CN112303050B - 可变排量液压单元和用于操作液压单元的方法 - Google Patents

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Abstract

一种可变排量液压单元包括排量单元，用于设定/调节调节元件的位置以便借助于可电子驱动的致动器调节所述液压单元的排量体积。致动器电连接到电子控制单元(ECU)并且具有第一导电线圈以借助于电磁力定位调节元件。电能收集装置邻近致动器的第一导电线圈定位，使得能够通过感应的方式收集来自第一导电线圈中的功率波动的电能。通过感应的方式所收集的电能能够被传输到电能存储装置。

Description

可变排量液压单元和用于操作液压单元的方法
技术领域
本发明涉及一种液压单元，具体涉及一种可变排量液压单元，该可变排量液压单元包括用于设定/调节调节元件的位置以便设定/调节液压单元的排量体积的排量单元。传感器通常用于控制、监测和/或反馈到电子控制单元(ECU)的操作参数。本发明还涉及用于提升或升级现有的可变排量液压单元的方法。
背景技术
可变排量型结构的液压单元在现有技术中是众所周知的。这些液压单元通常包括至少一个传感器，以便在液压单元的操作期间确定操作参数。这些传感器通常是压力传感器、流量传感器、角度传感器等，这些传感器将感测到的信号传输到电子控制单元(ECU)以控制液压单元的操作条件。电子控制单元(ECU)处理这些传感器信号，并根据例如操作者命令来调节/设定操作参数。液压单元的调节或设定通常通过对电驱动致动器供能以便使控制装置移位来执行。
在常见的实施例中，排量单元或排量装置用于经由电驱动致动器传递电子控制单元的命令，该电驱动致动器改变液压单元中的排量元件的设定。例如，在曲轴型的液压轴向柱塞马达中，排量元件改变限定在缸体轴线和驱动轴轴线之间的弯曲角/倾斜角。因此，排量元件的物理运动/位移由电磁力、液压力或气动力引起。为了根据电子控制单元的命令产生这些位移力，通常使用电磁驱动致动器，用于直接致动排量元件或间接地产生作用在排量元件上的液压控制力或气动控制力。
为了控制液压单元并且为了设定/调节排量体积以及为了将可选参数从液压单元反馈到电子控制单元，使用电能来为这些必要的部件供电。为了给这些部件供电，需要布线或需要至少总线系统，以便保持部件的功能以及部件之间的通信。然而，所有这些电连接，如电线、线束或总线系统必须小心地安装在液压单元和/或液压传动装置和/或由这种液压传动装置驱动的车辆中，并且因此对液压单元的制造成本具有负面影响。此外，这些电线、电连接或总线系统可能是液压单元或液压系统(例如液压传动装置)内的故障源。
DE 10 2017 206 415 A1示出了具有集成的自持电源的可变可调节的液压单元，该液压单元布置在壳体内或壳体上，并至少向控制单元和致动器供应能量。电源是发电机，其能够由旋转组的旋转元件或由液压单元内的液压流直接或间接地驱动。
发明内容
因此，本发明的目的是减少电连接的数量，并提供更鲁棒且成本有效的液压单元和液压系统，特别是具有减少的电缆和布线的液压推动应用。
本发明通过根据本发明的实施例的可变排量液压单元和根据本发明的实施例的用于操作这种液压单元的方法来实现该目的。根据本发明的可变排量单元包括排量单元，用于设定/调节排量元件的位置以设定/调节液压单元的排量体积。为此，可电子驱动的致动器电连接到电子控制单元，以用于命令可电子驱动的致动器。可电子驱动的致动器包括用于产生电磁力的第一导电线圈，当改变对可电子驱动的致动器的电力供应时，调节元件可以利用该电磁力定位。当改变对可电子驱动的致动器的电力供应时，产生电磁力，以便将来自电子控制单元(ECU)的电子信号(命令)转换成柱塞、活塞杆等的运动。柱塞的这种运动可直接或间接地移动伺服单元的排量元件或伺服活塞，以便调整液压单元的排量体积。
对于本领域技术人员来说，清楚的是，为了设定/调节/控制液压单元的排量体积，调节元件的位移或调节可以由各种类型的排量单元来执行，例如伺服单元等。为了简化的原因，并且仅仅是为了解释本发明的构思，这种排量单元可以是作用在曲轴线轴向活塞单元的轭上的伺服单元。因此，例如，伺服单元的伺服活塞可以借助于可电子驱动的致动器(例如螺线管)来位移，该可电子驱动的致动器包括第一导电线圈。
根据本发明，电能收集装置邻近可电子驱动的致动器的第一线圈定位，使得来自第一线圈中的功率波动的电能可以通过感应的方式收集，因为每个功率波动都伴随有由每个载流导体产生的磁场的变化。磁场中的这些波动可以用于在第二导体/线圈中感应出电流。此外，根据本发明，通过感应的方式所收集的电能可以例如经由布线被传输到电能存储装置。存储在电能存储装置中的所收集的电能随后可以用于为例如传感器、蓝牙或NFC接口、或(另外的)致动器供电。
根据本发明，第二线圈被放置在靠近第一线圈，使得第一线圈的磁场中的波动引起在第二线圈中发生感应现象，并且在第二线圈中产生电能。在本发明的意义上，所收集的电能可以进一步被传导至用于存储和/或累积的电存储装置。根据本发明的这种电能存储装置可以是电容器、蓄电池或可充电电池。在根据本发明的一个实施例中，电能存储装置是电容器，例如，该电容器的第一板连接到第二线圈以积聚所收集的电能，并且该电容器的第二板与传感器连接。在液压单元的操作中，电容器由所收集的电能充电。当电容器已经达到其额定电荷时，连接到第二板的传感器被激励，使得其能够检测操作参数并将传感器信号传输到电子控制单元(ECU)。根据本发明，该传感器信号可以通过有线或(优选地)无线传输到ECU。在无线传输的情况下，可以避免用于信号传输的另外的布线。
在本发明构思的示例性实施方式中，可以避免通过电线、蓝牙或NFC接口或致动器向传感器提供外部能量，因为当电驱动致动器的电源改变时，可以通过感应地“窃取”电能而在液压单元处直接产生电能。因此，液压系统的能量源，例如液压推动应用，仅必须给本发明的可变排量液压单元的电子控制单元提供电力。根据本发明，该电能的一部分通过感应的方式带走，以便为与液压单元或液压系统相关联的附接的或内部的装置(如接口、传感器、检测器或其它电子装置)供能。这些装置优选地展现出相对低的电能消耗。
优选地，如上所述，所收集的能量用于为内部传感器供电，该内部传感器优选地以无线方式将其传感器信号传输到液压可变排量单元的电子控制单元和/或液压系统的其它任何装置，如液压推动应用。这里，所使用的传感器是下列传感器中的一个或多个：例如，压力传感器、角度传感器、线性传感器、位置传感器、旋转传感器、线速度传感器、加速度传感器、温度传感器、流量传感器、粘度传感器、霍尔传感器、振动传感器、倾斜传感器、频率传感器、电荷传感器和/或本领域已知的任何其它传感器。
当使用无线传感器时(如本发明优选的)，液压单元的电子控制单元应该能够接收这些无线传输的传感器信号，并且应该能够处理无线接收的信息，以便执行适当的控制信号来适当地操作/命令液压单元/液压系统。使用根据本发明由“所收集的”能量供电的无线传感器提供了不再需要用于给传感器供电的外部电源的优点。此外，尤其对于多部件液压系统，可以避免用于给传感器供电的相应的外部布线和内部布线。此外，由于无线传感器不需要线路或电线来传输传感器信号，所以甚至也可以避免更多的电线连接接收单元。因此，液压单元可以实质上不受电线或布线的影响。
优选地，根据本发明，用于收集电能的第二线圈例如靠近第一螺线管定位。然而，该螺线管不必是用于改变排量元件的位置的致动器的螺线管。这种致动器也可以用于在液压系统中实现任何其它目的。这种情况的一个示例可以是用于切换阀等的致动器。在具体的示例性实施例中，螺线管可用于移动电子排量控制单元(EDC)中的控制阀芯，以便将处于控制压力下的被加压的液压流体引导到伺服单元，从而调节液压单元的排量。
本发明的另一优点在于，现有的液压单元可以利用本发明的构思进行升级/改装。为此，本发明的电能收集装置将必须安装在电驱动致动器附近，以便能够通过感应的方式收集电能。通过安装可以是电容器、蓄电池或可充电电池的电存储装置，可以以简单的方式向用于利用电能来监测/感测操作参数的各种传感器提供电能。为了实施本发明的构思，所使用的传感器不必是无线类型的结构，然而优选的是，以无线方式将感测的值传输到电子控制单元。在现有技术的液压单元的电子控制单元不包括蓝牙或NFC或任何其它无线接口的情况下，根据本发明，也可以使用用于将传感器输出端口与电子控制单元连接的有线线路。因此，当收集电能的发明构思应用于为液压单元中的操作传感器供电时，不需要改变已经存在的液压单元的电子控制单元。
通常，本发明的可变排量液压单元可以是轴向活塞型结构或任何其它类型的结构，例如径向活塞单元或轨道式单元。本领域技术人员从上述内容中得出，收集来自电子驱动的致动器的电能的发明构思可应用于所有类型的液压单元，并且不限于示例性给出的实施例。
附图说明
下面通过附图，示例性地示出了本发明构思的优选实施例，其借助于可变排量液压单元。然而，本发明并不限于附图中所示和下面详细描述的实施例。此外，即使没有描述，在不背离本发明构思的范围的情况下，可以在本领域普通技术人员的能力范围内组合或修改不同的实施例。该图示出：
图1示意性地示出了根据本发明的可变排量液压单元的回路图。
具体实施方式
图1示意性地示出了本发明的可变排量液压单元1的回路图。图1中仅示例性地示出了用于闭式回路的静液压泵。如上所述，本发明的构思既不局限于静液压泵也不局限于闭式回路。本发明的构思也将容易地应用于图1所示的电荷泵15。该电荷泵15也可以在其操作参数方面被控制。随后，至少本领域技术人员将发现，本发明的构思也可应用于静液压马达，并因此可应用于静液压系统，特别是静液压推动应用或静液压传动装置。
图1所示的可变排量液压单元1由电子控制单元(ECU)20控制，该电子控制单元经由供电线路11与致动器8连接。图1所示的这些致动器8是螺线管，例如，如果通电，则其可以基于电子控制单元20的相应命令使控制阀芯14移位。当螺线管(即致动器8)的电流供应改变时，致动器8中的第一导电线圈4基于电磁效应产生机械力。由此，控制阀芯14可以从图1所示的其中间位置移出。
当控制阀芯14朝一侧移动时，多个伺服管线18朝伺服单元9的一侧引导被加压的液压流体。当伺服单元9在一侧上被加压时，可变排量液压单元1的调节元件3由于与伺服单元9的机械联接而移位。通过改变调节元件3的位置，改变了可变排量液压单元1的排量。具有电子排量控制器(EDC)2和伺服单元9的可变排量液压单元1的这种一般功能对于本领域普通技术人员来说是公知的。
根据本发明，电能收集装置5位于第一导电线圈(螺线管)4附近，电能收集装置5具有第二导电线圈6。这些第二导电线圈6可以围绕第一导电线圈4布置，或者可以布置在第一导电线圈4的内部，在其中缠绕线圈也被本发明的构思所包含。通过将第一导电线圈4靠近第二导电线圈6放置，供应给第一导电线圈4的电流的任何变化产生第一线圈4中和第一线圈4周围的磁场的变化，从而在第二导电线圈6中感应出电流。该所感应的电流经由电力线路11被输送到电能存储装置7。电能从该电能存储装置7被供给到液压单元/液压系统或液压推动驱动器中的不同的传感器21至26。仅出于解释的原因，在图1中示出了传感器的选择，如用于伺服管线18的压力传感器21或用于另一伺服管线19的另一压力传感器21。在图1的示意性液压回路中示例性地示出了其它传感器，如速度传感器24、加速度传感器25或角度传感器23以及温度传感器26或压差传感器21。所有这些传感器21到26能够感测/检测可变排量液压单元的操作参数，并且还能够以无线方式将所检测的操作参数传输到电子控制单元(ECU)20。为此，每个传感器以及电子控制单元20示出蓝牙或NFC接口12或另一无线接口12，用于将无线信号10传输到电子控制单元20和/或从其接收无线信号。
至少本领域普通技术人员从图1的示意性回路图中得出，从传感器21至26传输的无线信号10由电子控制单元20无线接收，并且可以由电子控制单元20处理成要传输到电子排量单元2的致动器8的命令。这可以引起到致动器8的第一线圈4的电流的变化，其在第二线圈6中感应出电流以用于对电能存储装置7充电。于是，给出了用于本发明的可变排量液压单元的闭式控制回路。操作者命令由电子控制单元20经由输入线路13接收，并且通过考虑传感器的反馈来控制。相应的信号可经由电力线路11传递到致动器8，使得可变排量液压单元的性能与操作者命令相对应。
本领域技术人员还从图1的示意图中得出，本发明的构思用最少数量的电线管控所有能量和信息业务。本领域的技术人员还进一步发现，由于仅有电力电流必须通过电线传输到每个传感器，因此传感器组也可以串联连接。在现有技术的液压单元中，对于每个传感器，需要单独的信号线来将检测到的信号从传感器传输到电子控制单元20。所有这些信号线不再是必需的-如本发明优选的-所有传感器经由蓝牙或NFC或其它无线接口12传输其感测的信号。
因此，通过实施本发明的构思，可以节省大量的布线或线束，这显著地降低了制造成本并且增加了实施本发明构思的液压单元的可靠性。因此，本发明的构思覆盖了所有类型的液压单元和系统。
最后，本发明的构思提供了一种用于收集电能以减少液压单元内的布线量的成本有效且鲁棒的系统。配备有本发明构思的液压单元可以用于任何类型的液压应用中，并且优选地用于液压推动应用中，以监测和控制操作参数，从而实现贯穿每个所使用的液压单元和整个液压系统的有效能量消耗。
附图标记列表
1 可变排量液压单元
2 排量单元
3 调节元件
4 第一导电线圈/螺线管
5 电能收集装置
6 第二导电线圈/第二导电体
7 电能存储装置
8 致动器
9 伺服单元
10 无线信号
11 供电线路
12 蓝牙/NFC接口
13 输入线路
14 控制阀芯
15 电荷泵
16 液压工作线
17 液压工作线
18 伺服管线
19 伺服管线
20 电子控制单元(ECU)
21 压力传感器
22 电荷传感器
23 角度或线性传感器
24 速度传感器
25 加速度传感器
26 温度传感器

Claims (15)

1.一种可变排量液压单元(1)，包括排量单元(2)，用于设定/调节调节元件(3)的位置以便通过可电子驱动的致动器(8)调节所述液压单元(1)的排量体积，其中所述致动器(8)包括第一导电线圈(4)以借助于电磁力定位所述调节元件(3)，并且所述致动器(8)电连接到电子控制单元(ECU)，其中第二导电体(6)邻近所述致动器(8)的所述第一导电线圈(4)定位，使得能够通过感应的方式收集来自所述第一导电线圈(4)中的功率波动的电能，并且通过感应的方式所收集的电能能够被传输到电能存储装置(7)。
2.根据权利要求1所述的液压单元(1)，其中，所述第二导电体(6)是第二导电线圈，所述第二导电线圈围绕所述致动器(8)的所述第一导电线圈(4)、被所述致动器(8)的所述第一导电线圈(4)围绕或集成在所述致动器(8)的所述第一导电线圈(4)中。
3.根据权利要求1或2所述的液压单元(1)，其中，所述电能存储装置(7)是电容器、蓄电池或可再充电电池。
4.根据权利要求1或2所述的液压单元(1)，还包括传感器(21至26)，所述传感器由所述电能存储装置(7)供应电力。
5.根据权利要求4所述的液压单元(1)，其中，所述传感器(21至26)能够向所述电子控制单元(ECU)传输无线信号。
6.根据权利要求4所述的液压单元(1)，其中，所述传感器(21至26)是从包括以下传感器的组中选择的一个或更多个传感器：压力传感器(21)、角度或线性传感器(23)、位置传感器、旋转传感器(24)或线速度传感器(22)、加速度传感器(25)、温度传感器(26)、流量传感器、粘度传感器、霍尔传感器、振动传感器、倾斜传感器、频率传感器和电荷传感器。
7.根据权利要求4所述的液压单元(1)，其中，所述传感器(21至26)传输无线信号，所述无线信号能够由所述电子控制单元(ECU)接收和处理以控制所述液压单元(1)。
8.根据权利要求1或2所述的液压单元(1)，其中，所述致动器(8)是用于改变所述调节元件(3)的位置的螺线管。
9.根据权利要求1或2所述的液压单元(1)，其中，所述调节元件(3)是电子排量控制单元(EDC)的电磁驱动控制阀芯(14)，所述电子排量控制单元用于将处于控制压力下的液压流体引导至伺服单元(9)，以调节所述液压单元(1)的排量体积。
10.根据权利要求1或2所述的液压单元(1)，其中，所述液压单元(1)是具有旋转斜盘或弯轴式结构的轴向活塞单元。
11.根据权利要求1或2所述的液压单元(1)，其中，所述液压单元(1)是径向活塞型或轨道器型，其中，所述排量单元(2)能够改变所述调节元件(3)的偏心率。
12.一种液压系统，用于在开式或闭式液压回路中的液压推动应用，包括至少一个根据权利要求1至11中任一项所述的液压单元。
13.一种用于升级或操作液压单元(1)的方法，所述液压单元包括排量单元(2)，所述排量单元(2)用于设定/调节调节元件(3)的位置，以便借助于具有第一导电线圈(4)的可电子驱动的致动器(8)来调节所述液压单元(1)的排量体积，以借助于电磁力来定位所述调节元件(3)，并且所述致动器(8)电连接到电子控制单元(ECU)，所述方法包括以下步骤：
-将第二导电体(6)定位成邻近所述致动器(8)的所述第一导电线圈(4)；
-当在所述第一导电线圈(4)中发生功率波动时，借助于感应来收集电能；
-将所收集的能量传输到电能存储装置(7)。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括利用来自电能存储装置(7)的能量为安装在所述液压单元(1)中的传感器(21至26)供电的步骤。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括将由所述传感器(21至26)感测的操作参数的传感器信号(10)以无线方式传输到所述电子控制单元(ECU)并且借助于由微控制器处理的所述传感器信号(10)来控制所述液压单元(1)的操作的步骤。
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