CN109564106B - 用于确定永磁体的回转的数量的传感器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定永磁体(1)的回转(36)的数量的传感器装置(2)，其中永磁体的端面(4，5)分别位于X‑Y平面(6)中并且中心轴线(7)横向于X‑Y平面且与永磁体的转动轴线(8)同轴地延伸。永磁体与中轴线同轴地具有开口(13)以及刚好两个极(9，10)，所述极在X‑Y平面中设置在永磁体的彼此相对置的侧(11，12)，使得永磁体沿对角线磁化。内环周面(14)和外环周面(15)分别基本上平行于中心轴线延伸。第一传感器(33)与能围绕转动轴线转动的永磁体位置固定地设置，其中所述第一传感器沿轴向方向(34)、即平行于转动轴线与永磁体有距离地设置，并且沿径向方向(35)径向地在外环周面之外与转动轴线有间距(20)地设置。所述间距选择为，使得径向的磁通密度(21)和切向的磁通密度(22)的矢量和不低于第一极限值(23)并且不超过第二极限值(24)。

Description

用于确定永磁体的回转的数量的传感器装置
技术领域
本发明涉及一种用于确定永磁体的回转的数量的传感器装置。永磁体尤其相对于位置固定的第一传感器抗转动地设置。特别地，传感器装置设置用于确定执行器的、优选离合器执行器的驱动单元的回转数量。离合器执行器尤其设置用于操纵机动车的离合器、例如摩擦式离合器。驱动单元尤其是电动马达的转子，所述转子与永磁体抗转动地连接，使得能够确定转子的回转数量。经由转子的回转数量尤其能够确定执行器的操纵单元的沿着轴向方向的位置，所述操纵单元能沿着轴向方向移位。
背景技术
在离合器执行器中需要精确地确定例如操纵单元的轴向位置或例如转子的角位置。现在，在这种离合器执行器的新型结构中需要：用于此的传感器与转动轴线有间距地设置。在此，也必须考虑动态公差(即在离合器执行器运行时出现的与初始方位的偏差)，例如各个部件的偏心率以及第一传感器和所使用的永磁体之间的变化的气隙。
发明内容
基于上述内容，本发明所基于的目的是：至少部分地解决从现有技术中已知的问题。特别地，应当提出一种特别适合于确定永磁体的回转数量的传感器装置，其中经由永磁体的回转数量应当能够确定驱动单元的回转数量。
所述目的通过独立权利要求的特征来实现。有利的改进形式是从属权利要求的主题。在权利要求中列举的各个特征能够以技术上有意义的方式彼此组合并且能够通过从说明书和附图中的细节中所阐述的事实来补充，其中示出本发明的另外的实施变型形式。
本发明涉及一种用于确定永磁体的回转数量的传感器装置，其中永磁体的端面分别位于X-Y平面中，并且中心轴线横向于所述X-Y平面且与永磁体的转动轴线同轴地延伸；其中永磁体具有刚好两个极，所述极在X-Y平面中设置在永磁体的彼此相对置的侧，使得永磁体沿对角线磁化；其中永磁体与中心轴线同轴地具有开口；其中内环周面和外环周面分别基本上平行于中心轴线延伸；其中相对于永磁体位置固定地设置的第一传感器沿轴向方向、即平行于转动轴线地与永磁体有距离地设置，并且沿径向方向径向地在外环周面之外地与转动轴线有间距地设置，其中所述永磁体能围绕转动轴线转动；其中间距选择为，使得径向的磁通密度和切向的磁通密度的矢量和不低于第一极限值并且不超过第二极限值。
特别地，沿着径向方向确定转动轴线和第一传感器的中心之间的间距。
特别地，永磁体的磁场具有如下磁通量，所述磁通量在磁场中的每个位置处能够通过矢量来表示；其中矢量包括切向的磁场方向、径向的磁场方向和法向的磁场方向；其中倾斜的磁场方向平行于X-Y平面和平行于极的定向伸展；其中径向的磁场方向平行于X-Y平面和横向于极的定向伸展；其中法向的磁场方向横向于切向的磁场方向和径向的磁场方向伸展；其中第一传感器是多圈传感器，所述多圈传感器适合于确定永磁体的回转数量，其中第一传感器在径向的磁场方向和切向的磁场方向上检测磁通量的磁场方向，以确定回转数量。
特别地，内环周面和/或外环周面能够具有与平行于中心轴线的延伸偏差的造型，例如曲率或锥度等。
永磁体尤其具有基本上为空心圆柱形的形状和中心轴线，所述中心轴线沿着转动轴线在两个尤其彼此平行的端面之间延伸。永磁体沿对角线磁化，即两个磁极分别在外环周面处设置在永磁体的彼此相对置的侧。极能够通过与永磁体的转动轴线相交的直线彼此连接。磁场方向的方位、平面和中心轴线在附图描述中进一步阐述。
与中心轴线同轴设置的开口从第一端侧延伸至第二端侧。通过开口形成的内环周面平行于中心轴线延伸并且尤其是圆形的。
外环周面尤其是圆形的。
特别地，第一极限值为12mT[毫特斯拉]，优选15mT，并且第二极限值为37mT，优选35mT。
特别地，间距通过如下确定：
间距＝k*外环周面直径+R0；
其中k和R0至少根据外环周面的直径和距离来确定。
外环周面的直径尤其是平均直径。即，如果存在与圆形或与转动轴线平行的外环周面的偏差，那么平均直径能够用于确定外环周面的直径，所述平均直径根据设置在不同直径上的面积份额取平均值。
所述距离尤其在距第一传感器和永磁体沿轴向方向彼此最近的点之间确定。
特别地，距离在3mm和6mm[毫米]之间，并且外环周面的直径在18mm和30mm之间，对于k和R0适用的是：
k＝0.36，以及
R0＝7.45。
特别地，第一传感器能够相对于转动轴线以距求出的间距最大10％的偏差设置。
特别地，永磁体在端面之间具有3mm至6mm的厚度。
令人惊讶地，尤其在永磁体的使用时间期间或使用寿命期间且在考虑在使用情况下出现的公差的情况下，第一传感器与永磁体的外环周面或转动轴线有预设的间距引起：沿径向的磁场方向和沿切向的磁场方向的磁通密度的最小的矢量和与最大矢量和之间的较小的差。此外，出现矢量和的更小的数值分散。
在使用情况下出现的公差(尤其关于第一传感器和永磁体之间的沿径向方向的间距和关于沿轴向方向的距离方面的公差)，导致在测量永磁体的回转数量时较大的误差，其中所述公差在组装传感器装置时能够出现，或在设置在执行器中时能够出现，并且所述公差可能会在永磁体转动时附加地变化。
由于传感器设置为与转动轴线有计算的间距，能够显著地降低最小的矢量和与最大的矢量和之间的差。
特别地，传感器装置包括相对于可转动的永磁体位置固定设置的第二传感器，其中第二传感器是单圈传感器，所述单圈传感器适合于确定永磁体的单独一次回转之内的转动角度。
优选地，第一传感器和第二传感器检测不同定向的磁通量。在此，第二传感器检测永磁体在一次回转之内的精确的角位置，并且第一传感器检测回转数量。因此，能够共同地提供沿着执行器的轴向方向的精确的角位置或方位。
在此，对于传感器装置仅需要如下永磁体，所述永磁体的磁场通过两个传感器检测。
优选地，第一和第二传感器沿轴向方向、即平行于转动轴线设置为与永磁体同样地间隔开，尤其设置在共同的X-Y平面中。
还提出一种执行器，其至少包括具有转动轴线的轴以及根据本发明的传感器装置，其中永磁体与轴同轴地设置并且与轴抗转动地连接。
特别地，执行器是离合器执行器，其中执行器包括作为轴和操纵单元的驱动单元，其中操纵单元通过驱动单元的转动能够沿着轴向方向移位，其中通过传感器装置至少能够确定驱动单元的回转数量进而能够确定操纵单元沿着轴向方向的方位。
优选地，执行器包括行星滚柱丝杠(PWG)作为操纵单元。具有行星滚柱丝杠的这种执行器例如从WO2015/117612A1中已知，关于在那里提出的执行器的结构，完全地通过参引并入本文。
特别地，执行器包括具有定子和转子的电动马达，其中转子形成轴。
在PWG的情况下，转子与行星传动机构的套筒抗转动地连接，并且与支撑在套筒中的行星架抗转动地连接，使得抗转动支撑的行星滚柱丝杠在转子和支撑在套筒中的行星架转动时能够沿轴向方向移位，其中所述行星传动机构包括行星滚柱丝杠。在该情况下，行星滚柱丝杠形成执行器的操纵单元。
附图说明
本发明以及技术领域在下文中根据附图详细阐述。附图示出尤其优选的实施例，然而本发明不限制于此。特别地需要指出的是：附图和尤其所示出的大小比例仅是示意性的。相同的附图标记表示相同的对象。附图示出：
图1以剖视图示出具有传感器装置的执行器的侧视图；
图2示出传感器装置的俯视图；
图3以剖视图示出图2中的传感器装置的侧视图；
图4以剖视图示出图2和3中的传感器装置的另一侧视图；和
图5示出磁通量在磁场方向上的磁通密度关于转动轴线的间距的变化。
具体实施方式
图1以剖面图示出具有传感器装置3的执行器37的侧视图。空心圆柱形的永磁体1与转动轴线8同轴地设置。相对于可转动的永磁体1位置固定设置的第二传感器50用于确定永磁体1的角位置3。第二传感器50是单圈传感器，所述单圈传感器具有360度的测量区域。单圈传感器是如下传感器，所述传感器无法检测回转36的数量，因为其仅分辨360度的角度范围(即所述传感器检测一次回转36之内的角位置)。
第二传感器50在径向方向35上与转动轴线8间隔开地设置。因此，第二传感器50不设置在永磁体1的转动轴线8上，而是设置在距转动轴线8有间距处。第二传感器50沿轴向方向34、即平行于转动轴线8地与永磁体1有距离地设置。
此外，传感器装置3包括相对于可转动的永磁体1位置固定设置的第一传感器3，其中第一传感器33是多圈传感器，所述多圈传感器适合于确定永磁体1的回转36的数量。第一传感器33沿轴向方向34、即平行于转动轴线8地与永磁体1有距离19地设置，并且沿第二径向方向35设置在第二传感器50的径向外部并且与转动轴线8有间距20地设置。为了确定回转36的数量，第一传感器33在径向的磁场方向30和切向的磁场方向29上检测磁通量27的磁场方向。
第二传感器50因此检测永磁体1在一个回转36之内的精确角位置，并且第一传感器33检测回转36的数量。因此能够共同地提供沿着执行器37的轴向方向34的精确的角位置或方位42。
在此，对于传感器装置2需要仅一个永磁体1，所述永磁体的磁场26通过两个传感器33、50检测。
执行器37包括具有转动轴线8的轴38以及传感器装置2，其中永磁体1与轴38同轴地设置并且与轴38抗转动地连接。
执行器37是离合器执行器，其中执行器37包括驱动单元39作为轴38和操纵单元40，其中操纵单元40通过驱动单元39的转动41能够沿着轴向方向34移位，其中通过传感器装置2至少能够确定驱动单元39的回转36的数量进而能够确定操纵单元40沿着轴向方向34的方位42。
执行器37包括行星滚柱丝杠(PWG)43作为操纵单元40。具有行星滚柱丝杠43的这种执行器37从WO2015/117612A1中已知，关于在那里提出的执行器的结构，完全通过参引并入本文。
执行器37包括具有定子46和转子47的电动马达45，其中转子47形成轴38。转子47与行星传动机构44的包围行星滚柱丝杠43的套筒48抗转动地连接，并且与支撑在套筒48中的行星架49抗转动地连接，使得在转子47转动41时抗转动支撑的行星滚柱丝杠43和支撑在套筒48中的行星架49能够沿轴向方向34移位。行星滚柱丝杠43形成执行器37的操纵单元40。
图2沿着轴向方向34示出传感器装置2的俯视图。图3以剖面A-A示出图2的传感器装置2的侧视图。图2和3在下文中一起描述。
传感器装置2包括第一传感器33和永磁体1。永磁体1的端面4、5分别位于X-Y平面6中并且中心轴线7横向于X-Y平面6且与永磁体1的转动轴线8同轴地延伸。永磁体1具有刚好两个极9、10，所述极在X-Y平面6中设置在永磁体1的彼此相对置的侧11、12处，使得永磁体1沿对角线磁化。永磁体1的磁场26具有磁通量27，所述磁通量在磁场26中的每个位置28处都能够通过矢量来表示。矢量包括切向的磁场方向29、径向的磁场方向30和法向的(轴向的)磁场方向31；其中切向的磁场方向29平行于X-Y平面6并且平行于极9、10的定向32伸展；其中径向的磁场方向30平行于X-Y平面6并且横向于极9、10的定向32伸展；其中法向的磁场方向31横向于切向的磁场方向29和径向的磁场方向30伸展。相对于能转动的永磁体1位置固定设置的第一传感器33在径向的磁场方向30和切向的磁场方向29上检测磁通量27的磁场方向29、30、31，以确定永磁体1的回转36的数量。
在此示出的永磁体1是具有圆形形状18、即具有直径25的外环周线16和中心轴线7的空心圆柱，所述中心轴线在两个彼此平行的端面4、5之间沿着转动轴线8延伸。永磁体1沿对角线磁化，即两个磁极9、10分别在外环周面15处设置在永磁1的彼此相对置的侧11、12处。极9、10能够通过直线彼此连接，所述直线与永磁体1的中心轴线8相交(参见定向32的箭头)。
第一传感器33沿径向方向35与转动轴线8和永磁体或永磁体外环周面15有间距20地设置。因此，第一传感器33不设置在永磁体1的转动轴线8上，而是与转动轴线8有间距20地设置。第一传感器33沿轴向方向34、即平行于转动轴线8地与永磁体1有距离19地设置。
在此示出的永磁体1与中心轴线7同轴地具有开口13，其中内环周面14和外环周面15分别平行于中心轴线7延伸。
图4以剖面图示出图2和3的传感器装置2的另一侧视图。所述距离19在第一传感器33和永磁体1沿轴线方向34彼此最近的点之间确定。此外，永磁体1在端面4、5之间具有3mm至6mm的厚度53。间距20沿着径向方向35在转动轴线8和第一传感器33的中点之间确定。
在使用情况下出现的公差(尤其关于第一传感器33和永磁体1之间在径向方向35上的间距20和在轴线方向34上的距离19的公差)，导致在测量永磁体1的回转数量时的更大的误差，其中所述公差在组装传感器装置2时或在设置在执行器37中时能够出现并且所述公差可能会在永磁体1转动时额外地变化(在此表示为阴影)。
由于将第一传感器33与转动轴线8的或相对于永磁体1的外环周面15有所计算的间距20，能够显著地减小在最大的矢量和与最小的矢量和之间的差。此外，出现矢量和的更小的数值分散。
图5示出磁通量27沿磁场方向29、30的磁通密度51关于第一传感器33距转动轴线8的间距20的变化。径向的磁通密度21和切向的磁通密度22的宽的曲线已经考虑了距离19的+/-0.5mm的可能的偏差(参见图4中的永磁体的阴影图)。
在围绕(理想的)间距20的该区域54中，能够将第一传感器33相对于转动轴线33设置(参见图4中的第一传感器33的阴影图)。
附图标记列表
1 永磁体
2 传感器装置
3 角位置
4 第一端面
5 第二端面
6 X-Y平面
7 中心轴线
8 转动轴线
9 第一极
10 第二极
11 第一侧
12 第二侧
13 开口
14 内环周面
15 外环周面
16 外环周线
17 横截面
18 圆形形状
19 距离
20 间距
21 径向磁通密度
22 切向磁通密度
23 第一极限值
24 第二极限值
25 直径
26 磁场
27 磁通量
28 位置
29 切向的磁场方向
30 径向的磁场方向
31 法向的磁场方向
32 定向
33 第一传感器
34 轴向方向
35 径向方向
36 回转
37 执行器
38 轴
39 驱动单元
40 操纵单元
41 转动
42 方位
43 行星滚柱丝杠
44 行星传动机构
45 电动马达
46 定子
47 转子
48 套筒
49 行星架
50 第二传感器
51 磁通密度
52 角度
53 厚度
54 区域

Claims (7)

1.一种用于确定永磁体(1)的回转(36)的数量的传感器装置(2)，其中所述永磁体(1)的端面(4，5)分别位于X-Y平面(6)中并且中心轴线(7)横向于所述X-Y平面(6)且与所述永磁体(1)的转动轴线(8)同轴地延伸；其中所述永磁体(1)具有刚好两个极(9，10)，这两个极在所述X-Y平面(6)中设置在所述永磁体(1)的彼此相对置的侧(11，12)，使得所述永磁体(1)沿对角线磁化；其中所述永磁体与所述中心轴线(7)同轴地具有开口(13)；其中内环周面(14)和外环周面(15)分别基本上平行于所述中心轴线(7)延伸；其中相对于永磁体(1)位置固定地设置的第一传感器(33)沿轴向方向(34)、即平行于所述转动轴线(8)地、与所述永磁体(1)有距离(19)地设置，并且沿径向方向(35)径向地在所述外环周面(15)之外、与所述转动轴线(8)有间距(20)地设置，所述永磁体能围绕所述转动轴线(8)转动；其中所述间距(20)选择为，使得径向的磁通密度(21)和切向的磁通密度(22)的矢量和不低于第一极限值(23)并且不超过第二极限值(24)。
2.根据权利要求1所述的传感器装置(2)，其中所述永磁体(1)的磁场(26)具有如下磁通量(27)，所述磁通量在所述磁场(26)中的每个位置(28)处能够通过矢量来表示；其中所述矢量包括切向的磁场方向(29)、径向的磁场方向(30)和法向的磁场方向(31)；其中所述切向的磁场方向(29)平行于所述X-Y平面(6)并且平行于所述极(9，10)的定向(32)伸展；其中所述径向的磁场方向(30)平行于所述X-Y平面(6)和横向于所述极(9，10)的定向(32)伸展；其中所述法向的磁场方向(31)横向于所述切向的磁场方向(29)和所述径向的磁场方向(30)伸展；其中所述第一传感器(33)是多圈传感器，所述多圈传感器适合于确定所述永磁体(1)的回转(36)的数量，其中所述第一传感器(33)在所述径向的磁场方向(30)和所述切向的磁场方向(29)上检测所述磁通量(27)的磁场方向(29，30)，以确定回转(36)的数量。
3.根据上述权利要求中任一项所述的传感器装置(2)，其中所述第一极限值(23)为12mT并且所述第二极限值(24)为37mT。
4.根据权利要求1-2中任一项所述的传感器装置(2)，其中所述间距(20)通过如下确定：
间距＝k*外环周面直径+R0；
其中k和R0至少根据所述外环周面(15)的直径(25)和所述距离(19)来确定，其中距离(19)在3mm和6mm之间，并且所述外环周面(15)的直径(25)在18mm和30mm之间，对于k和R0适用的是：
k＝0.36，以及
R0＝7.45。
5.根据权利要求4所述的传感器装置(2)，其中所述永磁体(1)在所述端面(4，5)之间具有3mm至6mm的厚度(53)。
6.一种执行器(37)，其至少包括具有转动轴线(8)的轴(38)以及根据权利要求1至5中任一项所述的传感器装置(2)，其中所述永磁体(1)与所述轴(38)同轴地设置并且与所述轴(38)抗转动地连接。
7.根据权利要求6所述的执行器(37)，其中所述执行器(37)是离合器执行器，其中所述执行器(37)包括作为轴(38)的驱动单元(39)和操纵单元(40)，其中所述操纵单元(40)通过所述驱动单元(39)的转动(41)能够沿着轴向方向(34)移位，其中通过所述传感器装置(2)至少能够确定所述驱动单元(39)的回转(36)的数量进而能够确定所述操纵单元(40)沿着所述轴向方向(34)的方位(42)。
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