CN106169833A - 用于线性致动器的测量和控制的方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于控制磁性丝杠致动器的力的设备，所述设备包括磁性丝杠致动器、外部控制模块以及集成在所述磁性丝杠致动器内的至少一个传感器装置。所述磁性丝杠致动器包括电机、转子和平移器。所述转子包括形成沿着所述转子的第一螺旋磁性螺纹的转子磁体组件，且所述平移器包括形成沿着所述平移器的第二螺旋磁性螺纹的平移器磁体组件。由所述电机进行的所述转子的旋转通过所述第一螺旋磁性螺纹与所述第二螺旋磁性螺纹的相互作用实现了所述平移器的线性平移。所述外部控制模块操作性地电耦合至所述磁性丝杠致动器的电机控制器。集成在所述磁性丝杠致动器内的所述至少一个传感器装置被配置成测量指示所述转子与所述平移器之间的相对位移的参数，且所述参数作为反馈被提供到所述电机控制器。

Description

用于线性致动器的测量和控制的方法及设备

技术领域

本发明涉及用于控制和测量磁性丝杠致动器的装置。

背景技术

磁性丝杠致动器是一种可用于将旋转运动转化成线性运动的线性致动器。磁性丝杠致动器可用在已知需要线性致动器的应用中。磁性丝杠致动器可用作主动悬架系统中的阻尼器。

悬架系统吸收并消散振动输入，从而使装有弹簧的元件脱离未装弹簧的元件处所经受的冲击和振动能量输入。固定系统和移动系统(包括乘用车)上均采用悬架系统。已知的悬架系统元件包括与阻尼元件(例如包括流体或气动能量吸收和消散特征的减震器)并联和/或串联耦合的弹簧元件。

在车辆系统上使用时，悬架系统(包括弹簧和阻尼器)被配置为同时提供与乘客乘坐舒适性、车辆操控和抓地性有关的性能特性。乘坐舒适性的管理一般与车辆主弹簧的弹簧常数、乘客座位的弹簧常数、轮胎和阻尼器的阻尼系数有关。为了达到最佳的乘坐舒适性，首选用于柔软乘坐的相对较低阻尼力。车辆操控性涉及车辆的姿态，其是以翻滚角、俯仰角和偏航角来定义的。为了达到最佳的车辆操控，需要用于坚硬乘坐的相对较大阻尼力以避免在转弯、加速和减速期间车辆姿态的过快变化。抓地性一般涉及轮胎与地面之间的接触量。为了优化抓地性，当行驶在不规则表面上时，需要大阻尼力，以防止各个轮胎与路面之间失去接触。已知车辆悬架阻尼器采用各种方法来调整响应于车辆操作特性变化的阻尼特性，包括主动阻尼系统。

主动阻尼控制得益于主动阻尼系统的位移位置和速度的精确测量。已知的悬架系统采用各种方法来测定移动位置和速度，包括使用电位计和线性换能器。

发明内容

用于控制磁性丝杠致动器的力的设备包括磁性丝杠致动器、外部控制模块和集成在磁性丝杠致动器内的至少一个传感器装置。磁性丝杠致动器包括电动机、转子和平移器。转子包括转子磁体组件，其形成沿转子的第一螺旋磁性螺纹，且平移器包括平移器磁体组件，其形成沿平移器的第二螺旋磁性螺纹。由电机进行的转子旋转通过第一螺旋磁性螺纹和第二螺旋磁螺纹的相互作用实现了平移器的线性转换。外部控制模块操作性地电耦合到磁性丝杠致动器的电机控制器。集成在磁性丝杠致动器内的至少一个传感器装置被配置成测量指示转子和平移器之间相对位移的参数，且所述参数作为反馈被提供给电机控制器。

附图说明

现在将参考附图通过实例来描述一个或多个实施例，在附图中：

图1示出了根据本发明的示例性磁性丝杠(MLS)致动器的剖视图；

图2示出了根据本发明的MLS致动器的剖视图，所述MLS致动器被配置成在悬架组件中的装有弹簧的元件和未装弹簧的元件之间提供振动阻尼；

图3示出了根据本发明的具有集成式传感器装置的MLS致动器以及存在于MLS致动器中的平移器上的磁通量的剖视图；

图4示出了根据本发明的具有两个集成式传感器装置的MLS致动器以及存在于MLS致动器中的平移器上的磁通量的剖视图；

图5示出了根据本发明的MLS致动器的平移器上的磁通量的非限制性示例性图表，所述磁通量是由集成式传感器装置在MLS致动器中的平移器上的两点相对于MLS致动器的相对位移测量；

图6示出了根据本发明的MLS致动器的剖视图，所述MLS致动器具有多个沿着MLS致动器的平移器定位的集成式传感器装置；

图7a示出了MLS致动器处于MLS致动器的平移器部件的相对位移的多个阶段处的剖视图；

图7b示出了由MLS致动器施加的MLS力的非限制性示例性图表，所述MLS力相对于MLS致动器的转子和平移器之间以螺纹导程的百分比描述的相对位移而以失速力的百分比来描述；

图7c示出了根据本发明的MLS致动器的平移器上的磁通量的非限制性示例性图表，所述磁通量是由集成式传感器装置相对于MLS致动器的以螺纹导程的百分比所描述的相对位移测量；

图8示出了根据本发明的MLS致动器的剖视图，所述MLS致动器具有带内部磁性螺纹的转子和集成式传感器装置；

图9a示出了根据本发明的MLS致动器的剖视图，所述MLS致动器具有通过其上的外部磁性螺纹耦合到转子的可旋转轴和邻近可旋转轴的集成式传感器装置；

图9b示出了根据本发明的图9a中的MLS致动器的横截面视图；

图10a示出了根据本发明的MLS致动器的剖视图，所述MLS致动器具有定位在MLS致动器的轴向轴承壳体上的多个集成式传感器装置；以及

图10b示出了根据本发明的图10a中的MLS致动器的剖视图。

具体实施方式

现参照附图，其中图式仅仅用于示出特定示例性实施例的目的，而不是用于限制所述示例性实施例的目的，图1示出了示例性磁性丝杠致动器(MLS)30的剖视图。

MLS 30可旋转地与电动机60串联耦合。如本文所描述，MLS 30与机械丝杠相似，其中，呈相对的螺旋螺纹形式的机械耦合被具有相反极性的径向极化螺旋磁体形式的功能上等效的磁性耦合替代。MLS 30包括平移器40及转子螺杆50。如图所示，平移器40配置为MLS 30的阴性平移部分并且与螺纹螺母相似。如图所示，转子螺杆50配置为MLS 30的阳性旋转部分并且与螺纹螺杆相似。或者，平移器40可配置为MLS 30的平移阳性部分，且转子螺杆50可配置为MLS 30的旋转阴性部分。转子螺杆50在平移器40中旋转使得转子螺杆50通过螺旋磁性螺纹的相互作用相对于平移器40线性平移。转子螺杆50的旋转可由充当电机响应于输入到其的电能输入的电动机60的旋转引起。转子螺杆50的旋转可由外部元件之间的压缩力或拉力引起，MLS 30和电动机60位于所述外部元件之间。第一外部元件可位于MLS 30的第一端处，且第二外部元件可位于MLS 30的第二端处，以使得MLS 30沿着平移轴线定位于外部元件之间。外部元件之间的压缩力或拉力引起转子螺杆50在平移器40内部的旋转以及电动机60的对应旋转。电动机60可在这类情况下充当发电机以获取电力。转子螺杆50的旋转根据旋转方向增加或降低外部元件之间的线性距离，并伴随有取决于作用于外部元件的力的拉力或压缩力。因此，转子螺杆50相对于平移器40的线性平移调节外部元件的位移。

平移器40包括制造在圆柱形环状框架42的内表面上的平移器磁体组件44。平移器磁体组件44包括设置为形成连续螺旋磁性螺纹的多个永磁体元件。平移器磁体组件44设置为多个交错的磁体段，从而形成由极性相反的径向极化磁体形成的螺旋环绕螺纹。示出极性仅用于说明概念的目的，且所述极性包括北极性部分55和南极性部分57。平移器框架42包括第一端45、中间段46和第二端47，其中第一端45邻近于电动机60。在示例性实施例中，平移器磁体组件44可沿平移器框架42完全从第一端45轴向延伸至第二端47。在另一个示例性实施例中，永磁体元件可以为模塑或烧结的，而不是多个离散的磁体。

转子螺杆50包括制造在圆柱形框架52的外部表面上的转子磁体组件54，所述圆柱形框架52耦合至可旋转轴58，所述可旋转轴58耦合至电动机60的转子66。可旋转轴58处于轴向轴承壳体56之内。转子磁体组件54包括多个永磁体元件，每个永磁体元件具有设置为形成连续螺旋磁性螺纹的北极性部分55和南极性部分57，所述连续螺旋磁性螺纹具有与平移器磁体组件44的螺旋磁性螺纹相同的间距。转子磁体组件54设置为多个交错的永磁体段，从而形成由极性相反的径向极化磁体形成的螺旋环绕螺纹。在此实施例中，转子框架52优选地由铁或其它铁磁材料制成。转子磁体组件54的特征在于转子磁体轴向长度68，且平移器磁体组件44的特征在于平移器磁体轴向长度48。在一个实施例中，平移器磁体轴向长度48大体上与平移器框架42的长度相等，且转子磁体轴向长度68基于所要磁力耦合测定，所述所要磁力耦合结合转子螺杆50和平移器40的直径而测定。如本文所定义及使用的磁力耦合是指施加于两个相邻元件(例如，MLS 30的转子50与平移器40)之间的磁力的大小，并且可通过相对于另一元件移动元件中的一个元件所需的线性力或旋转扭矩的大小测量及指示所述磁力耦合。当平移器40沿转子螺杆50平移时由MLS 30的线性平移产生的线性力的控制需要测定正在产生的线性力。线性力可测定为MLS30的相对位移的函数。所述相对位移可测定为转子螺杆50的旋转及平移器30沿转子螺杆50的平移的函数。集成式传感器装置12可配置为测量MLS 30中的磁通量，所述磁通量可用于测定MLS 30的相对位移以便测定及控制由MLS 30施加的线性力。

转子螺杆50的外径和平移器40内径的尺寸设定成彼此同心适配而没有实体接触。在没有施加外力时，元件的磁通量将所述元件自身对准至零力位置。影响磁力耦合的设计的参数包括转子螺杆50和平移器40的直径、螺距以及转子磁体组件54与平移器磁体组件44的相面对表面之间的间隙。磁力耦合的设计也可以受到磁体厚度、制成磁体的材料和磁性元件磁化的影响。基于影响磁体之间磁力耦合的表面区域以及影响包装和成本的实体尺寸之间的权衡来选择直径。传感器装置12可以集成在MLS 30内以测量在MLS 30内产生的磁通量。在示例性实施例中，并且如图所示，集成式传感器可以被配置成测量由转子磁体组件54和平移器磁体组件44产生的磁通量。基于电动机60的启动转矩以及所要旋转速度和对应的响应时间之间的权衡来选择螺距，所述响应时间由MLS 30的长度随时间-速率的变化指示，所述变化由转子螺杆50相对于平移器40的旋转引起。基于机械设计的考虑因素(例如制造和装配公差)和所要磁力耦合之间的权衡来选择转子磁体组件54和平移器磁体组件44的相面对表面之间的间隙。磁性丝杠不具有与垂直力传递相关联的机械接触，且因此具有低摩擦和磨损。低摩擦力和低磨损提高可靠性并减少维护。

电动机60可以是能够在顺时针和逆时针方向进行受控旋转的任何合适的电动机配置。合适的电动机配置包括同步电机、感应电机，或永磁体直流电机。在一个实施例中，电动机60被配置为电机/发电机。电机控制器70通过电缆电连接到电动机60。电机控制器70包括合适的电设备，其包括(例如)电源开关以响应于源于控制器80的控制命令而转换在蓄电装置(电池)90与电动机60之间传送的电力。电动机60被配置为施加足够的扭矩以克服旋转惯量(包括转子磁体组件54和平移器磁体组件44之间的磁力耦合)以旋转转子50，其旋转速率使得MLS 30的长度以优选的速率(例如，以mm/msec测量)变化。控制器80可以被配置为从集成式传感器装置12接收反馈。所述反馈可以包括MLS 30内的磁通量的测量值，控制器80可以用所述测量值以基于实现MLS致动器30所要的线性力来产生控制命令。在示例性实施例中，传感器装置12可以是霍尔效应传感器，且控制器80可以被配置成解释来自霍尔传感器的测量数据并测定MLS致动器30的转子螺杆50与平移器40之间的相对位移。控制器80另外可以被配置成测定由MLS致动器30施加的磁性丝杠力。在示例性实施例中，MLS致动器另外可以包括被配置成测量转子螺杆50和平移器40之间相对位移的时间导数的传感器装置。被配置成测量转子螺杆50和平移器40之间的相对位移的时间导数的传感器装置可以是线圈型传感器装置。可能需要将控制器80的软件校准至特定MLS致动器30。由温度变化引起的通量变化可以在控制器软件中进行解释。

控制模块、模块、控制、控制器、控制单元、处理器和类似术语表示以下器件中的一或多者的任何一种或各种组合：执行一或多个软件或固件程序或例程的专用集成电路(ASIC)、电子电路、中央处理单元(优选为微处理器)以及相关联的存储器和储存器(只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动器等)、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、适当的信号调节和缓冲电路以及提供所描述功能性的其它部件。软件、固件、程序、指令、例程、代码、算法和类似术语表示包括校准和查找表的任何指令集。控制模块具有一组执行以提供所需功能的控制例程。例程由(例如)中央处理单元执行，并且所述例程可操作以监测来自感测装置和其它网络控制模块的输入，并执行控制和诊断例程以控制致动器的运行。例程可以按规则间隔来执行，例如在进行中的发动机和车辆运行期间每100微秒、3.125毫秒、6.25毫秒、12.5毫秒、25毫秒和100毫秒一次。或者，例程可以响应于某一事件的发生而执行。

图2示出示例性MLS致动器30的剖面图，所述致动器30包括在MLS阻尼器25中以在主动悬架组件中提供装有弹簧的元件10和未装弹簧的元件14之间的减震。悬架组件20包括平行于在装有弹簧的元件和未装弹簧的元件之间的磁丝杠(MLS)阻尼器25设置的承载弹簧。如图所示，装有弹簧的元件10是车辆的底盘并且未装弹簧的元件14是支撑接触地面的车轮组件的下控制臂。用于安装车辆车轮组件的细节是已知的，因而在本文中不进行描述。可采用悬架组件20以在具有相似效果的静止设置中抑制装有弹簧的元件和未装弹簧的元件之间的振动。悬架组件20合并了MLS阻尼器25，以响应于静态和动态负载达到优选悬架性能以隔离底盘10免于振动并且在车辆操纵期间使底盘10稳定。应将静态负荷理解为在底盘静止时由底盘10施加在悬架组件20和车轮组件上的力的大小。这种系统为乘客舒适性和车轮/轮胎道路抓持提供了所需的行驶性能，同时适应由于质量改变造成的静态负荷变化和在操纵在车辆上所采用的动作期间产生的动态负荷变化。术语“弹簧率”、“弹簧常数”和“刚度”是类似术语，所述术语全部指代弹簧所施加的力相对于弹簧偏移的改变。

悬架组件20是承载元件，其在未装弹簧的元件14和装有弹簧的元件10(即，下控制臂14和底盘10)之间支撑并传递静态和动态力以及负荷输入。悬架组件20可包括在下控制臂14和底盘10之间平行设置的弹簧和MLS阻尼器25。在静态负载条件下，MLS阻尼器25处于标称位移下。引入动态负荷引起MLS阻尼器25的位移。

装有弹簧的元件10相对于未装弹簧的元件14的移动在MLS阻尼器25上施加压缩力或拉力。在任一种情况下，这种压缩力或拉力引起转子螺杆50相对于平移器40的旋转，并且转子螺杆50的旋转与电动机60的转子66的旋转一致地发生。电动机包括电机转子66，所述转子66设置在同心电机定子64内，所述同心电机定子64安装在耦合至装有弹簧的构件10的框架62中。电机转子66经由轴58旋转地耦合到MLS转子螺杆50。电动机60可作为马达运行以在顺时针方向或逆时针方向上旋转以旋转转子螺杆50并且因而延长MLS阻尼器25的长度或缩短MLS阻尼器25的长度。另外，MLS阻尼器25上的压缩力或拉力的存在可引起转子螺杆50相对于平移器40的旋转，这与电动机60的转子66的旋转一致地发生。在MLS阻尼器25的长度响应于拉力或压缩力延长或缩短时，电动机60可作为发电机在顺时针方向或逆时针方向上运行从而与转子螺杆50一起旋转。通过控制转子螺杆50相对于平移器40的线性平移的速率来引入阻尼。

图3示出了具有集成式传感器装置的MLS致动器330的截面图和在MLS330中的平移器340上测量的磁通量场302的放大示图301。传感器装置312集成到平移器340中，并被配置成在转子螺杆350在旋转轴358上旋转而引起平移器340的平移时，测量由位于转子螺杆350上的转子螺杆磁性组件354与位于平移器340上的平移器磁性组件344所产生的磁通量302。示出极性仅用于说明概念的目的，且所述极性包括北极性部分355和南极性部分357。

集成式传感器装置312可为配置成测量转子螺杆磁性组件和平移器磁性组件的磁通量的任何传感器。在示例性实施例中，传感器装置312可为配置成输出电压的霍尔效应传感器，所述电压响应于平移器340上的磁通量场302中的磁通量的变化而变化。当平移器340沿着转子螺杆350平移时，磁通量场302中的磁通量将在高通量密度区域306与低通量密度区域304之间发生改变。基于对平移器340上的磁通量302的测量，可直接测量MLS 330的相对位移310。MLS 330的运动具有两个分量。第一分量是转子螺杆350的旋转移动。第二分量是平移器340的平移，其可表达为平移器340的固定点的螺纹导程。相对位移可由以下方程式表示。

$z=\left(\frac{d}{\mathrm{\β}}\right)-\mathrm{\θ}---\[1\]$

对于方程式1，z是以弧度测量的MLS 330的相对位移。β是在MLS 330的线性和旋转移动之间的传动。d是平移器340的平移，且θ是转子螺杆350的旋转。β可由以下方程式表示。

$\mathrm{\β}=\frac{l_{lead}}{2*\mathrm{\π}}---\[2\]$

关于方程式2，l_lead是在转子旋转一周时平移器的线性位移。线性力或MLS力可以基于与MLS 330的相对位移的关系测定。在示例性实施例中，MLS力可由以下具有第一谐波的傅里叶级数表达。

F＝F₀sin(n_threads×z) [3]

关于方程式3，F是线性力或MLS力。F₀是可由MLS 330施加的最大线性力，n_threads是在MLS 330上的螺纹头的数量。在示例性实施例中，MLS330可具有多个螺纹头。z是MLS 330的相对位移。

使用MLS 330内的集成式传感器装置来直接测量平移器340上的磁通量可用以基于平移器340上的磁通量302的变化来测定MLS 330的相对位移。当平移器340沿着转子螺杆358平移时，磁通量302有所变化。基于位于转子螺杆350上的转子螺杆磁性组件354与位于平移器340上的平移器磁性组件344的磁极性对准，此变化是一致的。相对位移的直接测量允许基于方程式2对线性力进行直接测量，其可作为反馈被提供给外部控制器并用于MLS 330的力控制，以达到所要的线性力。另外，基于所测量的磁通量302，相对位移的测量用于基于方程式1中所表达的关系对平移及旋转进行混合测量。

图4是示出了具有多个集成式传感器装置412、414的示例性MLS致动器430以及在MLS 430中的平移器440上的所测量磁通量场402的放大示图401的剖视图。传感器装置412集成到平移器440中，并被配置成在转子螺杆450旋转于旋转轴458上旋转而引起平移器440的平移时，测量由位于转子螺杆450上的转子螺杆磁性组件454与位于平移器440上的平移器磁性组件444所产生的磁通量402。在示例性实施例中并如图所示，传感器在平移器磁性组件444的磁体不存在的区域中位于平移器440上。传感器装置被配置成直接测量来自转子磁性组件454的通量。移除平移器磁性组件444的一部分以安装传感器装置412、414将导致MLS致动器430的失速力的少量下降，然而，因为只有一部分螺纹被移除，因而任何的下降将会很弱。示出极性仅用于说明概念的目的，且所述极性包括北极性部分455和南极性部分457。以90°的相移安装传感器，使得转子螺杆450的90°旋转将引起平移器440的相当于传感器装置412、414之间的间隔的距离的线性平移。因此，由磁通量402的变化造成的两个传感器装置412、414的电压测量可用于直接计算MLS 430的相对位移。当平移器440沿着转子螺杆450平移时，磁通量402将在高通量密度区域406与低通量密度区域404之间发生改变。另外，通过以90°的相移放置两个传感器装置412和414，位置测量变得与温度变化无关。相对位移可由以下方程式表示。

$z=\frac{1}{n_{threads}}*{\tan }^{-1}\left(\frac{A_2\·(v_2+O_2)}{A_1\·(v_1+O_1)}\right)---\[4\]$

对于方程式4，n_threads等于转子螺杆450上的螺纹头的数量。v₁为来自第一传感器装置412的电压测量，v₂为来自第二传感器装置414的电压测量。A₁为第一传感器装置412的振幅校正，A₂为第二传感器装置414的振幅校正。O₁为第一传感器装置412的偏移校正，且O₂为第二传感器装置414的偏移校正。

集成式传感器装置412、414可为任何配置成测量转子螺杆磁性组件和平移器磁性组件的磁通量的传感器。在示例性实施例中，传感器装置412、414可为配置成输出电压的霍尔效应传感器，所述电压响应于平移器440上的磁通量402的变化而变化。如关于图3的MLS致动器所论述，传感器装置集成在MLS致动器之内允许对MLS致动器的相对位移进行直接测量，这可用于基于方程式2中所表达的关系来测定由MLS致动器430施加的线性力。

图5示出了如由图4中所示的MLS致动器430的传感器装置412和414测量的MLS致动器430的平移器上的磁通量402及MLS致动器430的对应的相对位移的非限制性示例性图表500。传感器装置412、414在两个连续点处集成在平移器440之内。水平轴线501描绘了以螺纹导程的百分比计的相对位移x_rel。垂直轴线502描述了以毫泰斯拉[mT]描述的磁通量B_r。线510对应于关于传感器装置412所测量的相对位移的磁通量的测量。线520描绘关于第二传感器装置414所测量的相对位移的磁通量的测量。通过使用配置成测量磁通量并以90°的相移定位以使得转子458具有90°的旋转的两个传感器装置，相对位移能够被构建成转子的旋转，此时，当转子磁性组件454和平移器磁性组件444的磁性相反的磁体对准时，磁通量的变化将开始新的循环。

图6是示出了具有多个沿着MLS致动器630的平移器640定位的集成式传感器装置612的MLS致动器630的剖视图。通过沿着平移器640放置更多的传感器装置，可测量平移器相对于转子螺杆650的位移或绝对位置。在示例性实施例中，平移器磁性组件644延长平移器640的整个长度648。转子磁性组件654延长转子螺杆650的整个长度668。传感器装置612沿着平移器640的整个长度648的放置将使平移器640的绝对位置在其沿着转子螺杆650平移时得以测定。平移器的位置可通过沿着整个平移器640定位的传感器装置612追踪。

图7a示出了处于MLS致动器的平移器部件的相对位移的多个阶段下的MLS致动器的剖视图。由MLS致动器施加的MLS力可以通过如方程式2所表达的正弦函数来进行描述，所述正弦函数取决于转子和平移器之间的相对位移。当两个相反的磁化磁体朝向彼此时，通过MLS传递的力为零。在阶段701处，当相对位移711为零时，平移器磁性组件和转子磁性组件对准，使得磁体的极性相反。这被描述为阶段1磁性对准。在此磁性对准下，由MLS致动器施加的MLS力为零。当具有北极性或南极性的磁体一半朝向南极化磁体且一半朝向北极化磁体时，通过MLS致动器传递了最大力。在阶段702处，当相对位移712为最大相对位移的25％时，平移器磁性组件和转子磁性组件对准，使得每个磁性螺纹一半朝向极性相同的磁体且一半朝向极性相反的磁体。这被描述为阶段2磁性对准。由MLS致动器施加的MLS力处于其最大值。当磁体朝向极性相同的磁体时，通过MLS致动器传递的力为零并且所述位置是不稳定的。在阶段703处，当相对位移713为最大相对位移的50％时，平移器磁性组件和转子磁性组件对准，使得平移器磁性组件的磁性螺纹朝向极性相同的转子磁性组件的磁性螺纹。这被描述为阶段3磁性对准。由MLS致动器施加的MLS力为零。在阶段704处，相对位移714为最大相对位移的75％。这被描述为阶段4磁性对准。正如阶段702，平移器磁性组件和转子磁性组件对准，使得每个磁性螺纹一半朝向极性相同的磁体且一半朝向极性相反的磁体，并且因此由MLS致动器施加的MLS力处于其最大值。在阶段705处，相对位移715达到了最大相对位移的100％。与在阶段701处一样，平移器磁性组件和转子磁性组件对准，使得磁体的极性相反。正如阶段701，这被描述为阶段1磁性对准，并且由MLS致动器施加的MLS力为零。

图7b示出了由MLS致动器施加的MLS力的非限制性示例性图表720，所述MLS力相对于MLS致动器的转子和平移器之间以螺纹导程的百分比描述的相对位移而以失速力的百分比来描述。沿着正弦线721另外描绘了对应于相对位移的磁性对准阶段1-4。水平轴线722描绘了以螺纹导程的百分比计的相对位移x_rel。垂直轴线723描绘了以失速力的百分比计的MLS力。如关于图7a所描述，当相对位移x_rel是螺纹导程的百分之零时，正如阶段701，平移器磁性组件和转子磁性组件处于阶段1磁性对准，并且MLS力为最大失速力的百分之零。当相对位移x_rel是螺纹导程的25％时，正如阶段702，平移器磁性组件和转子磁性组件处于阶段2磁性对准，使得MLS力为失速力的100％。当相对位移x_rel是螺纹导程的50％时，正如阶段703，平移器磁性组件和转子磁性组件处于阶段3磁性对准，使得MLS力为失速力的百分之零。当相对位移x_rel是螺纹导程的75％时，正如阶段704，平移器磁性组件和转子磁性组件处于阶段4磁性对准，使得MLS力为失速力的-100％。当相对位移x_rel是螺纹导程的100％时，正如阶段705，平移器磁性组件和转子磁性组件回到阶段1磁性对准，使得MLS力为失速力的百分之零。基于这种所说明的关系，相对位移的测量可以用于估计通过MLS传递的力。

图7c示出了MLS致动器的平移器上的磁通量的非限制性示例性图表730，所述磁通量是由集成式传感器装置相对于MLS致动器的以螺纹导程百分比所描述的相对位移而测量的。水平轴线732描绘了以螺纹导程百分比计的相对位移x_rel。垂直轴线733描绘了以毫泰斯拉(mT)计的磁通量。沿着正弦线731描绘了对应于相对位移和磁通量的磁性对准阶段1-4。这种图表示出了MLS致动器中的相对位移x_rel与磁通量之间的相关性。所述磁通量达到了相对位移的最大峰值而产生磁性对准阶段1，其中两个相反的磁化磁体朝向彼此。所述磁通量将处于相对位移的最小峰处而产生磁性对准阶段3，其中具有相同极性的两个磁体朝向彼此。基于此关于，可根据所测量的磁通量来测定MLS致动器的相对位移。

图8示出了示例性MLS致动器830的剖视图，所述MLS致动器830具有带有内磁性螺纹851的转子螺杆850和集成式传感器装置812。在此实施例中，集成式传感器装置812的测量在转子螺杆850的内表面上执行。转子螺杆850包括内螺旋形磁性螺纹851，其可为低释放铁氧体磁条。平移器840包括内轴862，其具有与内磁性螺纹851相同的螺纹导程，且因此当转子螺杆850旋转时沿着磁性螺纹851驱动平移器840。传感器装置812集成到平移器840的内轴862中。传感器装置位置被固定到平移器840平移。在此实施例中，转子螺杆必须具有比MLS致动器的冲程更长的长度。

图9a示出了MLS致动器930的剖视图，所述MLS致动器930具有耦合到转子940的可旋转轴958(其中转子940的外磁螺纹959在可旋转轴958上)和接近可旋转轴958的集成式传感器装置912。在此实施例中，传感器装置912被配置成通过轴向壳体956在可旋转轴958的外表面上执行测量。可旋转轴958上的外磁性螺纹959具有与转子螺杆940和平移器950上的力传递螺纹相同的螺纹导程。在此实施例中，传感器装置位置被固定到平移器平移。

图9b示出了图9a的MLS致动器930的横截面视图901。此视图示出了接近于可旋转轴958的传感器装置912的定位的细节。

图10a示出了MLS致动器130的剖视图，所述MLS致动器130具有定位在MLS致动器130的轴向轴承壳体156上的至少一个集成式传感器装置112。传感器装置112定位在平移器140内的线性导向器138和转子150之间，且被配置成测量MLS致动器130内的磁通量密度。因此，由传感器装置112进行的磁通量的测量与转子150的绝对线性位置无关。在示例性实施例中，传感器装置112安装在连接到轴向轴承壳体156的固定件上。转子150将相对于传感器装置112旋转，且平移器140将相对于传感器装置112平移。在示例性实施例中，传感器装置112被配置成测量磁通量密度，且当发生旋转和平移时，由传感器装置测量的磁通量密度的变化受到转子磁体154和平移器磁体144两者的变化的磁通量密度的影响。在恒定MLS力处，由于相对于传感器装置112的旋转和线性位移，传感器装置112将测量磁通量密度的变化。

图10b示出了在区段101处的图10a的MLS致动器的剖面图。示出了多个传感器装置112、114和116围绕MLS致动器130的轴向轴承壳体156的示例性放置。在示例性实施例中，传感器装置112、114和116为霍尔效应传感器。带有120电度的各自距离120的三个霍尔效应传感器112、114和116被放置在轴向轴承壳体156上，以补偿作为电角度的函数的相移。传感器装置112、114和116以与下一传感器装置相距120电度的距离的放置允许使用三个传感器装置112、114和116获得完整磁周期122的测量。

本发明已经描述了某些优选实施例和这些优先实施例的修改。在阅读和理解本说明书后，可想到进一步修改和变型。因此，本发明并不意在局限于作为企图执行本发明的最佳模式而公开的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种控制磁丝杠致动器的设备，其包括：

磁丝杠，所述磁丝杠包括：

电机；

转子，其可旋转地耦合到所述电机；

平移器；

所述转子包括形成第一螺旋磁性螺纹的转子磁体组件；

所述平移器包括形成第二螺旋磁性螺纹的平移器磁体组件；

其中由所述电机进行的所述转子的旋转通过所述第一螺旋磁性螺纹和所述第二螺旋磁性螺纹的相互作用实现了所述平移器的线性平移；

控制模块，其操作性地电耦合到所述磁丝杠致动器的电机控制器；及

至少一个传感器装置，其集成在所述磁丝杠致动器内且被配置成测量所述磁丝杠致动器中的磁通量，所述磁通量指示所述转子与所述平移器之间的相对位移，所述磁通量测量作为反馈被提供给所述电机控制器。

2.如权利要求1所述的设备，其中指示所述转子与所述平移器之间的相对位移的所述磁丝杠致动器中的所述磁通量包括所述磁丝杠致动器中的所述转子磁体组件与所述平移器磁体组件之间的磁通量的变化。

3.如权利要求2所述的设备，其中所述电机控制器被配置成基于所述磁通量的所述变化测定所述转子和所述平移器之间的所述相对位移。

4.如权利要求3所述的设备，其中所述电机控制器被配置成基于所述转子和所述平移器之间的所述测定的相对位移测定由所述磁丝杠施加的磁丝杠力。

5.如权利要求4所述的设备，其中所述电机控制器被配置成基于以下方程式测定由所述磁丝杠施加的所述磁丝杠力：

F＝F₀ sin(n_threads×z)

其中F是所述磁丝杠力；

F₀是最大磁丝杠力；

n_threads是所述磁丝杠上的螺纹头的数量；及

_z是所述转子和所述平移器之间的所述相对位移。

6.如权利要求1所述的设备，其中所述至少一个传感器装置包括磁通量传感器，其位于所述平移器上且被配置成测量所述平移器上的磁通量。

7.如权利要求1所述的设备，其中所述至少一个传感器装置包括两个磁通量传感器，其位于相移为90°的所述平移器上且被配置成测量所述平移器上的磁通量。

8.如权利要求1所述的设备，其中所述至少一个传感器装置是霍尔效应传感器。

9.如权利要求1所述的设备，其中所述至少一个传感器装置位于所述磁性丝杠致动器的轴向轴承壳体上。

10.如权利要求1所述的设备，其中所述至少一个传感器装置被配置成测量所述转子和所述平移器之间的所述相对位移的时间导数。