CN101296824B - 用于车辆的电动辅助驱动装置 - Google Patents

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Abstract

一种车辆的电动辅助驱动装置，特别是用于风档刮水器驱动装置或车辆元件的调整驱动装置，具有用于电动马达的次级传动装置，具有至少一个磁传感器，该至少一个磁传感器与由至少一个永磁体形成且与驱动轴或齿轮一起旋转的信号发射器或永磁体装置共同起作用，以便于记录轴或齿轮的旋转的角度位置和/或角度位置的变化。永磁体装置布置在嵌入到支承装置中的轴端的前侧上，或布置在嵌入到支承装置中且布置在轴上的驱动元件上。所述至少一个磁传感器布置在支承装置中且布置为沿轴线方向与永磁体装置相对。

Description

用于车辆的电动辅助驱动装置
技术领域
本发明涉及用于车辆的电动辅助驱动装置，特别是用于风档刮水器驱动装置或车辆元件的调整驱动装置，具有用于电动马达的次级传动装置，具有至少一个磁传感器，该至少一个磁传感器与由至少一个永磁体形成且与驱动轴或齿轮一起旋转的信号发射器或永磁体装置共同起作用，以便于记录轴或齿轮的旋转的角度位置和/或角度位置的变化，其中，永磁体装置布置在嵌入到支承装置中的轴端的前侧上，或布置在嵌入到所述支承装置中且布置在轴上的驱动元件上，而所述至少一个磁传感器布置在所述支承装置中且布置为沿所述轴的轴线方向与所述永磁体装置相对。
背景技术
电动辅助驱动装置，通常包括电动马达，例如直流马达以及次级(secondary)传动装置，例如蜗轮。电动传动装置在车辆中可用于多种功能，例如风档刮水器驱动装置，或用作作动器，例如用来调整车座的位置和打开和关闭滑动车顶或车窗等等。
在很多情况下，需要在辅助驱动装置的驱动器处提供传感器装置或传感器技术，例如用来精确地测定例如驱动器输出轴或齿轮的旋转速度、旋转方向、角度或在这种情况下特别是绝对角度，以便于控制电动马达进行，例如风档刮水器齿轮的回动和/或以便于保持停留(park)的预定角度和或风档刮水器装置的刮水器臂的回动位置和/或以便于例如为了控制或者同步目的将与绝对角度相应的数据例如通过总线系统传送到车辆的其它功能元件，和/或用于当抵达预定或预选位置时，停止设计为作动器的电动辅助驱动装置，等等。
一种有些理论形式的用于测定轴的绝对角度的方法和测量系统是公知的(DE10360042A1)。在该方法和测量系统中，分别表示相对角度的各种不同的传感器信号由传感器技术装置产生，传感器技术装置至少包括两个磁传感器和永磁体或具有至少一个永磁体的信号发射装置，所述磁传感器根据磁场的尺寸和极性供应至少一个测量或传感器信号。随后在电子系统中基于该组合测定绝对角度。在这个情况下，磁传感器具有固定的布置，就是说：或者布置在轴的下方且传感器的中心在该轴的轴线上，尽管传感器的轴线径向地朝向轴的轴线，绕轴的轴线相对彼此扭转一定的角度；或者传感器布置在轴的轴线的侧面一定径向距离处且在该轴的轴线周围偏置一小于90度的角度。形成永磁体装置的永磁体布置在轴上且与轴一起旋转。
此外，一种用于建立旋转轴线或轴的角度的方法是公知的(DE195487385C2)，其中永磁体径向地朝向轴线，并作为信号发射器布置在轴的端部，其与两个磁传感器一起工作，该磁传感器沿与永磁体相对的轴的轴线的方向偏置，并关于它们有效传感器轴线相互成90度角扭转，因此，利用旋转的轴，一个磁传感器给出正弦传感器信号而另一个磁传感器给出余弦信号。
基于上述技术状态，传感器技术装置以及它的元件在电动辅助驱动装置中特别是这样的驱动装置的外壳中的布置是不可知的。
发明内容
本发明的任务是提供一种电动辅助驱动装置，其具有适于实际使用的结构设计，另一方面，易于监控和/或测定轴的角度位置和相对位置以及它们的变化，特别是在这种情况下轴的绝对角度位置，该轴优选为辅助驱动装置的驱动装置的输出轴。
为了解决该轴的问题，设计了一种电动辅助驱动装置，具有用于电动马达的次级传动装置，具有至少一个磁传感器，该至少一个磁传感器与由至少一个永磁体形成且与驱动轴或齿轮一起旋转的信号发射器或永磁体装置共同起作用，以便于记录轴或齿轮的旋转的角度位置和/或角度位置的变化，永磁体装置布置在嵌入到支承装置中的轴端的前侧上，或布置在嵌入到所述支承装置中且布置在轴上的驱动元件上，而所述至少一个磁传感器布置在所述支承装置中且布置为沿所述轴的轴线方向与所述永磁体装置相对，其中，支承装置包括从驱动装置的容器部件突出到驱动装置内部的支承元件，该支承元件形成至少一个支承表面并配备有切口以至少接纳所述永磁体装置和磁传感器，且支承元件穿过PCB中的开口，其方式是承载所述至少一个磁传感器的PCB的一个部分位于所述支承元件的切口中。
在根据本发明的辅助驱动装置中，传感器的至少一个信号发射器或永磁体装置布置在轴的一端的前方，具体地说，传感器技术装置的至少一个磁传感器以相同的方式布置在用于支承该轴端的支承装置中。在优选的设计形式中，磁传感器位于电子控制模块或电子控制设备的板上或PCB上。然后该板或PCB通过开口延伸，优选地通过支承装置的至少一个径向开口并进入该支承装置的内部，在这里配备有至少一个磁传感器。
本发明其它方面的优点在于传感器技术装置和它的元件可以布置在轴端前方的区域中，由此布置为关于轴的轴线对中，更具体地说，可以对依赖轴的角度的所述至少一个传感器信号以及在配备有信号发射器或永磁体装置的轴端的区域中的轴的嵌入实现最佳化。此外，本发明的特征在于简化和紧凑的结构。
本发明其它方面的其他优点在于用于测定角度的传感器技术装置并不需要对没有传感器技术装置的电动辅助驱动装置的现有的经过测试并得到信任的设计进行任何基础性修改，对与驱动装置的结构性设计来说也是如此，除了驱动装置壳体之外。还有一个实质性优点在于通过所述至少一个传感器输出的传感器信号，还可以测定轴的位置、旋转速度和/或旋转方向，即并不需要增加由永磁体形成的信号发射器和相应的传感器来用于旋转速度和/或旋转方向的测定，这在另一方面对简化结构和降低生产成本作出了贡献，特别是要安装的组件的减少。特别是在控制电子设备和微处理器辅助控制模块电子设备的设计中，可以通过简单的程序修改使电动辅助驱动装置的控制满足使用者或顾客的各种要求和/或期望。
使用根据本发明的设计和所述传感器技术装置，在起动驱动装置之后，可以立刻通过传感器技术装置输出的传感器信号获悉轴的绝对角度位置。
附图说明
将通过基于附图的示例性实施例对本发明进行更详细的描述，其中：
图1是电动辅助驱动装置的驱动装置外壳的截面图；
图2是图1中的驱动装置的盖式容器部件的顶视立体图；
图3是在图1中的驱动装置中设置的传感器技术装置的信号发射器或永磁体装置的独立示意图；
图4是图1的细节的放大示意图；
图5是另一可能的实施例的类似于图1的示意图。
具体实施方式
在图1-4中，1是电动辅助驱动装置的驱动装置，在电动辅助驱动装置中除了驱动装置1还具有在图中没有示出的电动马达，图1中用虚线表示的马达轴2延伸到驱动装置外壳3中，并且马达轴的部分设计为蜗轮，与布置在驱动装置外壳内部设计为蜗轮的齿轮一起工作。驱动装置外壳3在本实施例中设计为两部分，且除了盖式容器组件3.2之外还包括容器部分3.1，其中没有电动马达且它的壳体具有凸缘，当容器组件3被封闭时容器部分3.1设置在容器组件1的上部并以合适的方式例如螺钉装配连接到该容器组件。
齿轮4定位在轴5上，轴5形成驱动装置1和辅助驱动装置的输出轴，且从驱动装置外壳3和容器组件3.1引出轴端，并且该轴端可旋转地嵌入在容器组件3.1中的轴承6中。
在轴的另一端的区域中，轴5具有其它的轴承且被轴向和径向地支承，更精确地说是通过衬套状或环状支承元件7定位，其中该支承元件7在盖式容器组件3.2中的底部整体模制而成且从该底部的内表面突出到驱动装置外壳3中。在布置为与轴线5.1相同的轴线上的支承元件7中，齿轮4啮合在其中用于径向支承毂状部分4.1，该毂状部分4.1形成同心地环绕轴线5.1的环或规则的柱状轴承表面。此外，齿轮4由支承元件7的前表面7.1轴向地支承。
为了控制辅助驱动装置和未示出的电动马达，电子微处理器辅助控制设备8(控制模块)也容纳在驱动装置的壳体中，更精确地说与板或PCB9一起，控制设备8的组件被布置在PCB9上其它元件中。控制设备8和它的PCB9固定到盖式容器组件3.2的内表面上，更精确地说其方式是当驱动装置外壳3被封闭时，PCB9的表面侧垂直于轴线5.1指向且PCB9大致位于在驱动装置外壳3封闭时盖式容器组件3.2与容器组件3.1的开口边缘相结合的边缘处。
衬套状支承元件7具有多个槽，这些槽从其自由边缘开始一直到盖式容器组件3.2的底部，因此由于相应的槽11，导致支承元件7的节段状设计，且更精确地说，在本实施例中，具有三个槽11，设计具有三个环形段7.2。
PCB9配备有与环形段7.2相应的开口12，因此，在PCB9安装到容器组件3.2的过程中，PCB9可以通过孔12推入配合到支承元件7上，同时配合到环形段7.2，且环形段7.2突出到PCB9面向容器组件3.1的一侧的上方。然后，PCB9在支承元件7的内部即支承元件的内部7.3中具有PCB部件9.1。优选地，槽11被如此设计，以致它从支承元件7的自由边缘开始，并不在支承元件的总高度上延伸，而是与容器组件3.2的底部间隔，在背向齿轮4的PCB9的下方的水平，因此，该PCB还被支承在槽11的区域。
在轴5远离轴承6的轴端，在前方设置了永磁体装置13，其如图3所示由盘状永磁体13形成，该盘状永磁体13被如此设计并磁化，以致它被形成为一半圆柱体13.1为南极而第二半圆柱体13.2形成为北极。具有最大磁场强度的不同极性的区域关于柱状永磁体13的轴线相互径向相对定位。在本实施例中，永磁体13容纳在适当的圆柱状开口14中，其在图1的描述中向着下方的PCB9开口并且在顶部受到轴5的前侧的限制。与永磁体13相对，在它的与轴线5.1相同的轴线上，两个磁传感器15和16布置PCB9的部分9.1上且更具体地说，在本实施例中，磁传感器15在面向永磁体13的上侧而磁传感器16位于背向永磁体13的PCB9的下方。
容纳在与容器组件3的外侧隔离的环状支承元件7的内部7.3中的两个磁传感器15和16根据磁场(磁场的场强和/或方向方面)和/或磁场的改变分别发送至少一个电子传感器信号。磁传感器15和16譬如是其阻值根据磁场变化的电磁阻或霍尔传感器。磁传感器被如此布置在PCB部分9.1上以致轴线5.1分别与传感器15和16在它们的传感器中心点相交，磁传感器15和16的有效轴线相对于轴线5.1径向地布置且在绕轴线5.1相互扭转成一小于90度的预定角度。
当轴5和齿轮4旋转时，永磁体13同时开始运动，因此由于磁场的旋转和磁场方向相对于传感器有效轴线的方向的改变，两个传感器分别输出至少一个传感器信号，该信号，利用磁传感器15和16的传感器信号对应它们的有效传感器轴的不同方向而相移，示出了依赖于轴5的旋转的譬如正弦或余弦分量(course)。在由磁传感器15和16输出的信号以及它们的组合的基础上，可以确定轴5的绝对角度位置和旋转。此外，控制设备8不仅仅能够确定位置，还能够基于传感器信号，例如这些信号的时间变化和/或极性和/或相位延迟，来确定轴5的旋转速度和旋转方向。
通过上述设计，可以相对于轴线5将传感器技术装置的元件布置在轴线5.1相同的轴线上，而无需考虑轴5和齿轮4通过支承元件7的其它支承，因此对于传感器信号来说，可以保持相应于正弦或余弦分量的传感器信号或至少最佳近似的传感器信号，通过这些信号，轴5的各个角度位置以及特别是该轴的各个绝对角度位置可以由控制设备8高精确度地确定。
使用控制设备8和由永磁体13和磁传感器15和16形成的传感器技术装置，电动辅助驱动装置和该驱动装置的电动马达的精确控制，例如轴5的回转运动成为可能。此外，轴5的角度位置还可以用于其他控制和监控目的，例如可以通过将由传感器技术装置确定的绝对角度通过总线系统传送到其它功能和控制元件或设备，用于驱动装置和其它功能元件的同步致动。在辅助驱动装置和驱动装置1是作动器的一部分的情况下，例如用于座位位置调整、用于打开和关闭滑动车顶或车窗，等等，传感器技术装置和由它输出的传感器信号还可以用于各自作动器行程和/或允许的移动可极限的监控和/或控制。
此外，当然还可以使用由传感器技术装置输出的传感器信号来确定轴5的旋转速度和/或旋转方向。
图5示出了与图1所示类似的作为另一实施例的驱动装置1a，其实际上与驱动装置1的区别仅在于与齿轮4相应的齿轮4a被支承元件7的内表面和外表面以及相应的环形段7.2支承。为此，齿轮4a装配在毂状部分4a.1上，该毂状部分4a.1具有向前方开口且同心地围绕轴线5.1的沟槽17，其中容纳了支承元件7和它的环状段，且支承元件7和它的环状段的部分长度突出到PCB9上方。
已经基于实施例对本发明进行了描述。应该理解可以在不背离本发明的精神的前提下进行各种修改和改变。
例如，可以不用永磁体13，而提供其它在磁传感器15和16的区域中产生磁场的磁体装置，其随轴5的旋转动作而旋转并导致磁传感器15和16根据旋转得到不同的传感器信号。
上文中假设传感器技术装置具有两个磁传感器15和16，也可以仅提供一个这样的磁传感器15或16，或使用具有两个或多个磁传感器的功能的传感器组件。
参考标记表
1，1a       驱动装置
2           旋转轴
3           驱动装置外壳
3.1，3.2    容器组件
4，4a       齿轮
4.1，4a.1   齿轮的毂状部分
5           轴
5.1         轴线
6           轴承
7           支承元件或其它支承件
7.1         前侧
7.2         环状段
7.3         支承元件内部
8           电子控制设备
9           PCB
10          电子组件
11          槽
12          开口
13          永磁体
13.1，13.2  永磁体13的区或磁极
14          开口
15，16      磁传感器
17          沟槽

Claims (18)

1.一种车辆的电动辅助驱动装置，具有用于电动马达(1)的次级传动装置，具有至少一个磁传感器(15，16)，该至少一个磁传感器(15，16)与由至少一个永磁体(13)形成且与驱动轴(5)或齿轮(4)一起旋转的信号发射器或永磁体装置共同起作用，以便于记录轴(5)或齿轮(4)的旋转的角度位置和/或角度位置的变化，
其中，永磁体装置(13)布置在嵌入到支承装置(7)中的轴端的前侧上，或布置在嵌入到所述支承装置(7)中且布置在轴(5)上的驱动元件(4，4a)上，而所述至少一个磁传感器(15，16)布置在所述支承装置(7)中且布置为沿所述轴的轴线(5.1)方向与所述永磁体装置(13)相对；
其特征在于，支承装置包括从驱动装置(3)的容器部件(3.2)突出到驱动装置内部的支承元件(7)，该支承元件(7)形成至少一个支承表面并配备有切口以至少接纳所述永磁体装置(13)和磁传感器(15，16)，且支承元件(7)穿过PCB(9)中的开口(12)，其方式是承载所述至少一个磁传感器(15，16)的PCB(9)的一个部分(9.1)位于所述支承元件(7)的切口中。
2.如权利要求1所述的辅助驱动装置，其特征在于所述支承元件(7)在平行于所述轴线(5.1)的方向开槽。
3.如权利要求2所述的辅助驱动装置，其特征在于所述支承元件(7)具有至少一个槽。
4.如权利要求3所述的辅助驱动装置，其特征在于支承元件(7)被槽11分为至少两段(7.2)。
5.如权利要求4所述的辅助驱动装置，其特征在于所述段(7.2)分别穿过PCB(9)中的开口(12)。
6.如权利要求1所述的辅助驱动装置，其特征在于由所述至少一个磁传感器(15，16)和所述永磁体装置(13)形成的传感器技术装置的轴线布置在与所述轴线(5.1)相同的轴线上。
7.如权利要求1至6之一所述的辅助驱动装置，其特征在于所述永磁体装置由永磁体(13)形成，该永磁体(13)形成北极和南极，且所述永磁体(13)的北极和南极关于轴线(5.1)径向地相对。
8.如权利要求1至6之一所述的辅助驱动装置，其特征在于所述永磁体装置(13)布置在轴(5)的前侧上的轴的端部上。
9.如权利要求1至6之一所述的辅助驱动装置，其特征在于所述永磁体装置(13)布置在轴(5)的开口(14)中或布置在所述轴上的驱动元件，例如齿轮(4，4a)，的开口(14)中。
10.如权利要求1至6之一所述的辅助驱动装置，其特征在于所述至少一个磁传感器(15，16)根据磁场和/或磁场的改变输出至少一个传感器信号。
11.如权利要求1至6之一所述的辅助驱动装置，其特征在于所述至少一个磁传感器(15，16)根据磁场的方向或极性输出至少一个传感器信号。
12.如权利要求1至6之一所述的辅助驱动装置，其特征在于所述至少一个磁传感器(15，16)是磁阻或霍尔传感器。
13.如权利要求1至6之一所述的辅助驱动装置，其特征在于所述轴线(5.1)与所述至少一个磁传感器(15，16)在它的传感器中心点相交。
14.如权利要求1至6之一所述的辅助驱动装置，其特征在于所述至少一个磁传感器(15，16)的方向布置为它的传感器轴线方向为所述轴线(5.1)的径向。
15.如权利要求1至6之一所述的辅助驱动装置，其特征在于至少两个磁传感器(15，16)布置为沿轴线(5.1)的方向相互偏移。
16.如权利要求15所述的辅助驱动装置，其特征在于所述至少两个磁传感器(15，16)布置为绕所述轴线(5.1)相互扭转一个角度。
17.如前述权利要求1至6之一所述的辅助驱动装置，其特征在于所述至少一个磁传感器(15，16)布置在控制模块(8)的板或PCB(9)上。
18.如权利要求17所述的辅助驱动装置，其特征在于板(9)的方向被布置为它的表面侧垂直于轴线(5.1)。
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