本实用新型专利技术涉及转矩和角度传感器及具有该角度传感器的伺服驱动装置，该转矩和角度传感器用于确定要从驱动件传递至从动件的转矩并具有：至少部分环绕的驱动侧编码环段，如极环段；用于扫描驱动侧编码环段的非接触式传感器；和从动侧编码环段，经由从动侧编码环段能扫描该从动件的角位，用于扫描驱动侧编码环段的传感器通过具有预定扭转弹性的扭簧桥与该驱动侧编码环段联接。
【技术实现步骤摘要】
转矩和角度传感器及具有该角度传感器的伺服驱动装置
本技术涉及用于确定要从驱动件传递至从动件的转矩以及从动件的绝对转动角度的转矩和角度传感器。尤其是本技术涉及用于确定要从工艺过程设备，如精炼设备、食品加工设备、石化设备等的伺服驱动装置传递至这种设备的伺服阀(如气动式操作的球阀)的转矩以及转动角度的转矩和角度传感器。本技术也涉及用于工艺过程设备的伺服驱动装置，具有用于确定要从该伺服驱动装置的驱动件传递至该工艺过程设备的伺服阀的从动件的转矩和伺服阀转动角度的转矩和角度传感器。
技术介绍
在DE10041090AI中公开了在机动车
中的已知的转矩和角度传感器。所述已知的转矩和角度传感器具有两个设置在非常刚性的转向轴上的编码轮，所述编码轮被相对于可转动的转向轴固定安装的传感器元件扫过以检测编码轮的各自扭转角度。从两个编码轮的角度差计算出转矩。但这种已知的转矩和角度传感器的缺点是，因为转向轴是抗扭刚性的，因此需要两个很精确测量的角度传感器以及复杂的校准和测量修正方法以便由角度差确定转矩。如果此时其中一个所述角度传感器失效，则无法再进行转矩确定。
技术实现思路
因此本技术的任务是提供一种转矩和角度传感器，其克服了现有技术的缺点并且尤其以尽量低的测量技术成本可靠提供转矩和角度信号。因此，规定了一种用于确定要从驱动件传递至从动件的转矩的转矩和角度传感器，它包括至少部分环绕的驱动侧编码环段(如极环段)、用于扫描该驱动侧编码环段的非接触式传感器和能借此扫描该从动件的角位的从动侧编码环段。根据本技术，用于扫描驱动侧编码环段的所述传感器通过具有预定的扭转弹性的扭簧桥与该驱动侧编码环段联接。该扭簧桥允许在驱动件和从动件之间的精确预定的扭转并且容许借助传感器通过扫描该驱动侧编码环段相对于传感器的基准位置所走过的路程来直接测量所述扭转。该编码环段基本抗扭地或者至少以相对于桥弹性而言可忽略不计的扭转弹性被接合至扭簧桥的一端。该传感器的基准位置被固定在该扭簧桥的对置端上。该从动侧绝对转动角度通过另一个从动侧编码环段(如半极环或极环)来显示。这些措施保证了转矩测量与角度测量无关联。因为仅是在驱动侧编码环段和通过扭簧桥相连的传感器之间的相对扭转测量要求高精度，但绝对角度测量可以是比较不准确的，而不会影响到转矩测量，因此简单许多的且精度较低的测量方法可以被用于所述角度测量，因此总体上提供一种成本较低但仍然能可靠精确测量的传感器。显然，该从动件可以被用作驱动件且该驱动件被用作从动件，没有限制本技术的教导，这种功能相反的设计被视为本技术的替代实施方式。用于测量转矩和角度的传感器具有尤其集成在设于从动侧的传感器中的电路，其提供转矩信号和角位信号。所述转矩信号和/或角位信号能够以数字或模拟的形式来传递，因此例如该角位传感器可以直接用作位置反馈器，或者说可以提供回馈信号给如现场设备的位置控制器。通过这种方式可以减小由间隙引起的测量误差。如果该转矩和角度传感器是具有伺服驱动装置和伺服阀的工艺过程伺服阀门的一部分，则这样的设计允许与伺服驱动装置和/或伺服阀分开地安装控制器。或者，除了常见的位置控制器外，还可以使用本技术的转矩和角度传感器来测量在伺服驱动装置和转矩和角度传感器之间的间隙。转矩信号可以由分析单元或操作台直接用于诊断功能，例如用于检查是否出现故障如调节轴断裂。该电路可以具备阈值获取机构，其在高出或低于预定阈值时通过尤其是转矩传感器和/或转角传感器的模拟信号产生报警信号，用于尤其是中断试验。该电路也可以具有一个或多个阈值获取机构用于结合上阈值和下阈值来限定预定的转矩范围或角位范围，在这里，所述阈值获取机构被设计用于在离开预定的信号范围时产生报警信号。该电路优选具有用于因为高出或低于预定极限值且尤其是转动角度极限值和/或转矩极限值而产生尤其是数字极限值信号的极限值获取机构。就此而言，可以将具有极限值获取机构的传感器装置用作极限信号发送器。非接触式传感器测量在该传感器和尤其是初始的例如在投入运行时确定的或定期确定的编码环段基准位置之间的相对位置变化。该编码环段优选通过尤其同心围绕转轴环绕的光学标记或磁性标记或者以下多个标记构成，这些标记与不带标记的部分轮流交替。通过所述标记和或许非标记构成的编码沿着该编码环段的预定运动方向延伸。自身变化的标记通过用于扫描编码环段的传感器来测量并且从预先知道的编码中可以很准确地识别出所走过的位移路程。尤其是该编码环段具有有规律的、优选是光学或磁性的标记分布，其允许传感器通过分析标记分布来扫描所走过的位移路程。显然，该驱动侧编码环段和从动侧编码环段可以具有相同结构或者能根据不同的测量原理如以光学和磁力方式来实现以提高工作可靠性。该扭簧桥是弹性的额定变形件，其扭转弹性在传感器设计时根据所预期的转矩和传感器位移分辨率来预定。该非接触式传感器测量驱动件和从动件之间的位移差。该传感器由该位移差基于预定的扭转弹性产生与位移差成比例的转矩信号。在一个优选实施方式中，所述从动侧扫描传感器和从动侧编码环段是固定不变的，尤其是抗扭地相连接。在从动侧扫描传感器和从动侧编码环段之间的抗扭刚性至少如此高，即在将转矩从驱动件传递至从动件时在传感器的特定名义范围内无法测量到可由传感器分辨的相对运动。尤其是所述从动侧扫描传感器和从动侧编码环段与该扭簧桥同心布置。在一个优选实施方式中，该转矩和角度传感器从动件角位扫描无关地确定该转矩。尤其是该转矩和角度传感器提供一个转矩信号，作用的转矩由在用于扫描驱动侧编码环段的非接触式传感器和驱动侧编码环段之间的相对移动以及扭簧桥的扭转弹性产生。所述直接测量可以非常低成本且节能地实现。该传感器同时提供信号，该信号表示相对于初始位置的从动件绝对角位，该初始位置与尤其位置固定的壳体或转矩和角度传感器的安装相关。在另一个优选实施方式中，转矩信号是与时间或位移相关地被求出和/或画出的。在一个优选实施方式中，用于扫描驱动侧编码环段的传感器可相对于扫描从动侧编码环段的传感器的角位转动运动地设置。该角位传感器优选相对于用于扫描驱动侧编码环段的传感器或者驱动侧编码环段是位置固定地设置的。尤其是该角位传感器安置在传感器壳体和/或该转矩和/或角度传感器的安装部上。尤其是，用于扫描驱动侧编码环段的传感器和角位传感器通过共同的供电装置相连。角位传感器的最大角度测量范围优选被限制到最大180°且尤其是150°、120°或90°。用于扫描驱动侧编码环段的非接触式传感器以及角位传感器的信号传输优选以连线方式实现。在一个优选实施方式中，该扭簧桥具有在所述驱动件和从动件之间传递转矩的扭转件以及基本上与在驱动件和从动件之间的转矩流去耦的传感器承座。尤其是该扭转件在驱动侧末端容纳该驱动侧编码环段。尤其是在该扭转件的从动侧端安装该传感器承座。显然，该传感器承座相比于扭转件具有可忽略不计的扭转弹性或者多倍的抗扭刚性。尤其是该从动侧扫描传感器和该从动侧编码环段轴向错开布置。该传感器承座优选包围呈同心环绕套筒形式的扭转件。尤其是该扭转件越过其横截面相比于扭转件的从动侧连接端和驱动侧连接端被削减的轴向连接区。通过上述措施获得很紧凑的结构。在一个优选实施方式中，安装于从动侧的传感器承座克服在所述驱动侧编码环段本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种转矩和角度传感器(I，101)，该转矩和角度传感器用于确定要从驱动件(3，103)传递至从动件(4，104)的转矩并且包括:至少部分环绕的驱动侧编码环段(5，105);用于扫描所述驱动侧编码环段(5，105)的非接触式传感器(7，107);和从动侧编码环段(6，106)，经由该从动侧编码环段能扫描所述从动件(4，104)的角位，其特征在于，用于扫描所述驱动侧编码环段(5，105)的所述传感器(7，107)通过具有预定的扭转弹性的扭簧桥(9，109)与所述驱动侧编码环段(5，105)联接。2.根据权利要求1所述的转矩和角度传感器(I，101)，其特征在于，从动侧的扫描传感器(7，107)和所述从动侧编码环段(6，106)固定不变地相互联接。3.根据权利要求1或2所述的转矩和角度传感器(I，101)，其特征在于，所述转矩和角度传感器(I，1I)与所述从动件的角位扫描无关地确定所述转矩。4.根据权利要求1所述的转矩和角度传感器(I，101)，其特征在于，用于扫描所述驱动侧编码环段(5，105)的所述传感器(7，107)能相对于用于扫描所述从动侧编码环段(6，106)的角位传感器以转动运动的方式布置。5.根据权利要求1所述的转矩和角度传感器(I，101)，其特征在于，所述扭簧桥(9，109)具有在所述驱动件(3，103)和所述从动件(4，104)之间传递转矩的扭转件(21，121)以及基本与在驱动件和从动件之间的转矩流无关联的传感器承座(23，123)。6.根据权利要求5所述的转矩和角度传感器(I，101)，其特征在于，安装在从动侧的传感器承座(23，123)克服在所述驱动侧编码环段(5，105)和所述扭簧桥(9，109)的从动侧末端之间的轴向错位，和/或安装于从动侧的传感器承座(23，123)相对于所述扭簧桥(9，109)的扭转件(21，121)径向错开地延伸，该扭转件将所述驱动件(3，103)与所述从动件(4，104)相连。7.根据权利要求1所述的转矩和角度传感器(I，101)，其特征在于，所述转矩和角度传感器(I，101)具有传感器套环(11，111)，在该传感器套环上设置用于扫描在所述从动侧编码环段(6，106)处的角位的非接触式传感器(15，115)。8.根据权利要求1所述的转矩和角度传感器(101)，其特征在于，所述驱动件(103...
【专利技术属性】
技术研发人员：S·科尔本施拉格，
申请(专利权)人：大力士股份有限公司，
类型：新型
国别省市：
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