CN111637832A - 扫描角度盘的扫描单元和具有扫描单元的角度测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于扫描角度盘的扫描单元和具有扫描单元的角度测量装置。角度测量装置的扫描单元用于扫描角度盘，使得能够确定在扫描单元与角度盘之间的围绕转动轴的相对角度位置。扫描单元包括：带第一表面的基板；用于产生信号的至少一个探测器，该信号与角度位置相关；包括多个电子构件的评估电子设备，其中，评估电子设备的电子构件被灌封材料包围；电接口，用于建立从评估电子设备到后续电子设备的连接。至少一个探测器、电子构件和电接口布置在基板的第一表面处。电子构件和电接口布置为，它们到转动轴的距离比至少一个探测器到转动轴的距离更远，并且灌封材料相对于转动轴环绕地布置在基板的第一表面上。
Description
技术领域
本发明涉及一种扫描角度盘的扫描单元以及具有扫描单元的角度测量装置。
背景技术
角度测量装置例如在旋转编码器中用来确定两个能相对转动的机器部件的角度位置。
在感应式角度测量装置的扫描单元中，通常以印制电路的形式将激励线圈和接收线圈施加在共同的基板上，即电路板上，基板例如与旋转编码器的定子固定连接。与该基板相对置地，有另一构件，在作为角度盘的该构件上以周期性间隔施加导电面作为刻度结构，并且该角度盘与旋转编码器的转子抗扭地连接。当在激励线圈处施加激励电场时，则在转子与定子之间有相对转动期间在接收线圈或接收绕组中产生与角度位置相关的信号。然后，这些信号在评估电子设备中被进一步处理。
原则上，区分有带自有轴承的角度测量装置和不带自有轴承的角度测量装置(下文中也被称为无轴承角度测量装置)。带自有轴承的角度测量装置通常具有比较小的滚动轴承，使得能够彼此相对转动的组件(特别是扫描单元和角度盘)在所涉及的角度测量装置内相对于彼此布置在限定的轴向和径向位置处。相反，在无轴承角度测量装置中，在将其安装到机器(例如(电)马达)上时必须注意，确定能够彼此转动的组件位于正确的位置，特别是相对于彼此具有正确的轴向距离。所涉及的机器或马达在运行中经常产生热量，从而有利的是，角度测量装置，特别是扫描单元，被设计为其部件不承受过高的温度。在EP3355032A1中描述了一种角度测量装置，其具有承载基板，其中探测信号的评估电子设备布置在基板与探测器相对的侧面上。
发明内容
本发明基于以下目的：提供一种扫描单元，该扫描单元能够被经济地制造并且在其扩展性方面具有优点。
该目的通过根据本发明的扫描单元来实现。
因此，本发明包括用于角度测量装置的扫描单元，该扫描单元用于扫描角度盘，使得能够确定在扫描单元与角度盘之间围绕转动轴的相对角度位置。扫描单元包括基板，基板具有第一表面。此外，扫描单元包括至少一个探测器，探测器适于产生与角度位置相关的信号。此外，扫描单元包括评估电子设备，评估电子设备包括多个电子构件，并且评估电子设备为了评估信号而与至少一个探测器电连接。另外，评估电子设备的电子构件被灌封材料包围。此外，扫描单元包括电接口，电接口用于建立从评估电子设备到后续电子设备的连接。至少一个探测器、电子构件和电接口布置在基板的第一表面上。电子构件和电接口被布置为，它们到转动轴的距离比至少一个探测器到转动轴的距离更远。灌封材料相对于转动轴环绕地布置在基板的第一表面上，使得特别是电子构件和电接口布置在相对于灌封材料的轴向内部。
角度相关的信号，特别是包含关于角度盘与扫描单元之间的相对角度位置信息的信号。
术语“电接口”应该理解为：在多个导电部件之间利用直接接触进行的导电连接，也就是说，它们相互碰触。这例如是电耦合装置，例如插接装置或电缆直接连接。
通过表述“灌封材料相对于转动轴环绕地布置”，应如下理解：灌封材料例如闭合地以360°环绕轴线而布置。同样，该表述也能意味着：以环形扇段来开放地布置灌封材料，从而灌封材料以大约270°、180°或者120°环绕轴线布置。同样地，该表述还包括以下排布：灌封材料中断地以360°环绕轴线布置。
灌封材料特别被设计为环形或圆环形，例如被设计为由一个环段或者由多个环段组成的闭合或者开放或者间断的环。
有利地，基板具有至少0.5mm的厚度。特别地，基板不仅能够用作为探测器、评估电子设备和接口的载体，而且还能够被设计为机械承载元件。特别地，在这方面，基板能够具有金属层，该金属层具有至少0.5mm的厚度，使得该金属层用作承载元件。同时，这样设计的基板能够较好地散热，特别是从评估电子设备的区域散热。
有利地，基板被设计为平坦的，即不弯曲的。
在本发明的另一实施例中，基板具有第二表面，第二表面与第一表面相对置，其中，在第二表面处没有布置电子构件和/或没有接口和/或没有探测器。特别地，第二表面能够是基本平坦或基本光滑的面。例如，基板的第二表面能够同时用作壳体部分或者马达的壳体外表面的一部分。
有利地，扫描单元被设计为根据感应原理工作。此时，特别地，探测器被设计为至少一个接收线圈。
在本发明的另一设计方案中，扫描单元具有至少一个激励线圈，该激励线圈布置在基板的第一表面处。
有利地，基板具有至少一个固定元件，该固定元件布置在密封元件的径向外部。例如，固定元件能够被设计为钻孔或卡夹。密封元件能够例如是O型环或者是例如被硫化在基板上的密封条。
有利地，基板具有边缘区域，该边缘区域在灌封材料的径向外部延伸。特别地，边缘区域能够不间断地环绕灌封材料延伸，使得在全部灌封材料的径向外部存在基板的边缘条带。特别地，基板能够具有布置在边缘区域中的至少一个固定元件。
根据另一方面，本发明包括一种角度测量装置，其具有扫描单元和角度盘，其中，角度盘布置得相对于扫描单元可围绕转动轴转动，并且能够确定扫描单元与角度盘之间的相对角度位置。在此，扫描单元布置得相对于角度盘有轴向偏移。
有利地，角度盘布置在灌封材料的径向内部。特别地，与灌封材料的轴向延展相比，轴向偏移非常小，从而灌封材料布置在角度盘的径向外部。因此，角度盘轴向地处于被灌封材料环绕包围的(空气)体积中。
根据本发明的另一设计方案，角度测量装置被设计为感应式角度测量装置。
在本发明的另一设计方案中，角度盘以周期性间隔具有导电面作为刻度结构。
有利地，角度盘由导电材料制成，导电材料以周期性间隔具有凸起和凹部作为刻度结构。该装置特别用于扫描单元以感应原理工作的情况。
有利地，角度测量装置被设计为无轴承的。
感应式角度测量装置通常被设计为，能够通过扫描单元或通过接收线圈在角度盘的大部分环周上扫描角度盘，并且因此能够产生角度相关的信号。可替代地，角度测量装置能够被设计为，角度盘通过多个在环周上分布的扫描部位被扫描。
附图说明
根据附图，从下面对实施例的描述给出根据本发明的扫描单元的其他细节和优点。
示出：
图1示出了扫描单元的俯视图，
图2示出了扫描单元的细节图，
图3示出了扫描单元的剖面图，
图4示出了具有扫描单元的角度测量装置的剖面图，
图5示出了角度测量装置的俯视图。
具体实施方式
在图中示出了扫描单元1的实施例，该扫描单元在角度测量装置中用于扫描角度盘2(例如参见图4)，其中，通过角度测量装置能够确定在扫描单元1与角度盘2之间围绕转动轴A的相对角度位置。因此，扫描单元1还包括基板1.4，基板(参见图2)自然具有第一表面1.41和与第一表面1.41相对置的第二表面1.42。在所示的实施例中，基本平坦且方形的基板1.4还具有比较厚实的金属层1.44，该金属层在此具有1.0mm的厚度d。在该金属层1.44上有电绝缘的或介电的层1.45，该层例如被设计为聚酰亚胺层，例如漆层或膜。介电层1.45比金属层1.44薄，并且在所示的实施例中有20μm的厚度。与此相应的，基板1的厚度D在此是1.02mm。在介电层1.45上制造印制导线。
在所示的实施例中，扫描单元1以感应测量原理为基础。因此，布置在第一表面1.41处的探测器1.1被设计为多个接收线圈1.11。此外，在第一表面1.41处布置有多个激励线圈1.12。在所示的实施例中，接收线圈1.11和激励线圈1.12围绕转动轴A基本同心地布置。
能够由探测器1.1产生的信号能够通过印制导线传输到评估电子设备1.2中以便继续处理。图5中例如示出了评估电子设备1.2的电子构件1.21，电子构件安装在基板1.4上的环形区域中。此外，接口1.3安装在基板1.4上，接口在此被设计为插接连接件或电耦合部件，并且特别是具有触头载体1.31，触头载体包围多个电触头1.32(图3)。因此，能够将后续电子设备的连接电缆连接到接口1.3处。
评估电子设备1.2的电子构件1.21以及接口1.3或触头载体1.31都在安装于基板1.4上之后被灌封，其中，产生符合图1的环形灌封材料1.5。在图5中，为了示出评估电子设备1.2的电子构件1.21，环形的灌封材料1.5在一个区段中被打开示出。在所示的实施例中，在图中未被打开的区域中的灌封材料1.5的体积内部存在评估电子设备1.2的其他电子构件1.21。因此，灌封材料1.5相对于转动轴A环绕地布置在基板1.4的第一表面1.41上。灌封材料1.5的内边缘和灌封材料1.5的外边缘被设计为斜面，其中，灌封材料1.5的外边缘形成用于密封元件1.7的径向支撑。在所示的实施例中，密封元件1.7被设计为O型环。密封元件1.7相对于灌封材料1.5径向地得到支撑(图4)。替代地，灌封材料的外边缘也能够具有下陷部，使得O型环特别是轴向地保持在该下陷部中。
角度测量装置包括扫描单元1和角度盘2，其中，扫描单元1和角度盘2布置成围绕转动轴A可相对于彼此转动。为了获得相对转动性，在所示的角度测量装置中没有设置自有轴承，即没有滚动轴承或滑动轴承(无轴承角度测量装置)。更确切地说，扫描单元1被固定在第一机器部件处，而角度盘2被固定在第二机器部件处。在此，第一机器部件布置成可以相对于第二机器部件转动。扫描单元1和角度盘2以气隙彼此分开。
扫描单元1能够借助钻孔1.43固定在第一机器部件处，例如通过螺栓连接，其中，在钻孔中固定插入物1.6。特别地，第一机器部件能够是马达壳体。基板1.4或金属层1.44用作为承载元件，并且能够例如同时作为马达壳体的盖。因为在第二表面1.42处既没有电子构件又没有接口或探测器，所以第二表面1.42适合作为马达外表面的一部分。
马达壳体能够具有环绕的壁部，密封元件1.7被压向该壁部。
在角度测量装置的角度盘2处抗扭地固定有轴2.1，以便刚性和抗扭地固定在例如机器轴或马达轴处。角度盘2由环形的电路板构成，在电路板上以周期性的顺序并以相同的刻度间距设置导电区域和非导电区域，即具有不同导电性的区域。具有轴2.1的角度盘2通常也能被称为转子。
扫描单元1上的激励线圈1.12在角度测量装置运行期间产生均匀的交变场，该交变场通过角度盘2根据角度位置或者根据轴2.1的转动角度被调制。在同样位于扫描单元1的接收线圈1.11中，通过调制的电磁场产生角度相关的信号。
在所示的实施例中，角度测量装置根据所谓的全方位扫描来配置。这尤其意味着，扫描单元1被设计为，角度盘2通过扫描单元1或通过接收线圈1.11能够在几乎整个环周上被扫描，并且因而能够产生角度相关的信号。因此，角度盘2的几乎全部刻度结构都被用于产生信号，该信号包括由扫描单元1扫描到的相对角度位置的信息。
然后，如此产生的信号被提供给评估电子设备1.2，在那里信号被进一步处理。在调节单元中调节信号，使得信号始终具有恒定的信号幅度或电平。
在评估电子设备1.2中，基于信号确定角度盘2的角度位置或位置值。此外，角度盘2的角度位置和转速被传输到后续电子设备以用于进一步的电子处理。
Claims (15)
1.一种用于角度测量装置的扫描单元(1)，所述扫描单元用于扫描角度盘(2)，使得能够确定所述扫描单元(1)与所述角度盘(2)之间的围绕转动轴(A)的相对角度位置，其中，所述扫描单元(1)包括
带第一表面(1.41)的基板(1.4)，
用于产生信号的至少一个探测器(1.1)，所述信号与所述角度位置相关，
包括多个电子构件(1.21)的评估电子设备(1.2)，其中，所述评估电子设备(1.2)的所述电子构件(1.21)被灌封材料(1.5)包围，
电接口(1.3)，所述电接口用于建立从所述评估电子设备(1.2)到后续电子设备的连接，其中，
至少一个所述探测器(1.1)、所述电子构件(1.21)和所述电接口(1.3)布置在所述基板(1.4)的所述第一表面(1.41)处，其中，
所述电子构件(1.21)和所述电接口(1.3)布置为，使得所述电子构件和所述电接口到所述转动轴(A)的距离比至少一个所述探测器(1.1)到所述转动轴的距离更远，并且，
所述灌封材料(1.5)相对于所述转动轴(A)环绕地布置在所述基板(1.4)的所述第一表面(1.41)上。
2.根据权利要求1所述的扫描单元(1)，其中，所述基板(1.4)具有至少0.5mm的厚度(D)。
3.根据权利要求2所述的扫描单元(1)，其中，所述基板(1.4)具有金属层(1.44)，其中，所述金属层(1.44)具有至少0.5mm的厚度(d)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的扫描单元(1)，其中，所述基板(1.4)具有第二表面(1.42)，所述第二表面与所述第一表面(1.41)相对置，其中，在所述第二表面(1.42)处没有布置电子构件(1.21)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的扫描单元(1)，其中，所述探测器(1.1)被设计为至少一个接收线圈(1.11)。
6.根据权利要求5所述的扫描单元(1)，其中，所述扫描单元(1)具有至少一个激励线圈(1.12)，所述激励线圈布置在所述基板(1.4)的所述第一表面(1.41)处。
7.根据前述权利要求中任一项所述的扫描单元(1)，其中，所述基板(1.4)具有至少一个固定元件(1.43)，所述固定元件径向地布置在密封元件(1.7)外部。
8.根据前述权利要求中任一项所述的扫描单元(1)，其中，所述基板(1.4)具有边缘区域，所述边缘区域在所述灌封材料(1.5)的径向外部延伸。
9.根据权利要求8所述的扫描单元(1)，其中，所述基板(1.4)具有至少一个固定元件(1.43)，所述固定元件布置在所述边缘区域中。
10.一种角度测量装置，具有根据权利要求1所述的扫描单元(1)和角度盘(2)，其中，所述角度盘(2)布置得相对于所述扫描单元(1)可围绕转动轴(A)转动，并且在所述扫描单元(1)与所述角度盘(2)之间的相对角度位置能够被确定，其中，所述扫描单元(1)布置得具有相对于所述角度盘(2)的轴向偏移。
11.根据权利要求10所述的角度测量装置，其中，所述角度盘(2)布置在所述灌封材料(1.5)的径向内部。
12.根据权利要求10或11所述的角度测量装置，其中，所述角度测量装置被设计为感应式角度测量装置。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的角度测量装置，其中，所述角度盘(2)以周期性间隔具有导电表面作为刻度结构。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的角度测量装置，其中，所述角度盘(2)由导电材料制成，并且以周期性间隔具有凸起和凹部作为刻度结构。
15.根据权利要求10至14中任一项所述的角度测量装置，其中，所述角度测量装置被设计为无轴承的。
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