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CN104949613A - 用于感应式角度测量装置的扫描元件 - Google Patents

用于感应式角度测量装置的扫描元件 Download PDF

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CN104949613A CN201510129000.6A CN201510129000A CN104949613A CN 104949613 A CN104949613 A CN 104949613A CN 201510129000 A CN201510129000 A CN 201510129000A CN 104949613 A CN104949613 A CN 104949613A
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Abstract

本发明涉及了一种用于感应式角度测量装置的扫描元件(1)。扫描元件(1)包括印制电路板(1.2)以及电路(1.31)，该印制电路板具有励磁线路(1.21)和接收线路(1.22)。印制电路板(1.2)布置在壳体(1.1)中，其中，壳体(1.1)具有导向件(1.12)，印制电路板(1.2)引入到该导向件中。导向件(1.12)设计为使得印制电路板(1.2)在平行于轴线(A)的方向上形状配合地定位并且印制电路板(1.2)由于引入到导向件(1.12)中而沿着围绕轴线(A)弯曲的圆周线变形。

Description

用于感应式角度测量装置的扫描元件
技术领域
本发明涉及一种用于确定相对位置的感应式角度测量装置的根据权利要求1的扫描元件。
背景技术
感应式角度测量装置例如用作用于确定两个能彼此相对旋转的机器部件的角位置的旋转传感器(Drehegeber)。在感应式角度测量装置中，例如印制电路形式的励磁线路和接收线路通常安装在共同的印制电路板上，它们例如与旋转传感器的定子固定连接。该印制电路板位于分度元件的对面，在该分度元件上以周期性的间隔交替地安装有能导电的和不能导电的面或片和作为分度结构的空隙，并且该分度元件与旋转传感器的转子抗扭地相连。当在励磁电路上或者励磁线圈处施加有随时间变换的励磁电流时，在转子和定子之间有相对旋转的期间，在接收线路或者接收线圈中产生了与角位置相关的信号。该信号随后在评估电子件中得到进一步处理。
通常，这种感应式角度测量装置用作电驱动装置的测量仪器，以用于确定相应的机器部件的相对运动或相对位置。在这种情况下，所产生的位置值通过相应的接口布置传输给用于操控驱动装置的后续电子件。
在WO2007/000653 A1中(例如，根据该文件中的附图24)描述了一种感应式角度测量装置，其中，所涉及的传感器具有圆柱体形状。
发明内容
本发明基于以下目的，实现一种用于感应式角度测量装置的扫描元件，该扫描元件提供准确的测量信号且安装简单。
该目的根据本发明通过权利要求1的特征来实现。
用于感应式角度测量装置的扫描元件包括印制电路板和用于处理通过接收线路接收到的信号的电路，该印制电路板具有励磁线路和接收线路。印制电路板布置在壳体中，其中，该壳体具有导向件，印制电路板引入到该导向件中。如下地设计导向件，使得印制电路板在平行于轴线的方向上形状配合地定位。另外，印制电路板由于引入到导向件中而沿着围绕轴线弯曲的圆周线地、尤其是弹性地进行变形。
扫描元件适用于扫描分度元件，该分度元件具有弯曲的外周面，在外周面上布置有至少一个分度轨。特别地，能够如下地构造角度测量装置，使得壳体和分度元件构造成两个同心地布置的环。印制电路板沿其弯曲的圆周线的几何中点位于轴线上，在按规定地运行角度测量装置时旋转应该围绕该轴线来进行。特别地，印制电路板能够设计成柔性印制电路板。有利地，印制电路板构造成多层的。特别有利的是，印制电路板包括环氧材料(Epoxy-Material)。在本发明的有利的设计方案中，印制电路板不厚于50μm。特别地，印制电路板一方面设计成足够刚性的以便通过变形来获得均匀的圆形，并且构造成足够弹性的以便引入到导向件中。在上述情况中需要注意的是，沿着测量范围准确地调整在印制电路板和径向上与其对置的分度元件之间的气隙对于精确的角度测量而言是重要的。
通常，壳体在以下侧面处是敞开的，分度元件或其角位在该侧面处能够由扫描元件来扫描。特别是在具有径向靠内放置的分度元件的结构方式中，壳体的处于径向内侧的侧设计成敞开的，而在分度元件径向靠外放置时，壳体的处于径向外侧的侧能够设计成敞开的。
有利地，壳体具有开口，开口如下地设计，使得印制电路板在装配扫描元件的过程中能够在切线方向上引入到导向件中。切线方向应理解成以下方向，其基本上垂直于轴线地且基本上垂直于径向方向地延伸。特别地，切线方向应该是沿其实现角度测量的方向。
在本发明的其他设计方案中，印制电路板如下地布置在壳体中，使得在壳体和印制电路板之间存在气隙。气隙特别地存在于印制电路板的其中有励磁线路和/或接收线路的区域和壳体之间。特别地，气隙在径向方向上延伸。
此外，在壳体中能够如下地布置印制电路板，使得印制电路板与壳体或导向件在印制电路板的边缘处相接触。特别地，该边缘沿着印制电路板的纵向面延伸。
有利地，导向件在印制电路板的至少一个边缘处啮合到印制电路板。换言之，在印制电路板的至少一个边缘处，在导向件中直接引导印制电路板。以有利的方式，导向件啮合在印制电路板的两个边缘处。
另外，导向件能够设计成至少围绕壳体的部分圆周的槽。特别地，导向件能够设计成两个围绕壳体的部分圆周的槽。
根据本发明的优选的设计方案，印制电路板以360°的角度围绕地布置。替代于此地，印制电路板也能够小于360°的角度围绕地布置，以便特别地使扫描元件设计成环形部段。
有利地，接收线路和/或励磁线路在周向方向上以大于180°的、特别是大于225°的，有利地以至少为270°的角度延伸。该角度说明涉及的是中心点位于以下轴线上的圆心角，围绕该轴线应当实现分度元件相对于扫描元件的旋转。
由于接收线路的较大的弧长，所产生的信号针对偏心率误差和摆动误差具有高度的不敏感性。因此，能够允许较大的制造公差和装配公差。
在本发明的另一个设计方案中，印制电路板的端部径向地布置在圆周线外部，印制电路板沿着该圆周线放置在导向件中。当角度测量装置设计成具有径向靠内地布置的分度元件时，能够应用这种结构方式。
替代地，印制电路板的端部能够径向地布置在圆周内部，印制电路板沿着该圆周线放置在导向件中。当角度测量装置设计成具有径向靠外地放置的分度元件时，能够优选地使用这种结构方式。
有利地，如下地布置印制电路板，使得从轴线出发的径向取向的半径在至少两个点处与印制电路板相交。因此在这种情况下，印制电路板具有以几乎360°沿着圆周线延伸的形状，并且由此获得径向向外或径向向内导向的走向。
有利地，印制电路板在端部处与线路板相连接，在该线路板上装配有电路，其中，半径也与该线路板相交。特别地，电路形成了用于评估和处理由接收线路所获得的信号的评估电子件。
特别地，当印制电路板以360°的角度围绕地布置时，有利的是，印制电路板在其端部处如下地设计，使得这两个端部能够在轴向方向上彼此重叠地布置。为此目的，端部例如能够具有凹陷部。特别地，在这种情况下，这两个端部与平行于轴线延伸的直线相交。特别地，印制电路板的端部能够如下地设计，使得在该处既不存在励磁线路，也不存在接收线路。
印制电路板能够构造成多件式的，其中，印制电路板的部件此时能够通过桥接件彼此相连。
有利地，桥接件在平行于轴线的方向上具有与印制电路板相比更小的扩展。因此，印制电路板特别地比桥接件宽。
在本发明的另一个设计方案中，构造成多件式的印制电路板的部件一一空隙在周向方向上彼此间隔地布置。这特别地具有以下优点，在接合印制电路板的部件时能够使部件朝向彼此地和由此使接收线路朝向彼此地精确且简单地放置。这有利于实现准确的测量值。
壳体能够具有壳体部分，该壳体部分借助在平行于轴线的方向上延伸的底切固定在壳体处。底切在下文中能够理解成一种凹陷部，其特别地为了形状配合地传递径向指向的力而实现了形状配合。
本发明的有利的构造方案由从属权利要求获得。
附图说明
根据本发明的扫描元件的其他细节和优点由下文借助附图的对实施例的描述给出。
其示出：
图1是用于确定相对角位置的角度测量装置的透视图，
图2是壳体的部分区域的透视图，
图3是装配前的印制电路板的俯视图，
图4是装配前的印制电路板的侧视图，
图5是装配前的印制电路板的部分区域的俯视图，
图6是具有装配好的印制电路板的壳体的部分区域的透视图，
图7是具有装配好的印制电路板的壳体的部分区域的另一个透视图，
图8是角度测量装置的在装配了其他壳体部分之后的扫描元件的部分区域的侧视图，
图9是扫描元件的部分区域的剖面图。
具体实施方式
图1中示出了角度测量装置，该角度测量装置具有扫描元件1和分度元件2，其中，分度元件2相对于扫描元件1能够围绕轴线A旋转地布置。在图1中出于阐述结构方式的目的而分离地示出了扫描元件1和分度元件2。在符合工作要求的状态下，扫描元件1与分度元件2利用径向的气隙彼此同心地对置。扫描元件1包括壳体1.1，该壳体在所提供的实施例中具有壳体部分1.11并且在此基本上设计成环形的。特别地，在所提供的实施例中示出的具有径向靠内放置的分度元件的结构方式中，壳体的处于径向内侧的面设计成敞开的。
在图2中以部分视图透视地示出了没有壳体部分1.11的壳体1.1。壳体1.1具有导向件1.12，该导向件在所提供的实施例中如下地设计，使得其沿着圆周线几乎围绕整个圆周。导向件1.12在此具有两个围绕的槽(也参见图9)。另外，壳体1.1具有开口1.13。借助固定孔1.14，壳体1.1能够固定在机器部件处。为了容纳壳体部分1.11，壳体1.1具有凹陷部1.15(也参见图6)，在该凹陷部的在圆周方向上邻接的凸缘处加入底切1.151或槽。
在图3至图5中示出了在壳体1.1中进行装配之前的印制电路板1.2。特别地为了阐述印制电路板1.2的几何轮廓，在图3中示出了印制电路板1.2的俯视图。印制电路板1.2具有多层结构并且在此具有0.5mm的厚度。在所提供的实施例中，印制电路板1.2构造成两件式的。印制电路板1.2的这两个部件机械地和电气地通过印制电路板区段形式的桥接件1.26相互连接。印制电路板1.2的部件利用间隙u彼此间隔地布置。间隙u在印制电路板1.2的纵向方向上延伸，也就是说在成功地安装在壳体1.1之后在圆周方向上或者说测量方向上延伸。桥接件1.26具有小于印制电路板1.2的宽度。在印制电路板1.2的这两个部件通过桥接件1.26最终相连之前，这两个部件如下地彼此对准，即布置在两个部件上的接收线路1.22精确地朝向彼此放置。在这之后才最终建立了上述连接。
印制电路板1.2具有两个分别与间隙u对置的端部1.24，1.25。第一端部1.24包括凹陷部1.241。第二端部1.25具有两个凹陷部1.251以及电连接件1.27。在图5中示出了具有印制电路板1.2的连接在其上的区域的第二端部1.25。因此，印制电路板1.2包括励磁线路1.21和接收线路1.22，其中，在所提供的实施例中两个轨道与接收线路1.22相对应。励磁线路1.21和接收线路1.22设计成在多层构造的柔性印制电路板1.2上的印制电路。接收线路1.22的第一和第二轨道分别具有一对接收印制电路。如图5中所示，由此无论是在第一轨道旁还是在第二轨道旁，在两侧上均布置有励磁线路1.21。
在第二端部1.25的区域中，既没布置励磁线路1.21，也没布置接收线路1.22。相反地，在第二端部1.25的区域中有用于为励磁线路1.21供电的和用于将接收线路1.22接收的信号传导给连接件1.27的印制电路。
另外，图中没有详细示出的第一端部1.24的区域中也既没有励磁线路1.21，也没有接收线路1.22。沿着印制电路板1.2的纵向棱边延伸的边缘1.23也同样不具有励磁线路1.21和接收线路1.22。
图4以侧视示出了印制电路板1.2图。从中能识别出，在装配到壳体1.1之前，印制电路板1.2具有平坦的形状。
借助焊接法，例如熨烫焊接法，线路板1.3与印制电路板1.2的连接件1.27相连接。在图8中示出了相应的布置。线路板1.3配备有形成电路1.31的电气构件。另外，在线路板1.3上布置有插接件1.32。通过电线能够使电路1.31且由此使扫描元件1与后续的电子件相连接。
在印制电路板1.2放置在壳体1.1中之前，线路板1.3通常与印制电路板1.2相连接。但是出于清楚起鉴，在图6和图7中没有示出线路板1.3，以便能够更好地阐述装配步骤。在装配扫描元件1的过程中，印制电路板1.2通过开口1.13在切线方向上插入到导向件1.2中并且完全地引入或推入到其中，直至印制电路板1.2的第一端部1.24接触到印制电路板1.2的上表面为止。设计成两个槽的导向件1.2在此包围着印制电路板1.2的边缘1.23。此外，印制电路板1.2在端面侧在边缘1.23的区域内借助槽来引导，从而印制电路板1.2在平行于轴线A的方向上形状配合地定位。如下地确定导向件1.12或者说槽的尺寸，即能够推入有印制电路板1.2并且由此实现印制电路板1.2在壳体1.1中的精确定位。此外，通过印制电路板1.2的弹性变形产生机械应力，该机械应力令印制电路板1.2朝向导向件1.12的槽的处于径向外侧的壁挤压。尽管印制电路板1.2和导向件1.12之间有无法避免的缝隙，但以这种方式能够实现对于所需的测量精度而言精确的印制电路板1.2的沿着印制电路板的纵向延伸的定位。
如上所述，在根据图6和7的装配阶段中，通常线路板1.3已经与印制电路板1.2的第一端部1.24相连接。替代地，还能够在图6和7所示的阶段中使线路板1.3与印制电路板1.2相连。
下面，壳体部分1.11现在平行于轴线A的方向地推入到槽1.51中，同时线路板1.3由壳体部分1.11的同样平行于轴线的槽1.111所容纳。在这个装配步骤之后，出现了根据图8的布置。此后，壳体部分1.11利用盖来封闭。为了实现增加的密封性，在装配壳体部分1.11之前或之后能够将粘合剂或填料施加到接缝和/或空腔中。
由于引入到导向件1.12中，印制电路板1.2沿着围绕轴线A弯曲的圆周线弹性地变形。因此，在导向件1.12的范围内，印制电路板1.2获得了环形的或空心圆柱体的形状，其中，印制电路板1.2比导向件1.12更长并且特别地比纯粹扫描分度元件2所需的周长更长。印制电路板1.2的超过该长度的部分，特别是第二端部1.25，例如图8中所示，随着径向向外取向的定向组件来延伸。由此，扫描元件1具有以下区域，在该区域内部从轴线A出发的径向定向的半径R两次与印制电路板1.2相交(交点在图8中以P表示)。在这种意义上，印制电路板1.2在装配好的状态中布置成具有重叠的端部1.24，其中端部1.24相对于圆周线径向靠外地布置。
装配完毕的扫描元件1由此具有环形的、布置在壳体1.1中的柔性印制电路板1.2，在该印制电路板上布置有励磁线路1.21和接收线路1.22。无论是励磁线路1.21还是接收线路1.22均具有沿着圆周方向的且更具体地几乎在扫描元件1的全部圆周上的延伸。沿着全部圆周的完全延伸在实践中几乎无法实现或仅仅随着增加耗费才可能实现，因为在扫描元件1上设置有用于励磁线路1.21和接收线路1.22的连接区域，这将导致产生不连续性，即使其仅微不足道。
在符合工作要求的状态下，分度元件2径向地位于扫描元件1内部，而并不与其相接触。通常，分度元件2起到转子的作用并且固定在能围绕轴线A旋转的机器部件处。相反地，扫描元件1此时构成角度测量装置的定子，从而扫描元件固定在不动的机器部件处。在分度元件2和扫描元件1之间有围绕轴线A的相对旋转时，在扫描元件1中能够通过感应作用产生与相应的角位置相关的信号。因此，配备有根据本发明的扫描元件1的角度测量装置用于检测在能固定在第一机器部件处的扫描元件1和能固定在第二机器部件、例如固定在轴处的分度元件2之间的角位置。
分度元件2在本实施例中设计成环，在其外周面侧处有两个以轴向间隔来布置的分度轨道2.1，2.2。分度轨道2.1，2.2在所提供的实例中包括连接片2.11，2.21和位于其间的空隙2.12，2.22，其中，第一分度轨道2.1具有六十四个这种连接片2.11，而第二分度轨道2.2仅包括三十一个连接片2.22。由此，这两个分度轨道2.1，2.2分别由交替地布置的连接片2.11，2.21和空隙2.12，2.22的周期序列构成。特别地，分度轨道2.1，2.2沿着周向方向具有不同的分度周期。
形成相应的信号的前提条件是，励磁线路1.21产生了在接收线路1.22的区域内或在由此所扫描到的分度轨道2.1，2.2的区域内的随时间变换的激励电磁场。在所示出的实施例中，励磁线路1.21构造成多个平行的、电流通流过的单个印制电路。如果励磁线路1.21有电流流过，那么围绕相应的励磁线路1.21构成了管状或圆柱形的定向的电磁场。所生成的电磁场的场线以围绕励磁线路1.21的同心圆的形式延伸，其中，场线的方向以公知的方法和方式与励磁线路1.21中的电流方向相关。在连接片2.11，2.21的区域中感应生成涡流，从而实现了根据角位置调制电磁场。相应地，能够通过接收线路1.22测量周向方向上的相对位置。接收轨道的成对接收线路1.22如下地布置，使得接收线路对分别提供了以90°相位错开的信号，由此还能够进行对旋转方向的确定。用于确定周向方向上的位置、即角位置的接收轨道中的每一个都由各自的励磁线路1.21所包围。线路板1.3上的电路1.31用于评估或处理信号，从而形成和输出例如包含与所测量的角位置相关的信息的数字数据。
接收线路1.22的这两个轨道实际上围绕扫描元件1的全部圆周、即几乎360°地围绕轴线A延伸。通过这种结构方式，在较大的构造公差时也能够实现精确的角度确定。
通过使两个分度轨道2.1，2.2具有略微不同的分度周期，在使用差拍原理或游标原理的情况下能够由接收线路1.22的信号确定出分度元件2相对于扫描元件1的绝对角位置。

Claims (15)

1.一种用于感应式角度测量装置的扫描元件(1)，其中，所述扫描元件(1)包括：
具有励磁线路(1.21)和接收线路(1.22)的印制电路板(1.2)，以及
电路(1.31)
其特征在于，
所述印制电路板(1.2)布置在壳体(1.1)中，其中，所述壳体(1.1)具有导向件(1.12)，所述印制电路板(1.2)引入到所述导向件中，其中，所述导向件(1.12)设计成，使得所述印制电路板(1.2)在平行于轴线(A)的方向上形状配合地定位并且所述印制电路板(1.2)由于引入到所述导向件(1.12)中而沿着围绕所述轴线(A)弯曲的圆周线变形。
2.根据权利要求1所述的扫描元件(1)，其特征在于，所述壳体(1.1)具有开口(1.13)，所述开口设计成，使得所述印制电路板(1.2)能够在切线方向上引入到所述导向件(1.12)中。
3.根据权利要求1所述的扫描元件(1)，其特征在于，所述印制电路板(1.2)布置在壳体(1.1)中，使得在所述壳体(1.1)和所述印制电路板(1.2)之间存在气隙(s)。
4.根据权利要求1所述的扫描元件(1)，其特征在于，所述印制电路板(1.2)布置在壳体(1.1)中，使得所述印制电路板(1.2)和所述壳体(1.1)在所述印制电路板(1.2)的边缘(1.23)处相接触。
5.根据权利要求1所述的扫描元件(1)，其特征在于，所述导向件(1.12)在所述印制电路板(1.2)的至少一个所述边缘(1.23)处啮合所述印制电路板。
6.根据权利要求1所述的扫描元件(1)，其特征在于，所述导向件(1.12)设计为至少围绕部分圆周的槽。
7.根据权利要求1所述的扫描元件(1)，其特征在于，所述印制电路板(1.2)以360°的角度围绕地布置。
8.根据权利要求1所述的扫描元件(1)，其特征在于，所述印制电路板(1.2)的端部(1.25)布置在圆周线的径向外部或径向内部。
9.根据权利要求1所述的扫描元件(1)，其特征在于，所述印制电路板(1.2)布置成，使得从所述轴线(A)出发的径向取向的半径(R)在至少两个点(P)处与所述印制电路板(1.2)相交。
10.根据权利要求9所述的扫描元件(1)，其特征在于，所述印制电路板(1.2)在端部(1.25)处与线路板(1.3)相连接，在所述线路板上安装有电路(1.31)，其中，所述半径(R)也与所述线路板(1.3)相交。
11.根据权利要求1所述的扫描元件(1)，其特征在于，所述印制电路板(1.2)在该印制电路板的端部(1.24，1.25)处设计成，使得这两个所述端部(1.24，1.25)能够重叠地布置在轴向方向上。
12.根据权利要求1所述的扫描元件(1)，其特征在于，所述印制电路板(1.2)构造成多件式的并且所述印制电路板(1.2)的所述部件通过桥接件(1.26)相互连接。
13.根据权利要求12所述的扫描元件(1)，其特征在于，所述桥接件(1.26)在平行于所述轴线(A)的方向上具有比所述印制电路板(1.2)更小的扩展。
14.根据权利要求1所述的扫描元件(1)，其特征在于，所述印制电路板(1.2)构造成多件式的并且所述印制电路板(1.2)的所述部件以间隙(u)在周向方向上彼此间隔地布置。
15.根据权利要求1所述的扫描元件(1)，其特征在于，所述壳体(1.1)具有壳体部分(1.11)，所述壳体部分借助在平行于所述轴线(A)的方向上延伸的底切(1.151)固定在所述壳体(1.1)处。
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