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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Technik von Drehmomentsensoren
und genauer gesagt auf einen Drehmomentsensor zum Gebrauch in einem
Servolenksystem eines Fahrzeugs.
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Hintergrund
der Erfindung
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Servolenksysteme
sind in der Technik bekannt und werden häufig zum Gebrauch in Automobilen
eingesetzt. Die Leistungsunterstützung
bzw. -hilfe wird erreicht durch Anlegen einer zusätzlichen Drehkraft
an ein Lenkglied. Derartige Systeme können ansprechend auf ein von
dem Fahrer angelegtes Drehmoment an das Fahrzeuglenkrad gesteuert
werden. Einige bekannte Systeme sehen Lenkhilfe durch den Gebrauch
von hydraulischer Leistung vor, während andere bekannte Systeme
elektrische Leistung verwenden.
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U.S:
Patent Nr. 4,682,104 offenbart einen Winkelversetzungssensor zur
Verwendung beim Detektieren des angelegten Lenkdrehmoments zwischen
einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle. Die Wellen sind koaxial
miteinander ausgerichtet und relativ zueinander um eine gemeinsame
Achse drehbar. Der Sensor umfasst einen rotierenden Eingangstransformator,
der eine stationäre
Primärwicklung und
eine rotierenden Sekundärwicklung
umfasst. Die Sekundärwicklung
ist an einer Stirnfläche
einer ringförmigen
Scheibe angebracht, die ihrerseits an der Antriebswelle zur Rotation
bzw. Drehung mit ihr befestigt ist. Ein Paar von Detektionsscheiben,
die eine Senderscheibe und eine Empfängerscheibe umfasst, sind axial
zu dem rotierenden Eingangstransformator versetzt. Die gegenüberliegenden
Stirnflächen
dieser Scheiben tragen identische planare bzw. ebene Spulen. Die
Spulen erstrecken sich in Form von spiralartig gewickelten Abschnitten,
die alternierend in entgegengesetzte Richtungen gewickelt sind,
und welche koaxial die gemeinsame Achse der Antriebs- und Abtriebswellen
umgeben. Eine Wechselstromspannung, die an die Primärwicklung
des rotierenden Eingangstransformators angelegt wird, wird an die
planaren Spulen der Senderscheibe angelegt. Dies bewirkt, dass eine Spannung
in den planaren Spulen, die auf der Empfängerscheibe angebracht sind,
induziert wird. Ein rotierender Ausgangstransformator mit einer
Primärwicklung,
umgibt die Abtriebswelle koaxial. Der Ausgangstransformator umfasst
eine stationäre
Sekundärwicklung
auf einer anderen Scheibe, die axial von der Primärwicklung
des Ausgangstransformators beabstandet ist. Ein Ausgangssignal,
welches mit der Winkelabweichung zwischen den Antriebs- und Abtriebswellen
variiert, wird durch den Ausgangstransformator vorgesehen.
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U.S.
Patent Nr. 5,442,956 offenbart einen Drehmomentsensor für ein Servolenksystem,
das dem Sensor des U.S. Patents Nr. 4,682,104 ähnlich ist, welches aber keine
Sender oder Empfängerscheibe
einsetzt, die planare Spulen tragen, welche abwechselnd in entgegengesetzten
Richtungen gewickelt sind. Ferner umfasst der Drehmomentsensor erste
und zweite Spulen, die auf die Empfängerscheibe gewickelt sind,
welche mit den ersten bzw. zweiten rotierender Ausgangstransformatoren
verbunden sind.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegend Erfindung, wie sie in den angefügten Ansprüchen definiert ist, ist ein
Drehmomentsensor für
ein Servolenksystem zum Abfühlen des
angelegten Drehmoments zwischen relativ drehbaren Antriebs- und
Abtriebswellen, welche durch eine Torsionselement verbunden sind.
Der Drehmomentsensor umfasst einen rotierenden Eingangstransformator
zum Vorsehen eines Eingangssignals und einen rotierenden Sender,
der zur Drehung mit der Antriebswelle verbunden ist. Der rotierende
Sender besitzt eine sich radial erstreckende Senderstirnfläche, die
in eine Vielzahl von Senderpolsegmenten geteilt ist, und zwar durch
eine Vielzahl sich radial erstreckender Schlitze. Der rotierende
Sender umfasst eine Senderspule, die elektrisch mit dem rotierenden Eingangstransformator
verbunden ist. Die Senderspule umgibt vollständig jedes der Senderpolsegment
individuell und besitzt zwei Abschnitte, die in jedem der Vielzahl
von Schlitzen angeordnet sind. Ein rotierender Empfänger ist
axial von dem rotierenden Sender beabstandet und ist zur Drehung
mit der Abtriebswelle verbunden. Der rotierende Empfänger umfasst
mindestens eine Empfängerspule.
Ein rotierender Ausgangstransformator zum Vorsehen eines Ausgangssignals
ist elektrisch mit mindestens einer Empfängerspule verbunden.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung besitzt der rotierende Empfänger eine sich radial erstreckende
Empfängerstirnfläche, die
durch eine Vielzahl sich radial erstreckender Empfängerschlitze
in eine Vielzahl von Empfängerpolsegmenten
geteilt ist. Die Vielzahl der Empfängerpolsegmente umfasst abwechselnde
erste und zweite Empfängerpolsegmentpaare.
Jedes der ersten und zweiten Empfängerpolsegmentpaare weist ein
benachbartes Paar von Empfängerpolsegmenten
auf. Jedes der ersten Empfängerpolsegmentpaare
ist umfangsmäßig zwischen zwei
der zweiten Empfängerpolsegmentpaare
angeordnet und ist von dem zweiten Empfängerpolsegmentpaaren durch
eine erste Gruppe der Vielzahl von Empfängerschlitzen in der Empfängerstirnfläche getrennt.
Eine zweite Gruppe der Vielzahl von Empfängerschlitzen in der Empfängerstirnfläche erstreckt sich
zwischen jedem der benachbarten Paare von Empfängerpolsegmenten in jedem der
ersten und zweiten Empfängerpolsegmentpaare.
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Der
rotierende Empfänger
umfasst eine erste Empfängerspule
und eine zweite Empfängerspule. Die
erste Empfängerspule
umgibt jedes der ersten Empfängerpolsegmentpaare
vollständig
und besitzt zwei Abschnitte, die in jedem der ersten Gruppe von Empfängerschlitzen
angeordnet sind, welche die ersten und zweiten Empfängerpolsegmentpaare
trennen. Die zweite Empfängerspule
umgibt vollständig jedes
einer Vielzahl von kombinierten Empfängerpolsegmentpaaren, die aus
einem der ersten Empfängerpolsegmentpaare
und einem benachbart angeordneten der zweiten Empfängerpolsegmentpaare bestehen.
Die zweite Empfängerspule
besitzt zwei Abschnitte, die in jeder der zweiten Gruppe von Empfängerschlitzen
angeordnet sind, die sich zwischen jedem der benachbarten Paare
von Empfängerpolsegmentpaaren
in jedem der ersten und zweiten Empfängerpolsegmentpaare erstrecken.
Ein erster rotierender Ausgangstransformator ist elektrisch mit der
ersten Empfängerspule
verbunden und ein zweiter rotierender spule verbunden und ein zweiter
rotierender Ausgangstransformator ist elektrisch mit der zweiten
Empfängerspule
verbunden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
vorangegangen und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden
den Fachleuten des Gebietes, auf das sich die vorliegende Erfindung bezieht,
beim Lesen der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die begleitenden
Zeichnungen, offensichtlich werden, wobei in den Zeichnungen zeigt:
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1 ein
schematisches Blockdiagramm, das ein Servolenksystem mit einem Drehmomentsensor
zum Abfühlen
des an ein Fahrzeuglenkrad angelegtes Drehmoment zeigt;
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2 eine
Schnittansicht, die einen Drehmomentsensor darstellt, der gemäß der vorliegenden Erfindung
konstruiert ist,
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2A ein
schematisches Diagramm der Schaltung, die in der vorliegenden Erfindung
eingesetzt ist;
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3A eine
Seitenansicht einer ersten Komponente des Drehmomentsensors der 2, wobei
die erste Komponente in einem Herstellungs zwischenzustand gezeigt
ist;
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3B eine
Schnittansicht entlang der Linie 3B-3B in 3A;
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4A eine
Seitenansicht der ersten Komponente des Drehmomentsensors gezeigt
in 3A, wobei die erste Komponente in einem vollendeten Herstellungszustand
gezeigt ist;
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4B eine
Schnittansicht entlang der Linie 4B-4B in 4A;
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5A eine
linke Seitenansicht einer zweiten Komponente des Drehmomentsensors
der 2, wobei die zweite Komponente in einem ersten Herstellungszwischenzustand
gezeigt ist;
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5B eine
Schnittansicht entlang der Linie 5B-5B in 5A;
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6A eine
linke Seitenansicht der zweiten Komponente des Drehmomentsensors
gezeigt in der 5A, wobei die zweite Komponente
in einem zweiten Herstellungszwischenzustand gezeigt ist;
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6B eine
Schnittansicht entlang der Linie 6B-6B in 6A;
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7A eine
rechte Seitenansicht der zweiten Komponente des Drehmomentsensors,
der in 6A gezeigt ist, wobei die zweite
Komponente in einem dritten Herstellungszwischenzustand gezeigt ist;
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7B eine
Schnittansicht entlang der Linie 7B-7B in 7A;
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8A eine
rechte Seitenansicht der zweiten Komponente des Drehmomentsensors
gezeigt in 7A, wobei die zweite Komponente
in einem vollendeten Herstellungszustand gezeigt ist; und
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8B eine
Schnittansicht entlang der Linie 8B-8B in 8A.
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Beschreibung
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
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Jetzt
wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen das Gezeigte der
Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung dient
und nicht um diese zu begrenzen. 1 stellt ein
Servolenksystem 10 dar, das ein Lenkrad 12 umfasst,
welches betriebsmäßig mit
einem Ritzelgetriebe 14 verbunden ist. Das Lenkrad 12 ist
mit einer Antriebswelle 16 verbunden und das Ritzelgetriebe 14 ist
mit einer Abtriebswelle 17 verbunden. Die Antriebswelle 16 ist
betriebsmäßig mit
der Abtriebswelle 17 durch eine Torsionsstange 18 verbunden.
Die Torsionsstange 18 verdreht sich ansprechend auf das angelegte
Lenkdrehmoment, wodurch sie eine relative Drehung zwischen der Antriebswelle 16 und
der Abtriebswelle 17 um eine gemeinsame Achse 19 (2)
zulässt.
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Das
Ritzelgetriebe 14 besitzt Schraubenradzähne (nicht gezeigt), welche
in Zahneingriff mit den Zahnradzähnen
(nicht gezeigt) auf einen Zahnstangenglied 20 stehen. Das
Ritzelgetriebe 14 bildet in Kombination mit den Zahnradzähnen auf
dem Zahnstangenglied 20 einen Zahnstangen- und Ritzelgetriebesatz.
Das Zahnstangenglied 20 ist mit den lenkbaren Fahrzeugrädern 22 und 24 des
Fahrzeugs mit einer Lenkverbindung auf eine bekannte Art und Weise
gekoppelt. Wenn das Lenkrad 12 gedreht wird, wandelt der
Zahnstangen- und Ritzelgetriebesatz die Drehbewegung des Lenkrads
in eine lineare Bewegung des Zahnstangenglieds 20 um. Wenn
sich das Zahnstangenglied 20 linear bewegt, schwenken die lenkbaren
Räder 22, 24 um
ihre entsprechenden Lenkachsen (nicht gezeigt) und das Fahrzeug
wird gesteuert.
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Ein
elektrischer Hilfsmotor 26 ist antriebsmäßig mit
dem Zahnstangenglied 20 verbunden. Wenn der Elektromotor 26 erregt
wird, sieht er Servolenkhilfe vor, um bei der Drehung des Fahrzeuglenkrads 12 durch
den Fahrzeugbetreiber zu helfen. Ein Positionssensor 30 ist
betriebsmäßig über die
Antriebswelle 16 und die Abtriebswelle 17 verbunden
und sieht ein elektrisches Signal vor mit einem Wert, der repräsentativ
ist für
die relative Drehbewegung zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle.
Der Positionssensor 30 bildet in Kombination mit der Torsionsstange 18 einen
Drehmomentsensor 32. Das Ausgangssignal des Drehmomentsensors 32 bildet
eine Anzeige für
das an das Lenkrad des Fahrzeugs durch den Fahrzeugbetreiber angelegte
Lenkdrehmoment. Das Ausgangssignal von dem Drehmomentsensor 32 wird
an eine Steuerschaltung 34 geliefert, welche das Ausgangssignal
verarbeitet und in ein Richtungssignal und ein Größesignal
trennt und dann diese Signale verwendet, um den Elektromotor 26 zu
steuern.
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Jetzt
wird auf 2 Bezug genommen, die den Drehmomentsensor 32 detaillierter
darstellt. Der Drehmomentsensor 32 umfasst eine Torsionsstange 18,
welche die Lenkradantriebswelle 16 mit einer Ritzelgetriebeabtriebswelle 17 auf
eine bekannte Art und Weise verbindet, wie sie in U.S. Patent Nr. 5,442,956
beschrieben ist. Ein ringförmiger
Eingangsrotor 42 umgibt koaxial die Antriebswelle 16 und
ist auf geeignete Art und Weise an dieser für die Drehung mit ihr befestigt.
Axial beabstandet von dem Eingangsrotor 42 umgibt ein ringförmiger Ausgangsrotor 44 koaxial
die Abtriebswelle 17 und ist auf geeignete Art und Weise
an dieser befestigt zur Drehung damit um die gemeinsame Achse 19.
Der Eingangsrotor 42 und der Ausgangsrotor 44 sind
winkelmäßig relativ
zueinander bewegbar um eine gemeinsame Achse 19. Ein an
die Torsionsstange 18 angelegtes Drehmoment wird in einer
relativen Winkeldrehung des Eingangsrotors 42 in Bezug
zu dem Ausgangsrotor 44 resultieren, wobei das Ausmaß der Drehung
von dem Drehmomentsensor 32, der hier beschrieben wird,
gemessen werden soll.
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Die
Rotoren 42 und 44 sind koaxial von einem stationären Stator 46 umgeben.
Die Rotoren 42 und 44 und der Stator 46 können aus
Metall, wie beispielsweise Aluminium, oder Kunststoff konstruiert sein.
Die Rotoren 42 und 44 und der Stator 46 sind nicht
Teil der Magnetschaltung, die zum Abfühlen der relativen Winkeldrehung
zwischen den Rotoren verwendet wird.
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Bevor 2 in
weiterem Detail beschrieben wird, wird kurz auf die Schaltung der 2A aufmerksam
gemacht. Die Schaltung umfasst einen rotierenden Eingangstransformator
T1 mit einer stationären
Primärwicklung,
die mit einer Wechselstromeingangsspannung VIN und
einer rotierenden Sekundärwicklung
verbunden ist. Wie später
dargestellt wird, umgibt die rotierende Sekundärwicklung koaxial die Antriebswelle 16 und
rotiert mit dieser um die gemeinsame Achse 19. Die Sekundärwicklung
ist elektrisch mit einer Senderspule verbunden, welche axial davon
beabstandet ist und welche sich ebenfalls mit der Antriebswelle 16 um
die gemeinsame Achse 19 dreht. Ein Paar von Empfängerspulen
ist elektrisch zueinander versetzt. Diese Empfängerspulen sind axial von der
Senderspule beabstandet und drehen sich mit der Abtriebswelle 17.
Die Empfängerspulen
sind entsprechend mit den Primärwicklungen der
rotierenden Ausgangstransformatoren T2 und T3 verbunden. Die Primärwicklungen
der Transformatoren T2 und T3 drehen sich ebenfalls mit der Abtriebswelle 17.
Die Sekundärwicklungen
der Transformatoren T2 und T3 sind stationär und liefern ein Paar von Ausgangssignalen,
die an die Steuerschaltung 34 zur Steuerung des Elektromotors 26 angelegt
werden.
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Wie
in 2 gezeigt, trägt
ein Stator 46 einen ringförmigen Transformatorkern 50,
der einen Teil des Eingangsrotors 42 koaxial umgibt und
ist von dem Eingangsrotor beabstandet. Wie in 2 gezeigt,
besitzt der Kern 50 einen U-förmigen
Querschnitt, der einen ringförmigen
Kanal zur Aufnahme und zum Tragen einer Primärwicklung 52 vorsieht. Die
Primärwicklung 52,
die durch den Transformatorkern 50 getragen wird, umgibt
einen Teil des Eingangsrotors 42 koaxial.
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Radial
nach innen beabstandet über
einen Luftspalt 53 ist ein ringförmiger Transformatorkern 54 vorgesehen,
der von dem Rotor 42 getragen wird. Der Transformatorkern 54 trägt eine
Sekundärwicklung 56,
die einen Teil des Rotors 42 koaxial umgibt und die mit
dem Rotor um die gemeinsame Achse 19 drehbar ist. Der Transformatorkern 50 und
die Primärwicklung 52 bilden
den stationären
Teil eines Transformators T1 und der Transformatorkern 54 und die
Sekundärwicklung 56 bilden
den rotierenden Teil des rotierenden Transformators T1. Die Transformatorenkerne 50 und 54 sind
vorzugsweise aus einem magnetisch permeablen Material hergestellt,
wie beispielsweise Eisenpulver, Kunststoff-Ferrit oder weiches Ferrit,
um die Magnetschaltung der Transformatorenkerne zu begrenzen, die
unmittelbar die Primärwicklung 52 und
die Sekundärwicklung 56 umgeben.
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Der
Transformatorkern 54 bildet einen Teil eines rotierenden
Senders 60. Der rotierenden Sender 60 umfasst
einen ringförmigen
Senderkern 62, welcher den Sensorflusspfad begrenzt. Der
rotierende Sender 60 umfasst ferner eine Senderspule 70,
welche aus einem biegbaren Magnetdraht hergestellt ist und welche
in größerem Detail
nachfolgend mit Bezug auf die 3A und 3B beschrieben
wird. Die Senderspule 70 ist elektrisch mit der Sekundärwicklung 56 des
rotierenden Eingangstransformators T1 verbunden.
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Ein
rotierender Empfänger 72 ist
axial von dem rotierenden Sender 60 beabstandet. Der rotierende
Empfänger 72 wird
durch den Ausgangsrotor 44 getragen und dreht sich damit
um die gemeinsame Achse 19. Der rotierende Empfänger 72 besitzt einen
assoziierten Empfängerkern 74,
welcher ebenfalls an dem Ausgangsrotor 44 befestigt ist
und sich hiermit um die gemeinsame Achse 19 dreht. Der Empfängerkern 74 ist
vorzugsweise aus dem gleichen Material hergestellt, wie oben mit
Bezug auf den Transformatorkern 54 diskutiert wurde. Der
rotierende Empfänger 72 trägt erste
und zweite Empfängerspulen 76 bzw. 78,
welche in größerem Detail
nachfolgend mit Bezug auf die 5A-8B beschrieben
werden. Die zweite Empfängerspule 78 ist
winkelmäßig versetzt
zu der ersten Empfängerspule 76 und
elektrisch von dieser isoliert. Die erste Empfängerspule 76 ist über die
Primärwicklung 80 des
rotie renden Ausgangstransformators T2 verbunden und die zweite Empfängerspule 78 ist über die
Primärwicklung 82 des
rotierenden Ausgangstransformators T3 verbunden. Die Sekundärwicklung 84 des Transformators
T2 und die Sekundärwicklung 86 des Transformators
T3 sind mit der Steuerschaltung 34 verbunden. Der Senderkern 62 und
der Empfängerkern 74 dienen
dazu, die Flusspfade der entsprechenden Magnetschaltung, die mit
jeder der Spulen 70, 76, 78 assoziiert
ist, zu begrenzen und um einen hochpermeablen magnetischen Rückflusspfad
für den
Fluss von einem Pol zu dem nächsten
vorzusehen.
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Der
Transformator T2 besitzt eine Primärschaltung, die durch den Rotor 44 getragen
wird. Der Empfängerkern 74 nimmt
die Primärwicklung 80 des Transformators
T2 auf. Die Sekundärwicklung 84 des Transformators
T2 wird durch den stationären
Stator 46 getragen. Dieser umfasst einen ringförmigen Transformatorkern 92,
der radial von einem Teil des Rotors 44 beabstandet ist
und diesen koaxial umgibt. Der Transformatorkern 92 besitzt
einen U-förmigen Querschnitt
und definiert einen Kanal, der zu dem Rotor 44 weist und
der die stationäre
Sekundärwicklung 84 des
Transformators T2 trägt.
Somit ist die Sekundärwicklung 84 radial
von der Primärwicklung 80 auf
dem Empfängerkern 74 beabstandet
und umgibt diesen koaxial.
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Der
Transformator T3 besitzt ebenfalls seine primäre Schaltung, die durch den
Ausgangsrotor 44 getragen wird. Der Empfängerkern 74 nimmt
ebenfalls die Primärwicklung 82 auf,
so dass die Primärwicklung
einen Teil des Rotors 44 zur Drehung damit um die gemeinsame
Achse 19 umgibt.
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Die
Sekundärschaltung
des Transformators T3 wird durch das Gehäuse 46 des stationären Stators
getragen. Diese umfasst einen Transformatorkern 98, der
ein ringförmiges
Glied ist, das den Rotor 44 umgibt und radial nach außen von
diesem beabstandet ist. Der Transformatorkern 98 ist an
dem Statorgehäuse 46 befestigt
und besitzt einen U-förmigen Querschnitt,
der einen ringförmigen
Kanal definiert, der zu dem Rotor 44 weist. Der U-förmige Kanal
in dem Transformatorkern 98 trägt die Sekundärwicklung 86,
die die Primärwick lung 82 des
Transformators T3 koaxial umgibt und radial von dieser beabstandet
ist.
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Ein
Abstandhalter 99 trennt die Transformatorkerne 92 und 98 voneinander,
um das Übersprechen
zwischen den Sekundärwicklungen 84 bzw. 86 der
Transformatoren T2 und T3 einzugrenzen. Auf ähnliche Art und Weise trennt
ein Luftspalt 101 die Primärwicklungen 80 und 82 voneinander,
um entsprechend das Übersprechen
zwischen den Primärwicklungen 80 der
Transformatoren T2 und T3 zu minimieren.
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Nun
mit Bezug auf die 3A-4B, besitzt
der Senderkern 62 eine Stirnfläche 100, die sich radial
zwischen einer zylindrischen Außenoberfläche 102 und
einer zylindrischen Innenoberfläche 104 erstreckt.
Eine Vielzahl sich radial erstreckender Schlitze 106 in
der Stirnfläche 100 teilt
die Stirnfläche
in eine Vielzahl von Senderpolsegmenten 108 auf. Die Senderpolsegmente 108 weisen
zu ähnlichen
Polsegmenten auf dem Empfänger 72 hin,
die unten im Detail beschrieben werden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
gibt es zwölf
Senderpolsegmente 108, die durch zwölf sich radial erstreckende Schlitze 106 getrennt
werden, wobei die Schlitze 30° um
die gemeinsame Achse 19 herum voneinander beabstandet sind.
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Jedes
der Senderpolsegmente 108 wird teilweise definiert durch
einen entsprechenden Teil der zylindrischen Außenoberfläche 102 und einen
entsprechenden Teil der zylindrischen Innenoberfläche 104.
Jedes der Senderpolsegmente 108 wird ferner definiert durch
sich radial erstreckende erste und zweite Seitenoberflächen 112 bzw. 114.
Jede der ersten Seitenoberflächen 112 definiert
teilweise einen der Vielzahl von sich radial erstreckenden Schlitzen 106 auf
einer Seite jedes Senderpolsegmentes 108. Jede der zweiten
Seitenoberflächen 114 definiert
teilweise eine weitere Vielzahl sich radial erstreckender Schlitze 106 auf
der anderen Seite jedes Senderpolsegmentes 108. Die Vielzahl
der Senderpolsegmente 108 umfasst alternierende erste und
zweite Senderpolsegmente 120 bzw. 122. Jedes der
ersten Senderpolsegmente 120 ist umfangsmäßig zwischen
zwei der zweiten Senderpolseg mente 122 angeordnet. Die
Senderspule 70 ist an einem Stift 124 in dem Senderkern 62 angebracht
und in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn eingewickelt, was
durch Pfeil A in 3B angezeigt ist, und zwar zweimal
um den Senderkern herum, wie durch den Pfeil B in 3A gezeigt
ist, um die Sekundärwicklung 56 zu
bilden. Die Senderspule 70 wird dann zu der Senderstirnfläche 100 gerichtet,
wo ein Abschnitt durch einen ersten der Schlitze 106 geführt wird.
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Die
Senderspule 70 wird als nächstes in der Richtung gegen
den Uhrzeigersinn in einem Webmuster, das durch die Pfeile C in 3B gezeigt
ist, gewickelt. Die Senderspule 70 erstreckt sich um den entsprechenden
Teil der zylindrischen Innenoberfläche 104 herum, die
jedes der ersten Senderpolsegmente 120 definiert, in jeden
der Schlitze 106 herein und um den entsprechenden Teil
der zylindrischen Außenoberfläche 102 herum,
die jedes der zweiten Senderpolsegmente 122 definiert,
während
sie in der Richtung gegen den Uhrzeigersinn gewickelt wird.
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Wenn
die Senderspule 70 ungefähr 360° gewickelt ist und benachbart
zu dem ersten der Schlitze 106 angeordnet ist, wird ein
weiterer Abschnitt der Senderspule durch den ersten der Schlitze
geführt. Die
Senderspule 70 wird dann in einer Richtung im Uhrzeigersinn
gewickelt, dargestellt durch Pfeil D in 4B, und
zwar in einem Webmuster, das durch die Pfeife E gezeigt ist. Die
Senderspule 70 erstreckt sich um den entsprechenden Teil
der zylindrischen Innenoberfläche 104 herum,
die jedes der zweiten Senderpolsegmente 122 definiert,
in jeden der Schlitze 106 hinein und dann um den entsprechenden
Teil der zylindrischen Außenoberfläche 102 herum,
die jedes der ersten Senderpolsegmente 120 definiert, wenn
es in Richtung im Uhrzeigersinn gewickelt wird. Während der
Wicklung der Senderspule 70 im Uhrzeigersinn, überlappt
ein Abschnitt der Senderspule 70 den Abschnitt der Senderspule,
die in jedem der Schlitze 106 platziert ist, während der
Wicklung gegen den Uhrzeigersinn. Das Anschlussende der Senderspule 70 wird
zurück
zu dem Stift 124 geführt,
wie es durch den Pfeil F in 4 angezeigt
ist, und wird an den Stift gelötet.
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Der
rotierende Empfänger 72 ist
in den 5A-8B dargestellt.
Der Empfänger 72 ist dem
rotierenden Sender 60 ähnlich,
unterscheidet sich aber von ihm dadurch, dass der Empfänger die doppelte
Anzahl von Polsegmenten und zwei Spulen 76 und 78 aufweist.
Der Empfängerkern 74 besitzt eine
Stirnfläche 140,
die sich radial zwischen einer zylindrischen Außenoberfläche 142 und einer
zylindrischen Innenoberfläche 144 erstreckt.
Eine Vielzahl sich radial erstreckender Schlitze 146 in
der Stirnfläche 140 teilt
die Stirnfläche
in eine Vielzahl von Empfängerpolsegmenten 148.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
gibt es vierundzwanzig Empfängerpolsegmente 148,
die durch vierundzwanzig Schlitze 146 getrennt sind, und
zwar um 15° voneinander
beabstandet.
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Die
Vielzahl der Empfängerpolsegmente 148 weist
alternierende erste und zweite Empfängerpolsegmentpaare 150 und 160 auf.
Jedes der ersten und zweiten Empfängerpolsegmentpaare 150 und 160 weist
ein benachbartes Paar von Empfängerpolsegmenten 148 auf.
Jedes der ersten Empfängerpolsegmentpaare 150 ist
umfangsmäßig zwischen
zwei der zweiten Empfängerpolsegmentpaare 160 angeordnet
und ist von den zweiten Empfängerpolsegmentpaaren
durch eine erste Gruppe 152 der Vielzahl von Schlitzen 146 in
der Empfängerstirnfläche 140 getrennt.
Eine zweite Gruppe 154 der Vielzahl von Schlitzen 146 in
der Empfängerstirnfläche 140 erstreckt
sich zwischen jedem der benachbarten Empfängerpolsegmente 148 in
jedes der ersten und zweiten Empfängerpolsegmentpaare 150 und 160. Jedes
der ersten und zweiten Empfängerpolsegmentpaare 150 und 160 wird
teilweise durch einen entsprechenden Teil der zylindrischen Außenoberfläche 142 und
einen entsprechenden Teil der zylindrischen Innenoberfläche 144 definiert.
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Die
erste Empfängerspule 76 umgibt
vollständig
jedes der ersten Empfängerpolsegmentpaare 150 und
besitzt zwei Abschnitte, die in jedem der ersten Gruppe 152 der
Schlitze 146 angeordnet sind, die die ersten und zweiten
Empfängerpolsegmentpaare 150 und 160 trennen.
Die zweite Empfängerspule 78 umgibt
vollständig
jedes einer Vielzahl von kombinierten Empfängerpolsegmentpaaren 170,
die eines der Empfängerpolsegmente 148 in
den ersten Empfängerpolsegmentpaaren 150 und
ein benachbart angeordnetes der Empfängerpolsegmente 148 in
den zweiten Empfängerpolsegmentpaaren 160 aufweist.
Die zweiten Empfängerspule 78 besitzt zwei
Abschnitte, die in jeder der zweiten Gruppe 154 der Schlitze 146 angeordnet
sind, die sich zwischen jedem der benachbarten Paare von Empfängerpolensegmenten 148 in
jedem der ersten und zweiten Empfängerpolsegmentpaare 150 und 160 erstrecken.
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Die
erste Empfängerspule 76 ist
an einem Stift 172 in dem Empfängerkern 74 angebracht
und in der Richtung A gegen den Uhrzeigersinn um den Empfängerkern
zweifach gewickelt, wie es durch die Pfeile G in 5A gezeigt
ist, um die Primärwicklung 80 zu
bilden. Die erste Empfängerspule 76 wird
dann zu der Empfängerstirnfläche 140 hin
gerichtet, wo ein Abschnitt der Spule durch einen ersten der Schlitze 146 geführt wird.
Die erste Empfängerspule 76 wird in
der Richtung A gegen den Uhrzeigersinn gewickelt, und zwar in einem
Webmuster, das durch die Pfeile H in 5B dargestellt
ist. Die erste Empfängerspule 76 erstreckt
sich um den entsprechenden Teil der zylindrischen Innenoberfläche 144 herum, die
jedes der ersten Empfängerpolsegmentpaare 150 definiert,
in jede der ersten Gruppe 152 von Schlitzen 146 und
um den entsprechenden Teil der zylindrischen Außenoberfläche 142 herum, die
jedes der zweiten Empfängerpolsegmentpaare 160 definiert.
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Wenn
die erste Empfängerspule 76 ungefähr 360° gewickelt
ist und benachbart zu dem ersten der Schlitze 146 angeordnet
ist, wird die erste Empfängerspule
wieder durch den ersten der Schlitze geführt. Die erste Empfängerspule 76 wird
dann in einer Richtung D im Uhrzeigersinn in einem Webmuster gewickelt,
das durch die Pfeile J in 6B gezeigt ist.
Die erste Empfängerspule 76 erstreckt
sich um den entsprechenden Teil der zylindrischen Innenoberfläche 144 herum,
die jedes der zweiten Empfängerpolsegmentpaare 160 definiert,
in jede der ersten Gruppe 152 von Schlitzen 146 und
um den entspre chenden Teil der zylindrischen Außenoberfläche 142 herum, die
jedes der ersten Empfängerpolsegmentpaare 150 definiert.
Während
der Wicklung der ersten Empfängerspule 76 im
Uhrzeigersinn, überlappt ein
Abschnitt der ersten Empfängerspule
den Abschnitt der ersten Empfängerspule,
der während der Wicklung
gegen den Uhrzeigersinn in jede der ersten Gruppe 152 der
Schlitze 146 platziert wurde. Das Anschlussende der ersten
Empfängerspule 76 wird
zurück
zu dem Stift 172 geführt,
wie durch den Pfeil K in 6A gezeigt
wird, und an den Stift gelötet.
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Die
zweite Empfängerspule 78 wird
an einen zweiten Stift 174 auf der von dem Stift 172 gegenüberliegenden
Seite des Empfängerkerns 74 angebracht.
Die zweite Empfängerspule 78 ist
in der Richtung A gegen den Uhrzeigersinn zweifach um den Empfängerkern
gewickelt, wie durch die Pfeile L in 7A gezeigt
ist, um die Primärwicklung 82 zu
bilden. Die zweite Empfängerspule 78 wird
dann zu der Empfängerstirnfläche 140 gerichtet
und ein Abschnitt der Spule wird durch einen der Schlitze 146 geführt. Die
zweite Empfängerspule 78 wird
in der Richtung A gegen den Uhrzeigersinn in einem Webmuster gewickelt,
wie durch die Pfeile M in 7B gezeigt
ist. Die zweite Empfängerspule 78 erstreckt
sich um den entsprechenden Teil der zylindrischen Innenoberfläche 144 einer
ersten Hälfte 180 der
kombinierten Empfängerpolsegmentpaare 170 in
jedes der zweiten Gruppen 154 der Schlitze 146 und
um den entsprechenden Teil der zylindrischen Außenoberfläche 142 einer zweiten
Hälfte 182 der
kombinierten Empfängerpolsegmentpaare 170 herum.
Die erste Hälfte 180 der
kombinierten Empfängerpolsegmentpaare 170 und
der zweiten Hälfte 182 der
kombinierten Empfängerpolsegmentpaare
wird alternierend relativ zueinander angeordnet.
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Wenn
die zweite Empfängerspule 78 um
ungefähr
360° gewickelt
ist, wird die zweite Empfängerspule
in der Richtung D im Uhrzeigersinn um den entsprechenden Teil der
zylindrischen Innenoberfläche 144 der
zweiten Hälfte 182 der
kombinierten Empfängerpolsegmentpaare 170 gewickelt
in jede der zweiten Gruppe 154 der Schlitze 146 hinein
und um den entsprechenden Teil der zylindrischen Außenoberfläche 142 der
ersten Hälfte 180 der
kombinierten Empfängerpolsegmentpaare 170.
Während
der Wicklung der zweiten Empfängerspule 78 im
Uhrzeigersinn, überlappt
ein Abschnitt der zweiten Empfängerspule den
Abschnitt der Spule, der in jede der zweiten Gruppe 154 der
Schlitze platziert wurde, wenn die zweite Empfängerspule in der Richtung ge gen
den Uhrzeigersinn gewickelt wird. Das Anschlussende der zweiten
Empfängerspule 78 wird
zurück
zu dem Stift 174 geführt,
wie durch den Pfeil N gezeigt ist, und an den Stift gelötet.
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Der
Basisbetrieb des Drehmomentsensors 32, der hier beschrieben
wird, ist aus U.S. Patent Nr. 5,442,956 bekannt. Mit Bezug auf die 2A,
werden Eingangs-V1- und Ausgangs V02, V03-Spannungen
gezeigt. Eine Erregungsspannung in den Senderabschnitt ist: V1 = Asinωτwobei
A eine Konstante ist, und wobei ωτ die Frequenz
der Erregung, typischerweise 200 kHz, ist. 2A zeigt
den Senderspulensatz 70 bei einem elektromechanischen Winkel θ bezüglich zu
den Empfängerspulen 76 und 78. θ ist der
axiale Winkel der elektromechanischen Ausrichtung zwischen dem Sender 60 und
dem Empfänger 72,
wobei 360° von θ eine Umdrehung
von 2/P repräsentiert,
wobei P gleich die Anzahl der Segmente ist. Somit entspricht eine
elektromechanische „Umdrehung" gleich 30 mechanischen
Graden. Das Ausgangsmuster der Spannungssignale im Bezug zu der
relativen Drehung zwischen dem Sender 60 und dem Empfänger 72 wiederholt
sich zwölf
mal pro einer mechanischen Umdrehung. Diese Tatsache repräsentiert
eine vergrößerte Empfindlichkeit
der Sensorübertragungsfunktion
der Ausgangsspannungsgröße im Bezug
zu der mechanischen Drehung.
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Da
das Leitermuster relativ schmale Leiterpfade besitzt und relativ
große
Spulenflächen,
ist die induktive Kopplung zwischen der Senderspule 70 und
den Empfängerspulen 76 und 78 linear
proportional zu dem elektromechanischen Winkel θ über einen begrenzten Bereich.
Das Wicklungsmuster der Senderspule 70 und der Empfängerspulen 76 bzw. 78 versieht
den Drehmomentsen sor 32 mit verbesserten Signal-zu-Rauschverhältnissen
und reduziert die Teil zu Teil Veränderung. Die Flussleckage (flux leakage)
wird ebenfalls durch das vollständige
Umgeben der Senderpolsegmente mit Teilen der Sender Spule und jedes
Empfängerpolsegments
mit Teilen der zwei Empfängerspulen
reduziert.
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Es
sollte bemerkt sein, dass die Ziele und Vorteile der Erfindung erreicht
werden können
mittels irgendwelcher beanspruchten Kombination(en), die besonders
in den Punkten der Zusammenfassung der Erfindung herausgehoben wurden.