阅读说明：本技术 紧凑型直接测量系统 (Compact direct measurement system ) 是由 D·雷伯 A·比雷 C·朗 于 2020-03-11 设计创作，主要内容包括：已知具有负载接收器(101)的电磁力补偿直接测量系统(100),所述负载接收器经由动力传递联动机构连接到力补偿装置(120),并且具有多部分平行引导机构,所述多部分平行引导机构具有至少两个通过动力传递联动机构间隔开的平行引导构件(131、132),其中,力补偿装置(120)具有至少一个永磁体(121)和电连接到可控电路的线圈(122),并且其中,至少一个平行引导构件(131、132)电集成在可控电路中。根据本发明,所述动力传递联动机构被设计为单部分线圈主体(110),使得线圈(122)在平行引导构件(131、132)之间布置在所述线圈主体上并且电连接到可控电路。(An electromagnetic force-compensated direct measuring system (100) is known with a load receiver (101) which is connected to a force compensation device (120) via a power transmission linkage and has a multipart parallel guide mechanism with at least two parallel guide members (131, 132) which are spaced apart by the power transmission linkage, wherein the force compensation device (120) has at least one permanent magnet (121) and a coil (122) which is electrically connected to a controllable circuit, and wherein the at least one parallel guide member (131, 132) is electrically integrated in the controllable circuit. According to the invention, the power transmission linkage is designed as a single-part coil body (110) such that a coil (122) is arranged on the coil body between parallel guide members (131, 132) and is electrically connected to a controllable circuit.)

紧凑型直接测量系统

技术领域

本发明涉及一种带有负载接收器和力补偿装置的电磁力补偿直接测量系统，该力补偿装置具有线圈和永磁体。

一种电磁力补偿直接测量系统，在下文中也被称为直接测量系统，其特征在于，负载接收器经由动力传递联动机构直接连接到力补偿装置。

背景技术

通过电磁力补偿，由秤盘和/或负载接收器上的负载引起的力由力补偿装置补偿，该力补偿装置包括至少一个永磁体和线圈，其中，测量流过线圈以产生补偿力的电流。该测量值与放置的负载成比例。然而，该测量值还取决于线圈在永磁体的磁场中的位置，因此在记录测量值时，线圈必须始终具有与磁体相关的相同位置。在施加负载之后，线圈的位置由位置传感器确定，并且线圈上的电流增加，直到由负载引起的线圈相对于永磁体的位移被补偿为止。在这样做时，进行线圈电流的测量，该线圈电流表示所放置的负载的重量的质量。

CH 593 481 A5中公开了一种直接测量系统。在该专利说明书中，负载接收器通过动力传递联动机构直接耦合到力补偿装置。位置传感器的可移动侧附接到动力传递联动机构，而位置传感器的固定侧刚性地连接到称重传感器相对于壳体固定的区域和/或连接到力补偿装置的固定区域。

该直接测量系统优选地用于低负载区域中。测量的精度主要取决于直接测量系统中位置传感器的分辨率和布置。负载接收器以及力补偿装置的线圈必须相对于称重传感器的固定区域精确地引导。这是经由平行引导机构进行的，该平行引导机构的可移动的平行支腿连接到动力传递联动机构，而该平行引导机构的固定的平行支腿刚性地连接到称重传感器相对于壳体固定的区域。可移动的平行支腿和固定的平行支腿借助于窄截面弹性轴承通过两个刚性平行引导件彼此连接。然而，也可以使用弹簧加载的平行引导件；然后省略了窄截面弹性轴承。当将负载放置在负载接收器上时，动力传递联动机构会在负载方向上移位，这会导致平行引导件发生挠曲，并使窄截面弹性轴承或弹性平行引导件弯曲。

由于平行引导机构的弹簧常数，其通常具有复位力，该复位力同样引起线圈的位移，就像放置在负载接收器上的负载一样，并且该位移同样应当被补偿。

在US 3'968'850 A中，正如在CH 593 481 A5中一样，力补偿装置的线圈经由细导线电连接到可控电路。这种设计的缺点在于，除了电气连接之外，导线还建立了从称重传感器的固定部分到可移动部分的机械连接。因此，附加的弹簧常数被并入直接测量系统中，其作用在平行引导机构上，并且可能使测量结果失真。这些导线通常被焊接上，并且设计得特别纤薄细小，以便使附加出现的弹簧常数保持尽可能低。然而，细小的导线很难附接，导线中的一条可以很快松脱，从而失去了称的功能。

由于称重传感器的可移动区域和固定区域经由线圈电路的机械连接而产生的弹簧常数主要影响称重传感器在低负载区域和/或当称量结果具有较高的分辨率时的结果，因为即使弹簧常数的最小变化也足以引起测量结果的变化。

EP 1 726 926 A1中公开了具有至少两个平行引导构件的平行引导机构。这些例如可以是弹簧加载的膜状的平行引导构件，其中固定的平行支腿和可移动的平行支腿都通过合适的穿通部形成，所述平行支腿经由至少一个平行引导件连接。

此外，对于带有用于多个称重装置的直接测量系统的紧凑的称重模块，如例如在EP 1 726 926 A1中所公开的，主要表明了直接测量系统的零点漂移由于平行引导机构的连接到位置接收器的和/或动力传递联动机构的部件的不同热膨胀而受到负面影响。

EP 1 925 919 A1提出了一种电磁力补偿直接测量系统，其具有多部分平行引导机构和负载接收器，其中平行引导机构的至少一部分被设计成传送电信号。在这种情况下，负载接收器经由动力传递联动机构连接到力补偿装置，所述力补偿装置具有至少一个永磁体和电连接到可控电路的线圈。

为了确定在施加负载之后线圈的位置，EP 1 925 919 A1的直接测量系统具有位置传感器。位置传感器的位置可以通过合适的扫描来确定。例如，可以将布置在动力传递联动机构上的间隙用作位置传感器。已知用于控制位置传感器的位置的各种类型的扫描，其中，光学扫描是优选的。已经表明，直接测量系统的零点漂移由于平行引导机构的连接到位置传感器的和/或动力传递联动机构的部件的不同热膨胀而受到负面影响。如在EP 1 925919 A1中所教导的，位置传感器必须基本上布置在上、下平行引导构件之间的中间，以便获得具有尽可能低的零点漂移的电磁力补偿直接测量系统。为了使直接测量系统相对于零点漂移尽可能不敏感，下和上平行引导构件布置在负载接收器与力补偿装置之间。

鲁棒性表征系统在不调整其开始的稳定结构的情况下承受变化的能力。测量系统的鲁棒性是对没有作用在线圈相对于永磁体的位移方向上的力的抵抗力，所述位移是由负载引起的。鲁棒性是对称重传感器、例如直接测量系统的称重传感器的高再现性的要求。为了确保所需的鲁棒性，平行引导构件必须相对于彼此以适当的距离放置。该距离取决于预期的最大力分量，该最大力分量可能会偏离线圈相对于永磁体的预期方向。

根据前述要求，当今市场上存在的直接测量系统，例如，梅特勒-托莱多(MettlerToledo)的WMC称重模块，其紧凑但结构相对较高。在这种情况下，整个安装高度总是由平行引导机构的和/或动力传递联动机构的安装高度以及力补偿装置的安装高度相加来确定的。

发明内容

因此，本发明的目的是提高电磁力补偿直接测量系统的紧凑程度和/或降低安装高度。在这种情况下，有利的是，应减少安装零件的数量并简化装配。

该目的通过具有本申请中所示特征的装置来实现。本发明的有利实施例在本申请的其他方面中示出。

已知具有负载接收器并且具有多部分平行引导机构的电磁力补偿直接测量系统，所述负载接收器经由动力传递联动机构连接到力补偿装置，所述多部分平行引导机构具有至少两个通过动力传递联动机构间隔开的平行引导构件，其中，所述力补偿装置具有至少一个永磁体和电连接到可控电路的线圈，并且其中，至少一个平行引导构件电集成在可控电路中。根据本发明，动力传递联动机构被设计为单部分线圈主体，使得线圈在平行引导构件之间布置在所述线圈主体上并且电连接到可控电路。

这里使用的术语“多部分平行引导机构”既是指平行引导机构由多个构件组成，又是指平行引导机构具有多个功能区域和/或作用部件。

由于动力传递联动机构形成为单部分线圈主体，因此可以将线圈布置在平行引导构件之间，以便获得具有更紧凑结构的直接测量系统。

在本发明的一个改进中，线圈主体由非导电材料组成。此外，线圈主体可以具有至少两个彼此电绝缘的导体带，其中，第一导体带通向线圈，第二导体带远离线圈。集成在线圈主体中的导体带简化了直接测量系统在其生产期间的装配。

在本发明的进一步的改进中，线圈主体被构造为模制的互连装置。具有根据特殊工艺施加的金属导体带并用作电子和/或机电组件的互连装置的注射成型塑料构件被特征化为模制的互连装置，或MID。MID可以以最多样化的方式生产。施加导体带以及发射和/或屏蔽表面的最重要工艺是二次注射成型、热冲压、掩模照明工艺、直接激光结构化和模内装饰。至少，线圈主体的材料有时可以是掺杂有作为塑料添加剂的非导电的激光可激活的金属连接的热塑性塑料，在所述热塑性塑料上，电导体带被激光激活。

在另一种改进中，直接测量系统的力补偿装置具有至少一个永磁体、至少一个极靴和装置壳体，其中，所述永磁体、所述极靴和所述装置壳体彼此永久地连接。在这种情况下，线圈主体的特征在于，它具有轴区域；用于线圈的绕组区域，所述绕组区域相对于轴区域同心地延伸；以及连接轴区域和绕组区域的连接板；并且装置壳体同时形成直接测量系统的壳体，其中，用于线圈主体的通道形成在壳体的上端和下端。此外，线圈主体可以被引导通过通道并通过周围的间隙与通道间隔开。该间隙限定了线圈主体与装置壳体之间的最大水平游隙，由此装置壳体用作用于线圈主体的水平止动件。

在线圈主体的一个改进中，至少一个相对于连接板升高的钮部形成在连接板上，所述钮部限定了到极靴的距离作为最大垂直游隙，因此极靴用作用于线圈主体的垂直止动件。可以进一步使得，至少一个加强结构形成在轴区域与连接板之间，并且用于形状配合地安装所述至少一个加强结构的凹部形成在极靴上，使得加强结构和凹部形成线圈主体相对于装置壳体的变形保护。

多种功能在一个单个构件中的集成设计减少了安装部件的数量。因此，不会为本发明的直接测量系统提供会恶化紧凑程度的附加的组件或保护机构。

在直接测量系统的第一实施例中，电集成在可控电路中的所述至少一个平行引导构件具有彼此隔离的两个导电体。在这样做时，线圈主体的一个导体带相应地连接到所述至少一个平行引导构件的一个导电体。

在第二实施例中，直接测量系统具有电集成在可控电路中的两个平行引导构件。在第一变体中，线圈主体的一个相应的导体带连接到两个平行引导构件的一个相应链路的导电体。在第二变体中，两个平行引导构件完全由导电材料组成或具有至少一个导电表面，其中，线圈主体在其端部具有相应的端部表面，所述端部表面分别形成为相应地电连接到两个导体带中的一个的触点，经由所述端部表面，相应的平行引导构件被接触，从而电集成在可控电路中。

根据本发明，位于轴区域的上端和下端与旋转轴线成直角并且设置成与平行引导构件建立接触的表面被称为端部表面。由于接触并因此以直接的形式和方式在端部表面与平行引导构件之间建立了导电连接，因此可以省去复杂的布线和焊接工作。

此外，力补偿装置可以具有装置壳体，其中，固定的平行支腿和可移动的平行支腿都通过合适的穿通部形成，所述平行支腿经由至少一个平行引导件连接。根据第一改进，平行引导构件在其固定的平行支腿处永久地借助于电绝缘粘合剂附接到装置壳体，或者借助于粘合剂在电绝缘中间层上永久地附接到装置壳体。在第二改进中，平行引导构件在其固定的平行支腿处永久地焊接在相应的电路板上，平行引导构件是相应的电路板的构件，然后电路板借助于螺钉或借助于粘合剂附接到装置壳体。该第二改进可以改进到电路板形成为通过柔性导电带连接的单部分电路板模块的程度。

平行引导构件直接附接到装置壳体更加显著地最小化了部件的数量。如果在中间使用电路板或一个电路板模块，则必须接受更多数量的构件，但回报是获得了在简化组装方面的更好设计和改进了平行引导构件与装置壳体之间的机械连接，因为焊接连接比粘合剂连接具有更好的耐久性。可以认为，在直接测量系统的实际装配之前，可以将平行引导构件焊接到电路板或电路板模块中，这是一个很大的优势。然后，省去了在装配现场的焊接或粘合工作。

在具有位置传感器的直接测量系统的改进中，位置传感器在被配置用于操作的状态下布置在上平行引导构件上方或下平行引导构件下方。

附图说明

根据本发明的测力装置的各个细节借助于在附图中示出的示例性实施例的描述得出。附图示出了：

图1是带有负载接收器、动力传递联动机构、平行引导机构和力补偿装置的直接测量系统的剖视图；

图2A是在装配状态下的直接测量系统的透视图；

图2B是直接测量系统的分解图；

图2C是作为图2B的分解图的一部分的电路板模块；

图3A是作为单部分线圈主体的动力传递联动机构的透视图；

图3B是图3A中的通过平面E的线圈主体的剖视图；以及

图4是图2C中的电路板模块的平面平视图。

具体实施方式

具有相同功能和类似设计的特征在下面的描述中被给予了相同的附图标记。

图1中的直接测量系统100以剖视图被示出，并且具有负载接收器101，所述负载接收器101经由动力传递联动机构110连接到位置传感器170。负载接收器101、力补偿装置120的线圈122以及位置传感器170的光闸导件171相对于力补偿装置120的装置壳体125被精确地引导。这是经由由两个平行引导构件131、132组成的多部分平行引导机构进行的，其结构将借助于图4更详细地说明。两个平行引导构件131、132的可移动的平行支腿137(参见图4)附接在动力传递联动机构110处，而固定的平行支腿136(参见图4)借助于相应的电路板161、162刚性地连接到力补偿装置120的装置壳体125。

在这种情况下，力补偿装置120由两个永磁体121组成，在该永磁体之间布置有两部分的极靴123。分开的极靴123被线圈122围绕，所述线圈122在先前提到的极靴123与装置壳体125的壳体主体126之间的气隙中移动。在这种情况下，动力传递联动机构形成为单部分线圈主体110，并且因此结合了简单的动力传递联动机构和线圈主体的功能，例如，如EP1 925 919 A1的图1和图2中所示。

两个平行引导构件131、132分别附接到电路板161、162，而所述电路板161、162连接到力补偿装置120的装置壳体125的壳体盖127或壳体主体126。然后，直接测量系统100设计为在电路板161、162、平行引导构件131、132和线圈主体110上具有合适的导体带和触点，使得线圈122电连接到可控电路。以这种方式，线圈电流被引导到线圈122并被转移，而不必在直接测量系统100的固定区域与可移动区域之间建立附加的机械连接。

在这种情况下使用的对负载接收器101的位置的控制是光学扫描。从光发射器172发射通过光闸导件171的缝隙的光击中光接收器173，所述光接收器173产生与光闸导件171的和/或负载接收器101的位置相对应的位置信号。位置传感器170的信号可在连接板174处访问。

温度传感器180提供温度信号，所述温度信号可以用于处理单元，以补偿在计算作用在负载接收器101上的力时由于热影响而引起的偏差。

图2A示出了透视图和装配状态下的直接测量系统100。在组合图2B和图2C的分解图中所示的构件之后，获得具有高度紧凑性的电磁力补偿直接测量系统。构件的数量也很清楚，因为力补偿装置120的装置壳体125同时形成了直接测量系统100的外壳。

图2B中的分解图示出了图1的直接测量系统100。永磁体(不可见)和极靴123的下部分已经布置在壳体主体126中。该极靴123具有凹部124，线圈主体110的加强结构154(参见图3A和3B)抵靠在所述凹部124中。线圈主体110连同线圈122由此以限定的方式对正并且被保护以防止变形。另一永磁体(不可见)和极靴123的上部分附接在壳体盖127的下方。该极靴123同样可以具有凹部。壳体盖127和壳体主体126各自具有用于线圈主体110的通道128，以使之连接到平行引导构件131、132(图2C)。

由于壳体主体126和壳体盖127也旨在引导磁场线，因此它们应被视为磁体系统的一部分。壳体主体126和壳体盖127是由用于强且均匀磁场的金属材料制成的。当线圈电流经由至少一个平行引导构件131、132供应和引出时，显然必须与壳体主体126和/或壳体盖127电绝缘。

图2C所示的电路板模块160放置在装置壳体125周围，并借助于壳体螺钉129永久地连接到其上。电路板161、162将相应的平行引导构件131、132与壳体主体126和/或与壳体盖127隔离。线圈主体110和平行引导构件131、132的触点处的焊接连接确保了这里线圈主体101在力补偿装置120内的精确引导的发展。

光闸导件171从下方附接到线圈主体110，并且最终将其自身定位在光发射器172与光接收器173之间的光轴中。位置传感器170布置成从下方附接到壳体主体125上。

图3A和图3B示出了形成为单部分线圈主体110的同一动力传递联动机构；它们在下面基本上被共同描述。它们在透视图(图3A)中显示一次并作为通过沿着旋转轴线延伸的平面E的剖面(图3B)显示。

线圈主体110具有沿着旋转轴线且在表面112之间的轴区域111，所述轴区域进而经由连接板150连接到绕组主体119。孤立地看，绕组主体119具有环形的形状，其旋转横截面为设有凹部的矩形。线圈导线在该周向凹部中被缠绕成线圈(122，图1)。连接板150在这里对称地定位于轴区域111的前侧112之间。其它布置也是可能的，例如在绕组主体119的上端或下端，其中，永磁体121和极靴123将必须与此相关联地调整。

钮部151布置在连接板150的上表面和下表面上。这些钮部151具有相对于连接板150稍微升高的平行表面，所述表面限定到极靴123的距离，作为在直接测量系统的装配状态下的最大垂直游隙，使得线圈主体110的过度位移和/或挠曲不会在平行引导构件上造成任何损坏。为了防止其变形，在这里在轴区域111与轴区域两侧的连接板150之间形成四个加强结构154。在装配状态下，这些加强结构154安装在极靴123的凹部124中，所述凹部相对于图1在先前已经提及。当然，也可以想到加强结构154的其它布置和数量，如图3A和3B所示。

此外，线圈主体110的实施例的图3A和图3B示出了被隔离的电导体带141、142。第一导体带141从上端部表面112在轴区域111的壳体表面之上、连接板150的上表面之上和绕组主体119的内侧之上延伸到绕组主体119的上前侧上的接触表面。第二导体带142以相同的形式和方式从下端部表面112延伸到绕组主体119的下前侧上的接触表面。线圈导线的端部附接到这两个接触表面上，其中，线圈122于是可以通过端部表面112与平行引导构件的接触而被供应电流。

被隔离的电导体带141、142的线路也可以布置在连接板150的同一侧，其中，于是位于连接板150的该侧的平行引导构件具有彼此隔离的两个导电体，使得每个导体带141、142连接到平行引导构件的相应的导电体。这些导电体的设计已经在EP 1 925 919 A1中进行了广泛的描述。

图4示出了如已经在图2C中看到的电路板模块160，但为平面平视图。通过导电带163连接的上电路板161和下电路板162彼此相邻地定向，其中一侧朝向观察者，所述一侧在装配状态下与装置壳体125接触。电路板161、162各自具有用于安装相应的平行引导构件131、132的凹部，其中，在图4中仅示出了上平行引导构件131。相应的平行引导构件经由两个彼此隔离的导电体连接到电流源，所述两个彼此隔离的导电体穿过柔性导电带163和柔性电流供应带164。例如用于温度传感器180或位置传感器170(两者均在图1中)的另外的触点165、166可以集成在电路板161、162和/或电路板模块160中。于是，信号也可在电流供应带164的端部处访问。

借助于图4所示的上平行引导构件131，现在将简要讨论图1、2A和2C所示的平行引导构件的设计。图4示出了上平行引导构件131的顶视图，所述上平行引导构件131在这里具有三个螺旋形穿通部135，通过所述螺旋形穿通部135形成：可移动的平行支腿137，其可以连接到线圈主体110；固定的平行支腿136，其可以连接到装置壳体125；以及连接固定的和可移动的平行支腿的三个平行引导件138。因此，如图1所示，线圈主体110被引导到装置壳体125的通道128中。

EP 1 925 919 A1同样示出了平行引导构件的进一步可能的设计，例如，具有两个电导体带的平行引导构件；由电隔离器形成的平行引导构件，导电材料被施加于所述电隔离器以形成导体带；或具有U形穿通部的平行引导构件。线圈主体的实施例的先前描述的元件和平行引导构件可以以任何形式和方式彼此组合，仅以线圈的端部电连接到可控电路为前提。

附图标记列表

100 (电磁力补偿)直接测量系统

101 负载接收器

110 线圈主体/动力传递联动机构

111 轴区域

112 端部表面/触点

119 绕组区域

120 力补偿装置

121 永磁体

122 线圈

123 极靴

124 凹部

125 装置壳体

126 壳体主体

127 壳体盖

128 通道

129 壳体螺钉

131 上平行引导构件

132 下平行引导构件

135 穿通部

136 固定的平行支腿

137 可移动的平行支腿

138 平行引导件

141 第一导体带

142 第二导体带

150 连接板

151 钮部

154 加强结构

160 电路板模块

161 上电路板

162 下电路板

163 柔性导电带

164 电流供应带

165 用于温度传感器的电触点

166 用于位置传感器的电触点

170 位置传感器

171 光闸导件

172 光发射器

173 光接收器

174 到触点的连接板

180 温度传感器