特別是用於機動車輛的轉向軸的轉角確定裝置的製作方法

2023-07-19 15:32:36

專利名稱：特別是用於機動車輛的轉向軸的轉角確定裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於確定旋轉運動的軸的轉角位置的轉角確定裝置。該裝置具有
一與所述旋轉運動的軸聯接的主轉子，在所述主轉子上設置第一傳感器單元，用於確定主轉子的轉角位置。此外，所述裝置還具有一與主轉子旋轉聯接的附加轉子，在該附加轉子上設置第二傳感器單元，用於確定附加轉子的轉角位置。
背景技術：
所述種類的轉角確定裝置由EP 0 389 669 Al已知。該文件中描述的裝置用於確定一旋轉運動的軸的轉角位置，所述軸設計成機動車輛中的轉向軸。第一傳感器單元和第二傳感器單元分別構成為電位計。第一電位計直接與旋轉運動的軸相聯接，其中該電位計具有一滑塊和一滑軌，從而滑塊與主轉子一起旋轉。滑軌靜止地設置在所述裝置中，從而在所述軸旋轉運動期間滑塊在滑軌上運動。附加轉子通過一齒形帶與主轉子相聯接。在主轉子旋轉時，附加轉子同樣進行旋轉，其中，與附加轉子一起運行的第二電位計同樣具有一滑塊，該滑塊在一靜止設置的滑軌上運動。 由DE 10 2004 Oil 125 Al已知另一種用於確定旋轉運動的軸的轉角位置的轉角確定裝置。該裝置同樣包括一主轉子和一與主轉子旋轉聯接的附加轉子。在主轉子上設有一第一傳感器單元，該傳感器單元具有一用n個極對形成的磁軌。其中，第二傳感器單元設置在帶有具有k個極對的磁軌的附加轉子上。此外，還設有數字式的磁場開關，所述磁場開關用於掃描第一磁軌，其中，還有線性的磁場傳感器用於掃描第二磁軌，從而可以通過一分析單元由磁場傳感器和磁場開關的輸出信號確定轉角位置。 具有設計成電位計的傳感器單元的轉角確定裝置會受到磨損並易於發生故障。此外測量精度限於幾度的角度。基於磁的測量原理的各傳感器單元可能發生相互影響，這可能導致測量結果的錯誤。磁作用的傳感器單元可以設計成各向異性磁阻傳感器(AMR)或設計成巨磁阻傳感器(GMR)，其中還已知基於霍爾技術的傳感器。對於至少一個驅動齒輪和至少兩個從動齒輪的測量，這種測量技術是必需的，以便實現大於360。的測量範圍。這裡可以相互耦接地使用兩個AMR傳感器和兩個GMR傳感器。所獲得的兩個信號然後藉助於Vernier-(Nonius)算法計算得到唯一一個角度信號。通過在傳動裝置中存在的傳動間隙，所述角度傳感器具有較粗的在約2。至2.5°的範圍內的精度。此外，使用兩個齒輪還導致很響的運行噪聲，從而通常必須使用潤滑劑，其中，由此限制了可能的最大使用溫度。此外，這種磁作用的傳感器單元由於所使用的磁體會導致磁滯現象。還必須採用附加的溫度補償來補償熱影響。此外，外部的磁場對利用磁性傳感器單元進行的測量導致程度很明顯的幹擾作用。 此外，還已知光學傳感器，這種傳感器的測量精度同樣受到限制，並且為了提高測
量精度而精確地製造必要的編碼軌道需要複雜的並由此昂貴的製造方法。 此外，這種傳感器對於汙物以及還對於溫度是極為敏感的，這特別是可以在磨損
現象和老化中觀察到。此外光學傳感器還具有較大的直徑，從而必然使整個裝置所需的結構空間變大。與此相對，純感應式測量的傳感器目前只能覆蓋最大360。的測量範圍。同樣只能有條件地實現兩個按照磁性傳感器的樣式的感應測量的系統的組合，因為這兩個系統同樣可能相互影響或者不能避免相互影響。

發明內容
因此，本發明的目的是，提供一種用於確定旋轉運動的軸的轉角位置的轉角確定裝置，通過該轉角確定裝置可以克服前面所述的現有技術的缺點，並且轉角確定裝置設計得簡單並使得可以在> 360°的角度範圍上實現精確的測量。 所述目的基於一種根據權利要求1前序部分的用於確定旋轉運動的軸的轉角位置的轉角確定裝置結合特徵部分的特徵來實現。本發明有利的改進方案在各從屬權利要求中給出。 本發明包括這樣的技術教導，即傳感器單元具有至少一個感應作用的傳感器和至少一個磁作用的傳感器。 本發明這裡由設計得不同的、不會相互影響的傳感器單元的組合出發。這種帶有感應作用的傳感器的、磁性作用的傳感器的組合的優點是利用了兩種完全相互獨立工作的測量原理。由此，可以實現最高程度的可靠性，因為提供了多個相互獨立的用於信號分析的通道並且所述通道可以按不同的相互組合進行分析。特別有利的是，通過遊標(Vernier-(Nonius))算法對信號進行分析處理，這裡必須提供兩個用於信號分析的通道。另一個優點由在高溫下採用感應式傳感器作為遊標算法的精細軌道(Feinspur)而實現，而不必進行溫度補償。此外，磁性作用的傳感器和感應作用的傳感器都是對汙物不敏感的。相對於純磁作用的傳感器，所建議的傳感器組合提供了非常精確地測量的優點。
根據本發明的一個有利的實施形式包括一感應作用的傳感器，該傳感器與主轉子共同作用。所述感應作用的傳感器可以按一種CIPOS(無接觸感應位置傳感器)構成，例如由本申請人的專利申請DE 19738 836 Al中已知的那樣。這裡所考察的感應傳感器的原理基於，將能量的感應地耦合輸出到一可移動元件中，所述元件又感應地反向作用到具有特殊的幾何形狀的接收導體線圈上。所述接收導體線圈的幾何形狀這裡這樣來選擇，即，在接收導體線圈中感應產生的電壓取決於可移動的元件的位置。為此，感應作用的第一傳感器單元包括一與主轉子共同旋轉的感應轉子和一定子，該感應轉子形成所述可移動的元件，並所述定子承載接收導體線圈。所述定子優選可以設置在一載體上，該載體同時形成整個裝置的一個殼體部分，其中感應轉子設置在主轉子的一碟形的凸緣上並平行地隔開在定子上方旋轉。 磁作用的第二傳感器單元有利地具有一傳感器元件和一磁體，其中，所述傳感器元件設計成用於識別磁體的運動。所述傳感器元件可以設計成霍爾傳感器、AMR傳感器、GMR傳感器，並設置在載體上。相反，磁體設置在附加轉子內和/或上。 —種有利的實施形式由一種旋轉對稱的磁體得到，該磁體與附加轉子的旋轉軸線同心地設置在附加轉子內和/或上。這裡磁體可以沿直徑方向磁化，從而可以通過霍爾傳感器感知旋轉對稱的磁體的旋轉。主轉子和附加轉子都可以設計成由塑料注塑件構成，其中所述磁體有利由附加轉子的材料包繞注塑。磁體可以由硬鐵磁體、稀土磁性體或與塑料結合的硬鐵磁體或稀土磁性體組成。除了將磁體包繞注塑地設置在附加轉子中之外，磁體還可以粘結裝入附加轉子中的一個幾何形狀相對應的凹部內。磁體此外可以具有不同於旋 轉對稱形狀的矩形或正方形的形狀。 根據另一個有利的實施形式，主轉子和附加轉子之間的旋轉聯接具有一帶有一在
主轉子上的第一齒輪和一在附加轉子上的第二齒輪的傳動裝置，其中各所述齒輪優選具有
不同的齒數。主轉子和附加轉子都可以通過齒輪的體部形成，其中主轉子上的、用於接納感
應作用的第一傳感器單元的感應轉子的凸緣形成形部平面地設置在第一齒輪的側面上。磁
體可以在轂側容納在第二齒輪中，從而第二齒輪通過附加轉子的體部形成。齒輪具有不同
齒數的構型是必要的，以便可以採用遊標原理來確定絕對轉角，其中，為了實現恰好360。
的測量可以設定相同的齒數。 所建議的轉角確定裝置可以用於確定機動車輛的轉向裝置的轉向角，從而旋轉運 動的軸是機動車輛的轉向軸或者與所述轉向軸至少旋轉聯接地設置。 所建議的轉角確定裝置還可以構成轉矩確定裝置的組成部件，如按已知的方式在 電子轉向系統(EPS轉向系統)中使用的轉矩確定裝置。為了將轉角確定裝置設計成轉矩 確定裝置的組成部件，只需要使用另一個感應作用的傳感器單元，該傳感器單元通過一扭 轉元件與該裝置的旋轉運動的軸相聯接。轉角確定裝置的所述的優點因此也適用於具有第 一傳感器單元和第二傳感器單元的轉矩確定裝置，其中至少一個另外的傳感器單元通過一 扭轉聯接件與前面所述的轉角確定裝置(相聯接地)設置。


在下面根據附圖連同對本發明的一個優選實施例的說明對另外的、改進本發明的 措施進行詳細說明。其中 圖1用橫向剖切的側視圖示出根據本發明的轉角確定裝置的一個實施例，以及
圖2示出根據圖1的根據本發明的轉角確定裝置的俯視圖。
具體實施例方式
圖1示出根據本發明的轉角確定裝置1的一個實施例。該裝置1用於確定一旋轉 運動的軸10的轉角位置，該軸可以是機動車輛的轉向系的組成部件並可旋轉運動地與一 轉向軸相連。在所述旋轉運動的軸IO上安裝有一主轉子ll，該主轉子隨著旋轉運動的軸 IO—起旋轉。主轉子11具有一凸緣區域23，其中，在凸緣區域的端平面上安裝有一感應轉 子15。凸緣區域23連同感應轉子15平行地與一載體17隔開地延伸，在所述載體上安裝有 一定子16。感應轉子15和定子16形成一第一傳感器單元12，該第一傳感器單元按一種感 應作用的傳感器構成。感應作用的傳感器的原理基於，使感應地耦合輸出的能量流入感應 轉子15，所述感應轉子又感應地與定子16共同作用，該定子具有帶有特殊幾何形狀的接收 導體線圈。各接收導體線圈安裝在載體17的表面上以形成所述定子16，並徑向地繞主轉 子11的旋轉軸線延伸。接收導體線圈的幾何形狀這樣來選擇，即，在接收導體線圈中感應 產生的電壓取決於感應轉子15的旋轉位置。由此感應作用的第一傳感器單元12可以直接 測量旋轉運動的軸10的轉角。 所述轉角確定裝置1還包括一與主轉子11旋轉聯接的附加轉子13。為了確定附 加轉子13的轉角，設有一第二傳感器單元14，該傳感器單元構成為磁作用的傳感器。磁作用的第二傳感器單元14具有一傳感器元件18和一磁體19，其中，所述傳感器單元18設計 成用於識別磁體19的運動。所述傳感器元件18可以構成為霍爾、AMR或GMR傳感器18並 可以設置在載體19上。這裡磁體19可以設置在附加轉子13中，其中附加轉子13具有以 容納凹部，磁體19粘結到該容納凹部中。磁體19可以由硬鐵磁體、稀土磁性體或與塑料結 合的磁性體組成並根據已知的注塑方法與附加轉子13的材料注塑連接。
主轉子11和附加轉子13之間的旋轉聯接包括一具有主轉子11上的第一齒輪21 和附加轉子13上的第二齒輪22的傳動裝置，其中齒輪21和22具有不同的齒數。對於當 前情況，第二齒輪22設計成具有比第一齒輪21大的直徑，從而附加轉子13比用旋轉運動 的軸10驅動的主轉子11旋轉得慢。附加轉子13的旋轉運動繞以旋轉軸線20進行，其中， 磁體19設計成旋轉對稱的，並與旋轉軸線20同心地安裝在附加轉子13中。與磁體19隔 開地在載體17上設置設計成霍爾、AMR或GMR傳感器18的傳感器元件18。磁體19沿直徑 方向磁化，從而設計成圓柱形的磁體的旋轉運動可以通過霍爾、AMR或GMR傳感器18測量。
圖2示出根據圖1的轉角確定裝置1的俯視圖。如在該俯視圖中所示，主轉子11 繞旋轉運動的軸10延伸，其中，主轉子11具有一第一齒輪21 ，該第一齒輪與一第二齒輪22 嚙合。第二齒輪22安裝在附加轉子13上或通過附加轉子形成，所述附加轉子能夠繞一旋 轉軸線20旋轉。附加轉子13按沒有詳細示出的方式例如通過滾針支承可旋轉地接納在載 體17上。 根據示意性的視圖，轉角確定裝置1還包括一分析單元24，該分析單元同樣可以 容納在載體17上。分析單元24接收第一傳感器單元和第二傳感器單元的信號，並以遊 標(Vernier)原理為基礎提供關於旋轉運動的軸10的轉角的信息。這裡，測量範圍大於 360° ，從而提供這樣的測量範圍，該測量範圍超過旋轉運動的軸10的一整圈旋轉。通過給 感應作用的傳感器單元補充另一個感應的測量軌道(Messspur)，可以進一步提高轉角確定 裝置的精度。這裡，轉角確定裝置的可達到的可靠性水平可以通過多個感應作用的傳感器 單元的附加設置的冗餘得到提高。 本發明的在其構型上並不限制在前面所述的優選實施例。相反可以設想一定數量
的變型方案，在原則上不同類型的構型中也可以使用所述解決方案的這些變型方案。所有
由各權利要求、說明書或附圖中得到的特徵和/或優點，包括結構上的細節、空間上的布置
和方法步驟，本身並且按各種不同的組合都對於本發明是重要的。特別是設置在主轉子11
上的第一傳感器單元12可以設計成磁作用的傳感器，設置在附加轉子13上的第二傳感器
單元可以設計成感應作用的傳感器。此外，第一齒輪21可以設計得比第二齒輪22大，從而，
附加轉子13具有比主轉子11大的旋轉速度。此外還存在這樣的可能性，與第一傳感器單
元12相關地將感應轉子15位置固定地設置在載體17上，其中，定子16隨著主轉子11旋
轉。此外，霍爾、AMR或GMR傳感器18可以安裝在附加轉子13中，從而磁體19靜止地設置
在載體17上。此外，由齒輪21和22形成的傳動裝置可以設計成齒形帶傳動裝置。 附圖標記列表 1 轉角確定裝置 10 旋轉運動的軸 11 主轉子 12 第一傳感器單元
6
13附件轉子14第二傳感器單元15感應轉子16定子17載體18傳感器單元，霍爾、AMR或GMR傳感器19磁體20旋轉軸線21第一齒輪22第二齒輪23凸緣區域24分析單元
權利要求
用於確定旋轉運動的軸(10)的轉角位置的轉角確定裝置(1)，該裝置具有一與所述旋轉運動的軸(10)聯接的主轉子(11)，在所述主轉子上設置第一傳感器單元(12)，用於確定主轉子(11)的轉角位置；一與主轉子(11)旋轉聯接的附加轉子(13)，在該附加轉子上設置第二傳感器單元(14)，用於確定附加轉子(13)的轉角位置，其特徵在於，各所述傳感器單元(12、14)具有至少一個感應作用的傳感器和至少一個磁作用的傳感器。
2. 根據權利要求1所述的轉角確定裝置(l)，其特徵在於，設置在主轉子(11)上的第 一傳感器單元(12)構成為感應作用的傳感器，而設置在附加轉子(13)的第二傳感器單元 (14)構成為磁作用的傳感器。
3. 根據權利要求1或2所述的轉角確定裝置(l)，其特徵在於，感應作用的第一傳感器 單元(12)具有一與主轉子(11) 一起旋轉的感應轉子(15)和一靜止的定子(16)。
4. 根據權利要求3所述的轉角確定裝置(l)，其特徵在於，設有一載體(17)，定子(16) 基本上平行地與感應轉子(15)隔開地接納在該載體上。
5. 根據上述權利要求中任一項所述的轉角確定裝置(l)，其特徵在於，磁作用的第二 傳感器單元(14)具有一傳感器元件(18)和一磁體(19)，其中傳感器元件(18)構成為用於 識別磁體(19)的運動。
6. 根據權利要求5所述的轉角確定裝置(l)，其特徵在於，傳感器元件(18)構成為霍 爾傳感器、GMR傳感器或AMR傳感器(18)並設置在載體(17)上。
7. 根據權利要求5或6所述的轉角確定裝置(l)，其特徵在於，磁體(19)設置在附加 轉子(13)內和/或上。
8. 根據權利要求5至7中任一項所述的轉角確定裝置(l)，其特徵在於，磁體(19)是 旋轉對稱的磁體(19)並與附加轉子(13)的旋轉軸線(20)同心地設置在附加轉子內和/ 或上。
9. 根據上述權利要求中任一項所述的轉角確定裝置(l)，其特徵在於，主轉子(11)和 附加轉子(13)之間的旋轉聯接具有一傳動裝置，該傳動裝置具有一在主轉子(11)上的第 一齒輪(21)和一在附加轉子(13)上的第二齒輪(22)，其中，各所述齒輪(21、22)優選具有 不同的齒數。
10. 根據上述權利要求中任一項所述的轉角確定裝置(l)，其特徵在於，所述旋轉運動 的軸(10)是機動車輛的轉向軸或與所述轉向軸至少旋轉聯接。
全文摘要
本發明涉及一種用於確定旋轉運動的軸(10)的轉角位置的轉角確定裝置(1)，該裝置具有一與所述旋轉運動的軸(10)聯接的主轉子(11)，在所述主轉子上設置第一傳感器單元(12)，用於確定主轉子(11)的轉角位置；一與主轉子(11)旋轉聯接的附加轉子(13)，在該附加轉子上設置第二傳感器單元(14)，用於確定附加轉子(13)的轉角位置。根據本發明設定，各所述傳感器單元(12、14)具有至少一個感應作用的傳感器和至少一個磁作用的傳感器。
文檔編號G01D5/12GK101722986SQ200910206809
公開日2010年6月9日 申請日期2009年10月21日 優先權日2008年10月21日
發明者H·伊爾勒, H·韋塞林克, M·託法爾, M·紹爾, N·拉班 申請人:黑拉許克聯合股份有限公司