DE102015209545A1

DE102015209545A1 - Encoder

Info

Publication number: DE102015209545A1
Application number: DE102015209545.2A
Authority: DE
Inventors: Heinz Günther
Original assignee: Buehler Motor GmbH
Current assignee: Buehler Motor GmbH
Priority date: 2015-05-22
Filing date: 2015-05-22
Publication date: 2016-11-24

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Encoder (1) mit einem Reflektor (2) als Sensorgeber für einen Lichtsensor (3) eines Elektromotors (4), bestehend aus über den Reflektor (2) verteilten Flächen (5), welche das Licht auf den Lichtsensor (3) reflektieren und Bereichen (6), welche das Licht nicht oder kaum auf den Lichtsensor (3) reflektieren, wobei der Reflektor (2) rotorfest und der Lichtsensor (3) statorfest ist. Aufgabe der Erfindung ist es bei einem derartigen Encoder (1) für eine sehr einfache Herstellbarkeit, möglichst wenigen Einzelteilen und möglichst wenigen Montageschritten zu sorgen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Anspruch 1 gelöst.

Description

Die Erfindung betrifft einen Encoder (1) mit einem Reflektor (2) als Sensorgeber für einen Lichtsensor (3) eines Elektromotors (4), bestehend aus über den Reflektor (2) verteilten Flächen (5), welche das Licht auf den Lichtsensor (3) reflektieren und Bereichen (6), welche das Licht nicht oder kaum auf den Lichtsensor (3) reflektieren, wobei der Reflektor (2) rotorfest und der Lichtsensor (3) statorfest ist.
Bei bekannten Encodern werden reflektierende Folien auf Trägerscheiben geklebt. Dies erhöht die Teileanzahl, die Fehleranfälligkeit in der Montage und erfordert einen erheblichen Mehraufwand an Zeit und Fertigungspersonal.
Aufgabe der Erfindung ist es daher bei einem Encoder der eingangs genannten Art für eine sehr einfache Herstellbarkeit, möglichst wenigen Einzelteilen und möglichst wenigen Montageschritten zu sorgen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Anspruch 1 gelöst. Dadurch, dass die lichtreflektierenden Flächen des Reflektors ausschließlich aus einem spritzgusstechnisch verarbeitbarem Kunststoffmaterial mit sehr hohem Reflexionsvermögen bestehen, entfallen zusätzliche Verarbeitungsschritte wie Beschichten, Kleben etc. Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen dargestellt.
Es ist vorgesehen, dass zumindest die Bereiche zwischen den lichtreflektierenden Flächen ausschließlich aus dem spritzgusstechnisch verarbeitbaren Kunststoffmaterial des Reflektors bestehen. Bei den Bereichen zwischen den lichtreflektierenden Flächen muss dafür gesorgt werden, dass diese das Licht nicht auf den Lichtsensor zurückwerfen.
Dies wird auf einfache Weise dadurch erreicht, indem die Bereiche zwischen den lichtreflektierenden Flächen aus zum Reflektor geneigten Flächen bestehen. Diese geneigten Flächen reflektieren das Licht, je nach gewähltem Neigungswinkel, in einen möglichst weit vom Lichtsensor entfernten Bereich. Diese Forderung erfüllt beispielhaft ein Reflektor mit um mehr als 45° geneigten Flächen. Eine Neigung von exakt 45° würde die Gefahr einer Lichtreflektion an Gehäuseteilen zurück auf den Lichtsensor bedeuten.
Bei den lichtreflektierenden Flächen ist ein sehr hoher Reflexionsgrad wichtig. Dieser kann nur bei einer glatt ausgeführten Oberfläche erreicht werden. Die glatten Oberflächen werden durch entsprechend ausgebildete Spritzgussformen erzielt.
In weniger anspruchsvollen Anwendungsfällen kann es genügen die Bereiche zwischen den lichtreflektierenden Flächen mit einer rauen Oberfläche zu versehen, um den Reflektionsgrad deutlich zu reduzieren. Auch bei den geneigt ausgebildeten Flächen kann eine raue Oberfläche Streulichteffekte oder auch die Wirkung von Fremdlichteinfall mindern.
Eine besonders bevorzugte und äußerst wirtschaftliche Ausführungsform der Erfindung sieht vor, den gesamten Reflektor ausschließlich aus einem einzigen hochreflektierenden Kunststoffmaterial in einem einzigen Spritzgussvorgang herzustellen.
Der Reflektor wird bevorzugt aus einem Kunststoffmaterial auf Basis von Polyester hergestellt, welches ein Lichtreflexionsvermögen bei 450nm Lichtwellenlänge von 90% oder mehr aufweist. Dabei sollte der Reflektionsverlust nach einer Heißluftalterung maximal 5% betragen, weil ansonsten die Lebensdauer des Encoders nicht ausreichend ist.
Diese Erfordernisse werden erreicht, wenn das Kunststoffmaterial vorzugsweise 13 bis 33 Gew.-Teile Glasfasern enthält. Weiter sollte es 18 bis 28 Gew.-Teile Titandioxid und 40 bis 60 Gew.-Teile Polyethylenterephthalat enthalten.
Auch ein Anteil von 0,01 bis 40 Gew.-Teilen Polybutylenterephthalat kann sinnvoll sein.
Da keine Klebevorgänge notwendig sind, eignet sich der Reflektor für eine Befestigung auf einer Rotorwelle durch Urformen. Dabei kann die Rotorwelle mit dem Reflektormaterial umspritzt sein oder das Reflektormaterial wird an die Rotorwelle stirnseitig angespritzt.
Eine noch wirtschaftlichere Herstellung wird durch Integration des Reflektors in die Welle erreicht. Hierfür muss sichergestellt sein, dass sich das Kunststoffmaterial als Wellenmaterial eignet. Hier sind auch die geometrischen Dimensionen des Elektromotors und des Encoders entscheidend. Die genannten Materialbestandteile werden dann so ausgewählt, dass eine besonders hohe Formstabilität gegeben ist.
Im einfachsten Fall bildet der Reflektor das Ende der Rotorwelle.
Um möglichst geringe Streulichteffekte zu generieren ist es vorteilhaft den Reflektor umgebende Gehäuseflächen des Encoders als nicht reflektierende Oberflächen auszubilden.
Insbesondere sollte das Gehäuse des Encoders Fremdlicht mit einer Wellenlänge, für welche der Lichtsensor empfindlich ist, z. B. 450nm, absorbieren.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Stirnansicht eines Reflektors,
2 eine dreidimensionale Darstellung des Reflektors
3 eine andere Perspektive des Reflektors,
4 eine Schnittansicht des Reflektors und
5 eine Prinzipskizze eines Elektromotors mit einem Encoder.
1 zeigt eine Stirnansicht eines Reflektors 2, mit lichtreflektierenden Flächen 5 in Form von Winkelsektoren und mit den Flächen 5 alternierende Bereiche 6, welche das Licht nicht auf einen Lichtsensor 3 zurückwerfen. Im gezeigten Beispiel sind acht reflektierende Flächen mit einem Winkelabstand von 45° dargestellt. Je nach Anforderung lässt sich die Teilung anpassen. Die Auflösung wird insbesondere durch Kanten 11 zwischen den lichtreflektierenden Flächen und den Winkelbereichen dazwischen begrenzt.
2 zeigt eine dreidimensionale Darstellung des Reflektors 2, mit den lichtreflektierenden Flächen 5 (hier verdeckt) und den Bereichen 6 zwischen den lichtreflektierenden Flächen 5, welche als um ca. 45° geneigte, in das Material hinein verlagerte Flächen ausgebildet sind. Der Reflektor 2 erhält hierdurch eine kronenartige Gestalt. Die geneigten Bereiche 6 reflektieren das achsparallele Licht etwa radial zur Drehachse 7. An den Reflektor 2 schließt sich eine hohlzylindrische Befestigungsbuchse 8 an, welche mit einer Fase 9 versehen ist. Der Reflektor 2 kann über die Befestigungsbuchse 8 auf eine Rotorwelle 14 aufgepresst oder aufgeklebt werden. Der Hohlzylinder kann auch mit Verdrehsicherungsflächen oder einer vieleckigen Innenkontur an eine entsprechende Gegenkontur der Rotorwelle 14 angepasst sein.
3 zeigt den Reflektor 2 aus einer anderen Perspektive, mit den lichtreflektierenden Flächen 5, den Bereichen 6 dazwischen, den Kanten 11 und der Befestigungsbuchse 8. Der Reflektor 2 ist auf seiner Stirnseite geschlossen ausgebildet. Die reflektierenden Flächen 5 schließen im Zentrum an einer Kreisfläche 10 an.
4 zeigt eine Schnittansicht des Reflektors 2, mit den lichtreflektierenden Flächen 5, den Bereichen 6 dazwischen, der Befestigungsbuchse 8, der Fase 9 und einer Wellenaufnahme 12 und einem Freiraum 13.
5 zeigt eine Prinzipskizze eines Elektromotors 4 mit einem daran montierten Encoder 1. Der Elektromotor 4 besteht aus einem Motorgehäuse 19, einem Stator 17 und einem auf einer Rotorwelle 14 gelagerten Rotor 18. Der Encoder 1 besteht aus einem Encodergehäuse 20, der auf der Rotorwelle 14 montierte Reflektor 2 als Sensorgeber und einem auf einer Leiterplatte 15 montierten Lichtsensor 3 als Sensorempfänger. Der Lichtsensor 3 ist statorfest und der Reflektor 2 ist rotorfest montiert. Einen Lichtstrahl 16, der von einer Lichtquelle auf der Leiterplatte 15 in achsparalleler Richtung auf den Reflektor 2 abgestrahlt wird, reflektiert ein geneigter Bereich 6 in der gezeigten Phase radial nach außen. In der nicht gezeigten anschließenden Phase wird der Lichtstrahl auf den Lichtsensor 3 zurückreflektiert.
Bezugszeichenliste

1: Encoder
2: Reflektor
3: Lichtsensor
4: Elektromotor
5: Fläche
6: Bereich
7: Drehachse
8: Befestigungsbuchse
9: Fase
10: Kreisfläche
11: Kante
12: Wellenaufnahme
13: Freiraum
14: Rotorwelle
15: Leiterplatte
16: Lichtstrahl
17: Stator
18: Rotor
19: Motorgehäuse
20: Encodergehäuse

Claims

Encoder (1) mit einem Reflektor (2) als Sensorgeber für einen Lichtsensor (3) eines Elektromotors (4), bestehend aus über den Reflektor (2) verteilten Flächen (5), welche das Licht auf den Lichtsensor (3) reflektieren und Bereichen (6), welche das Licht nicht auf den Lichtsensor (3) reflektieren, wobei der Reflektor (2) rotorfest ist und der Lichtsensor (3) statorfest ist, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtreflektierenden Flächen (5) des Reflektors (2) ausschließlich aus einem spritzgusstechnisch verarbeitbarem Kunststoffmaterial mit sehr hohem Reflexionsvermögen besteht.
Encoder (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche (6) zwischen den lichtreflektierenden Flächen (5) ausschließlich aus dem spritzgusstechnisch verarbeitbaren Kunststoffmaterial des Reflektors (2) bestehen.
Encoder (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche (6) zwischen den lichtreflektierenden Flächen (5) aus zur Reflektorebene geneigten Flächen besteht.
Encoder (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel der Bereiche (6) zwischen den lichtreflektierenden Flächen (5) größer als 45° beträgt.
Encoder (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtreflektierenden Flächen (5) glatte Oberflächen aufweisen.
Encoder (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (2), die lichtreflektierenden Flächen (5) und die Bereiche (6) zwischen den lichtreflektierenden Flächen (5) ausschließlich aus einem spritzgusstechnisch verarbeitbarem Kunststoffmaterial mit sehr hohem Reflexionsvermögen besteht.
Encoder (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial auf Basis von Polyester ein Lichtreflexionsvermögen bei 450nm Lichtwellenlänge von 90% oder mehr aufweist.
Encoder (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflexionsverlust nach Heißluftalterung maximal 5% beträgt.
Encoder (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (2) unmittelbar auf die Rotorwelle (14) oder an das Wellenende durch Urformen gefügt, aufgepresst oder geklebt ist.
Encoder (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (2) einstückig mit einer Rotorwelle (14) des Elektromotors (4) ist.
Encoder (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (2) das Ende der Rotorwelle (14) bildet.
Encoder (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den Reflektor (2) umgebende Gehäuseflächen des Encoders (1) nicht reflektierende Oberflächen aufweisen.
Encoder (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse des Encoders (1) Fremdlicht mit einer Wellenlänge, für welche der Lichtsensor (3) empfindlich ist, z. B. 450nm, absorbiert.