CN102207086B - 带有传感器装置的流体旋转机械 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种流体旋转机械(1)，其具有壳体(2)，伸出壳体(2)的轴(3)和传感器装置(10)，其包括与轴(3)有效连接的发射器(12)，和接收器(15)。本发明力图将传感器装置以有利的方式布置在流体旋转机械上。为此，传感器装置(10)包括容置区域，发射器(12)布置于其内部，该容置区域与壳体(2)内部流体连通，并对外密封，接收器(15)布置在壳体(2)和容置区域的外部。

Description

带有传感器装置的流体旋转机械

技术领域

本发明涉及一种流体旋转机械，其具有壳体，伸出壳体的轴，和传感器装置，传感器装置包括与轴活动连接的发射器，和接收器。

背景技术

这种机器由US753710B2已被所知。第一部分包括外部齿状的齿轮，其与内部齿状的环相互作用。压力腔在齿轮与环之间形成，压力腔或者具有压力流体或者通过回转阀滑片装置与低压区连接。齿轮通过万向轴与轴连接。该齿轮与曲柄销啮合，其将该齿轮的环行运动传输到传感器轴上。

US4593555描述了一种液压发动机，其中，压力传感器用于确定轴的转速。

US6062123描述了一种助力支撑转向装置，其具有发动机和检测转向操纵盘位置的传感器。该传感器径向布置在转向操纵盘的轴线上。

DE19824926C2描述了另外的液压转向装置，其中，内部控制滑片的前侧带有一排齿状物，其可由传感器进行检测。

DE102005036483B4描述了一种液压旋转机械，它的轴具有发射器，其外圆带有齿状结构的齿和槽。壳体中布置有发射器，其发射光束朝向螺纹结构。由该螺纹结构，该光束被反射到接收器。

在这种机器的许多应用领域中，特别是液压旋转机械中，为了能足够精确地控制机器，传感器是必需的，例如，连接的是柴油发动机时，期望节约能源。

之前介绍的机器中的传感器装置已经大体上证明了它们的价值。尽管如此，多数情况下，需要一种相对复杂安装的传感器。然后，传感器往往处于一种位置，在该位置下，其实际上处于扰动状态。如果传感器能布置在一个位置，在该位置其受到较少扰动，这样存在一个风险，即其不能直接地确定轴的旋转，但可以通过一些游隙敏感的啮合点与轴连接。类似的问题出现，当轴可以变形时，例如，在运动链中连接大扭矩时。

发明内容

本发明基于在流体旋转机械上以有利的方式布置传感器装置的任务。

在上面介绍的流体旋转机械中，该任务由包括容置区域的传感器装置解决，发射器布置在该区域中，容置区域与壳体内部流体连通并对外密封，接收器布置在壳体和容置区域外面。

在这个实施例中，应有容置区域向外密封机器的内部这种有利的方式，因此传感器装置上不需设置开口，通过容置区域，引导活动元件并且随后必须对其密封。如果在活动部件之间的密封可以省略，这样会提高运行的安全性。磨损保持小，故障敏感性降低。例如，如果该传感器装置连接至液压机械，液压流体可以进入容置区域，因此，同时润滑在发射器和壳体或另一个元件之间的接触面。这又导致发射器可以实际上自由地旋转，因此转动反射器只需非常小的扭矩。当使用传递元件时，这又保持传递元件的扭曲变形小。特别简单的实施例在壳体内部设置容置区域。该容置区域形成为容置腔。

优选地，容置区域在流体旋转机械的前盖内形成。这种实施例特别地紧凑。例如，该容置区域可以是前盖上的孔或凹处。不制成通孔。否则，紧密度得不到保证。此外，不需要为传感器装置设置用于活动元件导向的开口。该前盖或壳体的其他部分可以由不锈钢制成。因此，如果发射器和传感器之间的相互作用由磁场引起，这种作用则不会被干扰。

优选地，发射器具有支撑元件，其与前盖无摩擦地相互作用。因此，在容置区域内不再需要带有润滑作用的液体或流体。由于前盖和支撑元件无摩擦地相互作用，传感器装置也可以这样使用。

优选地，传感器装置包括传感器壳体，容置区域布置于其内部。在这个实施例中，该传感器壳体对外密封机器的内部。在这个情况中传感器装置也无需设置用于移动元件的开口，该开口毫无疑问是被密封的。传感器壳体可以作为单独的部件制成。首先，这样简化了生产工艺。第二，这样便于使传感器壳体更好地适应传感器装置的需求，尤其是发射器的那些需求。

优选地，发射器具有支撑元件，其与传感器壳体无摩擦地相互作用。在这个情况中，当进入容置区域的液体或流体没有润滑性能时，例如，在水压机的示例中，也可以使用传感器装置。

优选地，传感器壳体旋入机器的前盖内。为此目的，传感器壳体具有，例如，与前盖上对应的内螺纹啮合的外螺纹。这样简化传感器壳体的生产工艺和传感器装置在机器上的安装。进一步地，在这个实施例中，其相对简单地对外密封容置腔室。密封必须简单地布置在传感器壳体和前盖之间，传感器壳体必须以足够的力旋入前盖内。

优选地，接收器夹到传感器壳体上。因此，接收器通过可拆卸连接与传感器壳体相连，这种连接可以相对快速地再次连接与分离。这样的优点是，通过更换接收器，机器可以相对容易地装备各种传感器装置。而且，简化修理工作。在传感器装置中，接收器通常是最易发生故障的部件。

优选地，发射器包括磁体。磁体产生的磁场能够一直在接收器处被检测到。该磁场仅仅合计为几毫特斯拉。如果磁体由于轴引起发射器的移动而自身移动，这导致在接收器位置磁场的变化。还可能在发射器上布置若干磁体。由于磁场的变化，接收器可以然后对发射器以及因此轴的运动得出结果。如果发射器包括磁体，传感器壳体方便地由一种无磁性的材料制作，以便接收器的磁场保持不受干扰。

优选地，该接收器包括磁敏电阻或霍耳传感器元件。当设置外部磁场时，磁敏电阻元件改变它的电阻。然后可以将其读出。当电流通过霍耳传感器元件时，霍耳传感器提供与磁场的竖直分量和电流成正比的输出电压。这也意味着，与线圈-磁体装置相反，带有非动磁体的电流可以一直读出。

优选地，发射器和接收器是霍耳元件、旋转元件、测速发电机元件或光学传感器元件。采用所有那些传感器，可以检测与发射器活动连接的轴的旋转运动。在霍耳传感器的情况下，发射器包括磁体，接收器包括霍耳传感器。测速发电机提供一个与速度成正比的电压。在光学传感器的情况下，LED能够穿过透明的传感器壳体扫描发射器。

优选地，该传感器装置包括提供矩形信号的输出元件。此外，该输出元件还可以提供模拟电流信号，特别地其在2毫安和20毫安之间变化。可选择地，模拟电压信号可以提供为，一般地在0.1伏特和0.9伏特之间变化。然而，矩形信号具有较小的噪音敏感性的优点。例如，可以选择TTL信号作为矩形信号。

优选地，该传感器装置具有存储器，其可以存储至少两个值。存储器中存储的两个值特别是可以用来检测轴的转动方向。例如，在不同时间存储的两个值可以首先被标准化，然后考虑到从360°到0°的跃迁用于计算速度。

附图说明

接下来，将结合附图根据优选实施例描述本发明，示出：

图1是作为流体旋转机械示例的液压电动机，

图2是液压电动机的第二实施例，

图3a、图3b和图3c是液压电动机的第三实施例，

图4a和图4b是液压电动机的第四实施例，

图5a、图5b和图5c是来自传感器装置的输出信号的图像，和

图6是带有输出元件和存储器的流体旋转机械的示意图。

具体实施方式

接下来，本发明根据作为流体旋转机械的实例的液压电动机来进行描述。尽管如此，该发明不限制于液压电动机。

图1中示出的液压电动机1包括壳体2，轴3从壳体中伸出。从轴3中可以获取机械输出。

轴3可围绕轴线4转动。轴3构成运动链的一部分，其还包括万向轴5和外部齿状的齿轮6，其布置在内部齿状的环7内以形成所知的压力腔，其可以取决于它们的位置，在压力下提供液压流体或将液压流体释放到低压连接中。为控制流体供应到这些压力腔中，给出了示意性示出的控制滑片8，其与轴3连接。

因此，带有齿轮6，运动链具有围绕轴线4环行的第一部分。进一步地，在轴3的区域内，运动链具有围绕轴线4转动的第二部分。

在轴的相反一侧，该壳体2由前盖9闭合。传感器装置10布置在前盖9的外部。尽管如此，该传感器装置10还可以，至少部分地，布置在壳体2中或前盖内。传感器装置10应当尽可能精确地检测轴3的旋转。

传感器装置10包括传感器壳体11，其围绕容置区域，其中布置发射器12。该容置区域可以形成为容置腔。发射器12包括支撑元件13，其由一种材料形成，该材料与传感器壳体11的材料无摩擦地相互作用。一个或多个发射器元件布置在支撑元件上。在当前实施例中，发射器元件14采用磁体29或永磁体制成。在传感器壳体11外部布置接收器15，其由发射器元件14的磁场作用在其上，并且其将包含轴3的旋转运动信息的电信号，通过未显示细节的线路或无线地，传输到未显示细节的控制系统。

前盖9具有在中心布置的通孔16。通过该通孔16，壳体2的内部与传感器壳体11的容置区域连通，以便来自壳体2内部的液压流体也可以进入传感器壳体11的内部。在传感器壳体11和前盖9之间布置密封件17，以便液压流体不能渗入到外部。通过固定装置提供必需的密封力，传感器壳体11通过所述固定装置被固定到前盖9上。在此，这种固定装置由一个螺钉18象征性表示。实际上，提供若干个螺钉18。

传感器壳体11由无磁性的材料制成，并允许磁场从发射器元件14通过，以便磁场可以由接收器15检测。

不使用传感器壳体11，容置区域也可以位于前盖9内。其还可能在壳体内布置不同的容置区域。如果容置区域的位置在需要的前盖内，非通孔或凹陷用来代替通孔16。用这样的方式，在没有传感器壳体11的情况下紧密性也得到保证。而且在这种情况下，发射器12还可以包含支撑元件13。其优点是支撑元件13与前盖9无摩擦地相互作用。当以下面或上述的情况中发射器12在传感器壳体11内描述时，其总是可能作为一种选择，发射器通常布置在容置区域内，尤其是壳体2或前盖9内。

通过传递元件19，支撑元件13与围绕轴线4转动的运动链的第二部分连接。这是通过齿状结构20与轴3啮合的万向轴5的尾端。

传递元件19作为里程表软线形成，就是说，它是可扭转刚性的。通过容置区域或传感器壳体11内的液压流体额外的润滑，发射器12的驱动实际上要求没有扭矩，以便传递元件19实际上未由扭矩施加应力。因此，由于具有高的精度，发射器12总是与轴3具有正好相同的旋转角位置。偏差最大为5°，优选地设置最大为2°，特别优选地的实施例中最大为1°。

为了传递元件19能够通向发射器12，万向轴包括通道21，其还穿过运动链的第一部分。齿轮6与万向轴5以相同的速度转动，因此，与传递元件19有相同的速度。因此，在通道21中，在传递元件19和万向轴5之间在转动方向上没有任何相对运动。如果通道21的直径太小而不允许传递元件19有必要的自由空间进行充分的转动，传递元件19将表现为弯曲运动，然而，其是不严重的。

不使用里程表软线，还可以使用另一个传递元件，例如，细的金属棍或类似物。

在某些情况下，根据图1的实施例由于受到齿状结构20中游隙的作用，会导致轴3的角位置和发射器12的角位置之间出现偏差。

为了补偿这种偏差，使用图2所示的实施例。在此，相同的元件带有相同的附图标记。

传递元件19比图1中实施例制作得更长，以便其可以直接固定在轴3上。然后，齿状结构20中可能的游隙不再具有任何影响。

在两种情况下，传递元件19非转动地与发射器12和/或轴3连接，尽管如此，其在平行于轴线4的方向上是可替换的。例如，这可以由以下实现，在传递元件19的末端具有类似多边形的横截面，如正方形。传递元件19的这些末端随即伸入发射器12和/或轴3对应的开口内，所述开口也具有类似相应的多边形的横截面。因此，对某一程度，末端可以轴向地移动进入孔内，以便可以容置传递元件的纵向变化，例如，会由于温度变化造成的变化。

图3显示进一步的液压机器。与图1和2中相同的元件具有相同的附图标记。

同样在这里，轴3通过齿状结构20与万向轴5连接，其还通过第二齿状结构22与齿轮6连接。第二万向轴23用于将齿轮6连接到阀滑片8，其与轴3共同转动以便从正确位置将液压流体注入到形成在齿轮6和齿状环7之间的压力腔内。

传递元件19的一端连接到轴3，另一端连接到发射器12。因此，以高的精度，发射器12和轴3具有相同的角位置。在齿状结构20、22中的游隙在此没有影响。

图3b是图3a中细节B的放大图，即传感器装置10。图3c显示根据图3c中的C-C截面图。由此可以看出，容置在支撑元件13内的传递元件19的末端具有方形横截面，并且支撑元件13具有对应的开口。

例如，传感器壳体11由不锈钢制成，支撑元件13由塑料材料制成，优选为PEEK(聚醚醚酮)。

不使用磁体29，可以使用其他元件作为发射器元件14。

例如，如果传感器壳体11为辐射可穿透的，例如光辐射，发射器元件14还可以包括光学标记，其可以通过传感器壳体11从外部进行检测。辐射不一定必须为可见辐射。还可能使用红外线区或紫外线区的辐射。如果能够穿透传感器壳体11，还可以使用其他电磁波作为从发射器12到外部的信号传输，。

利用密封件17传感器壳体11与前盖9密封。因此，液压流体仍可以渗入传感器壳体11内，而不是外面。传感器壳体形成一定尺寸，以便其可以采用在壳体2内部产生的力。然而，不需要密封部件对传感器装置10区域内的活动部件之间进行密封。

图4a显示了一个与图3a非常相像的实施例。相同的元件具有相同的附图标记。

大体上，有两处变化：

第一，传递元件19在远离轴3的端面处与万向轴5连接。因此，在该区域偏心地布置传递元件19。尽管如此，利用万向轴5与轴3以相同的速度旋转这一所知情况，所以，是否传递元件19固定到万向轴5的旋转和环行的部分上，如图1中所示，或者固定到万向轴5仅旋转的部分上，则基本上是不重要的。唯一的条件是，在操作期间，传递元件19仅通过弯曲到其在长度上可以控制的程度而受到应力。

第二个差别涉及传感器装置10，其显示在图4b的放大图中。

传感器壳体11具有外螺纹24，其旋入前盖9上通孔16的内螺纹25中。这样既简化传感器壳体11的制造又简化了传感器壳体11的安装。传感器壳体11可以做成转动部分。安装仅发生在传感器壳体11旋入前盖9内，这种旋入安装使得密封件17在前盖9和传感器壳体11之间进行密封。

支撑元件13通过锁紧环26保持在传感器壳体11中。传递元件19设置为穿过前盖9，以便预安装在传感器壳体11内的支撑元件13可以在传感器壳体11旋入前盖9之前安装在传递元件19上。

传感器壳体11在外圆周上具有凹槽27。夹具28，仅仅示意的显示，插入凹槽27内。这一夹具28将接收器15固定在传感器壳体11的前侧。以这种方式，接收器15易于安装，而且易于替换。

磁敏电阻或霍耳传感器元件30可以用作接收器15。当发射器12为磁体29时，尤其是这种情况。磁敏电阻传感器元件30可以包括惠斯通电桥输出信号，由此，轴3或活动地连接到轴3的发射器12的角位置可以通过它进行测量。特别地，两个输出信号31和32可以为正弦或余弦，如图5a所示。通过这两个输出信号31、32，随即可以确定角度。在图5a中，标准化的输出信号31、32显示为角度的函数。在霍耳传感器元件30的情况中，通常将输出锯齿状电压33。在图5b中，锯齿状电压显示为时间的函数。在最低电压点处，可以发现0°和360°角。当接收器15包括磁敏电阻或霍耳传感器元件30且发射器12包括磁体29时，用于霍耳或旋转传感器34所需的元件可以使用。当然，还以考虑采用霍耳传感器34之外其他类型的转动传感器34。还可以考虑采用完全不同的类型的传感器34。特别地，发射器12通过电磁波进行检测，前面提到的光学传感器34为进一步的选择。采用测速发电机传感器34时，提供与速度成正比的电压。

输出信号31、32或锯齿状电压33可以利用并传送用于进一步加工。然而，如果把这些信号转变为矩形信号35是有利的。这种矩形信号35表示数字信号，其可以识别并由多个用户使用。连接线路中的电压损失对信号品质没有影响。侧面的陡度一般在5毫秒和50毫秒之间变化，通常每周期使用至少90脉冲。为了将正弦或余弦形状的输出信号31、32转换为矩形信号35，输出信号31、31切割成具有预先指定的频率的部分，所述的频率依据需要的解决方案。

与信号类型无关，输出元件36(图6)用于输出的目的。

还为了获得轴3的转动方向，也可以使用如图6所示的存储器37。存储器37随后存储轴3的至少两个角位置的数值。为此，其可以使用正弦或余弦形状的输出信号31、32或锯齿状电压33。考虑到从360°到0°的跃迁，转动方向将随速度一同输出。

Claims (13)

1.一种流体旋转机械，具有壳体，伸出该壳体的轴，和传感器装置，其包括与轴活动连接的发射器，和接收器，其特征在于，传感器装置(10)包括容置区域，发射器(12)布置于其中，容置区域与壳体(2)内部流体连通，并对外密封，接收器(15)布置在壳体(2)和容置区域的外部。

2.如权利要求1所述的流体旋转机械，其特征在于，容置区域形成在该流体旋转机械(1)的前盖(9)内。

3.如权利要求2所述的流体旋转机械，其特征在于，该发射器(12)具有与前盖(9)无摩擦相互作用的支撑元件(13)。

4.如权利要求1所述的流体旋转机械，其特征在于，传感器装置(10)包括传感器壳体(11)，容置区域布置于其中。

5.如权利要求4所述的流体旋转机械，其特征在于，该发射器(12)具有与传感器壳体(11)无摩擦相互作用的支撑元件(13)。

6.如权利要求4或5所述的流体旋转机械，其特征在于，传感器壳体(11)旋入该流体旋转机械(1)的前盖(9)内。

7.如权利要求4或5所述的流体旋转机械，其特征在于，接收器(15)被夹在传感器壳体(11)上。

8.如权利要求1至5任一项所述的流体旋转机械，其特征在于，发射器(12)包括磁体(29)。

9.如权利要求1至5任一项所述的流体旋转机械，其特征在于，接收器(15)包括磁敏电阻或霍耳传感器元件(30)。

10.如权利要求8所述的流体旋转机械，其特征在于，接收器(15)包括磁敏电阻或霍耳传感器元件(30)。

11.如权利要求1至5任一项所述的流体旋转机械，其特征在于，发射器(12)和接收器(15)为霍耳元件、旋转元件、测速发电机元件或光学传感器(34)元件。

12.如权利要求1至5任一项所述的流体旋转机械，其特征在于，传感器装置(10)包括提供矩形信号(35)的输出元件(36)。

13.如权利要求1至5任一项所述的流体旋转机械，其特征在于，传感器装置(10)包括存储至少两个值的存储器(37)。