專利名稱：旋轉(zhuǎn)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)傳感器，它例如設(shè)置在電機中轉(zhuǎn)子的軸上，并且確定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)和旋轉(zhuǎn)位置。
常見的旋轉(zhuǎn)傳感器如同在圖8和9中示例表示地構(gòu)造。在此圖8示出旋轉(zhuǎn)傳感器基體和軸承部位的結(jié)構(gòu)的主視圖；圖9示出沿著圖8中線A-A的剖面圖，其中圖8的視圖已經(jīng)通過旋轉(zhuǎn)傳感器的其它部件補充。為了易于理解結(jié)構(gòu)，在圖9中也在剖面圖中給出基板支撐體1a，它們實際上不位于剖面圖的這個位置上。
在附圖中，所述旋轉(zhuǎn)傳感器具有旋轉(zhuǎn)傳感器基體1、設(shè)置在旋轉(zhuǎn)傳感器基體1上的軸承2和通過該軸承2可旋轉(zhuǎn)地固定的空心軸3。用于測量物體的軸被導(dǎo)引到在圖中軸3的左端部中的空心部位，由此能夠使旋轉(zhuǎn)傳感器的軸3與待測量物體的旋轉(zhuǎn)耦合。在軸3的右端部上安置有分度盤4，它與軸的旋轉(zhuǎn)耦合地旋轉(zhuǎn)。由于旋轉(zhuǎn)而使分度盤4上的圓環(huán)形的測量分度旋轉(zhuǎn)，該分度盤由交替設(shè)置的切縫和不透光的部位組成。
在旋轉(zhuǎn)傳感器基體1的支撐體1a上安置有一個基板5或者說板坯，它對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)傳感器基體1的形狀。在基板5的確定位置上設(shè)置有檢測元件6，它配有固定的、前置的掃描分度(Abtastteilung)7。此外用于加工檢測元件6的電信號的未示出的其它電子元件和電路構(gòu)造和設(shè)置在基板上。光源8設(shè)置在旋轉(zhuǎn)傳感器基體1上構(gòu)造的凹槽或開口16里面，其中這樣確定各個位置，即對于位于其間的分度盤4，光源8位于檢測元件6的對面。該光源8的光穿過在分度盤4上構(gòu)造的透光切縫而延伸，并且到達檢測元件6，該檢測元件前置于固定的掃描分度7。通過檢測透過了分度盤的測量分度的光，可以獲得分度盤4的旋轉(zhuǎn)位置，即待測量物體的旋轉(zhuǎn)位置。


圖10和11示出按照現(xiàn)有技術(shù)的另一旋轉(zhuǎn)傳感器的結(jié)構(gòu)，其中圖10示出旋轉(zhuǎn)傳感器基體和軸承部位的結(jié)構(gòu)主視圖；圖11示出沿著圖10中線A-A的剖面圖，其中通過旋轉(zhuǎn)傳感器的其它部件補充了圖10的視圖。在這個示例中，由于重量的原因在旋轉(zhuǎn)傳感器基體1的外圓周1g與軸承固定部位1e之間構(gòu)造有薄的部位1d，并且在支撐體1a與軸承固定部位1e之間構(gòu)造有用于加強的筋肋1c。其它部件對應(yīng)于圖8和9的部件，因此相同的部件以相同的參考標記表示并且省去相同的描述。
在這樣構(gòu)造的常見的旋轉(zhuǎn)傳感器中存在下面的問題。如上所述，軸3通過軸承2設(shè)置在旋轉(zhuǎn)傳感器基體1上。旋轉(zhuǎn)傳感器基體1一般由輕的且易于加工的金屬如鋁等構(gòu)造，而對于軸承3的材料經(jīng)常選擇鐵。因此在旋轉(zhuǎn)傳感器周圍的溫度變化時，由于兩種材料的不同材料特性引起的不同熱膨脹系數(shù)導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)傳感器的不期望的機械應(yīng)力或負荷。由于在旋轉(zhuǎn)傳感器基體1側(cè)面上的應(yīng)力可能使軸承2變形，由此可能產(chǎn)生軸3的旋轉(zhuǎn)不均勻性或轉(zhuǎn)矩波動。
這甚至可能影響到待測量的物體。因此存在著不利地影響準確測量旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)位置或者不利地影響位置精度的危險。當通過皮帶或類似機構(gòu)實現(xiàn)待測量物體的連接時，可能導(dǎo)致皮帶滑移并產(chǎn)生測量誤差。
例如由日本專利申請JP 2001-027551已知，具有這種結(jié)構(gòu)的光學旋轉(zhuǎn)傳感器。但是其中沒有提到上述的與旋轉(zhuǎn)傳感器基體和軸承的不同熱膨脹系數(shù)影響相關(guān)的問題因此本發(fā)明的目的是，給出具有這樣結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)傳感器，其中克服了由于旋轉(zhuǎn)傳感器基體和軸承的不同熱膨脹系數(shù)通過應(yīng)力變形而產(chǎn)生的影響，并且盡可能不產(chǎn)生由于溫度變化而引起的旋轉(zhuǎn)不均勻性(Umdrehungsunregelmaessigkeit)或轉(zhuǎn)矩波動(Drehmoment-schwankung)。
這個目的通過具有權(quán)利要求1特征的旋轉(zhuǎn)傳感器得以實現(xiàn)。
按照本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)傳感器的有利實施例由從屬權(quán)利要求中的特征給出。
按照本發(fā)明，用于確定待測量物體的旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)傳感器具有與待測量物體的旋轉(zhuǎn)相耦合的軸、至少一個在其中可旋轉(zhuǎn)地支承著所述軸的軸承以及具有軸承固定部位的旋轉(zhuǎn)傳感器基體，在該旋轉(zhuǎn)傳感器基體上固定有軸承。在旋轉(zhuǎn)傳感器基體上構(gòu)造有至少一個凹槽部位，它沿著軸承固定部位的圓周以確定的深度如此連續(xù)地構(gòu)造，使得它包圍了軸承固定部位的至少一半圓周。
所述凹槽部位的深度優(yōu)選至少大于軸承的厚度。
在可能的實施方式中，所述凹槽部位在軸承固定部位的整個圓周上延伸。
在另一可能的實施方式中，所述凹槽部位構(gòu)造在旋轉(zhuǎn)傳感器的內(nèi)部。
在備選的實施方式中，所述凹槽部位構(gòu)造在旋轉(zhuǎn)傳感器的外側(cè)面上。
在另一實施方式中，所述凹槽部位包括兩個局部凹槽部位，其中第一局部凹槽部位在旋轉(zhuǎn)傳感器內(nèi)部構(gòu)造，而第二局部凹槽部位在旋轉(zhuǎn)傳感器外側(cè)面上構(gòu)造。
按照本發(fā)明，可以提供具有這樣結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)傳感器，其中由于旋轉(zhuǎn)傳感器基體和軸承的不同熱膨脹系數(shù)而引起的應(yīng)力變形影響最小化，并因此只會微小地產(chǎn)生由于溫度變化而引起的旋轉(zhuǎn)不均勻性或轉(zhuǎn)矩波動。由此還能夠更精確地實現(xiàn)高精度測量，此外也可以將對待測量物體的影響降低到最小程度。
通過在旋轉(zhuǎn)傳感器基體的軸承固定部位的圓周部位上按照本發(fā)明構(gòu)造凹槽，軸承固定部位的至少一部分構(gòu)造為薄的部位，由此可以抑制由于旋轉(zhuǎn)傳感器基體和軸承的不同熱膨脹系數(shù)所產(chǎn)生的應(yīng)力影響。這個薄的部位本身的功能是減少應(yīng)力的產(chǎn)生，并且能夠使可能產(chǎn)生的應(yīng)力逸出。
因為目的在于形成薄的部位，值得期望的是，使凹槽部位靠近軸承固定部位構(gòu)造。原則上，薄的部位的厚度越小，有效性越高。但是因為太薄的厚度可能導(dǎo)致軸承太小的機械固定，因此應(yīng)該由旋轉(zhuǎn)傳感器的尺寸、形狀和結(jié)構(gòu)等總體評價推導(dǎo)或優(yōu)化出所需的厚度。
因為凹槽部位的深度與薄的部位的高度是一致的，因此在原則上，薄的部位越大、即凹下的深度越深，機械有效性就越高。但是因為太大的深度對于機械的總體穩(wěn)定性方面具有負面影響，因此如上所述，要由旋轉(zhuǎn)傳感器的大小、形狀、結(jié)構(gòu)、必需的強度等總體評價推導(dǎo)出深度。因為一般使用兩個軸承，因此該深度優(yōu)選至少為軸承在軸的縱軸線方向上的厚度。已經(jīng)證實特別有利的是，選擇的深度直到第二軸承的安裝位置，并且尤其選擇該深度直到第二軸承安裝位置的至少1/3。
所述凹槽部位的寬度在徑向上基本不受限制，并且可以任意選擇。但是因為太大的寬度可能導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)傳感器基體的更低的機械穩(wěn)定性，因此要使所選擇的寬度能夠易于加工并且可以足夠好地承受可能的變形。該參數(shù)一般對于小結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)傳感器而言在幾毫米至略超過10mm的范圍。
與凹槽部位在軸圓周方向上的長度、即薄的部位的長度有關(guān)的是，這個長度越長，其有效性越高。此外有利的是，該長度包圍軸的整個圓周。如果這由于結(jié)構(gòu)的原因不能實現(xiàn)，則應(yīng)該使該長度至少盡可能長地構(gòu)造。如果不包圍軸的整個圓周，而是只包圍一部分圓周，則應(yīng)該優(yōu)選包圍至少一半軸圓周，尤其是至少2/3軸圓周。原則上，凹槽部位的長度越接近整個圓周，有效性越高。
所述凹槽部位不僅可以在旋轉(zhuǎn)傳感器基體的外側(cè)面上構(gòu)造而且可以在內(nèi)側(cè)面上構(gòu)造，即構(gòu)造在安置有分度盤的側(cè)面上以及構(gòu)造在對置的側(cè)面上；此外也可以使凹槽部位在兩個側(cè)面上構(gòu)造。可以根據(jù)旋轉(zhuǎn)傳感器的結(jié)構(gòu)和形式、所需的強度等決定在哪個側(cè)面上實現(xiàn)結(jié)構(gòu)。
由下面的借助于附圖的實施例的描述給出本發(fā)明的其它優(yōu)點和細節(jié)。附圖示出圖1按照本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)傳感器第一實施方式的旋轉(zhuǎn)傳感器基體和軸承部位的結(jié)構(gòu)的主視圖，圖2沿著圖1中線A-A的剖面圖，圖3按照本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)傳感器第二實施方式的旋轉(zhuǎn)傳感器基體和軸承部位的結(jié)構(gòu)的主視圖，圖4沿著圖3中線A-A的剖面圖，圖5對應(yīng)于圖2的局部剖面圖，在其中示出按照本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)傳感器的第三實施方式，圖6對應(yīng)于圖2的局部剖面圖，在其中示出按照本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)傳感器的第四實施方式，圖7對應(yīng)于圖2的局部剖面圖，在其中示出按照本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)傳感器的第五實施方式。
圖1和2示出按照本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)傳感器的第一實施方式。圖1示出旋轉(zhuǎn)傳感器基體和軸承部位的結(jié)構(gòu)的主視圖。圖2是沿著圖1的線A-A的剖面圖，其中以旋轉(zhuǎn)傳感器的其它部件補充了圖1的視圖。為了易于理解結(jié)構(gòu)，在圖2中也在剖面圖中示出基板支撐體1a，它們實際上不位于剖面圖中的這個位置。
根據(jù)附圖，按照本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)傳感器包括一個旋轉(zhuǎn)傳感器基體1、安裝在旋轉(zhuǎn)傳感器基體1的軸承固定部位1e上的軸承2和一個安置在軸承2上的并由此可旋轉(zhuǎn)地固定的空心軸形式的軸3。在這個示例中，使用了兩個軸承2。所述軸3通過兩個略微相互間隔地設(shè)置的兩個軸承固定在兩個點上。所述旋轉(zhuǎn)傳感器基體這樣構(gòu)造，使得這些軸承易于安置和定位。
待測量物體的軸通過插入來安裝到軸3在圖中左邊端部的空心部位里面，由此實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)傳感器的軸3與待測量物體的旋轉(zhuǎn)的耦合。作為待測量的物體例如可以是高精度的定位電機(Positionierungs-motor)如伺服電機或脈沖電機(Impulsmotor)、各種形式的電機或者驅(qū)動裝置或者通過手動運動輸入裝置來驅(qū)動的結(jié)構(gòu)。借助于旋轉(zhuǎn)傳感器，可以測量它們的旋轉(zhuǎn)位置、旋轉(zhuǎn)速度、轉(zhuǎn)數(shù)或類似參數(shù)。
在軸3的右端部上安置有一個分度盤4，它與軸3的旋轉(zhuǎn)耦合地旋轉(zhuǎn)。通過這種旋轉(zhuǎn)，在檢測側(cè)在分度盤4上的光學測量分度的圖形發(fā)生改變。
在旋轉(zhuǎn)傳感器基體1的支撐體1a上安置有一個基板5或板坯，它對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)傳感器基體1的形狀。在基板的確定位置上設(shè)置有一個檢測元件6，如一個光電晶體管或一個光電二極管，對它前置有一個固定的掃描分度7。此外在基板5上構(gòu)造和設(shè)置有電子元件和電路，用于處理檢測元件6的電信號和用于對外連接。檢測元件6也可以由多個小室構(gòu)成光源8，如一個發(fā)光二極管，設(shè)置在一個在旋轉(zhuǎn)傳感器基體1上構(gòu)造的、用于安置光源的溝槽或開口1b里面。這樣使相應(yīng)的位置一致，即對于位于之間的分度盤4，光源8正好位于檢測元件6的對面。該光源8的光穿過在分度盤4上構(gòu)造的光切縫而延伸，并照到檢測元件6。由在檢測側(cè)所獲得的切縫圖案，可以識別分度盤4的旋轉(zhuǎn)位置，即識別待測量的物體的旋轉(zhuǎn)位置。
在旋轉(zhuǎn)傳感器基體1的軸承固定部位1e附近，凹槽部位11這樣向著旋轉(zhuǎn)傳感器內(nèi)部、即向著設(shè)置有分度盤4的一側(cè)敞開地構(gòu)造，使得它局部地包圍軸承固定部位1e。由此使一部分軸承固定部位1e變成厚度為t的薄的部位1f。用于安置光源的開口1b位于凹槽部位11的不連續(xù)的部位內(nèi)，其中凹槽部位11這樣構(gòu)造，使得它直線地遠離這個開口。所述凹槽部位11在這個示例中具有這樣的寬度，它略微窄于軸承2的寬度，而其深度大于軸承的厚度并且直到安置有第二軸承的部位的一部分(約1/3)。該凹槽部位11的連續(xù)部位在這個示例中包括包圍著軸3的、約300°的角度范圍θ。
圖3和4示出按照本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)傳感器的第二實施方式。圖3示出旋轉(zhuǎn)傳感器基體和軸承部位結(jié)構(gòu)的主視圖；圖4示出沿著圖3的線A-A的剖面圖，其中通過旋轉(zhuǎn)傳感器的其它部件補充了圖3的視圖。由于與在圖2中相同的原因，在圖4中也以剖面圖給出基板支撐體1a，它實際上不位于剖面圖的這個位置上。
在這個示例中，所述光源8和檢測元件6的布置與上述示例相反。因此光源8設(shè)置在基板5上，而具有前置固定的掃描分度7的檢測元件6設(shè)置在旋轉(zhuǎn)傳感器基體1上的另一基板9之上。因此與光源8的高度相協(xié)調(diào)，支撐體1a的長度也變得更大，即實現(xiàn)更遠離分度盤4的布置。
而所述凹槽部位11構(gòu)造為在整個圓周上延伸，因此它完全包圍軸3。只要強度上不存在問題，以這種方式，通過在整個圓周上延伸的結(jié)構(gòu)而沒有形成凹槽部位不連續(xù)的位置，導(dǎo)致進一步改善去載荷或脫耦作用。因此還可以進一步抑制由于可能的應(yīng)力而產(chǎn)生的影響。所示實施例的其它部件對應(yīng)于圖1和2的部件。因此相同的部件配有相同的參考標記，并且不再詳細描述它們。
圖5示出按照本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)傳感器的第三實施方式，其中涉及一個對應(yīng)于圖4剖面圖的局部剖面圖。在這個示例中，凹槽部位11在旋轉(zhuǎn)傳感器外側(cè)面上敞開，即在與安置有分度盤的側(cè)面對置的那個側(cè)面上。該凹槽部位11的寬度比在第一實施方式和第二實施方式中更窄，并且在凹槽部位的外側(cè)圓周部位上構(gòu)造有臺階。這種結(jié)構(gòu)適合于通過使旋轉(zhuǎn)傳感器的單個部件或臺階插接到一起而裝配。其它部件對應(yīng)于圖3和4的部件，因此相同的部件配有相同的參考標記，并且不再詳細描述它們。通過這種方式，可以在具有按照部件或臺階結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)傳感器中也構(gòu)造出凹槽部位11。
圖6示出按照本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)傳感器的第四實施方式，其中涉及一個如圖5的局部剖面圖。因為在這個示例中沒有圖5那樣的臺階，因此凹槽部位11的寬度基本等于在第一和第二實施例中的寬度。其它部件對應(yīng)于圖5的部件，因此相同的部件配有相同的參考標記并且不再詳細描述它們。通過這種方式，當旋轉(zhuǎn)傳感器沒有臺階形結(jié)構(gòu)的時候，可以擴大凹槽部位11的寬度。
圖7示出按照本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)傳感器的第五實施方式，其中涉及如圖5的局部剖面圖。在這個示例中，凹槽部位11a、11b以局部凹槽部位的形式，不僅在旋轉(zhuǎn)傳感器外側(cè)上敞開，而且在旋轉(zhuǎn)傳感器內(nèi)側(cè)上敞開，即在安置有分度盤的側(cè)面上和對置的側(cè)面上敞開。所述凹槽部位11a、11b的寬度基本與第一和第二實施方式中的寬度相同。而兩個軸承的距離變大，由此使旋轉(zhuǎn)傳感器基體1的厚度變大。所述凹槽部位11a、11b的深度大于軸承的厚度，以多于約1/3的軸承厚度大于軸承厚度。其它部件對應(yīng)于圖5的部件，因此相同的部件配有相同的參考標記并且不再詳細描述它們。通過這種方式，也能夠構(gòu)造兩個凹槽部位11a、11b，它們位于旋轉(zhuǎn)傳感器基體1的外側(cè)面或內(nèi)側(cè)面上。其深度可以大于軸承厚度地構(gòu)造，只要這樣引起的旋轉(zhuǎn)傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)和為此所引起的加工成本是可以接受的。
上述實施例1至5示出了按照本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)傳感器的優(yōu)選實施例的示例。但是本發(fā)明不局限于這些實施方式，即當然能夠?qū)崿F(xiàn)不同的變化和變型。
此外按照本發(fā)明措施的有利作用已經(jīng)經(jīng)受過試驗的檢驗。對于按照圖9和10的小結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)傳感器由于基體側(cè)面的60℃的溫度變化而引起的在1.3至1.6范圍的一般導(dǎo)致的轉(zhuǎn)矩波動，通過按照本發(fā)明的按照圖1的結(jié)構(gòu)，減小到1.0至1.2的數(shù)量級。
如上所述，通過在軸承固定部位形成凹槽部位和至少局部地構(gòu)造薄的部位，可以減少應(yīng)力的影響，這些應(yīng)力由于軸承和旋轉(zhuǎn)傳感器基體的不同材料特性而引起的不同熱膨脹系數(shù)所產(chǎn)生。能夠提供具有改善測量精度的旋轉(zhuǎn)傳感器，它不對待測量的物體施加負荷。
本發(fā)明可以用于使軸承安置在不同形式的旋轉(zhuǎn)傳感器基體上，如光學的、磁的或感應(yīng)的旋轉(zhuǎn)傳感器、旋轉(zhuǎn)變壓器的基體上。
權(quán)利要求
1.用于確定待測量物體的旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)傳感器，具有-軸(3)，它與待測量物體的旋轉(zhuǎn)相耦合，-至少一個軸承(2)，所述軸(3)可旋轉(zhuǎn)地支承在該軸承(2)中，以及-帶有軸承固定部位的旋轉(zhuǎn)傳感器基體(1)，所述軸承(2)固定在該旋轉(zhuǎn)傳感器基體(1)上，其中在旋轉(zhuǎn)傳感器基體(1)上構(gòu)造有至少一個凹槽部位(11)，該凹槽部位(11)沿著所述軸承固定部位的圓周以確定的深度如此連續(xù)地構(gòu)造，使得該凹槽部位(11)將軸承固定部位的至少一半圓周包圍。
2.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)傳感器，其中所述凹槽部位(11)的深度至少大于軸承的厚度。
3.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)傳感器，其中所述凹槽部位(11)在所述軸承固定部位的整個圓周上延伸。
4.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)傳感器，其中所述凹槽部位(11)構(gòu)造在旋轉(zhuǎn)傳感器的內(nèi)部。
5.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)傳感器，其中所述凹槽部位(11)構(gòu)造在旋轉(zhuǎn)傳感器外側(cè)面上。
6.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)傳感器，其中所述凹槽部位包括兩個局部凹槽部位(11a，11b)，在這兩個局部凹槽部位(11a，11b)中，第一局部凹槽部位(11b)構(gòu)造在旋轉(zhuǎn)傳感器的內(nèi)部，而第二局部凹槽部位(11a)構(gòu)造在旋轉(zhuǎn)傳感器外側(cè)面上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于確定待測量物體的旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)傳感器，它具有與待測量物體的旋轉(zhuǎn)相耦合的軸(3)以及至少一個軸承(2)，所述軸(3)可旋轉(zhuǎn)地支承在該軸承(2)中。此外該旋轉(zhuǎn)傳感器還具有帶著軸承固定部位的旋轉(zhuǎn)傳感器基體(1)，所述軸承(2)固定在該旋轉(zhuǎn)傳感器基體(1)上，其中在旋轉(zhuǎn)傳感器基體(1)上構(gòu)造有至少一個凹槽部位(11)，該凹槽部位(11)沿著所述軸承固定部位的圓周以確定的深度如此連續(xù)地構(gòu)造，使得該凹槽部位(11)將軸承固定部位的至少一半圓周包圍。
文檔編號G01D11/02GK101095031SQ200580045086
公開日2007年12月26日 申請日期2005年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月28日
發(fā)明者中村義行, 高橋雅人 申請人:約翰尼斯海登海恩博士股份有限公司