ES2525253T3 - Sensor angular - Google Patents

Abstract

Sensor angular para detectar la posición de giro de un árbol giratorio con una rueda dentada de accionamiento (1), unida al árbol de manera que transmite el par de giro, y con al menos una rueda dentada de medición (2, 3) accionada directamente por la misma, pudiéndose determinar a partir de la posición angular de la rueda o las ruedas dentadas de medición (2, 3) la posición angular del árbol, caracterizado por que la rueda dentada de accionamiento (1) presenta dos elementos de arrastre (4, 5) que están dispuestos uno frente a otro respecto a su circunferencia, que se extienden en dirección radial al eje de giro, que engranan en entalladuras asignadas (4', 5') de un anillo de cojinete (6) unido de manera rígida al árbol, estando configurado al menos uno de los elementos de arrastre (5) de manera elásticamente flexible en dirección circunferencial.

Description

Sensor angular

La invención se refiere a un sensor angular para detectar la posición de giro de un árbol giratorio con una rueda dentada de accionamiento, unida al árbol de manera que transmite el par de giro, y con al menos una rueda dentada de medición accionada directamente por la misma, pudiéndose determinar a partir de la posición angular de la rueda

o las ruedas dentadas de medición la posición angular del árbol.

Por el documento EP 1 132 716 A1 se conoce un sensor angular de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1. Las distintas realizaciones de sensor, mostradas aquí, para detectar la posición de giro de un árbol tienen en común que mediante una rueda dentada de accionamiento, unida al árbol de manera que transmite el par de giro, se accionan una o varias ruedas dentadas de medición. Las ruedas dentadas de medición están provistas de sensores de posición de giro que permiten detectar su respectiva posición de giro, mencionándose como ejemplo de tales sensores de posición de giro los sensores de Hall y los potenciómetros. En este caso, las ruedas dentadas de medición están acopladas sin holgura a la rueda dentada de accionamiento, unida de manera rígida y firme con el árbol, mediante elementos de cojinete elásticos de configuración diferente. Este tipo de acoplamiento permite compensar desviaciones estáticas y/o dinámicas del eje de giro del árbol con respecto a la posición ideal de este eje de giro. Para conseguirlo se ha de tener en cuenta, sin embargo, que los ejes de giro de las ruedas dentadas de medición se desvían de su posición ideal de manera estática y/o dinámica, lo que puede provocar errores de medición considerables si, por ejemplo, un imán permanente alojado en una rueda dentada de medición gira en relación con un sensor de Hall asignado a la misma, en vez de alrededor del eje de giro previsto, alrededor de un eje distinto a éste o si, en vez del movimiento de giro previsto solamente alrededor del eje de giro previsto, realiza un movimiento relativo adicional con respecto al mismo.

En comparación con este estado de la técnica ya conocido, el sensor angular según la presente invención tiene la ventaja de que se pueden fijar los ejes de giro de las ruedas dentadas de medición, evitándose así las desventajas mencionadas arriba.

Esto se consigue según la invención al presentar la rueda dentada de accionamiento dos elementos de arrastre que están dispuestos uno frente a otro con respecto a su circunferencia, que se extienden en dirección radial al eje de giro y que engranan en entalladuras asignadas de un anillo de cojinete unido de manera rígida al árbol, estando configurado al menos uno de los elementos de arrastre de manera elásticamente flexible en dirección circunferencial.

Esta configuración del sensor angular según la invención permite fijar el eje de giro de la rueda dentada de accionamiento, por ejemplo, mediante el apoyo en la carcasa del sensor angular, por lo que también los ejes de giro de las ruedas dentadas de medición se pueden fijar respecto a éste. Las desviaciones estáticas y/o dinámicas del eje de giro del árbol giratorio se compensan mediante el acoplamiento giratorio según la invención.

En una forma de realización ventajosa, un elemento de arrastre está configurado de manera rígida y el elemento de arrastre configurado de manera elásticamente flexible en dirección circunferencial está provisto de brazos de resorte, moldeados en forma de una sola pieza, que están en contacto con los dos cantos de la entalladura asignada del anillo de cojinete preferentemente en posición de reposo con una ligera tensión previa.

Otras configuraciones y variantes ventajosas aparecen en las reivindicaciones dependientes. Un ejemplo de realización de la invención está representado en el dibujo y se explica detalladamente a continuación por medio del dibujo.

Muestran:

Fig. 1

una forma de realización del sensor angular, según la invención, como sensor angular de dirección

magnético para un vehículo de motor en una representación despiezada; y

Fig. 2

las ruedas dentadas y el anillo de cojinete de la Fig. 1 en una vista detallada desde el lado inferior.

En la Fig. 1 está representado un sensor angular, según la invención, en una realización como sensor angular de dirección magnético para un vehículo de motor. El árbol giratorio, cuya posición de giro es detectada por el sensor angular, es en este caso el husillo de dirección del vehículo de motor que no aparece representado en el dibujo.

Una rueda dentada de accionamiento 1 está montada de manera giratoria entre una parte inferior de carcasa 7 y una parte superior de carcasa 8 de la carcasa del sensor angular. Dos ruedas dentadas de medición 2, 3, montadas de manera giratoria en la parte superior de carcasa 8 respecto a los ejes de giro 14, 15 orientados en paralelo al eje de giro de la rueda de accionamiento 1, están engranadas en esta rueda dentada de accionamiento 1. Tanto la rueda dentada de accionamiento 1 como las ruedas dentadas de medición 2, 3 están fabricadas como piezas de plástico moldeadas por inyección a partir de plásticos adecuados en cada caso, al igual que la parte inferior y la parte

superior de carcasa 7, 8 que forman la carcasa del sensor. Las ruedas dentadas de medición 2, 3 son más pequeñas que la rueda dentada de accionamiento 1 y presentan diferentes números de dientes, de modo que las respectivas posiciones angulares de las ruedas dentadas de medición 2, 3 permiten determinar unívocamente de un modo conocido, por ejemplo, por la publicación de la solicitud de patente alemana DE 10 2006 006 359 A1, la posición angular de la rueda dentada de accionamiento 1 y, por tanto, del árbol, incluso en varias revoluciones a partir de un ángulo de batido. La detección de la posición angular de las ruedas dentadas de medición 2, 3, que es necesaria para determinar la posición de giro del árbol, se lleva a cabo mediante sensores de Hall 10, 11 que están dispuestos sobre una placa de circuitos impresos 9, alojada asimismo en la carcasa de sensor angular 7, 8, y que detectan respectivamente la orientación de los campos magnéticos generados por los imanes permanentes 12, 13 dispuestos en las ruedas dentadas de medición 2, 3. Los sensores de Hall 10, 11 se encuentran en el lado inferior, opuesto a las ruedas dentadas de medición 2, 3, de la placa de circuitos impresos 9, sobre la que están alojados además otros componentes electrónicos de un sistema electrónico de medición y evaluación del sensor angular. Un posicionamiento exacto de los sensores de Hall 10, 11 con respecto a las ruedas dentadas de medición 2, 3 y, por tanto, también con respecto a los imanes permanentes 12, 13, se lleva a cabo mediante dos taladros, cubiertos en el dibujo, de la placa de circuitos impresos, en los que engranan prolongaciones de los ejes 14, 15 que soportan las ruedas dentadas de medición. En el borde de la placa de circuitos impresos 9 está instalado un conector de enchufe 16 para hacer contacto con un contraconector de enchufe correspondiente a fin de conseguir la unión con otros dispositivos de control.

Una unión transmisora del par de giro entre la rueda dentada de accionamiento 1 y el árbol giratorio, o sea, el husillo de dirección, se lleva a cabo mediante dos elementos de arrastre 4, 5 moldeados en forma de una sola pieza en la rueda dentada de accionamiento 1. Los elementos de arrastre 4, 5 están dispuestos aquí uno frente a otro con respecto a la circunferencia de la rueda dentada de accionamiento 1 y se extienden en dirección radial al eje de giro de la rueda dentada de accionamiento 1. Los elementos de arrastre 4, 5 engranan en entalladuras asignadas 4’, 5’ de un anillo de cojinete 6 unido rígidamente al árbol, estando configurado un elemento de arrastre 4 de manera rígida. El otro elemento de arrastre 5 está provisto de brazos de resorte 5a, 5b que están moldeados en forma de una sola pieza, que son elásticamente flexibles en dirección circunferencial y que en posición de reposo están en contacto con los dos cantos de la entalladura asignada 5’ del anillo de cojinete 6 con una ligera tensión previa. El anillo de cojinete 6 presenta un vástago cilíndrico hueco 6’ que penetra desde arriba en la parte superior de carcasa 8 y sobresale hacia abajo a través de la rueda dentada de accionamiento 1. El vástago cilíndrico hueco 6’ del anillo de cojinete 6 está provisto aquí de un diámetro exterior menor que el diámetro interior de la rueda dentada de accionamiento 1, de modo que entre estos es posible una compensación de la holgura en dirección radial. Las entalladuras 4’, 5’ para engranar los elementos de arrastre 4, 5 están dispuestas en dos lados opuestos entre sí del vástago cilíndrico hueco 6’.

En el caso ideal, los ejes de giro del árbol y de la rueda dentada de accionamiento 1 deberían ser idénticos, es decir, deberían estar situados en una recta en el espacio. No obstante, en el montaje real resultan importantes las tolerancias considerables en relación con la posición de estos ejes entre sí en una posición de giro fija, o sea, las tolerancias estáticas. Particularmente en el caso del sensor angular de dirección representado aquí, en el que el árbol giratorio está formado por el husillo de dirección del vehículo de motor, se han de tener en cuenta también tolerancias dinámicas, ya que en el husillo de dirección no se puede eliminar una cierta medida de holgura de movimiento. Mediante la unión transmisora de par de giro, según la invención, se pueden compensar desviaciones del eje de giro del árbol con respecto al eje de giro de la rueda dentada de accionamiento 1.

La Fig. 2 muestra una vista de las ruedas dentadas en dirección del eje de giro para explicar el modo de funcionamiento de esta transmisión de giro. Tanto la rueda dentada de accionamiento 1 como las ruedas dentadas de medición 2, 3 están montadas en la carcasa del sensor con la menor holgura posible, de modo que quedan fijadas sus posiciones entre sí y se garantiza una transmisión de giro sin histéresis. Entre el vástago cilíndrico hueco 6’ del anillo de cojinete 6 y la rueda dentada de accionamiento 1 se encuentra una abertura anular 17, de modo que el único contacto entre estos se produce mediante el engranaje de los elementos de arrastre 4, 5 de la rueda dentada de accionamiento 1 en las entalladuras asignadas 4’, 5’ del anillo de cojinete 6. La tolerancia entre el anillo de cojinete 6 y la rueda dentada de accionamiento 1 y, por tanto, también entre el husillo de dirección y la rueda dentada de accionamiento 1 se compensa en base a la posibilidad de desplazamiento libre del anillo de cojinete 6 con respecto a la rueda dentada de accionamiento 1 en dirección de la línea de unión de ambos elementos de arrastre 4, 5, así como en perpendicular a esta dirección en base a la posibilidad de desplazamiento del anillo de cojinete 6 como resultado de la flexibilidad de los dos brazos de resorte 5a, 5b de un elemento de arrastre 5 configurado de manera elástica. El segundo elemento de arrastre rígido 4, que está siempre en contacto con ambos cantos de la entalladura 4’, asignada al mismo, del anillo de cojinete 6, garantiza que cada movimiento de giro se transforme sin histéresis en un movimiento de giro de la rueda dentada de accionamiento 1 y, por tanto, también de las ruedas dentadas de medición 2, 3.

Claims (6)

1. REIVINDICACIONES

   1. Sensor angular para detectar la posición de giro de un árbol giratorio con una rueda dentada de accionamiento (1), unida al árbol de manera que transmite el par de giro, y con al menos una rueda dentada de medición (2, 3) 5 accionada directamente por la misma, pudiéndose determinar a partir de la posición angular de la rueda o las ruedas dentadas de medición (2, 3) la posición angular del árbol, caracterizado por que la rueda dentada de accionamiento (1) presenta dos elementos de arrastre (4, 5) que están dispuestos uno frente a otro respecto a su circunferencia, que se extienden en dirección radial al eje de giro, que engranan en entalladuras asignadas (4’, 5’) de un anillo de cojinete (6) unido de manera rígida al árbol, estando configurado al menos uno de los elementos de

   10 arrastre (5) de manera elásticamente flexible en dirección circunferencial.
2. 2. Sensor angular de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que un elemento de arrastre (4) está configurado de manera rígida y el elemento de arrastre (5), configurado de manera elásticamente flexible en dirección circunferencial presenta brazos de resorte (5a, 5b) moldeados en forma de una sola pieza.
3. 3. Sensor angular de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado por que los brazos de resorte (5a, 5b), en posición de reposo con una ligera tensión previa, están en contacto con los dos cantos de la entalladura asignada (5’) del anillo de cojinete (6).

   20 4. Sensor angular de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que la rueda dentada de accionamiento (1) y la al menos una rueda dentada de medición (2, 3) están montadas con la menor holgura posible en la carcasa de sensor (7, 8).
4. 5. Sensor angular de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que la al menos una rueda

   25 dentada de medición (2, 3) está provista de un imán permanente (7, 8), cuya posición angular es detectada por un sensor de campo magnético asignado (10, 11).
5. 6. Sensor angular de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que existe una segunda rueda dentada de medición (3) accionada directa o indirectamente por la rueda dentada de accionamiento (1) y por

   30 que a partir de la posición angular de las dos ruedas dentadas de medición (2, 3) se puede determinar la posición angular del árbol más allá de una revolución completa.
6. 7. Sensor angular de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que el sensor angular

   configura un sensor angular de dirección en un vehículo de motor. 35