CN1040153C - 变速器输出轴转速传感器 - Google Patents

Abstract

一种变速器输出轴转速传感器，它包括一个霍耳效应传感元件或可变磁阻传感元件和一个用以产生永久性磁场的磁场发生装置，该些装置结合到一个位于围绕汽车变速器的差速器壳的推力轴承组件内，从而避免了对变速器本身进行结构上的改动。

Description

变速器输出轴转速传感器

在为了结合进一种可靠的输出轴转速传感器而尽量减小对汽车标准变速器的重新设计的尝试中，本发明人研制成一种几乎不额外地占用变速器输出轴壳体内空间的新颖变速器输出轴转速传感器。

在汽车发动机、悬架装置和传动系统技术取得重大的机械方面进步的同时，过去十年里汽车工业的特征在于产生了一场电子革命。

电子控制装置(ECU)可存贮来自传感器的信息并控制当代汽车的许多重要功能的动作。电子控制装置已在以下四个主要方面显著地迅速渗透进来，即(1)发动机，(2)变速器，(3)悬架装置和(4)防抱死制动/牵引控制装置。在所有这些情况下，构件的转动或位置变化的信号都输入给ECU，ECU将这些信号与对运行状态是理想的计算值或变换值作比较，然后使受控功能开始变化以便减小与理想状态的偏差。为了使此系统能够有效地工作，需要有各种具有高可靠性，良好的分辨率而又经济的传感器系统。

为检测汽车的运动/位置状态，已发展出四种不同类型的系统：(1)无源传感器或可变磁阻传感器，(2)有源传感器，如霍耳效应传感器，(3)光学传感器，(4)加速度计。在用于轮速检测的防抱死制动系统(ABS)中和在自动变速器输出轴转速检测方面，可变磁阻传感器的使用一直占有优势。霍耳效应传感器则主要用在点火系统中，而光学传感器和加速度计则用在悬架装置控制系统中。

本发明主要涉及用来检测汽车变速器的输出轴转速的器。目前，可变磁阻传感器都是用来检测变速器输出轴转速的。这些传感器一般是测定当铁磁励磁器环或齿轮通过探测器时磁场强度的变化。也就是说，励磁器环的动齿改变可变磁阻探测器即线圈和磁铁附近的磁通量，从而感应了电流脉冲。从线圈中输出的传感电流是正弦波电流，其幅值与励磁器环转速成正比。该检测器信号的频率用来计算变速器的转速。

授予西田的美国专利第3716788号描述了一种传统的可变磁阻传感器，它附加在车轮轴承组件上用以测定轴速。齿形转子是在一个与固定在固定式外轴承环上的齿形定子相对的可转动内轴承环上形成的。外轴承环还支承着电磁式传感器或探测器，该传感器根据转动过程中转子的齿和定子的齿相互对正所感应的磁通变化产生一电压值。所产生的交变电流的频率与轴的转速成正比。

在授予安塞尔米诺的美国专利第3826933号中，公开了一种类似的速度传感器。这种速度传感器有一个电磁感应线圈即探测器，它固定在轴承的固定环上，而一个具有铁磁齿的齿轮则固定在滚子轴承的可转动环上。

与使用可变磁阻传感器测定变速器输出轴转速相关联的问题涉及到目前在变速器输出轴上提供独立的励磁器环或多齿齿轮的作法问题，这些可变磁阻传感器需要给变速器加上额外独立的励磁器环，从而占用了宝贵的空间，增加了生产成本，也增加了变速器的总重量。一般情况下，除非专门设计加有传感器的全新变速器，否则不可能在传统可变磁阻传感器系统获得所需要的空间。例如，在一般的后轮驱动小客车中，为使传感器适合于装在变速器内，在考虑增加励磁器环所需空间时，就必须考虑以牺牲诸如总尺寸等的某些其他重要设计特征作为代价。

与使用独立的励磁器环的可变磁阻传感器有关的另一问题是励磁器环的运动会造成磁场测量值不精确。

汽车设计人员认为，任何能够减少系统的机械方面重新设计并能满足性能要求、可靠性和成本要求的传感器是最理想的。因此，本发明的目的是研制一种变速器输出轴转速传感器，这种传感器只需要少许或几乎不需要在变速器中为其留有备用空间，而其可靠性高且成本又低廉。

本发明涉及一种重新设计的带有一个可变磁阻传感器的整体式推力轴承组件和一种带有霍耳效应传感器的推力轴承组件的应用问题。尽管如授予桑托斯等人的美国专利第4875785号中所公开的那样已知具有采用霍耳效应传感器和可变磁阻传感器的推力轴承，但本发明仍独特地重新设计了汽车变速器的推力轴承组件，以便使该组件既可结合霍耳效应传感器也可结合整体式可变磁阻传感器。

根据下文的描述，将会清楚理解本发明的其它优点。

一种新颖的变速器输出轴转速传感器，它包括配置在围绕汽车变速器的推力轴承组件处的一个霍耳效应传感器或者一个可变磁阻传感器。

该推力轴承组件一般安装在围绕具有与变速器输出轴相同转速而转动的差速器壳处，并包括一个配置在一第一止推片和一第二止推片之间的推力轴承。第二止推片可相对于第一止推片作相对转动。此外，第二止推片径向延伸，从而可以为推力轴承提供一条滚道，并且还以其径向部分支承着一个提供永久磁场的磁场发生装置。在该磁场发生装置的对面设置一个探测器，以便检测该磁场。该磁场发生装置最好具有多个设置在第二止推片径向部分的整个周边上永久磁化的扇形磁极段。本发明这一个最佳实施例中用以检测磁场的探测器是霍耳效应探测器。

另一方面，第二止推片可具有径向延伸并在环绕其轴向部分的周边等间隔排列的多个槽沟。开槽止推片配置在探测器的对面，该探测器可以检测通过开槽止推片感应的磁场的变化。从而免去使用独立的齿轮。该第二止推片一般由一种铁磁材料制成。传感元件或探测器既可以是可变磁阻探测器也可以是涡流式探测器。

另一种可取的选择，位于围绕第二止推片的开槽端的齿可由探测器弯折开，以便提高磁场强度。

通过参照以下详细的描述和对同样的零部件标以同样标号的附图，即可对本发明以及本发明的许多优点取得进一步的理解。

图1是具有一个推力轴承组件的变速器装置的剖面示意图，该推力轴承组件包括一个用以产生由本发明的霍耳效应探测器检测的磁场的装置；

图2是本发明另一实施例的剖面示意图，其中推力轴承组件的一个开槽止推片感生出磁场变化，而该磁场的变化由一个可变磁阻探测器进行检测；

图3也是本发明另一实施例的剖面示意图，其中一止推片具有折弯的齿；

图4是图2中区域A的放大图，示出了一个可变磁阻探测器和一个开槽止推片；

图5是图4中所示开槽止推片的侧视图；

图6是图3中区域A′的放大图，示出了一个可变磁阻探测器和一个折弯的齿的开槽止推片；

图7是图6所示带折弯齿的开槽止推片的俯视平面图；

图8是图7所示带折弯齿的开槽止推片的侧视图。

本发明的新颖变速器输出轴转速传感器需要插入该合适的探测器和将用以产生磁场的装置与设置在围绕汽车变速器的差速器壳的滚针推力轴承组件结合成一体，从而避免对变速器自身作结构上的改动。

本发明人过去在采用霍耳效应传感器测定变速器输出轴转速时，变更了转动止推片或推力轴承组件的内滚道，以便装纳多极磁铁。然后，在变速器壳体内可替换地安装一个传感器探头。传感器探头的设计应能在整个“气隙”范围内保持良好的尺寸公差，该传感器探头装纳一个能产生“接近零转速”的转速感测能力和数字式输出的霍耳芯片。在许多情况下，由于滚针推力轴承为自动变速器的标准元件，故安装霍耳效应传感器时，只需对变速箱作出稍许设计改动而绝对不需要进行纵轴方向尺寸的改动。

霍耳效应传感器的工作过程如下：当每一交变磁极扇形段通过传感器元件或探测器时，该磁场的极性和强度的变化使探测器感生电信号。这一电压信号可进一步由电路进行处理，以便产生表示一角位移的增量单位的输出信号。增量角位移单位等于每一扇形极段内的弧的度数。

根据探测器的电子信号波形修整电子电路类型，该输出信号可以是模拟信号或数字信号。该输出信号大小的变化表示增量角位移。角位移输出信号可进一步由探测器内的集成电路进行处理，以便产生一个位置信号、一个转速信号或一个加速度信号。将转动件磁化成大量的扇形段便可获得很高的分辨率。

另一种可取的选择，本发明提供采用可变磁阻传感器以测定变速器的输出轴转速。根据本发明在采用可变磁阻传感器时，需要对转动止推片或推力轴承组件内滚道进行改动，以便在围绕转动的止推片的径向部分设置槽沟。开槽止推片是由铁磁材料制成的，从而可以使永久磁场发生变化。在变速器壳体内可替换地安装一个可变磁阻探测器，即一个磁铁和线圈。此外，由于在输出位置处的推力轴承组件是自动变速器的标准元件，因此安装带有开槽止推片的可变磁阻探测器时，只需对探测器作稍许再设计，而绝对不需要进行纵轴方向尺寸的改动。

本发明的可变磁阻传感器的工作过程如下：传感器元件或探测器一般是在铁磁开槽止推片通过该探测器时测定磁场强度的变化。也就是说，止推片的开槽构形导致槽沟处磁场强度较低而齿部处磁场强度较高。探测器信号的频率用以计算附装在变速器输出轴上的开槽止推片的转速。

另一实施例围绕开槽止推片提供以折弯的齿。据信，这可增大由开槽止推片产生的磁场强度，从而可增加检测的准确性。

参照附图，更具体地说参照图1。用一个推力轴承传感器检测一变速器装置1的输出转速，该变速器装置1包括一根变速器输出轴2、一个差速器构件3、差速传动机构4、一个差速器壳5、一个变速器壳体6和一设置在围绕差速器壳5的推力轴承组件。该推力轴承组件包括一个设置在第一止推片8和能相对于第一止推片8作相对转动的第二止推片9之间的滚针推力轴承7。第二止推片9径向延伸，以便为推力轴承7提供一条滚道，同时还能以其径向部分支承一个用以提供永久磁场的磁场发生装置10。一个装纳在可替换的传感器探头12内的探测器11设置在磁场发生装置10的正对面，以便当磁场发生装置10通过探测器11时检测所产生的磁场。

探测器11最好是霍耳效应探测器。将霍耳效应探测器11装纳在传感器探头12内，使其能位于由磁场发生装置10产生的磁场的范围内。

用于永久性地提供磁场的磁场发生装置10一般是配置在第二止推片9的径向部分的整个周边上的多个永久磁化的扇形磁极段。每一扇形磁极段都有一N极和一S极，该扇形段这样安置，使每一磁极都处在具有相反磁性的两个磁极之间。磁场发生装置10最好是一个由镶在止推片9内的铁磁材料制成的环，从而避免了需要一个独立的磁场发生装置元件，也避免了对变速器1进行再设计的必要。

变速器1还包括密封件13和滑动轴承14。传感器探头12经过一固定装置或螺钉15可替换地安装在变速器壳体6内。

图2示出本发明的另一个实施例，其中采用一个可变磁阻推力轴承传感器检测变速器装置1的输出轴转速。变速器1包括一个变速输出轴2、一个差速器构件3、差速器传动机构4、一个差速器壳5、一个变速器壳体6、和一个配置在围绕差速器壳5的推力轴承组件。该推力轴承组件包括一个配置在第一止推片20和能相对于第一止推片20作相对转动的第二止推片21之间的推力轴承7。第二止推片21具有径向延伸并且在围绕其轴向部分的周边设置的多个槽沟。传感器元件或探测器22配置在传感器探头23上并定位在与第二止推片21的槽沟相对的位置处，以便检测由该槽沟感生的磁场；从而不需要使用独立的齿轮。

开槽的第二止推片21是由铁磁材料制成的，并且可使磁场产生变化，这种磁场变化可由传感器元件或探测器22测定的。探测器22最好采用可变磁阻传感元件或者采用涡流式传感元件。探测器22与开槽第二止推片21之间的关系显示在图4中。图5是开槽的第二止推片21的局部侧视图，并示出位于齿41之间的槽沟40。

如图3所示，开槽第二止推片30可任选地包括由探测器22弯折开的齿。这样做是为在开槽第二止推片30通过探测器22时可以增强磁场的检测效果考虑的。图6显示出探测器22和带有折弯齿的开槽第二止推片30之间的关系。图7是图6中所示开槽第二止推片30的俯视平面图，并示出折弯的齿50。图8为示出折弯的齿50的图7所示开槽第二止推片30的局部侧视图。

有时，止推滚道可能不是由最佳铁磁材料制造的，而且它的固有尺寸在导致磁场发生变化方面也可能不是最优的。为供传感器性能而优化止推滚道，可在止推片上嵌以一种具有优良铁磁特性和适宜尺寸的材料。

本发明人示出和描述了根据本发明的几个实施例，显然可以理解到，对于熟习本专业技术的人员来说可对这些实施例作出各种变化和改进。因此，本发明人不希望被限定于所示出和描述的细节，而是希望示出落入权利要求范围内的所有变化和改进。

Claims (9)

1.一种用于检测变速器装置(1)输出轴转速的推力轴承传感器，该变速器装置(1)包括一变速器轴(2)、一差速器构件(3)、一差速器传动机构(4)、一差速器壳(5)、一变速器壳体(6)和一个配置在围绕所述变速器轴(2)并且带有一个设置在一第一止推片(8)和一可相对于该第一止推片(8)作相对转动的第二止推片(9)之间的推力轴承(7)的推力轴承组件，其特征在于：

所述第二止推片(9)径向延伸，以便为所述推力轴承(7)提供一滚道，并且还能以其径向部分支承着一个用以提供永久磁场的磁场发生装置(10)；

一个传感器元件(11)设置在用以产生永久磁场的磁场发生装置(10)的正对面，以便检测该磁场。

2.如权利要求1所述的推力轴承传感器，其特征还在于：所述传感器元件(11)是霍耳效应探测器。

3.如权利要求1所述的推力轴承传感器，其特征还在于：提供永久磁场的磁场发生装置(10)为配置在围绕所述第二止推片(9)径向部分的多个永久磁化扇形磁极段。

4.如权利要求3所述的推力轴承传感器，其特征还在于：每一扇形磁极段都有一N极和一S极，该扇形段安排成每一个磁极处在两个具有与其极性相反的磁极之间。

5.一种用于检测变速器装置(1)输出轴转速的推力轴承传感器，该变速器装置包括一变速器轴(2)、一差速器构件(3)、一差速器传动机构(4)、一差速器壳(5)、一变速器壳体(6)和一设置在围绕所述变速器轴并具有一个设置在一第一止推片(20)和一可相对于该第一止推片(20)作相对转动的第二止推片(21，30)之间的推力轴承(7)的推力轴承组件，其特征在于：

所述第二止推片(21，30)具有径向延伸并且在围绕其轴向部分的周边设置的多个槽沟(40)；

一个传感器元件(22)设置在所述第二止推片(21，30)的槽沟的正对面，以便检测由所述第二止推片(21，30)感生的磁场，从而可以避免使用独立的齿轮。

6.如权利要求5所述的推力轴承传感器，其特征还在于：所述第二止推片(21)由铁磁材料制成。

7.如权利要求6所述的推力轴承传感器，其特征还在于：所述传感器元件(22)是一个可变磁阻式探测器。

8.如权利要求6所述的推力轴承传感器，其特征在于：所述传感器元件(22)是一个涡流式探测器。

9.如权利要求5所述的推力轴传承感器，其特征还在于：位于围绕所述第二止推片开槽端的齿是由所述探测器(22)弯折开的。

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