CN106168460A - 用于探测旋转构件的转角的角度传感器 - Google Patents

用于探测旋转构件的转角的角度传感器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于探测旋转构件的转角的角度传感器，该角度传感器具有测量值发送器和测量值接收器，该角度传感器还产生与旋转构件的旋转运动相关的角度信息，其中，角度传感器的第一部件(测量值发送器、测量值接收器)与旋转构件不可相对转动地连接，并且角度传感器的第二部件(测量值接收器、测量值发送器)位置固定地布置成与第一部件(测量值发送器、测量值接收器)具有预定的轴向间距(L)。本发明还涉及一种用于探测车辆中的旋转轴的转角的相应的传感器组件，该传感器组件具有至少一个这样的角度传感器。根据本发明，旋转构件在引导部中沿轴向和沿径向引导，其中，至少一个弹性的弹簧组件将旋转构件沿轴向压到引导部中。

Description

用于探测旋转构件的转角的角度传感器
技术领域
本发明涉及一种根据独立权利要求1的类型的用于探测旋转构件的转角的角度传感器和根据独立权利要求6的类型的用于探测车辆中的旋转轴的转角的传感器组件。
背景技术
转向角传感器应测量方向盘的最多六转的转动，这相当于约2000°的角域。因此，除了角度测量值外，必须保证转动周期间隔的计数。由现有技术已知转向角传感器，其借助于两个齿轮测量方向盘的多转转动的转向角，该齿轮通过大齿轮与方向盘轴耦联。在齿轮的中部中布置有永磁体，并且借助于磁场传感器可确定齿轮的角度。两个齿轮具有稍微不同的齿数，从而由角度彼此的关系还可确定齿轮的相应的转动。因此可确定方向盘经过多转转动的角度。因此，对于该已知的实施方式，需要两个齿轮以及两个磁场传感器以确定实际的转角。
例如在公开文献DE 10 2008 011 448 A1中说明了一种用于探测转角的组件。所说明的组件包括发送器和传感器，传感器根据旋转构件的转角变化将由发送器产生的物理参数变化探测为可数字评估的信号。旋转构件具有至少一个耦联在其周边处的、通过其旋转而转动的更小周长的卫星部(其优选地具有角度传感器)，该卫星部通过沿轴向耦联的内摆线传动机构驱动同样旋转的内摆线盘或内摆线齿轮，内摆线盘或内摆线齿轮的转动速度通过内摆线传动机构减速，使得可由此利用转动传感器系统关于转向轴的多转转动确定旋转构件的转动数和绝对的转向角。
发明内容
而具有独立权利要求1的特征的根据本发明的角度传感器和根据本发明的传感器组件具有的优点是，可减少用于探测车辆中的旋转轴的转角的旋转构件的噪声生成和轴向运动。此外，通过本发明的实施方式可明显降低旋转构件的倾翻风险，并且以有利的方式在使用寿命内几乎恒定地保持在测量值发送器和测量值接收器之间的气隙或间距。此外，本发明的实施方式可防止旋转构件在角度传感器的部件(例如电路板)上刮擦并且损坏在此存在的导电结构，例如导体电路。
本发明的实施方式提供了一种用于探测旋转构件的转角的角度传感器，该角度传感器具有测量值发送器和测量值接收器，角度传感器产生与旋转构件的旋转运动相关的角度信息。在此，角度传感器的第一部件与旋转构件不可相对转动地连接，而角度传感器的第二部件位置固定地布置成与第一部件具有预定的轴向间距。根据本发明，旋转构件在引导部中沿轴向和沿径向引导，其中，至少一个弹性的弹簧组件将旋转构件沿轴向压到引导部中。
因此，实施为永磁体的测量值发送器例如可与旋转构件连接，并且与之一起运动。实施为霍尔传感器的测量值接收器此时位置固定地布置成与永磁体有预定的轴向间距，并且探测磁场的通过旋转运动引起的变化。该布置方式能够实现霍尔传感器的简单的电气接触。备选地，霍尔传感器可与旋转构件连接，而永磁体可位置固定地来布置。
此外，提出一种用于探测车辆中的旋转轴的转角的传感器组件，该传感器组件具有：第一角度传感器，该第一角度传感器产生与旋转轴的旋转运动相关的第一角度信息；和第二角度传感器，该第二角度传感器产生与旋转轴的旋转运动相关的第二角度信息。旋转轴的实际转角可在预定的值域中由第一角度信息和第二角度信息明确地确定。在此，旋转轴与转动发送器耦联，该转动发送器将旋转轴的运动传递给第一角度传感器和第二角度传感器。此外，转动发送器在引导部中沿轴向和沿径向引导，其中，弹性的第一弹簧组件将转动发送器沿轴向压到引导部中。
根据本发明的传感器组件可在车辆中例如用于探测转向角或踏板行程。
通过在从属权利要求中阐述的措施和改进方案可有利地改进在独立权利要求1中说明的用于探测旋转构件的转角的角度传感器和在独立权利要求6中说明的用于探测车辆中的旋转轴的转角的传感器组件。
特别有利的是，角度传感器的位置固定的部件可布置在电路板上。至少一个弹性的弹簧组件可布置在隔板处，隔板可布置在电路板和旋转构件之间，并且可在角度传感器的部件的区域中具有凹口。
在根据本发明的角度传感器的有利的设计方案中，至少一个弹性的弹簧组件可具有两个弹簧元件，其布置在凹口的彼此相对而置的侧部处并且可迎向彼此地伸延，从而两个弹簧元件在两个彼此相对而置的支承点处沿轴向作用到旋转构件上。由此可降低旋转构件的倾斜倾向，并且引起旋转构件平地处在引导部的底部处。旋转构件和引导部的尺寸和材料选择如此彼此协调和匹配，使得它们几乎无间隙地共同作用，以实现沿径向和沿轴向引导的构件的旋转运动。优选地，弹簧元件可实施为弹簧舌片。
在根据本发明的角度传感器的另一有利的设计方案中，旋转构件可实施为齿轮，在齿轮的基体处可模制有齿圈和引导边缘，至少一个弹簧组件可起作用到引导边缘上。通过实施为齿轮的方案，基体可与另一齿轮简单地耦联并且由该另一齿轮驱动，从而角度传感器可产生用于另一齿轮的运动的相应的角度信息。
在根据本发明的传感器组件的有利的设计方案中，弹性的第一弹簧组件可包括至少两个弹簧元件，其可作用到引导边缘上，引导边缘可布置在转动发送器的包围旋转轴的开口处。因此，至少两个弹簧元件可布置在开口的彼此相对而置的侧部处并且迎向彼此地伸延，从而两个弹簧元件可在两个彼此相对而置的支承点处沿轴向作用到转动发送器上。由此可降低转动发送器的倾斜倾向，并且引起旋转的转动发送器平地处在引导部的底部处。优选地，可使用四个弹簧元件，其例如可实施为弹簧舌片，以进一步降低倾斜倾向。
在根据本发明的传感器组件的另一有利的设计方案中，转动发送器可具有主齿圈，其可将旋转轴的运动传递到第一齿轮的第一齿圈和第二齿轮的第二齿圈上，其中，第一齿圈的齿数可不同于第二齿圈的齿数。
在另一有利的设计方案中，根据本发明的传感器组件可具有多件式壳体，在其中可布置有第一角度传感器和第二角度传感器。在此，角度传感器的位置固定的部件可布置在共同的电路板上。此外，具有两个凹口和至少两个弹性的弹簧组件的共同的隔板可相应布置在第一齿轮与电路板之间和第二齿轮与电路板之间。
在根据本发明的传感器组件的另一有利的设计方案中，第一弹簧组件的至少两个弹簧元件例如可布置在第一壳体件的开口(其至少部分地包围旋转轴)的边缘处。
在根据本发明的传感器组件的另一有利的设计方案中，转动发送器的引导部可布置在第二壳体件的开口(其至少部分地包围旋转轴)的边缘处。
附图说明
在附图中示出了本发明的实施例，并且在下文的说明中对该实施例进行详细阐述。在附图中，相同的附图标记表示实施相同或相似功能的部件或元件。
图1示出了用于探测车辆中的旋转轴的转角的根据本发明的传感器组件的实施例的示意性的立体的分解图示。
图2示出了用于图1的根据本发明的传感器组件的根据本发明的角度传感器的实施例的示意性的详细图示。
图3示出了图2的根据本发明的角度传感器的截面图示。
具体实施方式
如由图1至图3可见的那样，用于探测车辆中的未示出的旋转轴的转角的根据本发明的传感器组件1的示出的实施例包括：第一角度传感器3，其产生与旋转轴的旋转运动相关的第一角度信息；和第二角度传感器4，其产生与旋转轴的旋转运动相关的第二角度信息。旋转轴的实际转角可在预定的值域中由第一角度信息和第二角度信息明确地确定。
用于探测旋转构件20、30的转角的第一角度传感器3和第二角度传感器4分别包括测量值发送器26、36和测量值接收器12、14，并且产生与旋转构件20、30的旋转运动相关的角度信息。在此，角度传感器3、4的第一部件与旋转构件20、30不可相对转动地连接，而角度传感器3、4的第二部件位置固定地布置成与第一部件有预定的轴向间距L。根据本发明，旋转构件20、30在引导部7.3中沿轴向和沿径向引导，其中，至少一个弹性的弹簧组件44将旋转构件20、30沿轴向压到引导部7.3中。
在示出的实施例中，测量值发送器26、36实施为永磁体，并且布置在旋转构件20、30的容纳部24、34中，并且不可相对转动地与旋转构件连接。测量值接收器12、14实施为霍尔传感器，并且与测量值发送器26、36具有预定的轴向间距L地位置固定地布置在电路板10上。这使得能够实现测量值接收器20、30的简单的电气接触和供电。备选地，测量值接收器12、14可与旋转构件20、30连接，而测量值发送器26、36位置固定地布置在电路板10上。
如由图1至图3进一步可见的那样，至少一个弹性的弹簧组件44布置在隔板40处，隔板布置在电路板10和旋转构件20、30之间，并且在测量值接收器12、14和测量值发送器26、36的区域中具有凹口42。在示出的实施例中，至少一个弹性的弹簧组件44分别具有实施为弹簧舌片的两个弹簧元件44.1、44.2，它们布置在凹口42的彼此相对而置的侧部处并且迎向彼此地伸延，从而两个弹簧元件44.1、44.2在两个彼此相对而置的支承点处沿轴向作用到旋转构件20、30上。至少一个弹簧组件44还可具有多于两个的弹簧元件44.1、44.2，以在多于两个的支承点处沿轴向作用到旋转构件20、30上，其中，弹簧元件44.1、44.2此时如此布置，即，支承点均匀分布地布置在旋转构件20、30的周边处。旋转构件20、30和引导部7.3的尺寸和材料选择如此彼此协调和匹配，即，它们几乎无间隙地共同作用，以实现沿径向和沿轴向引导的构件20、30在引导部7.3中的旋转运动。
如由图1至图3进一步可见的那样，旋转构件20、30相应实施为齿轮，在其基体处模制有齿圈22、32和引导边缘28、38，至少一个弹簧元件44作用到该引导边缘上。
如由图1进一步可见的那样，传感器组件1具有转动发送器2，其具有主齿圈2.2，该主齿圈可经由至少一个带动件2.1与未示出的旋转轴耦联。主齿圈2.2将旋转轴的运动传递到第一齿轮20的第一齿圈22和第二齿轮30的第二齿圈32上。在此，第一齿圈22的齿数不同于第二齿圈32的齿数。第一角度传感器3基于第一齿轮20的第一齿圈22的齿数以第一周期产生第一角度信息，而第二角度传感器4基于第二齿轮30的第二齿圈32的齿数以第二周期产生第二角度信息。通过不同的齿数还可由角度信息彼此的关系确定齿轮的相应的转动。因此，旋转轴经过多转的转动的角度可通过由现有技术已知的计算方法明确地确定。
如由图1进一步可见的那样，转动发送器2在引导部7.4中沿轴向和沿径向引导，其中，弹性的第一弹簧组件6.2将转动发送器2沿轴向压到引导部7.4中。在示出的实施例中，弹性的第一弹簧组件6.2包括四个弹簧元件6.3，其作用到引导边缘2.3上，引导边缘布置在转动发送器2的包围旋转轴的开口2.4处。
如由图1至图3进一步可见的那样，示出的传感器组件1具有多件式壳体5，在其中布置有第一角度传感器3和第二角度传感器4，其中，角度传感器3、4的位置固定的测量值接收器12、14布置在共同的电路板10上。此外，具有两个凹口42和至少两个弹簧元件44的共同的隔板40相应布置在第一齿轮20和电路板10之间和第二齿轮30与电路板10之间。如尤其由图1进一步可见的那样，壳体5包括在图1中上部示出的第一壳体件6和在图1中下部示出的第二壳体件7。两个壳体件6、7具有开口6.4、7.5，旋转轴引导通过开口，应探测该旋转轴的转角。这意味着，壳体件6、7至少部分地包围旋转轴。在示出的实施例中，开口6.4、7.5实施成圆形，并且完全包围旋转轴。在包围旋转轴的圆形的壳体区域中转动发送器2进行转动运动。在此，转动发送器2的引导部7.4布置在第二壳体件7处的开口7.5的边缘处，该开口至少部分地包围旋转轴。第一弹簧组件6.2的四个弹簧元件6.3布置在第一壳体件6的开口6.4的边缘处，该开口至少部分地包围旋转轴。
与圆形的壳体区域联接的是矩形的壳体区域，在其中布置有电路板10、两个齿轮20、30和隔板40。两个齿轮20、30如此布置，即，主齿圈2.2可在啮合区域处啮合齿轮20、30的齿圈22、32并且驱动齿轮20、30。两个齿轮20、30除了啮合区域之外被壁部包围，壁部构造在第二壳体件7处并且用作用于隔板40的支承7.2。此外，在第二壳体件7处构造有两个引导栓7.1，隔板40和电路板10通过相应的引导孔46、16位置正确地插到该引导栓上。两个壳体件6、7通过未进一步示出的夹持连接部彼此连接。此外，在第一壳体件6处构造有插座6.1，其可容纳未示出的插头，以建立与布置在电路板10上的触头元件18的电气连接。在第二壳体件7处设置有未进一步示出的固定接片或通孔，可经由其将壳体5固定在车辆中。
本发明的实施方式提供了用于探测车辆中的旋转轴的转角的角度传感器和对应的传感器组件，其可以有利的方式用于探测转向角或踏板行程。

Claims (14)

1.一种用于探测旋转构件(20、30)的转角的角度传感器(3、4)，该角度传感器具有测量值发送器(26、36)和测量值接收器(12、14)，该角度传感器产生与所述旋转构件(20、30)的旋转运动相关的角度信息，其中，所述角度传感器(3、4)的第一部件和所述旋转构件(20、30)不可相对转动地连接，并且所述角度传感器(3、4)的第二部件位置固定地布置成相对于所述第一部件具有预定的轴向间距(L)，其中，所述第一部件是测量值发送器(26、36)和测量值接收器(12、14)中的一个，而所述第二部件是测量值发送器(26、36)和测量值接收器(12、14)中的另一个，其特征在于，所述旋转构件(20、30)沿轴向并且沿径向在引导部(7.3)中引导，其中，至少一个弹性的弹簧组件(44)将所述旋转构件(20、30)沿轴向压到所述引导部(7.3)中。
2.根据权利要求1所述的角度传感器，其特征在于，所述角度传感器(3)的位置固定的第二部件布置在电路板(10)上，其中，所述至少一个弹性的弹簧组件(44)布置在隔板(40)处，该隔板布置在所述电路板(10)和所述旋转构件(20、30)之间，并且在所述角度传感器(3、4)的第二部件的区域中具有凹口(42)。
3.根据权利要求2所述的角度传感器，其特征在于，所述至少一个弹性的弹簧组件(44)具有两个弹簧元件(44.1、44.2)，该弹簧元件布置在所述凹口(42)的彼此相对而置的侧部处并且迎向彼此地伸延，从而所述两个弹簧元件(44.1、44.2)在两个彼此相对而置的支承点处沿轴向作用到所述旋转构件(20、30)上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的角度传感器，其特征在于，所述旋转构件(20、30)和所述引导部(7.3)无间隙地共同作用。
5.根据权利要求4所述的角度传感器，其特征在于，所述旋转构件(20、30)为齿轮，在该齿轮的基体处模制有齿圈(22、32)和引导边缘(28、38)，所述至少一个弹簧组件(44)作用到该引导边缘上。
6.一种用于探测车辆中的旋转轴的转角的传感器组件(1)，该传感器组件具有：第一角度传感器(3)，其产生与所述旋转轴的旋转运动相关的第一角度信息；第二角度传感器(4)，其产生与所述旋转轴的旋转运动相关的第二角度信息，其中，所述旋转轴的实际转角能在预定的值域中由所述第一角度信息和所述第二角度信息明确地确定，其中，所述旋转轴与转动发送器(2)耦联，该转动发送器将所述旋转轴的运动传递给所述第一角度传感器(3)和所述第二角度传感器(4)，其特征在于，所述转动发送器(2)在引导部(7.4)中沿轴向并且沿径向引导，其中，弹性的第一弹簧组件(6.2)将所述转动发送器(2)沿轴向压到所述引导部(7.4)中。
7.根据权利要求6所述的角度传感器，其特征在于，所述弹性的第一弹簧组件(6.2)包括至少两个弹簧元件(6.3)，该弹簧元件作用到引导边缘(2.3)上，该引导边缘布置在所述转动发送器(2)的包围所述旋转轴的开口(2.4)处。
8.根据权利要求6或7所述的角度传感器，其特征在于，所述第一角度传感器(3)和第二角度传感器(4)分别根据权利要求1至5中任一项来构造。
9.根据权利要求8所述的传感器组件，其特征在于，所述转动发送器(2)具有主齿圈(2.2)，该主齿圈将所述旋转轴的运动传递到第一齿轮(20)的第一齿圈(22)和第二齿轮(30)的第二齿圈(32)上，其中，所述第一齿圈(22)的齿数不同于所述第二齿圈(32)的齿数。
10.根据权利要求8或9所述的传感器组件，其特征在于，设有多件式壳体(5)，所述第一角度传感器(3)和所述第二角度传感器(4)布置在该壳体中，其中，所述角度传感器(3、4)的位置固定的部件布置在共同的电路板(10)上，该部件是测量值发送器(26、36)或测量值接收器(12、14)。
11.根据权利要求10所述的传感器组件，其特征在于，具有两个凹口(42)和至少两个弹性的弹簧组件(44)的共同的隔板(40)相应布置在所述第一齿轮(20)与所述电路板(10)之间和所述第二齿轮(30)和所述电路板(10)之间。
12.根据权利要求10或11所述的角度传感器，其特征在于，所述第一弹簧组件(6.2)的至少两个弹簧元件(6.3)布置在第一壳体件(6)的开口(6.4)的边缘处，该开口至少部分地包围所述旋转轴。
13.根据权利要求11或12所述的角度传感器，其特征在于，所述转动发送器(2)的引导部(7.4)布置在第二壳体件(7)的开口(7.5)的边缘处，该开口至少部分地包围所述旋转轴。
14.根据权利要求6至13中任一项所述的传感器组件，其特征在于，所述旋转轴的探测的转角代表转向角或踏板行程。
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