速度和方向齒輪齒傳感器組件的製作方法

2023-12-10 04:50:21

專利名稱：速度和方向齒輪齒傳感器組件的製作方法
技術領域：
本發明一般地涉及使用於傳感齒輪轉動的磁場傳感器，尤其涉及被安裝以檢測鐵齒輪齒的霍爾效應傳感器。
背景技術：
為了控制使用反饋的電動機，有必要使用傳感器來檢測電動機的運行。假如電動機被使用來驅動鐵齒輪，一能夠檢測鐵齒輪轉動的簡單的和可靠的傳感器可以基於霍爾效應傳感器被構造。包括一磁鐵和一鐵磁極片和一個或兩個霍爾效應傳感器的複雜的傳感器模塊可以從許多製造商中得到。當傳感器模塊定位於霍爾效應傳感器距離鐵齒輪的外邊緣大約0到2.5mm處時，經過霍爾效應傳感器的齒輪齒的通道產生了被霍爾效應傳感器所檢測到的一磁場強度的增加。通過使用包括兩個間隔的霍爾效應傳感器的一傳感器模塊，當霍爾效應傳感器被排列成沿齒輪的電動機的圓周方向間隔時，檢測齒輪的電動機的速度和方向是可能的。然而，通過使用兩個間隔分離的且也排列成間隔是齒輪齒的半寬的倍數的傳感器模塊，以致於產生一積分輸出來允許確定齒輪的電動機的方向，可以達到處理傳感器的輸出的更靈敏性和更簡易性。
為了對於更小齒的齒輪有更好的解決方法，在一單個傳感器模塊內控制兩個霍爾效應傳感器的間隔是有利的。不考慮生產一用於特定應用的獨特的傳感器的額外費用，通過轉動傳感器模塊從而轉動在傳感器平面中的所包括的霍爾效應傳感器，來調整在一單個傳感器裝置中的諸霍爾效應傳感器有效間隔是可能的，因此相對於在前進齒輪齒的前沿的一線上，霍爾效應傳感器之間的距離被縮短。假如被轉動來控制每個傳感器模塊上的諸霍爾效應傳感器之間有效間隔的兩個霍爾效應傳感器被使用，會產生以適當的轉動和相對於彼此和電動機齒輪的角度位置安裝兩個傳感器模塊的問題。

發明內容
本發明的齒輪齒傳感器組件使用了兩個傳感器模塊，每個傳感器模塊包括兩個霍爾效應傳感器。每個傳感器模塊具有一塑料包裝，該塑料包裝具有延伸自其中的引線。在每個傳感器模塊中的霍爾效應傳感器間隔分離，並定位於一磁鐵和塑料包裝的一定位表面之間。每個傳感器模塊被定位相切於和間隔於一鐵齒輪。傳感器模塊繞齒輪的圓周間隔，從而它們通過一15°的角度β分開，且間隔是齒輪齒半寬的倍數，從而來自傳感器模塊的輸出可以被結合來產生一積分輸出。每個傳感器模塊在定位表面的平面中被轉動，從而兩個包含在傳感器模塊中的霍爾效應傳感器之間的間隔，相對於當它經過在傳感器模塊中的兩個霍爾效應傳感器時代表了一前進齒輪齒的線被縮短了。因此，傳感器模塊被轉動，從而由霍爾效應傳感器之間的間隔限定的一方向相對於前進齒輪齒的線被轉動一30°的角度α，通過一半，即正弦(30°)，有效地減小了傳感器之間的間隔。最終結果是，為了15°的總傾斜角度，傳感器定位表面朝向彼此傾斜7.5°，並相對於彼此轉動120°。給定了兩個選定的角度α和β在定位表面的平面轉動30°，且定位表面朝向彼此傾斜7.5°，確定兩個其它的角度γ和μ，從而隨著垂直於相同電路板的平面的引線，傳感器模塊都可以被安裝。每個傳感器模塊具有延伸自平行於定位表面的塑料包裝的四引線。引線延伸遠離塑料包裝一短距離，並都在一軸線附近參考定位表面的平面被彎曲一確定的98.64°的角度γ。彎曲軸線是一平行於由霍爾效應傳感器之間的間隔限定的方向的線。當彎曲確定為98.64°的角度γ時，假如電路板遠離在傳感器模塊之間的中途一點上相切於齒輪的一平面，以一確定的4.30°的角度μ傾斜，在每個傳感器模塊上的引線會垂直地經過在單一電路板中的孔。
一填充尼龍6/6的玻璃安裝支架被使用來以選定的角度α和β相對於彼此定位傳感器模塊。其餘的角度γ和μ通過計算或通過反覆試驗被確定。安裝支架通過可以被加熱打樁的突出物以確定的角度μ被安裝到一電路板，且具有以確定角度γ彎曲的引線的傳感器模塊然後可以被插入安裝支架並通過連接的電路板。
外殼定位了第一傳感器模塊和第二傳感器模塊，從而由第一傳感器模塊上的霍爾效應傳感器限定的第一平面和由第二傳感器模塊上的霍爾效應傳感器限定的第二平面以15°的第一角度β相交，並限定了一相交的線。兩個在每個傳感器模塊上的霍爾效應傳感器的間隔限定了第一和第二方向，該第一和第二方向隨著相交的線形成基本相同的第二角度α。電路板相對於相切於齒輪的平面以角度μ並通過相交的線被安裝到外殼。引線彎曲角度γ被選定，從而引線垂直地向電路板延伸。
被限定為霍爾效應傳感器的中心線之間的分開的角度的角度β，如圖2所示，根據下面的等式被選定 其中y＝分開霍爾效應傳感器的中心線的全齒總數N＝在目標上的齒輪齒的總數例 角度α被選定以產生一霍爾效應傳感器34之間的間隔的所需的縮短，較佳地約30°。
角度γ被限定為霍爾效應傳感器引線彎曲的角度，如圖6所示，這允許通過在一印刷電路板上的孔布置，並如下計算 例 角度μ被限定為印刷電路板傾斜需要的角度來允許傳感器模塊通向垂直地排列到提供一標準通孔組件和焊點的印刷電路板的表面，並如下計算 例
本發明的一個特徵是，兩個傳感器模塊可以相對於彼此和根據選定的標準的一鐵齒輪被定位，同時易於安裝到一單一電路板。
本發明的另一個特徵是，提供一齒輪齒傳感器組件設計，其中兩個傳感器模塊可以隨著兩個自由的角度被定位，且仍然垂直地安裝到相同的電路板。
當與附圖結合時，從下面的詳細描述中，本發明的另外的特徵和優點將是顯而易見的。


圖1是本發明的齒輪齒傳感器組件的前視的分解的立體圖。
圖2是圖1的齒輪齒傳感器組件的俯視圖。
圖3是圖4的齒輪齒傳感器組件沿剖面線3-3的側面剖面圖。
圖4是圖1的齒輪齒傳感器組件的前視圖。
圖5是圖1的齒輪齒傳感器組件的後視的分解的立體圖。
圖6是使用在圖1的齒輪齒傳感器組件中的傳感器模塊的側視圖。
圖7是本發明的齒輪齒傳感器組件的另一實施例的側視圖。
圖8是圖7的齒輪齒傳感器組件的前視圖。
具體實施例方式
尤其參考圖1-8，其中相同的標號指示類似的元件，一齒輪齒傳感器組件20在圖1-5中顯示。齒輪齒傳感器組件20包括一外殼22、一電路板24和一對傳感器模塊26、28。外殼22具有支持和定位一第一傳感器模塊26的一第一容納空穴30和支持和定位一第二傳感器模塊28的一第二容納空穴32。傳感器模塊26、28是例如美國麻薩諸塞州Worcester的Allegro MicroSystem，Inc.出售的零件號碼為ATS642LSH的裝置。兩個獨立的霍爾效應傳感器34包含在每個傳感器模塊26、28中。兩獨立霍爾效應傳感器34之間的距離限定了一方向35和一間隔。對於以上的參考部件，間隔是例如2.2mm。兩霍爾效應傳感器34之間的有效間隔可以相對於在圖4中顯示的前進線36被減小，前進線36代表了在圖5中顯示的齒輪40的齒輪齒38的前沿。通過轉動傳感器模塊26、28，有效間隔可以被減小，從而對應於方向35的一線相對於前進線36被轉動一角度α。如圖4所示，傳感器模塊26、28相對於代表齒輪齒的前沿的線36的以一30°的角度α轉動，因此通過正弦(30°)有效地縮短了兩霍爾效應傳感器34之間的距離。例如，一2.2mm的實際的間隔被減小到一1.1mm的有效間隔。
如在圖6中顯示的，傳感器模塊26、28包括一磁鐵42、一鐵磁極片44和一霍爾效應集成電路46，兩間隔分離的霍爾效應傳感器34模製於限定一定位表面50的塑料包裝48中。定位表面50和傳感器34被定位成相切於和間隔於齒輪40的齒輪齒38約0-2.5mm。每個傳感器模塊26、28的轉動發生在由傳感器模塊的定位表面50限定的一平面。如圖2所示，每個霍爾效應傳感器34相切於齒輪裝置是必要的，從而兩個由定位表面50限定的平面以15°的角度β或傳感器26、28的徑向的間隔相交。較佳地，角度β被選定從而當獨立傳感器模塊26、28的輸出被結合時霍爾效應傳感器之間的間隔導致一積分輸出。當傳感器模塊之間的間隔是齒輪齒的半寬的倍數時，滿足這一條件。
為了得到簡單和費用低廉的組件，安裝支架通過突出物51以一確定的角度μ安裝到一電路板，該突出物51可以被加熱打樁並通過在電路板24中的孔49，從而延伸自傳感器模塊26、28的塑料包裝的引線52垂直地延伸通過孔53，以致於以正確的角度與電路板24的單一平面相交。引線52最初自塑料包裝48平行於定位表面50延伸，並在繞引線的平面中的軸線55彎曲，該軸線55平行於由霍爾效應傳感器34之間的間隔限定的方向35。彎曲角度γ是98.64°，從而每個傳感器模塊的引線52垂直於由電路板24限定的一平面，相對於在傳感器模塊26、28之間的線36上相切於齒輪40的一平面，該電路板24以4.30°的角度μ傾斜。
外殼22包括安裝到齒輪外殼(未顯示)的安裝柱54和允許外殼22通過螺釘(未顯示)連接到齒輪外殼(未顯示)的部分的安裝耳58。
齒輪傳感器120的另一實施例在圖7和8中顯示。除了由獨立霍爾效應傳感器之間的距離限定的方向35被轉動60°且電路板24現在朝向而不是遠離在傳感器模塊26、28之間的線36上相切於齒輪40的平面，齒輪傳感器120與齒輪傳感器20是同樣的。彎曲角度γ保持98.64°，且傳感器模塊的引線52垂直於由電路板24限定的以-4.30°的角度μ傾斜的平面。通過簡單地轉換齒輪傳感器20，可以達到完全相同的安排。
角度μ仍然被限定為印刷電路板的傾斜角度，需要來允許傳感器模塊引線垂直於提供一標準通孔組件和焊點的印刷電路板的面排列。然而，因為傳感器已經被顛倒，角度的標記被改變且現在如下計算
例 應該理解，在圓周方向的傳感器26、28的間隔以及因此的角度α和在定位表面的平面獨立傳感器旋轉β的角度被設計成可變的，這樣可以為一特定的齒輪齒傳感器組件而優化。此外，應該理解，引線52彎曲的角度γ和相對於在傳感器之間中途的一點相切於齒輪40的一平面的電路板的角度μ起源於諸值，該值被選定來達到引線52垂直於電路板24從而易於插入電路板的最終條件。
應該理解，角度β被選定從而獨立霍爾效應傳感器34相切於齒輪40，且角度α被選定來調整傳感器模塊26、28的獨立霍爾效應傳感器34之間的間隔。角度β和α都是非零的，從而電路板角度μ也是非零的。
應該理解，齒輪傳感器20具有使用標準傳感器模塊來確定齒輪轉動的方向和速度的優點。此外，在傳感器模塊26、28中的兩個或多個霍爾效應傳感器34之間的有效間隔可以通過安裝的設計容易地被調整。此外，傳感器模塊26、28的間隔可以被選定，從而來自兩個傳感器模塊的每個的信號有90°的相位差，允許它們結合成一積分輸出，該積分輸出使得控制者能夠確定齒輪轉動的方向。
權利要求
1.一種齒輪齒傳感器組件(20)，包括一外殼(22)；一第一傳感器模塊(26)，安裝到所述的外殼(22)，且還包括在一第一平面上間隔分離的並限定位於所述的第一平面上的一第一間隔方向的一第一霍爾效應傳感器(34)和一第二霍爾效應傳感器(34)；多個第一引線(52)，自所述的第一傳感器模塊(26)平行於所述的第一平面延伸，所述的多個第一引線(52)的每個繞平行於所述的第一方向的一軸線以一引線彎曲角度(γ)彎曲；一第二傳感器模塊(28)，安裝到所述的外殼(22)，且還包括在一第二平面上間隔分離的並限定位於所述的第二平面上的一第二間隔方向的一第三霍爾效應傳感器(34)和一第四霍爾效應傳感器(34)；多個第二引線(52)，自所述的第二傳感器模塊(26)平行於所述的第二平面延伸，所述的多個第二引線(52)繞平行於所述的第二方向的一軸線以所述的引線彎曲角度(γ)彎曲；一電路板(24)，位於一單一平面內並被安裝到所述的外殼(22)；其中，所述的外殼(22)定位所述的第一傳感器模塊(26)和所述的第二傳感器模塊(28)，從而所述的第一平面和所述的第二平面以一第一角度相交並確定一相交的線，以及所述的第一間隔方向和所述的第二間隔方向各與所述的相交的線形成一基本相同的第二角度(α)；以及其中，所述的電路板(24)相對於所述的相交的線以一第三角度安裝到外殼(22)，從而所述的第一角度和所述的第二角度被選定為非零的，且引線彎曲角度(γ)和第三角度被選定成，所述的多個第一引線(52)和所述的多個第二引線(52)垂直地向所述的電路板(24)延伸。
2.如權利要求1所述的齒輪齒傳感器組件(20)，其特徵在於，所述的第二角度(α)約30度。
3.一種確定在一齒輪齒傳感器中的兩個傳感器模塊(26，28)的幾何位置的方法，所述的方法包括以下步驟確定繞待監測的一齒輪(40)的圓周的所述的齒輪齒間隔；定位一第一傳感器模塊(26)，從而包含在所述的第一傳感器模塊(26)中的第一對間隔分離的獨立霍爾效應傳感器(34)平行於與所述的齒輪(40)的圓周相切的一平面，以及相對於代表一前進的齒輪齒(38)的一線以一角度被定位，從而在所述的第一對間隔分離的獨立霍爾效應傳感器(34)之間限定的一間隔相對於所述的前進的齒輪齒(38)被縮短；定位與所述的第一傳感器模塊(26)圓周地間隔分離的一第二傳感器模塊(28)，從而包含在所述的第二傳感器模塊(28)中的第二對間隔分離的獨立霍爾效應傳感器(34)平行於與所述的齒輪(40)的圓周相切的一平面，以及相對於代表一前進的齒輪齒(38)的所述的線成所述的角度，從而在所述的第二對間隔分離的獨立霍爾效應傳感器(34)之間限定的一間隔相對於所述的前進的齒輪齒(38)被縮短；彎曲延伸自所述的第一傳感器模塊(26)的多個第一引線(52)，並通過一共同角度彎曲延伸自所述的第二傳感器模塊(28)的多個第二引線(52)；以及安裝所述的第一傳感器模塊(26)和所述的第二傳感器模塊(28)到一單一平面的電路板(24)，從而所述的多個第一引線(52)和多個第二引線(52)垂直於所述的電路板(24)延伸。
4.如權利要求3所述的確定在一齒輪齒傳感器中的兩個傳感器模塊(26，28)的幾何位置的方法，其特徵在於，在所述的第一對間隔分離的獨立霍爾效應傳感器(34)之間限定的所述的間隔，相對於所述的前進的齒輪齒(38)被縮短約一半，在所述的第二對間隔分離的獨立霍爾效應傳感器(34)之間限定的所述的間隔，相對於所述的前進的齒輪齒(38)被縮短約一半。
全文摘要
兩個每個包括兩個霍爾效應傳感器(34)的傳感器模塊(26，28)，相對於彼此和相對於在一齒輪齒傳感器組件(20)中的一電路板(24)被定位。傳感器模塊(26，28)被安排在一定位表面的平面相對於彼此轉動120°，並向彼此傾斜15°。傳感器引線(52)以一98.64°的角度γ被彎曲，從而在每個傳感器上的引線(52)垂直地經過在一單一電路板(24)中的通孔，該電路板遠離在傳感器之間的中途一點上相切於齒輪的一平面以一4.30°的角度傾斜。傳感器包裝由安排以相對於彼此和電路板(24)定位傳感器模塊(26，28)的一塑料安裝支架形成。第一兩個角度被選定，且第二兩個角度被確定，從而傳感器被垂直地插入電路板(24)。
文檔編號G01D5/12GK101071070SQ20061014137
公開日2007年11月14日 申請日期2006年9月25日 優先權日2006年5月10日
發明者K·P·歐康納 申請人:關鍵安全體系股份有限公司