CN101191736B - 旋转传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及旋转传感器，它包括有二个组件(10，20)，它们围绕轴线(A)相互可旋转地设置。第二组件(20)包括有带有中心孔的轴(21)、轴肩(21.1)和具有外表面(21.22)的连片(21.2)以及具有内表面(24.3)的环形体(24)和一个操纵机构(24.1，24.2)。除此之外旋转传感器还有一个构件(22)，它布置在环形体(24)的外表面(21.22)和内表面(24.3)之间。无论是在环形体(24)内表面(24.3)上的点(P_i1，P_i2)还是在轴(21)的外表面(21.22)上的点(P_a1，P_a2)至轴线(A)的距离(r_i1，r_i2，r_a1，r_a2)各不相同，因此通过操纵机构(24.1，24.2)使环形体(24)支承在轴肩(21.1)上，从而通过构件(22)使径向力作用于连片(21.2)上并可以夹紧一个机器零件。

Description

旋转传感器

技术领域

本发明涉及一种按照权利要求1所述用于测定相对角度位置的旋转传感器(Drehgeber)。

背景技术

这种型式的旋转传感器常常被用来测定二个相互相对可以旋转的机器零件的角度位置并且例如按照感应测量原理来工作。在感应式旋转传感器中例如以印制导线的形式在一个共同的印刷电路板上设有激励线圈和接收线圈，这电路板例如与旋转传感器的定子固定连接。在这印刷电路板对面在规定的轴向距离内并且对中心地设有另一个印刷电路板，它设计成代码盘，在这代码盘上以周期性的间距交替设置有能导电的和不能导电的表面作为分度部位或分度构造，而且这代码盘与旋转传感器的转子防转动地连接。如果在激励线圈上加有一个随时间变化的电激励场，那么在接收线圈里在转子和定子之间相对转动时就产生取决于角度位置的信号。然后将这些信号在一个分析处理电子装置里进一步进行处理。

往往将这样的旋转传感器用作为电驱动装置的测量仪，用于测定对应的驱动轴的绝对角度位置。

由实用新型专利DE 9218383 U1已知有一种锁紧离合器，在此离合器中一个操纵螺钉直接压在一个环上，从而通过锥形面可以产生夹紧力。先前已知的装置有以下缺点：由于在那里的形成的几何关系夹紧力比较来说是小的。

发明内容

因而本发明的任务是提出一种旋转传感器，其中可以简单地达到在一个所要测量的轴和旋转传感器轴之间夹紧力的提高。

该项任务按照本发明通过权利要求1的特征来解决。

按此，旋转传感器包括有第一组件和第二组件，其中这些组件布置成相对地围绕一个轴线可以相互旋转。第一组件具有一个探测器装置。第二组件包括有一个代码盘和一个有中心孔的轴、一个轴肩和一个有外表面的连片。另外这第二组件包括有一个具有内表面和操纵机构的环形体，以及一个构件，该构件布置在外表面和环形体的内表面之间。代码片可以被探测器装置扫描用于测定二个组件相互之间相对的角度位置。无论是在环形体内表面上的点还是在轴的外表面上的点距离轴线的间距都不同，因此通过操纵机构使环形体支承在轴肩上，从而通过构件使一个力的径向方向分量作用在连片上，使一个装入到轴的孔里的机器部件可以被夹紧。装入轴的孔里的机器部件尤其可以例如是发动机的一个轴，该轴的角度位置是要测量的。

旋转传感器的几何上有利地设计，因而通过操纵机构使环形体支承在轴肩上，从而在环形体上作用有一个在y-方向上的反作用力，此力具有一个平行于轴线的方向分量。构件具有的横断面，其中在横断面的平面里可以规定轴的外表面上的第一点。从横断面或横断面的平面出发相反于y方向可规定环形体的内表面上的第一点。另外可以从横断面出发在y方向上规定环形体的内表面上的第二点以及规定轴的外表面上的第二点。内表面上的第一点至轴线的距离小于在内表面上的第二点至轴线的距离。另外在外表面上的第一点至轴线的距离小于外表面上的第二点的距离。

尤其有利的是：环形体的内表面设计成圆锥形和/或轴的外表面设计成圆锥形。

通过具有一种这样型式结构原理的旋转传感器可以与结构有关地在所要夹紧的机器部件上作用比较来说高的夹紧力，这是因为一方面径向向着轴线作用的力的作用点轴向远离于连片的突出部分(Ansatz)或根部，而且另一方面连片有利地设计，使这连片在突出部分处的壁很薄。相应地由于这样所达到的杠杆比在构件上就作用大的弯矩，阻力矩比较来说小时或连片在径向方向上有大的弯曲柔软性时。连片在径向方向的弯曲柔软性可以通过至少一个缝槽来提高，这缝槽的取向有一个轴向方向分量。

布置在轴的外表面和环形体的内表面之间的构件有利地是一个卡紧环。

在本发明的另一个设计方案中轴具有一个(尤其是环绕的)槽用于支承和固定这个构件。

操纵机构有利地设计成一个螺钉或一个螺销并与环形体上的一个螺纹或螺纹孔作用连接。

按照一种有利的变型方案设计旋转传感器，使发送器按感应测量原理工作并且尤其是具有作为探测器装置的有激励且和接收印刷导线的印刷电路板。另外代码盘具有交替布置的导电的和不导电的分度部位。

本发明的有利设计方案可以见从属权利要求。

附图说明

按照本发明的旋转传感器的其它细节情况和优点可以见以下根据附图对一个实施例的说明。

附图所示为：

图1：按照实施例的一种旋转传感器的立体剖视图；

图2：无环形体的旋转传感器的俯视图；

图3：运输保险装置的细部图；

图4：运输保险装置的一个部位的局部剖视图；

图5a：旋转传感器的一个剖视图；

图5b：具有环形体的旋转传感器的一个俯视图；

图6：旋转传感器的一个局部剖视图。

具体实施方式

在图1中表示了按照一个实施例的一个旋转传感器的剖视图。旋转传感器按此包括有这里起定子10的作用的第一组件和这里用作转子20的第二组件。转子20和定子10在测量时围绕一个轴线A可以相互相对地转动。

定子10包括有一个分成两部分的外壳11，它由一个在图1中上部的第一外壳部分11.1和一个下面的第二外壳部分11.2组成。借助于钻孔11.11，11.21(图5a)可以将定子10例如固定在发动机的外壳上。在所提出的实施例中旋转传感器按一种感应式测量原理工作。对应地在定子10上设有一个印刷电路板13形式的探测器装置并且通过一种卷边11.22防转地与第二外壳部分11.2连接。

在DE 19751853 A1中举例说明了一种感应式工作的旋转传感器的作用原理。在印刷电路板13上作为接收线圈在内部的接收器线路(Empf

ngerspur)里设有接收器印制导线，而在一个外部的接收器线路里设有另一个接收器印制导线。除此之外作为激励线圈在电路板13上设有激励印制导线，这些导线布置在里面的，中间的和外面的激励线路(Erregerspur)上。印刷电路板13本身具有一个中心孔并作成多层的。

转子20在所介绍的实施例中包括有一个轴，它设计成空心轴21。在空心轴21的中心孔里例如装入有一个发动机轴并使之固定，以便通过旋转传感器求得这发动机轴与发动机外壳的相对角度位置。空心轴21是一个旋转对称物体并包括有一个轴肩21.1和一个比较来说薄壁的连片21.2。连片21.2有一个槽21.21、一个相关于径向方向成圆锥形的外表面21.22，以及缝槽21.23。

此外在转子20上，尤其在其空心轴21上防转地固定了一个环形的代码盘23。代码盘23由一种基片组成，它在所示的实施例中由环氧树脂制成并布置在二个分度线路(Teilungsspuren)上。分度线路设计成圆环形并相对于轴线A同心地具有不同直径地布置在基片上。这二个分度线路分别由一种交替布置的能导电的分度部位和不能导电的分度部位周期性的序列。作为能导电的分度部位的材料在所示的实施例中是用铜涂覆在基片上。而在不能导电的分度部位里基片不被涂覆。里面的分度线路在所示的实施形式中由第一半环状的具有能导电的材料，此处为铜的分度部位以及第二半环状的，没有能导电的材料布置在里面的分度部位组成。第二分度线路径向邻接于第一分度线路地在基片上，其中分度线路也由许多导电的分度部位以及布置在它们之间的非导电部位组成。各个不同的分度部位就材料而言如同第一分度线路的分度部位那样设计。总之第二分度线路在所示的实施例中包括有32个周期性布置的，导电的分度部位以及相应的32个布置在它们之间的非导电的分度部位。

代码盘23和印刷电路板13有轴向间距地相互对置布置，因此轴线A经过代码盘23和电路板13的中心，并且在代码盘23和电路板13之间有相对转动时在电路板13里通过感应效应可以产生一个取决于相应角度位置的信号。按照这种测量原理代码盘23可以被印刷电路板13扫描用以测定在测量时转子20和定子10相互之间的相对角度位置。

形成相应信号的先决条件是：激励印制导线在扫描线路部位里或在用其扫描的分度线路的范围里产生一个随时间上变化的电磁励场。在所示的实施例中激励印制导线设计成多个平面平行的流过电流的单个印制导线。若印制导线单元的激励印制导线全都在相同方向上被电流流过，那么在相应的印制导线单元周围就形成一个软管状或圆柱形定向的电磁场。产生的电磁场的场线成围绕印制导线单元以同心圆形式布置，其中场线的方向以已知的形式和方式取决于印制导线单元里的电流方向。

然而在能够承受测量工作之前，必须尽可能准确地调节代码盘23和印刷电路板13之间的轴向距离。所介绍的旋转传感器并没有自身的轴承结构，也就是无轴承设计的，因此代码盘23和印刷电路板13在装配在发动机轴上和发动机的外壳上之前可以相互轴向移动并在小范围内也可以径向移动。另一方面正是与感应测量原理有关系一个正确的轴向距离和良好的定心对于信号幅值的大小，并因此对于测量结果的品质都是决定性的。由于这种原因在所示的实施例中对于旋转传感器的生产厂商来说就进行在代码盘23和印刷电路板13之间轴向距离和相对同心度的最佳调节并然后使代码盘23和印刷电路板13相互相对锁住，因此即使在运输至旋转传感器的运行者过程中也不会丢失这种调节。在旋转传感器的装配过程中最后又使闭锁松开，其中在测量时则保证最佳的轴向距离和最佳的定心。

为了实现闭锁，旋转传感器包括有一个由塑料制成的夹紧环12，它具有一个导向面12.1、凸块12.2、径向突起12.3和夹紧凸起12.4。此外第一外壳部分11.1具有弯曲的楔形元件11.12，它通过一个连片11.13与第一部分11.1的主体连接。弯曲的楔形元件11.12具有径向向外面凸起的表面而径向向里面凹下。通过缝槽11.14弯曲的楔形元件11.12在圆周方向上相互间隔开并径向可以相互运动。第一外壳部分11.1连同所有其部件，尤其是楔形元件11.12作为压住件成一体地由塑料制成。

夹紧环12按照图4对于制造厂商来说在调节之前首先用夹紧连接可拆开地连接到第一外壳部分11.1上，确切地说在一个位置上连接，在此位置上凸块12.2接触这些楔形元件11.12的径向窄的部位(图3)。相应地在空心轴21和楔形元件11.12之间产生一个气隙S，因此转子20可以相对于定子10转动并可以在一定极限内轴向移动。下一步就使空心轴21相对于外壳11轴向移动，直至一个连于旋转传感器上的检测仪报告一种最佳的信号质量。相应地则最佳地调整了代码盘23和印刷电路板13之间的轴向距离。

在这种状态下则使夹紧环12按照图3顺时针方向相对于第一外壳部分11.1旋转，其中为了有更好的可操作性可以作用于径向突起12.3上。这种旋转运动的结果是：凸块12.2将楔形元件11.12径向向里压，因为这些元件设计成径向弹性让缩的。为了提高楔形元件11.12的弹性设有相应的缝槽11.14。按此方式使气隙S降到零，而且楔形元件11.12将定子10夹紧在转子20上，因此抑制了相对的轴向可移动性。同时通过各向对称地传力至空心轴21上自动地进行代码盘23相对于印刷电路板13的定心。

按此关系必须注意到：楔形元件11.2的凹下部位所作用的空心轴21的部位是一种圆柱形外表面，它在那里没有突起。相应地只是通过摩擦连接保证夹紧。为了提高夹紧装置的止动力可以将一个或二个表面，例如圆柱形外表面和/或楔形元件11.12的凹下部位打毛。为此目的尤其可以设计一种滚花或者另一种打毛的表面构造。

调节可以无级精细地进行。此外在这种状态下转子20相对于定子10不再能转动了。旋转传感器因此可以可靠地被运输，而不会使得在工厂所规定的轴向距离失调。

在将旋转传感器装在一个发动机上时首先将发动机轴装入旋转传感器的空心轴21里。下一步则使外壳11固定在发动机的外壳上，方式是用螺钉插入孔11.11，11.21并在拧入到发动机外壳里的相应螺纹孔里。

下一步将定心轴21固定在发动机轴上。为此目的在旋转传感器上设有一个具有一个锥形内表面24.3的环形体24和一个卡紧环22，其中卡紧环22布置在连片21.2的外表面21.22和环形体24的内表面24.3之间，而这里尤其是嵌紧在槽21.21里。通过卡紧环22可以中间占据一个几何面，该面被轴线A正交地穿过。这个平面以下称作为横断面Q。

结构上按照图6提出了一种几何布置，其中无论是在环形体24的内表面24.3上的点P_i1，P_i2还是在空心轴21或连片21.2的外表面21.22上的点P_a1，P_a2都可以被规定，它们至轴线A具有不同的距离r_i1，r_i2；r_a1，r_a2。如前所述，一个平横断面Q可以通过卡紧环22，其中轴21外表面21.22上的第一点P_a1在横断面Q的平面中或者说可以在其上确定。

从卡紧环22的横断面Q出发在相反于y方向(-y，也就是在图6中向下)上在环形体24的内表面24.3上可以规定虚拟的第一几何点P_i1。相反在y方向上(在图6中向上)可以在内表面24.3上规定或布置第二点P_i2并在外表面21.22上规定或布置第二点P_a2。在内表面24.3上的第一点P_i1至轴线A的径向距离r_i1小于在内表面24.3上第二点P_i2至轴A的距离r_i2。除此之外在外表面21.22上的第一点P_a1至轴线A的距离r_a1也小于外表面21.22上第二点P_a2至轴线A的距离r_a2。

在安装时使螺销24.2在环形体24的螺纹孔24.1里转动，因此环形体24通过螺销24.2支承在轴肩21.1上。因此在环形体24里传入一个在方向y上的反作用力F，它这里平行于轴线A。环形体24在y方向上运动并压在槽21.21里的卡紧环22上。此时作用一个径向向里的力并将连片21.2径向向里压，因此装入空心轴21里的发动机轴防转地被夹紧住了。通过这种夹紧也保证了空心轴2 1轴向固定在发动机轴上。此时取决于结构地实现很高的夹紧力，因为一方面槽21.21离轴肩21.1也就是离连片21.2的突出部分或根部有远的间距，而且另一方面由于连片21.2设计成锥形，连片在突出部分上作成很薄壁的。相应地通过卡紧圈22传入高的弯矩，在连片21.2的阻力矩比较来说较小时。连片21.2的阻力矩附带地还通过缝槽21.23而减小，这些缝槽在圆周方向上错开地平行于轴线A定向。

在将定子10固定在发动机外壳上，将转子20固定在发动机轴上之后，可以使闭锁松开，进行这种闭锁是为了保持住在工厂所调节的，在代码盘23和印刷电路板13之间的轴向距离。这按如下方法来进行：使卡紧环12反时针方向相对于外壳11旋转。因此将凸块12.2移入到楔形元件11.12的逐渐变小的部位里并重新又松开在第一外壳部分11.1和空心轴21之间的夹紧。气隙S在这个状态上大于零，并且可以接受测量工作。

Claims (9)

1.旋转传感器，具有第一组件(10)和第二组件(20)，其中组件(10，20)布置成围绕轴线(A)相互可以相对地旋转，而且第一组件(10)包括有探测器装置(13)，第二组件(20)包括有：

-代码盘(23)，

-具有中心孔的轴(21)、轴肩(21.1)和具有外表面(21.22)的连片(21.2)，

-环形体(24)，它具有内表面(24.3)和操纵机构(24.1，24.2)，以及

-构件(22)，它布置在外表面(21.22)和环形体(24)的内表面(24.3)之间，

其中代码盘(23)可以被探测器装置(13)扫描用来测定两个组件(10，20)相互之间的相对角度位置，

无论是在环形体(24)内表面(24.3)上的点(P_i1，P_i2)还是在轴(21)的外表面(21.22)上的点(P_a1，P_a2)至轴线(A)的距离(r_i1，r_i2；r_a1，r_a2)都不同，因此通过操纵机构(24.1，24.2)使环形体(24)支承在轴肩(21.1)上，从而通过构件(22)将一个具有径向方向分量的力作用在连片(21.2)上，从而可以使装入在轴(21)的孔里的机器零件夹紧住。

2.按照权利要求1所述的旋转传感器，其中通过操纵机构(24.1，24.2)使环形体(24)支承在轴肩(21.1)上，从而在环形体(24)里在一个方向(y)上传入反作用力(F)，该反作用力有平行于轴线(A)的方向分量，而且构件(22)具有横断面(Q)，其中在横断面(Q)的平面里可以规定在轴(21)的外表面(21.22)上的第一点(P_a1)，并从横断面(Q)出发相反于y-方向可以规定在环形体(24)的内表面(24.3)上的第一点(P_i1)，在y-方向上可以规定在内表面(24.3)上的第二点(P_i2)和在外表面(21.22)上的第二点(P_a2)；并且内表面(24.3)上的第一点(P_i1)至轴线(A)的距离(r_i1)小于内表面(24.3)上的第二点(P_i2)至轴线(A)的距离(r_i2)，而且外表面(21.22)上第一点(P_a1)至轴线(A)的距离(r_a1)小于外表面(21.22)上第二点(P_a2)至轴线(A)的距离(r_a2)。

3.按权利要求1所述的旋转传感器，其中所述构件(22)是卡紧环。

4.按权利要求1所述的旋转传感器，其中所述轴(21)具有槽(21.21)用于支承住构件(22)。

5.按权利要求1所述的旋转传感器，其中所述连片(21.2)的外表面(21.22)设计成圆锥形的。

6.按权利要求1所述的旋转传感器，其中所述环形体(24)的内表面(24.3)设计成圆锥形的。

7.按权利要求1所述的旋转传感器，其中所述旋转传感器按感应式测量原理工作。

8.按权利要求7所述的旋转传感器，其中所述探测器装置(13)设计成印刷电路板，它有激励印制导线和接收印制导线。

9.按权利要求7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分度部位。

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