-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Umdrehungswinkelsensor, insbesondere einen Vielfach-Umdrehungswinkelsensor mit einem oder mehreren Drehmelder(n), die einen Aufbau aufweisen, der die Montage vereinfacht.
-
Die japanische Patentveröffentlichung
JP 3 414 953 B2 offenbart einen herkömmlichen Umdrehungswinkelsensor mit einer Rotationswelle und einem Drehmelder, der einen Rotationswinkel einer Welle in einer Umdrehung messen kann. Dieser Umdrehungswinkelsensor kann einen Rotationswinkel der Welle für mehrere Umdrehungen messen, wie etwa einige Hundert Umdrehungen, durch Positionierung des Drehmelders auf einer Getriebewelle, deren Geschwindigkeit gegenüber der Geschwindigkeit der Drehwelle reduziert ist.
-
5 der vorliegenden Anmeldung bezieht sich auf
1 von
JP 3 414 953 B2 , welche ein axialer Querschnitt durch eine Ausführungsform eines Absolutwertgebers ist, in welchem drei Drehmelder vom Reluktanztyp koaxial angeordnet sind.
6 ist ein Querschnitt entlang der Linie I-I in
5.
-
Die drei Drehmelder, die jeweils durch Statoren 61A, 63A, 65A und Rotoren 60, 62, 64 gebildet werden, sind koaxial angeordnet. Eine Eingangswelle 19 ist durch Gehäuse 81, 84 durch Lager 90, 95 gelagert. Ein Rotor 60 und ein nicht magnetisches Zahnrad 25 sind mit der Eingangswelle 19 durch Einpassung verbunden. Eine Welle 20 ist durch die Gehäuse 81, 84 durch Lager (nicht dargestellt) gelagert. Nicht magnetische Zahnräder 26, 27, 29 sind mit der Welle 20 durch Einpassen verbunden. Ein Rotor 62 und ein nicht magnetisches Zahnrad 28 sind mit der Eingangswelle 19 durch Einpassung über ein Lager 93 verbunden. Ein Rotor 64 und ein nicht magnetisches Zahnrad 30 sind mit der Eingangswelle 19 durch Einpassen durch ein Lager 94 verbunden.
-
Ein Getriebemechanismus wird durch den Eingriff zwischen dem Zahnrad 25 und dem Zahnrad 26, dem Zahnrad 27 mit dem Zahnrad 28 und dem Zahnrad 29 mit dem Zahnrad 30 gebildet. Das Zahnrad 28 ist entsprechend mit dem Rotor 62 gepaart, und das Zahnrad 30 ist mit dem Rotor 64 gepaart. Der Getriebemechanismus bewirkt, dass der Rotor 62 alle 24 Umdrehungen der Eingangswelle 19 gedreht wird, und der Rotor 64 wird alle 25 Umdrehungen der Eingangswelle 19 gedreht.
-
Wie in 6 dargestellt ist, sind sowohl der Stator 63A als auch der Rotor 62 gebildet durch Schichten dünner Platten aus magnetischem Material, das durch Pressformen bearbeitet wird. Der Rotor 62 hat eine zylindrische Form, um exzentrisch um die Mitte der Rotationswelle 80 rotieren zu können. Der Stator 63A ist mit vier Polzähnen 101 bis 104 ausgestattet, um welche jeweils eine von vier Windungen 111 bis 114 gewunden ist. In ähnlicher Weise ist der Stator 61A (siehe 8) mit Windungen 121 bis 124 (in 6 nicht dargestellt) versehen, und der Stator 65A (siehe 8) ist mit Windungen 131 bis 134 versehen (in 6 nicht dargestellt). Jede dieser Windungen umfasst eine Anregungsleitung und eine Messleitung.
-
7 zeigt einen Schaltplan der Leitungen 111 bis 114, 121 bis 124 und 131 bis 134. Die Kreise 1 bis 10 in 7 stellen jeweils die Verbindungen mit einem Verbinder 68 dar, die auf Platinen 51, 52 vorgesehen sind, die jeweils zwischen den Positionen 61A und 63A und zwischen 63A und 65A vorgesehen sind. Die Nummer, mit der jeder Kreis gekennzeichnet ist, kennzeichnet eine Stiftnummer eines Stiftes des Verbinders 68. 8 zeigt die Beziehungen zwischen der Verdrahtung in 6 und den Anregungsleitungsnummern und den Messleitungsnummern in 7. Beispielsweise zeigt 7, dass die Leitung 111 des Stators 63A gebildet wird durch eine Anregungsleitung f1 und eine Messleitung a3. Die Verbindungen zwischen den Leitungen untereinander und zwischen den Leitungen und dem Verbinder 68 werden erreicht durch Lötverbindungen auf den Platinen 51, 52.
-
Bei dem Drehmelder, der durch den Stator 63A und den Rotor 62 gebildet wird, wird eine Spannung entsprechend einem Rotationswinkel des Rotors zwischen den Stiften 5 und 4 und zwischen den Stiften 6 und 4 des Verbinders 68 durch Anlegen einer Pulsspannung zwischen den Stiften 2 und 4 des Verbinders 68 erzeugt. Eine Absolutposition der Eingangswelle 19 für bis 25 Umdrehungen kann durch Interpolation einer erzeugten Spannung gemessen werden. Ferner haben die anderen zwei Drehmelder eine Konstruktion ähnlich dem Drehmelder, der durch den Stator 63A und den Rotor 62 gebildet wird, eine Konstruktion, die jeweils gebildet wird durch den Stator 61A und den Rotor 60 sowie den Stator 65A und den Rotor 64. Diese zwei Drehmelder können jeweils eine Absolutposition der Eingangswelle bei einer Umdrehung und 24 Umdrehungen messen. Eine Position der Eingangswelle 19 bei bis zu 600 Umdrehungen kann genau bestimmt werden durch numerische Verarbeitung der Werte der drei Absolutpositionen, die durch diese drei Drehmelder gemessen werden.
-
Um einen absoluten Umdrehungswinkelsensor mit Drehmeldern mit einfacher Struktur und hoher Auflösung bereitzustellen, schlägt die
JP 2002-107 177 A vor, ein erstes und ein zweites Antriebszahnrad an einer Hauptrotationswelle der Drehmelder zu befestigen. Erste bis dritte Folgezahnräder, die mit dem ersten und dem zweiten Antriebszahnrad in Eingriff stehen, werden zu den dritten Nebenrotationswellen befestigt. Ein Hauptstator, eine Nebenrotationswellenstützeinrichtung und eine Mehrzahl von Sub-Statoren sind an einer gemeinsamen Rahmenstruktur befestigt.
-
Um einen miniaturisierten Mehrgeschwindigkeits-Drehmelder mit einer einfachen Struktur zu schaffen, indem ein Planetengetriebemechanismus als ein Geschwindigkeitsreduzierungsmechanismus verwendet wird, schlägt die
JP 2007-278 728 A einen Aufbau vor, bei dem der zweite ringförmige Rotor des zweiten Drehmelders, der nahe dem ersten Drehmelder vorgesehen ist, an einem Drehelement vorgesehen ist, das mit verringerter Geschwindigkeit unter Verwendung eines Planetengetriebes gedreht wird. Jede Statorwicklung ist auf einem gemeinsamen ringförmigen Stator vorgesehen, um dadurch eine Mehrdrehungserfassung eines großen Untersetzungsverhältnisses mit einer kleineren Größe als bisher zu ermöglichen.
-
Die
US 2005 / 0 279 180 A1 beschreibt ein kontinuierliches Wicklungsverfahren für einen Umdrehungswinkelsensor mit mehr als zwei Drehmeldern, die miteinander verbunden sind. Jeder Drehmelder besteht aus einem Stator und einem Rotor. Der Stator weist ein Statorjoch mit einer Vielzahl von Magnetpolen auf, die von dem Statorjoch vorstehen, wobei die Anzahl der Magnetpole einem Wellenwinkelmultiplizierer entspricht. Der Rotor hat vorspringende Pole. Eine Spule für jede Anordnung wird unabhängig und kontinuierlich um ausgewählte Stator-Magnetpole der Drehmelder gewickelt.
-
Da bei dem herkömmlichen Umdrehungswinkelsensor getrennte Statorteile für verschiedene Drehmelder verwendet werden, ist eine höchst genaue Montage der Statorbereiche erforderlich. Da ferner die Drehmelder in Axialrichtung hintereinander angeordnet sind, ist die Verwendung einer Wicklungsmaschine zur direkten Wicklung von Wicklungen nach der Installation der Drehmelder problematisch und schwierig.
-
Ferner ist es notwendig, die Windungen gemeinsam mit den Drehmeldern durch Löten auf Platinen zu verbinden, nachdem die Windungen um die Polzähne gewickelt sind.
-
Diese Aufgaben werden durch die in dem Hauptanspruch angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Die vorliegende Erfindung schafft einen Umdrehungswinkelsensor, insbesondere einen Vielfach-Umdrehungswinkelsensor mit einer Anzahl von Drehmeldern. Dieser Umdrehungswinkelsensor umfasst ferner eine Anzahl von Rotoren, von denen jeder unterschiedlich bezüglich einer Eingangswelle mittels eines Getriebemechanismus rotiert, und einen gemeinsamen Statorteil, der jeden der Rotoren umgibt und eine gleiche Anzahl von Rotoren und Sätzen von Polzähnen umfasst. Die Rotoren und Sätze von Polzähnen sind um die Rotoren herum angeordnet und bilden die Drehmelder. Zumindest zwei aus der Anzahl von Drehmeldern sind in einer gemeinsamen Ebene vertikal zu einer Rotationszentralachse jedes Rotors angeordnet. Der gemeinsame Statorteil, der jeden der Rotoren umgibt, wird gebildet durch Schichten elektromagnetischer Stahlbleche, von denen jedes eine identische Form mit einer Anzahl von Sätzen von Polzähnen für jeden der Rotoren aufweist. Eine Mess-Wicklung ist vorgesehen, die um jeden der Polzähne der Anzahl der Drehmelder gewickelt ist, wobei die Messwicklungen eine einzige Länge eines elektrischen Drahts ohne Verbindung für die Anzahl von Polzähnen der Anzahl von Drehmeldern aufweist.
-
Vorzugsweise umfasst ein erfindungsgemäßer Umdrehungswinkelsensor eine Harzspule, um die eine Wicklung gewunden ist, die einteilig auf den Polzähnen des Statorteils der Anzahl von Drehmeldern ausgebildet ist. Weiter vorzugsweise ist bei einem Umdrehungswinkelsensor gemäß der vorliegenden Erfindung zumindest eine der Wicklungen, die um jeden der Polzähne der Anzahl von Drehmeldern gewickelt ist, aus einer einzigen Länge eines elektrischen Drahts ohne Verbindungsstelle für eine Anzahl von Polzähnen der Anzahl von Drehmeldern gebildet.
-
Bei einem Umdrehungswinkelsensor gemäß der vorliegenden Erfindung können mehrere Drehmelder in einer einzigen Ebene durch Schichten einer Anzahl elektromagnetischer Bleche angeordnet sein, die durch Blechstanzen auf solche Weise gebildet werden, dass alle Polzähne des Statorteils aus einer einzigen Platte gebildet sind. Dies führt dazu, dass keine Hochtoleranz-Statormontage erforderlich ist, und die Genauigkeit der Statoranordnung wird verbessert.
-
Ferner kann bei der einteiligen Ausformung von Spulen mit den Polzähnen der Drehmelder die Statorwicklungen unmittelbar unter Verwendung einer Wicklungsmaschine und bekannter Techniken gewickelt werden. Ferner kann durch Wickeln einer einzigen Länge eines elektrischen Drahts ohne Verbindung um mehrere Polzähne verschiedener Drehmelder auf einen herkömmlichen Wickelvorgang von Wicklungen von Polzähnen eines Statorteils sowie auf eine bedruckte Platine für Wicklungen verzichtet werden. Daher kann die vorliegende Erfindung einen Umdrehungswinkelsensor schaffen, der leicht durch einen automatisierten Wicklungsvorgang hergestellt werden kann, der auf verschiedene Wicklungen angewendet wird, so dass die Herstellungskosten gesenkt werden und die Präzision erhöht wird.
-
Diese und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung verdeutlicht, die mit Bezug auf die folgenden beigefügten Zeichnungen erfolgt.
- 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Umdrehungswinkelsensor mit drei Drehmeldern vom Reluktanztyp gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2 ist ein Schnitt entlang der Linie B-B in 1;
- 3 ist ein Schnitt entlang der Line A-A in 1;
- 4 zeigt ein Wicklungsschaltbild von 1;
- 5 ist ein Schnitt durch einen herkömmlichen Umdrehungswinkelsensor mit drei Drehmeldern vom Reluktanztyp in axialer Richtung;
- 6 ist ein Schnitt entlang der Linie I-I in 5;
- 7 ist ein Wicklungsschaltbild von 6;
- 8 ist eine Tabelle, die die Beziehungen zwischen den Wicklungen in 6 und dem Wicklungsschaltbild in 7 für einen herkömmlichen Umdrehungswinkelsensor mit Drehmeldern vom Reluktanztyp zeigt; und
- 9 ist eine Tabelle, die die Beziehungen zwischen den Wicklungen in 1 und dem Wicklungsschaltbild in 4 für einen Umdrehungswinkelsensor mit drei Drehmeldern vom Reluktanztyp gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
Ein Umdrehungswinkelsensor mit drei Drehmeldern vom Reluktanztyp gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Umdrehungswinkelsensors wird im Folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
-
1 ist ein Querschnitt durch einen Umdrehungswinkelsensor mit drei Drehmeldern vom Reluktanztyp gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in vertikaler Richtung entsprechend der Axialrichtung betrachtet.
-
2 ist ein Querschnitt entlang der Linie B-B in 1. 3 ist ein Querschnitt entlang der Linie A-A in 1. Bauteile entsprechend denjenigen, die dem Stand der Technik gemäß den 5 und 6 entsprechen, sind durch die gleichen Bezugsziffern wie oben verwendet bezeichnet und sind nicht im Detail erläutert.
-
Ein Umdrehungswinkelsensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst drei Drehmelder 600, 620, 640. Die drei Drehmelder 600, 620, 640 umfassen jeweils einen von drei Rotoren 60, 62, 64 und einen von drei Sätzen von Polzähnen 101 bis 104, die auf dem gemeinsamen Statorteil 66 angebracht sind. Die Anzahl der Sätze von Polzähnen 101 bis 104 entspricht daher der Anzahl der Rotoren. Eine Spule aus Harz ist einstückig mit den Polzähnen 101 bis 104 ausgebildet. Um jede der Spulen ist eine der Windungen 111 bis 114, 121 bis 124 oder 131 bis 134 gewunden. Die Rotoren 60, 62, 64 jedes Drehmelders 600, 620, 640 sind derart angeordnet, dass ihre jeweiligen Drehmitten in der Nähe der Eckpunkte eines Dreiecks wie etwa eines gleichseitigen Dreiecks oder eines gleichschenkligen Dreiecks angeordnet sind. Um den Umfang jedes Rotors 60, 62 und 64 sind vier Polzähne 101 bis 104 vorgesehen, die jeweils eine Spule aufweisen, um welche eine Windung gewunden ist. Drehmelder 600, 620, 640 sind in einer einzigen Ebene angeordnet, die senkrecht zu der Rotationszentralachse jedes Rotors 60, 62, 64 steht. Polzähne 101 bis 104 bilden einen Polzahnsatz 105.
-
Der Statorteil 66, den die drei Drehmelder 600, 620, 640 gemeinsam haben, ist aus einem magnetischen Material wie etwa einem elektromagnetischen Stahlblech gefertigt und kann durch eine automatische Pressverarbeitung unter Verwendung aufeinanderfolgender Metallwerkzeuge hergestellt sein. Der Statorbereich 66 wird gebildet durch Schichten elektromagnetischer Stahlbleche 106, die durch eine Pressenbearbeitung wie etwa durch Werkzeugstanzen geformt werden, so dass sie eine identische Form aufweisen, in der drei Sätze aus einer Form mit vier Polzähnen 101 bis 104 auf einer einzigen Ebene vorhanden sind. Auf diese Weise werden drei Sätze von Polzähnen 101 bis 104 von drei Drehmeldern 600, 620, 640 in dem einzigen Statorteil 66 gebildet. Spulen aus isolierendem Harz, um die die Wicklungen gewunden sind, sind einteilig mit dem Statorteil 66 ausgebildet. Ein Verbinder 66 ist ebenfalls mit dem Statorteil 66 einteilig ausgebildet.
-
4 zeigt ein Wicklungsschema eines Umdrehungswinkelsensor mit drei Drehmeldern gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung, die in 1 dargestellt ist. Im Vergleich des Wicklungsschemas der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß 4 mit derjenigen des Standes der Technik in 7 wird ersichtlich, dass von den zehn Stiften 1 bis 10 des Verbinders zwischen den Drehmeldern, die in axialer Richtung gemäß 7 angeordnet sind, vier der Stifte, nämlich die Stifte 7 bis 10 in 4 nicht dargestellt sind.
-
9 ist eine Tabelle zur Darstellung von Beziehungen zwischen den Wicklungen in 1 und den Anregungs- und Messwicklungen in 4. Der einteilig ausgebildete Statorteil 66 kann auf einer Wicklungsmaschine montiert werden. Nachdem ein Ende des Magnetdrahts mit einem Verbindungsbereich 120 des Verbinders 68 gemäß dem Wicklungsschema gemäß 4 verbunden ist, kann der Magnetdraht um jede der Spulen einteilig gewickelt werden, die für jeden Polzahn 101 bis 104 ausgebildet sind. Jeder Polzahn 101 bis 104 der drei Drehmelder 600, 620, 640 kann durch einen einzigen elektrischen Draht ohne Drahtverbindung gewickelt werden. Dann wird das andere Ende des Magnetdrahtes mit dem Verbindungsbereich 120 des Verbinders 68 verbunden. Durch Löten oder Bogenschweißen des Verbindungsbereichs 120 wird der Magnetdraht elektrisch mit dem Verbinder 68 verbunden. Durch wiederholte Ausführung dieses Vorgangs wird ein Statorbereich 66 gebildet, der gemeinsam den drei Drehmeldern 600, 620, 640 vom Reluktanztyp zugeordnet ist.
-
Da der Rotor 60 an der Eingangswelle 19 befestigt ist, wird dann, wenn die Eingangswelle 19 einmal gedreht wird, der Rotor 60 ebenfalls um eine Umdrehung gedreht. Ferner greift das Zahnrad 25, das auf der Eingangswelle 19 befestigt ist, in das Zahnrad 26, das mit der Welle 20 verbunden ist, so dass die Welle 20 und das daran gekoppelte Zahnrad 27 angetrieben werden. Das Zahnrad 27 greift in die Zahnräder 28, 30 zum Antrieb der Rotoren 62, 64 ein. Durch Bildung eines Getriebes 35, das durch Kombination der Zahnräder 25 bis 30 auf derartige Weise entsteht, wird der Rotor 62 einmal für alle 64 Umdrehungen der Eingangswelle 19 gedreht, während der Rotor 64 einmal für alle 25 Umdrehungen der Eingangswelle 19 gedreht wird.
-
Die Rotoren 60, 62, 64 sind derart angeordnet, dass sie von den Polzähnen 101 bis 104 der drei Sätze umgeben werden, die in dem Statorteil 66 durch Gehäuse 81, 84, Abstandshalter 67 und Lager 90, 95, 91, 92 eingeschlossen sind. Ferner ist der Verbinder 68 mit einem Verbinder eines Signalverarbeitungsschaltkreises verbunden (nicht dargestellt).
-
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist eine Anordnung beschrieben, in der die drei Drehmelder 600, 620, 640 in einer einzigen Ebene angeordnet sind. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf eine solche Ausführungsform beschränkt. Die vorliegende Erfindung erfordert nicht, dass alle Drehmelder in einer einzigen Ebene angeordnet sind, sondern ist auch auf andere Umdrehungswinkelsensoren anwendbar, die eine Anzahl von Drehmeldern umfassen, sofern zumindest zwei dieser Drehmelder in der gleichen Ebene angeordnet sind.
