任何合适的组合具有任何上述特征。
44.本发明还涉及一种限制由马达驱动的元件的运动的方法，该方法包括：感测元件的位置；感测可动构件的位置，该可动构件经由具有非单一的第一传动比的传动器机械地联接至该元件；将所感测的位置与预定的限制位置进行比较；以及基于所述比较来切换马
达。
45.通过感测该元件和可动元件的位置，可跨越元件的多次转动相对精确地测量位置的唯一组合。
46.感测该元件的位置可以包括感测第二可动构件的位置，该第二可动构件经由与该第一传动比不同的第二传动比机械地联接到该元件。
47.使用第二可动构件允许引入第二传动比，这进而允许选择传动比从而产生更大数量的唯一位置组合。
48.控制器可以通信连接至无线通信装置，并且可以被配置为：
49.响应于由无线通信装置接收的第一指令，将基于传感器信号的所测量的位置存储在存储器中作为所述限制位置。
附图说明
50.将参考附图进一步阐明本发明，其中：
51.图1示意性地示出温室的透视图；
52.图2示意性地示出驱动元件的马达的透视图；
53.图3示意性地示出多转限制装置的透视图；
54.图4示意性示出图3的限制装置的分解图；以及
55.图5示意性地示出图3和图4的限制装置的内部的俯视图。
56.贯穿附图，将使用相似的附图标记指代相似的元件。
具体实施方式
57.图1示出具有透明壁和透明屋顶2的温室1。所示的温室1具有打开的窗户3和关闭的窗户4。两个窗户3、4可以通过从温室1内使杆5运动而铰接打开或关闭。实际上，温室具有更多的窗户3、4，并且一系列窗户通过驱动它们各自的杆5来同时操作。
58.驱动力通常来自安装在温室1内的框架7上的马达6(见图2)。在该示例中，马达6供给齿轮箱8以使轴9旋转。轴9将力传递到由马达6驱动的所有窗户3、4。作为示例，轴9被示出为经由放置在安装箱11内部的齿条(未图示)连接至小齿轮10。小齿轮10可以直接连接至杆5以用于打开窗户3、4。这样，可见轴9的旋转控制了窗户3、4的运动。为了防止对窗户3、4、马达6、温室1或其中/其内的其他元件的损坏，窗户3、4的运动必须限制在它们允许的运动范围，即，限制在它们的完全关闭位置与完全打开位置之间的任何位置。因为轴9的旋转限定了窗户3、4的运动，所以窗户3、4的运动可以原则上通过将轴9的运动限制在与窗户3、4的允许的运动范围相对应的范围内来被限制。
59.为此，限制装置12连接至轴9。限制装置12向马达6提供切换信号。马达6通过按照切换信号来驱动轴9从而响应于限制信号。切换信号可以相应地命令马达6在特定方向上驱动轴和/或停止旋转。实际上，切换信号简单地是马达电流，然而也可以使用另一模拟或数字切换信号。
60.为了完全打开或关闭窗户3、4，轴9必须旋转多次。这样，在窗户3、4的运动范围内，轴9若干次具有相同的角位置。因此，不可能从轴9自身的角位置唯一地确定窗户3、4的位置。因此，存在跟踪轴9的旋转并且相应地确定窗户3、4的位置的多转限制装置。
61.如在此描述的限制装置12是这样的多转限制装置12，因为它允许跨元件的多转区分元件的若干个位置。以下将参考图3至图5，在不进一步参考窗户3、4、轴9或温室1的情况下，进一步详细地描述多转限制装置12，因为本发明还可以用于限制温室幕帘的运动，而且还可以应用于限制由在该部件的运动范围内旋转超过一整圈的元件致动的其他部件。
62.多转限制装置12包括具有用于车轴的馈通件14的壳体15、16。壳体15、16由底部部分15和顶部部分16组成，该底部部分和顶部部分使用卡扣连接器17而彼此安装。在壳体15、16的外部，以若干电连接器的形式提供了输出18。通过将电线附接到输出18的电连接器上，由多转限制装置12提供的信号可以在别处使用。
63.在图4和图5中，可以看到该多转限制装置包括接合构件19，该接合构件具有与该馈通件14对齐的通孔。该接合构件19具有花键20，通过该花键接合构件19可以连接至车轴。花键20将车轴的旋转运动传递至接合构件19。接合构件19具有两组不同的嵌齿21、22，这些嵌齿彼此和花键20一起旋转。
64.第一组嵌齿21通过可动元件23的一组嵌齿24连接至可动元件23。因此，接合构件19的旋转经由由两组相互作用的齿轮组21、24限定的传动比传递至可动元件23。第二组嵌齿22通过第二可动元件25的一组嵌齿26连接至第二可动元件25。因此，接合构件19的旋转经由由两组相互作用的嵌齿22、26限定的传动比传递至第二可动元件25。
65.两个永磁体27、28分别安装在可动元件23、25的接收空间中，使得它们与可动元件23、25一起旋转。限制装置12进一步包括印制电路板29，若干个部件附接至该印制电路板29。为了清楚起见，印制电路板29的部件被示出为与图4中的板分离。在这些部件之中是两个霍尔效应传感器30、31，这两个霍尔效应传感器配置为用于通过由永磁体27、28产生的磁场来测量可动元件23和第二可动元件25的角位置。由于可动元件23、25的角位置与接合构件19的运动联接，并且因此可以与由马达驱动的元件的运动联接，霍尔效应传感器30、31间接测量该元件的角位置。然而，因为从元件到可动元件23、25的传动对于每个传感器30、31是不同的，所以传感器测量值是相关的，但不是相等的。传感器30、31连接至控制器32，该控制器32从传感器30、31接收信号。控制器32在输出18处提供切换信号。控制器具有内置存储器，然而也可以使用外部存储器。
66.元件的每次运动引起可动元件23、25的对应运动。只要元件的运动不导致两个可动元件23、25的整数量的旋转，来自传感器30、31的读数的组合是唯一的。因此，所述组合在预定范围内是唯一的。该范围由在两个可动元件23、25的位置的两个相等组合之间的元件的转数确定。通过选择合适的传动比，该范围可以相对较宽。在图中所示的限制装置12中，该接合构件具有两组嵌齿，分别具有26和35个嵌齿。可动元件23具有19个嵌齿以及与接合构件19的35个嵌齿啮合的齿轮。第二可动元件具有39个嵌齿并且与接合构件19的26个嵌齿啮合。
67.因此，对于结合构件19的n次旋转，可动元件23运动次旋转，并且第二可动元件25运动次旋转。当n＝57时，m1＝105并且m2＝38。不存在m1和m2两者都是整数的较低的n。这样，在接合元件的0至57次旋转之间，可动元件23、25的角位置的每个组合是唯一的。当然，接合构件19可以经由单一传动或一些其他传动联接至该元件。尽管如此，通过使用对于传感器的两个不同的传动，接合构件19的位置、并且因此还有元件的位置
可以在相对大的范围内唯一地确定。
68.尽管上面已经参考多个具体示例和实施例描述了本发明，但是本发明不限于此。相反，本发明还覆盖了由当前跟随的权利要求所限定的主题。