无轴承的角度测量装置的制作方法

角度测量装置能够基于感应的、磁性的或者电容的测量原理，并且比如用在用于旋转编码器中，以用于确定两个相对于彼此能够旋转的机器部件的角度位置。

对于感应的角度测量装置来说，经常作为扫描单元将呈印制导线的形式的励磁线圈和接收器线圈施加在共同的电路板上，所述电路板比如与旋转编码器的定子固定地连接。与这块电路板对置地存在另一块印刷电路板，在所述另一块印刷电路板上作为角度刻度尺以周期性的间距施加了作为分划结构的导电的面，并且所述另一块印刷电路板与所述旋转编码器的转子抗扭转地连接。如果在所述励磁线圈上加载励磁电场，那就在所述接收器线圈中在转子与定子之间进行相对旋转的期间产生取决于角度位置的输出信号。而后在分析电子器件中对这些输出信号进行进一步处理。

原则上，在带有自身轴承结构的角度测量装置与下面被称为无轴承的角度测量装置的、无自身轴承结构的角度测量装置之间进行区分。带有自身轴承结构的角度测量装置通常具有较小的滚动轴承，因而相对于彼此能旋转的构件组在相关的角度测量装置的内部相对于彼此以限定的轴向的和径向的位置得到布置。而对于所述无轴承的角度测量装置来说在安装在机器上时必须注意，将所述相对于彼此能旋转的构件组尤其相对于彼此以正确的轴向的间距固定在正确的位置中。

背景技术：

在ep1750101a1中并且在ep1126248a2中分别说明了一种角度测量装置，所述角度测量装置适合用于确定扫描间隔。

技术实现要素：

本发明的任务是，提供一种无轴承的、尤其是感应的角度测量装置，从而能够精确地确定扫描间隔，其中优化的机械的连接得到了保证。

该任务根据本发明通过一种根据本发明的无轴承的角度测量装置得到解决。

因此，本发明包括一种无轴承的角度测量装置，该无轴承的角度测量装置尤其具有角度刻度尺、扫描单元以及分析电子器件。所述扫描单元和所述角度刻度尺相对于彼此以扫描间隔以能够围绕着轴线旋转的方式来布置。此外，能够由所述扫描单元产生取决于角度的输出信号，所述输出信号能够在所述分析电子器件中得到进一步处理。在此，如此对所述角度测量装置进行配置，从而在所述输出信号的基础上能够确定所述扫描间隔。此外，所述角度测量装置具有平衡联结件，其中所述平衡联结件能够固定在机器部件上并且构造为能够沿着所述轴线的方向弹性地变形。

尤其所述平衡联结件如此构造，使得该平衡联结件尤其将所述角度测量装置、特别是角度测量装置的下述构件组持续地朝所述机器部件挤压，在所述构件组中抗扭转地固定了所述扫描单元。

取决于角度的输出信号尤其是下述信号，所述信号包括关于所述角度刻度尺与所述扫描单元之间的相对的角度位置的信息。

所述平衡联结件有利地构造为能够沿着所述轴线的方向在至少0.5mm、尤其是至少1.0mm、优选至少1.5mm的升程的范围内弹性地变形。

在本发明的另一种设计方案中，所述平衡联结件具有多个折弯的构造元件。在这方面，所述构造元件分别具有沿着拥有径向的方向分量的方向延伸的第一支臂和沿着拥有轴向的方向分量的方向延伸的第二支臂。

在本发明的一种优选的设计方案中，所述扫描单元抗扭转地与壳体相连接并且所述平衡联结件此外抗扭转地被固定在所述壳体上。

所述平衡联结件有利地构造为抗扭的结构，也就是说，这个平衡联结件在切向地定向的力被导入时没有变形或者极其细微地变形。此外，所述平衡联结件构造为关于径向的方向刚性的结构。

根据本发明的另一种设计方案，所述角度测量装置构造为感应的角度测量装置。

在本发明的一种有利的设计方案中，所述扫描单元如此构造，从而通过所述扫描单元所述角度刻度尺能够至少在其一半的圆周范围内进行扫描并且就这样能够产生取决于角度的输出信号。所述角度刻度尺有利地能够在所述圆周的至少超过66%或者优选超过75%的范围内由所述扫描单元来扫描。尤其而后能够如此对所述角度测量装置进行配置，从而在所述输出信号的基础上能够确定所述轴线的相对于所述扫描单元的倾斜度。

感应的角度测量装置经常能够如此构造，使得所述角度刻度尺能够通过所述扫描单元或者通过传感器线圈在其圆周的大部分的范围内来扫描并且就这样能够产生取决于角度的输出信号。作为替代方案，所述角度测量装置能够如此构造，使得所述角度刻度尺通过多个在圆周的范围内分布的扫描位置来扫描，从而由此能够确定轴线x的倾斜度。

根据本发明的另一种设计方案，所述分析电子器件此外包括用于确定所述输出信号的信号幅度的单元，并且所述扫描间隔能够在所述输出信号的信号幅度的基础上来确定。

所述用于确定信号幅度的单元有利地配属于调节器单元，如此对所述调节器单元进行配置，使得所述输出信号的信号幅度由于对调节参量的影响而不超过预先给定的、偏离目标-幅度值的偏差。

根据本发明的一种有利的设计方案，所述角度测量装置本身配备了电子器件，通过所述电子器件能够确定所述扫描间隔。尤其有利地如此对所提到的分析电子器件进行配置，从而通过所述分析电子器件能够确定所述扫描间隔。而后比如能够将所述扫描间隔通过数字的接口来传输给（关于所述角度测量装置）外部的后续电子器件（folgeelektronik），以用于进行进一步的电子的处理。

作为替代方案，本发明也包括这样的角度测量装置，对于所述角度测量装置来说在内部在所述角度测量装置的内部以电子的方式对所确定的扫描间隔进行进一步处理。所确定的或者所计算的扫描间隔因而用于在所述角度测量装置的内部或者外部进行进一步的电子的处理。

有利地由所述分析电子器件产生用于所述扫描间隔的数字的值、也就是近乎（gleichsam）产生二进位的数字，所述二进制的数字而后能够在微处理器中得到进一步处理。如果这个微处理器布置在所述角度测量装置的外部，那么所述角度测量装置就能够以有利的方式具有下述接口，通过所述接口能够将所述值传输给后续电子器件。

本发明的有利的设计方案从从属权利要求中得知。

附图说明

所述根据本发明的无轴承的角度测量装置的另外的细节和优点从以下借助于附图对实施例所作的说明中得出。其中：

图1示出了所述角度测量装置的剖面图；

图2示出了所述角度测量装置的第一透视图；

图3示出了所述角度测量装置的第二透视图。

具体实施方式

在附图中示出了所述角度测量装置的一种实施例，所述角度测量装置在这里构造为感应的角度测量装置。所述角度测量装置包括第一构件组1和第二构件组2，其中所述两个构件组1、2以相对于彼此能够围绕着轴线x旋转的方式来布置。为了实现相对的可旋转性，在当前的角度测量装置中没有设置自身轴承结构、也就是没有设置滚动轴承或者滑动轴承（无轴承的角度测量装置）。更确切地说，所述第一构件组1被固定在第一机器部件上并且所述第二构件组2被固定在第二机器部件上。在此，所述第一机器部件以能够相对于所述第二机器部件旋转的方式来布置。所述构件组1、2以通过气隙分开的方式相对于彼此对置。

所述角度测量装置的第一构件组1具有轴1.1，该轴在所介绍的实施例中具有锥形的端部，以用于刚性地并且抗扭转地固定在机器轴或者马达轴上。因此，所述轴1.1具有凸出的安装面1.11。在所述轴1.1上固定了角度刻度尺1.2。这个角度刻度尺由环状的电路板所构成，在所述电路板上以周期性的次序并且以相同的分度间距（teilungsschritte）设置了传导的和非传导的区域、也就是具有不同的导电性的区域。所述角度测量装置的第一构件组1经常也能够被称为转子。

在以扫描间隔d与所述角度刻度尺1.2对置的情况下布置了扫描单元2.2，该扫描单元配属于所述第二构件组2，所述第二构件组在这里也能够被称为定子。所述扫描单元2.2在这里同样构造为环形的电路板，所述电路板包括励磁线圈和传感器线圈。此外，所述扫描单元2.2被固定在壳体2.3上。此外，在所述壳体2.3中有分析电子器件2.21的组合件（baustein）。尤其为所述分析电子器件2.21分配了asic组合件。在这个asic-组合件中集成了用于确定所述扫描单元2.2与所述角度刻度尺1.2之间的相对的角度位置的线路以及调节器单元。此外，在所述壳体2.3中有插塞连接器2.22，用于连接后续电子器件的连接电缆能够连接到所述插塞连接器上。

所述壳体2.3抗扭转地与平衡联结件2.1相连接。在所介绍的实施例中，所述平衡联结件2.1包括四个构造元件2.11以及一个凸缘2.12。所述构造元件2.11由板材制成并且分别具有折弯的形状，因而所述构造元件2.11分别具有第一支臂2.111和第二支臂2.112。所述第一支臂2.111相应地沿着拥有径向的方向分量的方向延伸，并且所述第二支臂2.112相应地沿着拥有轴向的方向分量的方向、尤其是平行于所述轴线x延伸。在所介绍的实施例中，相应地所述第一支臂2.111被固定在所述壳体2.3上并且所述第二支臂2.112被固定在所述凸缘2.12上。如此设计所述构造元件2.11，使得所述平衡联结件2.1构造为能够沿着所述轴线x的方向弹性地变形。在所介绍的实施例中，所述平衡联结件2.1也仅仅以1.0mm的轴向的升程弹性地变形并且在取消偏移力时又占据初始位置。

以外，所述平衡联结件2.1构造为抗扭的并且径向刚性的结构。

所述角度刻度尺1.2和所述扫描单元2.2以相对于彼此能够旋转的方式来布置，其中被固定在所述轴1.1上的角度刻度尺1.2在所述角度测量装置的运行中旋转。因此，在这里所述扫描单元2.2与所述角度刻度尺1.2之间的相对的转速也相当于所述轴1.1与固定的壳体2.3或者所述凸缘2.12之间的转速。通过定子侧的扫描单元2.2上的不旋转的励磁线圈，在所述角度测量装置的运行中产生均匀的交变场，所述交变场通过所述角度刻度尺1.2根据角度位置或者所述轴1.1的旋转角度来调制。在同样处于所述扫描单元2.2上的传感器线圈中，通过所调制的电磁场产生取决于角度的输出信号。

在所介绍的实施例中，根据所提及的环视扫描来对所述角度测量装置进行配置。也就是说尤其所述扫描单元2.2如此构造，使得所述角度刻度尺1.2通过所述扫描单元2.2或者通过所述传感器线圈能够在几乎整个圆周的范围内来扫描并且就这样能够产生取决于角度的输出信号。因此几乎对所述角度刻度尺1.2的完整的分划结构进行扫描，以用于从所述扫描单元2.2处获取位置信号。

而后将如此产生的输出信号输送给所述分析电子器件2.21，在那里对所述输出信号进行进一步处理。在所述调节器单元中如此对所述输出信号进行调节，使得所述输出信号始终具有保持相同的信号幅度或者电平。为此目的，首先在所述单元中作为实际值来确定所述输出信号的信号幅度。而后确定此前所确定的信号幅度与预先给定的目标-幅度值之间的偏差。根据所述偏差的数值来求取调节参量，其目的是，将所述偏差保持在预先给定的边界之内。通过对这种调节参量的影响来将所述信号幅度保持尽可能恒定的大小，其中所述调节参量在所介绍的实施例中是发送线圈的通电水平（bestromung）。

比如所述角度测量装置能够结合电动马达的制动器来使用。在这种情况下，所述平衡联结件2.1或者所述平衡联结件2.1的凸缘2.12能够被固定在所述第二机器部件上。所述第二机器部件比如能够是制动块。在此，所述平衡联结件2.1也用于进行轴向的弹跳（anfedern）或者用于产生轴向的压紧力，所述轴向的压紧力将所述壳体2.3持久地朝所述第二机器部件挤压，而不取决于所述制动器是否夹合（eingefallen）。所述轴1.1与马达轴固定地连接。通常在这样的布置中，所述制动器用作保持制动器并且在马达轴旋转时没有处于嵌合之中。

如果现在所述制动器夹合，那么所述壳体2.3就朝方向ζ运动（参见图1）。而所述第一构件组1则保持在不变的轴向的位置中。这引起以下结果，即：所述平衡联结件2.1的沿着轴向方向有弹性的构造元件2.11发生变形，尤其是所述第一支臂2.111在弯曲边缘的区域中从所述凸缘2.12的环的平面中运动出来。同时所述扫描间隔d而后降低。

在所述角度测量装置的运行中，首先确定所述扫描间隔d的实际上的实际值。为此目的，将所述输出信号、在这里是相移了90°的增量信号由所述扫描单元2.2输送给所述分析电子器件2.21。在所述调节器单元中，形成所述调节参量的、为了调节保持相同的信号幅度所必需的数值。在所介绍的实施例中，在所述单元中确定所述信号幅度，其方法是：由相应八个彼此先后相随的输出信号形成幅度平均值。此后检查，如此确定的信号幅度在何种程度上偏离预先给定的目标-幅度值。如果所述偏差的数值太大或者如果所述信号幅度处于预先确定的调节窗口之外，那就相应地改变所述调节参量的数值或者放大因数，使得所述输出信号的电平或者信号幅度接近于所述目标-幅度值。

此外，在所述线路中在所述输出信号的基础上确定所述轴1.1的角度位置或者位置值。

原则上能够规定，所述调节参量的数值或者所述放大因数或者所述发送线圈的通电水平随着实际上的扫描间隔d的增加而升高。

所述扫描间隔d因此包含所述制动器是否夹合的信息。由此，首先能够通过上面所描述的方式来求取所述制动器的相应当前的状态（夹合或者松开）。

以外，通过对于所述扫描间隔d的精确的确定能够探测到所述制动器的磨损状态。在所介绍的实施例中，连续地对所述调节参量的数值或者所述放大因数进行监控。在这个参量缓慢地变化时能够认为，这种变化不是通过所述制动器的夹合来触发，而是通过其它的影响、比如所述角度测量装置中的温度的变化所触发。而在所述调节参量的数值或者所述放大因数快速变化时，则能够认为存在制动过程。在这种情况下，自出现所述扫描间隔d的特定的梯度起直至到达相应的运动的结束来测量所述扫描间隔d的变化。所述制动器磨损得越多，所述扫描间隔d的、由于制动过程所引起的变化程度就越高。通过这种方式，能够将制动磨损精确地确定到0.1mm，从而能够关于所述制动器的剩余的使用寿命作出结论。

经常也如此设计这样的制动器，从而出于必需的冗余的原因而存在两个制动块，所述制动块彼此对置地分别作用在所述轴线x的一侧上。在出现不同的磨损时无论如何可能出现以下情况，即：所述制动器的夹合引起所述轴线x的、相对于所述壳体2.3或者相对于所述扫描单元2.2的倾斜。所述扫描单元2.2如此构造，使得所述角度刻度尺1.2能够通过所述扫描单元2.2或者通过所述传感器线圈几乎在整个圆周的范围内来扫描（环视扫描），由此能够将所述输出信号用于确定所述轴线x的倾斜度。相应地在当前的实施例中，如此对所述角度测量装置进行配置，从而在所述输出信号的基础上能够确定所述轴线x的相对于所述扫描单元2.2的倾斜度。所述倾斜度的程度或者倾斜角因此给出关于所述制动器的状态或者位置、尤其是两个制动块的磨损的均匀性的情况。

因此，利用所述角度测量装置能够确定，所述制动器是否处于嵌合之中。此外也能够探测到比如由于上面所描述的倾斜度的过量的程度所引起的缺陷。此外，鉴于在这里所给定的测量精度也能够求取所述制动器的磨损状态。在此，既没有为了确定所述扫描间隔d也没有为了确定所述轴线x的倾斜度而需要单独的位置测量仪。

根据相应的要求，通过在所述角度测量仪上所设立的接口能够要么将所述扫描间隔d要么将所述轴线x的倾斜度要么将这两个参量比如通过串行的数据传输来传递给所述后续电子器件。此外，也向所述后续电子器件传送所述角度位置和所述轴1.1的转速，以用于进行进一步的电子的处理。