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角度測量裝置和電動機的制作方法

文檔序號:12831591閱讀:466來源:國知局
角度測量裝置和電動機的制作方法

本實用新型涉及一種角度測量裝置和電動機。所述角度測量裝置特別地用于電動機的角度測量裝置,所述角度測量裝置具有可按可旋轉地固定的方式安裝到軸上的角向盤(angle disk)并且具有傳感器裝置,其中在所述角向盤上形成了相對于角向盤的旋轉運動具有不同角分辨率(resolution)的兩個測量軌道,利用所述傳感器裝置,所述兩個測量軌道是可讀的以便為所述兩個測量軌道的每個測量軌道生成至少一個與角度相關的信號。

本實用新型還涉及一種具有轉子軸的電動機,所述轉子軸被安裝在電動機殼體中,其中角度測量裝置的角向盤被設置在轉子軸上。



背景技術:

使用角度測量裝置來捕獲并監(jiān)視轉子軸的角位置是眾所周知的。為此,形成具有比較高角分辨率的增量(incremental)測量軌道已經(jīng)成為慣例。這是借助于與光學傳感器相互作用的穿孔圓盤經(jīng)常做到的。由按交替方式被磁化的永久性磁材料形成增量測量軌道同樣是眾所周知的。為了捕獲一整轉,所述增量測量軌道經(jīng)常具有相關聯(lián)的同步測量軌道,所述同步測量軌道可由橫過轉動軸線定位的磁偶極子或者由單個孔形成,其中的通道可被光學地捕獲。



技術實現(xiàn)要素:

本實用新型是基于找到用于測量電動機中的角度的可替代方式的目的的,其耐用并且可以被以小空間需求地構造,顯著地簡化了制造。

為了實現(xiàn)該目的,提供了一種角度測量裝置,其特征在于,所述角度測量裝置具有角向盤,所述角向盤能以可旋轉地固定的方式安裝至軸,其中在所述角向盤上形成有相對于所述角向盤的旋轉運動具有不同的角分辨率的兩個測量軌道,并且所述角度測量裝置具有傳感器裝置,所述兩個測量軌道利用所述傳感器裝置是可讀取的,以便為所述兩個測量軌道中的每一個測量軌道生成至少一個與角度相關的信號,其中所述角向盤至少在所述測量軌道的區(qū)域中具有導磁材料,所述導磁材料經(jīng)由相應的構造限定出相應的角分辨率,并且其中所述傳感器裝置具有至少一個偏置磁場傳感器。

優(yōu)選地,所述相應的角分辨率是由所述導磁材料距所述傳感器裝置的與角度相關的距離來限定出的,和/或由所述導磁材料的與角度相關的材料強度和/或形狀來限定出的。

優(yōu)選地,單獨的偏置磁場傳感器被分配給所述兩個測量軌道中的每個測量軌道。

優(yōu)選地,具有較高角分辨率的所述測量軌道包括帶相匹配的角分辨率的兩個子軌道,所述兩個子軌道在所述角向盤的旋轉運動的方向上相對于彼此偏移,和/或其中在所述角向盤)的旋轉運動的方向上相對于彼此偏移的兩個偏置磁場傳感器被分配給具有較高角分辨率的所述測量軌道。

優(yōu)選地,具有較低角分辨率的所述測量軌道被徑向地設置在具有較高角分辨率的所述測量軌道內,和/或具有較低角分辨率的所述測量軌道是通過調整具有較高角分辨率的所述測量軌道而形成的。

優(yōu)選地,具有較低角分辨率的所述測量軌道具有超過180°的角分辨率。

優(yōu)選地,所述角向盤以齒輪的形式構造出,其中具有較高角分辨率的所述測量軌道是由所述齒輪的齒限定出的。

優(yōu)選地,具有較低角分辨率的所述測量軌道是由所述角向盤中所界定的材料切口或者材料加厚部限定出的。

優(yōu)選地,所述偏置磁場傳感器是霍爾效應傳感器、振蕩傳感器、感應磁場傳感器或者MR傳感器。

優(yōu)選地,磁場的偏置是借助于永久磁鐵產生的。

優(yōu)選地,所述角向盤是由鐵磁材料制成的和/或是以鑄造部件的形式制成的。

優(yōu)選地,具有較高角分辨率的所述測量軌道是能利用徑向地定向的偏置磁場傳感器讀取的,和/或其中具有較低角分辨率的所述測量軌道是能利用軸向地定向的偏置磁場傳感器讀取的。

優(yōu)選地,所述角度測量裝置是用于電動機的角度測量裝置。

優(yōu)選地,所述感應磁場傳感器是振蕩傳感器。

優(yōu)選地,所述MR傳感器是TMR傳感器、AMR傳感器或巨磁阻傳感器。

本實用新型還提供一種電動機,具有被安裝在電動機的殼體中的轉子軸,其特征在于,所述電動機包括上述的角度測量裝置,所述角度測量裝置的角向盤設置在所述轉子軸上。

優(yōu)選地,所述角度測量裝置被設置在繞組間隔中和/或被軸向地設置在軸承護罩和電動機繞組之間。

為了以前言中所描述類型的角度測量裝置來實現(xiàn)所述目的,本實用新型特別地提出,所述角向盤至少在測量軌道的區(qū)域中具有導磁材料,其經(jīng)由相應的構造限定出相應的角分辨率,并且所述傳感器裝置具有至少一個偏置磁場傳感器。偏置磁場傳感器的使用允許省去磁化的測量軌道,所述偏置磁場傳感器可具有存在的人工生成的磁場的變化能利用磁場傳感器捕獲的特性。這顯著地簡化了制造。磁場傳感器的使用允許省去光學測量方法。因此,所述角度測量裝置是耐用的并且可被以小空間需求地構造。

支承角向盤的軸在此可例如是電動機的轉子軸、馬達(例如,電動機或者內燃發(fā)動機)的從動軸或者傳動裝置的軸。通常,本實用新型可被有利地用于捕獲旋轉部件的旋轉運動,所述旋轉部件是由軸形成的或者被聯(lián)接至軸。

在本實用新型的一個實施例中,可規(guī)定,相應的角分辨率是由導磁材料與傳感器裝置的與角度相關的距離來限定的。因此,在此描述了角向盤上的可輕易生產的測量軌道,其中所述與角度相關的距離可例如在用于角向盤的澆鑄過程中形成或者可由稍后的材料移除形成。

可替代地或者另外,可規(guī)定,相應的角分辨率是由與角度相關的材料強度和/或導磁材料的形狀來限定的。因此,測量軌道可直接在用于角向盤的一個澆鑄過程中形成。測量軌道的后續(xù)處理可省去。

在本實用新型的一個實施例中,可規(guī)定,兩個測量軌道中的每個測量軌道分配有單獨的偏置磁場傳感器。因此,測量軌道是可單獨地讀取的。這允許測量軌道的間隔開的布置。

在本實用新型的一個實施例中,可規(guī)定,具有更高角分辨率的測量軌道具有兩個帶有匹配角分辨率的子軌道,所述子軌道相對于彼此在角向盤的旋轉運動的方向上偏移(offset)。這里的優(yōu)點是旋轉運動的方向感是可捕獲的,例如,經(jīng)由被選擇成小于由測量軌道所給出的角分辨率的偏移量。AB軌道可按該方式形成在角向盤上。

可替代地或者另外,可規(guī)定,相對于彼此在角向盤的旋轉運動的方向上偏移的兩個磁場傳感器被分配給具有更高角分辨率的測量軌道。如果適當?shù)剡x擇磁場傳感器的該偏移量以便例如小于所述角分辨率,則可以經(jīng)由比較讀取測量軌道的兩個磁場傳感器的輸出信號來確定旋轉運動的方向感。

在本實用新型的一個實施例中,可規(guī)定,具有更低角分辨率的測量軌道被如此配置以使得其被徑向地設置在具有更高角分辨率的測量軌道內部。從而,存在用于產生更高角分辨率的足夠空間,因為對于該測量軌道大的周向長度是可用的。

在本實用新型的一個實施例中,可規(guī)定,具有更低角分辨率的測量軌道是通過調整具有更高角分辨率的測量軌道形成的。因此,由兩個測量軌道所占據(jù)的空間可被減小。經(jīng)由調整聯(lián)接的測量軌道是利用共同的磁場傳感器可讀的。

在本實用新型的一個實施例中,可規(guī)定,具有更低角分辨率的測量軌道具有超過180°的角分辨率。這例如可經(jīng)由沿著測量軌道的單一標記來實現(xiàn)。因此,可以按簡單方式形成同步的測量軌道。

在本實用新型的一個實施例中,可規(guī)定,角向盤呈齒輪的形式,其中具有更高角分辨率的測量軌道由齒輪的齒來限定出。因此,增量測量軌道可按簡單方式形成。這在角向盤的澆鑄過程中可能已經(jīng)發(fā)生。齒的后期機械加工是沒必要的,因為不需要和/或不打算由所述齒傳輸力。

在本實用新型的一個實施例中,可規(guī)定,具有更低角分辨率的測量軌道是由角向盤中限定的材料切口或者材料加厚部來限定出的。本實用新型在此使用的事實是,具有高制造公差的生產方法足以獲得低的角分辨率。

在本實用新型的一個實施例中,可規(guī)定,所述磁場傳感器是霍爾效應傳感器、振蕩傳感器、感應磁場傳感器(特別是振蕩傳感器)或者MR傳感器(例如,TMR傳感器、AMR傳感器或巨磁阻傳感器)。因此,由偏置所生成的磁場方面的變化當測量軌道穿過時能被特別良好地捕獲。

在本實用新型的一個實施例中,可規(guī)定,偏置借助于永久性磁鐵產生。從而,為獲得偏置不需要能量供給。

在本實用新型的一個實施例中,可規(guī)定,角向盤是由鐵磁材料制成的。這里的優(yōu)點是,可省去由單獨的材料制造測量軌道。因此,角向盤可由單一的均質材料生產。

在本實用新型的一個實施例中,可規(guī)定,角向盤是按鑄造部件的形式制造的。因此,成本有效的制造是可實現(xiàn)的。

在本實用新型的一個實施例中,可規(guī)定,具有更高角分辨率的測量軌道可利用徑向地定向的磁場傳感器讀取。為此,測量軌道可被沿著角向盤的邊沿形成。這里的優(yōu)點是,具有最大外周的測量軌道可被用于更高角分辨率。

在本實用新型的一個實施例中,可規(guī)定,具有更低角分辨率的測量軌道可利用軸向地定向的磁場傳感器讀取。為此,測量軌道可被形成在角向盤的側面上。

為了達到所述目的,根據(jù)本實用新型提出了涉及電動機的的特征。特別地,因此為了實現(xiàn)根據(jù)本實用新型的所述目的,在前言中所述類型的電動機中提出了根據(jù)本實用新型形成的特別地如上所述的角度測量裝置。

在本實用新型的一個實施例中,可規(guī)定,角度測量裝置被設置在繞組間隔中。

可替代地或者另外,可規(guī)定,角度測量裝置被軸向地設置在軸承護罩和電動機繞組之間。

附圖說明

現(xiàn)在將參考示例性實施例更詳細地闡明本實用新型,然而不限于所述示例性實施例。進一步的示例性實施例由與示例性實施例的單獨特征或者許多特征的組合產生。

在附圖中:

圖1顯示了根據(jù)本實用新型的角度測量裝置;

圖2顯示了根據(jù)本實用新型的另一個角度測量裝置;

圖3顯示了根據(jù)本實用新型的第三角度測量裝置;和

圖4顯示了根據(jù)本實用新型的第四角度測量裝置。

具體實施方式

圖1顯示了總體以1指示的角度測量裝置。角度測量裝置1具有角向盤2,所述角向盤可經(jīng)由中心開口3按可旋轉固定的方式安裝到電動機的轉子軸(未進一步圖示)上或者安裝到以其他方式例如使用導向鍵(feather key)驅動的軸上。

兩個測量軌道4、5形成在角向盤2上。測量軌道4在此由一系列齒6來限定出,其中測量軌道4的角分辨率是由相鄰齒6的角距離給出。測量軌道5是經(jīng)由材料切口7限定出的,作為其結果,產生了360°的角分辨率。材料切口7在此被限于狹窄的角度范圍。因此,測量軌道5的角分辨率顯著不夠精確并且大于測量軌道4的角分辨率。因此,測量軌道4形成了增量測量軌道,而測量軌道5形成了僅指示整轉的同步測量軌道。

角度測量裝置1還具有傳感器裝置8,利用所述傳感器裝置,兩個測量軌道4、5是可讀取的。傳感器裝置8適于使得當角向盤2運動通過傳感器裝置8作為其旋轉運動的一部分時對于每個測量軌道4、5產生至少一個與角度相關的信號。

角向盤2至少在測量軌道4、5的區(qū)域中是由導磁材料制成的。在其自身不一定被永久性磁化的情況下所述導磁材料由于其存在具有改變磁場線的輪廓的特性。舉例來說,所述導磁材料是鐵磁的、亞鐵磁的或者反磁性的材料。

傳感器裝置8具有磁場傳感器9、10、11,其中所述磁場傳感器9和10被空間地和功能上地分配給測量軌道4,并且磁場傳感器11被空間地和功能上地分配給測量軌道5。

磁場傳感器9、10、11借助于永久磁鐵12、13、14在每種情況下被偏置(“反偏置(back biased)”)。永久磁鐵12、13、14中的每一個產生穿過相關聯(lián)的磁場傳感器9、10、11的磁場線,其輪廓受導磁的測量軌道4、5的影響。當相應的測量軌道4、5穿過相關聯(lián)的磁場傳感器9、10、11時磁場線方面的變化因此是可檢測的并且產生了相應的與角度相關的信號,所述信號可被用于角度測量。

磁場傳感器9、10、11在每種情況下被設置在相關聯(lián)的永久磁鐵12、13、14和相關聯(lián)的測量軌道4、5之間。

永久磁鐵12、13、14還可以被整體地或者部分地集成為一個或兩個永久磁鐵。

經(jīng)由將(第一)測量軌道4制造成在中間具有間隙的一系列齒6,獲得了導磁材料距磁場傳感器9或者10的與角度相關的距離,作為其結果,當角向盤轉動時偏置的磁場線按所述方式變形。

由于材料切口7,導磁材料的與角度相關的材料強度在(第二)測量軌道5中發(fā)生。這進而導致磁場傳感器11的與角度相關的信號。

被分配給測量軌道4的兩個磁場傳感器9、10被如此設置以使得其在旋轉運動的方向上(即,相對于測量軌道4縱長地)相對于彼此偏移。因此,所獲得的是以相對于磁場傳感器10的信號的時間偏移產生磁場傳感器9的信號,雖然兩個信號均關聯(lián)至測量軌道4。

在磁場傳感器9、10的適當偏移的情況下,因此可形成AB軌道。

測量軌道4被沿著角向盤2的邊沿15形成,而測量軌道5被設置在側面16上并且因此在測量軌道4的徑向內部。

如還可以在圖1中看到的,這允許測量軌道4可利用徑向地定向的磁場傳感器9、10讀取,并且相反,測量軌道5可利用(相對于角向盤2的旋轉運動)軸向地定向的磁場傳感器11讀取。

在所述示例性實施例中,磁場傳感器9、10、11在所有情況中被實施為霍爾效應傳感器、振蕩傳感器、感應磁場傳感器(特別地實施為振蕩傳感器)或者磁阻傳感器(MR傳感器)的形式,所述磁阻傳感器為例如基于隧道磁電阻(TMR)的TMR傳感器、基于各向異性的磁阻效應(AMR效應)的AMR傳感器或者巨磁阻(GMR)傳感器。

角向盤2被按鑄造部件的形式由鐵磁材料制成,作為其結果,產生了根據(jù)本實用新型的測量軌道4、5的磁導率。

在使用期間,角向盤2被設置在電動機的轉子軸上并且與傳感器裝置一起被放置在電動機殼體內部、軸向地位于電動機繞組的一側上的軸承護罩之間,優(yōu)選在B側。

圖2到圖4進一步顯示了根據(jù)本實用新型的角度測量裝置1的示例性實施例。在功能和/或結構方面與根據(jù)圖1的示例性實施例相似或者相同的部件和功能以相同的附圖標記表示并且不單獨地描述。關于圖1所進行的陳述相應地適用于圖2到圖4。

在根據(jù)圖2和圖4的示例性實施例中,形成材料加厚部17而不是材料切口7來限定出測量軌道5。

在根據(jù)圖3和圖4的示例性實施例中,齒6在頂部配置有齒形修整部(reliefs)以使得角向盤2還可用作齒輪。

因此,產生了用于兩個測量軌道4、5的角度測量裝置1是以導磁材料形成的方案,其中相應的角分辨率不同,并且在每種情況下,至少一個磁偏置的磁場傳感器9、10、11被分配給測量軌道4、5。

附圖標記表

1 角度測量裝置

2 角向盤

3 中心開口

4 測量軌道

5 測量軌道

6 齒

7 材料切口

8 傳感器裝置

9 磁場傳感器

10 磁場傳感器

11 磁場傳感器

12 永久磁鐵

13 永久磁鐵

14 永久磁鐵

15 邊沿

16 側面

17 材料加厚部

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