本发明涉及一种基于磁体的旋转角度测量系统在驱动电机壳体部分上的布置，其包括驱动电机壳体部分、具有从驱动电机壳体部分伸出的自由端的驱动轴、在驱动轴的自由端处连接至驱动轴从而共同旋转的激励器单元、以及与激励器单元在功能性上协作以检测驱动轴的旋转运动的固定传感器单元。
背景技术：
这种旋转角度测量系统用于检测轴的旋转运动，通常也称为角度测量装置、旋转传感器或旋转编码器。这种系统尤其用于控制和监测机器、系统或车辆中的电机，特别是伺服电机。在这种情况下，非接触式旋转角度测量系统(例如光学系统或磁光系统)起着重要的作用，因为它们由于采用无磨损传感器系统而具有较长的使用寿命。这些测量系统最常见的是布置在驱动轴的与输出侧相对的轴向端，该端又称为b侧。驱动电机壳体部分也称为“电机法兰”，其尤其设计为围绕用于对驱动轴进行驱动的驱动电机的壳体。
在基于磁体的旋转角度测量系统中，尤其是在磁感应或磁激励系统(例如磁性单圈或多圈绝对值编码器)中，通过测量单元以纯磁或磁光的方式检测轴的旋转。在纯磁系统(又称为全磁系统)中，测量单元尤其包括旋转激励器单元(例如永磁体)和固定传感器单元。传感器单元包括传感器载体和布置在传感器载体上的至少一个检测传感器，例如用于所谓的单圈检测的霍尔传感器或用于所谓的多圈检测的韦根传感器。激励器单元可单独形成，并可通过紧固件紧固在驱动轴上。因此，激励器单元可按相对简单的方式安装在驱动轴的自由端上。作为一种替代方式，激励器单元可设计为驱动轴的一部分，从而不需要额外的部件。在磁光系统中，除了用于旋转角度位置的光学检测之外，还可提供光编码盘测量系统。
但是，在这种基于磁体的旋转角度测量系统在驱动轴上(特别是在电动机或发电机的驱动轴上)操作的过程中，可能发生较小的测量误差，尤其是不能量化的测量误差。这种测量误差主要是由从外部作用于旋转角度测量系统的干扰造成的。这种干扰是一种磁场，例如是由在电机或电磁制动器的操作中被磁化的驱动轴引起的磁场，以及通过通常由钢材制成的驱动轴传递的磁场，并且这种磁场最终改变由旋转角度测量系统处的激励器单元产生的旋转磁场，从而在传感器单元中导致测量不准确或测量误差。因此，为了提高测量精度，需要避免旋转角度测量系统中的这种干扰。这例如可通过屏蔽罩来实现。
除了上述的磁干扰问题之外，还会出现与基于磁体的旋转角度测量系统的精确且永久对准相关的结构方面的难题。尤其是，旋转角度测量系统的各个部件的对准和调整可能有问题，因为即使很小的制造误差或公差偏差也可能导致测量结果的偏差和误差。例如，光学或磁性传感器通常的同心度要求在0.01毫米范围内。因此，必须以特定的精度制造各个部件(例如传感器单元、激励器单元、屏蔽体或其它中间部件)，对这些部件进行手动组装，使其彼此对准并进行调节。但是，这种旋转角度测量系统的制造和组装因此会较复杂且成本高昂。
技术实现要素：
因此，本发明的目的是提供一种基于磁体的旋转角度测量系统在驱动电机壳体部分上的布置，这种布置能实现精确且无故障的测量，尤其是简单且经济的制造和组装。
本发明的这个目的是通过具有权利要求1的特征的布置实现的。
根据本发明，在传感器单元和驱动电机壳体部分之间布置有屏蔽体，尤其是磁屏蔽体，其中，设有用于使传感器单元相对于驱动电机壳体部分直接对准的装置。由此，能够同时实现传感器单元的屏蔽以及简单、精确、经济和永久的对准。尤其是，所述装置允许传感器单元在驱动电机的壳体上直接定向，特别是相对于驱动轴定向。在此背景下，术语“直接”意味着传感器单元相对于驱动电机壳体部分的对准可直接地进行，即，仅在上述两个部件之间进行。尤其是，在传感器单元和驱动电机壳体部分之间不用提供或布置用于对准的其它部件或元件。因此，对于对准来说，可以将公差简化为仅涉及这两个部分，并且可避免可能出现在叠置结构中的公差的增加。此外，能够以特别简单和精确的方式观察固定传感器单元、旋转部分和壳体部分之间的尺寸公差。在此方面，例如在制造驱动电机壳体部分的过程中，能够在单次设定和单次操作中产生所有功能性尺寸公差。此外，通过在传感器单元和驱动电机壳体部分之间布置屏蔽体，能够保证转动角度测量系统几乎完全屏蔽于驱动电机的磁干扰，从而能够显著提高测量精度。为此，屏蔽体优选轴向布置在传感器单元和驱动电机壳体部分之间。所述装置和激励器单元例如可按这种顺序布置在屏蔽体和传感器单元之间。屏蔽体优选适应于驱动电机壳体部分和/或传感器单元(具体而言是传感器载体)的几何形状。驱动电机壳体部分可构成整个电机壳体的一部分，尤其形成为电机壳体的主要部分。
所述装置可基本上包括多个相互对应的部件，例如销和接收销的凹部。所述装置可独立地设计，并且例如可形成为独立的部件。所述装置优选形成在传感器单元上、驱动电机壳体部分上和/或屏蔽体上。因此，部件的数量以及制造和组装成本能够较低。此外，传感器单元和驱动电机壳体部分由此能够以特别精确的方式彼此对准。
所述装置优选从传感器单元延伸到驱动电机壳体部分中。所述装置最好至少部分地穿过形成在屏蔽体中的至少一个凹部。这样，传感器单元能够相对于驱动电机壳体部分以较简单且不复杂的方式对准。
为了使传感器单元相对于驱动电机壳体部分直接对准，所述装置优选包括至少一个定心销。定心销可独立地形成，也可形成为旋转角度测量系统的部件的一部分。定心销优选形成为驱动电机壳体的一部分，例如作为从驱动电机壳体部分轴向突出的突起。定心销不一定必须是圆形和杆形的，也可具有任何可选形状，例如矩形和/或圆锥形状。尤其是，定心销可以是形成在壳体部分上并轴向突出的定心腹板。定心销可从驱动电机壳体部分延伸到传感器单元中，特别是延伸到形成在传感器单元中的相应凹部中，或者延伸到相应的周围肩部，在该周围肩部处，定心销可插入到该周围肩部中或抵靠在该周围肩部上。因此可实现传感器单元相对于驱动电机壳体部分的直接且特别精确的对准，并且因而可确保测量系统的特别高的测量精度。应清楚的是，定心销也可相反地布置，即，布置为形成在传感器单元上的突起，该突起延伸到形成在驱动电机壳体部分中的凹部中。一种有利的方式是提供多个定心销，优选提供三个定心销，这些定心销沿所述壳体部分的周缘以限定的角度比设置。由此，传感器单元可构造为轴向布置在驱动电机壳体部分上，且仅沿单个旋转方向布置。因此，能够实现传感器单元以及屏蔽体相对于驱动电机壳体部分的特别精确的对准。
所述装置优选包括至少一个平面状(尤其是圆盘状)定心体。该定心体可至少部分地从传感器单元延伸到驱动电机壳体部分中。在这种情况下，用于传感器单元相对于驱动电机壳体部分的直接对准的装置可分别并独立于旋转角度测量系统的部件的至少一部分制造和组装。平面定心体尤其可以是由塑料材料构成的注模或铸造件。平面定心体优选构造为配合部件，该配合部件可通过至少一部分插入到旋转角度测量系统的其中一个部件的相应凹部中。
平面定心体优选轴向布置在传感器单元和驱动电机壳体部分之间。在此，平面定心体尤其可轴向布置在传感器单元和屏蔽体之间。特别优选的是，平面定心体轴向布置在激励器单元和屏蔽体之间，从而当沿轴向观察时，能够看出以下布置：驱动电机壳体部分、屏蔽体、定心体、激励器单元和传感器单元。激励器单元可包括在轴向上朝驱动轴突出的销、螺栓或突起，该销、螺栓或突起沿轴向穿过形成在屏蔽体中的同轴凹部，并穿过形成在定心体中的同轴凹部，并且延伸到驱动轴中。激励器单元的销尤其是不可磁化的，并且可作为驱动轴的轴向延伸部。这样，传感器单元能够相对于驱动电机壳体部分以特别简单且有效的方式对准。此外，定心体可通过较简单的方式插入并集成到旋转角度测量系统中。
平面定心体优选形成为与驱动轴同轴的环形盘，该环形盘包括朝传感器单元轴向突出的至少一个第一突起和/或朝驱动电机壳体部分轴向突出的至少一个第二突起。特别优选的是，第一突起也朝屏蔽体突出。环形盘不一定必须是圆形的，也可具有可选的平面形状，其包括用于驱动轴或该轴的轴向延伸部(例如激励器单元的上述突起)通过的中央孔口。传感器单元、屏蔽体和/或驱动电机壳体部分可分别形成有相应的凹陷或凹部，定心体的突起可有利地精确插入到该凹陷或凹部中，并且仅处于部件的单个相对旋转方向上。由此，定心体可相对于屏蔽体和驱动电机壳体部分以较简单且精确的方式对准并紧固。此外，旋转角度测量系统可具有较节省空间的结构，并且可按较简单的方式组装。
所述突起优选设计为定心销、定心环或定心块。特别优选的是，第一突起设计为定心销，并且第二突起设计为定心环或定心块。尤其是，定心体可形成有两个偏心布置的定心销作为第一突起，并形成有与驱动轴同轴布置的定心块作为第二突起。具体而言，定心块可设计为定心体上的中空封闭体，也可构造为在一侧(即在一个轴向侧)敞开。作为一种替代形式，可采用轴向突出的定心环。因此，平面定心体可利用其设计为第一突起的两个定心销插入到形成在屏蔽体中的各个相应凹部中，并且可利用其设计为第二突起的定心块插入到形成在驱动电机壳体部分中的相应凹部中。由此，平面定心体可相对于屏蔽体和驱动电机壳体部分以特别简单的方式对准。
屏蔽体优选构造为固定式的，即，构造为非旋转部件。因此，屏蔽体的设计和尺寸可独立于驱动轴及其可能的速度。尤其是，屏蔽体在操作过程中不会受到振动或震动的影响。不需要对屏蔽体进行平衡。因此，屏蔽体可具有较简单的结构，并且因而可特别经济地制造。屏蔽体优选由所谓的锰游合金(即镍-铁合金)制成。作为一种替代形式，屏蔽体可由钢或其它的导磁材料制成。
屏蔽体优选构造为与驱动轴同轴的环形盘，该环形盘具有布置在环形盘的径向外侧并从环形盘突出的轴向段。环形盘优选包括中央或同轴孔口，激励器单元的驱动轴和/或紧固装置可穿过该孔口。该孔口的直径优选仅略大于驱动轴的直径。所述轴向段尤其可以是从环形盘朝传感器单元和/或朝壳体轴向突出的周壁。由此，该轴向段尤其可形成为缸体段，从而提供很大的周面。屏蔽体优选是导磁的，或优选包括较高的磁导率，从而例如在环形盘的孔口区域中产生的磁场通过环形盘径向向外传播，并且可进一步传播或通过布置在环形盘的径向外侧的轴向段有效地传递至相邻部件。因此，可在轴向段上形成径向内部部分，该径向内部部分可通过特别有效的方式磁隔离，从而该部分特别适合于将激励器单元布置和/或耦合到驱动轴上。此外，还能实现较易组装且所需空间很小的旋转角度测量系统结构。
所述轴向段优选至少部分地径向围绕传感器单元和/或激励器单元。如上所述，激励器单元可布置在屏蔽体的轴向段的径向内部区域中。在本发明的一种有利的实施方式中，所述轴向段的轴向高度或长度使得该轴向段还至少部分地径向围绕传感器单元。从而能够实现旋转角度测量系统对于磁干扰的特别有效的屏蔽。
屏蔽体优选具有至少一个凹部，所述装置穿过该凹部。例如，屏蔽体具有在径向周缘部分中沿周向形成的凹部或孔口，优选设计为腹板或突起的装置可穿过该凹部或孔口，优选沿轴向穿过。可替代地或附加地，所述凹部可以是孔，一个销状装置可穿过该孔。特别优选的是，所述凹部设计为使得该装置能够以非接触方式穿过凹部。因此，能够直接地并且仅相对于驱动电机壳体部分(即，不用考虑屏蔽体)实现传感器单元相对于驱动电机壳体部分的对准。例如，孔状的凹部具有比穿过该凹部的定心销大的直径。一种有利的方式是，针对每个定心装置或每个定心销，屏蔽体具有单独的凹部。
驱动电机壳体部分优选围绕电机。此外，可提供轴向壳体盖，该壳体盖至少部分地围绕传感器单元、屏蔽体、以及驱动轴的自由端。这能实现较简单的结构和较简单的组装。驱动电机壳体部分优选还在径向上至少部分地围绕屏蔽体。因此，对于发生在旋转角度测量系统之外并可能对旋转角度测量系统有不良影响的干扰，能够实现测量单元或旋转角度测量系统的特别有效的屏蔽。作为一种替代方式，驱动电机壳体部分也可形成为独立的第二壳体盖。壳体优选由钢制成。
优选提供对用于传感器单元相对于驱动电机壳体部分的直接对准的装置进行固定的固定装置。该固定装置可布置在定心装置、驱动电机壳体部分和/或屏蔽体上。该固定装置可以是锁定连接或摩擦连接装置。例如，可在定心体上布置卡锁，该卡锁配置为与形成在驱动电机壳体部分和/或屏蔽体中的相应凹部接合。可替代地或附加地，可在定心体上布置摩擦面，该摩擦面配置为以类似于压入配合的方式与形成在驱动电机壳体部分和/或屏蔽体上的相应表面接合。由此可保证传感器单元相对于驱动电机壳体部分的对准，这种对准方式特别易于组装并且有效。应理解的是，固定装置的各个部件相对于定心体、驱动电机壳体部分和/或屏蔽体的布置也可以是倒转的。
附图说明
下面将参照三种优选实施方式和附图更详细地说明本发明。
图1a示意性地示出了本发明的旋转角度测量系统在驱动电机壳体部分上的布置的第一种实施方式的透视分解图；
图1b示意性地示出了本发明的旋转角度测量系统在驱动电机壳体部分上的布置的第二种实施方式的透视分解图；
图2示意性地示出了本发明的旋转角度测量系统在驱动电机壳体部分上的布置的第三种实施方式的分解截面详图。
具体实施方式
图1a和1b分别示出了用于与驱动电机壳体部分3或驱动轴4配合或耦合的旋转角度测量系统100。特别是，旋转角度测量系统100直接布置在驱动轴4的自由端处，从而不需要附加的轴进行测量采集。
所示的驱动电机壳体部分3形成为用于容纳电机壳箱，在图中未示出电机。这种壳体3通常由铝制成，因此不适合于通过例如由电机制动器引起的外部磁场进行磁化。在壳体部分3的第一自由端处形成至少一个安装凸缘，壳体部分3或所谓的电机法兰可通过该凸缘安装在机器上。在布置有旋转角度测量系统100的相对的自由端处，驱动轴4穿过壳体部分3中的孔口。设置有壳体盖35作为驱动电机壳体部分3的封盖，该壳体盖布置在驱动轴4的自由端41处，并至少部分地围绕旋转角度测量系统100。
典型情况下，驱动轴4为适合于至少部分地被磁化的实心钢轴。尤其是，驱动轴4可被电机(在此未示出)或与驱动轴4接触的电磁制动器(在此未示出)在操作中磁化。为了避免由此引起的测量误差(尤其是在可能与驱动轴4直接接触的基于磁体的旋转角度测量系统100中)，需要屏蔽干扰磁场。
旋转角度测量系统100包括布置在驱动轴4处的激励器单元5和独立的传感器单元7。激励器单元5可包括磁体载体(在此未示出)，在其上布置有至少一个永磁体(在此也未示出)。附加地或可替代地，在驱动轴4上可布置光编码盘(在此未示出)，用于光学检测。传感器单元7是固定的，并且尤其包括紧固到传感器载体72上的传感器71，例如霍尔传感器、韦根传感器和/或光学传感器。传感器71适合于检测驱动轴4的每次旋转。传感器单元7还包括处理电子装置73。
为了消除来自传感器单元7的干扰磁场，设置有屏蔽体1，尤其是布置在传感器单元7和驱动电机壳体部分3之间的磁屏蔽体。所示的屏蔽体1设计为旋转角度测量系统100的固定部件。屏蔽体1设计为环形盘10，其具有在环形盘10的径向外侧沿周向延伸的轴向段12，尤其是同轴的圆柱段。由此能够实现轴向和径向上的磁屏蔽。屏蔽体1的环形盘10具有同轴孔口11，驱动轴4穿过该孔口11。因此，存在于驱动轴4中的磁场能够至少部分地沿径向直接传播到屏蔽体1中。为了从屏蔽体1传播该磁场，在径向外侧形成有轴向段12。轴向段12从环形盘10的一侧沿轴向朝传感器单元7延伸。屏蔽体1由导磁材料制成，例如铁或钢。因此，集中在驱动轴4和/或壳体3中的磁场可从旋转角度测量系统100扩散到外部。
为了使传感器单元7相对于驱动电机壳体部分3对准，设置有装置6，该装置6允许传感器单元7以直接且精确的方式相对于驱动电机壳体部分3对准，并且使得其较易组装。
在图1a所示的实施方式中，装置6设计为三个定心销62，它们以矩形突起33的形式布置在驱动电机壳体部分上。定心销62尤其在周向上规则地布置，即以120°的相隔角度布置，并且它们沿轴向从驱动电机壳体部分3朝传感器单元7突出。在旋转角度测量系统100安装好的状态下，定心销62从壳体部分3穿过屏蔽体1延伸到传感器单元7中。为此，传感器载体72形成有与突起33对应的三个底座74，突起33与这些底座分别接合，以实现传感器单元7相对于壳体部分3的精确对准。每个底座74允许所述突起的自由端精确配装在底座74中。此外，还能防止传感器载体72相对于壳体3扭曲。作为一种替代方式，底座74不仅沿周向以多段的形式形成，而且是连续地形成，从而在传感器载体72上形成肩部，突起33抵靠该肩部。在这种实施方式中，传感器载体72可根据需要沿周向设置在壳体部分3或屏蔽体1上。
如图1a所示，每个突起33以有利的非接触方式从壳体部分3穿过布置在屏蔽体1的径向外侧的孔口或凹部13。每个凹部13都形成为比突起33大(尤其是在周向上)，从而突起33能够分别以非接触的方式穿过凹部13。因此，能够实现传感器单元7相对于壳体部分3的直接且精确的对准，尤其是无需依赖屏蔽体1的对准。
突起33、凹部13和底座74在周向上相对于彼此以限定的角度比布置，即，相对于彼此以120度角度布置，如上所述。由此，传感器载体72和屏蔽体1可在壳体部分3的凹部34中和突起33上置于限定位置，并且可防止扭曲。因此，能够保证特别高的测量精度。
图1b中的布置与图1a中所示的设计基本相同，至少除了装置6之外。在图1b所示的实施方式中，装置6构造为两个定心销62，这些定心销62形成在传感器载体72上，并从传感器载体72沿轴向朝驱动电机壳体部分突出。在该示例中，定心销62相对于彼此以限定的角度布置在传感器载体72上，从而传感器载体72可分别仅沿单个预定旋转方向设置在壳体部分3和屏蔽体1上。在旋转角度测量系统100安装好的状态下，定心销72从传感器载体72穿过屏蔽体1延伸到壳体3中。为此，壳体3形成有与定心销62对应的两个底座32，定心销72与这些底座分别接合，以实现传感器单元7相对于壳体部分3的精确对准。每个座位32都允许定心销62的自由端的精确配合。
图2示出了本发明的第三种实施方式，其中仅示出了旋转角度测量系统100的细节。尤其是，图2仅示出了驱动电机壳体部分3的轴向端部，其中布置有装置6、屏蔽体1和传感器单元7。
在该实施方式中，装置6包括平面定心体61，该平面定心体61至少部分地沿轴向从传感器单元7延伸到驱动电机壳体部分3中。定心体61形成为独立部件，并轴向布置在屏蔽体1和驱动电机壳体部分3之间。因此，定心体61可独立于旋转角度测量系统100的部件1、3、4的至少一部分制造和安装。
定心体61尤其由塑料材料制成。定心体61包括与驱动轴4同轴的环形盘64，该环形盘具有沿轴向朝屏蔽体1突出的第一突起65、以及沿轴向朝驱动电机壳体部分3突出的两个偏心布置的第二突起66。
第一突起65形成为两个轴向突出的定心销62。在安装好的状态下，定心销62分别穿过形成在屏蔽体1中的凹部13，并延伸到传感器单元7(尤其是传感器载体72)内的相应凹部中。因此，能够实现传感器单元7相对于定心体61的直接对准或调节，尤其是无需相对于屏蔽体1有任何附加的配合精度。
第二突起66尤其形成为圆形的实心定心块63。定心块63具有仅略小于形成在驱动电机壳体部分中的凹部34的外径，定心块63以压入配合的方式插入到该凹部中。由此能够实现定心块63相对于驱动电机壳体部分3的特别稳定的固定。
在定心体61(尤其是定心块63)与驱动电机壳体部分3之间形成有固定装置15。在该示例中，四个弹性夹或锁定鼻16形成在定心块63的径向外壁上，在周缘上有规律地分布。锁定鼻16可分别与形成在驱动电机壳体部分3中的相应凹部36接合，并且尤其可接合在所述凹部36中。由此，定心块63或定心体61能够以较简单的方式相对于驱动电机壳体部分3轴向固定。
为了安装图2的旋转角度测量系统100，首先要将定心体61与屏蔽体1对准，并且装设并粘接到其上。然后将传感器单元7装设在穿过屏蔽体1并从屏蔽体1轴向突出的定心销62上，并粘接到屏蔽体1上。随后将由传感器单元7、屏蔽体1和定心体61组成的组件放置在壳体部分3上，并使用固定装置15固定在壳体部分3上。
应清楚的是，在所示的示例中，至少驱动轴4、屏蔽体1、第二屏蔽体2、传感器载体72和壳体部分3具有公共的纵向轴线。因此能够以节省空间的方式将具有磁场屏蔽能力的高分辨率磁性(多圈)传感器单元7集成在电机壳体中。
附图标记
100旋转角度测量系统
1屏蔽体
10环形盘
11同轴孔口
12轴向段
13凹部，孔
15固定装置
16锁、夹、槽
3驱动电机壳体部分
32定心销座
33突起
34凹部
35壳体盖
36凹部
4驱动轴
41自由端
5激励器单元
6装置
61定心体
62定心销
63定心环、定心块
64环形盘
65第一突起
66第二突起
7传感器单元
71传感器
72传感器载体
73电子装置
74底座