![]() Drehrichtungssensor
专利摘要:
Drehrichtungssensor4 für einen mitZähnen8 versehenen Körper2, wobei der Drehrichtungssensor 4 zumindest zwei, quer zur Drehrichtung32, 33 des Körpers2 relativ zueinander versetzt angeordnete Geber 10, 12 umfasst,wobei der Körper2 schräggestellte Zähne 8 aufweistund wobei ein und derselbe Zahn 8 zur Erkennung der Drehrichtung32, 33 des Körpers2 von den Gebern 10, 12 erfasst wird. Die Erfindung bezieht sichauf ein Verfahren zur Erfassung der Drehrichtung 32, 33 eines mitschräggestelltenZähnen8 versehenen Körpers2. 公开号:DE102004020688A1 申请号:DE200410020688 申请日:2004-04-28 公开日:2004-11-18 发明作者:Johan Nordkvist 申请人:Scania CV AB; IPC主号:G01P3-48
专利说明:
[0001] Dievorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Drehrichtungssensorund auf ein Verfahren zur Erkennung der Drehrichtung bei einem mitZähnen versehenenKörper. [0002] Drehrichtungssensorenfür Körper mitZähnenwerden benutzt, um zu erkennen, in welcher Richtung sich der Körper dreht. [0003] EinBeispiel füreinen Drehrichtungssensor geht aus der EP 1 186 894 A1 hervor,worin ein Drehrichtungssensor füreinen Körpermit Zähnen,z.B. ein Schwungrad oder ein Zahnrad, gezeigt wird. Der Drehrichtungssensorumfasst zumindest zwei Geber, die sowohl entlang der Drehrichtungdes Körpersals auch quer zu dieser im Verhältniszueinander versetzt angeordnet sind. Es ist zumindest ein Teil eines Zahnsentfernt worden, oder der Raum zwischen zwei Zähnen ist zur Hälfte gefüllt worden,wodurch die Drehrichtung des Körpersanhand der von den Gebern erhaltenen, phasenverschobenen Impulse erkanntwerden kann. [0004] BeiDrehrichtungssensoren der oben genannten Art besteht jedoch einProblem dahingehend, dass fürdie Erkennung der Drehrichtung des Körpers mehr als ein Zahn benutztwerden muss. Ein anderes Problem bei Drehrichtungssensoren der obengenannten Art besteht darin, dass die Geber in der Drehrichtungdes Rades betrachtet zueinander winkelversetzt angeordnet werdenmüssen. [0005] Einanderes Beispiel füreinen Drehrichtungssensor ist in der US 5 719 496 A gezeigt, wobei es sich um einenDrehrichtungssensor fürein Ferro-Zielrad handelt. Der Drehrichtungssensor umfasst zweian einem Magneten angebaute, magnetisch beeinflussbare Geber, diequer zur Drehrichtung des Zielrades im Verhältnis zueinander versetzt sind.Das Zielrad ist mit axial und radial voneinander getrennten Ferrozielenversehen, wodurch fürjede Drehrichtung des Zielrades eine einzigartige logische Sequenzerhalten wird. [0006] EinProblem bei Drehrichtungssensoren der vorstehend genannten Art bestehtdarin, dass mehr als ein Ferro-Ziel benutzt werden muss, damit sich dieDrehrichtung des Körperserkennen lässt.Ein anderes Problem bei Drehrichtungssensoren der vorstehend genanntenArt besteht darin, dass kein gewöhnlichesZahnrad als Zielrad benutzt werden kann, sondern ein Zielrad aneinem Zahnrad angebracht werden muss damit sich die Drehrichtungbei einem Zahnrad erkennen lässt. [0007] Einweiteres Beispiel füreinen Drehrichtungssensor ist in der US 4 370 614 A dargestellt, wobei es sichum einen Drehrichtungssensor füreinen Körpermit Zähnen,z.B. einen Induktionsmotor handelt. Die Zähne des Körpers sind mit konstantem Zahnabstandum den gesamten Umkreis des Körpersangeordnet. Der Drehrichtungssensor umfasst zwei Magnetgeber, welcheim Verhältniszueinander in Drehrichtung des Körpersum einen Abstand versetzt sind, der gleich der Anzahl ganzer Zahnabstände +/– einem ¼-Zahnabstandist. Die Drehrichtung des Körperslässt sichanhand der von den Magnetgebern erhaltenen phasenverschobenen Signaleerkennen. [0008] BeiDrehrichtungssensoren der oben genannten Art besteht jedoch einProblem dahingehend, dass fürdie Erkennung der Drehrichtung des Körpers mehr als ein Zahn benutztwerden muss. Ein anderes Problem bei Drehrichtungssensoren der obengenannten Art besteht darin, dass die Geber in der Drehrichtungdes Rades beachtet zueinander winkelversetzt angeordnet werden müssen. [0009] DieProbleme, dass mehr als ein Zahn zur Erkennung der Drehrichtungdes Körpersbenutzt werden muss, dass die Geber in der Drehrichtung des Radesim Verhältniszueinander winkelversetzt angeordnet werden müssen und dass ein gewöhnlichesZahnrad nicht als Zielrad benutzt werden kann, werden gemäß der Erfindungdurch die Anordnung eines Drehrichtungssensors für einen Körper mit Zähnen überwunden, der zumindest zweiquer zur Drehrichtung des Körperszueinander versetzt angeordnete Geber aufweist, wobei der Körper schräggestellteZähne aufweistund ein und derselbe Zahn von den Gebern zur Erkennung der Drehrichtungerfasst wird. [0010] Dader Drehrichtungssensor die im Anspruch 1 angeführten kennzeichnenden Merkmaleaufweist, wird der Vorteil einer Unabhängigkeit von der Anzahl derZähne undder Zahnlückendes Körpersund einer Erfassung der Drehrichtung des Körpers mit Hilfe von nur einund demselben Zahn erzielt. [0011] Durchdie kennzeichnenden Merkmal der abhängigen Ansprüche werdendarüberhinaus folgende Vorteile erzielt: es kann für die Erkennung der Drehrichtungdes Zahnrades ein gewöhnlichesZahnrad als Zielrad zur Anwendung kommen, ohne dass ein separatesZielrad vorgesehen werden muss; der Drehrichtungssensor kann beiunterschiedlichen Zahnrädernzur Anwendung kommen; eine winkelversezte Anordnung der Geber anverschiedenen Positionen zueinander in der Drehrichtung des Zahnradesbetrachtet und abhängigvom Zahnwinkel des Zahnrades ist nicht erforderlich; bei einem erfindungsgemäßen Drehrichtungssensorkönnenunterschiedliche Geber zum Einsatz kommen; der Drehrichtungssensorkann bei in Getrieben vorhandenen Getriebezahnrädern zum Einsatz kommen, sodass keine separaten, mit den genannten Getriebezahnrädern verbundenen Zahnräder zurErkennung der Drehrichtung der Getriebezahnräder erforderlich sind. [0012] DieErfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegendenZeichnungen beschrieben, in denen [0013] 1 in schematischer Darstellungeinen Körpermit Zähnen,in diesem Fall ausgeführtals Zahnrad, und einen Drehrichtungssensor, quer zur Drehachse desKörpersbetrachtet, gemäß einer Ausführungsformder Erfindung zeigt, und [0014] 2 in schematischer Darstellungdas Zahnrad und einen Drehrichtungssensor gemäß 1, in Richtung der Drehachse des Zahnradesbetrachtet zeigt. [0015] DieErfindung wird nachstehend anhand einer Ausführungsform beschrieben, beiwelcher ein mit Zähnenversehener Körperals ein Zahnrad mit Zähnenin einem Getriebe in einem Fahrzeug ausgeführt ist. Diese Ausführungsformist lediglich als ein Beispiel füreine bevorzugte Anwendung der Erfindung aus einer Vielzahl von möglichenAnwendungen der Erfindung zu betrachten. Die Erfindung kann auchbei anderen mit Zähnenversehenen Körpern, wiebei einem Schwungrad oder einem Zielrad, zur Anwendung kommen. [0016] 1 zeigt in schematischerDarstellung einen Körper 2 mitZähnen,wobei es sich bei dieser Ausführungsformum ein Zahnrad 2 handelt mit Zähnen und einem quer zur Drehachsedes Zahnrades 2 angeordneten erfindungsgemäßen Drehrichtungs sensor 4.Das Zahnrad 2 ist starr mit einer drehbaren Achse 6 verbunden.Der Körper 2,in diesem Fall das Zahnrad 2, muss mit schräggestelltenZähnen 8 versehensein, d.h. die Zähne 8 müssen bezogenauf die Längsachseder Achse 8 gewinkelt angeordnet sein. Der Drehrichtungssensor 4 umfasstzumindest zwei Geber 10, 12, die im Verhältnis zueinanderquer zur Drehrichtung des Zahnrades 2 in der Axialrichtung derAchse 6 versetzt und außerdem so angeordnet sind,dass sie die Zähne 8 desZahnrades 2 erfassen können.Die Geber 10, 12 sind in festen Positionen bezüglich derUmkreises 14 des Zahnrades 2 angebracht. Der Drehrichtungssensor 4 kannbei einem Zahnrad 2 in einem Getriebe 16 zur Anwendung kommen,wobei die drehbare Achse 6 vorzugsweise derart im Getriebegehäuse 18 angeordnetist, dass sie in der Axialrichtung der Achse 6 gegen Verschiebungblockiert ist, sich aber um ihre eigene Achse frei drehen kann,währenddie Geber 10, 12 relativ zum Getriebegehäuse 18 starrangeordnet sind, und zwar vorzugsweise durch eine Anordnung derGeber 10, 12 in Durchgangslöchern 20, 22 imGetriebegehäuse 18. [0017] 2 zeigt schematisch einZahnrad 2 und einen Drehrichtungssensor 4 gem. 1 und betrachtet in Richtungder Drehachse des Zahnrades 2. Das Zahnrad 2 drehtsich um die Achse 6. Das Zahnrad 2 gemäß der Erfindungmuss mit schräggestelltenZähnen 8 ausgebildetsein, d.h. die Zähne 8 müssen bezogenauf die Längsachseder Achse 8 gewinkelt angeordnet sein. Der Drehrichtungssensor 4 umfasstzumindest zwei Geber 10, 12 (von denen nur dereine, 10, in der Figur erkennbar ist), die relativ zueinanderquer zur Drehrichtung des Zahnrades 2 in der Axialrichtungder Achse 6 versetzt und außerdem so angeordnet sind,dass sie die Zähne 8 desZahnrades 2 erfassen können.Die Geber 10, 12 sind in festen Positionen relativzum Umkreis 14 des Zahnrades 2 angebracht. Wennder Drehrichtungssensor 4 bei einem Zahnrad 2 ineinem Getriebe 16 zur Anwendung kommt, ist die drehbareAchse 6 vorzugsweise derart im Getriebegehäuse 18 angeordnet, dasssie in der Axialrichtung der Achse 6 gegen Verschiebungblockiert ist, sich aber um ihre eigene Achse frei drehen kann,währenddie Geber 10, 12 relativ zum Getriebegehäuse 18 starrangeordnet sind, und zwar vorzugsweise durch eine Anordnung derGeber 10, 12 in Durchgangslöchern 20, 22 (vondenen nur das eine, 20, in der Figur erkennbar ist) imGetriebegehäuse 18.Die Geber 10, 12 sind, vorzugsweise über je einenLeiter 26 bzw. 28, an zumindest einen Prozessor 24 angeschlossen.Ebenfalls angeschlossen an den Prozessor 24 ist ein Speicher 30,in dem verschiedene Daten gespeichert sind. Solche Daten können z.B.Informationen enthalten zur Auswertung der Signale von den Gebern 10, 12 bezüglich der Drehrichtungdes Zahnrades 2 in Abhängigkeitdavon, welches dieser Signale den Prozessor zuerst erreicht, d.h.in welcher Richtung die Zähne 8 schräggestelltsind. [0018] DieGeber könnenunterschiedlich ausgebildet sein. Vorzugsweise kommen Induktionsgeberzur Anwendung, was einen Körpermit Zähnen,beispielsweise ein Zahnrad, voraussetzt, dessen Werkstoff Eisenenthält,z.B. Stahl. Wenn das Zahnrad in einem Getriebe in einem schwerenFahrzeug angeordnet ist, wird aufgrund der hohen Beanspruchungen,denen das Zahnrad ausgesetzt ist, normalerweise ein Zahnrad auseinem eisenhaltigen Werkstoff verwendet. Als andere Möglichkeitbieten sich optische Geber an, die dann zweckmäßig sind, wenn das Zahnradnicht aus einem eisenhaltigen Werkstoff hergestellt ist, was z.B.bei einem Zahnrad aus einem optisch reflektierenden Werkstoff wieKunststoff, Keramik, Kupfer oder Aluminium der Fall ist. Optische Geberbedingen in der Regel jedoch einen höheren Preis. Es können auchkapazitive Geber zur Anwendung kommen, wenn das Zahnrad aus einemkapazitiv erfassbaren Werkstoff hergestellt ist. Die Geber in einund demselben Getriebe sind vorzugsweise gleichartig und besondersbevorzugt identisch. [0019] DieErfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Erfassung derDrehrichtung 32, 33 eines mit schräggestelltenZähnen 8 versehenenKörpers 2,der bei der hier beschriebenen Ausführungsform als ein Zahnrad 2 mitschräggestelltenZähnen 8 ausgeführt ist,und zwar mit den kennzeichnenden Schritten: – Erfasseneines Zahnes 8, vorzugsweise des Zahnkopfes, durch einender Geber 10, 12; – Ausgebeneines der Erfassung des Zahnes 8 entsprechenden Signalsan einen Prozessor 24; – Erfassendes gleichen Zahnes, vorzugsweise dessen Kopfes, durch einen anderender Geber 10, 12; – Ausgebeneines der Erfassung des Zahnes 8 entsprechenden Signals 38, 40 anden Prozessor 24; – Feststellender Drehrichtung 32, 33 des Zahnrades 2 durchVerarbeitung der Signale 38, 40 von den Gebern 10, 12 undder in einem Speicher 30 gespeicherten Informationen imProzessor 24. [0020] DerDrehrichtungssensor 4 funktioniert auf folgende Weise: Wennsich das Zahnrad 2 auf seiner Achse 6 dreht, bewegensich die Zähne 8 jeweilseiner nach dem anderen am Drehrichtungssensor 4 vorbei.Da die Zähne 8 schräggestelltsind, wird ein und derselbe Zahn 8 bei der Drehung desZahnrades 2 in der einen Drehrichtung 32 (s. 1) sich zuerst mit seinereinen Seite 34 unter dem ersten Geber 10 und danach mitseiner anderen Seite 36 unter dem zweiten Geber 12 vorbeibewegen.Demzufolge wird die Passage ein und desselben Zahnes 8 unter demDrehrichtungssensor 4 zuerst vom ersten Geber 10 unddanach vom zweiten Geber 12 erfasst. Auf die gleiche Weise wirdein und derselbe Zahn 8 bei einer Drehung des Zahnrades 2 inder anderen Drehrichtung 33 (s. 1 und 2)sich zuerst mit seiner einen Seite 36 unter dem einen Geber 12 unddanach mit seiner anderen Seite 34 unter dem anderen Geber 10 vorbeibewegen.Demzufolge wird die Passage ein und desselben Zahnes 8 unterdem Drehrichtungssensor 4 in diesem Fall zuerst vom erstenGeber 12 und danach vom zweiten Geber 10 erfasst.Wenn ein Vorbeilaufen eines Teils 34, 36 einesZahnes 8 unter einem Geber 10, 12 vomGeber 10, 12 erfasst wird, sendet der Geber 10, 12 einSignal 38 bzw. 40 (s. 2) an den Prozessor 24. Da imSpeicher 30 Informationen für die Auswertung dieser Folgevon Signalen 38, 40 gespeichert ist, d.h. darüber welcheDrehrichtung abhängigdavon vorliegt, in welcher Reihenfolge der Prozessor 24 dieSignale 38 bzw. 40 empfängt, kann die momentane Drehrichtungdes Zahnrades 2 vom Prozessor 24 festgestelltwerden, indem der Prozessor 24 die von den Geber 10, 12 ausgegebenenSignale 38, 40 und die im Speicher 30 vorhandenenInformationen verarbeitet. Bei einem Zahnrad 2 gemäß der Erfindungdarf der Schrägstellungswinkelweder zu klein noch zu groß sein.Bei zu geringem Schrägstellungswinkelwerden die Signale 38, 40 den Prozessor mit sogeringer Zeitdifferenz erreichen, dass die Differenz nicht vom Prozessorerkannt werden kann. Ist der Schrägstellungswinkel dagegen zu groß, werdenzwei verschiedene Zähnevon den Gebern 10, 12 erfasst und die von diesenverschiedenen Zähnenerzeugten Signale im Prozessor miteinander verglichen, was zu einemfehlerhaften Ergebnis in bezug auf die Drehrichtung führen kann.Somit dürfendie Zähne 8 wederparallel mit der Drehachse des Zahnrades 2 angeordnet nochso schräggestelltsein, dass die erste Seite eines Zahnes sich gleichzeitig mit einerzweiten Seite eines anderen Zahnes unter dem Drehrichtungssensor 4 vorbeibewegt,d.h. zwei Zähnedürfensich nicht überlappen.Die Sicherheit, dass ein und derselbe Zahn 8 anstelle vonzwei verschiedenen Zähnenerfasst wird, ist gegeben, wenn ein Zahnrad 2 benutzt wird,bei dem die Steigung der Zähne 8 sehrviel geringer ist als der Abstand zwischen zwei Zähnen, wasgewöhnlichbei in Getrieben eingesetzten Zahnrädern 2 der Fall ist.Dies wird dadurch erreicht, dass im Speicher Informationen darüber gespeichertwerden, dass die Erfassungen, die durch einen kurzen Zeitraum voneinandergetrennt sind, sich auf Erfassungen von ein und demselben Zahn 8 beziehen. [0021] DieErfindung bezieht sich somit auf einen Drehrichtungssensor 4 für einenKörper 2 mitZähnen 8,in diesem Fall ein Zahnrad 2 mit Zähnen 8, wobei derDrehrichtungssensor 4 zumindest zwei Geber 10, 12 umfasst,die im Verhältniszueinander quer zur Drehrichtung 32, 33 des Zahnrades 2 versetztsind, wobei das Zahnrad 2 mit schräg gestellten Zähnen 8 ausgeführt istund wobei ein und derselbe Zahn 8 zur Erkennung der Drehrichtung 32, 33 desZahnrades 2 von den Gebern 10, 12 erfasstwird. Die Erfassung funktioniert, wenn sich das Zahnrad kontinuierlichin der einen oder anderen Drehrichtung dreht. Wenn das erfassteZahnrad mit einem Antriebsrad des Fahrzeugs verbunden ist und dasFahrzeug hin und her schaukelt, kann unter Umständen die Erfassung der Drehrichtungnicht wie vorgesehen funktionieren, da das Zahnrad dann eine Hin-und Herbewegung bei sehr geringer Drehung des Zahnrades aufweisen kann.Durch die Speicherung eines erwarteten Musters hinsichtlich deszeitlichen Verhältnissesvon Zähnenzu Zahnlückenim Speicher kann ein diskontinuierliches Bewegungsmuster eines Zahnradsvom Prozessor erkannt werden. Der Prozessor kann so ausgeführt sein,dass er kein der Drehrichtung des Zahnrades entsprechendes Signalausgibt, wenn das Zahnrad kein kontinuierliches Bewegungsmuster aufweist. [0022] DerDrehrichtungssensor kann auch zur Erfassung der Drehgeschwindigkeitdes Zahnrades benutzt werden. Allerdings müssen in diesem Fall Informationen über dieAnzahl der Zähnedes Zahnrades und gegebenenfalls über deren Form in einem Speichergespeichert sein und vom Prozessor abgegriffen werden können, damitder Prozessor die Drehgeschwindigkeit des Zahnrades ermitteln kann. [0023] DerDrehrichtungssensor kommt vorzugsweise bei einem Getriebe mit automatischerKupplung zum Einsatz. [0024] Wievorstehend genannt, kann der Drehrichtungssensor gemäß der Erfindungin einem Getriebe eines Fahrzeugs angeordnet sein, was eine zweckmäßige Anwendungfür denerfindungsgemäßen Drehrichtungssensordarstellt, da Getriebe fürFahrzeuge in der Regel mit schrägverzahntenZahnrädernversehen sind. Überdiese bevorzugte Anwendung des Drehrichtungssensors hinaus bestehtdie Möglichkeit,einen Drehrichtungssensor gemäß der Erfindungbei allen Körpernanzuwenden, bei denen die Steigung der Zähne viel geringer ist als derAbstand zwischen zwei Zähnen.
权利要求:
Claims (10) [1] Drehrichtungssensor (4) für einenmit Zähnen (8)versehenen Körper(2), wobei der Drehrichtungssensor (4) zumindestzwei quer zur Drehrichtung (32, 33) des Körpers (2)im Verhältniszueinander versetzt angeordnete Geber (10, 12)umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (2)schräggestellte Zähne (8)aufweist und dass ein und derselbe Zahn (8) von den Gebern(10, 12) zur Erkennung der Drehrichtung (30, 33)des Körpers(2) erfasst wird. [2] Drehrichtungssensor (4) nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass der mit Zähnen (8) verseheneKörper(2) als ein Zahnrad (2) mit Zähnen (8) ausgeführt ist. [3] Drehrichtungssensor (4) nach Anspruch 1oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Geber (10, 12) alsinduktive, optische oder kapazitive Geber ausgebildet sind. [4] Drehrichtungssensor (4) nach einem der vorstehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass alle Geber (10, 12),die ein und denselben Körper(2) erfassen identisch ausgeführt sind. [5] Drehrichtungssensor (4) nach einem der vorstehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Geber (10, 12)in festen Positionen relativ zum Umkreis (14) des Körpers (2)angeordnet sind. [6] Drehrichtungssensor (4) nach einem der vorstehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (2) in einemGetriebe (16) angeordnet ist. [7] Drehrichtungssensor (4) nach Anspruch 6,dadurch gekennzeichnet, dass eine sich mit dem Körper (2) drehendeAchse (6) im Getriebegehäuse (18) des Getriebes(16) auf solche Weise angeordnet ist, dass sie in axialerRichtung der Achse (6) unverschiebbar blockiert ist, während siesich frei um ihre eigene Achse drehen kann, wohingegen die Geber (10, 12)im Verhältniszum Getriebegehäuse(18) starr angeordnet sind, indem sie in Durchgangslöchern (20, 22)des Getriebegehäuses(18) angeordnet sind. [8] Drehrichtungssensor (4) nach einem der vorstehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Geber (10, 12)und ein Speicher (30) an einen Prozessor (24)angeschlossen sind. [9] Drehrichtungssensor (4) nach Anspruch 8,dadurch gekennzeichnet, dass Informationen zur Auswertung der Signale(38, 40) von den Gebern (10, 12) bezüglich derDrehrichtung des Körpers(2) in Abhängigkeitdavon, welches dieser Signale (38, 40) zuerst denProzessor (24) erreicht, im Speicher (30) gespeichertsind. [10] Verfahren zum Erfassen der Drehrichtung (30, 33)eines Körpers(2) mit schräggestelltenZähnen(8), dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Schritteumfasst: – Erfasseneines Zahnes (8) durch einen der Geber 10, 12; – Ausgebeneines der Erfassung des Zahnes (8) entsprechenden Signalsan einen Prozessor (24); – Erfassen des gleichen Zahnesdurch einen anderen der Geber (10, 12); – Ausgebeneines der Erfassung des Zahnes (8) entsprechenden Signals(38, 40) an den Prozessor (24); – Feststellender Drehrichtung (32, 33) des Körpers (2)durch Verarbeitung der Signale (38, 40) von den Gebern(10, 12) und der in einem Speicher (30)gespeicherten Information im Prozessor (24).
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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:
2011-04-28| 8110| Request for examination paragraph 44| 2011-04-28| R012| Request for examination validly filed|Effective date: 20110207 | 2013-07-23| R002| Refusal decision in examination/registration proceedings| 2013-11-21| R003| Refusal decision now final|Effective date: 20130827 |
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