专利摘要:
Elektromotor,umfassendzumindest eine Rotorwelle, die übermindestens ein abtriebsseitiges Lager in mindestens einem abtriebsseitigenLagerschild gelagert ist,wobei ein Sensor axial abtriebsseitigerals das abtriebsseitige Lager an der Rotorwelle angeordnet ist,der mit einem auf der Rotorwelle vorgesehenen Antennenteil elektrisch verbundenist, das elektromagnetische Strahlung an ein stationäres Antennenteilsendet und/oder von diesem empfängt,das an einem Anbauflansch angeordnet ist,wobei der Anbauflanschgehäusebildendfür denElektromotor ist und mit dem abtriebsseitigen Lagerschild verbundenist.
公开号:DE102004004687A1
申请号:DE102004004687
申请日:2004-01-29
公开日:2005-09-22
发明作者:Antonius Bader;Steffen Quadt;Olaf Dr. Ing. Simon;Eberhard Dr. Tüngler
申请人:SEW Eurodrive GmbH and Co KG;
IPC主号:H02K11-00
专利说明:
[0001] DieErfindung betrifft einen Elektromotor und eine Baureihe.
[0002] Ausden VeröffentlichungenW. Baldauf, VDI-Forschrittsbereichte, Reihe 8, Nr. 380, 1994 und J.Michel, Dissertation TU München1996 sind Systeme zur Messung einer physikalischen Größe wie Drehmomentbei einer drehbaren Welle bekannt. Zu den physikalischen Größen zählen beispielhaftauch die Axial- und/oder Querkraft und das Drehmoment, welche aufdie drehbare Welle übertragenwerden. Unter Querkraft wird in dieser Schrift die zur Achse derdrehbaren Welle radial wirkende Kraftkomponente, also die Radialkraft,verstanden. Unter Axialkraft wird in dieser Schrift die zur Achseder drehbaren Welle axial wirkende Kraftkomponente verstanden.
[0003] ZurMessung solcher physikalischer Größen sind vielfältige Methodenund Verfahren bekannt. Gemeinsam ist allen, dass sie aufwendig undkostspielig sind. Diejenigen Systeme, die einen oder mehrere Sensorenauf einer drehbaren Welle aufweisen, benötigen eine Energieversorgungfür denmitdrehbaren Teil der Elektronik. Teilweise werden hierfür Batterieneingesetzt, die nach einer gewissen Betriebszeit ausgetauscht werdenmüssenund viel Platz benötigen.Darüberhinaus stellen insbesondere Batterien Unwucht erzeugende Massendar, die durch entsprechend aufwendige Gegenmaßnahmen kompensiert werdenmüssen.Außerdembenötigtder mitdrehbare Teil der Elektronik ebenfalls viel Platz. Hohe elektrischeund/oder magnetische Felder könnenzusätzlichden Einsatz erschweren. Außerdemsind Kontakte, beispielsweise fürBatterien, vorhanden, die in Ausnahmefällen zu Funkenbildung führen können. Dahersind explosionsgeschützteAusführungen nuraufwendig fertigbar.
[0004] DerErfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein System zur Messungphysikalischer Größen beieiner drehbaren Welle, ein Verfahren zur Prozesssteuerung und/oderDiagnose, eine Baureihe von Vorrichtungen, insbesondere von Getriebenoder Motoren, und ein Verfahren zum Fertigen, Vertreiben und Liefernvon Antrieben weiterzubilden unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile.Insbesondere soll das System kostengünstig herstellbar sein undin bestehende Baureihen ohne großen Aufwand integrierbar sein.Bei dem Verfahren zur Prozesssteuerung und/oder Diagnose soll dieindustrielle Anlage kostengünstigund insbesondere serienmäßig mit komplexenVerfahren in Abhängigkeitgemessener Größen betreibbarsein. Bei dem Verfahren zum Fertigen, Vertreiben und Liefern vonAntrieben sollen die Lagerkosten und der Lagerraumbedarf reduziertwerden.
[0005] Erfindungsgemäß wird dieAufgabe bei dem System nach den in Anspruch 1 und bei der Baureihe nachden in Anspruch 15 angegebenen Merkmalen gelöst.
[0006] WesentlicheMerkmale der Erfindung bei dem Elektromotor sind, dass er zumindesteine Rotorwelle umfasst, die übermindestens ein abtriebsseitiges Lager in mindestens einem abtriebsseitigen Lagerschildgelagert ist, wobei ein Sensor axial abtriebsseitiger als dasabtriebsseitige Lager an der Rotorwelle angeordnet ist, der miteinem auf der Rotorwelle vorgesehenen Antennenteil elektrisch verbundenist, das elektromagnetische Strahlung an ein stationäres Antennenteil sendetund/oder von diesem empfängt,das an einem Anbauflansch angeordnet ist, wobei der Anbauflanschgehäusebildendfür den Elektromotorist und mit dem abtriebsseitigen Lagerschild verbunden ist.
[0007] VonVorteil ist dabei, dass das aus dem Motor austretende Drehmomentvoll und ganz durch den Bereich des Sensors verläuft und daher sehr genau messbarist. Außerdemist der Sensor von einem Anbauflansch geschützt unterbringbar, wobei für den Sensorder sonst abtriebsseitig vorhandenen Raumbereich für einenWellendichtring nutzbar ist.
[0008] Beieiner weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsformist der Sensor von einem System zur Messung physikalischer Größen beieiner Achse oder drehbaren Welle umfasst, wobei eine erstestationäreelektronische Schaltung mittels elektromagnetischer Wellen und/oderelektromagnetischer Wellenzügemit mindestens dem einen Sensor Energie und Informationen mindestensjeweils unidirektional zumindest zeitweise austauscht, unddass der Sensor mit der drehbaren Welle derart verbunden oder angekoppeltist, dass vom Sensor zur ersten elektronischen Schaltung übertragene elektromagnetischeWellen und/oder elektromagnetische Wellenzüge Informationen über dieWerte der physikalischen Größen umfassen, unddass die erste stationäreelektronische Schaltung mit mindestens einem stationären Antennenteil verbundenist. Von Vorteil ist dabei, dass keine Energieversorgung auf derdrehenden Welle unterzubringen ist.
[0009] Beieiner weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsformtauscht die erste stationäreelektronische Schaltung Radarwellenzüge aus mit dem Sensor, wobeimindestens ein Sensor als OFW-Sensor ausgeführt und mit der drehbaren Wellederart verbunden ist, dass Informationen über die Werte des Drehmomentsund/oder der Axial- und/oder Querkraft in den vom OFW-Sensor rückgestrahltenRadarwellenzügenoder Radarechos enthalten sind. Von Vorteil ist dabei, dass einsehr robustes System verwendbar ist, nämlich OFW-Sensoren oder synonym SAW-Sensoren.Diese sind auch im industriellen Bereich, also bei hohen Rüttelschwingungen,Temperaturen und Beschleunigungen, einsetzbar, da die Technologieauf Siliziumplättchenoder dergleichen ausführbarist.
[0010] Beieiner weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsformarbeitet der Sensor passiv, insbesondere umfasst er keine Batterie.Von Vorteil ist dabei, dass die Masse der Welle nicht zu vergrößern istfür dasAnbringen einer Batterie.
[0011] Beieiner weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsformumfasst der Sensor Mittel zum Umwandeln elektromagnetischer Wellen,wie Radarwellen oder dergleichen, in akustische Wellen und zurück, undantwortet auf eingestrahlte elektromagnetische Wellenzüge mit zeitverzögerten elektromagnetischen Wellenzügen, wobeidie Zeitverzögerungvon den physikalischen Größen oderderen Änderungbeeinflusst ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine Laufzeitmessungvon Pulsen oder eine Phasenschiebung bei kontinuierlichem Sendendetektierbar ist und daraus der Wert des Drehmoments bestimmbarist.
[0012] Beieiner weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsformumfasst der Sensor Mittel zum Umwandeln elektromagnetischer Wellen,wie Radarwellen oder dergleichen, in elektrischen Strom zur Versorgungeiner elektrischen Schaltung des Sensors und die elektrische Schaltungumfasst Mittel zum Bestimmen der physikalischen Größen oderderen Änderung,wobei der Sensor Informationen überdie bestimmten Werte der physikalischen Größen oder deren Änderungmittels elektromagnetischer Wellen zurücksendet. Insbesondere umfasst derSensor einen Transponder umfasst. Von Vorteil ist dabei, dass bekannteVorrichtungen und Sensoren einfach und kostengünstig verwendbar sind.
[0013] Beieiner weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsformist die Welle eine Abtriebswelle, insbesondere einer Antriebskomponente,wie Getriebe, Motor oder dergleichen. Von Vorteil ist dabei, dass dasAbtriebsdrehmoment erfassbar ist und die Regelung des den Motorumfassenden Antriebs somit mit diesem ermöglicht ist.
[0014] Beieiner weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsformsind die physikalischen Größen das mittelsder Welle übertrageneDrehmoment, das auf die drehbare Welle übertragene Drehmoment und/oderdie in oder an der Welle auftretende Axial- und/oder Querkraft.Von Vorteil ist dabei, dass auch solche Größen erfassbar sind.
[0015] Beieiner weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsformist der Sensor oder mindestens Teile des Sensors in einer Bohrungoder Axialbohrung der drehbaren Welle eingebaut. Von Vorteil istdabei, dass der Sensor besonders geschützt vorsehbar ist.
[0016] Beieiner weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsformist der Sensor oder mindestens Teile des Sensors in die Bohrungoder Axialbohrung der drehbaren Welle mittels einer Patrone eingebaut. VonVorteil ist dabei, dass der Sensor bei der Fertigung leicht integrierbarist.
[0017] Beieiner weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsformist der Sensor an der Innen- und/oder Außenseiteder drehbaren Welle eingebaut. Von Vorteil ist dabei, dass der Sensorgeschütztanbringbar ist und/oder an der Oberfläche das Drehmoment sehr genauerfassen kann.
[0018] Beieiner weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsformweist die drehbare Welle einen, insbesondere planen, Aufnahmebereichfür denSensor auf. Von Vorteil ist dabei, dass die Schnittstelle sehr geeignetist fürvom Sensor umfasste Siliziumplättchen.
[0019] WesentlicheMerkmale bei der Baureihe von Elektromotoren sind, dass sie mindestenszwei Baugrößen umfasst, wobeidie Baureihe in zumindest einer Baugröße erste Elektromotoren mitSensor und zweite Elektromotoren ohne Sensor umfasst, wobeidie zweiten Elektromotoren einen abtriebseitigen Wellendichtringaxial abtriebsseitig vom abtriebseitigen Lager aus aufweisen, wobeidie ersten Elektromotoren keinen abtriebseitigen Wellendichtringaufweisen sondern einen Anbauflansch, der mit dem abtriebsseitigenLagerschild verbunden ist und ein stationäres Antennenteil umfasst.
[0020] VonVorteil ist dabei, dass eine bestehende Baureihe von Elektromotorenohne Sensor ohne großenAufwand um Elektromotoren mit Sensor erweiterbar ist, indem im Raumbereichdes Wellendichtrings der Sensor vorgesehen wird und ein Anbauflanschhinzugefügtwird. Die Anzahl der zusätzlich notwendigenTeile ist also gering.
[0021] Weiterevorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
[0022] DieErfindung wird nun anhand von einer Abbildung näher erläutert: 1 zeigteinen erfindungsgemäßen Elektromotor, dereinen Stator 3 und einen Rotor 4 umfasst. Dabei istder Rotor überLager 2 in den Lagerschildern 9 und 10 gelagert.Das abtriebsseitige Lagerschild ist B-seitig mit dem Statorgehäuse 11 undA-seitig, also abtriebsseitig, mit dem Anbauflansch 8 verbunden, derein stationäresAntennenteil 7 umfasst, mit dem elektromagnetische Wellenabstrahlbar sind, die von dem relativ dazu, mit dem Rotor 4 mitdrehbarenAntennenteil 6 empfangbar sind. Ebenso kann das Antennenteil 6 elektromagnetischeWellen abstrahlen, die von dem stationären Antennenteil 7 gesendet werden.
[0023] DerSensor 5 ist mit dem drehbaren Antennenteil 6 elektrischverbunden. Mechanisch ist er mit der Rotorwelle 1 verbunden.Dabei ist der Sensor axial zwischen dem abtriebsseitigen Lager 2 und demAnbauflansch 8 positioniert.
[0024] DerAnbauflansch 8 ist mit dem abtriebsseitigen Lagerschild 9 verbunden.
[0025] Beieinem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielwird als Sensor ein Transponder eingesetzt. Bei einem solchen Systemsendet die erste stationäreelektronische Schaltung einen hochfrequenten elektromagnetischenWellenzug, der über dieAußenantenneabgestrahlt wird und von der Innenantenne empfangen wird. UnterWellenzug wird in dieser Schrift nicht nur ein Einzelpuls sondernauch eine Pulsfolge verstanden.
[0026] DerTransponder weist eine weitere elektronische Schaltung auf, dieihre Versorgungsenergie aus dem genannten Wellenzug bezieht. Außerdem umfasstdiese weitere elektronische Schaltung mindestens einen hochintegriertenChip, wie Mikroprozessor oder dergleichen, an den kleinste Messfühler, wiePiezoelemente oder Dehnungsmessstreifen oder dergleichen, zur Messungphysikalischer Größen angeschlossensind. Die weitere elektronische Schaltung sendet nach dem Beginndes Eintreffens des beschriebenen Wellenzuges einen Wellenzug zurück, derderart moduliert und/oder codiert ist, dass Informationen über dievon den Messfühlernaufgenommenen Werte der physikalischen Größen von der ersten elektronischenSchaltung empfangen und bearbeitet werden können.
[0027] Alsphysikalische Größen werdeninsbesondere die an der drehbaren Welle auftretende Axial- und/oderQuerkraft und/oder das an die Welle übertragenen Drehmoment erfasst.
[0028] Vorteilhaftist bei dem Einsatz der genannten Transponder, dass die Hochfrequenzfast beliebig wählbarist, insbesondere sind Transponder im erfindungsgemäßen Systemmit Frequenzen von 100kHz oder auch bis 10 GHz einsetzbar.
[0029] Beiweiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielensind auch Transponder einsetzbar, bei denen die verschiedene Frequenzenfür Energie- undInformationsübertragungverwendet werden. Somit störensich die zugehörigenWellen nicht und es ist sogar ein im Wesentlichen gleichzeitigerEnergie und Informationsaustausch zum Transponder hin und vom Transponderher ausführbar.
[0030] Beieinem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielwird als Sensor kein Transponder verwendet, sonder ein Oberflächenwellen-Sensor (OFW-Sensor).Dabei liegt die von der ersten elektronischen Schaltung über dasAntennenteil 7 ausgestrahlte Hochfrequenz im Bereich vonetwa 3 GHz. Es sind aber auch Frequenzen von 100 MHz bis 10 GHZeinsetzbar. Der überdas Antennenteil 6 empfangene Wellenzug wird als elektrischeSpannung an Piezoelemente angelegt, die dann im Takt des Wellenzugesschwingen. Die Piezoelemente sind auf einem Plättchen aufgebracht und erzeugensomit Oberflächenwellendie bis zu ebenfalls auf dem Plättchenaufgebrachten Reflektoren laufen und dort dann reflektiert werden.Die reflektierten Teile treffen zumindest teilweise wieder auf diePiezoelemente, die somit wieder diese akustischen Oberflächenwellenin elektrische Spannungen umwandeln. Somit wird sozusagen ein jeweilseinem Reflektor zugeordneter Wellenzug zurückgestrahlt. Über dasstationäre Antennenteilempfängtdie erste elektronische Schaltung das Signal und verarbeitet dieInformationen, die mittels der Echos an sie übertragen werden.
[0031] Dadie Laufzeit der akustischen Oberflächenwellen von physikalischenGrößen, wieTemperatur und Spannungszuständendes Plättchensabhängt,sind durch geeignete Anordnung der Reflektoren Informationen über Stauchungund Dehnung in verschiedenen Richtungen des Plättchens zugänglich und messbar. Das genannteDrehmoment und die genannte Axial- und/oder Querkraft sind aus solchenInformationen von der ersten elektronischen Schaltung bestimmbar.
[0032] VonVorteil ist der robuste, gegen Störungen unempfindliche, schlichteund damit kostengünstige Aufbaudes Systems. Außerdemsind die speziell für dieErfindung notwendigen Teile oder Komponenten innerhalb der bestehendenGetriebe und Motor-Baureiheneinsetzbar und ohne Maßänderungoder wesentliche Umkonstruktion verwendbar.
[0033] Insbesondereist auch ein stationäres,also gleichmäßiges Abstrahlender Wellen ermöglicht.Die geschilderten Laufzeiteffekte bewirken dann eine Phasenverschiebungder rückgestrahltenund vom stationärenAntennenteil empfangenen Wellen, die dann somit mit den abgestrahltengemischt werden. Die angeschlossene elektronische Schaltung wertet diesaus und es ist somit ermöglicht,aus der Veränderungder Signale die Änderungder physikalischen Größen zu bestimmen,insbesondere des Wert des Drehmoments.
[0034] Diephysikalische Größen werdensomit kontinuierlich gemessen. In Weiterbildung werden die Messwertezusammen mit Messwerten eines Drehzahlsensors ausgewertet.
[0035] Diein dieser Schrift beschriebenen Antennen umfassen jeweils auch alleAusführungsformen einerkapazitiven, induktiven, im Wesentlichen kapazitiven und/oder imWesentlichen induktiven Kopplung.
权利要求:
Claims (15)
[1] Elektromotor, umfassend zumindest eine Rotorwelle,die übermindestens ein abtriebsseitiges Lager in mindestens einem abtriebsseitigenLagerschild gelagert ist, wobei ein Sensor axial abtriebsseitigerals das abtriebsseitige Lager an der Rotorwelle angeordnet ist, dermit einem auf der Rotorwelle vorgesehenen Antennenteil elektrischverbunden ist, das elektromagnetische Strahlung an ein stationäres Antennenteil sendetund/oder von diesem empfängt,das an einem Anbauflansch angeordnet ist, wobei der Anbauflanschgehäusebildendfür den Elektromotorist und mit dem abtriebsseitigen Lagerschild verbunden ist.
[2] Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass der Sensor von einem System zur Messung physikalischerGrößen beieiner Achse oder drehbaren Welle umfasst ist, wobei eine erstestationäreelektronische Schaltung mittels elektromagnetischer Wellen und/oderelektromagnetischer Wellenzügemit mindestens dem einen Sensor Energie und Informationen mindestensjeweils unidirektional zumindest zeitweise austauscht, unddass der Sensor mit der drehbaren Welle derart verbunden oder angekoppeltist, dass vom Sensor zur ersten elektronischen Schaltung übertragene elektromagnetischeWellen und/oder elektromagnetische Wellenzüge Informationen über dieWerte der physikalischen Größen umfassen, unddass die erste stationäreelektronische Schaltung mit mindestens einem stationären Antennenteil verbundenist.
[3] Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenenAnsprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die erste stationäre elektronische SchaltungRadarwellenzügeaussendet und empfängt, wobeimindestens ein Sensor als OFW-Sensor ausgeführt und mit der drehbaren Wellederart verbunden ist, dass Informationen über die Werte des Drehmomentsund/oder der Axial- und/oder Querkraft in den vom OFW-Sensor rückgestrahltenRadarwellenzügenoder Radarechos enthalten sind.
[4] Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor passiv arbeitet, insbesonderekeine Batterie umfasst.
[5] Elektromotor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor Mittel zum Umwandelnelektromagnetischer Wellen, wie Radarwellen oder dergleichen, inakustische Wellen und zurückumfasst, und auf eingestrahlte elektromagnetische Wellenzüge mit zeitverzögerten elektromagnetischenWellenzügenantwortet, wobei die Zeitverzögerungvon den physikalischen Größen oderderen Änderungbeeinflusst ist.
[6] Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein OFW-Sensor und/oder SAW-Sensorist.
[7] Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor Mittel zum Umwandeln elektromagnetischerWellen, wie Radarwellen oder dergleichen, in elektrischen Stromzur Versorgung einer elektrischen Schaltung des Sensors umfasstund die elektrische Schaltung Mittel zum Bestimmen der physikalischenGrößen oderderen Änderungumfasst, und dass der Sensor Informationen über die bestimmten Werte derphysikalischen Größen oderderen Änderungmittels elektromagnetischer Wellen zurücksendet.
[8] Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor einen Transponder umfasst.
[9] Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Welle eine Abtriebswelle, insbesondereeiner Antriebskomponente, wie Getriebe, Motor oder dergleichen,ist.
[10] Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die physikalischen Größen dasmittels der Welle übertrageneDrehmoment, das auf die drehbare Welle übertragene Drehmoment und/oderdie in oder an der Welle auftretende Axial- und/oder Querkraft sind.
[11] Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor oder mindestens Teile desSensors in einer Bohrung oder Axialbohrung der drehbaren Welle eingebautist oder sind.
[12] Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor oder mindestens Teile desSensors in die Bohrung oder Axialbohrung der drehbaren Welle mittelseiner Patrone eingebaut ist oder sind,
[13] Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor an der Innen- und/oder Außenseiteder drehbaren Welle eingebaut ist.
[14] Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die drehbare Welle einen, insbesondere planen,Aufnahmebereich fürden Sensor aufweist,
[15] Baureihe von Elektromotoren, wobei die Baureihemindestens zwei Baugrößen umfasst, wobeidie Baureihe in zumindest einer Baugröße erste Elektromotoren mitSensor und zweite Elektromotoren ohne Sensor umfasst, wobeidie zweiten Elektromotoren einen abtriebseitigen Wellendichtringaxial abtriebsseitig vom abtriebseitigen Lager aus aufweisen, wobeidie ersten Elektromotoren keinen abtriebseitigen Wellendichtringaufweisen sondern einen Anbauflansch, der mit dem abtriebsseitigenLagerschild verbunden ist und ein stationäres Antennenteil umfasst.
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同族专利:
公开号 | 公开日
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引用文献:
公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
法律状态:
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