IT201800007113A1 - Metodo di rilevamento della posizione assoluta di un elemento girevole e trasduttore multigiro assoluto - Google Patents

Description

Descrizione della domanda di brevetto per invenzione industriale avente per titolo:

“Metodo di rilevamento della posizione assoluta di un elemento girevole e trasduttore multigiro assoluto”

Campo tecnico dell’invenzione

La presente invenzione riguarda un metodo per rilevare la posizione assoluta di un elemento girevole mediante un trasduttore multigiro, nonché un trasduttore multigiro. In particolare il metodo è relativo al rilevamento della posizione assoluta su più giri dell’elemento girevole.

Tecnica nota

Sono noti nell’arte dispositivi per rilevare la posizione assoluto di un elemento girevole (tipicamente un albero) su più giri, in particolare dei trasduttori multigiro assoluti di diversi tipi. Tipicamente tali trasduttori comprendono un sensore assoluto a singolo giro, atto a rilevare la posizione assoluta dell’elemento girevole in un singolo giro, e un modulo di conteggio dei giri, atto a rilevare il numero di giri compiuti dall’elemento girevole. La combinazione dei rilevamenti di ciascuno di questi componenti permette di ottenere la posizione assoluta dell’elemento girevole su una pluralità nota di giri.

Tra i trasduttori noti, una tipologia prevede la presenza di un sensore di Hall e di un magnete come sensore assoluto a singolo giro, e una coppia di interruttori magneticamente azionabili, tipicamente degli interruttori reed, come contatore di giri. Durante la rotazione del magnete i due interruttori sono azionati alternativamente. Il numero di giri viene determinato tramite il conteggio delle attivazioni di uno degli interruttori. Per determinare il senso di rotazione, oppure avere la posizione assoluta su più giri dell’elemento girevole, la posizione assoluta è monitorata di continuo dal sensore assoluto durante la rotazione dell’elemento.

Un problema di questi trasduttori noti sta proprio nella necessità di monitorare di continuo la posizione assoluta dell’elemento girevole. Tale monitoraggio comporta un alto consumo di energia elettrica, ed è problematica in particolare quando l’alimentazione in energia elettrica è fornita da fonte esauribile come batterie o sistemi di harvesting.

Breve sommario dell’invenzione

Scopo della presente invenzione è pertanto quello di proporre un trasduttore multigiro assoluto nonché un metodo di rilevamento della posizione assoluta di un elemento girevole che permettano un minore consumo di energia elettrica.

Nell’ambito di tale compito è ulteriore scopo dell’invenzione quello di fornire un trasduttore multigiro assoluto e un metodo di rilevamento della posizione assoluta di un elemento girevole che consentano il rilevamento di anomalie nella determinazione della posizione assoluta multigiro dell’elemento girevole.

Questi ed altri scopi vengono raggiunti da un metodo per rilevare la posizione assoluta di un elemento girevole secondo la rivendicazione 1, e da un trasduttore multigiro assoluto secondo la rivendicazione 8.

Le rivendicazioni dipendenti definiscono possibili vantaggiose forme di realizzazione dell’invenzione.

Breve descrizione dei disegni

Per meglio comprendere l’invenzione ed apprezzarne i vantaggi verranno di seguito descritte alcune sue forme di realizzazione esemplificative non limitative, facendo riferimento alle figure annesse, in cui:

le figure 1a-1c illustrano schematicamente il trasduttore secondo l’invenzione in tre fasi successive di funzionamento.

Descrizione di forme di realizzazione dell’invenzione

Un trasduttore multigiro assoluto secondo l’invenzione è indicato nelle annesse figure con il riferimento 1. Il trasduttore multigiro assoluto 1 è del tipo indicato nell’introduzione della presente descrizione.

In generale, il trasduttore multigiro assoluto 1 viene usato per rilevare la posizione assoluta di un elemento girevole, ad esempio un albero, su più giri. Il trasduttore multigiro assoluto 1 comprende un magnete 2 connesso all’elemento girevole in modo da ruotare con esso, un dispositivo di rilevamento assoluto 3 per rilevare la posizione assoluta dell’elemento in un singolo giro, e un gruppo di rilevamento multigiro 4 per determinare il numero di giri eseguiti dall’elemento girevole.

Il magnete 2 è un magnete convenzionale, che comprende due poli 2A, 2B, tipicamente un polo nord e un polo sud.

Nella forma di realizzazione preferita dell’invenzione, il dispositivo di rilevamento assoluto 3 è un sensore ad effetto di Hall, ma può essere anche qualsiasi componente atto a rilevare la posizione assoluta dell’elemento girevole in un singolo giro. Il sensore a effetto di Hall è opportunamente disposto in vicinanza del magnete 2 per seguirne la rotazione, come illustrato nelle figure.

Secondo la presente invenzione, il gruppo di rilevamento multigiro 4 comprende almeno tre interruttori 4A, 4B, 4C attivabili disposti attorno al magnete 2 in modo tale da poter discriminare almeno tre posizioni diverse dell’elemento girevole.

In tal modo, durante la rotazione dell’elemento girevole, l’attivazione degli interruttori 4A, 4B, 4C permette di identificare tre posizioni prestabilite del magnete 2. Assumendo ciclicamente queste tre posizioni, il magnete 2 determina una attivazione degli interruttori in sequenza, in particolare in una sequenza ciclica, che permette di contare il numero di giri eseguiti dal magnete 2, e quindi dall’elemento girevole, e anche di determinare il senso di rotazione dell’elemento.

Ciò permette di determinare il numero di giri senza dover monitorare di continuo la posizione assoluta dell’elemento in un singolo giro, con conseguente risparmio di energia elettrica rispetto ai trasduttori multigiro assoluti noti. Con il trasduttore 1 secondo l’invenzione, la posizione assoluta dell’elemento all’interno di un singolo giro è letta soltanto quando viene richiesta al sensore la posizione assoluta multigiro.

Nella forma di realizzazione preferita, il gruppo di rilevamento multigiro 4 comprende tre interruttori 4A, 4B, 4C. Ma il numero di interruttori può essere superiore, a seconda delle esigenze. Più posizioni del magnete 2 si determinano, più il dispositivo sarà affidabile nella segnalazione di eventuali anomalie.

Preferibilmente, gli interruttori 4A-C sono disposti in modo tale per cui ciascuno di essi viene attivato singolarmente dal magnete 2. Con attivato singolarmente, si intende nel contesto della presente invenzione che quando uno degli interruttori è attivato dal magnete 2, gli altri non lo sono.

Nell’esempio illustrato nelle figure, il gruppo di rilevamento multigiro 4 comprende tre interruttori 4A, 4B, 4C che sono disposti in modo che gli interruttori 4A, 4B, 4C non siano allineati due a due con il centro di rotazione del magnete 2. In particolare gli interruttori sono distribuiti angolarmente attorno al magnete 2, ma possono essere disposti in modo diverso purché siano attivabili uno a uno dal magnete 2.

Gli interruttori 4A-C sono preferibilmente del tipo attivabile magneticamente, e vengono attivati dal magnete 2. Ancora più preferibilmente sono degli interruttori reed, ma possono essere altri tipi di interruttori purché siano attivabili dal magnete 2. In alternativa è possibile prevedere interruttori attivabili in modo diverso, ad esempio meccanicamente dall’elemento girevole.

Vantaggiosamente, il trasduttore multigiro assoluto 1 comprende anche un contatore (non illustrato) per contare il numero di attivazioni degli interruttori 4A, 4B, 4C, in particolare da parte del magnete 2. Più preferibilmente il trasduttore 1 comprende due contatori, per contare il numero di attivazioni degli interruttori 4A, 4B, 4C compiute da entrambi i due poli 2A, 2B del magnete 2 separatamente (ciascun contatore conta le attivazioni causate da un rispettivo polo 2A, 2B). Preferibilmente il contatore (o i contatori) fa parte di un software che gestisce il funzionamento del trasduttore.

La presente invenzione riguarda anche un metodo per rilevare la posizione assoluta di un elemento girevole, tipicamente un albero o simile, mediante un trasduttore multigiro assoluto come sopra descritto.

Più precisamente il metodo si esegue mediante un trasduttore multigiro assoluto 1 comprende un magnete 2 connesso all’elemento girevole in modo da ruotare con esso, un dispositivo di rilevamento assoluto 3 per rilevare la posizione assoluta dell’elemento in un singolo giro, e un gruppo di rilevamento multigiro 4 per contare il numero di giri eseguiti dall’elemento girevole e contenente almeno tre interruttori 4A, 4B, 4C attivabili magneticamente e posizionati attorno al magnete 2 in modo tale da poter discriminare almeno tre posizioni diverse del magnete 2 in un singolo giro.

Il metodo secondo l’invenzione comprende una fase di rilevamento di una sequenza di attivazioni degli interruttori 4A-C.

Secondo una forma di realizzazione preferibile, la sequenza di attivazioni degli interruttori 4A-C è ciclica. In tal modo quando si arriva al fine di un ciclo, si sa che il magnete 2 (e quindi anche l’elemento girevole) ha compiuto un giro. Inoltre, tenendo conto che grazie alle attivazioni si possono identificare tre posizioni diverse del magnete 2 in un singolo giro, la lettura della sequenza delle attivazioni permette di identificare anche il senso di rotazione del magnete 2.

Un esempio della sequenza di attivazioni è illustrato a titolo di esempio non limitativo nelle figure 1a-1c. Va notato che in tale esempio gli interruttori 4A-C sono del tipo magneticamente attivabili e vengono indifferentemente attivati dall’uno o l’altro polo 2A, 2B del magnete 2.

Nella configurazione del trasduttore della figura 1a, il magnete 2 attiva l’interruttore 4C mediante il polo 2A.

Girando in senso orario, si arriva alla configurazione di cui alla figura 1b, in cui l’interruttore 4B è attivato dall’altro polo 2B del magnete 2.

Continuando la rotazione in senso orario del magnete 2, si arriva alla configurazione di cui alla figura 1c, in cui l’interruttore 4A è attivato dal primo polo 2A del magnete 2.

Proseguendo la rotazione del magnete 2 in senso orario fino a compimento di un giro intero, sono attivati gli interruttori 4C, 4B, 4A e 4C, tornando alla configurazione di cui alla figura 1a. Si noti che nella disposizione degli interruttori 4A-C dell’esempio illustrato, gli interruttori 4A-C sono attivati alternativamente dal primo polo 2A e dal secondo polo 2B del magnete 2.

La rotazione in senso orario del magnete 2 ha generato la sequenza 4C-4B-4A-4C-4B-4A-4C. Nel caso ci fosse una rotazione del magnete 2 in senso antiorario si otterrebbe la sequenza 4C-4A-4B-4C-4A-4B-4C. Si evince che la generazione di una sequenza di attivazioni permette non solo di contare il numero di giri compiuti dall’elemento, ma anche di conoscere il senso di rotazione, in quanto la sequenza ottenuta è diversa a seconda del senso di rotazione. Preferibilmente nel seguire la sequenza di attivazioni degli interruttori 4A-C, il metodo comprende una fase di separazione delle sequenze di attivazioni relative a ciascuno dei due poli 2A, 2B del magnete 2.

Come detto in precedenza, nell’esempio illustrato gli interruttori 4A-C sono attivati alternativamente dal primo polo 2A e dal secondo polo 2B del magnete 2. La sequenza generata dal primo polo 2A è 4C-4A-4B-4C, mentre la sequenza generata dal secondo polo 2B è 4B-4C-4A.

Preferibilmente si provvede a determinare il numero di giri compiuti da un primo dei due poli 2A, 2B mediante il conteggio di attivazioni degli interruttori 4A-C mediante un primo contatore. Ancora più preferibilmente si contano le attivazioni compiute da ciascuno dei due poli 2A, 2B mediante due contatori, ciascuno di essi contando le attivazioni di un rispettivo polo 2A, 2B.

Sulla base della sequenza di attivazioni ottenuta, si provvede a incrementare o decrementare il numero di attivazioni per uno o entrambi i poli 2A, 2B di uno, tenendo conto del senso di rotazione dell’elemento girevole.

Successivamente, il metodo prevede preferibilmente di determinare il numero di giri eseguiti dall’elemento girevole mediante il conteggio di attivazioni degli interruttori 4A-C dovuti a un primo 2A dei due poli 2A, 2B del magnete 2, e la divisione di tale conteggio per il numero di interruttori 4A-C. Ancora più preferibilmente, si determina il numero di giri eseguiti dall’elemento girevole mediante il conteggio di attivazioni degli interruttori 4A-C dovuti anche al secondo 2B dei due poli 2A, 2B del magnete 2, e mediante la divisione di tale conteggio per il numero di interruttori 4A-C. In entrambi i casi si tiene conto del senso di rotazione dell’elemento girevole, per incrementare o decrementare il numero delle attivazioni, basandosi sulla sequenza delle attivazioni.

Il conteggio del numero di attivazioni è eseguito separatamente su ciascuno dei poli 2A, 2B del magnete 2. Nel caso in cui la divisione dei conteggi dia luogo a un numero con decimali, essi sono ignorati.

È possibile prevedere che il numero di giri ottenuto tramite il conteggio delle attivazioni dovuti al primo polo 2A del magnete 2 sia confrontato al numero di giri ottenuto tramite il conteggio delle attivazioni dovuti al secondo polo 2B del magnete 2. Qualora i due valori ottenuti siano uguali, la determinazione del numero di giri eseguiti è validata.

Nel caso in cui, invece, i due valori siano diversi, si evidenzia un malfunzionamento del trasduttore 1. Tale malfunzionamento può essere dovuto al malfunzionamento di uno degli interruttori 4A-C, che è quindi da sostituire.

Secondo una forma di realizzazione particolarmente vantaggiosa del metodo, la lettura della posizione assoluta dell’elemento girevole in un singolo giro è eseguita soltanto quando la posizione assoluta su più giri dell’elemento è richiesta al trasduttore 1. Così facendo, si evita di dover leggere di continuo la posizione assoluta dell’elemento girevole all’interno di un singolo giro mediante il dispositivo di rilevamento assoluto 3, il che determina un risparmio energetico notevole rispetto ai trasduttori noti.

Per conoscere la posizione assoluta su più giri dell’elemento girevole, la posizione assoluta in un singolo giro è letta dal dispositivo di rilevamento assoluto 3 e vi si somma il numero di giri eseguiti contatto tramite il conteggio delle attivazioni degli interruttori 4A-C, come spiegato sopra.

Secondo un aspetto vantaggioso, il metodo prevede di escludere le attivazioni consecutive dello stesso interruttore 4A-C. Così si evita di prendere in considerazione eventuali oscillazioni dell’albero nel conteggio delle attivazioni degli interruttori 4A-C. In particolare, quando viene attivato uno degli interruttori 4A, 4B, 4C, ad esempio l’interruttore 4C come in figura 1a, si aspetta una attivazione dell’interruttore 4A o dell’interruttore 4B per proseguire con il conteggio delle attivazioni.

Alle forme di realizzazione descritte del trasduttore multigiro assoluto secondo l’invenzione, la persona esperta, allo scopo di soddisfare esigenze contingenti specifiche, potrà apportare numerose aggiunte, modifiche, o sostituzioni di elementi con altri funzionalmente equivalenti, senza tuttavia uscire dall’ambito delle annesse rivendicazioni.

Claims (10)

1. Rivendicazioni 1. Metodo per rilevare la posizione assoluta di un elemento girevole mediante un trasduttore multigiro assoluto (1); il trasduttore multigiro assoluto (1) comprendente un magnete (2) connesso all’elemento girevole in modo da ruotare con esso; un dispositivo di rilevamento assoluto (3) per rilevare la posizione assoluta dell’elemento in un singolo giro; e un gruppo di rilevamento multigiro (4) per determinare il numero di giri eseguiti dall’elemento e contenente almeno tre interruttori (4A, 4B, 4C) attivabili e posizionati attorno al magnete (2) in modo tale da poter discriminare almeno tre posizioni diverse dell’elemento in un singolo giro; il metodo comprendente una fase di rilevamento di una sequenza di attivazioni degli interruttori (4A, 4B, 4C).
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui gli interruttori (4A, 4B, 4C) sono del tipo attivabili magneticamente e sono attivati dal magnete (2).
3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, comprendente inoltre una fase di separazione delle sequenze di attivazioni relative a ciascuno dei due poli (2A, 2B) del magnete (2).
4. 4. Metodo secondo la rivendicazione 3, in cui viene determinato il numero di giri eseguiti dall’elemento girevole mediante il conteggio di attivazioni degli interruttori (4A, 4B, 4C) dovuti a un primo (2A) dei due poli (2A, 2B) del magnete (2), tenendo conto del senso di rotazione dell’elemento girevole, e la divisione di tale conteggio per il numero di interruttori (4A, 4B, 4C).
5. 5. Metodo secondo la rivendicazione 4, in cui viene determinato il numero di giri eseguiti dall’elemento girevole mediante il conteggio di attivazioni degli interruttori (4A, 4B, 4C) dovuti al secondo (2B) dei due poli (2A, 2B) del magnete (2), tenendo conto del senso di rotazione dell’elemento girevole, e la divisione di tale conteggio per il numero di interruttori (4A, 4B, 4C).
6. 6. Metodo secondo la rivendicazione 5, in cui il numero di giri ottenuto tramite il conteggio delle attivazioni dovuti al primo polo (2A) del magnete (2) è confrontato al numero di giri ottenuto tramite il conteggio delle attivazioni dovuti al secondo polo (2B) del magnete (2).
7. 7. Metodo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui la lettura della posizione assoluta dell’elemento in un unico giro è eseguita soltanto quando la posizione assoluta su più giri dell’elemento è richiesta al trasduttore (1).
8. 8. Trasduttore multigiro assoluto, per rilevare la posizione assoluta di un elemento girevole su più giri, comprendente: un magnete (2) connesso all’elemento in modo da ruotare con esso; un dispositivo di rilevamento assoluto (3) per rilevare la posizione assoluta dell’elemento girevole in un singolo giro; e un gruppo di rilevamento multigiro (4) per determinare il numero di giri eseguiti dall’elemento; caratterizzato dal fatto che il gruppo di rilevamento multigiro (4) comprende almeno tre interruttori (4A, 4B, 4C) attivabili disposti attorno a detto magnete (2) in modo da poter discriminare almeno tre posizioni diverse di detto elemento girevole in un singolo giro.
9. 9. Trasduttore multigiro assoluto secondo la rivendicazione 8, in cui gli interruttori (4A, 4B, 4C) sono disposti attorno al magnete (2) in modo tale per cui ciascuno di detti interruttori (4A, 4B, 4C) è azionato singolarmente dal magnete (2).
10. 10. Trasduttore multigiro assoluto secondo la rivendicazione 8 o 9, in cui il gruppo di rilevamento multigiro (4) comprende tre interruttori (4A, 4B, 4C) che sono disposti in modo da non essere allineati due a due con il centro di rotazione del magnete (2).