CN100430276C - 具有转矩传感器的电机致动装置 - Google Patents

Abstract

装置(1)包括：旋转驱动电机(2)，周转圆型减速器(4)，包括输入轴(3)，输出轴(9)和与输入和输出轴(3，9)共轴的可旋转外部本体(10)，该本体与可操作的抑制其旋转而动作的弹性偏压装置连接；输入轴(3)连接到电机输出轴(2)上以旋转，且使输出轴(9)与负载可操作的连接；可操作以提供表示施加到减速器(4)的输出轴(9)上的负载大小的信号的电子传感器(21；26；27)；以及以预定方式控制电机(2)的控制和命令单元(ECU)。

Description

具有转矩传感器的电机致动装置

技术领域

本发明的主题是具有一体化转矩传感器的电机致动装置(electromechanicalactuator device)，可用于汽车领域中为机动车辆停车制动提供伺服辅助设备的实例中。

背景技术

公知的使用传感器装置，如负载单元，用于转矩或负载的测量。

负载单元要求使用的电子测量电路具有适于非常微弱信号处理的特性。此外，首先要考虑汽车领域的可使用性，在该领域中环境的运行特性相当严峻，并从电磁观点方面考虑，负载单元的尺寸和成本是非常重要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有一体化转矩传感器的电机致动装置，其生产简单而且经济，具有高可靠性操作，尤其是其尺寸和成本适合于用于汽车领域中。

根据本发明，提供了一种电机致动装置，包括：旋转驱动电机，周转圆型减速器，包括输入轴，输出轴，和与所述输入和输出轴共轴的可旋转外部本体，该本体与可操作的抑制其旋转的弹性偏压装置相连接；连接输入轴以与电机的输出轴一起旋转，且使输出轴与负载可操作地连接；电子传感器装置，可操作的提供指示施加到减速器的输出轴上的负载的大小的指示信号；以及设置成以预定方式控制电机的控制和命令装置。

附图说明

按照本发明，该装置更进一步的特性和优点将从参照附图所进行的下面的详细说明中明显得出，其仅仅作为非限定性实施例给出，其中：

图1是包括在按照本发明的致动装置中的驱动单元的透视图；

图2是图1的致动单元的另一透视图；

图3以透视图的方式示出了使用按照本发明的装置的实施例；

图4是按照本发明的致动装置的电路图，部分为框图形式。

具体实施方式

参照附图，尤其是图1到3，按照本发明的致动装置包括通常用1表示的驱动单元。

单元1包括如DC电机的旋转电机2，其输出轴通过通常表示为5的皮带传动连接到减速器4的输入轴3上。就其本身而论，后者(皮带传动5)包括安装到电机2的驱动轴上的驱动滑轮6，安装到减速器4的输入3上并通过皮带8与滑轮6连接的驱动滑轮7。

减速器4便利地是具有一级或多级的周转圆(epicyclic)型减速箱。

减速器4具有安装到该减速器的行星齿轮支座上(或在多级减速器的情况下安装到减速器的最后一级的行星齿轮支座上)的输出轴9。

减速器4的可旋转外部本体用10表示，与输入轴3和输出轴9共轴。外部本体10具有在附图中看不见但本身已知道的内齿，其与减速齿轮(或减速齿轮的最后一级)的行星齿轮相啮合。

电机2和减速器4以它们各自的轴线平行的方式安装到相同支撑结构上，该支撑结构仅仅部分地在附图示出，其中用11表示。

与皮带传动5相连接的是一张紧轮装置，通常在图1中用12表示，其包括，以大家都知道的方式，张紧轮臂13旋转地铰接到支撑结构11的销14上，该销周围设置一扭转弹簧15，该扭转弹簧具有固定在结构11上的一端部和在相对其旋转轴预定的距离的地方安装到臂13上的另一端部。

围绕周转圆减速器4的外部旋转本体10设置的另一扭转弹簧，用附图标记16表示。

如图2和3所示，弹簧16具有安装在所述本体10的突出部10a内的一端部和安装到板17的另一端部，该板17旋转地围绕减速器4的输出轴安装，能可操作的通过螺钉18安装到支撑结构11上的预定位置(图1和3)。

偏压弹簧16有助于反抗减速器4的外部本体10的旋转。

减速器4的本体10的远离驱动滑轮7的端部具有一组外齿19，其与固定在电角度位置传感器21的小驱动轴上的齿轮20(图1)相啮合，该电角度位置传感器安装到支撑结构11上。

在运行中，当电机2由恒定电压供电时产生一驱动转矩，其通过滑轮6和7以及传动皮带8，传输到减速器4的输入轴3上。其所构成的旋转机构，使得后者的输出轴19以传递相应增加的驱动转矩的较低的速度旋转。

由于反作用，减速器4的外部本体10被驱动以抵抗偏压弹簧16的作用旋转。减速器4的该本体10能在由机械停止(未示出)所限定的两范围之间围绕其纵轴线实现角度旋转，该机械停止中的一个与静止位置(减速器的输入没有转矩)相对应，同时另一个对应于由该装置所传递的最大转矩。

减速器4的外部本体10的旋转通过齿轮19而传输到安装到角度位置传感器21的驱动轴上的齿轮20上。

如果电机2由恒定电压供电，在单元1的输出轴19上具有相应的驱动转矩，由于传输功率的影响，如上面更详细阐述的，减速器4的本体10假定为一与在静止状况下所假定的不同的相对角度位置。通过角度位置传感器21检测和表示该位置。由该传感器所提供的电信号可被电子控制和命令单元以各种方式采用，这将在下文进行更好的描述。

现在假设，例如，出现了施加到单元1的输出轴9上的阻力转矩的增加，该单元的机械平衡受到干扰。由于这驱动电机2逐渐减速。因此单位时间内输出轴9的旋转转数减少，转矩相应增加直到达到新的平衡状态。

传输转矩的增加导致施加在减速器4的本体10上的反作用转矩增加，其导致偏压弹簧16的附加扭矩的出现。该弹簧的扭矩的增加变换为减速器4的本体10的相对角度旋转的增加，其相应地由传感器21表示出。

另一方面，如果施加在输出轴9上的阻力转矩出现减少，存在随之引起的相对于在阻力转矩增加的情况下所描述的显著(effective)逆转。

从上述所描述的，已经明白角度位置传感器21怎样能在操作中提供指示施加到减速器4或单元1的输出轴9上的负载(阻力转矩)的大小的信号。

图3中已经通过实施例示出了上述的驱动单元的应用。在该应用中，所述单元的输出轴9连接到装置22上，以可操作的将其旋转运动变换为线性运动的。例如装置22可为导引螺轴型。装置22的输出端，其可操作的被驱动为线性运动，连接到结构23上，结构23连接到可与制动传动装置连接的弹力传输链24和25(以未示出的方式)上，该制动传动装置与车辆车轮连接。

如图4中示意性示出的，电机2连接到通常由ECU表示的电子控制和命令单元。该单元包括，例如被控制的电源电路VS，该电源电路连接到电机2的端子，以便给它们施加与预定转矩对应的电源电压。

角度位置传感器21也连接到单元ECU上。后者可包括一处理器单元FU，该处理器单元包括，例如，微处理器，和相应的存储装置M。处理器单元PU能设置为比较在运行中从传感器21上所得到的信息和要施加到负载上的转矩命令，该转矩命令是从图4中表示为I的输入装置中得到的命令，如前所述，从传感器21所得到的信息基本上由施加到驱动单元1上的阻力负载所表示。基于该比较该处理器单元PU相应的控制电压源VS。

作为角度位置传感器的可替换的使用，电机2可与图4中26所表示的电流传感器连接，例如霍尔效应传感器或分流电阻器，可操作的为单元ECU提供表示在运行中由所述电机消耗的电流的大小的操作。

理论上，在电机2消耗的电流和施加到驱动单元1的阻力转矩之间的关系为恒定型。实际上，这是不正确的，启动时，电机2消耗电流一般会出现峰值，这些值易与最终阻力转矩所对应的值相混淆。为了补救这个问题，与减速器4连接的偏压弹簧16以在电机2的加速过程中不允许该减速器的本体10移动的方式适宜地事先加载。一个可选择的解决方案，是电子型的，包括在启动过程中仅在电机2启动的预定时间后开始“阅读”由电流传感器26所提供的信号，可充分确保所消耗电流的初始过渡完成。

在如图3中实施例所示的应用中，其中驱动单元被设置成在离所形成的力施加或转矩出现的点一定距离的地方，由角度位置传感器或电流消耗传感器提供的指示信号受整个运动链的效果的影响，即受力或转矩的传输系统影响。在装置的安装过程中，可能因此提供用于与减速器4连接的弹簧16的特性的重新校正。一种可能性包括设置安装螺轴18穿过板17的槽型孔以便允许连接到所述板17的弹簧16的端部安装在不同的位置。

如果想要避免重新校正所述弹簧，电子控制单元ECU可设置成与安装在测试机床上的致动装置1一起进行初始校正过程(procedure)和在所述致动装置的使用的安装条件中可能的随后的校正过程。

为了进行校正，驱动单元1安装在测试机床上的与最终应用对应的位置。该单元的输出轴具有施加在其上，即为预定值的阻力转矩上的负载。处理器单元PU捕捉和存储用于每一个这些参考负载的减速器本体的角度位置或由电机消耗的电流的相应值。

在校正之后，在处理器单元PU的正常运行中，为了满足所施加的转矩的特定运行需要，适宜提供计算，例如通过内插法和/或外插法，对应于负载或转矩值的减速器的外部本体的角度位置值或由电机所消耗的电流值与在校正过程中所利用的参考负载的那些值不同。

参考图3，可利用附加的线性位置传感器27以实现更好的安全性(也见图4)，其设置在旋转/线性运动转换器22的输出端附近，连接到控制单元ECU尤其连接到ECU的处理器单元PU。在这种情况下，处理器单元PU便利地设置成与驱动单元1，转换器22和当在使用位置上进行安装时与转换器连接的其他设备一起进行校正过程。在该校正过程中，处理器单元PU，同时与施加到所有装置的负载(阻力转矩)不同，当由电机2消耗的电流假定为存储在先前的校正相中时在存储装置M中存储由传感器27表示的位置值所表示的数据。在这种情况下，然后PU单元也便于设置成计算在通常运行中与所述参考负载的值不同的负载值对应的线性位置值，例如通过大家都知道的内插法和/或外插法。

接着，在该系统的有效寿命中，线性位置和负载(转矩或阻力)之间的关系由于磨损和调整的影响而改变。然后，处理器单元PU也能便利地设置成定时更新线性位置/存储的负载特性。

当然，与本发明的原则保持相同，其结构的具体化和细节可与仅通过非限定性实施例所示和所表述的有很大的不同，如附加权利要求中所限定的并不脱离本发明的范围。

Claims (11)

1.一种电机致动装置(1)，包括：

旋转驱动电机(2)，

周转圆型减速器(4)，包括输入轴(3)，输出轴(9)，和与所述输入和输出轴(3，9)共轴的可旋转外部本体(10)，该本体与可操作的抑制其旋转的弹性偏压装置(16)相连接；连接输入轴(3)以与电机(2)的输出轴一起旋转，且使输出轴(9)与负载可操作地连接；

电子传感器装置(21；26；27)，可操作的提供指示施加到减速器(4)的输出轴(9)上的负载的大小的指示信号；以及

设置成以预定方式控制电机(2)的控制和命令装置(ECU)。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电机是一DC电机(2)，其输出轴通过传动装置连接到减速器(4)的输入轴(3)上。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，减速器(4)的旋转外部本体(10)在电机(2)和所述减速器(4)之间的连接区域的相对的末端上具有锯齿(19)，其和与所述角度位置传感器(21)连接的旋转部件(20)相啮合。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传感器包括可操作的提供表示周转圆减速器(4)的所述本体(10)的角度位置的电信号的电子角度位置传感器(21)。

5.根据权利要求1或3所述的装置，其特征在于，所述弹性偏压装置包括扭转弹簧(16)，其一端安装到减速器(4)的所述外部本体(10)上，另一端安装到固定支撑结构(17，11)上。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述弹簧(16)的另一端安装到所述支撑结构(11)的可调整的位置以允许校正该弹簧(16)的工作特性。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电子传感器装置包括电流传感器(26)，可操作的提供表示所述电机(2)消耗的电流大小的信号。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制和命令装置包括设置以实现装置(1)的校正过程的存储器装置(M)和处理器装置(PU)，其中当装置(1)具有施加在其上的预定大小的参考负载时，所述存储器装置(M)存储表示由所述传感器(21，26)所提供的信号的预定参数而出现的值的数据。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述调整处理器装置(PU)设置成在正常运行中通过内插法和/或外插法计算与所述参考负载的值不同的负载值对应的所述传感器信号(21，26)的所述参数值。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，减速器(4)的输出轴(9)连接到转换器装置(22)，以可操作的将旋转运动变换为线性运动。

11.根据权利要求7，8或10所述的装置，其特征在于，还包括与所述转换器装置(22)的输出连接的电子线性位置传感器装置(27)，其中控制装置(ECU)包括存储器装置(M)和处理器装置(PU)，在所述校正过程完成后，执行一校正过程，其中同时施加到致动装置(1)的负载改变，其中当电机(2)所消耗的电流假定为存储在校正相中的值时，表示由所述线性位置传感器装置(27)所提供的信号参数而出现的值的数据存储在所述存储器装置(M)中；所述处理器装置(PU)设置成在通常运行中计算在对应于与所述参考负载不同的负载值，由线性位置传感器装置(27)所提供的信号的所述参数值。

Images