CN103038607B - 角度传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于探知能转动的轴的转动位置的角度传感器，其具有传输转矩地与轴连接的驱动齿轮和至少一个由该驱动齿轮驱动的测量齿轮，其中，驱动齿轮和至少一个测量齿轮支承在传感器壳体中，并且其中，由一个/多个测量齿轮的角度位置能获知轴的角度位置，依据本发明其特征在于，驱动齿轮由至少一个弹簧弹性地作用的元件加载力地挤压到在其支承件内部的限定的径向位置。

Description

角度传感器
技术领域
本发明涉及一种用于探知能转动的轴的转动位置的角度传感器，其具有传输转矩地与轴连接的驱动齿轮和至少一个由该驱动齿轮驱动的测量齿轮，其中，驱动齿轮和至少一个测量齿轮支承在传感器壳体中，并且其中，由一个/多个测量齿轮的角度位置能获知轴的角度位置。
背景技术
由DE 199 00 330 A1公知一种用于探知能转动的轴的转动位置的角度传感器，其具有传输转矩地与轴连接的驱动齿轮和直接由该驱动齿轮驱动的至少一个测量齿轮，其中驱动齿轮和至少一个测量齿轮支承在传感器壳体中，并且其中由一个/多个测量齿轮的角度位置能获知轴的角度位置。不仅与其角度位置应被探知的能转动的轴传输转矩地连接的驱动齿轮，而且从其角度位置能获知轴的角度位置的测量齿轮在此支承在传感器壳体中的彼此平行的轴线上。
此外，这种角度传感器的测量精度依赖于两个齿轮的齿部的相互配合的精确度。所涉及的构件的形状公差和方位公差造成齿轮之间的一定的游隙，该游隙特别是在转动方向反转的情况下通过导致滞后误差来产生影响。
在EP 1 132 716 A1中示出一种用于探知轴的转动位置的角度传感器，其中，能够避免这种由齿轮之间的游隙引起的滞后误差。在该角度传感器中，通过与轴传输转矩地连接的驱动齿轮驱动一个或多个测量齿轮，测量齿轮各设有转动位置传感器，通过所述转动位置传感器能探知其各自的角度位置。作为用于这样的转动位置传感器的例子而提到了霍尔传感器和电位计。测量齿轮在该文献所示出的角度传感器的实施方式中分别经由不同地设计的、有弹性的承载元件无游隙地耦接到刚性地且牢固地与轴连接的驱动齿轮上。通过这种类型的耦联如下是可能的，即，对轴的转动轴线与该转动轴线的理想方位的静态偏差和/或动态偏差进行补偿。但是，为了实现这一点而必须以如下为代价，即，测量齿轮的转动轴线静态地和/或动态地与其理想方位产生偏差，这在如下情况中会导致不可忽略的测量误差，例如容纳在测量齿轮中的永磁体相对于配属给该永磁体的霍尔传感器代替绕所设置的转动轴线而绕与其有偏差的轴线转动，或者代替单独设置的绕所设置的转动轴线的转动运动实施了相对该转动运动的附加的相对运动。
发明内容
相对于公知的现有技术，依据本发明的角度传感器具有如下优点，即，明确地减少驱动齿轮和测量齿轮之间的游隙并且明显地减小由此引起的滞后误差，而不必容忍如下缺点，即，测量齿轮的转动轴线不能够相对于所配属的传感器元件固定。
依据本发明，这通过如下方式来实现，即，驱动齿轮由至少一个弹簧弹性地作用的元件加载力地挤压到在其支承件内部的限定的径向位置。
通过角度传感器的这种依据本发明的设计方案如下是可能的，即，将驱动齿轮的转动轴线关于角度传感器的壳体不依赖于其转动位置地进行固定，从而也能够将测量齿轮的转动轴线相对于该驱动齿轮的转动轴线进行固定。通过弹簧弹性地作用的元件施加给驱动齿轮的力由承载件的对置的壁承受，从而由此没有对测量齿轮施加会导致噪声形成的力。
在依据本发明的角度传感器的优选实施方式中，用于驱动齿轮的承载件由传感器壳体的环状容纳部形成并且至少一个弹簧弹性地作用的元件与测量齿轮径向对置地容纳在传感器壳体的环状容纳部中。
依据本发明的角度传感器的特别简单且成本低廉的制造使如下实施方案成为可能，即，在该实施方案中两个弹簧板条作为弹簧弹性地作用的元件保持在每两个存在于环状容纳部中的轴向缝隙中并且向着在驱动齿轮上成型的承载元件的外侧挤压。
依据本发明的改进方案而设置如下，即，不仅鉴于能转动的轴的转动轴线相对于驱动齿轮的转动轴线的径向方位，而且鉴于其取向的平行性的可能偏差，通过容纳在轴和驱动齿轮之间的传输元件来补偿能转动的轴的转动轴线的静态偏差和/或动态偏差。
通过具有弹簧弹性特征并且于弹性预张紧的情况下容纳在轴和驱动齿轮之间的传输元件，在轴的每个转动位置产生驱动齿轮与轴的无游隙接触。
附图说明
其它有利的设计方案和改进方案在从属权利要求中说明。本发明的实施例在附图中示出并且下面按照附图进行详细阐释。其中：
图1示出作为用于机动车辆的磁性转向角度传感器的依据本发明的角度传感器的实施方式；
图2示出具有穿过驱动齿轮的缺口的图1的角度传感器的驱动齿轮的和测量齿轮的俯视图以及细节放大图。
于附图中示出在作为用于机动车辆的磁性转向角度传感器的实施方式中的依据本发明的角度传感器。在这种情况中，能转动的轴是机动车辆的在附图中未示出的转向柱轴，该能转动的轴的转动位置由角度传感器探知。
具体实施方式
如在图1中看出的那样，于外侧成型在承载元件5上的驱动齿轮1能转动地支承在角度传感器的传感器壳体9中。对此，承载元件5以在齿轮下方进一步延伸的短颈保持在传感器壳体9的相对该短颈盈余的、环状的容纳部10中。两个同样在传感器壳体9中在与驱动齿轮1的转动轴线平行取向的轴线11、12上能转动地支承的测量齿轮2、3与该驱动齿轮1啮合。
用于测量齿轮2、3的轴线11、12径向对置地通过弹簧弹性地作用的元件13、14容纳在传感器壳体9的环状容纳部10中。该弹簧弹性地作用的元件13、14在角度传感器的所示实施方案中由弹簧板条形成，所述弹簧板条保持在每两个存在于环状容纳部10中的轴向缝隙10’中。弹簧板条13、14作为弹簧弹性地作用的元件向着承载元件5的在驱动齿轮1下方延伸的短颈的外侧挤压，从而在该承载元件上成型的驱动齿轮1被加载力地挤压到在其由环状容纳部10形成的支承件内部的与弹簧板条13、14对置的、接近用于测量齿轮2、3的轴线11、12的径向位置。
在图2中示出的角度传感器的驱动齿轮1和测量齿轮2、3的俯视图使上述内容变得清楚，该俯视图利用在细节放大图中更清楚可见的穿过驱动齿轮1的缺口来示出。这里可见的弹簧板条14保持在传感器壳体9的环状容纳部10的缝隙10’中的其端部附近。环状容纳部10的内壁在这些保持点之间的区域中稍许向外位移，从而对弹簧板条14而言存在向外的一定的游隙。弹簧板条14以其中间区域贴靠在驱动齿轮1上成型的承载元件5的短颈的外侧并且在转动轴线的方向上挤压该承载元件。该弹簧板条14与在该图示中被遮盖的、以相同的方式保持在传感器壳体的环状容纳部10中且对驱动齿轮1施加力的第二弹簧板条13的共同作用在于如下，即，在驱动齿轮1上成型的承载元件5的短颈的外侧贴靠在传感器壳体9的环状容纳部10的内壁的大约居中于弹簧元件13、14之间径向对置的侧上，也就是说在如下区域中，即，该区域位于从驱动齿轮1的转动轴线到测量齿轮2、3的轴线11、12的连接线之间。
测量齿轮2、3比驱动齿轮1小并且具有不同的齿数，从而能从测量齿轮2、3的相应的角度位置以例如由德国的公开文献DE 10 2006 006 359 A1公知的方式由差拍角(Schwebungswinkel)明确地获知即使是旋转经过多圈的驱动齿轮1的角度位置以及因此获知即使是旋转经过多圈的轴的角度位置。为了获知轴的转动位置所需要的对测量齿轮2、3的角度位置的探知在该情况中借助布置在电路板15上的磁场传感器进行，所述磁场传感器分别探测由布置在测量齿轮2、3中的永磁体7、8引发的磁场的取向。此外，除了例如为霍尔传感器或磁阻传感器的磁场传感器之外，角度传感器的测量电子系统的和评估电子系统的其它电子结构元件也处在电路板15上。磁场传感器相对于测量齿轮2、3进而相对于永磁体7、8的精确定位通过电路板15中的两个在附图中被遮盖的孔以及通过将电路板15与传感器壳体9拧紧在如此限定的位置来进行，承载测量齿轮2、3的轴线11、12的凸起部嵌接到所述孔中。为了与其它的控制器连接而在电路板15中压入接触销16，为了将插接连接器构造于在传感器壳体9上成型的插头凸缘17的内部，所述接触销16从传感器壳体9中引出。
驱动齿轮1与能转动的轴也就是说与转向柱轴的传输转矩的连接借助传输元件4进行。这里使用弹簧弹性地构造的、优选由弹簧板材制造的大致呈圆环状的主体作为传输元件4，该主体设有四个在轴向方向上安置的支承凸起部4.1、4.2、4.3、4.4。在此，每两个支承凸起部形成一对并且关于传输元件4的圆周彼此对置地布置。在此，第一对支承凸起部4.1、4.3向下指向并且与驱动齿轮1的所配属的支承容纳部5.1、5.3嵌接。第二对支承凸起部4.2、4.4向上指向并且与跟能转动的轴刚性连接的支承环6的配属给所述支承凸起部的支承容纳部6.2、6.4嵌接。驱动齿轮1的支承容纳部5.1、5.3在本实施方案中一体式地成型在承载元件5上，支承环6的轴侧的支承容纳部6.2、6.4与该支承环一体地构造。
在理想情况中，轴的和驱动齿轮1的转动轴线应该是相同的，也就是说，在空间中处于一条直线上。但是，在实际的组装中，显著的、涉及所述轴线彼此在固定转动位置的方位的公差，即静态公差是不可忽略的。特别是在这里示出的转向角度传感器的情况中，其中，能转动的轴由机动车辆的转向柱轴形成，还要考虑动态公差，因为在转向柱轴的情况下一定程度的运动游隙没有被消除。
借助传输元件4补偿了轴的转动轴线与驱动齿轮1的转动轴线的偏差，更确切地说，不仅轴线在径向方位上具有偏差，而且也具有平行性的偏差。对此，传输元件4在轴向预张紧的情况下容纳在支承环6和驱动齿轮1之间。通过驱动齿轮1的支承容纳部5.1、5.3作用到传输元件4上的力向上对准，通过支承环6的支承容纳部6.2、6.4作用到传输元件4上的力向下对准。在支承凸起部4.1、4.2、4.3、4.4之间的传输元件4的环状主体的平坦区域由此产生弯曲。基于弹簧弹性特征，由该弯曲产生反作用力，支承凸起部4.1、4.2、4.3、4.4利用该反作用力向着支承容纳部5.1、6.2、5.3、6.4挤压，从而始终提供支承凸起部4.1、4.2、4.3、4.4和支承容纳部5.1、6.2、5.3、6.4之间的无游隙耦接以及因此也随之提供与轴连接的支承环6和驱动齿轮1之间的无游隙耦接。
依据本发明构造的转向角度传感器能够作为用于机动车辆的转向柱模块的子结构组件而工作，作为其它的子结构组件该转向柱模块例如包括：所谓的卷簧盒，在该卷簧盒中容纳有扁带电缆，该扁带电缆用于将转向轮和转向柱之间的能量和/或信号传输到同中心地围绕其纵向轴线的壳体的环状空腔内部的绕组中；以及用于例如操纵机动车辆的闪光器功能和/或刮水器功能的转向柱开关。

Claims (8)

1.用于探知能转动的轴的转动位置的角度传感器，其具有传输转矩地与所述轴连接的驱动齿轮(1)和直接由该驱动齿轮驱动的至少一个测量齿轮(2、3)，其中，所述驱动齿轮(1)和所述至少一个测量齿轮(2、3)支承在传感器壳体(9)中，并且其中，由所述一个/多个测量齿轮(2、3)的角度位置能获知所述轴的角度位置，其特征在于，所述驱动齿轮(1)由至少一个弹簧弹性地作用的元件(13、14)加载力地挤压到在其支承件内部的限定的径向位置，其中，用于所述驱动齿轮(1)的所述支承件由所述传感器壳体(9)的环状容纳部(10)形成，并且所述至少一个弹簧弹性地作用的元件(13、14)与所述一个/多个测量齿轮(2、3)径向对置地容纳在所述传感器壳体(9)的环状容纳部(10)中。
2.根据权利要求1所述的角度传感器，其特征在于，两个弹簧板条(13、14)作为弹簧弹性地作用的元件保持在每两个存在于所述环状容纳部(10)中的轴向缝隙(10’)中并且向着在所述驱动齿轮(1)上成型的承载元件(5)的外侧挤压。
3.根据权利要求1或2所述的角度传感器，其特征在于，所述驱动齿轮(1)借助传输元件(4)与所述轴连接，所述传输元件(4)用于补偿所述轴的转动轴线与所述驱动齿轮(1)的转动轴线的静态偏差和/或动态偏差。
4.根据权利要求3所述的角度传感器，其特征在于，所述传输元件(4)是设有四个支承凸起部(4.1、4.2、4.3、4.4)的环状主体，其中，每两个所述支承凸起部(4.1、4.3；4.2、4.4)关于环形圆周彼此对置地布置并且与每两个在一侧配属给所述轴的且在另一侧配属给所述驱动齿轮(1)的支承容纳部(5.1、5.3；6.2、6.4)嵌接。
5.根据权利要求3所述的角度传感器，其特征在于，所述传输元件(4)具有弹簧弹性特征并且在弹性预张紧的情况下容纳在所述轴和所述驱动齿轮(1)之间。
6.根据权利要求1或2所述的角度传感器，其特征在于，所述测量齿轮(2、3)设有永磁体(7、8)，所述永磁体的角度位置由所配属的磁场传感器探知。
7.根据权利要求1或2所述的角度传感器，其特征在于，存在由所述驱动齿轮(1)直接地或间接地驱动的第二测量齿轮(3)，并且能从两个测量齿轮(2、3)的角度位置来获知所述轴的旋转经过一整圈以上的角度位置。
8.根据权利要求1或2所述的角度传感器，其特征在于，所述角度传感器构造成机动车辆中的转向角度传感器。
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