CN109842224A - 扭矩执行器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种扭矩执行器，包含密封组件、转子组件、定子组件、输出轴以及传感器组件；密封组件内部形成容物空间，所述转子组件与定子组件安装在容物空间内；转子组件包含磁片，定子组件包含定子，所述定子包含定子铁芯与线圈组件；所述磁片位于定子铁芯沿轴向方向的一端；转子组件与输出轴紧固连接，输出轴沿轴向方向延伸到达所述容物空间之外；所述传感器组件包含偏心轮与转角传感器，转子组件和/或输出轴与所述偏心轮紧固连接。本发明采用的角度位置传感器安装在转子基板上方，通过安装轴上的偏心轮来检测位置并实时输出转角位置信号，并输出给外部控制器，工作过程中不受磁路的影响，工作更加稳定，相应的精度更高。

Description

扭矩执行器

技术领域

本发明涉及发动机燃料调节技术领域，具体地，涉及扭矩执行器。

背景技术

扭矩执行器作为调速执行机构，要求其动态响应快、稳态精度高、环境适应性强，国内目前条件下，执行机构的系列化和批量生产能力很难形成，因而在很大程度上阻碍了这项技术的推广应用和发展。扭矩执行器作为电子调速器在研发过程中难点主要为：其一摩擦阻力偏大，因而静态特性不佳，能否有效的克服摩擦阻力，改善静态特性是其关键；其二对其工作过程中的控制精度，其精度控制则又体现在执行器内部各零部件之间的紧密协作配合，其输出特性的精确监控与内部传感器的精确测量有很大关系，考虑到其可靠性及尽可能长的寿命要求，对内部结构的布局及设计尤其重要。

专利文献CN104377843B提供一种密封爪极轴向磁路永磁无刷直流电动机，该电机定子是在一底座四周垂直均匀固定爪极，爪极的中心线与转轴的轴线平行，爪极上套装线圈绕组，电机定子的底座、底座爪极上的线圈绕组，用塑材覆封，形成桶形塑封件，另有罩盖盖封在桶形塑封件上，电机转子的转轴穿过定子底座，垂直固定铁芯，铁芯上均匀固定永磁体磁钢，铁芯的另一个面中心位置，固定一块传感器磁钢，该传感器磁钢与罩盖内壁固定的霍尔传感器相对应。据该专利文献自述发电机采用轴向磁路，力矩大，效率高；同时尺寸空间小，系统集成性强。但是该专利文献中，霍尔传感器固定在罩盖内壁与固定在铁芯的另一个面的中心位置的传感器磁钢相对应，传感器磁钢为轴向充磁，在工作过程中定子、转子的磁路会经过该传感器，对传感器的工作造成影响；此外，该专利文献采用单轴承支撑，当应用于较大尺寸的执行器上时，容易发生摩擦损耗，降低使用寿命及可靠性，同时轴向定位方面也存在一定的缺陷。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种扭矩执行器。

根据本发明提供的扭矩执行器，包含密封组件、转子组件、定子组件、输出轴以及传感器组件；

密封组件内部形成容物空间，所述转子组件与定子组件安装在容物空间内；

转子组件包含磁片，定子组件包含定子，所述定子包含定子铁芯与线圈组件；所述磁片位于定子铁芯沿轴向方向的一端；

转子组件与输出轴紧固连接，输出轴沿轴向方向延伸到达所述容物空间之外；

所述传感器组件包含偏心轮与转角传感器，转子组件和/或输出轴与所述偏心轮紧固连接。

优选地，所述密封组件包含外罩壳与上盖板；外罩壳与上盖板紧固连接；

输出轴沿轴向方向的两端延伸分别贯穿外罩壳、上盖板到达容物空间之外。

优选地，还包含轴承，多个所述轴承中包含第一轴承与第二轴承；

输出轴通过第一轴承、第二轴承分别与上盖板、外罩壳转动连接。

优选地，所述转子组件还包含转子基板，数量为2n个的磁片沿周向方向均布在转子基板上，其中，n为正整数；

所述磁片N-S两极之间延伸方向与定子铁芯轴向方向平行；沿周向方向，相邻两个磁片的磁极相反布置。

优选地，所述定子组件还包含定子基板；多个定子沿周向方向均布在定子基板上；

定子数量与磁片数量相等。

优选地，定子组件还包含灌封，所述灌封将定子与定子基板固定在容物空间内。

优选地，所述磁片、转子基板、转角传感器在沿输出轴轴向方向上依次布置。

优选地，还包含控制器，所述控制器包含以下模块：

信号获取模块：获取调节指令信号和/或来自转角传感器中反应转角位置的信号；

通电控制模块：根据调节指令信号和/或来自转角传感器中反应转角位置的信号，控制对线圈组件通电。

优选地，第一轴承与第二轴承均为滚针轴承。

优选地，所述外罩壳上设置有底面凸台，转子基板安装在底面凸台外壁面与外罩壳内壁面之间；

外罩壳底部设置有开孔，紧固件穿过开孔将转子基板与定子铁芯紧固连接。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明采用的角度位置传感器安装在转子基板上方，通过安装轴上的偏心轮来检测位置并实时输出转角位置信号，并输出给外部控制器，工作过程中不受磁路的影响，工作更加稳定，相应的精度更高。

2、本发明采用上下两个轴承支承，能够有效减少摩擦损耗，提高使用寿命及可靠性，适用于尺寸较大的执行器的制造；同时采用上下两个轴承在装配过程中有很好的轴向定位作用。

3、本发明中转子到达设定位置后只需要极小的维持电流便可固定输出位置，功耗大大降低，由于采取多对极的形式，效率提高，体积小，质量低，满足发动机应用需求。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明正向剖视图；

图2为定子组件立体结构示意图；

图3为定子组件剖面示意图；

图4为转子组件立体结构示意图；

图5为转子组件剖面示意图；

图6为本发明扭矩输出示意图。

图中示出：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明提供的扭矩传感器包含密封组件、转子组件、定子组件、输出轴5以及传感器组件。所述密封组件包含外罩壳1与上盖板4，外罩壳1与上盖板4紧固连接，密封组件内部形成容物空间，转子组件、定子组件以及传感器均位于所述容物空间内。如图4、图5所示，所述转子组件包含转子基板7与磁片8，输出轴5与转子基板7紧固连接，磁片8为永磁体，并固定在转子基板7的下端面上。如图2、图3所示，所述定子组件包含定子铁芯9、线圈组件10、定子基板11以及灌封13，定子铁芯9与线圈组件10组成定子，定子基板11安装在外罩壳1内底面上，多个定子沿周向方向安装在定子基板11上，灌封13则将定子、定子基板11进行密封固定，同时也将整个定子组件固定在容物空间中；此外，外罩壳上设置有底面凸台，转子基板7安装在底面凸台外壁面与外罩壳1内壁面之间，对定子基板起到较好的径向定位作用，外罩壳底部设置有开孔，采用例如螺钉的紧固件穿过开孔将转子基板7与定子铁芯9紧固连接，起到较好的轴向定位作用。所述传感器包含角度传感器与偏心轮3，转子组件和/或输出轴5与所述偏心轮3紧固连接，角度传感器与偏心轮3对应设置，用于检测输出轴5的转角位置。另外，输出轴5通过轴承与密封组件连接，保证转动的平滑性。

本发明在设计时，考虑到现有技术中采用霍尔传感器与磁钢的结构时，霍尔传感器会同时受到磁钢与转子组件上磁片8的磁场的影响，对检测结果带来很大的误差，因此采用了偏心轮3与例如电涡流传感器的转角传感器2的结构，转角传感器2安装在转子基板7的上方，通过安装在轴上的偏心轮3来检测位置并实时输出转角位置信号，并输出给外部控制器，工作过程中不受磁路的影响，工作更加稳定，相应的精度更高。当然，所述偏心轮3也可以是凸轮等径向长度随角度位置发生变化的结构。进一步地，采用的偏心轮3能够与输出轴5进行嵌套连接，而且转角传感器2设置有沿输出轴5径向而非轴向方向的一侧，使得输出轴5能够在现有的向下穿出结构的基础上，沿轴向方向朝上贯穿上盖板4，形成双向输出，在图1中反应出的装配方式为输出轴5通过第一轴承6、第二轴承12分别与上盖板4、外罩壳1转动连接，输出轴5沿轴向的两端分别贯穿上盖板4、外罩壳1下端面到达容物空间之外。考虑扭矩执行器在实际应用中的使用寿命及可靠性，特别是针对尺寸较大的扭矩执行器，使用两个轴承能够进一步减少摩擦损耗，同时在装配过程中，上下两个轴承的结构还意外取得了良好的轴向定位作用，减少了在运行过程中输出轴5的轴向窜动。当然，在优选例中，还可以设置更多的轴承来进一步增强上述有益效果，但是对扭矩执行器的尺寸要求及装配要求会随着轴承数量增加而增大。实施例中，第一轴承6与第二轴承12均为滚针轴承，优选例中，第一轴承6与第二轴承12也可以是深沟球轴承，适宜较高转速，但是深沟球轴承的径向承载能力较差，并且径向空间尺寸大，不利于整体结构的小型化；优选地，也可以只采用一个滚针轴承结构，节省制造成本，但是输出轴5的摩擦力会较大，严重影响本发明的输出特性。

本发明在装配时，磁片8与定子铁芯9之间保证一定气隙，该气隙与执行器输出扭矩有关。在电动执行器设计中，可以根据输出转角不同范围要求设计不同的定子铁芯9极对数n，此时磁片8的数量为2n，其中n为正整数。定子铁芯9与磁片8需要在电动执行器结构中沿中轴线轴对称分布。此外，在周向方向上，相邻定子通电时线圈组件10内的电流方向相反，所有磁片8均为轴向充磁且在周向方向上，相邻磁片8磁场极性相反，当电机处于初始位置时，定子铁芯9与磁片8轴向对齐，但对极性不作要求(仅影响电流正反转方向)。输出转角范围与极对数有关。例如，n＝2时，定子铁芯9为2对。磁片8共4只，此时本发明在通电时，有扭矩输出的转角范围为90°，如图6所示，可知在有扭矩输出范围内给予额定电流条件下，约70°范围属于额定扭矩以上范围，因此n＝2时，有效输出转角范围为70°。当n＝3时，定子铁芯9为3对。磁片8共6只，此时该有限转角力矩电机通电时，有扭矩输出的转角范围为60°，在有扭矩输出范围内，约35°范围属于额定扭矩以上范围，因此n＝3时，有效输出转角范围为35°。

本发明还设置有控制器，所述控制器包含以下模块：信号获取模块：获取调节指令信号和/或来自转角传感器2中反应转角位置的信号；通电控制模块：根据调节指令信号和/或来自转角传感器2中反应转角位置的信号，控制对线圈组件10通电。在使用过程中，本发明提供的扭矩执行器根据来自操作界面的调节指令信号先对输出轴5的角度位置进行调节，角度传感器实时输出转角位置信号给控制器，实现位置闭环控制，提供控制精度。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种扭矩执行器，其特征在于，包含密封组件、转子组件、定子组件、输出轴(5)以及传感器组件；

密封组件内部形成容物空间，所述转子组件与定子组件安装在容物空间内；

转子组件包含磁片(8)，定子组件包含定子，所述定子包含定子铁芯(9)与线圈组件(10)；所述磁片(8)位于定子铁芯(9)沿轴向方向的一端；

转子组件与输出轴(5)紧固连接，输出轴(5)沿轴向方向延伸到达所述容物空间之外；

所述传感器组件包含偏心轮(3)与转角传感器(2)，转子组件和/或输出轴(5)与所述偏心轮(3)紧固连接。

2.根据权利要求1所述的扭矩执行器，其特征在于，所述密封组件包含外罩壳(1)与上盖板(4)；外罩壳(1)与上盖板(4)紧固连接；

输出轴(5)沿轴向方向的两端延伸分别贯穿外罩壳(1)、上盖板(4)到达容物空间之外。

3.根据权利要求2所述的扭矩执行器，其特征在于，还包含轴承，多个所述轴承中包含第一轴承(6)与第二轴承(12)；

输出轴(5)通过第一轴承(6)、第二轴承(12)分别与上盖板(4)、外罩壳(1)转动连接。

4.根据权利要求2所述的扭矩执行器，其特征在于，所述转子组件还包含转子基板(7)，数量为2n个的磁片(8)沿周向方向均布在转子基板(7)上，其中，n为正整数；

所述磁片(8)N-S两极之间延伸方向与定子铁芯(9)轴向方向平行；沿周向方向，相邻两个磁片(8)的磁极相反布置。

5.根据权利要求4所述的扭矩执行器，其特征在于，所述定子组件还包含定子基板(11)；多个定子沿周向方向均布在定子基板(11)上；

定子数量与磁片(8)数量相等。

6.根据权利要求5所述的扭矩执行器，其特征在于，定子组件还包含灌封(13)，所述灌封(13)将定子与定子基板(11)固定在容物空间内。

7.根据权利要求4所述的扭矩执行器，其特征在于，所述磁片(8)、转子基板(7)、转角传感器(2)在沿输出轴(5)轴向方向上依次布置。

8.根据权利要求1所述的扭矩执行器，其特征在于，还包含控制器，所述控制器包含以下模块：

信号获取模块：获取调节指令信号和/或来自转角传感器(2)中反应转角位置的信号；

通电控制模块：根据调节指令信号和/或来自转角传感器(2)中反应转角位置的信号，控制对线圈组件(10)通电。

9.根据权利要求3所述的扭矩执行器，其特征在于，第一轴承(6)与第二轴承(12)均为滚针轴承。

10.根据权利要求4所述的扭矩执行器，其特征在于，所述外罩壳上设置有底面凸台，转子基板(7)安装在底面凸台外壁面与外罩壳(1)内壁面之间；

外罩壳(1)底部设置有开孔，紧固件穿过开孔将转子基板(7)与定子铁芯(9)紧固连接。