专利名称：传感器装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于与标定体、尤其是用于大型轴的标定体一起使用的传感器装置，该传感器装置包括带有估值电子器件和至少一个传感器元件的传感器壳体。
背景技术：
例如在确定例如轴的旋转部件的绝对角位置时需要此类传感器装置。为此也使用传感器装置以确定旋转部件的旋转速度。为此目的使用了标定体，所述标定体实现了例如在光学或磁领域内的传感器装置的作用。借助于传感器装置和标定体，以此除绝对角位置外也可替代地确定旋转速度。特别地对于例如带有高动态调节行为的轴驱动器的旋转的机械部件，状态量需要转子位置和转速。在此，用于调节所需的数据点的数量越高，则例如轴的旋转部件的动态行为越高或转动速度越慢。由于高精度技术对于轴的同步性的要求越来越高，所以对于精确的轴驱动器控制的需求日益增长。控制精度在此取决于为驱动调节所 提供输入信号的传感器信号的分辨率。为确定角位置，过去开发了许多不同的方法，精度不断提高。在此，在角度记录的精度和由此为测量而确定的角度信息的精度之间存在严格的相关性。已知的现有技术在此总是出自相同的原理，也就是使用标定体(例如编码轨迹)和传感器生成正弦或余弦信号。由于各个的部件(例如被驱动的轴的支承)的公差，因而基本上不能排除带有径向和/或轴向间隙的轴的偏心或微小摇摆运动。由此使得所生成的信号失真且使得对于角位置和旋转速度的精确估值变得困难。在可能由于制造中的机械公差或由于支承类型而形成的轴的微小摇摆运动时的微小偏心情况下，在运行中的读数精度受到影响且因此为角度确定设置了自然的极限。在此从现有技术中已知了通过计算步骤补偿机械地(例如由偏心和摇摆运动)决定的公差的技术，但有利的是从一开始即避免这种需要昂贵的补偿的问题。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题在于避免偏心或摇摆运动对于所获得的信号的影响，尤其是在大型轴中，从而实现对于所获得的信号的精确分析。根据本发明，为解决此技术问题建议使得传感器壳体与标定体直接接触，其中通过引导元件和施压元件实现传感器壳体和/或传感器元件的径向和/或轴向定位以及跟
足示O本发明在如下情况中建议，通过如下方式回避被驱动的轴、尤其是大型轴中的不可避免的偏心或摇摆运动，即使得传感器装置的传感器壳体直接与标定体接触，因此实现使传感器装置尽可能跟随轴的偏心和摇摆运动。以此，例如保证使得传感器装置的传感器和标定体之间的距离可保持为尽可能恒定，且因此实现明显更简单的信号估值。通过根据本发明提供的引导元件和施压元件，在此进行传感器装置的径向和/或轴向定位，这保证了标定体和传感器之间的距离保持不变。只要传感器装置与标定体直接接触，则摇摆运动和所存在的偏心的问题得以避免或至少明显地降低。为在轴的连续回转中保证标定体和传感器元件之间的距离保持恒定，在此建议使得传感器壳体和/或传感器元件形成为可垂直于标定体跟踪。通过此措施可保证实现径向和轴向补偿运动，其中轴的轴向和/或径向间隙尤其可由传感器壳体和/或传感器元件的跟踪被补偿。基于所选择的传感器壳体和标定体之间直接接触的构造，则存在如下可能性，SP使用传感器元件和估值电子器件来采集旋转速度和/ 或绝对角位置。为此，考虑正弦和余弦信号，所述信号通过已知的方法实现了一方面确定转速且另一方面确定旋转角位置，且通过所选择的布置尽可能地补偿了由于摇摆运动或所存在的偏心所导致的测量误差或不精确性。例如，引导元件可由销、抵靠面或滑动元件形成，所述引导元件与轴直接接触且因此与标定体直接接触。以此方式，例如可借助于引导元件保持相对于轴的一定的轴向位置，以维持传感器元件和标定体之间的距离。同样，引导元件可用于进行径向补偿运动，以此也在此情况中将传感器元件和标定体之间的距离保持在恒定的水平。在本发明的特别的构造中建议提供安装板作为施压元件，所述安装板被位置固定地保持且具有引导槽，传感器壳体的引导销支承在所述引导槽内，其中传感器壳体相对于安装板通过弹簧浮动地支承。安装板在此被视作固定点，所述固定点不跟随轴的摇摆运动或偏心。替代地，传感器壳体相对于安装板浮动地支承，使得实现了安装板和传感器壳体之间的相对运动。此相对运动根据安装布置限制于径向或轴向运动，以此使带有传感器的传感器壳体可跟随非圆运行的轴，且以此保持直接接触。所提供的弹簧在此用于将传感器壳体压向标定体，也就是毫无困难地实现旋转运动，但通过直接接触保持传感器元件和标定体之间的距离。为抵抗可能的振动行为，在本发明的另外的构造中建议在安装板和传感器壳体之间布置至少一个振动衰减器。通过振动衰减器实现将传感器壳体在补偿运动中衰减，其衰减程度使得不出现周期性的往复特征运动。通过此措施可因此避免在信号接收中的可能的信号干扰。为使得传感器壳体与标定体直接接触，另外建议传感器壳体在朝向标定体的侧上具有磨光或抛光的滑动陶瓷或塑料元件，所述元件与标定体直接接触且由于所使用的材料保证了长的使用寿命。作为陶瓷或塑料元件的替代，传感器壳体可至少在朝向标定体的侧上由带有干润滑特征的材料制成，使得由于自身润滑而出现相对于标定体的滑动效应，这也导致保证了传感器壳体的长的使用寿命。传感器元件可在此为不同的标定体提供，例如标定体可以以环形形状布置在环的端面、圆周面和/或内侧上。在此,存在如下可能性，即标定体自身由与被驱动的轴固定连接的片盘、孔盘、轴向或径向的啮合件或周向分布的永磁体形成。替代地存在如下可能性，即标定体由齿轮的齿或在一个面内的凹陷形成，或标定体形成为圆柱齿轮齿部、内齿部或冕形齿轮齿部。与例如光学或磁性的测量方法相关，必须选择合适的标定体和为此可使用的传感器元件。在此基本上存在如下可能性，即将传感器装置布置在跟随轴的径向和/或轴向运动的位置中，其中标定体能够以各种可能的形式安装在轴上，或者标定体具有与轴连接的部分。
为实现信号接收精度和为此所要求的用于确定旋转速度和旋转角的估值，优选地建议使用一个、两个或三个标定体，其中同时使用相应数量的传感器，以记录多个正弦或余弦信号。除已知的方法外，在此存在如下可能性，即从所获得的单独信号确定旋转速度和/或角位置的精确值。如果使用多个标定体，则进一步建议使得可为标定体的布置提供不同的直径，其中在不同的直径上的覆盖周期长度基本上具有相同的尺寸。标定体可在此构造为具有相同的半径，其中传感器具有不同的尺寸且因此以不同的数量存在于相同的直径上，以覆盖整个旋转周期，或可在使用在端端侧或内侧上的标定体时将标 定体布置在不同的直径上，其中存在外部的轨迹、中间的轨迹和内部的轨迹，所述轨迹分别具有不同的直径，但在切向方向上例如具有相同的或不同的长度。通过不同的半径可使得传感器在很类似的频率下工作，使得如在使用平面侧上的不同的轨迹的情况下那样，传感器不以不同的频率运行或不使用不同的覆盖长度，从而必须不同地设计各个传感器的尺寸，以此通过传感器的不同的覆盖长度与距离的关系，例如在传感器对的情况中，使个别传感器不导致对于角度确定的附加的干扰信号。为标定体的不同的轨迹使用不同的直径-其关系与用于不同的传感器对的覆盖元件的数量的关系相对应-是特别地有利的，且实现了不同的覆盖元件在标定体的不同轨迹上的相同的定尺寸，但其中单独的传感器对在旋转部件的每圈旋转中驶过不同数量的覆盖周期。这导致对于不同的轨迹可使用结构相同的传感器对，传感器对中的两个单独的传感器的距离的内部尺寸对应于覆盖元件的距离的尺寸。由此在测量中避免了信号干扰，从而可提高测量的精度。通过使用不同的半径，此外可使得在测量时的干扰甚至相互消除且此外实现测量精度的提高。为提高如旋转速度和旋转角度的单独确定的量的精度，进一步建议进行所记录信号的游标估值。为此目的，可使标定体的各个轨迹具有不同数量的调制器，使得可基于单独地获得的正弦和余弦信号的所出现的相位角进行插值。例如，在德国公开文献DE 103 40065 Al中公开了一种方法，所述方法设计用于测量绝对角位置，其中三个不同的相互连接的调制器影响了不同的传感器对，且不同的调制器如同布置在游标卡尺上的游标，使得通过游标原理可明显提高角度确定的精度。但在以上所述的公开文献中公开的用于高精度角度测量的方法需要调制器和传感器装置之间的可靠的距离。根据本发明的传感器装置在这种情况中尤其适合于大尺度的轴，如在船舶驱动、风力发电设备、工程机械和重载卡车中出现的轴。在此，应确定精确的角度位置和旋转速度，这借助于所建议的传感器装置实现，其中特别的优点在于，基于标定体与传感器壳体的直接接触可避免信号失真。
本发明进一步根据附图详细解释。各图为图I在透视图中示出了带有传感器装置的标定体的示例，图2在透视图中示出了用于标定体和传感器装置的另外的实施形式，图3示出了测量装置的底视图，和图4在三个图中示出了可与标定体一起使用的传感器装置。
具体实施例方式图I在透视图中示出了用于带有传感器装置的标定体的第一种可能实施形式。在此情况中，提供了环形元件2作为标定体1，所述环形元件2可借助于轴上的孔3例如旋拧在端侧。轴自身未图示。在环形元件2上提供的标定体也未图示，其中所述标定体例如可由一个编码轨迹或必要时也由直至三个编码轨迹形成。在此，各个编码轨迹布置在不同的直径上，其中同时通过传感器装置4保证，借助于传感器元件可扫描全部编码轨迹。传感器装置4包括壳体5，所述壳体5通过销6直接保持与环形元件2的径向接触，而壳体5另外轴向浮动地支承。为此目的提供了安装板7，所述安装板7例如可位置固定地固定。壳体5具有壳体底板8，所述壳体底板8相对于实际壳体5的尺寸突出。在此所使用的壳体底板8例如由金属制成且总共具有四个长孔9，螺栓10被引导通过所述长孔9，其中螺栓10在相应的螺纹孔11内接收在安装板7内。在安装板7和壳体底板8之间另外具有多个弹簧12，例如具有四个弹簧，所述弹簧将实际的壳体5从安装板7压向标定体。通过螺栓10的长度，在此保证可保留更大的升程，以便能补偿轴向间隙。在所示的实施例中， 壳体5直接压靠标定体，即压靠环形元件2，使得在径向间隙的情况下在壳体5和标定体之间保持直接接触，且通过升程补偿了径向间隙，且保证壳体5与传感器元件相对于标定体的持续接触。在此，径向间隙仅通过弹簧补偿。通过沿环形元件滑动引导的销6，此外可补偿径向间隙，其中支持性地提供了长孔9。因此，传感器装置4的壳体5可在轴向方向上以及径向方向上运动，以跟随被驱动的轴的间隙。如果存在被驱动的轴的偏心或摇摆运动，则可借助于在此公开的传感器装置4毫无困难地补偿径向以及轴向间隙，其中，为此应注意使得保证传感器装置、也就是壳体5与标定体之间的直接接触，所述标定体在这种情况下通过环形元件2图示。图2在透视图中示出了用于传感器装置20的另外的实施例的透视图，所述传感器装置20相对于标定体21定位。在此所示的标定体21形成为环形元件22，其中环形元件22具有在圆周上分布的缺口 23。缺口 23用作调制器，以影响传感器装置20的传感器元件，例如磁性传感器元件。也如在前述实施例中的情况，传感器装置20的壳体25借助于沿标定体21的边缘27引导的销26保持在确定的位置，其中，由于传感器装置的壳体25的摇摆运动，实现了径向以及轴向方向上的跟随运动。壳体25也浮动地支承，如在第一实施例中的情况。由此原因使用了安装板28，其中壳体25具有悬伸出的壳体底板29，长孔位于所述壳体底板29内，使得螺栓30可接合在安装板28的现有的螺纹孔内。因此，通过长孔可补偿被驱动的轴的轴向间隙，且以此使得整个壳体25可在轴向方向上运动。通过滑块24保证与标定体21的直接接触，其中保证保持相同的距离。在此，传感器装置20的供电和信号接收通过两个不同的标准的联接插座31、32进行，所述联接插座实现了与两个冗余的电子估值系统的连接。为保持标定体21和壳体25之间的稳定的距离，在此情况中又插入在此视图中不可见的弹簧，所述弹簧将整个壳体25朝标定体21的方向从安装板28压开。也存在如下可能性，即通过另外的弹簧元件朝标定体21的边缘27的方向拉壳体25，使得销26也与边缘27直接接触。图3在底视图中示出了传感器装置4、20，所述传感器装置几乎结构相同地构造，其中从此底视图中可见，传感器装置4、20具有总共四个仅示意性地示出的传感器元件25。传感器元件35分别直接与标定体，或者说是为各自目的提供的调制器对置地布置，使得可进行余弦和正弦信号的直接记录。壳体5具有下壳体底板8，所述下壳体底板8侧向相对于壳体5突出，其中在此区域中形成了四个长孔9。通过长孔9，螺栓可螺旋到在此未图示的安装板内，其中在安装板和壳体5之间布置了弹簧，所述弹簧将壳体5从安装板压开，即朝标定体的方向压开。壳体5还具有销6，所述销与标定体直接接触，从而保证传感器装置4、20具有与标定体的直接接触，且销6可沿标定体的边缘或端面滑动，且在带有径向和轴向间隙的摇摆运动的情况下通过壳体5相对于安装板的浮动支承而进行对壳体5且因此对传感器装置4、20的补偿运动。因此保证了分别保持滑块24相对于标定体的位置且因此保持未示出的传感器元件相对于标定体的位置。图4在三个视图中再次示出了带有壳体5和销6的传感器装置4、20，其中从此视图中可见安装板7，所述安装板7借助于螺栓9相对于壳体5的壳体底板8保持，且在安装板7和销6之间布置了弹簧12，所述弹簧12将壳体5从施压板朝标定体的方向压开。此夕卜，通过壳体底板8的长孔,至少可在垂直于弹簧12的作用方向的方向上进行对于壳体5 的补偿运动。滑块24位于壳体5的与安装板7在直径上相对地布置的面上，使得壳体5可直接位于标定体上。通过螺纹插座31、32可进行供电以及信号接收。附图标记列表I标定体2环形元件3 孔4传感器装置5 壳体6 销7安装板8壳体底板9 长孔10 螺栓11螺纹孔12 弹簧20 滑块21标定体22环形元件23 缺口24传感器元件
25 壳体26壳体底板27 边缘28安装板29壳体底板
30 螺栓 31联接插座32联接插座。
权利要求
1.一种与标定体(1、21)、尤其是用于大型轴的标定体(1、21) —起使用的传感器装置(4、20)，该传感器装置包括带有估值电子器件和至少一个传感器元件(35)的传感器壳体(5)，其特征在于，传感器壳体(5)与标定体(1、21)直接接触，其中通过引导元件和施压元件进行传感器壳体(5)和/或传感器元件(35)的径向和/或轴向定位和跟踪。
2.根据权利要求I所述的传感器装置(4、20)，其特征在于，传感器壳体(5)和/或传感器元件(35)构造为可垂直于标定体(1、21)跟踪。
3.根据权利要求I或2所述的传感器装置(4、20)，其特征在于，轴的轴向和/或径向间隙能够通过传感器壳体(5)和/或传感器元件(35)的跟踪补偿。
4.根据权利要求1、2或3所述的传感器装置(4、20)，其特征在于，提供传感器元件(35)和估值电子器件，以用于记录旋转速度和/或绝对旋转角位置。
5.根据权利要求I至4中一项所述的传感器装置(4、20)，其特征在于，引导元件由销(6)、抵靠面或滑动元件形成。
6.根据权利要求I至5中一项所述的传感器装置(4、20)，其特征在于，作为施压元件提供安装板(7、28)，所述安装板(7、28)位置固定地保持且具有引导槽，传感器壳体的引导销支承在所述引导槽内，或者螺栓(10、30)位于壳体底板(5)的长孔(9)内且可旋入安装板(7、28)的螺纹孔(11)内，其中传感器壳体(5)通过弹簧相对于安装板(7、28)浮动地支承。
7.根据权利要求I至6中一项所述的传感器装置(4、20)，其特征在于，在安装板(7、28)和壳体底板(5)之间布置至少一个振动衰减器。
8.根据权利要求I至7中一项所述的传感器装置(4、20)，其特征在于，传感器壳体(5)在朝向标定体(1、21)的侧上具有磨光或抛光的滑动陶瓷或塑料元件，或者传感器壳体(5)至少在朝向标定体(1、21)的侧上由带有干润滑特性的材料制成。
9.根据权利要求I至8中一项所述的传感器装置(4、20)，其特征在于，标定体(1、21)以环形形状布置在环的端面、圆周面和/或内侧上。
10.根据权利要求I至9中任一项所述的传感器装置(4、20)，其特征在于，标定体(I、21)由片盘、孔盘、轴向或径向的齿部或周向分布的永磁体形成，或者标定体(1、21)形成为齿轮的齿或在一个面内的凹陷，或标定体(1、21)形成为圆柱齿轮齿部、内齿部或冕形齿轮齿部。
11.根据权利要求I至10中任一项所述的传感器装置(4、20)，其特征在于，提供一个、两个或三个具有编码轨迹的形式的标定体。
12.根据权利要求I至11中任一项所述的传感器装置(4、20)，其特征在于，为标定体(1、21)的布置提供不同的直径，其中不同直径上的覆盖周期长度基本上具有相同的尺寸。
13.根据权利要求I至12中任一项所述的传感器装置(4、20)，其特征在于，进行所记录信号的游标估值。
全文摘要
本发明涉及一种与标定体1、尤其是用于大型轴的标定体1一起使用的传感器装置4，所述传感器装置包括带有估值电子器件和至少一个传感器元件的传感器壳体5。为补偿轴的径向和/或轴向间隙，建议传感器壳体5与标定体1直接接触，其中通过引导元件和施压元件进行对传感器壳体5和/或传感器元件35的径向和/或轴向定位和跟踪。
文档编号G01P3/44GK102778218SQ20111036923
公开日2012年11月14日 申请日期2011年11月18日 优先权日2011年5月10日
发明者B.斯特里茨克, H.霍勒 申请人:莱诺德, 鲍尔有限责任公司