DE3886416T2 - Motorized fader. - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erzeugung einer gesteuerten Bewegung einer Vorrichtung längs eines Pfades, und insbesondere, aber nicht ausschließlich auf motorisierte Überblendregler zur Verwendung in Studios für die Steuerung von Audio- oder Videosignalen und/oder Beleuchtung.The invention relates to an apparatus for producing a controlled movement of a device along a path, and in particular, but not exclusively, to motorized faders for use in studios for the control of audio or video signals and/or lighting.
In vielen Anwendungsfällen ist es erforderlich, eine Vorrichtung an eine bestimmte Position oder eine Folge von Positionen zu bewegen. Beispielsweise kann es in Studios notwendig sein, einen oder mehrere Schieber für Beleuchtungs-oder Audiogeräte an vorbestimmte Positionen zu bewegen. Dies ist bisher mit Hilfe von bekannten motorisierten Überblendreglern erfolgt, die rotierende Elektromotoren verwenden, welche Getriebe, sich bewegende Riemen und Zusatzantriebsgeräte erforderlich machen.In many applications it is necessary to move a device to a specific position or a sequence of positions. For example, in studios it may be necessary to move one or more sliders for lighting or audio equipment to predetermined positions. This has traditionally been done using well-known motorized faders that use rotating electric motors, which require gears, moving belts and auxiliary drive devices.
In der US-PS 42 59 602 von Kuribayashi et al ist eine Ausführungsform einer Linearbewegungsvorrichtung mit einem Schieber oder Führungsbauteil und einem Linearmagnetmotor angegeben, die einen länglichen Elektromagneten aufweist, der sich über mindestens die Länge des Bewegungspfades des Schiebers erstreckt, sowie einen Permanentmagneten besitzt, der mit dem Schieber so befestigt ist, daß die Magnetachse im wesentlichen senkrecht zur Magnetachse des Elektromagneten verläuft.U.S. Patent No. 4,259,602 to Kuribayashi et al. discloses an embodiment of a linear motion device having a slider or guide member and a linear magnet motor, which includes an elongated electromagnet extending at least the length of the slider's path of travel, and a permanent magnet secured to the slider such that the magnet axis is substantially perpendicular to the magnet axis of the electromagnet.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, einen verbesserten motorisierten Überblendregler oder dgl. mit einer Linearbewegungsvorrichtung der vorbeschriebenen Art zu schaffen.The object of the present invention is to provide an improved motorized fader or the like with a linear motion device of the type described above.
Gemäß der Erfindung ist ein motorisierter Überblendregler oder dgl. mit einer Linearbewegungsvorrichtung der vorbeschriebenen Art gekennzeichnet durch eine Einstellvorrichtung zur Handeinstellung der Position des Schiebers, einen Stromkreis zum Einspeisen von Gleichstrom in den Elektromagneten, und eine Schaltvorrichtung, die der Einstellvorrichtung zugeordnet und in den Stromkreis so eingeschaltet ist, daß während einer Bewegung des Schiebers von Hand der Gleichstrom zum Elektromagneten verringert oder abgeschaltet wird, damit der Schieber sich frei bewegen kann.According to the invention, a motorized fader or the like with a linear motion device of the type described above is characterized by an adjustment device for manually adjusting the position of the slider, a circuit for feeding direct current into the electromagnet, and a switching device which is associated with the adjustment device and is connected in the circuit in such a way that during manual movement of the slider the direct current to the electromagnet is reduced or switched off so that the slider can move freely.
Da keine mechanische oder elektrische Kopplung zwischen dem Schieber und dem Motor vorhanden ist, kann der Widerstand gegen Bewegung des Schiebers sehr gering sein, so daß eine stufenlose und leichte Handeinstellung der Schieberposition möglich ist. Da ferner keine mechanischen Teile, wie z.B. Laufrollen oder Getriebe, im Motor vorhanden sind, wird die Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Vorrichtung entscheidend verbessert.Since there is no mechanical or electrical coupling between the slide and the motor, the resistance to movement of the slide can be very low, so that a continuous and easy manual adjustment of the slide position is possible. Furthermore, since there are no mechanical parts, such as rollers or gears, in the motor, the reliability and service life of the device is significantly improved.
Die Schalter können Berührungsschalter sein.The switches can be touch switches.
Vorzugsweise ist dem Schieber ein Positionswandler zugeordnet, damit im Stromkreis ein elektrisches Signal erzeugt wird, das einen Parameter besitzt, der sich in bekannter Weise in Abhängigkeit von der Position des Schiebers längs des Pfades verändert.Preferably, a position transducer is associated with the slider so that an electrical signal is generated in the circuit which has a parameter which changes in a known manner depending on the position of the slider along the path.
Auf diese Weise kann die Flußrichtung des Stromes, der in die Spule eingespeist wird, gesteuert werden, damit die gewünschte Bewegungrichtung erzielt wird, ferner kann die Größe des Stromes gesteuert werden, damit die gewünschte Beschleunigung und Geschwindigkeit des Gleitbauteiles erreicht wird.In this way, the flow direction of the current fed into the coil can be controlled to achieve the desired direction of movement, and the magnitude of the current can be controlled to achieve the desired acceleration and speed of the sliding component.
Der Positionswandler weist vorzugsweise eine Führungsbahn mit linearem Widerstand auf, die entlang des Pfades angeordnet ist und die ein Signal in den Stromkreis entsprechend der Position des Schiebers einspeisen kann.The position transducer preferably comprises a linear resistance guideway arranged along the path and capable of feeding a signal into the circuit corresponding to the position of the slider.
Der Bewegungspfad ist insbesondere linear.The movement path is particularly linear.
Zweckmäßigerweise ist ein zweiter Elektromagnet vorgesehen, dessen Magnetachse parallel zu der des ersten Elektromagneten verläuft, wobei der Abstand zwischen den Spulen so gewählt ist, daß jede Spule in der Nähe des Pfades eines der Pole des Permanentmagneten angeordnet ist.Conveniently, a second electromagnet is provided, the magnetic axis of which runs parallel to that of the first electromagnet, the distance between the coils being selected so that each coil is arranged close to the path of one of the poles of the permanent magnet.
Der Permanentmagnet ist vorzugsweise ein Magnet seltener Erde mit hoher Koerzitivkraft.The permanent magnet is preferably a rare earth magnet with high coercivity.
Ein bevorzugtes Material für den Magneten ist Neodym-Eisen-Bor.A preferred material for the magnet is neodymium-iron-boron.
Ein alternatives Magnetmaterial ist Samarium-Kobalt.An alternative magnet material is samarium cobalt.
Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf einen motorisierten Überblendregler zum Antrieb von manuell einstellbaren Steuerungen in Konsolen für die Steuerung von Audio und Beleuchtung auf Bühnen, in Studios oder Auditorien. Andere analoge Anwendungsfälle sind jedoch möglich, z.B. in Roboter-, Fernmeß-, Fernkontroll- und Steuersystemen, und generell in beliebigen angetriebenen Einstellvorrichtungen, die eine Übersteuerung von Hand besitzen. Aus Zweckmäßigkeitsgründen wird deshalb in vorliegendem Fall von "motorisierten Überblendreglern oder dgl." gesprochen.The invention is particularly applicable to a motorized fader for driving manually adjustable controls in consoles for controlling audio and lighting on stages, in studios or auditoriums. However, other analog applications are possible, e.g. in robotic, remote measuring, remote control and control systems, and generally in any driven adjustment device that has a manual override. For reasons of expediency, we therefore speak in this case of "motorized faders or the like."
Durch Verwendung eines Linearmagnetmotors ist es möglich, eine höhere Genauigkeit gegenüber bekannten Systemen zu erzielen, bei denen von einem rotierenden Antrieb, z.B. einem Gleichstrommotor, Bewegungen in Zuwachsschritten erteilt werden.By using a linear magnet motor, it is possible to achieve greater accuracy than known systems in which movements are given in incremental steps by a rotating drive, e.g. a DC motor.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Zeichnungen erläutert, in denen:The invention is explained below using an embodiment in conjunction with the drawings, in which:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Antriebseinheit für einen Überblendregler nach einer Ausführungsform der Erfindung zeigt,Figure 1 shows a schematic representation of a drive unit for a fader according to an embodiment of the invention,
Figur 2 eine perspektivische Ansicht einer Antriebseinheit zum Antrieb eines Überblendreglers nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt,Figure 2 shows a perspective view of a drive unit for driving a fader according to a second embodiment of the invention,
Figur 3 eine Seitenansicht der Antriebseinheit nach Figur 2, teilweise im Schnitt, zeigt,Figure 3 shows a side view of the drive unit according to Figure 2, partly in section,
Figur 4 ein Schnitt längs der Linie IV-IV der Figur 3 ist und den Überblendregler aufweist, undFigure 4 is a section along the line IV-IV of Figure 3 and shows the fader, and
Figur 5 einen Stromkreis der Steuerschaltung für die Antriebseinheit des motorisierten Überblendreglers nach den Figuren 2 - 4 darstellt.Figure 5 shows a circuit of the control circuit for the drive unit of the motorized fader according to Figures 2 - 4.
In Figur 1 ist ein Verschiebebauteil 10 längs einer Führungs bahn 12 verschiebbar dargestellt; das Bauteil 10 weist einen Permanentmagneten 14 und einen Gleitkontakt 16 eines linearen Potentiometers 18 auf.In Figure 1, a sliding component 10 is shown displaceable along a guide track 12; the component 10 has a permanent magnet 14 and a sliding contact 16 of a linear potentiometer 18.
In unmittelbarer Nähe des Permanentmagneten 14 und parallel zur Führungsbahn 12 ist eine elektromagnetiche Spule 20 auf einem magnetisierbaren Kern 22 aufgewickelt angeordnet.In the immediate vicinity of the permanent magnet 14 and parallel to the guide track 12, an electromagnetic coil 20 is wound on a magnetizable core 22.
Die Enden der Spule 20 sind elektrisch mit einer Steuereinheit 24 verbunden, die einen Speicher enthält und die in der Lage ist, an die Spule einen ausreichend hohen Gleichstrom abzugeben, daß das Bauteil 10 längs der Führungsbahn 12 verschoben wird. Größe und Richtung eines solchen Antriebsstromes werden von den Eingangsdaten bei 26 gesteuert; die Daten können in analoger oder in digitaler Form vorliegen. Solche Eingangsdaten weisen auch ein Rückkopplungssteuersignal auf, das aus dem Schieber 16 abgeleitet und der Steuereinheit 24 über einen Signalpfad 30 zugeführt wird.The ends of the coil 20 are electrically connected to a control unit 24 which contains a memory and which is able to deliver a sufficiently high direct current to the coil so that the component 10 along the guide track 12 The magnitude and direction of such drive current is controlled by the input data at 26; the data may be in analog or digital form. Such input data also includes a feedback control signal derived from the shifter 16 and fed to the control unit 24 via a signal path 30.
Es können auch mehr als eine Spule 20 vorgesehen sein. Ferner können zwei oder mehr Kerne 22 verwendet werden, und diese Kerne können die Form von Rohren oder Scheiben haben.More than one coil 20 may also be provided. Furthermore, two or more cores 22 may be used, and these cores may have the shape of tubes or disks.
Die Führungsbahn 12 kann ein integraler Teil der Magnetanordnung sein.The guide track 12 can be an integral part of the magnet arrangement.
Die Einrichtung kann an ein beliebiges System angepaßt werden, das eine Vorrichtung benötigt, die längs einer Bahn in eine vorbestimmte Position verschoben wird oder bei dem ein Bauteil mit einer gewünschten Geschwindigkeit oder Beschleunigung verschoben werden muß, wobei eine Handübersteuerung möglich sein muß.The device can be adapted to any system that requires a device that is moved along a path to a predetermined position or where a component must be moved at a desired speed or acceleration, whereby manual override must be possible.
Wenn die Einheit 24 einen Speicher enthält, kann dieser eine Vielzahl unterschiedlicher Einstellungen oder programmierter Bewegungen speichern, die vorher durch die Handübersteuerung ausgeführt werden, wodurch erforderlichenfalls eine Folge von sich wiederholenden Bewegungen möglich wird.If the unit 24 includes a memory, this may store a variety of different settings or programmed movements previously performed by the hand override, thereby enabling a sequence of repetitive movements to be performed if required.
Die Figuren 2 - 4 zeigen eine Antriebseinheit für einen Überblendregler, der mit einem beweglichen Element des Überblendreglers verkettet ist und der Seite an Seite mit anderen ähnlichen Antrieben befestigt sein kann, um eine Anzahl von parallel angeordneten Überblendreglern in einer Konsole zu steuern, beispielsweise in Aufzeichnungsstudios, Theatern oder dgl.Figures 2 - 4 show a drive unit for a crossfader which is linked to a movable element of the crossfader and which can be mounted side by side with other similar drives in order to control a number of crossfaders arranged in parallel in a console, for example in recording studios, theaters or the like.
Ein äußeres Gehäuse 30 und Endpreßteile 32 nehmen zwei Laufschienen 34 auf, die parallel übereinander angeordnet sind. Die Laufschienen 34 bestehen aus nichtmagnetischem Material, auf ihnen ist ein Schlitten 36 für einen starken Permanentmagneten 38 verschiebbar. Der Magnet besteht aus einer Materialzusammensetzung seltener Erde, z.B. Neodynium-Eisen-Bor oder Samarium-Kobalt und seine N-S-Achse erstreckt sich quer zur Achse der Laufschienen 34, wie in Figur 4 dargestellt.An outer housing 30 and end pressings 32 accommodate two guide rails 34 which are arranged parallel to one another. The guide rails 34 are made of non-magnetic material and a slide 36 is mounted on them for a strong Permanent magnets 38 are movable. The magnet consists of a rare earth material composition, e.g. neodymium-iron-boron or samarium-cobalt and its NS axis extends transversely to the axis of the guide rails 34, as shown in Figure 4.
Zwei Spulen 39, 40, die auf Kernen 42, 43 aufgewickelt sind, sind auf entgegengesetzten Seiten des Magneten 38 angeordnet. Die Kerne 42, 43 haben rechteckförmigen Querschnitt und bestehen aus Eisen oder anderem Material hohen magnetischen Widerstandes. Der Draht einer jeden Wicklung hat beispielsweise einen Durchmesser von 0,15 mm, und die Spule ist in acht Lagen eng gewickelt.Two coils 39, 40 wound on cores 42, 43 are arranged on opposite sides of the magnet 38. The cores 42, 43 have a rectangular cross-section and are made of iron or other material with high magnetic resistance. The wire of each winding has a diameter of 0.15 mm, for example, and the coil is tightly wound in eight layers.
Ein Steuerknopf 44 ist am Schlitten 36 angebracht, sodaß der Schlitten 36 von Hand längs der Laufschienen 34 bewegt werden kann.A control knob 44 is attached to the carriage 36 so that the carriage 36 can be moved manually along the guide rails 34.
Gegenüber der oberen Laufschiene 34 ist eine Führungsbahn 52 linearen Widerstandes mit einem elektrischen Gesamtwiderstand von 10 k0hm vorgesehen. Der bewegliche Schlitten 36 nimmt zwei elektrische Schleifer 54 auf, die Kontakt mit der Führungsbahn 52 ergeben. Der von einem Ende der Führungsbahn 52 zu den Schleifern 54 gemessene Widerstand ergibt ein Positions-Bezugssignal.Opposite the upper guide rail 34, a guide track 52 of linear resistance with a total electrical resistance of 10 kΩ is provided. The movable carriage 36 accommodates two electrical wipers 54 which make contact with the guide track 52. The resistance measured from one end of the guide track 52 to the wipers 54 produces a position reference signal.
Die Wicklungen 40 sind parallel zueinander angeordnet und an eine 30 V Gleichstromspeisequelle so angeschlossen, daß die Richtung des in einer Spule erzeugten Magnetfeldes entgegengesetzt zu der der anderen Spule ist. Wenn ein Strom durch die Wicklungen fließt, ergibt die Zwischenwirkung zwischen dem von den Strömen erzeugten Magnetfeld und dem Magnetfeld des Permanentmagneten 38 eine Störung des Magnetfeldes, die eine Nutzkraft auf den Schlitten in einer Richtung erzeugt, welche den Schlitten längs der Führungsschiene 34 verschiebt. Beispielsweise wird unter Verwendung eines Magneten von 30 MegaGauss Oersted eine Kraft von etwa 2 Newton festgestellt. Ein Arm 56 erstreckt sich über den Schlitten 36 hinaus und überträgt eine Bewegung auf ein bewegliches Steuerelement 57 eines Überblendreglers 59 (s. Fig. 4).The windings 40 are arranged parallel to each other and connected to a 30 V DC power source such that the direction of the magnetic field generated in one coil is opposite to that of the other coil. When a current flows through the windings, the interaction between the magnetic field generated by the currents and the magnetic field of the permanent magnet 38 results in a disturbance of the magnetic field which produces a useful force on the carriage in a direction which displaces the carriage along the guide rail 34. For example, using a 30 MegaGauss Oersted magnet, a force of about 2 Newtons is found. An arm 56 extends beyond the carriage 36 and transmits a movement to a movable control element 57 of a fader 59 (see Fig. 4).
Figur 5 zeigt eine Steuerschaltung für die Antriebseinheit der Fig. 2 - 4.Figure 5 shows a control circuit for the drive unit of Fig. 2 - 4.
Die obere Häfte des Schaltplans zeigt eine Servosteuerungsschaltung, während die untere Hälfte ein elektrisches Signal ergibt, wenn der Knopf 44 von Hand berührt wird (und deshalb entweder geerdet wird oder ihm von Hand ein in die Umgebung abgestrahltes Netzbrummen aufgegeben wird), und wirkt in der Weise, daß der Stromfluß von der Energiequelle zum Motor in Abhängigkeit von dem elektrischen Signal unterbrochen wird.The upper half of the circuit diagram shows a servo control circuit, while the lower half provides an electrical signal when the button 44 is touched by hand (and therefore either grounded or manually given a mains hum radiated into the environment) and acts to interrupt the flow of current from the power source to the motor in response to the electrical signal.
Die Servosteuerung wird mit einer Spannung aus den Schleifern 54 zugeführt, die durch einen Betriebsverstärker 60 gepuffert wird, damit ein Eingang in eine Vergleichsvorrichtung 62 erzeugt wird, deren anderer Eingang aus einem virtuellen Erdsummierverstärker 64 gespeist wird, dessen Verstärkungsfaktor durch einen Rückkopplungswiderstand eingestellt wird, um das Ausmaß der Dämpfung festzulegen.The servo control is supplied with a voltage from the wipers 54 which is buffered by an operational amplifier 60 to provide an input to a comparator 62, the other input of which is fed from a virtual ground summing amplifier 64, the gain of which is adjusted by a feedback resistor to determine the amount of damping.
Der Ausgang aus dem Verstärker 60, der mit "SERVO AUS" bezeichnet ist, speist den Datenerfassungseingang einer externen Steuereinheit ähnlich der Steuereinheit 24 nach Figur 1), während der Eingang in den Verstärker 68, der mit "CONTROL EIN" bezeichnet ist, die Einspeisung zum Motor aus der externen Steuereinheit ergibt.The output from amplifier 60, labeled "SERVO OUT," feeds the data acquisition input of an external control unit similar to control unit 24 of Figure 1, while the input to amplifier 68, labeled "CONTROL IN," provides the feed to the motor from the external control unit.
Zwei Rücken an Rücken zueinander angeordnete Dioden 70, 72 stellen die Größe der Hysterese der Vergleichsvorrichtung 62 so ein, daß eine Oszillation um eine beliebige gewünschte Position des Schlittens 36 verhindert wird. Die Ausgangsstufe wird durch einen Phasenteiler 74, 76 angetrieben und weist vier Leistungstransistoren 78, 80, 82, 84 auf, die in einer Brückenschaltung angeordnet sind, um den Strom in den Motor (nicht dargestellt) zu steuern. Der Wert des Stromes wird durch den Abstand zwischen der gewünschten Position des Schlittens 36 und der durch die Bahn 52 angezeigten tatsächlichen Position bestimmt, wobei die Geschwindigkeit der Annäherung an die gewünschte Position ebenfalls in Rechnung gestellt wird.Two back-to-back diodes 70, 72 adjust the amount of hysteresis of the comparator 62 to prevent oscillation about any desired position of the carriage 36. The output stage is driven by a phase splitter 74, 76 and includes four power transistors 78, 80, 82, 84 arranged in a bridge circuit to control the current into the motor (not shown). The value of the current is determined by the distance between the desired position of the carriage 36 and the actual position indicated by the track 52, the speed of approach to the desired position also being taken into account.
Sobald der Knopf 44 von Hand berührt wird, wird nach der Erfindung der Strom in den Motor reduziert oder abgeschaltet, wodurch eine freie Bewegung des Steuerknopfes möglich ist, so daß der einzige Widerstand gegen Bewegung die Reibung ist, die die Führungsschienen 34 verursachen. Dies wird durch CMOS-Vorrichtungen 86, 88, 90 erreicht, die in Kaskade geschaltet sind und die eine sehr hohe Eingangsimpedanz haben.According to the invention, as soon as the button 44 is touched by hand, the current to the motor is reduced or switched off, allowing free movement of the control button so that the only resistance to movement is the friction caused by the guide rails 34. This is achieved by CMOS devices 86, 88, 90 connected in cascade and having a very high input impedance.
Der Eingang in die Vorrichtung 86 ist über einen 100 k0hm Widerstand 92 mit dem Handsteuerknopf 44 verbunden, der selbst aus elektrisch leitendem Material besteht. Wenn der Knopf 44 mit einem Finger oder dem Daumen berührt wird, reicht die Oberflächenleitfähigkeit der Haut aus, um entweder einen Erdleckstrom zu erzeugen oder ein Netzbrummen in die Vorrichtung 86 einzuführen; dies führt in beiden Fällen zu einem Triggern der Vorrichtung 86 und damit der Vorrichtung 88, wodurch ein Spannungsanstieg am Widerstand 94 entsteht und bewirkt wird, daß die Vorrichtung 90 voll leitend ist und der Ausgangsanschluß 96 sich von + 5 V auf - 0,7 V verschiebtThe input to device 86 is connected through a 100kΩ resistor 92 to the hand control button 44, which is itself made of electrically conductive material. When button 44 is touched with a finger or thumb, the surface conductivity of the skin is sufficient to either create a leakage current to earth or introduce a mains hum into device 86; in either case this will trigger device 86 and hence device 88, causing a voltage rise across resistor 94, causing device 90 to be fully conductive and output terminal 96 to shift from +5V to -0.7V.
Dadurch wird der Antrieb 98 im Eingang der Vorrichtung 76 in der Phasenteil/Treiberstufe 74, 76 abgeschaltet, was zur Folge hat, daß die Leistungstransistoren 78 - 84 sofort abgeschaltet werden und als Folge davon der Antriebsstrom vor dem Motor getrennt wird.This switches off the drive 98 in the input of the device 76 in the phase part/driver stage 74, 76, which results in the power transistors 78 - 84 being switched off immediately and, as a result, the drive current to the motor being disconnected.
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| WO1989001725A1 (en) | 1989-02-23 |
| JPH03501174A (en) | 1991-03-14 |
| AU2087688A (en) | 1989-03-09 |
| EP0394268B1 (en) | 1993-12-15 |
| EP0394268A1 (en) | 1990-10-31 |
| DE3886416D1 (en) | 1994-01-27 |
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