專利名稱：位置和/或力傳感器的制作方法
位置和/或力傳感器本發(fā)明涉及一種用于確定可運(yùn)動的、可磁化的和/或可導(dǎo)電的主體相對于具有至少一個極繞組的定子的位置的設(shè)備。本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種新的這種類型的傳感器設(shè)備，其可以相對于至今應(yīng)用的應(yīng)變儀或類似物以較高精度實(shí)現(xiàn)位置確定和可選地力確定。根據(jù)本發(fā)明的解決該任務(wù)的設(shè)備的特征在于設(shè)有用于探測測量信號的裝置，所述測量信號取決于通過主體的位置影響的極繞組感應(yīng)率。在測量信號和所述位置之間存在預(yù)定的功能關(guān)聯(lián)時可以如此確定位置。主體此外可以克服彈性的復(fù)位力運(yùn)動并且該設(shè)備構(gòu)成力傳感器，其為了力測量而利用在復(fù)位力和主體的位置之間的預(yù)定的功能關(guān)聯(lián)。 在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，定子具有多個極繞組，其繞組軸線從定子出發(fā)星形地延伸，所述主體包圍定子、優(yōu)選環(huán)形或球形包圍該定子。在后一種情況下可以確定主體相對于定子的徑向移動位置。優(yōu)選主體能夠在一個通過定子的多個極繞組的極繞組軸線構(gòu)成的平面中運(yùn)動，使得所述位置發(fā)生改變。在本發(fā)明的一個特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，主體通過包圍定子的管構(gòu)成并且定子具有多個極繞組，這些極繞組具有垂直于管軸線的極繞組軸線。特別是設(shè)置三個極繞組，其極繞組軸線彼此之間分別圍成一個優(yōu)選為120°的角度。對于極繞組的感應(yīng)率決定性的是極繞組的相應(yīng)的到管內(nèi)壁的距離。在另外一個特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，定子具有多個星形連接的極繞組。有利地通過這種方式基于實(shí)現(xiàn)的分壓，在各極繞組的感應(yīng)率之間的相對區(qū)別可以被用于進(jìn)行位置確定。用于探測測量信號的裝置優(yōu)選設(shè)置用于評估在極繞組的交變的電壓加載時在星形匯接點(diǎn)上改變的電位。特別是，極繞組設(shè)置用于按照同步電機(jī)的基于脈寬調(diào)制的運(yùn)行的方式進(jìn)行電壓脈沖加載。在這種情況下可以周期性地在星形匯接點(diǎn)上產(chǎn)生電壓突跳，其高度取決于主體相對于定子的相應(yīng)位置。在本發(fā)明的另外一個構(gòu)造中，定子可以設(shè)置在管的縱向中心并且管在其端部上被彈性保持，使得產(chǎn)生徑向復(fù)位力。從而管圍繞垂直于管軸線的中心軸線的偏轉(zhuǎn)僅僅可能稍微使得測量結(jié)果失真。在另外一個實(shí)施方式中，主體在環(huán)形的或球形的、與多個極繞組的端面對置的內(nèi)表面上具有帶有突起和/或凹部的結(jié)構(gòu)化。特別是，該結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)成周期性的并且優(yōu)選圍繞所述內(nèi)表面環(huán)繞的。優(yōu)選，結(jié)構(gòu)化如此設(shè)計(jì)，使得形成取決于主體圍繞環(huán)軸線或球軸線的旋轉(zhuǎn)位置的測量信號，從而可以確定圍繞環(huán)軸線的旋轉(zhuǎn)位置或確定扭轉(zhuǎn)力。替代或附加于所述結(jié)構(gòu)化，也可以在所述內(nèi)表面上設(shè)置磁鐵裝置，通過所述磁鐵裝置，由于極繞組的磁化的飽和度的改變而形成不同的極繞組感應(yīng)率。
在本發(fā)明的另外一個構(gòu)造中，可以根據(jù)測量信號，所述至少一個極繞組的通電能夠被控制成使得產(chǎn)生期望的、通過定子施加在主體上的磁力。通過這種方式可以例如構(gòu)成用于環(huán)形的或球形的主體的、無接觸的旋轉(zhuǎn)軸承。上述的設(shè)備的應(yīng)用可能性例如存在于被拉動或推移的車輛的手柄中，其中經(jīng)由測量所施加的手動力，例如實(shí)現(xiàn)伺服驅(qū)動裝置的控制。其它的應(yīng)用可能性是用于操縱桿。本發(fā)明接下來借助于一個實(shí)施例和引用該實(shí)施例的附圖
詳細(xì)闡述。圖I根據(jù)本發(fā)明的用于構(gòu)成力傳感器的設(shè)備的橫截面視圖；圖2圖I的設(shè)備，其中，外主體相對于被外主體包圍的定子徑向移動；
\圖3描述外主體和定子的相對移動的視圖；圖4圖I的設(shè)備的剖開的縱向側(cè)剖視圖；和圖5描述整個設(shè)備的示意圖。鋼管I用作例如高爾夫球童的待被牽拉的或待被推移的小車(未示出)的手柄。在鋼管I (其構(gòu)成導(dǎo)電的和可磁化的主體)中在其縱向中心安裝定子2。具有疊片鐵心3的定子2在所示出的實(shí)施例中具有三個極繞組4，其軸線5彼此圍成120°的角度。各軸線5圍成一個垂直于管軸線10的平面。如圖4示出，鋼管I在其端部上通過彈簧6被支承在靜止的且與上述小車連接的管芯體7上。三個彈簧6分別與極繞組4對應(yīng)地設(shè)置。只要不在鋼管I上作用任何徑向力，那么各極繞組4的所有三個端側(cè)相對于對置的鋼管I內(nèi)壁處在相同的間隙距離上。替代彈簧，也可以使用通過厚度改變可彈性變形的中間層。在施加力至構(gòu)成手柄的鋼管I上時，例如沿著在圖2中示出的箭頭8的方向，那么鋼管I相對于定子2平行于通過三個極繞組軸線5定義的平面移動。該平面在圖3中作為xy平面示出。在該移動時，所述三個極繞組4其中之一以其端側(cè)到達(dá)鋼管I的內(nèi)壁的附近，而兩個另外的極繞組的端側(cè)進(jìn)一步遠(yuǎn)離所述內(nèi)壁移動。在9處示出的三個向量描述鋼管I相對于定子2的徑向移動。在于圖3中示出的xy平面中管軸線10根據(jù)方向向量11遠(yuǎn)離與圖I的軸線位置相對應(yīng)的零位置移動。方向向量11由圖2中在9處示出的三個向量之和得出。通過定子2設(shè)置在鋼管I的縱向中心，鋼管I圍繞穿過縱向中心引導(dǎo)的垂直于管軸線10的軸線的翻轉(zhuǎn)僅僅對在管內(nèi)壁和極繞組端側(cè)之間的氣隙的相應(yīng)的寬度較小地起作用。如由圖5看出，三個極繞組4星形連接。一個裝置12測量在星形匯接點(diǎn)13處的相應(yīng)的電位并且將其評估。一個裝置14對以星形連接的極繞組4加載電壓脈沖，這是以同步電機(jī)在按照脈寬調(diào)制方法運(yùn)行時的電壓加載的形式實(shí)現(xiàn)的。在極繞組4的周期性交變的加載時在星形匯接點(diǎn)處形成不同的電位。電位差與各極繞組4相互之間的感應(yīng)率比例相關(guān)，該比例的大小又與極繞組4的相關(guān)的端面到鋼環(huán)I內(nèi)壁的距離相關(guān)。根據(jù)存儲的在電位差和所述的距離之間的關(guān)聯(lián)，在9處示出的移動向量可以被確定并且因此在鋼管I和定子2之間的整個相對移動可以被確定。如果此外在彈簧6的復(fù)位力和移動向量之間的關(guān)聯(lián)是已知的，那么可以由確定的移動向量確定操縱力連同操縱力的方向。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為，在鋼管I內(nèi)部與中心隔開距離地設(shè)置多個定子2時，附加地可以確定鋼管I圍繞上述垂直于管軸線的軸線的移動。在管壁內(nèi)側(cè)上設(shè)置多個磁鐵時，甚至可以確定鋼管I圍繞管縱向軸線的旋轉(zhuǎn)。
通過上述傳感器確定的手動力可以例如用于控制伺服驅(qū)動裝置或用于牽拉桿的位置調(diào)節(jié)。
權(quán)利要求
1.一種用于確定可運(yùn)動的、可磁化的和/或可導(dǎo)電的主體(I)相對于具有至少一個極繞組(4)的定子(2)的位置的設(shè)備，其特征在于設(shè)有用于探測測量信號的裝置(12-14)，所述測量信號取決于通過主體(I)的位置影響的極繞組(4)感應(yīng)率。
2.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其特征在于，主體(I)能夠克服彈性的復(fù)位力運(yùn)動并且該設(shè)備構(gòu)成力傳感器，其利用在復(fù)位力和主體(I)的位置之間的預(yù)定的功能關(guān)聯(lián)以進(jìn)行力測量。
3.如權(quán)利要求I或2所述的設(shè)備，其特征在于，定子(2)具有多個極繞組(4)，這些極繞組的繞組軸線(5)從定子(2)出發(fā)星形地延伸并且主體(I)包圍定子(2)、優(yōu)選環(huán)形或球形地包圍該定子。
4.如上述權(quán)利要求I至3之一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，主體(I)能夠在一個通過定子(2)的多個極繞組(4)的極繞組軸線(5)構(gòu)成的平面(xy)中運(yùn)動，使得所述位置發(fā)生改變。
5.如上述權(quán)利要求I至4之一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，主體(I)通過包圍定子(2)的管(I)構(gòu)成并且定子(2)具有多個極繞組(4)，這些極繞組具有垂直于管軸線(10)的極繞組軸線(5)。
6.如上述權(quán)利要求I至5之一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，定子(2)具有三個極繞組(4)，其極繞組軸線(5)彼此之間分別圍成一個優(yōu)選為120°的角度。
7.如上述權(quán)利要求I至6之一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，定子(2)具有多個星形連接的極繞組(4)。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，用于探測測量信號的裝置(12-14)設(shè)置用于評估在極繞組(4)的交變的電壓加載的情況下在星形匯接點(diǎn)(13)上改變的電位。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，極繞組(4)設(shè)置用于按照同步電機(jī)的基于脈寬調(diào)制的運(yùn)行的方式進(jìn)行電壓脈沖加載。
10.如上述權(quán)利要求5至9之一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，定子(2)設(shè)置在管(I)的縱向中心并且管(I)在其端部上被彈性保持，使得產(chǎn)生徑向復(fù)位力。
11.如上述權(quán)利要求I至10之一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，主體在環(huán)形的或球形的、與多個極繞組的端面對置的內(nèi)表面上具有帶有突起和/或凹部的結(jié)構(gòu)化。
12.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)成周期性的并且優(yōu)選圍繞所述內(nèi)表面環(huán)繞的。
13.如權(quán)利要求11或12所述的設(shè)備，其特征在于，結(jié)構(gòu)化如此設(shè)計(jì)，使得形成取決于主體圍繞環(huán)軸線或球軸線的旋轉(zhuǎn)位置的測量信號。
14.如上述權(quán)利要求I至13之一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，借助于測量信號，所述至少一個極繞組的通電能夠被控制成使得產(chǎn)生期望的、通過定子施加在主體上的磁力。
15.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備構(gòu)成用于環(huán)形的或球形的主體的、無接觸的旋轉(zhuǎn)軸承。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定可運(yùn)動的、可磁化的和/或可導(dǎo)電的主體(1)相對于具有至少一個極繞組的定子(2)的位置的設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明設(shè)置用于探測測量信號的裝置(12-14)，所述測量信號取決于通過主體(1)的位置影響的極繞組感應(yīng)率。
文檔編號G01D5/14GK102947679SQ201180029662
公開日2013年2月27日 申請日期2011年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月17日
發(fā)明者羅爾夫·施特羅特曼 申請人:羅爾夫·施特羅特曼