CN101191735B - 旋转传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种旋转传感器，该旋转传感器包括第一组件(10)和第二组件(20)，其中在测量运行中按照可相对于彼此旋转的方式布置所述两个组件(10、20)。所述第一组件(10)具有探测器装置(13)、具有至少一个楔形元件(11.12)的外壳件(11.1)和具有至少一个凸块(12.1)的夹紧环(12)。所述第二组件(20)则包括代码盘(23)和轴(21)。所述外壳件(11.1)在径向上布置在所述轴(21)的外部，并且通过所述夹紧环(12)相对于所述外壳件(11.1)的旋转运动通过所述至少一个凸块(12.1)将具有径向朝轴线(A)定向的方向分量的力传递到所述至少一个楔形元件(11.12)上，从而可以在测量运行结束后将所述轴(21)夹紧在所述外壳件(11.1)上。

Description

旋转传感器
技术领域
本发明涉及一种按权利要求1所述的用于测定相对角度位置的旋转传感器。
背景技术
所述旋转传感器经常用于测定两个可相对于彼此旋转的机器部件的角度位置，并且比如根据一种感应测量原理进行工作。在使用感应式旋转传感器时，将比如印制导线形式的励磁线圈和接收线圈设置在共同的印刷电路板上，所述印刷电路板比如与所述旋转传感器的定子固定地相连接。在这块印刷电路板对面，以指定的轴向间距并且以居中方式布置另一块构造为代码盘的印刷电路板，在该代码盘上以周期性的间距交替设置导电的和非导电的表面作为刻度区域或者说刻度结构，并且该代码盘不可相对转动地与所述旋转传感器的转子相连接。如果在励磁线圈上加载一个在时间上交替的电励磁场，那么在转子和定子之间相对旋转的过程中就在接收线圈中产生依赖于角度位置的信号。而后就在分析电子装置中对这些信号进行进一步处理。
经常将这样的旋转传感器用作用于电驱动装置的测量仪器，用于测定相应的驱动轴的绝对角度位置。
在申请人的EP 0 973 014 B1中，说明了一种旋转传感器的结构，其中在探测器装置和代码盘之间的轴向间距被一个弓形的元件锁定，该元件通过径向上的纵向移动形状配合连接地夹住旋转传感器轴。此外，所述装置的缺点是，它们为自身的致动在径向方向上需要较大的空间位置需求。
发明内容
因此，本发明的任务是提供一种旋转传感器，其中可以以简单的方式锁定探测器装置和代码盘之间的轴向间距并且可以再度松开，其中尤其为此仅需要很少的空间需求。
按本发明，该任务通过权利要求1所述特征得到解决。
按本发明，所述旋转传感器包括一个第一组件和一个第二组件，其中在测量运行中按照可相对于彼此旋转的方式布置所述两个组件。所述第一组件具有探测器装置、具有至少一个楔形元件的外壳件以及具有至少一个凸块的夹紧环。所述第二组件则包括轴和代码盘。所述代码盘为测定所述两个组件彼此间的相对角度位置可以在测量运行中被所述与代码盘保持轴向间距地布置的探测器装置扫描。所述外壳件在径向上布置在所述轴的外部并且尤其完全将所述轴包围，也就是说在该轴的整个圆周上将其包围。通过所述夹紧环相对于所述外壳件的旋转运动，通过所述至少一个凸块可以将一个具有径向的朝所述轴线定向的方向分量的力传递到所述至少一个楔形元件上，从而可以在测量运行结束后将所述轴夹紧在所述外壳件上。尤其在这种状态下可以在安装所述尤其可以构造为无支承结构的旋转传感器之前可靠地对其进行运输。
“无支承”这一概念意味着，所述第一组件无支承地也就是在所述旋转传感器中无支承结构地与所述第二组件对置。
优选所述夹紧环具有多个凸块，其中而后在所述外壳件上布置多个楔形元件并且所述楔形元件的朝向所述轴的表面构造为凹入弯曲的结构。因此在这种布置方案中，可以沿所述轴的外圆周偏移地布置所述楔形元件，所述楔形元件为进行夹紧通过所述凸块在径向上朝所述轴线移动。由此达到均匀的传力效果。尤其所述通过楔形元件传递到所述轴上的力如此抵消，使得这些力相加为零，从而由此不会产生可能引起所述轴线径向移动的合力。相应地，通过这种布置方式，也可以通过所述夹紧的锁定使所述代码盘相对于所述探测器装置定中心。
在本发明的其它设计方案中，所述夹紧环可松开地与所述外壳件相连接。但是，在这种情况下所述至少一个楔形元件不可松开地与所述外壳件相连接。
优选所述轴可通过摩擦连接尤其在没有形状配合连接的情况下夹紧在所述外壳件上。
如果如此配置所述旋转传感器，即使得其按照一种感应测量原理进行工作，那么这种布置方案特别有利。因为恰好在这种测量原理上特别重要的是，精确地调节在所述探测器装置和代码盘之间的轴向间距。通过本发明，可以容易地在所述旋转传感器的生产商处由厂方精确地进行这种调节并且锁定所述轴向间距，使得该间距在运输到所述旋转传感器的运营商的过程中不会失调。只有在安装完所述旋转传感器之后才可以松开锁定。在旋转传感器上可以根据一种感应测量原理将所述探测器装置构造为具有励磁印制导线及接收印制导线的印刷电路板。此外，所述代码盘可以具有交替布置的、导电的和非导电的刻度区域。
本发明优选的设计方案可从从属权利中得知。
附图说明
按本发明的旋转传感器的其它细节和优点由以下借助于附图对实施例的说明获得。其中：
图1是按所述实施例的旋转传感器的透视剖面图，
图2是不带环形体的旋转传感器的俯视图，
图3是输送保险装置的详细视图，
图4是所述运输保护装置的一个区域的局部剖面图，
图5a是所述旋转传感器的剖面图，
图5b是带有环形体的旋转传感器的俯视图，
图6是所述旋转传感器的局部剖面图。
具体实施方式
在图1示出了按本实施例的旋转传感器的剖面图。相应地所述旋转传感器包括在这里起到定子10的功能的第一组件以及在这里作为转子20起作用的第二组件。转子20和定子10在测量运行中可围绕着轴线A彼此相对旋转地进行布置。所述定子10包括一个双构件的外壳11，该外壳11包括在图1中处于上面的第一外壳件11.1以及处于下面的第二外壳件11.2。借助于穿孔11.11、11.21(图5a)，所述定子10比如可以固定在电机的外壳上。在所示出的实施例中，所述旋转传感器根据感应测量原理工作。相应地，在所述定子10上布置了印刷电路板13形式的探测器装置并且通过卷边11.22不可相对转动地与所述第二外壳件11.2相连接。
在DE 197 51 853 A1中比如对以感应方式工作的旋转传感器的功能原理进行了解释。在所述印刷电路板13上，作为接收线圈在内部的接收通道中布置了接收印制导线并且在外部的接收通道中布置了其它的接收印制导线。除此以外，作为励磁线圈在所述印刷电路板13上设置了励磁印制导线，所述励磁印制导线设置在里面的、中间的和外面的励磁通道上。所述印刷电路板13本身具有中心的穿孔并且构造为多层的。
所述转子20在所介绍的实施例中包括轴，该轴构造为空心轴21。在所述空心轴21的中心孔中，可以比如插入电机轴并且加以固定，用于通过所述旋转传感器测出这根电机轴相对于电机外壳的相对角度位置。所述空心轴21是旋转对称的本体并且包括凸肩21.1和壁体较薄的接片21.2。所述接片21.2本身具有凹槽21.21、关于径向方向呈圆锥形的外表面21.22以及缝隙21.23。
此外，在所述转子20上、尤其在其空心轴21上，不可相对转动地固定着环形代码盘23。所述代码盘23由一种基片制成，该基片在所示出的实施例中由环氧树脂制成并且在该基片上布置了两条刻度迹线。所述刻度迹线构造成圆环形并且关于所述轴线A以不同直径同心地布置在所述基片上。所述两条刻度迹线分别包括周期性的、交替布置的、导电的刻度区域序列和非导电的刻度区域序列。作为用于所述导电的刻度区域的材料，在所示出的实施例中将铜涂到所述基片上。与此相反，在所述非导电的刻度区域中则没有对所述基片进行涂覆。里面的刻度迹线在所示出的实施方式中包括一条半环形的具有导电材料这里是铜的第一刻度区域以及一条半环形的其中未布设任何导电材料的第二刻度区域。所述第二刻度迹线在所述基片上在径向上与所述第一刻度迹线相邻，其中所述第二刻度迹线也包括大量导电的刻度区域和布置其间的非导电的刻度区域。所述不同的刻度区域在材料方面在此具有象所述第一刻度迹线的刻度区域一样的结构。总之，所述第二刻度迹线在所示出的实施例中包括32个周期性布置的导电的刻度区域以及相应的32个布置在其间的非导电的刻度区域。
所述代码盘23以及印刷电路板13具有轴向间距地彼此对置，使得所述轴线A从所述代码盘23及印刷电路板13的中心穿过并且在所述代码盘23和印刷电路板13之间进行相对旋转时可以通过感应效应在所述印刷电路板13中产生依赖于相应的角度位置的信号。根据这种测量原理，所述代码盘23可以由所述印刷电路板进行扫描，用于在测量运行中测定所述转子20和定子10的相对角度位置。
用于形成相应信号的前提是，所述励磁印制导线在扫描通道的区域中或者说在用所述扫描通道进行扫描的刻度迹线的区域中产生一个在时间上交替的电磁励磁场。在所示出的实施例中，所述励磁印制导线构造为多根平面-平行的有电流流过的单根印制导线。如果电流全都沿相同的方向从印制导线单元的励磁印制导线中流过，那就围绕着相应的印制导线单元形成软管形或者说圆筒形定向的电磁场。由此产生的电磁场的场力线以同心圆的形式围绕着所述印制导线单元延伸，其中所述场力线的方向以公知的方式方法依赖于在所述印制导线单元中的电流方向。
但是在可以进行测量运行之前，必须尽可能精确地对在所述代码盘23和印刷电路板13之间的轴向间距进行调节。所介绍的旋转传感器没有自身的支承结构，也就是说构造为无支承结构的，从而所述代码盘23和印刷电路板13在安装在电机轴和电机外壳上之前可以在轴向上以及在很小的范围内也在径向上彼此间相对移动。在另一方面，恰好在使用所述感应测量原理的情况下，正确的轴向间距和良好的定中效果对信号幅度的大小来说具有决定作用，并且由此对测量结果的质量具有决定作用。出于这个原因，在所示出的实施例中在所述旋转传感器的生产商处就已经对在所述代码盘23和印刷电路板13之间的轴向间距和相对的定心情况进行了最佳调节，并且而后将所述代码盘23和印刷电路板13相对于彼此锁定，从而即使在运输到旋转传感器的运营商的过程中也不会失去这种调节效果。最后，在旋转传感器的安装过程中再度松开锁定，其中而后在测量运行中给出优化的轴向间距和优化的定心。
为进行锁定，所述旋转传感器包括一个由塑料制成的夹紧环12，该夹紧环12具有一个导向面12.1、凸块12.2、径向凸起12.3和夹头12.4。此外所述第一外壳件11.1还具有拱形的楔形元件11.12，所述拱形的楔形元件11.12通过接片11.13与所述第一外壳件11.1的主体相连接。所述拱形的楔形元件11.12具有径向向外凸出的表面以及径向向里凹入的表面。通过缝隙11.14，所述拱形的楔形元件11.12沿圆周方向彼此保持间距并且可在径向上相对移动。所述第一外壳件11.1连同其所有部件尤其所述楔形元件11.12作为由塑料制成的注塑件整体制成。
按照图4，所述夹紧环12在生产商处在进行调节之前首先用夹子连接可松开地连接到所述第一外壳件11.1上并且更确切地说在一个特定位置中进行这种连接，在该位置中所述凸块12.2在所述楔形元件11.12的径向上狭窄的区域中与所述楔形元件11.12接触(图3)。相应地，在所述空心轴21和楔形元件11.12之间存在一个气隙s，使得所述转子20可以相对于定子10旋转并且可以在一定的界限内轴向移动。作为下一步，而后将所述空心轴21相对于所述外壳11轴向移动，直到连接到所述旋转传感器上的检测仪器通报最佳信号质量。相应地，而后对在所述代码盘23和印刷电路板13之间的轴向间距进行最佳调节。
在这种状态中，而后按照图3按顺时针方向相对于所述第一外壳件11.1旋转所述夹紧环12，其中为了可以更好地进行操作可以作用于所述径向凸起12.3。这种旋转运动的结果是，所述凸块12.2将所述楔形元件11.12径向向里挤压，因为这些楔形元件11.12构造为在径向上松软的。为提高所述楔形元件11.12的弹性，设置了相应的缝隙11.14。通过这种方式将气隙s减少到零并且所述楔形元件11.12将所述定子10夹紧在转子20上，从而杜绝相对轴向移动性。与此同时，通过全方位地对称地将力传递到所述空心轴21上这种方式，自动地使所述代码盘23相对于所述印刷电路板13定心。
在这方面应该注意，所述空心轴21的由所述楔形元件11.12的凹入区域作用的区域是一个圆柱形的外表面，该外表面在那里没有任何凸起。相应地，仅仅通过摩擦连接产生夹紧。为提高夹紧的保持力，可以将所述楔形元件11.12的一个或两个表面比如所述圆柱形外表面和/或所述凹入区域打毛。尤其可以为此目的设置滚花或者其它起毛的表面结构。
可以如此无级精细地进行调节。此外，在这种状态中所述转子20不再可以相对于所述定子10转动。相应地，可以在厂方规定的轴向间距不会失调的情况下可靠地运输所述旋转传感器。
在将所述旋转传感器安装到电机上的过程中，首先将所述电机轴插入所述旋转传感器的空心轴21中。作为下一步，而后将所述外壳11固定在所述电机的外壳上，方法是将螺栓插入所述穿孔11.11、11.21中并且旋入电机外壳中的相应螺纹孔中。
作为下一步，将所述空心轴21固定在所述电机轴上。为此目的，在所述旋转传感器上设置了具有圆锥形内表面24.3的环形体24和止推环22，其中所述止推环22布置在所述接片21.2的外表面21.22和所述环形体24的内表面24.3之间，并且在这里尤其啮合在所述凹槽21.21中。通过所述止推环22，可以在中间撑开一个几何表面，该表面被所述轴线A直角穿过。以下将这个平面称为横截面Q。
在结构上，按照图6已经提供了一种几何布置方案，其中不仅可以定义在所述环形体24的内表面24.3上的点Pi1、Pi2，而且可以定义在所述空心轴21或者说接片21.2的外表面21.22上的点Pa1、Pa2，这些点到所述轴线A具有不同的间距ri1、ri2；ra1、ra2。如早已提到的一样，可以通过所述止推环22设置一个平坦的横截面Q，其中在所述横截面Q的平面中所述第一点Pa1位于所述轴21的外表面21.22上或者说可以在所述轴21的外表面21.22上定义所述第一点Pa1。
从所述止推环22的横截面Q开始沿反向于y方向(-y，也就是在图6中向下)的方向，在所述环形体24的内表面24.3上存在并且可以定义一个虚拟的几何学上的第一点Pi1。与此相反沿y-方向(在图6中向上)在所述内表面24.3上可以定义或者说设置一个第二点Pi2并且在所述外表面21.22上可以定义或者说设置一个第二点Pa2。在所述内表面24.3上的第一点Pi1到所述轴线A的径向间距ri1小于在所述内表面24.3上的第二点Pi2到所述轴线A的间距ri2。除此以外，在所述外表面21.22上的第一点Pa1到所述轴线A的间距ra1小于在所述外表面21.22上的第二点Pa2到所述轴线A的间距ra2。
在安装过程中，将螺销24.2旋入所述环形体24的螺纹孔24.1中，使得所述环形体24通过所述螺销24.2支撑在所述凸肩21.1上。由此，在所述环形体24中沿一个这里平行于所述轴线A的方向y导入一个反作用力F。所述环形体24沿y-方向移动并且将所述止推环22挤压在所述凹槽21.21中。在这过程中，一个径向指向里面的力起作用并且将所述接片21.2径向向里挤压，使得所述插在空心轴21中的电机轴不可相对转动地被夹住。通过这种夹紧，也将所述空心轴21轴向固定在所述电机轴上。在此，根据结构条件达到很高的夹紧力，因为一方面所述凹槽21.21与所述凸肩21.1也就是与所述接片21.2的突出部分或者说根部之间保持大间距，并且另一方面通过所述接片21.2的圆锥形结构使该接片21.2在突出部分上构造成非常薄壁的。相应地，在所述接片21.2具有较小的阻力矩的情况下，通过所述止推环22导入高弯曲力矩。此外，所述接片21.2的阻力矩还通过所述缝隙21.23得到降低，所述缝隙21.23沿圆周方向偏置地平行于轴线A定向。
现在在将所述定子10固定在所述电机外壳上并且将转子20固定在电机轴上之后，可以松开所述为在代码盘23和印刷电路板13之间保持厂方所调节的轴向间距而采取的锁定。进行此操作的方法是，将所述夹紧环12按逆时针方向相对于所述外壳11旋转。由此将所述凸块12.2置于所述楔形元件11.12变细的区域中并且在所述第一外壳件11.1和空心轴21之间的夹紧再度松开。所述气隙s在这个位置中大于零，并且可以进行测量运行。

Claims (7)

1.旋转传感器，包括第一组件(10)和第二组件(20)，其中在测量运行中按照可相对于彼此旋转的方式布置所述两个组件(10、20)，并且所述第一组件(10)具有
-探测器装置(13)，
-具有至少一个楔形元件(11.12)的外壳件(11.1)和
-具有至少一个凸块(12.1)的夹紧环(12)，
所述第二组件(20)则包括
-代码盘(23)和
-轴(21)，其中
所述代码盘(23)可以在测量运行中由所述探测器装置(13)进行扫描，用于确定所述两个组件(10、20)彼此间的相对角度位置，并且
所述外壳件(11.1)在径向上布置在所述轴(21)的外部，并且通过所述夹紧环(12)相对于所述外壳件(11.1)的旋转运动通过所述至少一个凸块(12.1)将具有径向的、朝轴线(A)定向的方向分量的力传递到所述至少一个楔形元件(11.12)上，从而可以在测量运行结束后将所述轴(21)夹紧在所述外壳件(11.1)上，
其中所述第一组件(10)无支承地与所述第二组件(20)对置。
2.按权利要求1所述的旋转传感器，其中所述夹紧环(12)具有多个凸块(12.1)，并且在所述外壳件(11.1)上布置了多个楔形元件(11.12)，并且所述楔形元件(11.12)的朝向所述轴(21)的表面构造为凹入弯曲的。
3.按权利要求1所述的旋转传感器，其中所述至少一个楔形元件(11.12)不可松开地与所述外壳件(11.1)相连接。
4.按权利要求1所述的旋转传感器，其中所述轴(21)可通过摩擦连接夹紧在所述外壳件(11.1)上。
5.按权利要求1所述的旋转传感器，其中所述旋转传感器根据感应测量原理进行工作。
6.按权利要求5所述的旋转传感器，其中所述探测器装置(13)构造为具有励磁印制导线和接收印制导线的印刷电路板。
7.按权利要求5所述的旋转传感器，其中所述代码盘(23)具有交替布置的导电的和非导电的刻度区域。
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