CN107873078A - 具有模块化结构的传感器组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种传感器组件，该传感器组件具有：壳体(4)；运动传感器(8)，该运动传感器(8)被安装在与该壳体(4)相连接的轴承元件(5)上；位置传感器(10)；以及位置转换器(11)，该位置传感器(10)和该位置转换器(11)相对于彼此被布置的方式为使得该运动传感器(8)的运动是能够测量的，其特征在于，该轴承元件从该壳体(4)伸出，或者其特征在于，该位置传感器(10)和该位置转换器(11)相对于该轴承元件是偏心的。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据独立权利要求的前序部分所述的传感器组件。
背景技术
图1a示出了从现有技术已知的传感器组件1。当要检测车辆的部件的位移时，例如可以使用这样的传感器组件。传感器组件1包括可移位的联接杆2，该可移位的联接杆例如能够与机动车辆行驶机构相联接，以便检测机动车辆行驶机构(未展示)的位移。然而，同样可设想的是：可移位的联接杆2与车身、前照灯、机动车辆车桥、或另一车辆部件相联接。该传感器组件还包括联接接头3和运动传感器8。该传感器组件还包括壳体4、呈轴(在附图中看不到)的形式的轴承元件、以及位置转换器和位置传感器，该位置转换器和位置传感器被相互布置成其方式为使得运动传感器8的运动是可测量的。
该联接杆通过联接接头3与运动传感器8相联接。由于该机动车辆行驶机构的移位，联接杆2运动并且联接的运动传感器8围绕一个角度而旋转，所述角度由传感器组件1来检测。为此，运动传感器8包括呈轴的形式的轴承元件，该轴作为摩擦轴承被安装在壳体4中并且在其自由端包括该位置转换器，所述轴由于运动传感器8的旋转运动而围绕其自己的纵向轴线旋转运动。联接杆2和运动传感器8被实施为细长的且尺寸刚性的以便确保有待检测的位移分别精确地传输或平移到适合于检测的位置。该位置转换器被配置为与该轴共同旋转的磁编码器。该磁编码器的旋转角度是由被整合在壳体4中的、呈霍尔传感器的形式的位置传感器来检测的。
图1b示出了形成轴承元件5的轴，该轴具有来自图1a的传感器组件1的位置转换器11和位置传感器10、从壳体4被释放。在此，位置转换器11被实施为具有呈极对的形式的永磁分离的磁编码器并且被紧固到该轴的端部上。位置传感器10是霍尔传感器，电流流经该霍尔传感器并且该霍尔传感器根据该磁编码器的磁场方向发出霍尔电压，通过评估所述霍尔电压推导出位置转换器11以及因此该轴的旋转角度。
这种传感器组件具有的缺点是被引导穿过该壳体的轴必须向外被密封，因为泄漏会导致水分进入并且折损该传感器组件的功能。轴安装件的磨损也可能引起同样的情况。此外，由于不同的热膨胀系数，将磁转换器元件组装在钢轴上是非常复杂的。
另一个缺点在于：在传感器元件整合安排在壳体内的情况下，角度传感器组件的独立部件的替换只能以高成本的方式来实现。
因此，本发明的目的在于提供一种传感器组件，该传感器组件以稳健的方式以高精确度运行并且在此能够以简单的并且不同的方式进行生产。
发明内容
根据本发明的第一方面，该目的通过开篇所述类型的传感器组件来实现，其中，轴承元件被配置成从壳体伸出。
被配置成从该壳体伸出的轴承元件优选被理解为是指该轴承元件被配置成相对于其与该壳体的界面伸出。如果该壳体在该壳体的其他位置处或其他区域中超过该轴承元件而伸出，或者如果该轴承元件被配置在该壳体的凹陷内，则这并没有明确地违背本发明的概念。
本发明所基于的基本概念是运动传感器的安装件或者轴从该壳体的内部向外部移位。该安装件以此方式被逆转，也就是说，该轴承元件形成该传感器组件的静态元件，而作为该运动传感器的部件的配对件是可运动的。除了能够简单地组装之外，这具有的优点是：该安装件不是位于该壳体的内部、而是位于该壳体的外部，由此可以省去或简化用于密封的措施。此外，产生了用于定位位置转换器元件和位置传感器元件的额外的可能性。
优选的改进是从属权利要求、附图、以及说明书的主题，这些改进通过明确引用被合并为说明书的主题。
在一个有利实施例中，该位置转换器或该位置传感器与该轴承元件、该运动传感器、该壳体、或壳体模块相连接。
在一个有利实施例中，该轴承元件与该壳体刚性地连接。以此方式，可以通过该安装件以特别明确且简单的方式来限定自由度的类型和数量。
在一个有利实施例中，该位置传感器或该位置转换器被整合在该轴承元件中或该壳体中。
在另一个有利实施例中，该位置传感器或该位置转换器被整合在该运动传感器中。
根据本发明，在此就该位置传感器或该位置转换器的元件而言，相应地决定性的不是组件的顺序、或到该轴承元件或到该运动传感器的分配，相应地而是整合所述元件的实施方式。
根据另一个实施例，该轴承元件有利地被配置为具有至少一条旋转轴线的关节轴承元件或球面轴承元件。由此，提供了该运动传感器的安装件，使得该运动传感器可以相对于该壳体旋转。球面轴承元件产生了额外的旋转轴线，这些旋转轴线确保了额外的游隙。
在一个有利实施例中，该传感器组件包括用于接收该位置传感器或该位置转换器的壳体模块，其中，该壳体模块能够以在该轴承元件的轴线、具体是旋转轴线上对准的方式被附接到该壳体上。通过这种安排该传感器组件具有特别模块化的结构，因为该壳体模块与该位置传感器或该位置转换器一起形成了可以容易地替换的一个单元。
优选地，该壳体模块被配置成使得所述壳体模块接近于该运动传感器地与该轴承元件的该至少一条旋转轴线相交，其方式为防止该运动传感器从该轴承元件轴向地移开。因此，该壳体模块表现出抵抗使该运动传感器从该轴承元件无意地被释放的安全特性。
在另一个有利实施例中，该位置传感器包括3D传感器或通过多条空间轴线进行检测的传感器，例如3D霍尔传感器。以与允许多条旋转轴线的轴承元件组合的方式(例如以球体的形式)，这具有的优点是：该运动传感器围绕所述旋转轴线中的一条或多条旋转轴线的旋转角度也可以通过位置传感器来检测。相比之下，以与允许基本上仅一条旋转轴线的轴承元件组合的方式(例如以圆柱体的形式)，相应地可以检测无意的自由度或围绕其他旋转轴线的旋转运动，所述无意的自由度或旋转运动由于该轴承元件的机械形状导致的公差而产生。此外，该3D传感器能够在时间曲线上辨别出一个或多个额外的自由度，该自由度相应地指示了该轴承元件或该安装件的磨损并且使所述磨损是可辨别的。
在一个额外的有利实施例中，该轴承元件被整合在用于紧固该壳体的固持器中。
优选的是，该轴承元件在该安装件的区域中被配置成基本上球形的或圆柱形的。
在另一个有利实施例中，该运动传感器被配置为轴。
便利的是，该轴形成电动机的转子。
根据本发明的另一方面，该目的通过具有壳体、运动传感器的传感器组件来实现，其中，该运动传感器被安装在与该壳体、位置传感器、以及位置转换器相连接的轴承元件上，并且其中，该位置传感器和该位置转换器被相互布置成其方式为使得该运动传感器的运动是可测量的，并且其中，该位置传感器和该位置转换器相对于该轴承元件偏心地布置。这种传感器组件的优点是：在设计与该壳体相连接的轴承元件的该运动传感器的安装件时存在特别大的自由度。此外有助于该传感器组件的模块化结构和简单组装。
该位置传感器与该轴承元件或该壳体相连接、以及该位置转换器与该运动传感器相连接(或反之亦然)被理解为是指位置传感器或位置转换器分别以整合的或分化的构造模式与所提及的相应部件直接相连接。
在此情况下，该轴承元件优选与该壳体刚性地连接。
在一个有利实施例中，该轴承元件被配置为具有至少一条旋转轴线的关节轴承元件或球面轴承元件、或被配置为轴元件。
在一个有利的设计实施例中，该位置传感器和该位置转换器与该轴承元件的该旋转轴线具有相同的径向间距。
在另一个有利的设计实施例中，该位置传感器和该位置转换器以径向的方式相对于该轴承元件的该旋转轴线相互布置。
该轴承元件有利地被整合在用于紧固该壳体的固持器中。
在另一个实施例中，该轴承元件和该壳体形成了整体式设计。由此确保了在该轴承元件与该壳体之间不需要密封件。
在一个有利实施例中，该位置传感器或该位置转换器能够通过***成型被整合在该轴承元件、该运动传感器、或该单独的壳体模块中。这能够实现简单的并且成本有效的生产。
该位置传感器优选地包括磁阻传感器、霍尔传感器、或感应传感器。这些传感器类型特别适合于在这样的传感器组件中测量角度。
在一个有利实施例中，该位置转换器包括编码器磁体。
在另一个有利实施例中，该位置传感器包括支持磁体。
在此情况下，该位置转换器优选包括编码器板。通过这种实施方式简化了该传感器组件的生产和组装。
在一个有利实施例中，该运动传感器是变速器的部件，该变速器将基本上线性的运动转换成基本上旋转的运动。
便利的是，该运动传感器被配置为杠杆。
在此有利的是，该杠杆与联接杆可旋转地联接。
在附图中展示了本发明的示例性实施例并且以下将对其进行更详细的解释。
附图说明
图2示出了根据本发明的传感器组件在经整合的实施方式中的示意性截面图，
图3示出了根据本发明的传感器组件在模块化的实施方式中的示意性截面图，
图4示出了根据本发明的传感器组件的第三示例性实施例的截面图，
图5示出了根据本发明的传感器组件的第四示例性实施例的外观图，
图6示出了根据本发明的传感器组件的第五示例性实施例的示意性截面图。
具体实施方式
图2以截面图示意性地示出了根据本发明的传感器组件1的第一示例性实施例，该传感器组件包括运动传感器8、壳体4、相对于壳体4为静态的轴承元件5、以及位置转换器11和位置传感器10，其中，所述位置转换器11和位置传感器10被相互布置成其方式为使得运动传感器8的运动是可测量的。
壳体4通过紧固元件12与轴承元件5固定地连接使得该轴承元件与壳体4共同形成不可运动的单元。然而，壳体4和轴承元件5的不具有紧固元件12的经整合的或整体式的模式同样是可设想的。此外，轴承元件5被配置成从壳体4伸出使得安装了运动传感器8的区域位于壳体4之外。轴承元件5的从壳体4伸出的那个端部被配置成是球形的并且限制运动传感器8的运动可能性，使得该运动传感器是以受限制的方式围绕与球形构型的中心相交的轴线可旋转的。在此，壳体4和运动传感器8相应地是成形的或相互间隔开的，使得能够实现运动传感器8的被限定为容许的每次运动。在此，本发明首先检测围绕所展示的旋转轴线9的旋转角度，而不检测或同样检测其他旋转角度(根据位置传感器10的实施方式)并且这些其他旋转角度用于数学解析或用于估计磨损。
运动传感器8具有呈空心球体的方式的、与接头套相对应的配对件6。因此形成的球接头形成了运动传感器8在壳体4上的安装件。位置转换器11相应地被整合在运动传感器8或接头套中，使得所述位置转换器11可以描述运动传感器8的旋转角度。被整合在轴承元件5中或该轴承元件的球形构型中的位置传感器10相应地被配置和定位使得所述位置传感器10检测旋转角度。将位置转换器11与位置传感器10进行交换同样是可能的。当运动传感器8被旋转时(例如由于联接杆围绕所展示的旋转轴线9移位)，然后位置转换器11共同被旋转。由于其旋转位置，位置传感器10例如通过旋转磁场接收关于角度的修改信息，所述信息通过电气线路(在此未展示)被传递至评估单元(同样未展示)。
图3示出了根据本发明的根据第二示例性实施例的传感器组件1的模块化模式的截面图。除了运动传感器8、壳体4、轴承元件5、以及位置转换器11、以及位置传感器10之外，所述第二示例性实施例还包括壳体模块13，该壳体模块通过壳体模块紧固元件14与壳体4相连接并且与该壳体一起形成了静态单元。位置传感器10和位置转换器11被相互布置成其方式为使得运动传感器8的运动是可测量的。关于轴承元件5和运动传感器8的安排的特征与图2的那些特征相同并且因此不再重复。
然而，与图2相比，位置传感器10不是被整合在轴承元件5中、而是被整合在壳体模块13中。这个壳体模块13被配置成使得运动传感器8具有用于允许旋转运动的足够的空间，并且使得防止了运动传感器8从轴承元件5的、具体是沿着轴承元件的旋转轴线9的不希望的释放。位置转换器11被整合在运动传感器8中。通过将位置传感器10分配给壳体模块13、并将位置转换器11分配给运动传感器8，在这种安排的情况下实现了模块化部件概念。然而，同样可设想逆转的分配。除了检测运动传感器8围绕轴承元件5的纵向轴线的旋转角度之外，也可以使用3D传感器元件、例如霍尔传感器元件作为位置传感器10来检测围绕其他轴线的旋转角度。以此方式，可以得出关于安装件的磨损的结论，或者可以借助于评估单元(未展示)解析出对角度的具体检测的结果。
图4以另一个截面图示出了根据本发明的根据第三示例性实施例的传感器组件1。省去了对以上附图的相同特征的重复描述。
在此，轴承元件5被实施为圆柱形的并且包括经整合的位置传感器10，该位置传感器通过电气线路15与在壳体4的容器区域7中的评估电子装置(未展示)相连接。与图3和图4的实施例所示的轴承元件相比，所述轴承元件5不是通过紧固元件、而是以整合的方式与壳体4相连接。轴承元件5与运动传感器8的对应成形的配对件6一起形成了将运动传感器8基本上限制到一个自由度(即围绕圆柱形轴承元件5的纵向轴线的旋转)的关节轴承的一部分。位置转换器11在这条旋转轴线上对准并且被整合在运动传感器8中。
该壳体在一端包括紧固成型件16，该紧固成型件用于借助于适合的紧固元件将壳体4紧固到车身的一部分上。将位置传感器10的电气线路15引导至具有评估电子装置(未展示)的容器区域7的窄的区域与以经整合的方式配置的轴承元件5相邻。
图5以另一个实施例示出了根据本发明的在根据第四示例性实施例的经整合的模式下的传感器组件1。在此也省去了对以上附图的相同特征的重复描述。运动传感器8通过可弹性变形的、由塑料制成的接头部件与可移位的联接杆2相连接，以便检测车辆部件(未展示)的位移。该弹性接头部件形成了联接接头3并且能够将联接杆2的位移转换成运动传感器8的旋转，同时省去了如图1a中展示的多部件式接头。在这个实施例的情况下的轴承元件5与用于将壳体4紧固到车辆部件上的固持器17相连接。在这个图示中，该位置传感器和该位置转换器是被遮挡的。所述位置传感器和位置转换器分别被整合在壳体4或运动传感器8中。
在图6中示出的根据本发明的根据第五示例性实施例的传感器组件的经整合的模式的截面图，除了以上已经描述的诸如运动传感器8、轴承元件5、以及壳体4等部件(对此省去了重复描述)之外，包括位置传感器10和位置转换器11，该位置传感器和该位置转换器各自与运动传感器8的旋转轴线径向地间隔开。位置传感器10和位置转换器11被配置为环形的；然而，呈圆的区段的方式或呈多个部件的方式的位置传感器10和/或位置转换器11的实施方式也是可设想的。替代性地或额外地，代替位置传感器10和位置转换器11与旋转轴线9平行的所示的安排，位置传感器与位置转换器径向地相对于旋转轴线9的安排也是可能的。
在本发明的各实施例的上下文中解释并示出的所有特征能以多种不同的组合提供在根据本发明的主题中，以便同时实现所述特征的有利效应。
本发明的保护范围是通过权利要求书来限定的并且不受在说明书中解释的或在附图中示出的特征的限制。
参考符号列表
1.传感器组件
2.联接杆
3.联接接头
4.壳体
5.轴承元件
6.配对件
7.容器区域
8.运动传感器
9.旋转轴线
10.位置传感器
11.位置转换器
12.紧固元件
13.壳体模块
14.壳体模块紧固元件
15.电气线路
16.紧固成型件
17.固持器
Claims (15)
1.一种传感器组件(1)，具有
-壳体(4)，
-运动传感器(8)，其中，该运动传感器(8)被安装在与该壳体(4)相连接的轴承元件(5)上，
-位置传感器(10)，以及
-位置转换器(11)，
其中，该位置传感器(10)和该位置转换器(11)被相互布置成其方式为使得该运动传感器(8)的运动是可测量的，
其特征在于，
该轴承元件(5)被配置成从该壳体(4)伸出。
2.如权利要求1所述的传感器组件(1)，其中，该轴承元件(5)与该壳体(4)刚性地连接。
3.如以上权利要求之一所述的传感器组件(1)，其中，该位置传感器(10)或该位置转换器(11)被整合在该轴承元件(5)中或该壳体(4)中。
4.如以上权利要求之一所述的传感器组件(1)，其中，该位置传感器(10)或该位置转换器(11)被整合在该运动传感器(8)中。
5.如以上权利要求之一所述的传感器组件(1)，其中，该轴承元件(5)被配置为具有至少一条旋转轴线(9)的关节轴承元件或球面轴承元件。
6.如以上权利要求之一所述的传感器组件(1)，该传感器组件还具有用于接收该位置传感器(10)或该位置转换器(11)的壳体模块(13)，其中，该壳体模块(13)能够以在该轴承元件(5)的轴线、具体是旋转轴线(9)上对准的方式被附接到该壳体(4)上。
7.如权利要求6所述的传感器组件(1)，其中，该壳体模块(13)被配置成使得所述壳体模块(13)接近于该运动传感器(8)地与该轴承元件(5)的该至少一条旋转轴线相交，其方式为防止该运动传感器(8)从该轴承元件(5)轴向地移开。
8.如以上权利要求之一所述的传感器组件(1)，其中，该位置传感器(10)包括3D传感器。
9.如以上权利要求之一所述的传感器组件(1)，其中，该轴承元件(5)被整合在用于紧固该壳体(4)的固持器(17)中。
10.如以上权利要求之一所述的传感器组件(1)，其中，该轴承元件(5)在安装区域中被配置成基本上球形的或圆柱形的。
11.如以上权利要求之一所述的传感器组件(1)，其中，该运动传感器(8)被配置为轴。
12.一种传感器组件(1)，具有
-壳体(4)，
-运动传感器(8)，其中，该运动传感器(8)被安装在与该壳体(4)相连接的轴承元件(5)上，
-位置传感器(10)，以及
-位置转换器(11)，
其中，该位置传感器(10)和该位置转换器(11)被相互布置成其方式为使得该运动传感器(8)的运动是可测量的，
其特征在于，
该位置传感器(10)和该位置转换器(11)相对于该轴承元件(5)偏心地布置。
13.如权利要求12所述的传感器组件(1)，其中，该轴承元件(5)被配置为具有至少一条旋转轴线的关节轴承元件或球面轴承元件、或者被配置为轴元件。
14.如权利要求13所述的传感器组件(1)，其中，该位置传感器(10)和该位置转换器(11)与该轴承元件(5)的旋转轴线具有相同的径向间距。
15.如权利要求13所述的传感器组件(1)，其中，该位置传感器(10)和该位置转换器(11)以径向的方式相对于该轴承元件(5)的旋转轴线相互布置。
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