基于差分/不對稱的感應感測的齒輪感測的制作方法
【專利摘要】描述的示例包括適于基于差分傳感器響應波形來感測齒輪(齒輪齒)運動(諸如轉速、方向和位置的組合)的感應齒輪感測系統(tǒng)。具有針對不同齒輪(10)配置的差分傳感器響應的感應齒輪感測的示例實施例包括：基于軸向(接近型)感測產(chǎn)生來自雙差分傳感器(101、102)的差分脈沖/相位傳感器響應信號，以及利用不對稱齒輪齒或不對稱傳感器或兩者的組合基于橫向感測和軸向感測來產(chǎn)生來自單個傳感器的不對稱響應信號。
【專利說明】
基于差分/不對稱的感應感測的齒輪感測
技術領域
[0001 ]本公開總體涉及齒輪感測(例如齒輪轉速和齒輪齒計數(shù))，并且特別涉及基于差分(differential)/不對稱的感應感測的齒輪感測。
【背景技術】
[0002]齒輪傳感器對于感測齒輪運動(諸如轉速、位置和齒輪齒計數(shù))是有用的。機械系統(tǒng)可以被使用，但是電磁系統(tǒng)通過將經(jīng)過傳感器的齒輪齒的重復傳動轉化為電數(shù)據(jù)(例如傳感器脈沖響應)有助于避免磨損和失效的伴隨問題。
[0003]一種常用方法是霍爾(Hall)效應齒輪齒感測，其使用霍爾元件來感測磁鐵與傳動的含鐵金屬齒輪齒之間的氣隙中的磁通量變化?；魻栐妮敵隹梢员晦D化為數(shù)字數(shù)據(jù)并且被處理以生成表示齒輪轉速和/或齒輪位置的數(shù)字輸出。

【發(fā)明內容】

[0004]描述的示例針對感測齒輪(齒輪齒)運動(諸如轉速、方向和位置的某些組合)的問題。描述的示例包括用于基于差分/不對稱的(差分或不對稱的)感應感測的齒輪感測的裝置和方法。
[0005]根據(jù)示例方面，一種適于感測傳導(conductive)齒輪的運動的感應感測系統(tǒng)包括:具有齒輪齒的傳導齒輪，以及鄰近該齒輪設置的第一感應傳感器和第二感應傳感器，使得齒輪運動引起齒輪齒移動經(jīng)過這些感應傳感器。每個傳感器被配置為限定在大小方面對應于齒輪齒的感測區(qū)域，使得經(jīng)過傳感器的齒輪齒運動引起軸向感測的傳感器響應脈沖。傳感器被布置成使得齒輪齒移動通過第一傳感器的感測區(qū)域相對于移動通過第二傳感器的感測區(qū)域具有時間差，使得傳感器提供具有對應于齒輪齒相對于傳感器的運動方向的相位差的相應差分傳感器響應脈沖。
[0006]在描述的示例中:(a)齒輪齒正交于運動方向，并且傳感器相對于運動方向被偏置；以及(b)齒輪齒與運動方向成角度，并且傳感器是同軸的/成一直線(in-line)并且正交于運動方向。
[0007]根據(jù)其他示例，一種適于感測傳導齒輪的運動的感應感測系統(tǒng)包括具有不對稱齒輪齒的導電齒輪，以及鄰近該齒輪設置的傳感器，并且所述傳感器被配置為限定在大小方面對應于不對稱齒輪齒的感測區(qū)域。由于在感測區(qū)域內的導電齒輪齒的區(qū)域的改變，經(jīng)過傳感器的齒輪齒運動引起不對稱的傳感器響應，使得傳感器提供對應于不對稱齒輪齒相對于傳感器的運動方向的不對稱傳感器響應。
[0008]根據(jù)其他方面，一種適于感測導電齒輪的運動的感應感測系統(tǒng)包括具有齒輪齒的導電齒輪，以及被配置有不對稱輪廓的不對稱傳感器，在所述不對稱傳感器中，靈敏度從較低靈敏度端處的較低靈敏度改變到較高靈敏度端處的較高靈敏度。不對稱傳感器被設置成鄰近齒輪且具有相對于齒輪齒的傾斜取向，使得齒輪齒移動經(jīng)過較低靈敏度端相對于移動經(jīng)過較高靈敏度端具有時間差，并且因此，不對稱傳感器提供對應于齒輪齒相對于不對稱傳感器的運動方向的不對稱傳感器響應。
【附圖說明】
[0009]圖1A、圖1B和圖1C示出針對正齒輪目標(圖1A和圖1B)的感應齒輪感測(包括齒輪方向)的示例功能的實施例，其中差分傳感器相對于齒輪軸偏置，使得差分傳感器響應指示齒輪方向(圖3C)。
[0010]圖2A、圖2B和圖2C示出針對螺旋齒輪目標(圖2A和圖2B)的感應齒輪感測(包括齒輪方向)的示例功能的實施例，其中同軸的差分傳感器與齒輪軸對準，使得差分傳感器響應指示齒輪方向(圖2C)。
[0011]圖3A、圖3B和圖3C示出針對具有不對稱成形的齒輪齒的齒輪的感應齒輪感測(包括齒輪方向)的示例功能的實施例，其具有提供不對稱響應的單個傳感器，使得齒輪方向可以從上升時間和下降時間之間的差異來導出，其中包括:具有側面安裝的傳感器的相對扁平的齒輪(圖3A)以及具有頂部安裝的傳感器的相對較厚的齒輪(圖3B)，使得不對稱傳感器響應指示齒輪方向(圖3C)。
[0012]圖3D和圖3E是具有側面安裝的傳感器的圖3A的齒輪/傳感器的分解圖，其示出齒輪齒相對于傳感器(感測區(qū)域)的旋轉和橫向感應感測。
[0013]圖4A、圖4B和圖4C示出感應齒輪感測(包括齒輪方向)的示例功能的實施例，其中使用具有相對于齒輪軸的傾斜取向的單個不對稱地成形的/形成輪廓的電感器，提供基于從傳感器的一端到另一端的不對稱靈敏度的不對稱響應，使得齒輪方向可以從上升時間與下降時間之間的差異來導出。
【具體實施方式】
[0014]在本說明書中，示例實施例和應用實現(xiàn)基于差分/不對稱的(差分或不對稱的)感應感測的齒輪感測的各種特征和優(yōu)點。另外，在本說明書中，不對稱的傳感器響應由不同的上升時間和下降時間表征。
[0015]簡而言之，感應感測系統(tǒng)適于基于差分或不對稱的傳感器響應波形來感測齒輪(齒輪齒)運動(例如轉速、方向和位置的某些組合)。具有針對不同齒輪配置的差分/不對稱的傳感器響應的感應感測的示例實施例包括:基于軸向(接近型)感測(圖1和圖2)產(chǎn)生來自雙差分傳感器的差分脈動/相控傳感器響應，并且利用不對稱的齒輪齒或不對稱的傳感器或兩者的組合(圖3A到圖3E以及圖4A到圖4C)基于橫向感測和軸向感測產(chǎn)生來自單個傳感器的不對稱響應。
[0016]示例實施例包括旋轉齒輪配置，其中齒輪齒旋轉地移動經(jīng)過(多個)傳感器。示例實施例也適用于帶齒輪(strip gear)，其中齒輪齒橫向移動經(jīng)過(多個)傳感器。
[0017]圖1A、圖1B和圖1C示出針對由傳導材料(諸如含鐵金屬)構造的正齒輪10的感應齒輪感測的示例功能實施例。正齒輪(spur gear) 10是具有平行于齒輪旋轉軸的齒輪齒的齒輪的示例(所以齒輪齒被設置成與相對于傳感器的運動方向正交)。
[0018]差分傳感器101和102鄰近齒輪設置且相對于齒輪軸旋轉偏置(offset)。結果，相應的差分傳感器響應111(傳感器101)和112(傳感器102)基于齒輪旋轉方向而超前滯后(lead-lag)。即，差分傳感器101和102相對于齒輪齒偏置，使得齒輪齒(根據(jù)齒輪方向)首先在一個傳感器下方傳動，并且然后在第二個偏置傳感器下方傳動。
[0019]感應感測基于傳導齒輪材料相對于傳感器的軸向接近度。傳感器限定在大小方面與齒輪齒的尺寸相稱的感測區(qū)域，使得齒輪齒經(jīng)過傳感器的運動引起軸向感測的脈動傳感器響應。
[0020]差分傳感器響應111和112可以被轉化為表示齒輪運動(諸如旋轉方向、轉速和角位置)的傳感器響應數(shù)據(jù)。每次齒輪齒傳動時，傳感器響應脈沖首先由一個傳感器記錄，并且接著由偏置傳感器記錄(例如，針對方向I，101并且然后102)。旋轉方向可以通過測量來自兩個傳感器的脈沖響應中的相位差(也就是相位差的符號)來確定，并且齒輪轉速和角位置可以通過測量由偏移傳感器中的至少一個記錄的脈沖的速率來確定。
[0021 ]圖2A、圖2B和圖2C示出針對由傳導材料(例如含鐵金屬)構造的螺旋齒輪20的感應感測的示例功能實施例。螺旋齒輪20是具有非平行于齒輪旋轉軸的齒輪齒的齒輪的示例(所以齒輪齒被設置成與相對于傳感器的運動方向成角度)。
[0022]差分傳感器201和202與齒輪軸對準(aligned)，使得相應的差分傳感器響應211(傳感器201)和212(傳感器102)基于旋轉方向而超前滯后。即，差分傳感器201和202相對于齒輪旋轉是同軸的(與齒輪軸對準)，使得螺旋齒輪齒(根據(jù)齒輪方向)首先在一個傳感器下方傳動，并且接著在第二偏置傳感器下方傳動。
[0023]感應感測基于傳導齒輪材料相對于傳感器的軸向接近度。傳感器限定在大小方面與齒輪齒的尺寸相稱的感測區(qū)域，使得齒輪齒經(jīng)過傳感器的運動引起軸向感測的脈動傳感器響應。
[0024]差分傳感器響應211和212可以被轉化為表示齒輪運動(例如旋轉方向、轉速和角位置)的傳感器響應數(shù)據(jù)。每次螺旋齒輪齒傳動時，傳感器響應脈沖首先由齒輪齒在第一個傳感器下方傳動的傳感器來記錄，并且接著由齒輪齒在下一個傳感器下方傳動的(同軸)傳感器來記錄。由于齒輪齒的螺旋布置，所以在來自兩個傳感器的響應中觀察到相位差。旋轉方向可以通過測量來自兩個傳感器的響應中的相位差(也就是相位差的符號)來確定，并且齒輪轉速和角位置可以通過測量由偏置傳感器中的至少一個所記錄的脈沖的速率來確定。
[0025]圖3A至圖3E和圖4A至圖4C分別示出基于產(chǎn)生來自單個傳感器的不對稱響應信號的感應齒輪感測，其中產(chǎn)生來自單個傳感器的不對稱響應信號基于利用不對稱齒輪齒或不對稱傳感器的橫向感測。齒輪方向可以從傳感器響應的不對稱的上升時間和下降時間導出(圖3C和圖4C)。
[0026]圖3A、圖3B和圖3C示出針對具有不對稱形狀的齒輪齒且由傳導材料(例如含鐵金屬)構造的齒輪的感應感測的示例功能實施例。鄰近齒輪設置的單個傳感器基于齒輪方向(和齒輪齒的不對稱形狀/輪廓)來提供不對稱的響應。
[0027]圖3A示出相對扁平的不對稱齒輪300A，使得傳感器可以被側面安裝(sidemounted)。圖3B示出相對較厚的不對稱齒輪300B，使得傳感器可以被頂部安裝(topmounted)。
[0028]在兩個實施例中，齒輪齒的不對稱形狀/輪廓基于齒輪旋轉的方向產(chǎn)生不對稱的響應311A、311B、312A和312B。具體地，齒輪旋轉確定當齒輪齒旋轉通過感測區(qū)域時在傳感器的感測區(qū)域內的傳導齒輪齒的不對稱區(qū)域。
[0029]感應感測基于傳導齒輪材料相對于傳感器的橫向感測。傳感器限定在大小方面與齒輪齒的尺寸相稱的感測區(qū)域，使得齒輪齒經(jīng)過傳感器的運動引起橫向感測的不對稱傳感器響應。即，對于兩個實施方式而言，隨著齒輪旋轉經(jīng)過傳感器，在感測區(qū)域內的傳導齒輪齒材料的區(qū)域改變，引起圖3C的不對稱的傳感器響應，其在上升時間和下降時間中的差異取決于運動的方向。
[0030]圖3D和圖3E是具有側面安裝的傳感器301A的圖3A的齒輪/傳感器的分解圖，其示出感應橫向感測。隨著齒輪30A旋轉，齒輪齒30A_1相對于傳感器旋轉，使得傳導齒輪齒材料的大部分在傳感器301A的感測區(qū)域內。
[0031]不對稱的傳感器響應31IA和31IB可以被轉化為表示齒輪運動的傳感器響應數(shù)據(jù)，該齒輪運動包括旋轉方向、轉速和角位置。每次齒輪齒旋轉通過感測區(qū)域時，不對稱的傳感器響應被記錄。旋轉方向可以由不對稱的響應(即，傳感器響應311A和傳感器響應311B的上升時間和下降時間)來確定，并且齒輪轉速和角位置可以通過測量由傳感器記錄的不對稱脈沖的速率來確定。
[0032]圖4A、圖4B和圖4C示出針對從傳感器的一端到另一端具有不對稱靈敏度的單個不對稱地成形/形成輪廓的傳感器401的感應感測的示例功能實施例。圖4A和圖4B示出正齒輪配置，但是該描述適用于具有螺旋(或其他非平行)齒輪配置的不對稱傳感器。不論哪種情況，不對稱的傳感器都被設置成具有相對于齒輪齒的傾斜取向，使得當齒輪齒在不同時間移動經(jīng)過具有不對稱靈敏度的傳感器端時，傳感器響應是不對稱的，使得齒輪方向可以從由于靈敏度的差異導致的上升時間與下降時間之間的差異來導出。
[0033]針對具有平行于旋轉齒輪軸的齒輪齒的正齒輪配置，不對稱地成形的/形成輪廓的傳感器401相對于齒輪軸(旋轉方向)被不對稱地定位。不對稱的傳感器基于從不對稱地配置的傳感器的一端到另一端的不對稱靈敏度來提供不對稱響應411_1和411_2。由于傳感器401相對于齒輪齒的不對稱取向，傳感器響應關于齒輪方向是不對稱的。
[0034]感應感測基于橫向感測。使用多個傳感器(諸如在圖1A、圖1B、圖2A和圖2B中)或者使齒輪齒成形(諸如在圖3A和圖3B中)不總是合乎期望的。作為替代的齒輪/傳感器配置，成形的不對稱傳感器可以被給予細長的形狀并且被制造使得其在面向齒輪齒的傳感器表面的任一端上的靈敏度是不同的。此外，傳感器可以被安裝成相對于在傳感器下方傳動的齒輪齒成角度。根據(jù)齒輪齒在傳感器下方傳動的方向，給定的齒輪齒將首先由傳感器的一端來感測，并且然后由傳感器的另一端來感測。例如，針對方向I (411_1)，齒輪齒將首先由高靈敏度端來感測，并且然后由低靈敏度端來感測。因為傳感器在每側上的靈敏度是不同的，所以齒的方向可以從測量的傳感器響應導出。
[0035]在權利要求的范圍內，在描述的實施例中進行修改是可能的，并且其他實施例是可能的。
【主權項】
1.一種適于感測傳導齒輪的運動的感應感測系統(tǒng)，其包括: 具有齒輪齒的傳導齒輪;和 鄰近所述齒輪設置的第一感應傳感器和第二感應傳感器，使得齒輪運動引起所述齒輪齒移動經(jīng)過所述感應傳感器； 其中每個傳感器被配置為限定在大小方面對應于所述齒輪齒的感測區(qū)域，使得經(jīng)過所述傳感器的齒輪齒運動引起軸向感測的傳感器響應脈沖； 其中所述傳感器被布置成使得齒輪齒移動通過所述第一傳感器的感測區(qū)域相對于移動通過所述第二傳感器的感測區(qū)域具有時間差； 使得所述傳感器提供具有相位差的相應差分傳感器響應脈沖，所述相位差對應于所述齒輪齒相對于所述傳感器的運動方向。2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述齒輪齒正交于所述運動方向，并且其中所述傳感器相對于所述運動方向被偏置。3.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述齒輪齒與所述運動方向成角度，并且其中所述傳感器是同軸的并且正交于所述運動方向。4.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述齒輪是旋轉齒輪，使得齒輪齒運動是受限齒輪旋轉。5.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中每個傳感器提供具有頻率的傳感器響應脈沖，所述頻率對應于所述齒輪齒的運動的轉速。6.—種適于感測傳導齒輪的運動的感應感測系統(tǒng)，其包括: 傳導齒輪，其具有不對稱齒輪齒;和 傳感器，其被設置成鄰近所述齒輪并且被配置為限定在大小方面對應于所述不對稱齒輪齒的感測區(qū)域，使得經(jīng)過所述傳感器的齒輪齒運動由于在所述感測區(qū)域內的所述傳導齒輪齒的區(qū)域的改變而引起不對稱傳感器響應； 使得所述傳感器提供對應于所述不對稱的齒輪齒相對于所述傳感器的運動方向的不對稱的傳感器響應。7.根據(jù)權利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述傳感器相對于所述不對稱的齒輪齒被側面安裝。8.根據(jù)權利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述傳感器相對于所述不對稱的齒輪齒被頂部安裝。9.根據(jù)權利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述齒輪是具有由齒輪旋轉限定的齒輪齒運動的旋轉齒輪。10.根據(jù)權利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述傳感器提供不對稱傳感器響應，每個傳感器響應具有對應于所述齒輪齒的運動的轉速的頻率。11.一種適于感測傳導齒輪的運動的感應感測系統(tǒng)，其包括: 具有齒輪齒的傳導齒輪;和 不對稱傳感器，其被配置有不對稱輪廓，其中靈敏度從較低靈敏度端處的較低靈敏度改變到較高靈敏度端處的較高靈敏度； 其中所述不對稱傳感器被設置成鄰近所述齒輪且具有相對于所述齒輪齒的傾斜取向，使得齒輪齒移動經(jīng)過所述較低靈敏度端相對于移動經(jīng)過所述較高靈敏度端具有時間差； 使得所述不對稱傳感器提供對應于所述齒輪齒相對于所述不對稱的傳感器的運動方向的不對稱傳感器響應。12.根據(jù)權利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述齒輪齒正交于所述運動方向，并且其中所述不對稱傳感器相對于所述運動方向傾斜。13.根據(jù)權利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述齒輪齒相對于所述運動方向成角度，并且其中所述傳感器正交于所述運動方向。14.根據(jù)權利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述齒輪是旋轉齒輪，使得齒輪齒運動由所述齒輪的旋轉運動來限定。15.根據(jù)權利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述不對稱傳感器提供具有頻率的不對稱傳感器響應，所述頻率對應于所述齒輪齒的運動的轉速。
【文檔編號】G01P3/42GK105899955SQ201480071756
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年12月30日
【發(fā)明人】G·P·瑞茲瑪
【申請人】德克薩斯儀器股份有限公司