DE102006020424A1 - Rotation angle sensor for use in motor vehicle, has signal transducer which is arranged on shaft mount, housing fastened to shaft end by shaft mount, and signal receiver arranged on housing and interacting with transducer - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Drehwinkelsensor zur Bestimmung des Drehwinkels einer drehbaren Welle an derem Wellenende.The The invention relates to a rotation angle sensor for determining the angle of rotation a rotatable shaft at the end of the shaft.
Aus dem Stand der Technik sind Drehwinkelsensoren an Wellenenden bekannt, bei denen wellenseitig Signalgeber angeordnet sind, deren Signale von drehfest angeordneten Signalempfängern empfangen werden.Out In the prior art, rotational angle sensors are known at shaft ends, in which shaft side signal generator are arranged, whose signals from rotatably mounted signal receivers be received.
Derartige Sensoren weisen verschiedene Nachteile auf. Beispielsweise ist die Montage aufwändig, da das Wellenende so anzuordnen ist, dass die Signalgeber positionsgenau im Detektionsbereich der Signalempfänger in der Endmontageposition liegen. Wenn die Signalgeber nicht exakt zu den Signalempfängern ausgerichtet sind, treten Probleme mit der Sensorgenauigkeit auf. Zudem ist nachteilig, dass eine Abdichtung derartiger Drehwinkelsensoren sehr aufwändig ist, da zum einen der Raum am Wellenende und zum anderen der Raum im Bereich der Signalempfänger abgedichtet werden muss.such Sensors have several disadvantages. For example, the Assembly elaborate, because the shaft end is to be arranged so that the signal transmitter accurate position in the detection area of the signal receiver in the final assembly position lie. If the signalers are not aligned exactly with the signal receivers are problems with sensor accuracy. In addition, it is disadvantageous that a sealing of such rotational angle sensors is very expensive, on the one hand the room at the end of the shaft and on the other hand the room in the Range of signal receivers must be sealed.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Drehwinkelsensor der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass den genannten Nachteilen abgeholfen wird. Insbesondere soll eine einfache Montage des Drehwinkelsensors möglich sein, wobei dessen Funktionssicherheit erhöht werden soll.Of the The present invention is therefore based on the object, a Rotary angle sensor of the type mentioned in such a way, that the disadvantages mentioned are remedied. In particular, should a simple installation of the rotation angle sensor be possible, its reliability can be increased should.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Drehwinkelsensor mit einem Gehäuse, mit einer am Gehäuse drehbar gelagerten Wellenaufnahme, mit wenigstens einem an der Wellenaufnahme angeordneten Signalgeber und mit wenigstens einem am Gehäuse drehfest angeordneten, mit dem Signalgeber zusammenwirkenden Signalempfänger, wobei die Wellenaufnahme derart ausgebildet ist, dass die Befestigung des Gehäuses im Raum lediglich über die Wellenaufnahme am Wellenende erfolgt.These Task is solved by a rotation angle sensor having a housing, with one rotatable on the housing mounted wave recording, with at least one of the shaft recording arranged signal generator and with at least one rotatably on the housing arranged, cooperating with the signal generator signal receiver, wherein the shaft receiving is designed such that the attachment of the housing in the room just above the shaft is taken at the shaft end.
Durch Vorsehen eines Gehäuses, an dem zum einen die Wellenaufnahme mit den Signalgebern und zum anderen die Signalempfänger angeordnet sind, wird eine exakte Positionierung der Signalgeber und der Signalempfänger innerhalb des Gehäuses ermöglicht. Axiale und radiale Toleranzen zwischen dem Signalgeber und dem Signalempfänger werden kleinstmöglich gehalten. Die positionsgenaue Anordnung der Welle gegenüber dem Drehwinkelsensor wird auch dadurch ermöglicht, dass das Gehäuse lediglich über die Wellenaufnahme am Wellende befestigt ist. Insofern werden keine separaten Bauteile zur Befestigung des Drehwinkelsensors benötigt. Dies hat den Vorteil, dass keine unerwünschten Toleranzen, beziehungsweise Toleranzketten, auftreten, die zu einer nicht optimalen Anordnung des Gehäuses gegenüber dem Wellenende führen. Weil das Gehäuse ausschließlich am Wellenende montiert ist, ergibt sich eine sehr positionsgenaue Ausrichtung der Wellenaufnahme gegenüber dem Wellenende, und damit des Signalgebers zu dem Signalempfänger. Hierdurch wird die Funktionsgenauigkeit des Drehwinkelsensors erhöht.By Providing a housing, on the one hand, the wave recording with the signalers and the others the signal receiver are arranged, an exact positioning of the signal generator and the signal receiver inside the case allows. Axial and radial tolerances between the signal generator and the signal receiver smallest possible held. The positionally accurate arrangement of the shaft relative to the Rotation angle sensor is also made possible by the fact that the housing only over the Shaft mount is attached to the shaft end. In this respect, no separate components needed for mounting the rotation angle sensor. This has the advantage that no unwanted tolerances, respectively Tolerance chains, which lead to a non-optimal arrangement of the housing across from lead the shaft end. Because the case exclusively mounted on the shaft end, results in a very positionally accurate Alignment of the shaft with respect to the shaft end, and thus the signal transmitter to the signal receiver. This will improve the functional accuracy of the rotation angle sensor increases.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass sämtliche sensorrelevanten Bauteile innerhalb eines Gehäuses angeordnet sind. Ein derartiger Drehwinkelsensor kann beim Sensorhersteller vormontiert werden und nach der Vormontage auf seine Funktionsfähigkeit überprüft werden. Danach kann der Sensor auf einfache Art und Weise am vorgesehenen Wellenende montiert werden.One Another advantage of the invention is that all sensor-relevant components within a housing are arranged. Such a rotation angle sensor can at the sensor manufacturer be pre-assembled and checked after the pre-assembly on its functionality. Thereafter, the sensor in a simple manner at the intended shaft end to be assembled.
Um ein Mitverdrehen des Gehäuses bei drehender Welle zu unterbinden, umfasst das Gehäuse vorteilhafterweise eine Verdrehsicherung. Die Verdrehsicherung kann sich dabei vorteilhafterweise an einen im Raum ortsfest angeordneten Bauteil abstützen. Ein derartiges Bauteil kann beispielsweise ein Gehäuse einer größeren Einheit, beispielsweise eines Elektromotors, sein, innerhalb dessen der erfindungsgemäße Drehwinkelsensor verbaubar ist. Die Verdrehsicherung kann dabei beispielsweise als vom Gehäuse des Drehwinkelsensors abstehender Pin ausgebildet sein, der in eine ortsfest angeordnete Aussparung eingreift. Zum Ausgleich von axialen Toleranzen kann die Aussparung als sich in axialer Richtung erstreckende Pinaufnahme ausgebildet sein, so dass eine Verdrehsicherung auch dann gewährleistet wird, wenn der Pin in axialer Richtung nicht vollständig, aber wenigstens abschnittsweise in die Pinaufnahme eingreift. Eine Verdrehsicherung kann auch durch eine asymmetrische Gewichtsverteilung des Gehäuses gebildet werden. Auch hierdurch wird gewährleistet, dass aufgrund des insbesondere Eigengewichts des Gehäuses das Gehäuse bei drehender Welle nicht mitverdreht wird.Around a co-rotation of the housing to prevent rotation of the shaft, the housing advantageously comprises an anti-twist device. The rotation can be advantageously be supported on a stationary in space arranged component. One Such a component can, for example, a housing of a larger unit, For example, an electric motor, be within which the rotation angle sensor according to the invention is buildable. The rotation can, for example, as from the case be formed of the rotation angle sensor protruding pin, which in a fixedly arranged recess engages. To compensate for axial Tolerances, the recess than in the axial direction extending Pin recording be formed, so that a rotation also then guaranteed will, if the pin in the axial direction is not complete, but at least partially engages in the Pinaufnahme. An anti-twist device can also formed by an asymmetric weight distribution of the housing become. This also ensures that that due to the particular weight of the housing, the Housing at rotating shaft is not twisted.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Verdrehsicherung ein Zwischenelement umfasst, das zwischen dem Gehäuse und dem ortsfest angeordneten Bauteil derart angeordnet ist, dass es zum einen gegenüber dem Gehäuse in eine im Wesentlichen senkrecht zur Mittellängsachse der Welle beziehungsweise des Gehäuses verlaufenden Bewegungsrichtung wenigstens bedingt verschieblich gelagert ist und dass es zum anderen vorzugsweise quer zu dieser ersten Verschieberichtung gegenüber dem ortsfest angeordneten Bauteil in eine zweite Bewegungsrichtung verschieblich gelagert ist. Aufgrund des Vorsehens eines derartigen Zwischenelements kann gewährleistet werden, dass in radialer Richtung auftretende Toleranzen beziehungsweise radiale Exzentrizitäten beim Drehen der Welle ausgeglichen werden, und zwar ohne dass das Gehäuse verdreht wird und ohne dass am ortsfesten Bauteil und/oder am Gehäuse unerwünschte Zug- oder Druckspannungen auftreten. Insgesamt wird dadurch die Messgenauigkeit des Sensors erhöht.According to a further advantageous embodiment of the invention can be provided that the rotation comprises an intermediate element which is arranged between the housing and the stationary component such that it is relative to the housing in a substantially perpendicular to the central longitudinal axis of the shaft or the housing extending movement direction is at least conditionally slidably mounted and that it is preferably mounted transversely to this first displacement direction relative to the stationary component in a second direction of movement slidably. Due to the provision of such an intermediate element can be ensured that occurring in the radial direction tolerances or radial eccentricities are compensated when rotating the shaft, without the housing twisted is and without the unwanted tensile or compressive stresses occur on the stationary component and / or on the housing. Overall, this increases the measurement accuracy of the sensor.
Diesbezüglich ist vorteilhaft, wenn das Zwischenteil über eine Nut-Feder-Verbindung und/oder eine Zapfen-Langloch-Verbindung am Gehäuse und/oder am ortsfest angeordneten Bauteil verschieblich gelagert angeordnet ist. Durch Nut-Feder-Verbindungen, die ein wenigstens bedingtes Bewegen des Zwischenteils in die entsprechende Verschieberichtung ermöglichen, können radiale Exzentrizitäten auf geeignete Art und Weise ausgeglichen werden. Entsprechendes gilt für Zapfen-Langloch-Verbindungen, bei denen Zapfen vorgesehen sind, die in entsprechende, senkrecht zur Wellenachse verlaufende, Langlöcher eingreifen.In this regard is advantageous if the intermediate part via a tongue and groove connection and / or a pin-slot connection on the housing and / or arranged on the stationary Component is arranged displaceably mounted. By tongue and groove joints, the an at least conditional movement of the intermediate part in the corresponding Allow shift direction, can radial eccentricities be compensated appropriately. The same applies to Pin-slot connections, in which pins are provided which in corresponding, vertical engage the shaft axis extending slots.
Um das Zwischenelement in axialer Richtung am Gehäuse und/oder am ortsfesten Bauteil zu sichern, kann vorgesehen sein, dass eine entsprechende Nut-Feder-Verbindung vorgesehen ist, die T-Nuten und dazu komplementär ausgebildete T-Federn aufweist. Hierdurch kann beispielsweise erreicht werden, dass das Zwischenelement durch Vorsehen einer derartigen Verbindung in axialer Richtung verliersicher am Gehäuse vormontiert sein kann. Das Zwischenelement kann dabei insbesondere auf der dem ortsfest angeordneten Bauteil zugewandten Seite Zapfen vorsehen, die in am ortsfest angeordneten Bauteil vorgesehene, quer zu den Nuten verlaufende Langlöcher eingreifen. Die Verschieberichtung des Zwischenelements gegenüber dem Gehäuse über die Nut-Feder-Verbindung verläuft dabei vorteilhafterweise senkrecht zu einer Verschieberichtung, die über die Zapfen-Langloch-Verbindung zwischen dem Zwischenelement und dem ortsfest angeordneten Bauteil vorgesehen sein kann.Around the intermediate element in the axial direction on the housing and / or on the stationary To secure component, it can be provided that a corresponding Tongue and groove connection is provided, the T-slots and complementarily formed T-springs has. This can be achieved, for example, that the intermediate element by providing such a connection can be pre-assembled in the axial direction captive on the housing. The intermediate element can in particular on the stationary arranged side facing member provide cones in the on fixedly arranged component provided, extending transversely to the grooves slots intervention. The direction of displacement of the intermediate element relative to the housing over the Tongue and groove connection runs thereby advantageously perpendicular to a direction of displacement, the above the pin-slot connection between the intermediate element and the fixedly arranged component can be provided.
Zur dauerhaft sicheren Befestigung der Wellenaufnahme am Wellenende kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Wellenaufnahme mittels einer Press-, Klebe-, Rast- und/oder Schraubverbindung am Wellenende befestigbar ist.to permanently secure attachment of the shaft holder at the shaft end can be provided in particular that the wave recording by means of a Pressing, gluing, latching and / or screw connection fastened to the shaft end is.
Zur drehbaren Lagerung der Wellenaufnahme am Gehäuse ist vorteilhafterweise zwischen der Wellenaufnahme und dem Gehäuse ein Drehlager angeordnet. Ein derartiges Drehlager kann beispielsweise ein Wälzlager, wie beispielsweise ein Kugel- oder Rillenlager, sein oder ein Gleitlager.to rotatable mounting of the shaft receiving the housing is advantageously arranged between the shaft receiving and the housing a rotary bearing. Such a pivot bearing, for example, a rolling bearing, such as a ball or Grooved bearing, his or a plain bearing.
Die Wellenaufnahme als solche kann vorteilhafterweise so ausgebildet sein, dass sie einen Hülsenabschnitt für das Wellenende und einen dem Hülsenabschnitt abgewandten, konzentrisch dazu ausgebildeten Signalgeberaufnahmeabschnitt aufweist. Der Signalgeberaufnahmeabschnitt kann dabei insbesondere einen Kreisraum begrenzen, innerhalb dessen der Signalgeber angeordnet werden kann. Der Signalgeber kann beispielweise als Ring- oder Kreisscheibe ausgebildet sein, der dann in einem entsprechend ausgebildeten Signalgeberaufnahmeabschnitt angeordnet ist.The Shaft receptacle as such can advantageously be designed in this way be that they have a sleeve section for the Shaft end and a sleeve section remote, concentric trained signal transmitter receiving section having. The signal transmitter receiving section can in particular delimiting a circular space within which arranged the signal generator can be. The signal generator can, for example, as a ring or circular disk be formed, which then in a trained trained signal transmitter receiving section is arranged.
Der Signalgeber kann dabei vorteilhafterweise als Magnetelement ausgebildet sein, insbesondere als Ring- oder Kreisscheibenmagnet. Bei einer derartigen Ausbildung ist vorteilhafterweise der Signalempfänger als Magnetfeldsensor ausgebildet, insbesondere als Hallelement. Zur Erzeugung von gegenläufigen Signalen sind insbesondere zwei Magnetfeldsensoren vorgesehen, die phasenversetzte, analoge Ausgangssignale haben. Aus diesen phasenversetzten, analogen Ausgangsignalen lässt sich dann auf bekannte Art und Weise der Drehwinkel der Welle innerhalb einer Umdrehung bestimmen.Of the Signal generator can advantageously be designed as a magnetic element be, in particular as a ring or disc magnet. In such a Training is advantageously formed of the signal receiver as a magnetic field sensor, in particular as a Hall element. For generating opposite signals In particular, two magnetic field sensors are provided, the phase-shifted, analog Have output signals. From these phase-shifted, analog output signals can then be in a known manner, the angle of rotation of the shaft within a Determine the rotation.
Gemäß einer
Weiterbildung ist denkbar, dass bei als Magnetelement ausgebildetem
Signalgeber der Signalempfänger
und insbesondere ein mit dem Signalempfänger elektrisch verbundener
Zählspeicher
von einer Induktionsspule mit elektrischer Energie versorgt wird,
die um einen Impulsdraht angeordnet ist, wobei beim Drehen der Wellenaufnahme
aufgrund des Magnetelements eine schlagartige Ummagnetisierung im
Impulsdraht erfolgt, wodurch an der Induktionsspule genügend elektrische
Energie zur Versorgung des Sensors beziehungsweise des Zellspeichers
bereitgestellt wird. Durch eine derartige Ausbildung wird ein Inkrementsignal
erzeugt, mittels welchem auf die Anzahl der erfolgten Umdrehungen der
Welle rückgeschlossen
werden kann. Aufgrund der beschriebenen Ausbildung arbeitet der
Zählspeicher
autark und unabhängig
von einer erschöpfbaren Energiequelle.
In diesem Zusammenhang wird auf den Offenbarungsgehalt der Patentanmeldung
Über die Induktionsspule können zudem weitere, zur Auswertung des Drehwinkels erforderliche elektrische und elektronische Bauteile mit Energie versorgt werden.About the Induction coil can also further, required for the evaluation of the rotation angle electrical and electronic components are powered.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in Verlängerung der Drehachse der Welle zwei über Kreuz angeordnete Impulsdrähte mit Induktionsspulen vorgesehen sind. Hierdurch ergibt sich eine Anordnung mit einem besonders hohen Wirkungsgrad; es kann auf diese Art und Weise genügend Energie zur Versorgung der Signalempfänger beziehungsweise eines Zählspeichers beziehungsweise weiterer, für die Signalauswertung erforderliche elektrische Bauteile zur Verfügung gestellt werden.A further development of the invention provides that, in extension of the axis of rotation of the shaft, two impulse wires with induction coils arranged at a cross are provided. This results in an arrangement with a particularly high efficiency; It can be provided in this way enough energy to power the signal receiver or a count memory or other required for the signal evaluation electrical components who made the.
Vorteilhaft ist, wenn der Signalempfänger auf einer im Gehäuse angeordneten Leiterplatte angeordnet ist. Auf dieser Leiterplatte kann beispielsweise auch der erwähnte Zählspeicher sowie eine Auswerteeinheit zur Bestimmung des Drehwinkels der Welle angeordnet sein.Advantageous is when the signal receiver on one in the housing arranged printed circuit board is arranged. On this circuit board For example, the mentioned count memory and an evaluation unit for determining the angle of rotation of the shaft be.
Vorteilhafterweise ist das Gehäuse des Drehwinkelsensors im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet. Hierdurch kann auf vergleichsweise kleinem Bauraum eine optimale Anordnung der einzelnen Bauteile des Sensors erreicht werden. Ferner ist denkbar, dass das Gehäuse einen Deckel zum wenigstens weitgehend dichten Verschließen des Gehäuses umfasst. Hierdurch kann die Empfindlichkeit des Sensors gegenüber Umwelteinflüssen erhöht werden.advantageously, is the case the rotational angle sensor is formed substantially rotationally symmetrical. As a result, an optimal in comparatively small space Arrangement of the individual components of the sensor can be achieved. Further it is conceivable that the housing a lid for at least substantially tight closing the housing includes. As a result, the sensitivity of the sensor to environmental influences can be increased.
Gemäß der Erfindung ist denkbar, dass der Signalempfänger durch eine Wandung vom Signalgeber getrennt in einem gegenüber der Umgebung abgeschlossenen Raum im Gehäuse angeordnet ist. Hierdurch wird der Signalempfänger, der insbesondere auf einer Platine angeordnet sein kann, sowie weitere Bauteile vor Umwelteinflüssen sicher geschützt.According to the invention it is conceivable that the signal receiver separated by a wall from the signal generator in a relation to the Environment enclosed space is arranged in the housing. hereby becomes the signal receiver, which can be arranged in particular on a circuit board, as well as others Components against environmental influences safely protected.
Grundsätzlich kann der erfindungsgemäße Drehwinkelsensor überall dort Verwendung finden, wo ein Drehwinkel einer Welle zu bestimmen ist. Der Drehwinkelsensor kann insbesondere am freien Ende einer Lenkwelle eines Fahrzeugs oder an der Motorwelle eines Elektromotors zum Antreiben einer Lenkwelle eines Fahrzeugs angeordnet werden. Der Drehwinkelsensor kann dabei innerhalb des Motorgehäuses eines Elektromotors, insbesondere eines Elektromotors zum Antreiben einer Lenkwelle, angeordnet sein.Basically the rotation angle sensor according to the invention everywhere Use find where a rotation angle of a wave is to be determined. The rotation angle sensor can in particular at the free end of a steering shaft of a vehicle or on the motor shaft of an electric motor for driving a steering shaft of a vehicle can be arranged. The rotation angle sensor can be inside the motor housing of an electric motor, in particular an electric motor for driving a steering shaft, be arranged.
Die eingangs genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Drehwinkelsensorsystem umfassend einen erfindungsgemäßen Drehwinkelsensor und ein Wellenende, wobei die Befestigung des Gehäuses des Drehwinkelsensors im Raum lediglich über die Wellenaufnahme des Drehwinkelsensors am Wellenende erfolgt. Wie bereits erwähnt, kann das Wellenende mit der Wellenaufnahme über beispielsweise Press-, Klebe-, Rast- und/oder Schraubverbindungen angeordnet sein.The The object mentioned above is also achieved by a rotation angle sensor system comprising a rotation angle sensor according to the invention and a shaft end, wherein the attachment of the housing of the rotation angle sensor in the room just above the shaft recording of the rotation angle sensor takes place at the shaft end. As already mentioned, can the shaft end with the wave recording on, for example, press, Adhesive, resting and / or Be arranged screw.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben und erläutert wird.Further Details and advantageous embodiments of the invention are the following description, on the basis of which in the drawing illustrated embodiment closer to the invention described and explained becomes.
Es zeigen:It demonstrate:
In
der
An
dem im Gehäuse
Der
Drehwinkelsensor
Der
Elektromotor
Mit
dem Drehwinkelsensor
Wie
aus
Im
Gehäuse
Wie
aus den Figuren deutlich wird, kreuzen sich die beiden Spulenkörper
Wie
insbesondere aus den
Die
Montage des Drehwinkelsensors
In
Im
montierten Zustand sind die Federn
Das
Zwischenteil
Die
beiden Zapfen
Aufgrund
der in den
Das
Zwischenelement
Besonderer
Vorteil der in den Figuren gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist,
dass der Signalgeber und der Signalempfänger innerhalb des Sensors
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---|---|---|---|
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PCT/EP2006/009506 WO2007065496A1 (en) | 2005-12-11 | 2006-09-30 | Rotation angle sensor and rotation angle sensor system |
US12/086,028 US7932716B2 (en) | 2005-11-12 | 2006-09-30 | Rotation angle sensor and rotation angle sensor system |
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ID=38542429
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2006
- 2006-04-25 DE DE102006020424A patent/DE102006020424A1/en not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination |
Effective date: 20130426 |
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R082 | Change of representative |