CN105899955A - 基于差分/不对称的感应感测的齿轮感测 - Google Patents

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Abstract

描述的示例包括适于基于差分传感器响应波形来感测齿轮(齿轮齿)运动(诸如转速、方向和位置的组合)的感应齿轮感测系统。具有针对不同齿轮(10)配置的差分传感器响应的感应齿轮感测的示例实施例包括：基于轴向(接近型)感测产生来自双差分传感器(101、102)的差分脉冲/相位传感器响应信号，以及利用不对称齿轮齿或不对称传感器或两者的组合基于横向感测和轴向感测来产生来自单个传感器的不对称响应信号。

Description

基于差分/不对称的感应感测的齿轮感测
技术领域
本公开总体涉及齿轮感测(例如齿轮转速和齿轮齿计数)，并且特别涉及基于差分(differential)/不对称的感应感测的齿轮感测。
背景技术
齿轮传感器对于感测齿轮运动(诸如转速、位置和齿轮齿计数)是有用的。机械系统可以被使用，但是电磁系统通过将经过传感器的齿轮齿的重复传动转化为电数据(例如传感器脉冲响应)有助于避免磨损和失效的伴随问题。
一种常用方法是霍尔(Hall)效应齿轮齿感测，其使用霍尔元件来感测磁铁与传动的含铁金属齿轮齿之间的气隙中的磁通量变化。霍尔元件的输出可以被转化为数字数据并且被处理以生成表示齿轮转速和/或齿轮位置的数字输出。
发明内容
描述的示例针对感测齿轮(齿轮齿)运动(诸如转速、方向和位置的某些组合)的问题。描述的示例包括用于基于差分/不对称的(差分或不对称的)感应感测的齿轮感测的装置和方法。
根据示例方面，一种适于感测传导(conductive)齿轮的运动的感应感测系统包括：具有齿轮齿的传导齿轮，以及邻近该齿轮设置的第一感应传感器和第二感应传感器，使得齿轮运动引起齿轮齿移动经过这些感应传感器。每个传感器被配置为限定在大小方面对应于齿轮齿的感测区域，使得经过传感器的齿轮齿运动引起轴向感测的传感器响应脉冲。传感器被布置成使得齿轮齿移动通过第一传感器的感测区域相对于移动通过第二传感器的感测区域具有时间差，使得传感器提供具有对应于齿轮齿相对于传感器的运动方向的相位差的相应差分传感器响应脉冲。
在描述的示例中：(a)齿轮齿正交于运动方向，并且传感器相对于运动方向被偏置；以及(b)齿轮齿与运动方向成角度，并且传感器是同轴的/成一直线(in-line)并且正交于运动方向。
根据其他示例，一种适于感测传导齿轮的运动的感应感测系统包括具有不对称齿轮齿的导电齿轮，以及邻近该齿轮设置的传感器，并且所述传感器被配置为限定在大小方面对应于不对称齿轮齿的感测区域。由于在感测区域内的导电齿轮齿的区域的改变，经过传感器的齿轮齿运动引起不对称的传感器响应，使得传感器提供对应于不对称齿轮齿相对于传感器的运动方向的不对称传感器响应。
根据其他方面，一种适于感测导电齿轮的运动的感应感测系统包括具有齿轮齿的导电齿轮，以及被配置有不对称轮廓的不对称传感器，在所述不对称传感器中，灵敏度从较低灵敏度端处的较低灵敏度改变到较高灵敏度端处的较高灵敏度。不对称传感器被设置成邻近齿轮且具有相对于齿轮齿的倾斜取向，使得齿轮齿移动经过较低灵敏度端相对于移动经过较高灵敏度端具有时间差，并且因此，不对称传感器提供对应于齿轮齿相对于不对称传感器的运动方向的不对称传感器响应。
附图说明
图1A、图1B和图1C示出针对正齿轮目标(图1A和图1B)的感应齿轮感测(包括齿轮方向)的示例功能的实施例，其中差分传感器相对于齿轮轴偏置，使得差分传感器响应指示齿轮方向(图3C)。
图2A、图2B和图2C示出针对螺旋齿轮目标(图2A和图2B)的感应齿轮感测(包括齿轮方向)的示例功能的实施例，其中同轴的差分传感器与齿轮轴对准，使得差分传感器响应指示齿轮方向(图2C)。
图3A、图3B和图3C示出针对具有不对称成形的齿轮齿的齿轮的感应齿轮感测(包括齿轮方向)的示例功能的实施例，其具有提供不对称响应的单个传感器，使得齿轮方向可以从上升时间和下降时间之间的差异来导出，其中包括：具有侧面安装的传感器的相对扁平的齿轮(图3A)以及具有顶部安装的传感器的相对较厚的齿轮(图3B)，使得不对称传感器响应指示齿轮方向(图3C)。
图3D和图3E是具有侧面安装的传感器的图3A的齿轮/传感器的分解图，其示出齿轮齿相对于传感器(感测区域)的旋转和横向感应感测。
图4A、图4B和图4C示出感应齿轮感测(包括齿轮方向)的示例功能的实施例，其中使用具有相对于齿轮轴的倾斜取向的单个不对称地成形的/形成轮廓的电感器，提供基于从传感器的一端到另一端的不对称灵敏度的不对称响应，使得齿轮方向可以从上升时间与下降时间之间的差异来导出。
具体实施方式
在本说明书中，示例实施例和应用实现基于差分/不对称的(差分或不对称的)感应感测的齿轮感测的各种特征和优点。另外，在本说明书中，不对称的传感器响应由不同的上升时间和下降时间表征。
简而言之，感应感测系统适于基于差分或不对称的传感器响应波形来感测齿轮(齿轮齿)运动(例如转速、方向和位置的某些组合)。具有针对不同齿轮配置的差分/不对称的传感器响应的感应感测的示例实施例包括：基于轴向(接近型)感测(图1和图2)产生来自双差分传感器的差分脉动/相控传感器响应，并且利用不对称的齿轮齿或不对称的传感器或两者的组合(图3A到图3E以及图4A到图4C)基于横向感测和轴向感测产生来自单个传感器的不对称响应。
示例实施例包括旋转齿轮配置，其中齿轮齿旋转地移动经过(多个)传感器。示例实施例也适用于带齿轮(strip gear)，其中齿轮齿横向移动经过(多个)传感器。
图1A、图1B和图1C示出针对由传导材料(诸如含铁金属)构造的正齿轮10的感应齿轮感测的示例功能实施例。正齿轮(spur gear)10是具有平行于齿轮旋转轴的齿轮齿的齿轮的示例(所以齿轮齿被设置成与相对于传感器的运动方向正交)。
差分传感器101和102邻近齿轮设置且相对于齿轮轴旋转偏置(offset)。结果，相应的差分传感器响应111(传感器101)和112(传感器102)基于齿轮旋转方向而超前滞后(lead-lag)。即，差分传感器101和102相对于齿轮齿偏置，使得齿轮齿(根据齿轮方向)首先在一个传感器下方传动，并且然后在第二个偏置传感器下方传动。
感应感测基于传导齿轮材料相对于传感器的轴向接近度。传感器限定在大小方面与齿轮齿的尺寸相称的感测区域，使得齿轮齿经过传感器的运动引起轴向感测的脉动传感器响应。
差分传感器响应111和112可以被转化为表示齿轮运动(诸如旋转方向、转速和角位置)的传感器响应数据。每次齿轮齿传动时，传感器响应脉冲首先由一个传感器记录，并且接着由偏置传感器记录(例如，针对方向1，101并且然后102)。旋转方向可以通过测量来自两个传感器的脉冲响应中的相位差(也就是相位差的符号)来确定，并且齿轮转速和角位置可以通过测量由偏移传感器中的至少一个记录的脉冲的速率来确定。
图2A、图2B和图2C示出针对由传导材料(例如含铁金属)构造的螺旋齿轮20的感应感测的示例功能实施例。螺旋齿轮20是具有非平行于齿轮旋转轴的齿轮齿的齿轮的示例(所以齿轮齿被设置成与相对于传感器的运动方向成角度)。
差分传感器201和202与齿轮轴对准(aligned)，使得相应的差分传感器响应211(传感器201)和212(传感器102)基于旋转方向而超前滞后。即，差分传感器201和202相对于齿轮旋转是同轴的(与齿轮轴对准)，使得螺旋齿轮齿(根据齿轮方向)首先在一个传感器下方传动，并且接着在第二偏置传感器下方传动。
感应感测基于传导齿轮材料相对于传感器的轴向接近度。传感器限定在大小方面与齿轮齿的尺寸相称的感测区域，使得齿轮齿经过传感器的运动引起轴向感测的脉动传感器响应。
差分传感器响应211和212可以被转化为表示齿轮运动(例如旋转方向、转速和角位置)的传感器响应数据。每次螺旋齿轮齿传动时，传感器响应脉冲首先由齿轮齿在第一个传感器下方传动的传感器来记录，并且接着由齿轮齿在下一个传感器下方传动的(同轴)传感器来记录。由于齿轮齿的螺旋布置，所以在来自两个传感器的响应中观察到相位差。旋转方向可以通过测量来自两个传感器的响应中的相位差(也就是相位差的符号)来确定，并且齿轮转速和角位置可以通过测量由偏置传感器中的至少一个所记录的脉冲的速率来确定。
图3A至图3E和图4A至图4C分别示出基于产生来自单个传感器的不对称响应信号的感应齿轮感测，其中产生来自单个传感器的不对称响应信号基于利用不对称齿轮齿或不对称传感器的横向感测。齿轮方向可以从传感器响应的不对称的上升时间和下降时间导出(图3C和图4C)。
图3A、图3B和图3C示出针对具有不对称形状的齿轮齿且由传导材料(例如含铁金属)构造的齿轮的感应感测的示例功能实施例。邻近齿轮设置的单个传感器基于齿轮方向(和齿轮齿的不对称形状/轮廓)来提供不对称的响应。
图3A示出相对扁平的不对称齿轮300A，使得传感器可以被侧面安装(sidemounted)。图3B示出相对较厚的不对称齿轮300B，使得传感器可以被顶部安装(topmounted)。
在两个实施例中，齿轮齿的不对称形状/轮廓基于齿轮旋转的方向产生不对称的响应311A、311B、312A和312B。具体地，齿轮旋转确定当齿轮齿旋转通过感测区域时在传感器的感测区域内的传导齿轮齿的不对称区域。
感应感测基于传导齿轮材料相对于传感器的横向感测。传感器限定在大小方面与齿轮齿的尺寸相称的感测区域，使得齿轮齿经过传感器的运动引起横向感测的不对称传感器响应。即，对于两个实施方式而言，随着齿轮旋转经过传感器，在感测区域内的传导齿轮齿材料的区域改变，引起图3C的不对称的传感器响应，其在上升时间和下降时间中的差异取决于运动的方向。
图3D和图3E是具有侧面安装的传感器301A的图3A的齿轮/传感器的分解图，其示出感应横向感测。随着齿轮30A旋转，齿轮齿30A_1相对于传感器旋转，使得传导齿轮齿材料的大部分在传感器301A的感测区域内。
不对称的传感器响应311A和311B可以被转化为表示齿轮运动的传感器响应数据，该齿轮运动包括旋转方向、转速和角位置。每次齿轮齿旋转通过感测区域时，不对称的传感器响应被记录。旋转方向可以由不对称的响应(即，传感器响应311A和传感器响应311B的上升时间和下降时间)来确定，并且齿轮转速和角位置可以通过测量由传感器记录的不对称脉冲的速率来确定。
图4A、图4B和图4C示出针对从传感器的一端到另一端具有不对称灵敏度的单个不对称地成形/形成轮廓的传感器401的感应感测的示例功能实施例。图4A和图4B示出正齿轮配置，但是该描述适用于具有螺旋(或其他非平行)齿轮配置的不对称传感器。不论哪种情况，不对称的传感器都被设置成具有相对于齿轮齿的倾斜取向，使得当齿轮齿在不同时间移动经过具有不对称灵敏度的传感器端时，传感器响应是不对称的，使得齿轮方向可以从由于灵敏度的差异导致的上升时间与下降时间之间的差异来导出。
针对具有平行于旋转齿轮轴的齿轮齿的正齿轮配置，不对称地成形的/形成轮廓的传感器401相对于齿轮轴(旋转方向)被不对称地定位。不对称的传感器基于从不对称地配置的传感器的一端到另一端的不对称灵敏度来提供不对称响应411_1和411_2。由于传感器401相对于齿轮齿的不对称取向，传感器响应关于齿轮方向是不对称的。
感应感测基于横向感测。使用多个传感器(诸如在图1A、图1B、图2A和图2B中)或者使齿轮齿成形(诸如在图3A和图3B中)不总是合乎期望的。作为替代的齿轮/传感器配置，成形的不对称传感器可以被给予细长的形状并且被制造使得其在面向齿轮齿的传感器表面的任一端上的灵敏度是不同的。此外，传感器可以被安装成相对于在传感器下方传动的齿轮齿成角度。根据齿轮齿在传感器下方传动的方向，给定的齿轮齿将首先由传感器的一端来感测，并且然后由传感器的另一端来感测。例如，针对方向1(411_1)，齿轮齿将首先由高灵敏度端来感测，并且然后由低灵敏度端来感测。因为传感器在每侧上的灵敏度是不同的，所以齿的方向可以从测量的传感器响应导出。
在权利要求的范围内，在描述的实施例中进行修改是可能的，并且其他实施例是可能的。

Claims (15)

1.一种适于感测传导齿轮的运动的感应感测系统，其包括：
具有齿轮齿的传导齿轮；和
邻近所述齿轮设置的第一感应传感器和第二感应传感器，使得齿轮运动引起所述齿轮齿移动经过所述感应传感器；
其中每个传感器被配置为限定在大小方面对应于所述齿轮齿的感测区域，使得经过所述传感器的齿轮齿运动引起轴向感测的传感器响应脉冲；
其中所述传感器被布置成使得齿轮齿移动通过所述第一传感器的感测区域相对于移动通过所述第二传感器的感测区域具有时间差；
使得所述传感器提供具有相位差的相应差分传感器响应脉冲，所述相位差对应于所述齿轮齿相对于所述传感器的运动方向。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述齿轮齿正交于所述运动方向，并且其中所述传感器相对于所述运动方向被偏置。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述齿轮齿与所述运动方向成角度，并且其中所述传感器是同轴的并且正交于所述运动方向。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述齿轮是旋转齿轮，使得齿轮齿运动是受限齿轮旋转。
5.根据权利要求1所述的系统，其中每个传感器提供具有频率的传感器响应脉冲，所述频率对应于所述齿轮齿的运动的转速。
6.一种适于感测传导齿轮的运动的感应感测系统，其包括：
传导齿轮，其具有不对称齿轮齿；和
传感器，其被设置成邻近所述齿轮并且被配置为限定在大小方面对应于所述不对称齿轮齿的感测区域，使得经过所述传感器的齿轮齿运动由于在所述感测区域内的所述传导齿轮齿的区域的改变而引起不对称传感器响应；
使得所述传感器提供对应于所述不对称的齿轮齿相对于所述传感器的运动方向的不对称的传感器响应。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述传感器相对于所述不对称的齿轮齿被侧面安装。
8.根据权利要求6所述的系统，其中所述传感器相对于所述不对称的齿轮齿被顶部安装。
9.根据权利要求6所述的系统，其中所述齿轮是具有由齿轮旋转限定的齿轮齿运动的旋转齿轮。
10.根据权利要求6所述的系统，其中所述传感器提供不对称传感器响应，每个传感器响应具有对应于所述齿轮齿的运动的转速的频率。
11.一种适于感测传导齿轮的运动的感应感测系统，其包括：
具有齿轮齿的传导齿轮；和
不对称传感器，其被配置有不对称轮廓，其中灵敏度从较低灵敏度端处的较低灵敏度改变到较高灵敏度端处的较高灵敏度；
其中所述不对称传感器被设置成邻近所述齿轮且具有相对于所述齿轮齿的倾斜取向，使得齿轮齿移动经过所述较低灵敏度端相对于移动经过所述较高灵敏度端具有时间差；
使得所述不对称传感器提供对应于所述齿轮齿相对于所述不对称的传感器的运动方向的不对称传感器响应。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述齿轮齿正交于所述运动方向，并且其中所述不对称传感器相对于所述运动方向倾斜。
13.根据权利要求11所述的系统，其中所述齿轮齿相对于所述运动方向成角度，并且其中所述传感器正交于所述运动方向。
14.根据权利要求11所述的系统，其中所述齿轮是旋转齿轮，使得齿轮齿运动由所述齿轮的旋转运动来限定。
15.根据权利要求11所述的系统，其中所述不对称传感器提供具有频率的不对称传感器响应，所述频率对应于所述齿轮齿的运动的转速。
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