[发明专利]位置和/或力传感器

说明书

本发明涉及一种用于确定可运动的、可磁化的和/或可导电的主体相对于具有至少一个极绕组的定子的位置的设备。

本发明的任务在于提供一种新的这种类型的传感器设备，其可以相对于至今应用的应变仪或类似物以较高精度实现位置确定和可选地力确定。

根据本发明的解决该任务的设备的特征在于设有用于探测测量信号的装置，所述测量信号取决于通过主体的位置影响的极绕组感应率。

在测量信号和所述位置之间存在预定的功能关联时可以如此确定位置。

主体此外可以克服弹性的复位力运动并且该设备构成力传感器，其为了力测量而利用在复位力和主体的位置之间的预定的功能关联。

在本发明的一个实施方式中，定子具有多个极绕组，其绕组轴线从定子出发星形地延伸，所述主体包围定子、优选环形或球形包围该定子。在后一种情况下可以确定主体相对于定子的径向移动位置。

优选主体能够在一个通过定子的多个极绕组的极绕组轴线构成的平面中运动，使得所述位置发生改变。

在本发明的一个特别优选的实施方式中，主体通过包围定子的管构成并且定子具有多个极绕组，这些极绕组具有垂直于管轴线的极绕组轴线。特别是设置三个极绕组，其极绕组轴线彼此之间分别围成一个优选为120°的角度。对于极绕组的感应率决定性的是极绕组的相应的到管内壁的距离。

在另外一个特别优选的实施方式中，定子具有多个星形连接的极绕组。有利地通过这种方式基于实现的分压，在各极绕组的感应率之间的相对区别可以被用于进行位置确定。

用于探测测量信号的装置优选设置用于评估在极绕组的交变的电压加载时在星形汇接点上改变的电位。

特别是，极绕组设置用于按照同步电机的基于脉宽调制的运行的方式进行电压脉冲加载。在这种情况下可以周期性地在星形汇接点上产生电压突跳，其高度取决于主体相对于定子的相应位置。

在本发明的另外一个构造中，定子可以设置在管的纵向中心并且管在其端部上被弹性保持，使得产生径向复位力。从而管围绕垂直于管轴线的中心轴线的偏转仅仅可能稍微使得测量结果失真。

在另外一个实施方式中，主体在环形的或球形的、与多个极绕组的端面对置的内表面上具有带有突起和/或凹部的结构化。

特别是，该结构化设计成周期性的并且优选围绕所述内表面环绕的。

优选，结构化如此设计，使得形成取决于主体围绕环轴线或球轴线的旋转位置的测量信号，从而可以确定围绕环轴线的旋转位置或确定扭转力。替代或附加于所述结构化，也可以在所述内表面上设置磁铁装置，通过所述磁铁装置，由于极绕组的磁化的饱和度的改变而形成不同的极绕组感应率。

在本发明的另外一个构造中，可以根据测量信号，所述至少一个极绕组的通电能够被控制成使得产生期望的、通过定子施加在主体上的磁力。通过这种方式可以例如构成用于环形的或球形的主体的、无接触的旋转轴承。

上述的设备的应用可能性例如存在于被拉动或推移的车辆的手柄中，其中经由测量所施加的手动力，例如实现伺服驱动装置的控制。其它的应用可能性是用于操纵杆。

本发明接下来借助于一个实施例和引用该实施例的附图详细阐述。

图1根据本发明的用于构成力传感器的设备的横截面视图；

图2图1的设备，其中，外主体相对于被外主体包围的定子径向移动；

图3描述外主体和定子的相对移动的视图；

图4图1的设备的剖开的纵向侧剖视图；和

图5描述整个设备的示意图。

钢管1用作例如高尔夫球童的待被牵拉的或待被推移的小车（未示出）的手柄。在钢管1（其构成导电的和可磁化的主体）中在其纵向中心安装定子2。

具有叠片铁心3的定子2在所示出的实施例中具有三个极绕组4，其轴线5彼此围成120°的角度。各轴线5围成一个垂直于管轴线10的平面。

如图4示出，钢管1在其端部上通过弹簧6被支承在静止的且与上述小车连接的管芯体7上。三个弹簧6分别与极绕组4对应地设置。只要不在钢管1上作用任何径向力，那么各极绕组4的所有三个端侧相对于对置的钢管1内壁处在相同的间隙距离上。替代弹簧，也可以使用通过厚度改变可弹性变形的中间层。

在施加力至构成手柄的钢管1上时，例如沿着在图2中示出的箭头8的方向，那么钢管1相对于定子2平行于通过三个极绕组轴线5定义的平面移动。该平面在图3中作为xy平面示出。在该移动时，所述三个极绕组4其中之一以其端侧到达钢管1的内壁的附近，而两个另外的极绕组的端侧进一步远离所述内壁移动。在9处示出的三个向量描述钢管1相对于定子2的径向移动。