NencoS

Nanooptischer monolithisch integrierter Polarisations­encoder für neuartige Motorfeedback Systeme

Hochintegrierte photonische Drehgeber für ressourcenschonende Antriebe

Drehgeber (Encoder) erfassen die Winkelstellung drehbarer Achsen und sind damit ein wichtiges Element in der Fabrikautomation. Spezielle Versionen sind für den direkten Einbau in Elektromotoren geeignet und werden als Motorfeedback Systeme (MFB) bezeichnet. Ziel des Verbundprojekts „Nanooptischer monolithisch integrierter Polarisationsencoder für neuartige Motorfeedback Systeme (NencoS)“ ist die Erforschung eines innovativen miniaturisierten und hochintegrierten MFB, dessen Funktion auf Polarisationseffekten beruht, ein sog. Polarisationsencoder. Basierend auf den Ergebnissen sollen neuartige, kostengünstige und vor allem robuste MFB entwickelt werden, um so den Trend zur Nutzung drehzahlgeregelter und somit energieeffizienter Antriebe weiter auszubauen. Damit leistet das Verbundprojekt einen wichtigen Beitrag zur Schonung knapper Ressourcen.

Mit polarisiertem Licht zu robusten und hochintegrierten Sensoren

Bisher werden für MFB kapazitive, induktive oder optische Sensortechnologien eingesetzt. Letztere sind dabei am weitesten verbreitet. Die Herstellung solcher Sensoren bedarf jedoch hoher Präzision der mechanischen Komponenten sowie eines hohen Montage- und Justierungsaufwand. Weiter ergeben sich Einschränkungen beim Einsatz in Elektromotoren, da die maximal mögliche Betriebstemperatur des Motors durch die Komponenten und den Aufbau des MFB begrenzt wird.

Ziel des Verbundprojekts ist die Erforschung der Verwendung von Polarisationseffekten als Grundlage eines innovativen miniaturisierten MFB. Ein Polarisationsencoder besteht aus einer Lichtquelle, die unpolarisiertes Licht aussendet, einem Polarisator, der dem Licht einen bestimmten Polarisationszustand aufprägt, und einem Polarisationssensor, der diese analysieren kann. Durch die Drehung des Polarisators mit dem Rotor des Motors ergibt sich so eine Modulation der aufgeprägten Polarisationsrichtung, welche mit dem Polarisationssensor erfasst und in ein elektrisches Signal umgewandelt werden kann. Grundelemente eines solchen MFB sind ein neuartiges Polarisationsmodul mit nanooptischen Strukturen und ein hybrid integriertes mikrooptisches Sensormodul, welches einen monolithisch integrierten Polarisationssensor, eine Lichtquelle und alle optischen und elektronischen Bauelemente auf einem Modul mittels anspruchsvoller Aufbau- und Verbindungstechnik integriert. Der Polarisationsencoder soll in reflektiver Anordnung aufgebaut werden und erlaubt so große mechanische Toleranzen. Weiterhin ermöglicht dieser Aufbau deutlich höhere mögliche Betriebstemperaturen als bei konventionellen MFB.

Projektdetails

Koordinator

Dr.-Ing.Norbert Weber
Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen (IIS) - Standort Erlangen
Am Wolfsmantel 33, 91058Erlangen
+49 9131 776-9210

Projektvolumen

4,0 Mio € (ca. 55 % Förderanteil durch das BMBF)

Projektdauer

01.01.2013 - 31.07.2016

Projektpartner

Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen (IIS) - Standort ErlangenErlangen
SICK STEGMANN GmbHDonaueschingen
JENOPTIK Polymer Systems GmbHTriptis
CODIXX AktiengesellschaftBarleben
Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik (IOF)Jena
Micronit GmbHDortmund