DE69503297T2

DE69503297T2 - Drehgeschwindigkeitssensorvorrichtung

Info

Publication number: DE69503297T2
Application number: DE69503297T
Authority: DE
Inventors: Toshihiko Ikoma-Shi Nara-Ken Ichinose; Hiroaki Neyagawa-Shi Osaka Mouri; Masayoshi Hirakata-Shi Osaka Murakami; Hideo Toyonaka-Shi Osaka Ohkoshi; Jiro Hirakata-Shi Osaka Terada; Takeshi Hirakata-shi Osaka Uemura; Masaharu Hirakata-Shi Osaka Ushihara; Junichi Osaka-Shi Osaka Yukawa
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1994-04-21
Filing date: 1995-03-08
Publication date: 1998-11-26
Anticipated expiration: 2015-03-09
Also published as: JPH07294259A; CA2143966A1; JP3387199B2; DE69503297D1; US5581032A; EP0678730A1; CA2143966C; EP0678730B1

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehgeschwindigkeitssensorvorrichtung, die in einer Lagesteuereinrichtung und in einem Navigationssystem für Fahrzeuge wie Flugzeuge, Autos und andere Fahrzeuge eingesetzt wird.
2. Beschreibung der verwandten Technik:
Ein Beispiel herkömmlicher Drehgeschwindigkeitssensorvorrichtungen ist in der japanischen Patentpublikation Nr. 4-236321 offenbart. Die Drehgeschwindigkeitssensorvorrichtung umfaßt einen Drehgeschwindigkeitssensor, eine Schaltkreisplatine mit einem Schaltkreis zum Antrieb des Drehgeschwindigkeitssensors und zur Verarbeitung eines Signalausganges von dem Drehgeschwindigkeitssensor, eine Halteplatte zum Halten sowohl des Drehgeschwindigkeitssensors an dessen Längsenden über Stoßdämpfer als auch der Schaltkreisplatine und ein Gehäuse zur Aufilahme des Drehgeschwindigkeitssensors, der Schaltkreisplatine und der Halteplatte als eine Einheit.
Die herkömmliche Drehgeschwindigkeitssensorvorrichtung mit der obigen Struittur wird mit Bezug auf die Figuren 8 bis 10 beschrieben.
Figur 8 ist eine perspektivische Expiosionsansicht einer herkömmlichen Drehgeschwindigkeitssensorvorrichtung 15, wobei ein Gehäuse 11 von einem Körper 12 entfernt ist. Figur 9 ist eine Seitenansicht des Körpers 12. Figur 10 ist eine perspektivische Ansicht einer Basis 8 des Körpers 12, welche der Hauptteil der herkömmlichen Drehgeschwindigkeitssensorvorrichtung 15 ist.
Bezugnehmend auf die Figuren 8 und 9 ist ein Drehgeschwindigkeitssensor 1 an einem Halter 2 befestigt. Eine Sub-Schaltkreisplatine 4 ist um einen Ausgangsanschluß 3 des Drehgeschwindigkeitssensors 1 herum und an diesem befestigt. Die Sub-Schaltkreisplatine 4 ist über eine Leitung 5 mit einer Haupt-Schaltkreisplatine verbunden, die an der Basis 8 befestigt ist, wodurch die Verbindung des Drehgeschwindigkeitssensors 1 mit einem (nicht gezeigten) Schaltkreismuster auf der Haupt-Schaltkreisplatine 6 realisiert ist.
Drei Leitungen 7a, 7b und 7c sind mit der Haupt-Schaltkreisplatine 6 zur Eingabe/Ausgabe von Signalen jeweils verbunden. In Figur 9 sind diese Leitungen 7a, 7b und 7c zur Vereinfachung als Leitung 7 bezeichnet.
Die in Figur 10 in größerem Detail gezeigte Basis 8 dient auch als Halter für den Drehgeschwindigkeitssensor 1. Zu diesem Zweck umfaßt die Basis 8 ein Paar von Sensorhaltebereichen 8a, die jeweils gegenüberliegende Ausnehmungen 8b haben. Erste und zweite Stoßdämpfer 9 und 10 sind an einem Ende in jeweilige Ausnehmungen 8 gepreßt und an diesen befestigt. Das andere Ende des ersten Stoßdämpfers 9 ist in den Halter 2 des Drehgeschwindigkeitssensors 1 gepreßt und an diesem befestigt. Das andere Ende des zweiten Stoßdämpfers 10 ist mit dem Ausgangsanschluß 3 des Drehgeschwindigkeitssensors 1 verbunden.
Der Körper 12 besteht im wesentlichen aus dem Drehgeschwindigkeitssensor 1, der Haupt-Schaltkreisplatine 6 und der Basis 8 und ist in dem Gehäuse 11 angeordnet, um die Drehgeschwindigkeitssensorvorrichtung 15 zu vervollständigen. Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, wird der Drehgeschwindigkeitssensor 1 der herkömmlichen Drehgeschwindigkeitssensorvorrichtung 15 an den Längsenden durch die Sensorhaltebereiche 8a der Basis 8 über die Stoßdämpfer 9 und 10 gehalten.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Drehgeschwindigkeitssensorvorrichtung dieser Erfindung umfaßt: ein konkaves Gehäuse mit einer offenen Oberseite; eine Mehrzahl von Stiften, die sich von einer Bodenfläche des Gehäuses zu der offenen Oberseite im wesentlichen rechtwinklig zur Bodenfläche erstrecken; eine Mehrzahl von Vibrationsisolationselementen, die jeweils einen eingeschnürten Bereich haben und auf jeden der Mehrzahl von Stiften gepaßt sind, so daß sie an einer bestimmten Position des Stiftes befestigt sind; eine Sensorhalteplatte, welche die eingeschnürten Bereiche der Mehrzahl von Vibrationsisolationselementen zur Befestigung aufnimmt; einen Drehgeschwindigkeitssensor der vibrierenden Art, befestigt auf der Sensorhalteplatte; eine Mehrzahl von Kragen, die auf die Mehrzahl von Stiften gepaßt ist, um an der Mehrzahl von Vibrationsisolationselementen angeordnet zu sein; eine Schaltkreisplatine, die auf die Mehrzahl von Stiften gepaßt ist, um auf der Mehrzahl von Kragen angeordnet zu sein, wobei Signalverarbeitungsmittel auf zumindest einer Oberfläche der Schaltkreisplatine befestigt sind zum Antrieb des Drehgeschwindigkeitssensor der vibrierenden Art und zu Verarbeitung eines Ausgangssignales des Drehgeschwindigkeitssensors der vibrierenden Art; Verbindungsmittel zur elektrischen Verbindung der Signalverarbeitungsrnittel und des Drehgeschwindigkeitssensors der vibrierenden Art; und ein Deckel, der in die offene Oberseite des Gehäuses zur Versiegelung der Innenseite des Gehäuses eingepaßt ist.
In einer Ausfühngsform der vorliegenden Erfindung umfaßt der Drehgeschwindigkeitssensor der vibrierenden Art ein Paar von Vibrationszungen und einen Metallblock, der zwischen dem Paar von Vibrationszungen angeordnet ist, wobei jedes der Paare von Vibrationszungen umfaßt: einen Erfassungsbereich mit einer ersten Metallhalteplatte mit einer Mehrzahl von Durchgangsöffiiungen, die darin ausgebildet sind, und einem ersten piezoelektrischen Element, welches an der ersten Metallhalteplatte befestigt ist; und einen Treiberbereich bzw. Antriebsbereich mit einer zweiten Metallhalteplatte und einem zweiten piezoelektrischen Element, welches an der zweiten Metallhalteplatte befestigt ist, wobei der Erfassungsbereich und der Treiberbereich so angeordnet sind, daß sie Richtungen zugewandt sind, die in einem rechten Winkel zueinander stehen.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegen Erfindung ist eine T-förmige Befestigung an der Sensorhalteplatte befestigt, wobei ein sich von dem Metallblock erstreckender Haltestift des Drehgeschwindigkeitssensors der vibrierenden Art in die T- förmige Befestigung eingeführt wird, um den Drehgeschwindigkeitssensor der vibrierenden Art an der Sensorhalteplatte zu befestigen.
Nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegen Erfindung ist das Verbindungsmittel eine flexible Schaltkreisplatine.
In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegen Erfindung ist die Sensorhalteplatte aus einem Schaummaterial gemacht.
In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegen Erfindungen ist die Mehrzahl von Vibrationsisolationselementen auf die Mehrzahl von Stiften gepaßt, nachdem sie in der Achsenrichtung der Vibrationsisolationselemente komprimiert wurden.
Die hier beschriebene Erfindung macht daher den Vorteil möglich, eine Drehgeschwindigkeitssensorvorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, eine Verschlechterung der Betriebseigenschaften sowie der Lebensdauer derselben zu minimieren, die durch unterschiedliche externe Faktoren verursacht werden, wie beispielsweise nachteilige Effekte auf den Betrieb aufgrund von störenden Vibrationen, Variationen in den Betriebseigenschaften, verursacht durch elektrische Leckage einer Schaltkreisplatine aufgrund von Korrosion und Kondensation von Wasser an der Schaltkreisplatine durch Kontakt mit Luft und eine Verschlechterung der Vibrationsisolationseigenschaften aufgrund von Eiswachstum.
Diese und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung wird sich flir den Fachmann durch das Lesen und Verstehen der folgenden detaillierten Beschreibung mit Bezug auf die beigefligten Figuren ergeben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer Drehgeschwindigkeitssensorvorrichtung nach Maßgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 2 ist eine Draufsicht der Drehgeschwindigkeitssensorvorrichtung nach Figur 1, wobei die Hülle entfernt ist, wodurch die obere Fläche einer Schaltkreisplatine freigelegt ist.
Figur 3 ist eine Draufsicht der Drehgeschwindigkeitssensorvorrichtung nach Figur 1, wobei die Schaltkreisplatine aus dem in Figur 2 gezeigten Zustand entfernt ist, wodurch die obere Fläche einer Sensorhalteplatte freigelegt ist.
Figur 4 ist eine Schnittansicht der Drehgeschwindigkeitssensorvorrichtung nach Figur 1.
Figur 5 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer Stimmgabeleinheit (Drehgeschwindigkeitssensor), die in eine Drehgeschwindigkeitssensorvorrichtung nach Maßgabe der vorliegenden Erfindung eingeschlossen ist.
Figur 6 ist ein Diagramm, welches schematisch die Arbeitsprinzipien der Stimmgabeleinheit nach Figur 5 illustriert.
Figur 7 ist ein Diagramm, welches schematisch ein anderes Verfahren zur Befestigung einer Stimmgabeleinheit an einer Sensorhalteplatte flir eine Drehgeschwindigkeitssensorvorrichtung nach Maßgabe der vorliegenden Erfindung illustriert.
Figur 8 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer herkömlullichen Drehgeschwindigkeitssensorvorrichtung, wobei das Gehäuse entfernt ist, wodurch der Körper freigelegt ist.
Figur 9 ist eine Seitenansicht des Körpers flir die Drehgeschwindigkeitssensorvorrichtung nach Figur 8.
Figur 10 ist eine perspektivische Ansicht einer Basis flir die Drehgeschwindigkeitssensorvorrichtung nach Figur 8.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die Drehgeschwindigkeitssensorvorrichtung der vorliegenden Erfindung wird in beispielhafter Weise mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Figur 1 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer Drehgeschwindigkeitssensorvorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Figuren 2 und 3 sind Draufsichten der Drehgeschwindigkeitssensorvorrichtung 100. In Figur 2 ist eine Hülle 34 entfernt worden, wodurch die obere Fläche einer Schaltkreisplatine 31 offengelegt ist. In Figur 3 wurde die Schaltkreisplatine 31 entfernt, wodurch die obere Fläche einer Sensorhalteplatte 23 offengelegt ist. Figur 4 ist eine Schnittansicht der Drehgeschwindigkeitssensorvorrichtung 100.
Bezugnehmend auf die Figuren 1 bis 4 sind die Komponenten der Drehgeschwindigkeitssensorvorrichtung 100 in einem konkaven Gehäuse 21 aus gespritztem Kunststoff angeordnet. Das Gehäuse 21 umfaßt eine Bodenfläche und Seitenwände, die sich von der Peripherie der Bodenfläche im wesentlichen rechtwinklig hierzu erstrecken. Das Gehäuse 21 ist an seiner Oberseite offen. Die offene Oberseite ist durch den Deckel 34 abgedeckt. Vier Stifte 22 sind auf der Bodenfläche des Gehäuses 21 angeordnet, so daß sie sich im wesentlichen rechtwinklig von der Bodenfläche zu der offenen Oberseite hin erstrecken. Jeder der Stifte 22 hat einen ersten unteren Bereich, angrenzend an die Bodenfläche des Gehäuses 21 und einen zweiten oberen Bereich, einschließlich eines freien Endes des Stiftes. Die Durchmesser der ersten und zweiten Bereiche unterscheiden sich voneinander, wodurch eine Stufe an der Schnittstelle gebildet wird. Der Durchmesser des oberen zweiten Bereiches ist kleiner als detjenige des unteren ersten Bereiches.
Darüber hinaus sind elektrische Signalanschlüsse 35 vorgesehenen, die sich von der Innenseite zur Außenseite des Gehäuses 21 durch eine Seitenfläche des Gehäuses 21 erstrecken, wobei das Gehäuse 21 in den Verbindungsbereichen luftdicht gehalten wird.
Das Gehäuse 21 ist vorzugsweise aus Konstruktionskunststoffen gebildet, wie z. B. Polybuthyleneterephthalat (PBT) und Polyphenylensulfid (PPS). PBT ist unter Berücksichtigung der therrnalen Stabilität, der mechanischen Stabilität, der Einfachheit der Formung und der elektrischen Isolationseigenschaften besonders bevorzugt.
Die Sensorhalteplatte 23, deren obere Fläche in Figur 3 gezeigt ist, ist in dem Gehäuse 21 befestigt. An Positionen in der Nähe der beiden Enden der zwei gegenüberliegenden Kanten der Sensorhalteplatte 23 sind Ausschnitte 25 ausgebildet, zur Aufhahme von Vibrationsisolationselementen 24, die später beschrieben werden. Darüber hinaus ist eine Stimmgabeleinheit 28 als Drehgeschwindigkeitssensor der vibrierenden Art auf der Sensorhalteplatte 23 befestigt.
Die Sensorhalteplatte 23 kann aus Kerantik, Konstruktionskunststoffen, Metalle, wie z. B. Messing oder Eisen, oder aus Schaummaterial, wie z. B. Schaummetall gemacht sein. Die Sensorhalteplatte 23 ist vorzugsweise aus einer Metallplatte gebildet, mit einer Masse, die zehnmal größer ist, als die der Stimmgabeleinheit 28 und mit einer mechanischen Stabilität, die groß genug ist, um die Stinungabeleinheit 28 zu halten. Messing ist besonders bevorzugte unter Berucksichtigung der Leichtigkeit der Verarbeitung, der Anti-Korrosionseigenschaften, der mechanischen Stabilität, der hohen Vibrationsabsorptionsfähigkeiten und der Sicherheit einer geeigneten Masse zur Vibrationsabsorption.
In dem Fall, in dem die Sensorhalteplatte 23 aus einem Schaummetall oder anderen Schaummaterialien mit darin aufgelösten Blasen gemacht ist, werden Vibrationen, die durch die Sensorhalteplatte 23 übertragen werden, nach und nach während der Übertragung durch die Blasen absorbiert. Dies fhhrt zu einer Verbesserungen des Dämpfungseffektes von störenden Vibrationen.
Jedes der Vibrationsisolationselemente 24, die in die Ausschnitte 25 der Sensorhalteplatte 23 einzupassen smd, haben im wesentlichen eine zylindrische Form, mit einem eingeschnürten Bereich_26 in der Mitte. Der eingeschnürte Bereich 26 ist in jeden der jeweiligen Ausschnitte 25 eingepaßt, um jedes der Vibrationsisolationselemente 24 an der Sensorhalteplatte 23 zu befestigen.
Jedes der Vibrationsisolationselemente 24 hat auch eine Durchgangsbohrung 27, die sich vertikal zu einer Ebene mit dem eingeschnürten Bereich 26 erstreckt, das heißt, in der Achsenrichtung. Jeder der Stifte 22, die auf der Bodenfläche des Gehäuses 21 angeordnet sind, erstreckt sich durch die jeweilige Durchgangsbohrung 27. Die Sensorhalteplatte 23 ist daher in dem Gehäuse 21 montiert, indem es den Stiften 22 errnöglicht wird, sich durch die jeweiligen Durchgangsbohrungen 27 der Vibrationsisolationselemente 24 zu erstrecken, die ihn die jeweiligen Ausschnitte 25 der Sensorhalteplatte 23 eingepaßt sind.
Die Vibrationsisolationselemente 24 haben vorzugsweise eine mechanische Stabilität, die groß genug ist, um die Sensorhalteplatte 23 mit der Stimmgabeleinheit 28 zu halten, die darauf montiert ist. Die Vibrationsisolationselemente 24 haben vorzugsweise auch eine hohle Struktur (Dicke: ungefähr 1.0 mm) und sind entlang der Bohrungen 27 (d. h. in Achsenrichtung) um etwa 15 % vor Benutzung vorkomprimiert. Diese Vorkompression ist so ausgefülirt, daß zwischen den Vibrationsisolationselementen 24 und den Stiften 22 durch das Eigengewicht der Stimmgabeleinheit 28 und der Sensorhalteplatte 23 Räume 54 (siehe Figur 4) in geeigneter Weise aufrechterhalten werden können, wodurch ein hoher Dämpfimgseffekt erzielt und aufrechterhalten wird. Die hohle Struktur ist auch effektiv zur Erzielung eines hohen Dämpfungseffektes, da sie eine Verringerung der Steifigkeit auf das selbe niedrige Niveau in alle Richtungen, einschließlich nach oben und nach unten, ermöglicht.
Die Vibrationsisolationselemente 24 können aus Silicongummi, Buthylgummi oder Urethangummi gemacht sein. Silicongummi ist besonders bevorzugt unter Berücksichtigung der Temperaturcharakteristika.
Auf den jeweiligen Vibrationsisolationselementen 24 sind Kragen 29 angeordnet, die in die Sensorhalteplatte 23 eingepaßt sind. Jeder der Kragen 29 hat eine Durchgangsbohrung 30, die es dem Stift 22 ermöglicht, sich durch diese zu erstrecken. Der Durchmesser der Durchgangsbohrung 30 ist so gewählt, daß es dem zweiten Bereich des Stiftes 22 ermöglicht wird, sich durch diese zu erstrecken, während es dem unteren ersten Bereich des Stiftes 22 nicht ermöglicht wird, sich durch diese zu erstrecken. Auf diese Weise sind die Kragen 29, mit den jeweiligen Stifte 22, die sich durch diese erstrecken, an den abgestuften Grenzen der Stifte 22 angeordnet.
Die Kragen 29 sind vorzugsweise aus einem steifen Körper gebildet, der eine mechanische Stabilität und einen ebenen Bereich hat, die groß genug sind, um die Vibrationsisolationselemente 24 zu komprimieren und eine Resonanzfrequenz aufweisen, die höher ist, als diejenige der Vibrationsisolationselemente 24. Insbesondere Konstruktionskunststoffe, wie z. B. PBT und PPS oder Metalle, können eingesetzt werden. PBT ist besonders bevorzugt unter Berücksichtigung der thermischen Stabilität und der Leichtigkeit der Formung.
Die Schaltkreisplatine 31, deren obere fläche in Figur 2 gezeigt ist, ist auf den Kragen 29 befestigt. Die Kragen 29 halten die Schaltkreisplatine 31, während sich die Stifte 22 durch die jeweiligen Durchgangsbohrungen 32 der Schaltkreisplatine 31 erstrecken, die an bestimmten Positionen derselben ausgebildet sind. Auf diese Weise ist die Schaltkreispiatine 31 in dem Gehäuse 21 befestigt. Ein Schaltkreismuster (nicht irn Detail gezeigt), z. B. einschließlich eines IC 31a, ist auf einer Fläche oder beiden Flächen der Schaltkreisplatine 31 zum Antrieb der Stürntigabeleinheit 28 und zur Verarbeitung eines Signalausganges der Stinnngabeleinheit 28 ausgebildet.
Zwischen der Stiinmgabeleinheit 28 (siehe Figur 3) und der Sensorhalteplatte 23 und den Schaltkreismustern auf der Schaltkreisplatine 31 (siehe Figur 4) ist eine flexible Verkabelung 33 vorgesehen. Die flexible Verkabelung 33 besteht vorzugsweise aus einer flexiblen, gedruckten Schaltkreisplatine, mit einer Dicke von ungefähr 50 um, wobei ein Ausgangssignalschaltkreis und ein Treibersignalschaltkreis separat angeordnet sind. Auf diese Weise sind die Stimmgabeleinheit 28 und die Schaltkreisplatine 31 (Schaltkreismuster) elektrisch verbunden und Variationen in der Spannung eines Ausgangssignales, die durch eine Veränderung in der kapazitiven Kopplung zwischen der Stimmgabeleinheit 28 und der Schaltkreisplatine 31 und/oder zwischen dem Ausgangssignalschaltkreis und dem Treibersignalschaltkreis hervorgerufen werden kann, wird verhindert. Die flexible, gedruckte Schaltkreisplatine kann aus Polyimidfasern oder Polyethylenterephtalatfasem gemacht sein. Die Polyethylenterephtalatfaser ist unter der allgemeinen Handelsbezeichnung "Tetron" erhältlich. Polyimid ist besonders bevorzugt unter Berücksichtigung des thermischen Widerstandes.
Wie schließlich in Figur 4 gezeigt, ist die Hülle 34 in die offene Oberseite des Gehäuses 21 eingepaßt, um das Gehäuse 21 abzudecken und zu versiegeln. Vorsprünge 36, mit Bohrungen zur Aufnahme der jeweiligen Stifte 22 sind auf der Rückseite der Hülle 34 vorgesehen. Die Stifte 22 werden in die Bohrungen eingefhrt, und die Hülle 34 wird so an dem Gehäuse 21 befestigt. Bei dieser Befestigung der Hülle 34 wird das Gehäuse 21 vorzugsweise mit einem trockenen Inertgas, wie z. B. Stickstoff, gefüllt und versiegelt.
Die Hülle 34 kann aus Konstruktionskunststoffen wie z. B. PBT und PPS gemacht sem. PBT ist besonders bevorzugt unter Berücksichtigung der thermalen Stabilität, der mechanischen Stabilität, der Leichtigkeit der Formung und der elektrischen Isolationseigenschaften.
Figur 5 ist eine perspektivische Expiosionsansicht der Stimmgabeleinheit 28. Bezugnehmend auf Figur 5 umfaßt die Stinangabeleinheit 28 ein Paar von Vibrationszungen 46a und 46b und einen Metallblock 47. Die Strukturen der Vibrationszungen 46a und 46b sind gleich und sie sind symmetrisch zueinander. Figur 5 illustrierte die Vibrationszunge 46a als ein Explosionsdiagramm, um die Struktur derselben klar zu zeigen.
Jede der Vibrationszungen 46a und 46b schließt eine Metaliplatte 41 und ein piezoelektrisches Element 42 und 44 ein. Die Metaliplatte 41 besteht aus einer ersten Metallplatte 41a und einer zweiten Metallplatte 41b, die in Richtungen weisen, die in einem rechten Winkel zueinander stehen. Jede der Vibrationszungen 46a und 46b besteht aus einem Erfassungsbereich 43, einschließlich der ersten Metallplatte 41a und dem piezoelektrischen Element 42, und einem Treiberbereich 45 einschließlich der zweiten Metallplatte 41b und dem piezoelektrischen Element 44. Die Metallplatte 41 kann aus einer Metallplatte gemacht sein, durch Pressen des Metalles in die obige Form oder kann aus zwei Metallplatten gemacht sein, die miteinander gekoppelt sind, um in einem rechten Winkel zueinander versetzt zu sein. Darauf hin sind dipeiezoelektrischen Elemente 42 und 44 an der ersten Metallplatte 41a des Erfassungsbereiches 43 und der zweiten Metallplatte 41b des Treiberbereiches 45 jeweils befestigt, wodurch jede der Vibrationszungen 46a und 46b komplettiert werden.
Eine Vielzahl von Durchgangsbohrungen 53 ist beispielsweise in einer Reihe in der ersten Metallplatte 41a des Erfassungsbereich des 43 entlang der Achse der Metallplatte 41 ausgebildet. Dies vergrößert die sensible Streckkraft, die durch das piezoelektrische Element 42 aufgenommen wird, welches an der ersten Metallplatte 41a befestigt ist und verbesserte dadurch die Erfassungssensibilität der Drehgeschwindigkeit im Erfassungsbereich 43.
Die Anordnung der Vielzahl von Durchgangsbohrungen 53 ist nicht auf die oben gegebene Erklärung beschränkt, in der sie in einer Reihe ausgebildet sind. Alternativ dazu können die Durchgangsbohrungen 53 willkürlich in anderen Mustern angeordnet sein, wie z. B. im Doppellinien oder können sogar in unregelmäßigen Mustern angeordnet sein.
Die Vibrationszungen 46a und 46b sind so angeordnet, daß sie symmetrisch zueinander sind, bezüglich der Ebene, einschließlich der zentralen Achse der Vibration der Stimmgabel und parallel zu der zweiten Metaliplatte 41b. Die zweite Metaliplatte 41b einer jeden der Vibrationszungen 46a und 46b wird dann durch einen Kleber an dem Metallblock 47 befestigt, der an der zentralen Achse der Vibration der Stimmgabel angeordnet ist, um elektrisch miteinander verbunden zu sein. Der Metallblock 47 wird dann über einen Haltestift 48 an einer Halterung 49 befestigt, die sich von dem Metallblock 47 erstreckt. Auf diese Weise ist die Stimmgabeleinheit 28 vervollständigt.
Die Stimmgabeleinheit 28 ist über die Halterung 49 an der Sensorhalteplatte 23 befestigt. In dem dargestellten Beispiel, die in Figur 1 gezeigt, ist eine Bohrung 49a an einer vorbestimmten Position an der Sensorhalteplatte 23 ausgebildet. Die Halterung 49 wird in die Bohrung 49a eingeführt, um die Stinimgabeleinheit 28 auf der Sensorhalteplatte 23 zu befestigen.
Typischerweise ist die_Metallplatte 41 aus Elinvar gemacht und die piezoelektrischen Elemente 42 und 44 sind aus Keramik. Der Metallblock 47, der Haltestift 48 und die Halterung 49 sind typischerweise jeweils aus Eisen gemacht.
Der Betrieb der Drehgeschwindigkeitssensorvorrichtung 100 mit der obigen Struktur wird beschrieben.
Zunächst werden die Betriebsprinzipien der Stimmgabeleinheit 28 mit Bezug auf die Figur 6 beschrieben. Die Stinangabeleinheit 28, gezeigt in Figur 6, hat dieselbe Struktur, wie die Stimmgabeleinheit 28 der Figur 5, wobei der Haltestift 48 und die Halterung 49 zur Vereinfachung weggelassen wurden.
In Figur 6 wird zur Untersuchung der Wirkung einer Kraft, die erzeugt wird, wenn eine Eingangsdrehgeschwindigkeit gegeben ist, angenommen, daß eine Umdrehung mit einer Drehgeschwindigkeit ω um die zentrale Achse angelegt wird, unter der Bedingung, daß sich die gesamte Stünnigabeleinheit 28 in der Krqmmungsvibration in den Richtungen M-M' bei einer Antriebsgeschwindigkeit V befmdet. Zu dieser Zeit wird eine Corioliskraft F, die in den Richtungen C-C' verfikal zu den Richtungen M-M' der Antriebsgeschwindigkeit V erzeugt wird, durch die Forrnel F = 2mVω ausgedrückt, wobei m die Masse des Materialpartikeis ist. Da die Masse m und die Antriebsgeschwindigkeit V in der obigen Formel bekannt sind, kann die an die Stimmgabeleinheit 28 aufgegebene Drehgeschwindigkeit ω durch eine Erfassung der Corioliskraft F aus der obigen Formel F = 2mVω errechnet werden.
Die Corioliskraft F wird mit den piezoelektrischen Elementen 42 erfaßt, die an den ersten Metallplatten 41a der Erfassungsbereiche 43 der Stimmgabeleinheit 28 befestigt sind. Wenn die ersten Metallplatten 41a durch die Corioliskraft in Richtung der Dicke derselben verzerrt werden, empfangen die piezoelektrischen Elemente 42 der Erfassungsbereiche 43 eine Verzerrung aufgrund der Ausdehnung und Kontraktion der ersten Metallplatten 41a. Diese Verzerrung erzeugt eine Ladungsmenge, die der Höhe der Corioliskraft F entspricht. Dementsprechend kann ein der Corioliskraft F entsprechendes elektrisches Signal durch eine Erfassung der Menge der Ladung durch eine aus dem Stand der Technik bekannte Methode errechnet werden. Das durch die piezoelektrischen Elemente 42 erzeugte elektrische Signal wird dann an den Sigualverarbeitungsschaltkreis auf der Schaltkreisplatine 31 über die flexible Verkabelung 33 übertragen und in bekannter Weise verarbeitet, um die an die Stimmgabeleinheit 28 gegebene Eingangsdrehgeschwindigkeit ω zu errechnen.
In dem dargestellten Beispiel ist die Stimmgabeleinheit 28 auf der Sensorhalteplatte 23 durch Befestigung der Treiberbereiche 45 der Vibrationszungen 46a und 46b an dem Metallblock 47 mit einem Kleber befestigt, wobei der Metallblock 47 an der Halterung 49 über den Haltestift 48 montiert ist, der sich von dem Metallblock 47 erstreckt, und wobei die Halterung 49 in die Bohrung 49a der Sensorhalteplatte 23 eingeführt ist. Alternativ dazu, wie in Figur 7 gezeigt, kann anstelle der Verwendung der Halterung 49 eine T-förrnige Befestigung 52, die typischerweise aus Messing gemacht ist, an der Sensorhalteplatte 23 angebracht sein, sodaß der Haltestift 48 der Stimmgabeleinheit 28 in die Befestigung 52 eingeführt werden kann. Die Verwendung der T-förmigen Befestigung 52 erhöht die Steifheit der Stimmgabeleinheit 28 im gehaltenen Zustand. Dies absorbiert in vorteilhafter Weise unnötige Komponenten der Vibration und reduziert so die Variationen in der Ausgangsspannung aufgrund von störenden Vibrationen. In diesem alternativen Beispiel der Stjirngabeleinheit, gezeigt in Figur 7, sind andere Komponenten, als die oben beschriebenen, dieselben wie diejenigen der Figur 5.
In beiden in den Figuren 5 und 7 gezeigten Beispielen wird die Stimmgabeleinheit 28 durch die Sensorhalteplatte 23 gehalten, die über die Vibrationsisolationselemente 24 in dem Gehäuse 21 montiert ist. Die Verwendung der Vibrationsisolationselemente 24 dämpft eine störende Vibration, die auf das Gehäuse 21 übertragen wird, wodurch nachteilige Effekte derselben auf die Stünnigabeleinheit 28 minimiert werden können, die an der Sensorhalteplatte 23 befestigt ist. Der Effekt der Dämpfung einer störenden Vibration kann auch durch die Verwendung einer flexiblen, gedruckten Schaltkreisplatine mit einer geringen Steifheit zur Verbindung zwischen der Sensorhalteplatte 23 und der Schaltkreisplatine 31 erreicht werden. Dies liegt daran, daß die flexible, gedruckte Schaltkreisplatine störende Vibrationen an einer Übertragung zwischen der Sensorhalteplatte 23 und der Schaltkreisplatine 31 hindert. Darüber hinaus wird der Effekt der Dämpfung einer störenden Vibration weiterhin durch die Verwendung eines Schaummateriales, wie zum Beispiel eines Schaummetalles, für die Sensorhalteplatte 23 und/oder durch eine Halterung der Sensorhalteplatte 23 durch die Vibrationsisolationselemente 24 verbessert, die, wie oben beschrieben, in Achsenrichtung komprimiert sind.
So werden bei der Drehgeschwindigkeitssensorvorrichtung 100 der vorliegenden Erfmdung unnötige Komponenten der Vibration entfernt und die Stabilität gegen störende Vibrationen verbessert.
Nun wird die Drehgeschwindigkeitssensorvorrichtung 100 der vorliegenden Erfmdung mit einer herkömmlichen Drehgeschwindigkeitssensorvorrichtung 15, wie oben mit Bezug auf die Figuren 8 bis 10 beschrieben, verglichen.
Bei der herkömmlichen Drehgeschwindigkeitssensorvorrichtung 15 ist der Drehgeschwindigkeitssensor 1, der an der Halterung 2 befestigt ist, durch die Sensorhaltebereiche 8a der Basis 8 und die Ausnehmungen 8b, die in den Sensorhaltebereichen 8a ausgebildet sind, über die Stoßdämpfer 9 und 10 in Längsrichtung gehalten. Diese herkömmliche Struktur ist dauerhaft gegen eine Vibration des Drehgeschwindigkeitssensors 1 in Längsrichtung, aber empfmdlich gegenüber Rotationsvibrationen, insbesondere diejenigen Rotationsvibrationen, die urn das Zentrum des Drehgeschwindigkeitssensors 1 erzeugt werden.
Auch wird bei der herkömmlichen Drehgeschwindigkeitssensorvorrichtung 15 der Körper 12, bestehend aus dem Drehgeschwindigkeitssensor 1, der Hauptschaltkreisplatine 6, der Basis 8 und dergleichen lediglich durch das Gehäuse 11 abgedeckt. Diese Struktur macht es schwierig, die Innenseite des Gehäuses 11 luftdicht zu halten. Deswegen kann Luft in die Innenseite des Gehäuses 11 eindringen, was eine Korrosion der Oberflächen des Drehgeschwindigkeitssensors 1 und eine elektrische Leckage aufgrund der Kondensation von Wasser verursacht. Die Luft in dem Gehäuse 11 kann auch ein Eiswachstum auf den Stoßdämpfern 9 und 10 bilden, was den Effekt der Vibrationsisolation der Stoßdämpfern 9 und 10 erheblich verschlechtert.
Andererseits wird die Sensorhalteplatte 23 mit der darauf montierten Stimmgabeleinheit 28 bei der Drehgeschwindigkeitssensorvorrichtung 100 der vorliegenden Erfindung an vier Eckpunkten durch die Stifte 22 über die Vibrationsisolationselemente 24 gehalten und die Vibrationsisolationselemente 24 werden durch die darüber angeordneten Kragen 29 komprimiert. Dies ermöglicht einen hohen Vibrationsisolationseffekt, wie auch eine Minlmierung der nachteiligen Effekte einer störenden Vibration, die an der zentralen Achse der Stimmgabeleinheit 28 empfangen wird. Auf diese Weise kann eine Drehgeschwindigkeitssensorvorrichtung erzielt werden, bei der die Variation der Ausgangsspannung aufgrund einer störenden Vibration minirmert ist.
Zusätzlich kann die Vorrichtung auch kleiner und leichter als herkömmliche Vorrichtungen gemacht werden.
Die Variation der Ausgangsspannung aufgrund der störenden Vibration kann durch verschiedene Methoden weiter reduziert werden: beispielsweise durch Verwendung der T-förmigen Befestigung 52 zur Montage der Stimmgabeleinheit 28 auf der Sensorhalteplatte 23; die Verwendung einer flexiblen, gedduckten Schaltkreisplatine mit einer geringen Steifigkeit zur Verbindung zwischen der Sensorhalteplatte 23 und der Schaltkreisplatine 31; die Verwendung eines Schaummateriales für die Sensorhalteplatte 23; die Kompression der Vibrationsisolationselemente 24, welche die Sensorhalteplatte 23 in der Achsenrichtung halten.
Mit den obigen Effekten, erzielt nach Maßgabe der vorliegenden Erfindung, kann eine Drehgeschwindigkeitssensorvorrichtung mit einer höheren Ausgangsauflösung vorgesehen werden.
Darüber hinaus kann bei der Drehgeschwindigkeitssensorvorrichtung 100 der vorliegen Erfindung das Gehäuse 21 leicht luftdicht mit der Hülle 34 verschlossen werden, nachdem die Komponenten in dem Gehäuse 21 angeordnet wurden. Dies verhindert ein Eindringen von Luft in die Innenseite des Gehäuses 21. Die Luftdichtheit wird daaüber hinaus durch Füllen des Gehäuses 21 mit einem trockenen Inertgas, wie z. B. Stickstoff, sichergestellt.
Dementsprechend können Nachteile der herkömmlichen Technik minimiert werden, wie z.B. die Kondensation von Wasser und die daraus resultierende elektrische Leckage an der Schaltkreisplatine 31, die Verschlechterungen der Vibrationsisolationseigenschaften aufgrund des Eiswachstums an den Vibrationsisolationselementen 24 und Variationen unterschiedlicher Betriebseigenschaften über die Zeit, die durch die Korrosion der Schaltkreisplatine 31 aufgrund von korrosiven Gaskomponenten in der Luft hervorgerufen werden. Als Resultat kann eine Drehgeschwindigkeitssensorvorrichtung vorgesehen werden, mit einer einfacheren Struktur, die im Vergleich zu herkömmlichen Vorrichtungen bessere Betriebseigenschaften unter schwierigen Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen und in einer Atmosphäre, die ein korrosives Gas enthält (Luftverschmutzungsgas wie z.B. So&sub2;), zeigt.
Weiterhin können andere Arten von Drehgeschwindigkeitssensoren als der oben beschriebene verwendet werden. Beispielsweise ist es möglich, einen Drehgeschwindigkeitssensor zu verwenden, der vibrierende Elemente enthält, die die Form einer Säule haben, einer dreieckigen Säule, einer quadratischen Säule und ähnlichem, anstelle von Metallplatten.
Verschiedene andere Modifikationen sind offensichtlich für den Fachmann und können durch diesen einfach ausgeführt werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, die durch die beigefügten Ansprüche 1-6 definiert wird.

Claims

1. Drehgeschwindigkeitssensorvorrichtung umfassend:

ein konkaves Gehäuse (21) mit einer offenen Oberseite;

eine Mehrzahl von Stiften (22), die sich von einer Bodenfläche des Gehäuses zu der offenen Oberseite im wesentlichen rechtwinklig zu der Bodenfläche erstrecken;

eine Mehrzahl von Vibrationsisolationselementen (24), die je einen eingeschnürten Bereich (26) haben und auf jeden der Mehrzahl von Stiften gepaßt sind, um an einer vorbestimmten Position des Stiftes (22) fixiert zu sein;

eine Sensorhalteplatte (23), die die eingeschnürten Bereiche der Mehrzahl der Vibrationsisolationselemente zur Fixierung aufnimmt;

einen Drehgeschwindigkeitssensor (28) der vibrierenden Art, der auf der Sensorhalteplatte (23) montiert ist;

eine Mehrzahl von Kragen (29), die auf die Mehrzahl von Stiften gepaßt sind, um an der Mehrzahl der Vibrationsisolationselemente angeordnet zu sein;

eine Schaltkreisplatine (31), die auf die Mehrzahl von Stiften gepaßt ist, um an der Mehrzahl von Kragen angeordnet zu sein, wobei Signalverarbeitungsmittel (31a) auf zumindest einer Fläche der Schaltkreisplatine montiert sind zum Antrieb des Drehgeschwindigkeitssensors der vibrierenden Art und zur Verarbeitung eines Ausgangssignales von dem Drehgeschwindigkeitssensor der vibrierenden Art;

Verbindungsmittel (33) zur elektrischen Verbindung der Signalverarbeitungsmittel und des Drehgeschwindigkeitssensors der vibrierenden Art; und

einen Deckel (34), der in die offene Oberseite des Gehäuses zur Versiegelung der Innenseite des Gehäuses eingepaßt ist.

2. Drehgeschwindigkeitssensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Drehgeschwindigkeitssensor der vibrierenden Art ein Paar von Vibrationszungen aufweist und einen Metallblock, der zwischen dem Paar von Vibrationszungen angeordnet ist, wobei jedes Paar von Vibrationszungen aufweist:

einen Erfassungsbereich mit einer ersten Metallplatte mit einer Mehrzahl von Durchgangsöffnungen, die darin ausgebildet sind, und einem ersten piezoelektrischen Element, das an der ersten Metallplatte befestigt ist; und

einen Treiberbereich mit einer zweiten Metaliplatte und einem zweiten piezoelektrischen Element, welches an der zweiten Metallplatte befestigt ist, wobei der Erfassungsbereich und der Treiberbereich so angeordnet sind, daß sie Richtungen zugewandt sind, die in rechten Winkeln zueinander stehen.

3. Drehgeschwindigkeitsensorvorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine T-förmige Befestigung, die an der Sensorhalteplatte befestigt ist, wobei ein sich von dem Metallblock des Drehgeschwindigkeitssensors der vibrierenden Art erstreckender Haltestift in die T-förmige Befestigung eingeführt wird, um den Drehgeschwindigkeitssensor der vibrierenden Art an der Sensorhalteplatte zu montieren.

4. Drehgeschwindigkeitssensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Verbindungseinrichtung eine flexible, gedruckte Schaltkreisplatine ist.

5. Drehgeschwindigkeitssensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Sensorhalteplatte aus einem Schaummaterial gemacht ist.

6. Drehgeschwindigkeitssensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von Vibrationsisolationselementen auf die Mehrzahl von Stiften gepaßt ist, nachdem sie in Achsenrichtung der Vibrationsisolationselemente komprimiert wurden.