具有角度傳感器的傳感器裝置以及滾動(dòng)軸承裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種具有用于測量扭轉(zhuǎn)的角度傳感器的傳感器裝置。本發(fā)明還涉及一 種滾動(dòng)軸承裝置，其包括根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 由WO 2011/134955 A2公知了這種傳感器裝置和這種滾動(dòng)軸承裝置。這種滾動(dòng)軸 承裝置在附圖2中以立體橫截面圖示出。滾動(dòng)軸承裝置首先包括滾動(dòng)軸承01，在其上沿軸 向相鄰地安裝有角度傳感器02。滾動(dòng)軸承01包括內(nèi)環(huán)03和外環(huán)06,其能圍繞內(nèi)環(huán)03繞 旋轉(zhuǎn)軸線04旋轉(zhuǎn)。在內(nèi)環(huán)03與外環(huán)06之間存在有球狀的滾動(dòng)體07。滾動(dòng)體07保持在 (圖3所示）保持架08內(nèi)。外環(huán)06與內(nèi)環(huán)03之間的空間通過密封墊圈09對外密封。 [0003] 角度傳感器02包括傳感器環(huán)11，其借助保持元件12固定在外環(huán)06上的構(gòu)造在外 環(huán)06內(nèi)的環(huán)繞的凹槽13內(nèi)。但是，傳感器環(huán)11在此非抗相對轉(zhuǎn)動(dòng)地固定在外環(huán)06上，這 是因?yàn)榄h(huán)形的保持元件12可以在環(huán)繞的凹槽13內(nèi)繞旋轉(zhuǎn)軸線04旋轉(zhuǎn)。非抗相對轉(zhuǎn)動(dòng)的 固定方式基于如下事實(shí)，即，在長時(shí)間運(yùn)行期間，外環(huán)06在容納外環(huán)06的機(jī)器元件（未示 出）內(nèi)被略微轉(zhuǎn)動(dòng)?；诜强瓜鄬D(zhuǎn)動(dòng)的固定方式，傳感器環(huán)11相對于旋轉(zhuǎn)軸線04可以 保持其角位置，從而利用角度傳感器的測量不會(huì)失真。
[0004] 角度傳感器02還包括實(shí)體量具14,其在構(gòu)造在內(nèi)環(huán)03內(nèi)的環(huán)繞的凹槽16內(nèi)抗相 對轉(zhuǎn)動(dòng)地與內(nèi)環(huán)03固定。實(shí)體量具14具有偏心的環(huán)形形狀并且在圖9和10中被詳細(xì)示 出。實(shí)體量具14環(huán)繞U形殼式芯17的U形橫截面形狀，該殼式芯固定在傳感器環(huán)11內(nèi)。 環(huán)形的殼式芯17由鐵磁性材料制成。U形的殼式芯17的U形橫截面構(gòu)成內(nèi)U形分支18和 外U形分支19,它們相對于U形底部21彎曲。
[0005] 傳感器環(huán)11包括內(nèi)支承環(huán)22和外支承環(huán)23,其中，在內(nèi)支承環(huán)22與外支承環(huán)23 之間形成環(huán)形室24,殼式芯17和線路板26位于其中。線路板26在圖4中詳細(xì)示出。在線 路板26上構(gòu)造有發(fā)射線圈27 (在圖4中示出）和接收線圈28 (在圖4中示出）。發(fā)射線圈 27和接收線圈28可以通過電纜29電連接。電纜29經(jīng)過殼式芯17上的電纜支架31穿過 外支承環(huán)23內(nèi)的凹口 32通向環(huán)形室24外部。電纜支架31還用于將殼式芯17和線路板 26相對于容納滾動(dòng)軸承裝置的機(jī)器元件（未示出）抗相對轉(zhuǎn)動(dòng)地固定。
[0006] 圖3以橫截面圖示出圖2所示滾動(dòng)軸承裝置。
[0007] 圖4示出圖2所示線路板26的細(xì)節(jié)。在線路板26上構(gòu)造有發(fā)射線圈27和接收 線圈28。線路板26是印制電路板，其包含多個(gè)層，其中，發(fā)射線圈27和接收線圈28被構(gòu)造 為導(dǎo)體跡線36。線路板26具有四個(gè)相同分布且構(gòu)造相同的開口 37。這些開口 37均具有 圓環(huán)段的形狀。圓環(huán)段分別具有約60°的圓心角。殼式芯17的外U形分支19穿過開口 37,從而使殼式芯17完全環(huán)繞發(fā)射線圈27,而其相應(yīng)大致僅環(huán)繞接收線圈28的一半。本身 呈環(huán)形的外U形分支19在其環(huán)形形狀中是中斷的，從而使其可以穿過開口 37伸出?；?外U形分支19的環(huán)形形狀的中斷，構(gòu)造出環(huán)段38,它們分別具有圓弧狀。這些圓弧分別具 有約60°的圓心角。
[0008] 圖9示出實(shí)體量具14的針對圖2所示滾動(dòng)軸承裝置的由現(xiàn)有技術(shù)公知的實(shí)施方 式。實(shí)體量具14在橫截面圖中垂直于旋轉(zhuǎn)軸線04示出，其中，還示出外U形分支19和內(nèi) U形分支18。實(shí)體量具14在其相對于殼式芯17扭轉(zhuǎn)（在圖2中示出）期間導(dǎo)致通過殼式 芯17和實(shí)體量具14形成的磁路相對于各個(gè)接收線圈28 (在圖4中示出）的可變的磁阻， 這是因?yàn)閷?shí)體量具14是偏心的。實(shí)體量具14的偏心率由如下實(shí)現(xiàn)，即，環(huán)形的實(shí)體量具14 的環(huán)寬在周邊上是變化的，即從最小環(huán)寬變化為最大環(huán)寬，并且又變換回最小環(huán)寬。
[0009] 圖10示出圖2所示實(shí)體量具14的細(xì)節(jié)。不同于圖9所示實(shí)體量具，實(shí)體量具14 在圖10中是雙偏心的，這是因?yàn)椴粌H實(shí)體量具14的外周邊而且實(shí)體量具14的內(nèi)周邊都構(gòu) 造為偏心的。由此，角度傳感器對U形分支18、19垂直于旋轉(zhuǎn)軸線04的移動(dòng)是不敏感的。
[0010] 在圖9和圖10所示外U形分支19中沒有示出（圖4所示的）環(huán)段38的構(gòu)造。
[0011] WO 2011/134955 A2所示的滾動(dòng)軸承裝置可以實(shí)現(xiàn)0°至360°之間的絕對角度 測量。因此，其例如適用于單極電機(jī)軸的支承裝置。因此，圖2至4所示角度傳感器02也 被特征化為單極的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 從WO 2011/134955 A2所示的解決方式出發(fā)，本發(fā)明的任務(wù)是提供一種滾動(dòng)軸承 裝置以及適用于其的傳感器裝置，利用他們能夠?qū)崿F(xiàn)尤其是在多極電機(jī)上的多極角度測 量。
[0013] 上述任務(wù)通過根據(jù)附帶的權(quán)利要求1的傳感器裝置以及根據(jù)附帶的并列的權(quán)利 要求10的滾動(dòng)軸承裝置來解決。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置用于測量扭轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)，其中，表征旋轉(zhuǎn)或扭轉(zhuǎn)的角度是 測量參數(shù)。傳感器裝置包括構(gòu)造為多極的角度傳感器，從而能夠通過n個(gè)極實(shí)現(xiàn)測量。在 此，n是大于1的自然數(shù)。多極性導(dǎo)致角度傳感器能夠在大小為360°/n的轉(zhuǎn)角內(nèi)實(shí)現(xiàn)絕 對角度測量。當(dāng)然也可以測量大于360°/n的角度，例如通過步進(jìn)測量步驟。根據(jù)本發(fā)明 的傳感器裝置尤其適用于測量多極電機(jī)的轉(zhuǎn)角，其中，角度傳感器和電機(jī)具有相同數(shù)量的 極。在這種情況下，通過操控電機(jī)隨時(shí)了解要測量的角度構(gòu)造在全圓的n個(gè)周邊區(qū)段的那 個(gè)區(qū)段內(nèi)。
[0015] 角度傳感器首先包括環(huán)繞旋轉(zhuǎn)軸線的傳感器環(huán)和可相對于該傳感器環(huán)旋轉(zhuǎn)的實(shí) 體量具。在傳感器環(huán)上設(shè)置有至少一個(gè)發(fā)射線圈和多個(gè)接收線圈。在發(fā)射線圈與接收線圈 之間形成磁路。通過該磁路可以傳輸信號?？尚D(zhuǎn)的實(shí)體量具構(gòu)成磁路的一部分。在此， 可旋轉(zhuǎn)的實(shí)體量具在磁路內(nèi)相對于各個(gè)接收線圈構(gòu)造出可變的磁阻。這導(dǎo)致當(dāng)實(shí)體量具繞 旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁路的磁阻針對各個(gè)接收線圈發(fā)生變化。磁路磁阻的變化依賴于可旋轉(zhuǎn) 的實(shí)體量具的轉(zhuǎn)角。
[0016] 磁路還通過環(huán)形的殼式芯形成，其在包括旋轉(zhuǎn)軸線的平面內(nèi)優(yōu)選具有U形橫截 面。殼式芯的環(huán)形優(yōu)選與旋轉(zhuǎn)軸線同軸布置。發(fā)射線圈設(shè)置在殼式芯內(nèi)部。殼式芯具有兩 個(gè)分支，它們本身同樣具有環(huán)形形狀。實(shí)體量具構(gòu)造為環(huán)，其閉合了殼式芯的兩個(gè)環(huán)形分支 之間的磁路。環(huán)形分支優(yōu)選與旋轉(zhuǎn)軸線同軸構(gòu)造。
[0017] 接收線圈分別部分布置在殼式芯之內(nèi)并且部分布置在殼式芯之外。因此，接收線 圈分別部分位于殼式芯的兩個(gè)分支之間。殼式芯的兩個(gè)環(huán)形分支中的一個(gè)構(gòu)造成段狀，從 而使其包括環(huán)段。外分支優(yōu)選構(gòu)造成段狀。環(huán)段優(yōu)選與旋轉(zhuǎn)軸線同軸布置。接收線圈分別 環(huán)繞殼式芯的至少其中一個(gè)環(huán)段。環(huán)段均大致具有圓弧狀。在每種情況下，環(huán)段都相應(yīng)構(gòu) 造成圓弧，其中點(diǎn)位于旋轉(zhuǎn)軸線中。這些圓弧的特征分別在于圓心角，其描述了相對于中點(diǎn) 的打開度。圓弧相對于旋轉(zhuǎn)軸線的角位置可以利用中間半徑來描述，其形成各個(gè)圓弧的對 稱軸線。中間半徑包括圓弧在旋轉(zhuǎn)軸線中的中點(diǎn)和在圓弧周邊上的中間點(diǎn)。
[0018] 角度傳感器的多極性能夠?qū)崿F(xiàn)對實(shí)體量具與傳感器之間的360°/n的轉(zhuǎn)角之內(nèi) 的絕對角度測量。根據(jù)本發(fā)明，這通過如下方式來實(shí)現(xiàn)，即，使其中兩個(gè)相鄰的環(huán)段的圓弧 的中間半徑彼此之間分別具有一角度，該角度為直角的n等分的一倍或多倍。在此，直角的 n等分的整數(shù)因數(shù)可以分別依賴于實(shí)際可行性來選擇。因數(shù)的選擇例如通過接收線圈的拉 伸來確定。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置的一個(gè)特別的優(yōu)點(diǎn)在于，這種角度傳感器能夠首次實(shí)現(xiàn) 多極角度測量。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置優(yōu)選包括至少四個(gè)殼式芯環(huán)段。以下說明環(huán)段的角位 置，其中，對照原則上可自由選擇的參考角位置。參考角位置可以與接收線圈的布置的對 稱軸線重合。但是，參考角位置也可以設(shè)置在其中一個(gè)接收線圈的拉伸部之內(nèi)的任意位 置處。在這些優(yōu)選實(shí)施方式中，第一環(huán)段的圓弧的中間半徑相對于參考角位置具有角度 (45° +a*360° )/n。在此，a是自然數(shù)，其中，自然數(shù)在這里被理解為包括數(shù)字零。第二環(huán) 段的圓弧的中間半徑相對于參考角位置具有角度（225° +b*3