CN1186591C - 用于转子、特别是待平衡的机动车轮的转角传感器 - Google Patents

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Abstract

用于一个特别是作为机动车车轮构成的转子的转角传感器，具有一个发射器(1)和一些反射器(2)，这些反射器以平面形式安置在与转子(6)一同转动的转动件(7)的一个圆柱面(5)上，其中，由发射器所发射的光线被这些反射器反射并且被一个探测元件(3)接收。探测元件(3)形成相应的信号，这些信号在一个处理装置(4)内被处理用于旋转角的识别。

Description

用于转子、特别是待平衡的机动车轮的转角传感器
技术领域
本发明涉及一种用于转子、特别是待平衡的机动车轮的转角传感器。它具有一个发射器以及一些反射器，这些反射器以反射面的形式，相互间以相等的角间距，被安置在一个可转动的环形轨道上，并反射由发射器发射的光线。转角传感器至少具有一个探测元件，它接收反射的光线，并且提供相应的信号。转角传感器还具有一个与至少一个探测元件相连的处理装置，将该信号用于转动角的识别。
背景技术
这样一种转角传感器是公知的(Ram S.Krishnan et al，AMiniature Surface Mount Reflective Optical Shaft Encoder，Hewlett-Packard Journal，1996年12月，第1-6页)。在公知的转角传感器中，这些反射器围绕圆盘和转子的旋转轴线被圆环状地安置在与转子、特别是与一个轴固定连接的一个圆盘的侧面上，以保持这些反射器的平的反射面。这就造成了附加的设备费用和用于相对于发射器和探测元件或这些探测元件功能合适地配置反射器的空间需求，因为反射平面在一个与旋转轴线相垂直的平面上伸展。
在检测一个平衡机主轴的角度位置、转数和转动方向时设置增量传感器，在它们中，光传感器位于一个或多个光源，特别是发光二极管形式的光源的对面。在光源和传感器之间，安置一个孔盘、缝槽盘或者齿盘，它们与平衡机的主轴一起转动(US4,457,172)。除了附加的角度编码盘外，为了测得转子的绝对角度位置，需要一个附加的零标记作为孔、缝槽或者齿以及需要一个相配的探测元件。在这种配置中，指示出角度增量的这些元件，在一个与旋转轴线相垂直的平面内延伸。
发明内容
本发明的目的是，提供一种开始所述类形的转角传感器，其中，减小了所需的装置费用及占用位置。
按照本发明，为了实现这一目的，本发明提供了一种用于转子或者待平衡的机动车车轮的转角传感器，包括：一个发射器，它发射出光束；与转子一同围绕旋转轴线转动的转动件并具有圆柱面；沿转动件的圆柱面的圆周安置的一些反射器，用于反射由发射器发射的光线；其中反射器通过在围绕转动件的圆柱面放置的带上的反射面构成，或者通过在被套装到转动件的圆柱面上的套筒状的刚性模制件外侧的反射面构成；探测元件，它接收反射的光线并提供相应的信号；以及与探测元件相连的处理装置，它将信号处理来用于旋转角的识别。优选的是，反射器的面被构造成矩形或者正方形。
在本发明中，由反射面或者说由反射面段构成的反射器，被安置在与转子一起转动的一个转动件的圆柱面的圆周上，或者在转子的一个圆柱面上。
优选的是，这些反射器由一些面段构成，它们与一个圆柱面不同。反射器在一个与旋转轴线垂直的平面内的剖面图是一个多边形。该多边形具有相同的多边形边。
优选的是，反射器由柱面段构成，它们的柱轴线平行于旋转轴线伸展。带由塑料制成，并且至少在反射器或隔条的区域构造成反射的。
在转动件或转子转动时，相互毗邻安置在圆周上的反射面，依次穿过由发射器最好是连续发射的光线。反射面或反射面段在它们的次序上被这样构型，即，将间断的射束反射到探测元件上，由此，得到与当时反射面段相应的一个角度位置增量。各个面段能相互紧邻，并且具有一个连贯反射的带，它带有区分各面段的标记。由此，各面段可以具有与圆柱形状有偏差的面结构，然而也可将圆柱面用于各面段，其中，各面段的半径与其上安置着面段的圆柱面所具有的圆的半径有偏差。各面段的半径可在无穷大，也就是说为一个平面，与一个其上安置着反射器的圆柱面的半径之间变化。然而也可以，使这些面段具有抛物线形或椭圆形截面。此外，相对于发射器或探测元件，这些反射面段，可以具有凸或凹的分布。反射的面段优选安置在一个柔性的带上，相互紧邻依次安置，其中，这个柔性带围绕在转子或转动件的圆柱面上。
在一种实施形式中，在表面上的反射器是与圆柱面的轴线相平行的隔条构成。在此，隔条可以被安置在两个材料条带之间，并且能与它们一体地连成一个带。这个带在隔条和材料条带区域具有平面或曲面。在将该带弯曲安置到圆柱面上时，材料条带的表面与圆柱形状相匹配。然而，这些隔条也能保持它们的平面。隔条的宽度、也就是隔条在圆柱面圆周方向上的伸展，只有一个毫米的一小部分，例如，大约为0.3毫米。具有带反射器隔条的带，在围绕转子或与转子一同转动的转动件缠绕时，实际上不要求空间需求，因为，转子的直径或转动件的直径，通过带的厚度没有变大多少。反射器相互间具有相同的角间距。为了获得一个绝对的角度关系，在两个反射器之间，可以具有一个与其余相同的角间距有偏差的一个角间距。由此，例如可实现零标记。在本发明中提出的、其反射器(反射面)绕圆柱面圆周安置的多边反射器，也可以由一个刚性的模制件、特别是由塑料来构成。反射器的反射面段可通过金属沉积、特别是通过电镀金属沉积来制造。特别是，模制件也可以是一个塑料压铸件，最好为套筒形状。该模制件能构成与转子一同转动的转动件。因为直接相互按序设置的反射面段通过探测元件彼此间区分开，因此可以使用一个连贯的反射涂层。
优选的方式是，发射到各反射器上的射束(光束)被聚焦，这样，这样，它的焦点就位于当时反射器的平面上。在转动时，由当时反射器反射的光束在当时反射器面内根据变化的转角被偏转，并且在此能被多个依次安置的探测元件所接收。代替多个传感元件这也是可能的，即一个传感元件所接收。代替多个探测元件这可以使得一个探测元件具有多个光敏传感元件，在转动时被当时反射器偏转的反射射束依次射在这些光敏传感元件上。探测元件或传感元件主要是在转动方向上依次安置。它们也可以在一个直线上按顺序安置。优选的方式为，它们位于一个围绕旋转轴线的圆弧上。转向的反转可由此被识别，即，光束更长地射在传感元件或探测元件上，其上实现了转动方向的反转。由探测元件或传感元件所发出的信号被相应地处理。
优选的是，旋转轴线和主轴的轴线是同心分布的。
附图说明
借助于附图结合一个实施例对本发明进行更详细的解释。其中：
图1：概括示出沿轴向方向观察的转角传感器的一个实施例；
图2：垂直于轴向方向的转角传感器；
图3：在实施例中能被使用的、具有反射器的一个带；
图4：第二个实施例的一个剖视图；
图5：图4中所示实施例的一个局部视图；
图6：第三个实施例；
图7：第四个实施例。
具体实施方式
图中所示出的转角传感器具有一个发射器1，它主要是连续地向反射器2方向发射光。反射器2反射该光线，并且反射光线被一个或多个探测元件3所接收。反射器2由在一个带10上的、分立的反射面或反射面段构成并且例如处于隔条11上，这些隔条11被安置在两个连贯的条带9之间(图3)。带10可由金属、特别是硬镍或一种金属化的塑料薄膜构成(图3)。两个条带9以及隔条11的表面被构造成平的。为了获得一个转子6的角度编码，带10围绕一个转动件7放置，转动件7例如可作为一个平衡机的主轴12来构成。为此，带10位于转动件7或平衡机主轴12的一个圆柱面5上。主轴12或转动件7与转子6固定连接，转子6例如可以是一个机动车车轮，而所述连接可通过固定和/或夹紧装置以公知方式来实现。假若要检测出主轴的不平衡度，则该主轴就构成了转子。在将带10配置在圆柱表面5上时，该带的连贯的材料条带9与圆柱表面5相匹配。隔条11上的表面，特别是构成反射器2的反射外表面，或者位于里边的表面，都保持它们的平面性，并且如一个多边反射器那样起作用，沿圆柱面5的圆周方向，在它们的反射面之间是不反射的段。由此，在这些反射器2之间，就实现了相等的角间距。在反射器2之间的不反射段，通过从带10上消除相应的材料来获得，以便于形成隔条11。在安置到圆柱面5上时，隔条11和在其上构成的反射器2在轴向方向伸展，也就是说平行于轴线8伸展，转子6、转动件7或主轴12围绕该轴线8转动。
隔条可通过所谓的电造形来制造。对此，将金属带涂覆一种光敏抗蚀剂，并且接着通过借助于一个掩膜进行的曝光，将结构转移到抗蚀剂上，在显影后无抗蚀剂的表面上，通过电镀沉积，就形成了金属结构，并且这样成形出隔条。
由此实现，多边反射器围绕与转子6固定连接的转动件7或平衡机的主轴12圆柱表面的配置。相对于一个发射器1和至少一个探测元件3，一个反射器2当时的反射面的角度位置在转动时是变化的。发射器1向转动的圆柱表面5发射射线，特别是发射被聚焦的光束，在此，该光束射在反射器2的平的反射面上，由反射器2所反射的光线被至少一个探测元件3接收，并由它产生一个相应的信号，这一信号在一个与该探测元件3相连的处理装置4内，被处理用来识别一个旋转角。由探测元件3所提供的信号处理，还能被用来确定转子6的转数和旋转方向。
为了获得相对于转子6或转动件7(主轴12)的一个绝对的角度关系，在两个反射器2之间的角间距可以与其余的反射器之间相同的角间距不同，由此例如可得到一个零位置，在这个位置上，例如转角传感器的转角计数器被置为零。
在图4和图5所示的实施例中，反射器2的平面在一个刚性的模制件13的外侧上形成，该模制件13最好是通过塑料压铸件来制造，并具有套筒形状。模制件13能套装到一个转子或与转子相连接的部件上。在图4和图5所示的实施例中，套筒形式的模制件被套装到平衡机的主轴12上。
在图6和图7所示的实施例中，反射器2由相对于发射器1或探测元件3凸出弯曲的面段(图6)或凹入弯曲的面段(图7)构成，构成反射器2的这些面段可以直接相连地设置在一个带10或者一个模制件13上。借助于一个连贯的反射涂层，获得反射器特性。因为这些单个的反射器，从几何上来说，在它们的相互相连的边处，相互间是可区分的，因此，在连贯的反射涂层中，也可获得间断的面段，它们可被用于在处理装置中确定单个的旋转角。
发射器1和探测元件3被安置在一个组合部件20上，这个组合部件20与处理装置4一起被安置在一个基板21上。发射器1向当时的位于组合部件20对面的反射器2发射一束聚焦的光线14，如同从图6中所看到的那样。在围绕旋转轴线8转动时，一束由当时的反射器2所反射的光线15根据旋转角的改变，以不同的偏转角改变方向，并且投射在偏转方向上相邻安置的光敏传感元件16，17，18和19上，它们被设置在探测元件3上(图5)。借此，在沿着一个方向转动时，由当时一个反射器2反射的光束15，相继地投射到传感元件16至19上。第一个传感元件16和第三个传感元件18与一个差动放大器相联，作为输出信号，该放大器提供一个在图4中以A标记的输出信号。第二个传感元件17和第四个传感元件19与另一个差动放大器相联，它提供一个输出信号B(图4)。由此，当反射器2的一个反射面在组合部件20旁移动经过时，在当时传感元件上的亮度差别被利用。
当转子或主轴12继续转动时，反射的光束不再射到这些传感元件上，然而，由随后的反射器2反射的光束15，在转子的转角位置变化时重新相继射到传感元件16至19上.在模制件13的圆周上，优选设置256个反射器2。相对于转子7或主轴12的绝对角度关系，能通过反射面围绕轴线8分布中的一种不一致性获得。这个位置例如可以是转角传感器中位置计数器的零位置。
旋转方向的反向，能通过在输出信号A的状态变化中，利用输出信号B的瞬时状态(图4)来测得。
本发明的转角传感器(增量传感器)对轴向移动并不敏感。信号线和终端干扰滤波器的数目，可以减为相应两个。由反射器2所构成的多边反射器，能够如所解释的那样，作为相对薄的套筒或带构成，它们使转动件或转子的直径仅仅稍微变大，实现转角传感器的一种节省空间的配置。
            参考标号表
1    发射器                2    反射器
3    探测元件              4    处理装置
5    圆柱面                6    转子
7     转动件           8    轴线
9     材料条带         10   带
11    隔条             12   主轴
13    模制件           14   发射的射线
15    反射的射线       16   传感元件
17    传感元件         18   传感元件
19    传感元件         20   组合部件
21    基板

Claims (28)

1、一种用于转子(6)或者待平衡的机动车车轮的转角传感器，包括：
一个发射器(1)，它发射出光束；
与转子(6)一同围绕旋转轴线(8)转动的转动件(7)并具有圆柱面(5)；
沿转动件(7)的圆柱面(5)的圆周安置的一些反射器(2)，用于反射由发射器(1)发射的光线；其中
反射器(2)通过在围绕转动件(7)的圆柱面(5)放置的带(10)上的反射面构成，或者通过在被套装到转动件(7)的圆柱面(5)上的套筒状的刚性模制件(13)外侧的反射面构成；
探测元件(3)，它接收反射的光线并提供相应的信号；以及
与探测元件相连的处理装置(4)，它将信号处理来用于旋转角的识别。
2、按照权利要求1所述的转角传感器，其特征是，反射器(2)的面被构造成矩形或者正方形。
3、按照权利要求1所述的转角传感器，其特征是，这些反射器(2)由面段构成，它们与一个圆柱面不同。
4、按照权利要求1所述的转角传感器，其特征是，这些反射器(2)由平面构成。
5、按照权利要求1所述的转角传感器，其特征是，反射器(2)在一个与所述旋转轴线(8)垂直的平面内的剖面图一同构成一个多边形。
6、按照权利要求5所述的转角传感器，其特征是，该多边形具有相同的多边形边。
7、按照权利要求1所述的转角传感器，其特征是，反射器(2)由柱面段构成，它们的柱轴线平行于所述旋转轴线(8)伸展。
8、按照权利要求7所述的转角传感器，其特征是，该柱面段是圆柱面段，该相应的圆柱面段的半径处于无穷大—即平面—与圆形轨道的半径之间，反射器(2)在该圆形轨道上转动。
9、按照权利要求1所述的转角传感器，其特征是，构成反射器(2)面段相对于发射器(1)或探测元件(3)分别具有一个凸或凹的分布。
10、按照权利要求1所述的转角传感器，其特征是，反射器(2)由彼此紧邻的反射面段构成。
11、按照权利要求1所述的转角传感器，其特征是，反射器(2)被相互连接成一个挠性的带。
12、按照权利要求1所述的转角传感器，其特征是，反射器(2)被构成在隔条(11)上，并且借助材料条带(9)一体地连接成带(10)，隔条(11)被安置在两个放置在圆柱面(5)上的材料条带(9)之间。
13、按照权利要求1所述的转角传感器，其特征是，圆柱面(5)构成了转动件(7)的外圆周。
14、按照权利要求11或者12所述的转角传感器，其特征是，带(10)由塑料制成，并且至少在反射器(2)的区域构造成反射的。
15、按照权利要求11或者12所述的转角传感器，其特征是，带(10)由金属构成。
16、按照权利要求12所述的转角传感器，其特征是，隔条(11)通过从带(10)除去部分材料来形成。
17、按照权利要求16所述的转角传感器，其特征是，隔条通过电造形来制造。
18、按照权利要求1所述的转角传感器，其特征是，模制件(13)由塑料制成。
19、按照权利要求1所述的转角传感器，其特征是，模制件(13)是一个塑料压铸件。
20、按照权利要求1所述的转角传感器，发射到当时反射器(2)上的射束(14)是被聚焦了的。
21、按照权利要求1所述的转角传感器，其特征是，在转子转动时，由一个当时的反射器(2)所反射的光束(15)被多个光敏传感元件(16-19)所接收。
22、按照权利要求21所述的转角传感器，其特征是，传感元件(16-19)沿转动方向并排安置。
23、按照权利要求21或22所述的转角传感器，其特征是，在沿一个方向转动时，由一个当时的反射器(2)反射的光束(15)，相继射到传感元件(16-19)上。
24、按照权利要求21或者22所述的转角传感器，其特征是，四个光敏传感元件(16，17，18，19)在转动方向上并排安置，其中，在第一传感元件(16)和第三传感元件(18)之间、以及第二传感元件(17)和第四传感元件(19)之间的亮度差被分析处理。
25、按照权利要求1所述的转角传感器，其特征是，在至少两个沿着圆柱面(5)安置的反射器(2)之间，设置了一个与其余的相同的角间距不同的角间距。
26、按照权利要求1所述的转角传感器，其特征是，转动件(7)被设置在一个不平衡测量装置的主轴(12)上。
27、按照权利要求26所述的转角传感器，其特征是，不平衡测量装置是一个车轮平衡机。
28、按照权利要求26或27所述的转角传感器，其特征是，所述旋转轴线(8)和主轴(12)的轴线是同心分布的。
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