SE539190C2 - Ett sensorhuvud för en pulsgivare - Google Patents

Description

Teknikområde Föreliggande uppfinning avser ett sensorhuvud för en pulsgivare.

Uppfinningens bakgrund Pulsgivare används ofta i miljöer där de utsätts för mycket vibrationer och ofta i en kraftigt förorenad miljö. Pulsgivaren kan till exempel användas för att generera positionsvärden för axelrotation i en maskin. Exempelvis kan pulsgivaren vara fäst på en roterande axel i maskinen. Pulsgivarskivan bringas att rotera när axeln roterar och pulsgivarhöljet och -detektorn är fast anslutna på maskinens hölje.

Traditionellt har en optoelektrisk pulsgivare använts, vilken innefattar en pulsgivarskiva som har ett optiskt läsbart mönster. Skivmönstret avläses av en eller flera sensorhuvuden som har minst en detektor, som var och en levererar en elektrisk signal i förhållande till den mängd ljus som mottages i detektorn, så att rörelse hos pulsgivarskivan i förhållande till detektorn anges genom förändringar hos den elektriska signalen.

Pulsgivarskivan innefattar ett periodiskt mönster, såsom exempelvis ett flertal reflekterande och icke-reflekterande områden med inbördes samma storlek. När pulsgivarskivan vrids eller roteras kan förändringen mellan reflekterande och icke-reflekterande områden detekteras och en vinkelförändring sålunda bestämmas.

Förutom användningen av optiska/reflekterande pulsgivare finns det också pulsgivare för magnetisk och induktiv avläsning.

När axlarna har mycket stora diametrar når dock sådana konventionella pulsgivare sin be-gränsning på grund av behovet av särskild montering, såsom kuggremskoncept, som är komplicerade och dyra. Konventionella pulsgivare kan inte heller användas för axeländar som är oåtkomliga, och inte heller kan konventionella pulsgivare användas för ihåliga axlar. Magnetiska pulsgivare har nyligen introducerats på marknaden och de innefattar ett magnetband som lättare och billigare kan installeras på stora axlar jämfört med de konventionella pulsgivarna. När ett magnetband används är en bärarring lämpligen installerad på axeln, vars bärarring stöder magnetbandet. Ett sensorhuvud för avläsning av magnetbandet är anordnat med en liten luftspalt nära magnetbandet på bärarringen, som är anordnad på axeln. På motsvarande sätt är mellanrummet mellan sensorhuvudet och axeln anordnat med en liten luftspalt när ett sensorhuvud används för magnetoresistiv, optisk/reflekterande och induktiv avläsning.

Ett problem vid användningen av magnetiska, magnetoresistiva, optiska/reflekterande och induktiva pulsgivare är att sidan av sensorhuvudets hus som är vänt mot axeln eller bärarringen måste motsvara krökningen hos axeln, såväl som hos varje bärarring på axeln. Detta beror på faktumet att detektorn/detektorerna inuti huset hos sensorhuvudet bör anordnas så nära som möjligt och med samma avstånd till omkretsen hos axeln eftersom avläsningsförmågan hos detektorerna minskar med ökande avstånd. Således bör sidan hos sensorhuvudet som är vänd mot axeln eller bärarringen ha samma krökning som axeln eller bärarringen när dubbla detektorer används. Minst två detektorer är nödvändiga vid användning av till exempel magnetiska pulsgivare för att utan avbrott kunna avkänna remsan över skarven på remsan. Av praktiska skäl är ett sensorhuvud enligt teknikens ståndpunkt försett med dubbla detektorer inuti dess hus. Följaktligen är, för varje given axeldiameter, ett respektive hus hos ett sensorhuvud konventionellt tillverkat med en främre vägg som är vänd mot axeln/ringen och som har en given krökning för den specifika axeldimensionen. Vidare är, i ett sådant konventionellt tillverkat sensorhuvud, detektorerna fästa i en exakt ordning och andra komponenter är också anpassade inuti huset hos sensorhuvudet för den specifika axeldimensionen. Sammanfattningsvis resulterar alla ovanstående nämnda krav på sensorhuvudet i ett sensorhuvud som är dyrt och komplicerat.

WO 2011018330 A2 beskriver en polhjulsanordning för en roterande pulsgivare, varvid pol-hjulet innefattar polhjulssegment. Pulsgivaren har ett sensorhuvud med flera sensorer.

DE 102005056207 A1 beskriver ett sensorsystem för en pulsgivare med minst två sensor-element som kan justeras oberoende av varandra.

Syftet med den föreliggande uppfinningen är att åstadkomma ett sensorhuvud som elimine-rar nackdelarna förknippade med känd teknik. Ett ytterligare syfte är att åstadkomma ett för-bättrat sensorhuvud som är billigare och enklare att tillverka jämfört med känd teknik. Ett ytterligare syfte är att åstadkomma ett sensorhuvud för en pulsgivare som kan användas för olika axeldimensioner.

Sammanfattning av uppfinningen De ovanstående syftena löses genom den föreliggande uppfinningen som avser ett sensorhuvud för en pulsgivare, innefattande ett hus och minst två detektorer. Detektorerna är jus-terbart anordnade vid huset. Vardera detektor är anordnad i en ände av en detektorplätta innefattande ett kretskort, och en pivå hos detektorplattan är anordnad vid en motstående ände hos detektorplattan.

I enlighet med lösningen enligt den föreliggande uppfinningen åstadkoms, från produktions-synpunkt, ett kostnadseffektivt och okomplicerat sensorhuvud. Som en följd av detta kan le-veranstiden förkortas jämfört med tillverkningen av tidigare kända sensorhuvuden.

Tillförlitligheten hos sensorhuvudet och dess komponenter ökar eftersom likadana komponenter kan användas vid tillverkning av olika storlekar av sensorhuvuden.

En annan fördel är att sensorhuvudet enligt föreliggande uppfinning kan användas för olika axeldiametrar och inte behöver vara anpassat för någon särskild axeldimension. Enligt uppfinningen är det enklare att ställa in detektorerna hos sensorhuvudet på samma avstånd till bärarringen eller axeln.

Andra syften, utföringsformer och fördelar med den föreliggande uppfinningen beskrivs i närmare detalj i beskrivningen och i de efterföljande patentkraven.

Kort beskrivning av ritningarna Uppfinningen kommer nedan att beskrivas med hänvisning till utföringsformer av den föreliggande uppfinningen och de bifogade ritningarna, på vilka Figur 1A schematiskt visar en pulsgivarenhet i perspektivvy enligt en utföringsform av den föreliggande uppfinningen, Figur 1B schematiskt visar pulsgivarenheten i fig. 1A i en sidovy, där en del av bärarringen och sensorhuvudet visas i tvärsnitt, Figur 2 schematiskt visar ett sensorhuvud för en pulsgivare i en sidovy enligt en utföringsform av den föreliggande uppfinningen, Figur 3A schematiskt visar, i en frontvy, ett sensorhuvud för en pulsgivare enligt en ytterligare utföringsform av den föreliggande uppfinningen, Figur 3B schematiskt visar, i perspektivvy, sensorhuvudet för en pulsgivare i fig. 3A, Figur 4A visar en vy ovanifrån av ett sensorhuvud, enligt en annan utföringsform av föreliggande uppfinning, med överdelen av huset avlägsnad, Figur 4B visar sensorhuvudet i fig. 4A i en perspektivvy snett uppifrån, och Figur 4C visar sensorhuvudet i fig. 4A-B i en tvärsnittsvy ovanifrån.

Detaljerad beskrivning Fig. 1A-B och fig. 2 visaren pulsgivarenhet 1 enligt en utföringsform av den föreliggande uppfinningen. Pulsgivaren 1 är lämplig för magnetisk, magnetoresistiv, optisk/reflekterande eller induktiv avläsning och innefattar avkänningsorgan, härefter kallat sensorhuvud 3, för avläsning av ett roterbart pulsgivningselement 4, till exempel direkt mot en axel 5 (se fig. 2) hos en maskin som har ett pulsgivningselement eller mot en bärarring 2 (se fig. 1A-B) med pulsgivningselementet monterat på axeln 5. Följaktligen bringas pulsgivningselementet att rotera när axeln roterar och sensorhuvudet 1 är fast anslutet till höljet hos maskinen (ej visat). I till exempel en magnetisk pulsgivare är pulsgivningselementet 4 ett/flera magne-tiskt/magnetiska element, såsom ett magnetband med magnetiska poler 4' anordnade direkt på axeln 5 eller på en bärarring 2. Det/de magnetiska elementet/elementen kan även vara till exempel en eller flera magneter som är monterade i plast och gjutna på en ring där den är magnetiserad. Minst två detektorer i sensorhuvudet 3 krävs vid användning av magnetiska pulsgivare för att kunna avkänna bandet utan avbrott över skarven på magnetbandet med magnetiska poler 4'. För alla magnetoresistiva, optiska/reflekterande och induktiva pulsgivare som har liknande utformning med ringar och sensorhuvuden kan samma grundidé som hos den föreliggande uppfinningen tillämpas. Enligt en föredragen utföringsform avser föreliggande uppfinning magnetisk avläsning.

Vidare, enligt utföringsformen som beskrivs och visas i fig. 2, innefattar pulsgivaren 1 ett hus 7 och minst två detektorer 6, 6'. Huset 7, visat i utföringsformen i fig. 2, är företrädesvis en i huvudsak ihålig kropp som har ett inre utrymme som vidare beskrivs nedan.

I fig. 2 visas schematiskt en axel 5 som har ett pulsgivningselement (ej visat) som är fäst på dess omkrets P. Axeln har ett rotationscentrum C. Vidare är varje detektor 6, 6' anordnad på en detektorplatta 10, 10' innefattande ett kretskort (ej visat). På detektorplattorna 10, 10' är varje detektor 6, 6' anordnad i en första ände 12 (se fig. 4A-C). Detektorerna 6, 6' vid den första änden 12 hos detektorplattan 10, 10' bör anordnas så nära som möjligt och med samma avstånd till omkretsen P hos axeln 5, eftersom avläsningsförmågan hos detektorerna 6, 6' minskar med ökande avstånd. Därför är detektorplattan 10, 10' anordnad med en pivå 14, 14' vid en andra motstående ände 16 (se fig. 4A-C), i förhållande till den nämnda första änden 12, i syfte att optimera avläsningsförmågan hos detektorerna. Därför är, enligt föreliggande uppfinning, läget hos detektorerna 6, 6' anordnade vid huset 7 förskjutbart anordnat såsom schematiskt visas med pilarna A, A' i fig. 2, genom rotation av detektorplattan 10, 10' i pivån 14, 14'. Som en följd kan detektorernas 6, 6' läge i förhållande till axeln lätt justeras för att kunna användas för pulsgivarinstallationer med olika axeldiametrar D som har olika omkretskrökning p. För en korrekt pulsgivarmontering av sensorhuvudet 3 till en särskild axeldiameter, justeras vardera detektorplatta 10, 10' så att pivån 14, 14', detektorn 6, 6' och ett centrum C hos axeln 5 är anordnade längs en rät linje SL, som begränsar en vinkel a mellan den raka linjen SL och en centrumlinje CL, som löper genom centrum CS hos sensorhuvudet och axelns rotationscentrum C, för det avsedda monterade läget hos sensorhuvudet 3 för avläsning mot en axel 5.

Figur 3A-B visar schematiskt ett sensorhuvud 3 för en pulsgivarenhet 1 enligt en ytterligare utföringsform av föreliggande uppfinning. Axeln 5 visas som en tunn skiva i fig. 3B. Enligt utföringsformen som beskrivs och visas med hänvisning till fig. 3A-B, har samma hänvisningsbeteckningar som i utföringsformen enligt fig. 1-2 använts för liknande särdrag. Skillnaden jämfört med utföringsformen som beskrivs ovan och som visas i fig. 1-2 är att detektorerna 6, 6' är förskjutbart anordnade A, A' på utsidan 7S av huset 7 såsom visas i fig. 3A-B. Skillnaden är också att huset 7, förutom innefattande en ihålig kropp, kan vara en helt eller delvis solid kropp, såsom en platta eller liknande. Dessutom är varje detektorplatta 10, 10', med en respektive detektor 6, 6', anordnad på utsidan 7S av huset och inkapslad i ett hölje 22. Kablar, kontakter etc. kan löpa på utsidan eller insidan av huset 7.

I utföringsformen som visas i fig. 1-2, såväl som i den andra utföringsformen som visas i fig. 4A-C som beskrivs nedan, har huset 7 ett utrymme som begränsas av en överdel 7A, en underdel 7B och fyra väggar, en bakre vägg 7C, en främre vägg 7D och två respektive sido-väggar 7E (se fig. 4A-C). Enligt utföringsformen som beskrivs och visas med hänvisning till fig. 4A-C har samma hänvisningsbeteckningar som i utföringsformen enligt fig. 1-2 använts för liknande särdrag. Följaktligen är, enligt utföringsformerna som visas i fig. 1-2 och 4A-C, detektorerna 6, 6' på varje detektorplatta 10, 10' förskjutbart anordnade A, A' inuti huset 7. Således har, när detektorerna 6, 6' är förskjutbart anordnade inuti huset, delsektioner S1, S2, av den främre väggen 7D hos sensorhuvudets hus 7, vända mot axeln 5 (se fig. 2) företrädesvis en krökning 3' som följer förskjutningsrörelsen A, A' hos varje detektor på respektive detektorplatta 10, 10', vid förskjutning genom rotation i respektive pivå 14, 14', för att motsvara den specifika krökningen 3 hos axeln 5 eller en bärarring, som uppbären pulsgivarenhet. Den korta sidokanten 12' hos den första änden 12 av varje detektorplatta 10, 10' haren motsvarande krökning 3' som delsektionerna S1, S2. Krökningen haren konkav cirkulär bågform, sedd i riktningen mot axeln. Som en följd har delsektionerna S1, S2, av den främre väggen 7D hos sensorhuvudet 3, vända mot en axel 5 och närliggande varje kortsida 12' hos varje detektorplatta 10, 10', en konkav cirkulär bågform, sedd i riktningen mot axeln. Med andra ord beskriver krökningen 3" hos delsektionerna S1, S2 en tangent för varje krökning 3 för en specifik dimension hos axeln 5 eller en bärarring 2 på axeln 5.

Längden av en överbryggande del 18 mellan delsektionerna S1, S2 hos den främre väggen 7D beror på diametern hos axeln och exempelvis de magnetiska polerna hos ett band för en magnetisk pulsgivare. Vanligen kan längden av den överbryggande delen vara i intervallet omkring 30 till 40 mm.

En främre vägg 7D, hos sensorhuvudet 3, vänd mot en axel 5 kan vara försedd med en slits 20 på insidan av huset 7, i vilken slits 20 den yttre änden 12 hos detektorplattan 10, 10', där en respektive detektor 6, 6' är anordnad, är införd. Således är den främre väggen 7D delvis tunnare vid slitsen 20, så att den respektive detektorn 6, 6' vid kanten av varje detektorplatta 10, 10' kan anordnas ännu närmare omkretsen P hos axeln 5, för att ytterligare förbättra avläsningsförmågan hos detektorerna 6, 6'.

Hela detektorplattan 10, 10' eller en del av detektorplattan 10, 10' kan vara ett kretskort. I till exempel den andra änden 16 kan det finnas en elektrisk kontakt 22 för anslutning av ka-bel/kablar (ej visat), en flexstrip eller liknande, för vidare anslutning till ett huvudkretskort (ej visat) anordnat nedanför ett lock (ej visat), som utgör överdelen 7A.

Huset 7 är vidare försett med ett variabelt fästorgan för fixering av detektorplattorna 10, 10' i önskat läge. Till exempel kan, på underdelen 7B hos huset, en styrskena 24, med ett antal lämpligen gängade hål 26, vara anordnad. Lämpligen har styrskenan 24 en motsvarande krökning 3' som den främre kanten 12' hos detektorplattorna 10, 10' och delsektionerna. Vardera detektorplatta 10, 10' är försedd med ett genomgående hål 28 för montering av en skruv (ej visad) genom det genomgående hålet 28 och in i ett av de gängade hålen i skenan. Följaktligen justeras och positioneras en detektorplatta 10, 10' längs styrskenan i ett önskat läge för avläsning mot en axel 5 eller en bärarring på axeln, och fastsättas med hjälp av fästorgan.

I de visade utföringsformerna finns det två detektorplattor 10, 10' som har en respektive detektor 6, 6'. Naturligtvis kan antalet detektorplattor och detektorer vara fler än två.

Claims (6)

1. Sensorhuvud (3) för en pulsgivare (1) avsett att monteras i anslutning till en axel (5), varvid sensorhuvudet (3) innefattar ett hus (7) och minst två detektorer (6, 6'), kännetecknat av att vardera detektor (6, 6') är anordnad i en ände (12) av en detektorplatta (10, 10') innefattande ett kretskort, och en pivå (14, 14') hos detektorplattan är anordnad vid en motstående ände (16) hos detektorplattan, varvid detektorerna (6, 6') är förskjutbart (A, A') anordnade vid huset (7) genom rotation av detektorplattan (10, 10') i pivån (14, 14'), varvid läget hos varje detektor (6, 6') kan justeras för olika axeldiametrar (D), så att varje pivå (14, 14'), varje detektor (6, 6') och ett centrum (C) hos axeln (5), är anordnade längs en rät linje (SL) när sensorhuvudet (3) är korrekt monterat.

2. Sensorhuvudet (3) enligt patentkrav 1, varvid detektorerna (6, 6') är förskjutbart (A, A') anordnade inuti huset (7).

3. Sensorhuvudet (3) enligt något av de föregående patentkraven, varvid en främre vägg (7D) hos sensorhuvudet (3) som är vänd mot en axel (5) har en konkav cirkulär bågform, sedd i riktningen mot axeln (5), varvid delsektioner (S1, S2) av den främre väggen (7D) har en krökning (3) som följer förskjutningsrörelsen (A, A') hos varje detektor.

4. Sensorhuvudet (3) enligt patentkrav 3, varvid den främre väggen (7D) hos sensorhuvudet (3) som är vänd mot en axel (5) är försedd med en slits (20) på insidan av huset (7), i vilken slits (20) den yttre änden (12) hos detektorplattan(10, 10'), där en respektive detektor (6, 6') är anordnad, är införd.

5. Sensorhuvudet (3) enligt patentkrav 1, varvid detektorerna (6, 6') är förskjutbart (A, A') anordnade på utsidan av huset (7).

6. Sensorhuvudet (3) enligt patentkrav 5, varvid varje detektorplatta (10, 10') med en respektive detektor (6, 6') är inkapslad i ett hölje (22).