一种用于屏幕的卷绕设备及其控制方法 |
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| 申请号 | CN201480032193.7 | 申请日 | 2014-06-06 | 公开(公告)号 | CN105264161B | 公开(公告)日 | 2017-12-01 |
| 申请人 | SOMFY两合公司; | 发明人 | 埃里克·拉加德; 罗南·乔治奥特; L·蒙特莱曼德; 瑟奇·布兰克; 乔艾尔·拉莫斯; | ||||
| 摘要 | 一种用于屏幕的卷绕设备及其控制方法，包括：用于卷绕屏幕(12)的卷绕滚筒(14)，其能够围绕旋 转轴 线(16)相对于固定参考 框架 在至少一个第一行程终端 位置 和第二行程终端位置之间旋转超过一圈；包括 电动机 (32)的电动机组件(30)，电动机配备有用于固定到固定 支撑 件(23、26)的 定子 (32.1)和运动地连接到卷绕滚筒(14)的 转子 (32.2)。第一测量组件(51)包括：固定到转子(32.2)的第一 编码器 (46)、用于读取第一编码器(46)并且当第一编码器(46)转动时产生第一计数 信号 的第一 传感器 。第一处理装置(50)根据第一计数信号产生指示屏幕的位置的第一信号，当滚筒从第一行程终端位置移动到第二形成终端位置时该信号是单调的。第二测量组件(64)使得能够检测固定参考框架中滚筒的每圈中滚筒(14)的至少一个索引位置。校准 存储器 (56)存储用于在滚筒的索引位置中指示屏幕的位置的第一信号的至少一个第一校准值，并且在观察阶段期间通过索引位置时测量的指示屏幕位置的第一信号的当前值与第一校准值之间的至少一个第一定量代数比较被传送。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于屏幕(12)的卷绕设备(10)，包括： |
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| 说明书全文 | 一种用于屏幕的卷绕设备及其控制方法[0001] 本发明的技术领域 [0003] 本发明的背景 [0004] 在文件WO 2005/090736中，描述了机动化卷绕设备，其配备有允许电动机组件和其环境之间的特定振动解耦的阻尼柔性元件，以便最小化用户感知的振动和噪音。因此，建议在电动机组件的输出轴和屏幕的卷绕滚筒之间插入旋转的阻尼柔性元件。还建议在电动机组件的壳体和固定支撑件之间插入固定的阻尼柔性元件。 [0007] 当使用连接到电动机的旋转传感器，特别是电动机的转子或旋转部的旋转传感器，以检测屏幕的某些显著的位置，并且特别是行程的终端位置时，上述不确定性可能产生装置的控制的不精确，例如导致屏幕在行程的终端处的不正确定位。精确定位特别是对于门面上的防晒屏幕确实是需要的，因为它们必须保持负载杆在极端位置或中间位置完全对齐。 [0008] 可以自然地使用特定传感器，例如定位在屏幕的滚筒和固定支撑件之间，以精确测量在参考的固定框架中滚筒的角位置。然而，如果希望获得 大约+/-3至5°的令人满意的精度水平，设备的这种附加的仪器的成本高。实际上，滚筒的旋转速度比电动机的输出速度低得多，必需提供高得多的角度定位精度。 [0009] 因此，有必要改进上述类型的机动化卷绕设备的控制，以便使用简单、耐用且廉价的装置降低定位误差。 发明内容[0010] 本发明旨在解决现有技术的缺点。为此目的，本发明的第一方面提出了一种用于屏幕的卷绕设备，包括: [0011] -用于卷绕屏幕的卷绕滚筒，其可以围绕旋转轴线相对于固定参考框架在至少一个第一行程终端位置和第二行程终端位置之间旋转超过一圈； [0012] -电动机组件，其包括配备有旨在固定到固定支撑件的定子和运动地连接到卷绕滚筒的转子的电动机；和 [0013] -第一测量组件，其包括：固定到转子的第一编码器；用于读取第一编码器并且当第一编码器转动时产生第一计数信号的第一传感器；和第一处理装置，该第一处理装置根据第一计数信号产生指示屏幕的位置的第一信号，当滚筒从第一行程终端位置移动到第二形成终端位置时该第一信号是单调的； [0014] -第二测量组件，其制造成用于检测在固定参考框架中滚筒的每圈中滚筒的至少一个索引位置， [0015] -校准存储器，其用于存储用于在滚筒的索引位置中指示屏幕的位置的第一信号的至少一个第一校准值；和 [0016] -比较器，其用于传送在观察阶段期间穿过索引位置时测量的指示屏幕位置的第一信号的当前值与第一校准值之间的至少一个第一定量的代数比较。 [0017] 该比较器通过不需要显著计算和测量资源的装置提供转子和滚筒之间的任何移位的指示。 [0018] 用于检测电动机的旋转的第一相对精确的测量组件因而与可能是特别简单的第二测量组件结合，因为它的功能是简单地产生滚筒的每圈的一个或多个参考。 [0019] 任何测量原理可以用于第一测量组件，并且可以例如实现随转子旋转的编码器，例如定位在磁传感器的气隙距离处的磁编码器，并且特别是霍尔效应传感器或簧片开关，或者定位在光源和光敏电池对面的光学编码器，或者定位在电容传感器对面的发音轮。编码器也可以由电动机的转子的磁极组成。优选地，传感器是一组两个相同类型的检测器，使得第一测量组件还能够判别转子的旋转方向。转子的旋转的图像信号是单调信号，即，通过上述的在行程终端位置之间的整个间隔内增大或减小的函数表示的信号。在实践中，在由第一传感器传送的信号是模拟的方案中，第一处理装置可以包括模拟信号的预调节，以形成由一系列脉冲组成的二进制信号。这些脉冲朝向脉冲计数器发送，以执行观察脉冲的代数计数，其被给予基于转子的旋转方向的信号，转子的旋转方向由第一传感器或由独立的检测器检测。每转子圈，可以有任意数目的磁极或状态变化，并且该数量可以例如是大于8或16，以获得足够的空间分辨率。 [0020] 用于第二测量组件的测量原理与第一测量组件的测量原理可以相同或可以不同，并且例如使用上述磁性的、光学或电容设备中的一个或另一个。还有可能的是考虑凸轮，该凸轮在其转动中致动接触。在这两种情况下，非接触测量组件将是优选的，特别是为了避免与旋转部件的机械地相互作用，并且在第二测量组件的情况下，为了允许通过形成驱动器的壳体的管的壁读取信息。 [0021] 根据一个实施方案，第二测量组件包括固定到滚筒的第二编码器、在固定参考框架中的读取第二编码器的第二固定传感器，以及第二处理装置，该第二处理装置产生第二信号，该第二信号代表在第二编码器随滚筒旋转时对索引位置的通过。第二信号被用于检测索引位置。第二处理装置可以例如包括计数器，其对在编码器的通过时由传感器产生的脉冲进行计数。在一个特别简单的版本中，如果认为对于滚轮的给定的角位置来说输出轴的角位置中的可能的变化小于第二传感器的角分辨率的一半，去除计数也 是可能的。事实上，在此情况下，对索引位置的每个通过对应于指示屏幕位置的第一信号的单一值范围。 [0022] 根据一个实施方案，第二编码器具有在滚筒的每圈上可被第二传感器读取的不超过八个奇点，并且优选一个奇点。对于每圈一个索引，单个奇点就足够。编码器可以是特别简单的。如果选择每圈索引位置多次，每个索引位置或者它们中的至少一个优选被唯一地识别。因而第二测量组件工作而无需通过致动器的管的壁接触。 [0023] 根据一个实施方案，滚筒借助于至少一个引导轴承相对于固定支撑件被引导，第二编码器定位在轴承的旋转部分上。结果简化了组件。 [0024] 根据一个特别有利的实施方案，电动机组件包括位于转子和滚筒之间的至少一个减速齿轮。事实上，在这种情况下，当第一测量组件被用来测量滚筒的位置时，齿轮减速因子也是增加第一测量组件的分辨率的一个因素。 [0025] 如前面所指出的，在阻尼柔性元件设置成在振动和/或声学方面隔离电动机组件的时候，本发明特别适用。特定可能提供的是，设备包括定位在转子和滚筒之间的至少一个旋转振动阻尼器。如果设备包括置于电动机和滚筒之间的减速齿轮，将至少一个阻尼柔性元件定位在减速齿轮与滚筒之间以减弱由减速齿轮产生的振动将是有利的。还有可能的是，如果适于与旋转阻尼器组合，提供定位在定子和固定支撑件之间的至少一个固定振动阻尼器。 [0027] 根据一个优选的实施方案，第二测量组件包括双极传感器，且第二编码器确定极性的改变。 [0028] 根据一个实施方案，比较器包括用于根据至少第一代数比较产生偏移值的装置。优选地，该设备还包括控制器，其用于至少基于指示在随后的阶段中测得的屏幕的位置的第一信号的当前值和移位值而在随后的阶段 中控制电动机。该控制器使用移位信息来校正其对滚筒的位置的判断。因此，如果在观察阶段之后的控制阶段期间控制器接收将电动机的转子定位在假想对应位置的指令形式的定位指令以将滚筒置于给定的位置，它用在观察阶段期间确定的移位值校正输出轴的定位指令。 [0029] 在实践中，校准存储器存储与滚筒在屏幕的第一行程终端位置和第二行程终端位置(例如高的和低的)之间对索引位置的通过一样多的校准值。优选地，比较器根据在观察阶段中在对索引位置的通过时测量的指示屏幕的位置的第一信号的多个当前值和存储在校准存储器中的多个校准值之间的多个代数比较产生移位值。特别可能的是，通过对在当前值和校准值之间观察到的代数差进行代数平均，来确定移位值。 [0030] 根据另一个方面，本发明涉及一种用于控制卷绕屏幕的设备的方法，该设备包括通过电动机的转子驱动的屏幕的卷绕滚筒，该方法的特征在于下列步骤： [0031] -在校准阶段中，存储对应于滚筒的索引位置的旋转角度的至少一个校准值； [0032] -在观察阶段，使用电动机旋转滚筒，同时测量电动机的转子的旋转角度的当前值，并检测滚筒对索引位置的通过，并且在滚筒经过索引位置时的当前值和校准值之间进行至少一个定量比较。 [0033] 根据一个特别有利的实施方案，在校准阶段中，在第一行程终端位置和第二行程终端位置之间沿参考旋转方向用电动机驱动滚筒，并存储与滚筒对索引位置的通过一样多的校准。从而获得大的观察范围。有利的是，在观察阶段中，滚筒沿参考方向旋转，并且在滚筒通过索引位置时的当前值和校准值之间进行与滚筒通过索引位置的次数一样多的定量比较。观察阶段可以在第一行程终端位置和第二行程终端位置之间的行程的所有或部分内进行。 [0034] 有可能的是，基于多个所述比较，利用所做的比较来在滚筒的一圈或多于一圈内确定移位值。因此，具有多对值进行比较，每圈至少一个，以形成移位值。例如，因此有可能的是，得到对于每圈所观察到的移位的平 均值。 [0035] 根据一个实施方案，根据指示屏幕的测量位置的第一信号的当前值和在观察阶段对一个或多个索引位置确定的移位值，确定对索引位置的每次通过时电动机的新的位置值。 [0036] 还提供的是，能够将不同实施方案与另一个实施方案的特征结合，以形成其他变型。 [0038] 阅读下面的描述，通过参照附图，本发明的其它特征和优势将会呈现，附图示出： [0039] 图1，根据本发明的一个实施方案的卷绕屏幕的设备； [0040] 图2，图1的设备的控制电路； [0041] 图3，说明进行信号处理的图表。 [0042] 为了更加清楚，在所有的附图中相同的元件引用相同的参考标记。 具体实施方式[0043] 图1示出用于卷绕屏幕，例如卷帘12的机动化设备10。该设备由卷绕滚筒14组成，通过一个或多个轴承18、20引导该卷绕滚筒14围绕固定的几何轴线16旋转，该轴承18、20可以是平滑的或滚动的且插入滚筒14和紧固组件之间，在示例中该紧固组件由固定管22和独立支撑件26组成，该固定管22支撑在固定到第一壁24的固定支撑件23上并支撑轴承18，该独立支撑件26紧固到第二壁28并支撑轴承20。 [0044] 电动机组件30容纳在固定管22内，该电动机组件30由定位在共有的管状壳体36中的电动机32和具有一个或多个减速阶段的减速齿轮34组成。不与固定管22接触的壳体36借助于固定的阻尼柔性元件38紧固到固定支撑件23，该固定的阻尼柔性元件38可以由橡胶、塑料或弹性体，或者特别是在扭转力上具有良好的弹性和高粘弹性阻尼率的其他材料制成。可替代地，阻尼柔性元件可以使用适当的切口制成，如例如图1所示。 电动机组件32包括定子32.1和固定到输出轴40的转子32.2，该输出轴40作用于减速齿轮34。减速齿轮34具有输出元件42，例如齿顶、行星架、或者如附图所示的轴，其通过旋转的阻尼柔性元件44连接到卷绕滚筒14。根据未示出的替代方案，可能的是，把旋转的柔性阻尼元件置于将输出轴40连接到滚筒14的运动传动链中的其他位置，例如在输出轴40和减速齿轮34之间。壳体36是巨大的且刚性的管，用来保持电动机32和减速齿轮34。但是，它可能配备有例如被O形环环绕的阻尼元件，使得它可以悬挂在致动器的管中。 [0045] 电动机的转子32.2包括具有大量的磁极的环形多极组件，例如至少16个且优选地至少32个磁极，磁极均匀地分布在其周向上，以形成第一编码器46。可替代地，第一编码器在旋转转子的电动机的输出轴处独立于转子制成。第一传感器48可以定位在距编码器46的气隙距离处，并连接到电动机32的相对于电动机的壳体36固定的控制电路支撑件50，从而在传感器48前部的编码器46的旋转进展过程中读取状态变化。有利地，第一传感器48包括两个检测器(未示出)，例如两个霍尔效应传感器或两个簧片开关，其设置成使得它们各自分别交替地接收磁信息。因此，由形成第一传感器48的两个检测器提供的信号的分析使得能够确定位置变化以及旋转方向。第一传感器48和第一编码器46与控制电路50一起形成用于测量转子32.2的旋转的第一测量组件51。图2中示出的控制电路50特别包括信号的调节阶段，例如，从由传感器48传送的周期性的模拟信号建立每模拟信号的周期具有一个或多个脉冲的二进制信号。脉冲计数器52持续地计数产生的脉冲。控制电路还配备有用于检测电动机的转子32.2的旋转方向的检测装置54，该检测装置54可以访问或可以不访问第一编码器46和第一传感器48，特别是第一传感器的两个检测器。计数器52基于检测到的沿预定的旋转方向的每个脉冲增加，并且基于沿相反的旋转方向的每个脉冲减少。控制电路50从而访问表示由电动机的转子例如相对于用作参考位置的行程终端位置中的一个行进的圈数和圈的分数的信息，在参考位置，计数器被校准在0处。控制电路50还具有含有计数器的校准值的存储器56，如将在下面解释的。 [0046] 类似地，第二编码器58在第二传感器60对面被集成到支撑滚筒14的轴承18的旋转部分内，该第二传感器60紧固到管形支撑件22并连接到控制电路50。第二编码器58可以仅具有一个奇点62，以便索引滚筒14的角位置。第二编码器58和第二传感器60形成第二测量组件64。第二传感器60可以只包括一个检测器，旋转方向是无关紧要的。编码器58是例如插入在轴承18的外周上的燕尾空间内的单极或双极传感器。第二传感器安装在固定管形支撑件22内的印刷电路上。 [0047] 图3从左至右示出： [0048] -在高行程终端位置和低行程终端位置之间滚筒的实际位置， [0049] -第二传感器以每转一个的速率看到的相应的脉冲， [0050] -在由第二传感器看到的脉冲的时间，在计数器的输出处读取的电动机的转子的位置的值。 [0051] 在下面的表1中，第二行示出当控制电路通过索引位置检测到滚筒14的通过时读取、在设备的校准阶段期间同时在滚筒14从低行程终端位置驱动到高行程终端位置时在五圈内记录的电动机的转子32的位置的值。这个校准阶段是由致动器所特有的消息预示。它原则上在第一次安装时或在对行程终端的重新调整的情况下发生。在已经经历蠕变类型的变形的致动器的重新调整的情况下，该校准阶段将现有的变形考虑在内，并且实施的方法使得能够考虑到在产品的使用寿命中可能随后发生的另外的变形。在所有情况下，该校准阶段使得能够根据位置将负载的影响考虑在内，并对后面阶段的观察将使得能够推断出仅与致动器中的变形有关的、仅相对于参考情况的变化。 [0052] 因此，带电致动器可以变形最大的角度30°(由于超过6Nm的扭矩的永久负载变形)，而在应用领域中要求+/-2°或3°的精度。 [0053] [0054] 表1 [0055] 在此表1的第三行上，示出电动机的转子32.2的位置的值，该值在滚筒14沿向上的方向旋转超过一圈时的第一观察阶段，并且优选在低行程终端位置和高行程终端位置之间的整个行程内读取。对于该第三行，在最后一列中，提供了在观察阶段期间的读数与在校准阶段期间读取的值之间观察到的差异的平均。 [0056] 在第四行上，对于另一个观察阶段，在同样的升高条件下，遵循相同的程序。校准阶段将优选地在升高方向进行，屏幕相对于电动机被加载并且因此轴承的旋转更规律。一旦降低，有时可能观察到跳跃现象，这可能使测量失真。然而，该方法意味着适用于两个运动方向。 [0057] 在每次观察阶段期间，控制电路确定对于第二传感器所经历的一个或多个相应的脉冲相对于校准存储器的内容的偏离，且源于此对每个脉冲进行修正。位置计数器将因此相对于观察到的移位进行调整。可替代地，可以建立在观察阶段内移位的平均值并在观察阶段的末尾进行计数器的调整。对于每个脉冲观察到的移位产生蠕变或齿轮电动机的蠕变或偏差的测量。 [0058] 当然，可以考虑各种变化。 [0059] 特别地，各种算法可以考虑使用索引位置基准。特别是，在每个脉冲上的重新校准必须在合理的数值范围内完成。因此，为了防止外部干预，例如障碍物，被认为是致动器的变形，某些不一致的移位值将被排除。阻尼柔性元件的数量、位置和组成可以基于考虑的应用自由选择。 [0060] 用于转子的转动的精确检测、用于检测旋转方向和用于检测滚筒14的索引位置的测量组件可以是任何类型的。特别地，在轴承处使用双极磁体允许更完全的通过检测(然后有可能检测到两个状态之间的转变)，但滞后效应会使得有必要在解释来自第二传感器的任何信号之前验证旋转方向。在单极编码器的情况下，检测将在激活阈值时进行。这里再次，将有可能对于相同的通过但沿两个不同的方向存储不同的值。 [0061] 控制电路50可以无差别地紧固到壳体36、固定管22或者固定支撑件23。 [0062] 齿轮电动机组件30不必容纳在管22中。第二固定支撑件26可以省略。 [0063] 行程终端位置可以对应于或可以不对应于屏幕的行程的物理限制。它们可能特别涉及参考位置或预定的优选位置。 [0064] 可以认为例如通过滑动平均用在先前观察阶段前进观察的值取代校准值，以便给予设备永久的学习能力。 [0065] 该方法将特别适用于其中屏幕可移动超过两圈或三圈的地方的安装或适用于必须提供大于或等于6Nm的扭矩的致动器。在此之下，所施加的扭矩是低的，且蠕变变形是可以忽略的。 [0066] 还将有可能的是利用在由第二传感器检测的奇点的通过时由第一传感器传送的信号之间的比较，以检测障碍物的存在，或给出滚筒上负载扭矩的估计值。 |
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