CN101688788A - 用于检测可绕轴旋转的元件的调节角的装置 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于检测可绕轴(18)旋转的元件(11)的调节角的装置(10)。所述装置(10)具有传感器装置(13)，该传感器装置根据旋转角输出电信号并且该传感器装置具有与可旋转的元件(11)不可动地连接的环形的永磁体(14)和位置固定的霍尔传感器装置(13)。为了也能够检测在同一方向上超过90°的调节角并且尤其是180°以上的这种调节角，所述霍尔传感器装置(13)具有两个或更多围绕环形的永磁体(14)以角间距布置的单独的霍尔传感器(25)。微控制器能够根据可旋转或转动的元件(11)的当前位置从所述霍尔传感器中选择分别位于其特征线的最有利的范围内的霍尔传感器(25)。

Description

用于检测可绕轴旋转的元件的调节角的装置
本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的用于检测可绕轴旋转或转动的元件的180°以上的调节角(Stellwinkel)的装置。
由DE 101 33 492A1已知一种用于检测脚踏板形式的可绕轴旋转或转动的元件的调节角的装置，其永磁体被分配有霍尔传感器装置的两个霍尔传感器，使得脚踏板朝着一个霍尔传感器的方向的转动运动被识别为正角度运动，而脚踏板朝着另一个霍尔传感器的另一方向的转动运动被识别为负角度运动。在此，两个霍尔传感器位于环形的永磁体的极距的两侧，因此每个霍尔传感器仅在＜90°的角度范围内远离极距。
在这种已知装置的情况下，因此只能检测并分析±＜90°的有限的角度范围。这对于某些应用来说是不够的。
因此本发明的任务是提供一种开头所述类型的用于检测可绕轴旋转或转动的元件的调节角的装置，在该装置的情况下也能够检测在同一方向上超过90°的调节角并且尤其是180°以上的这种调节角。
为了解决该任务，在所述类型的用于检测可绕轴旋转或转动的元件的调节角的装置中设置有在权利要求1中所说明的特征。
通过按照本发明的措施可以分析180°以上的角度，因为多个传感器分布在环形的永磁体的圆周上。在此，分别使用在其特征线的最有利范围内的那个霍尔传感器的信号，其中微控制器或其电子电路判定所述霍尔传感器中的哪一个在确定的角度范围内被选择和评价为激活的。通过布置三个霍尔传感器而不是两个霍尔传感器，可以分析可旋转的元件的360°的完整旋转。此外，如果分析应是冗余的，则可以布置另外的传感器。由权利要求2的特征以及必要时权利要求3的特征得出微控制器在这一方面的可选择标准的优选扩展方案。
由权利要求4的特征得出永磁体的合宜的扩展方案。
根据权利要求5以及必要时权利要求6和7至11中的一个或多个的特征得出所述装置的合宜的以及制造技术上有利的扩展方案。
由根据权利要求12的特征得出可旋转或转动的元件的示例性的扩展方案。
由权利要求13至18中的一个或多个的特征得出传感器保持器的有利的扩展方案。
利用根据权利要求19的特征并且必要时权利要求20的特征来实现，相对于分别将单独的印刷电路板分配给每个霍尔传感器，霍尔传感器的这种定位更简单。
本发明的其它细节可以从以下说明中获悉，其中借助在附图中所示的实施例来进一步说明和阐明本发明。
图1以沿着图2的线I-I的平行于俯视图的截面图示出按照本发明的优选实施例的具有两个传感器的用于检测可绕轴旋转的输入元件的180°以上的调节角的装置。
图2示出沿着图1的线II-II的截面，
图3示出按照图1的圆III的放大的局部图，
图4示出按照图2的圆IV的放大的局部图，以及
图5示出两个传感器的经模数转换的信号电压以及根据调节角从中所选择的经模数转换的输出电压的图示。
在附图中所示的装置10例如针对牵引机的扶手或者针对将农业设备耦合到牵引机上的输出轴用于调整和检测可绕轴12旋转的元件11在同一旋转方向上90°以上的或者180°以及更大的调节角，该元件在此被称为输入元件11。调节角的调整和检测通过由霍尔传感器装置13构成的磁场传感器装置和环形的永磁体14进行，由此以未示出的方式驱动或调整要驱动的并且在其调节角方面可调整的部件。唯一的环形的永磁体14被布置在轮形的输入元件11上，而霍尔传感器装置13被保持在传感器保持器15上，轮形的输入元件11相对于传感器保持器15同中心地在同一方向上可旋转＞90°或＞180°的角度(在所示的实施例中210°至220°的角度)并且在此例如也可旋转直至360°。
位于头部的例如罐形的传感器保持器15整体由塑料的底部16和环绕的外罩17构成。传感器保持器15的底部16在中心被空心金属轴18穿过并且与该轴18通过以下方式抗扭地连接，即底部16的该空心轴18的径向凸缘19被注射成形。由此实现优选地由钢构成的空心轴18相对于传感器保持器15的精确定位。
传感器保持器15的外罩17在该实施例中具有两个以稍微小于90°(在此80°)的角间距相对于彼此被布置的并且从其轴向外罩面21出发的凹处22，该凹处在轴向上通过环开关面
Figure G200880015766XD00031
23过渡到直径更小的通孔24。霍尔传感器装置13的单个霍尔传感器25或25′分别被插入到所述凹处22或腔室中，该霍尔传感器的连接腿穿过通孔24并且从底部16伸出。每个霍尔传感器25、25′被位置精确地置于凹处22中，并且更确切地说通过以下方式被置于凹处22中，即在该实施例中横截面例如是梯形的凹处或腔室22在两个彼此垂直的侧面上配备有受压肋27、27′，其中霍尔传感器25、25′被保持在受压肋27、27′之间。由此霍尔传感器25、25′总是被压向腔室22的相同角落中。在该实施例中腔室22的短侧具有唯一的受压肋27，而与短侧成直角延伸的长侧配备有两个间隔布置的受压肋27′。应理解的是，受压肋27、27′的数目或腔室22的横截面可以以其它的方式来形成。
印刷电路板29背离所述腔室22位于传感器保持器15的底部16，该印刷电路板29以底部16的轴向环形凸缘为中心来布置。该印刷电路板与底部16固定连接。通过印刷电路板29的导电孔31，霍尔传感器25、25′的连接腿26被插入并被焊接。由此通过共同的印刷电路板29实现霍尔传感器25、25′的电气布线。
即使在该实施例中只有两个霍尔传感器25和25′以稍微小于90°(即在此80°)的角间距布置，也应理解的是，在外罩面21的圆周上在相应多个腔室22中能够布置或设置三个或四个霍尔传感器25。利用根据本发明的两个霍尔传感器25、25′能够覆盖大约210°至220°的角度范围并且利用三个霍尔传感器能够覆盖360°的角度范围。360°的调节角的冗余分析能够通过四个霍尔传感器25来实现。
轮形输入元件11具有整体由塑料构成的底部36和把手37。把手37按照成锥形拱顶从下向上逐渐尖细的外罩面的类型被构造，该外罩面为了包围传感器保持器15而朝着该传感器保持器开放。
底部36整体具有内部套管38，该内部套管在轴向上朝底部36的两侧凸出，其中位于把手37内的套管段39长于背离把手37的套管段40。中心的内部套管38在其内面上被两个滑动轴套41和42包围。这两个相同的滑动轴套41和42沿着内部套管38在中心具有轴向间距并且以其各自在轴向上向外伸出的环形凸缘43或44跨越套管段39和40的环形端面。为了最优的安置，两个滑动轴套41、42被压入内部套管38中或被压到内部套管38之上。
在内部套管38的背离滑动轴套41、42的圆周面和径向上最外部的从底部在轴向上突出的环形凸缘45之间布置并保持有环形磁体形式的永磁体14。该环形永磁体14在此被插入并且居中粘合到底部36的环形凹处中。环形磁体延伸直至上部的较大的套管段39的环形端面附近。
输入元件11利用两个滑动轴套41和42以很小的间隙可旋转地安置在空心轴18上。这还通过以下方式来实现，即两个滑动轴套41和42由烧结青铜轴套构成，其结合由钢构成的空心轴18导致这种间隙很小的安置。
通过输入元件11和传感器保持器15以及由永磁体14和霍尔传感器25、25′构成的相应装置的轴向接合，通过以下方式给出径向和轴向上的精确分配，即霍尔传感器25、25′在径向上以固定的间距并且在轴向上在环形永磁体14的中心高度上被布置。
优选地以未示出的方式在印刷电路板29上设置有微控制器，借助该微控制器针对轮形输入元件11的当前位置选择分别是位置最有利的霍尔传感器25或25′，以便精确地检测有关的调节角。由此判定两个霍尔传感器25、25′中的哪一个分别是激活的或应是激活的。这意味着，按照图5中的传感器25(虚线)和25′(点划线)的特征线(根据调节角的经数字转换的信号电压)的图示，由微控制器相继地分别选择其特征线33(实线)在相应的调节角的情况下处于线性范围内的那个霍尔传感器25、25′，使得所得到的、由此组合成的总输出特征线33在这里大约为210°至220°的调节角范围内是线性的。在此也可以(如果这是必要的)通过切换相应的霍尔传感器25、25′来检测分别最线性的特性。例如在210°至220°的角度范围上在两个霍尔传感器25和25′的角间距为80°的情况下得出特征线33的最佳的或优化的线性。
此外微控制器避免在过渡范围内、即在从一个霍尔传感器25到下一霍尔传感器25′或者从一个霍尔传感器25′到下一霍尔传感器25的转换点中，存在输出特征线的跳跃。应理解，这在调节角为360°时在三个或四个霍尔传感器的情况下也适用。

Claims (20)

1.一种用于检测可绕轴(18)旋转或转动的元件(11)的180°以上的调节角的装置(10)，具有传感器装置(13)，该传感器装置根据旋转角输出电信号并且该传感器装置具有与可旋转或转动的元件(11)不可动地连接的环形的永磁体(14)和位置固定的霍尔传感器装置(13)，其特征在于，所述霍尔传感器装置(13)具有两个或更多围绕环形的永磁体(14)以角间距布置的单独的霍尔传感器(25)，微控制器能够根据可旋转或转动的元件(11)的当前位置从所述霍尔传感器中选择分别位于其特征线的最有利的范围内的霍尔传感器(25)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微控制器能够相继地分别选择如下的霍尔传感器(25)，该霍尔传感器的特征线在线性或最线性范围内，使得所得到的由此组合成的总特征线或输出特征线在调节角范围在0°至360°期间保持线性或是线性的。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，在最大调节角范围为大约210°至220°时在两个霍尔传感器(25，25′)的线性特征线之间进行选择。
4.根据权利要求1至3中至少一个所述的装置，其特征在于，唯一的环形的永磁体(14)在直径上磁化。
5.根据权利要求1至4中至少一个所述的装置，其特征在于，所述传感器装置(13)具有围绕永磁体(14)优选地以均匀成角度分布的方式布置的霍尔传感器(25)。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述传感器装置(13)具有两个彼此成80°角度的霍尔传感器(25)。
7.根据权利要求1至6中至少一个所述的装置，其特征在于，所述可旋转或转动的元件(11)通过优选地轴向分开的滑动轴套(41，42)被安置在所述轴(18)上。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述轴(18)由钢构成并且所述滑动轴套(41，42)由青铜构成。
9.根据前述权利要求中至少一个所述的装置，其特征在于，所述可旋转或转动的元件(11)配备有优选地唯一的永磁体(14)。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述永磁体(14)被粘合保持在所述可旋转或转动的元件(11)上。
11.根据权利要求8至10中至少一个所述的装置，其特征在于，所述可旋转或转动的元件(11)具有环形凸缘，该环形凸缘的径向内侧与所述滑动轴套(41，42)连接并且所述永磁体(14)被居中保持在该环形凸缘的径向外侧上。
12.根据前述权利要求中至少一个所述的装置，其特征在于，所述可旋转或转动的元件(11)被构造为输入轮(11)。
13.根据前述权利要求中至少一个所述的装置，其特征在于，设置有传感器保持器(15)，该传感器保持器以优选地不均匀角间距配备有用于容纳所述霍尔传感器(25)的腔室(22)。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述霍尔传感器(25)在所述传感器保持器(15)的相应腔室(22)中被保持在适当的位置。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，在所述腔室(22)中优选地在两侧上设置有受压肋(27，27′)。
16.根据权利要求14或15所述的装置，其特征在于，所述传感器保持器(15)与所述轴(18)固定连接。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，优选地所述轴(18)的凸缘(15)由所述传感器保持器(15)注射成形。
18.根据前述权利要求中至少一个所述的装置，其特征在于，所述传感器保持器(15)被构造为罩形并且以其包含腔室(22)的外罩面(21)在径向上夹紧在永磁体(14)和所述可旋转或转动的元件或输入轮(11)的外圆周边缘(37)之间。
19.根据前述权利要求中至少一个所述的装置，其特征在于，设置有印刷电路板(29)，所述霍尔传感器(25)利用其电连接端子(26)被保持在该印刷电路板上。
20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，所述霍尔传感器(25)的连接端子或连接腿(26)通过所述传感器保持器(15)被引向位于该传感器保持器之上的印刷电路板(29)。
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