CN112567220B - 致动器系统，尤其用于车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种致动器系统，其尤其用于车辆，包含电动机(2)，其与螺纹轴(7)形成啮合，以便将所述电动机(2)的旋转运动转换为所述螺纹轴(7)的平移运动。在能够以简单方法进行高精度扭矩测量的致动器系统中，被施加旋转运动的、在内部被闭合的磁场线(9)磁化的部件(8、14)与磁场传感器(10)相对，所述磁场传感器的敏感面相对于所述部件(8)的闭合磁场线(9)以径向的方式布置，其中，所述磁场传感器(10)与一个用于确定磁场变化所导致扭矩的分析单元相连。

Description

致动器系统，尤其用于车辆
技术领域
本发明涉及一种致动器系统，尤其用于车辆，包含一台电动机，其与螺纹轴形成有效连接，可以将电动机的转动动作转换为螺纹轴的直线动作。
背景技术
在WO 2014/198268 A1中已知一种用于在一个机器元件上进行力测量或者扭矩测量的装置，其中，机器元件在一条轴线上延伸，并且力或者扭矩的测量是通过使用逆磁致伸缩效应进行的。其中，机器部件具有永久磁化，并且磁场朝向轴线方向。此外，装置还包含至少一个磁场传感器，它用于测量由力和/或扭矩引起的一个磁场的至少一个矢量分量。
在车辆的致动器系统中，例如用于离合器和变速箱致动装置的致动器系统或者混合动力领域牵引电动机的致动器系统，经常会安装单独的扭矩传感器，例如应变计，它们要么过于昂贵，要么就是从技术角度无法实现集成。在一个间接的方法中，通过致动器的一个电机电流来计算得出扭矩，而由于扭矩会随着温度而发生改变这一特点，因此，这种方法非常不精确。
发明内容
本发明的任务在于，说明一种致动器系统，它能够以高性价比的方式实现精确的扭矩测量。
为此，本发明的解决方案在于，一个受到转动动作作用的、在内部被闭合的磁场线磁化的部件位于一个磁场传感器的对向，其敏感面相对于所述部件的闭合磁场线呈径向布置，其中，所述磁场传感器和一个分析单元连接，该分析单元用于确定基于磁场变化的扭矩。通过利用磁致伸缩原理，就可以可靠地确定致动器系统的扭矩，其中，需要使用的装置可以采用高性价比的结构设计。
针对磁致伸缩原理，由于在负载状态下部件材料中的应力会导致闭合的磁场线从部件材料的内部转移到外部区域，因此，部件可以采用任意的刚性设计。
优选地，部件是电动机或者螺纹轴的一个转子集成的组成部分。通过这样的集成，就可以减少致动器系统组成部件的数量，因而性价比特别高。
在一个备选方案中，部件形成为支撑元件，并且被布置在电动机的转子和螺纹轴之间。这样一来，就会在额外设计的支撑元件上进行扭矩测量，从而简化了致动器系统中磁场传感器的校准。
在一个设计方案中，支撑元件形成为圆柱体，其中，圆柱体的一个端面位于磁场传感器敏感面的对向。这样的一个圆柱体在横截面上经过了圆形闭合磁化处理。通过施加的扭矩会在支撑元件中产生扭转应力，继而使得磁场从支撑元件内部朝外移动。这个磁场会被用作扭矩的度量尺寸。通过使用支撑元件的端面，一方面由于和印刷线路板之间存在的距离，和转子磁体之间的存在的间距等因素，可以实现磁场传感器的集成，另一方面，印刷线路板、支撑元件和磁场传感器也可以相互平行地布置。
在一个变型中，部件通过电动机的至少一个转子片形成，其中，电动机经过磁化的转子片连接在螺纹轴上。这样做的优点在于，一方面无需额外的磁化组件，另一方面全部的扭矩会通过磁化的转子片传递到磁场传感器上。
在一个实施例中，在将电动机的多个转子片用作部件的情况下，分析单元将其中一个经过磁化的转子片用作磁场的校准元件。磁场传感器的一次这样的校准会在致动器系统组装完毕的状态下进行，因为整个扭矩只会有一个未精确定义的部分通过这个转子片传递。
优选地，闭合的磁场线在支撑元件内部包围螺纹轴。具有这样的圆形磁场线的支撑元件可以很方便地进行磁化。
作为备选方案，闭合磁场线在支撑元件的内部形成于一个无限圆圈中，其中，磁场线的无限圆圈在周向上包围螺纹轴。在这里，部件的磁化方法是在旋转组件的上方，始终会有一个旋转的磁体离去。
为了提高精度，尤其是消除不对称的负载，至少布置了两个磁场传感器，用来在部件的周向上测量受到扭矩影响的磁场。
本发明允许大量的实施方式。应当根据图纸中所示的附图对其中多个进行详细说明。
附图说明
图1：本发明所述致动器系统的第一个实施例，
图2：图1中支撑元件的一种磁化方法的一个实施例，
图3：本发明所述致动器系统的另一个实施例，
图4：本发明所述致动器系统的另一个实施例。
具体实施方式
图1中示出了致动器系统1的原理图，它作为离合器致动器或者变速箱致动器应用于机动车。致动器系统1包含一台电动机2，其由转子叠片3、布置在其径向的转子磁体4和一个壳体5组成。通过一个行星式滚动接触齿轮箱6或者任意一种其他的传动单元，例如滚珠丝杠传动装置，电动机和一根螺纹轴7连接，其中，通过行星式滚动接触齿轮箱6将电动机2的旋转动作传递到螺纹轴上，以便转换为直线动作。在转子叠片3和螺纹轴7之间，旋转对称地布置了支撑元件8，其相对于螺纹轴7支撑电动机2的转子。对支撑元件8进行了磁化，使得其内部具有闭合的磁场线9。磁场线9的布置，使得在螺纹轴7的每一面都分别形成了一条闭合的磁场线。磁场传感器10固定在一个印刷线路板11上，其中，磁场传感器10的敏感面相对于支撑元件8的闭合磁场线9呈径向布置。
图2中示出了在图1中应用的、支撑元件8的无限圆形磁化方法的原理图。实现这样的圆形磁化的方法是支撑元件8旋转，同时伴随着这一旋转令一个同样旋转的磁体持续地离开支撑元件8。这样的磁化的优点在于，可以获得不受支撑元件8角度位置影响的传感器信号，而这对于转子而言尤为重要。
图3所示的是本发明所述致动器系统12的另外一个实施例的截面图，其中，支撑元件8的磁化使得闭合磁场线9在中心包围螺纹轴7。在这里，磁场线9在A点上离开支撑元件8，并且在对面的B点上重新进入到支撑元件8中。
图4示出的是本发明所述致动器系统13的另一个实施例。在这里，放弃了支撑元件8，而是和螺纹轴7保持一定距离地布置电动机2的转子片14。在这里，转子片14以旋转对称的方式被定子15包围。根据前文的描述，对一个或者多个转子片14进行了磁化，使得每个转子片14都包含闭合磁场线9。在这里，用于传递扭矩的区域C形成于转子片14和螺纹轴7之间。
在仅使用一个经过磁化的转子片14的情况下，全部扭矩会一并通过这一个转子片14传递，并且被根据图2位于转子片14对向的磁场传感器10探测到。在使用多个经过磁化的转子片14、并且将它们连接在螺纹轴7上的情况下，每个转子片14可以仅传递一部分的扭矩，从而使得必须对磁场传感器10进行校准。对于这样的校准，会选择一个经过磁化的转子片14作为测量元件，其中，磁场传感器10的校准在组装完毕的状态下进行，以便确定扭矩的哪个部分具体通过哪个转子片14传递。
所述的解决方案应用于机动车的各类致动器，以及混合动力模块和电驱动装置的牵引/驱动电机。
附图标记说明
1 致动器系统
2 电动机
3 转子叠片
4 转子磁体
5 壳体
6 行星式滚动接触齿轮箱
7 螺纹轴
8 支撑元件
9 磁场线
10 磁场传感器
11 印刷线路
12 致动器系统
13 致动器系统
14 转子片
15 定子

Claims (7)

1.一种致动器系统，包含电动机(2)，其与螺纹轴(7)形成有效连接，以便将所述电动机(2)的旋转运动转换为所述螺纹轴(7)的平移运动，其特征在于，被施加旋转运动的、在内部被闭合的磁场线(9)磁化的部件与磁场传感器(10)相对，所述磁场传感器的敏感面相对于所述部件的闭合磁场线(9)以径向的方式布置，其中，所述磁场传感器(10)与一个用于确定磁场变化所导致扭矩的分析单元相连；其中，所述部件被设计成支撑元件(8)，其被布置在所述电动机(2)的转子与所述螺纹轴(7)之间。
2.根据权利要求1所述的致动器系统，其特征在于，所述支撑元件(8)被设计成圆柱体，其中，圆柱体的一个端面与所述磁场传感器(10)的敏感面相对。
3.根据权利要求1所述的致动器系统，其特征在于，部件由所述电动机(2)的至少一个转子片(14)构成，其中，所述电动机(2)的经过磁化的所述转子片(14)通过磁力连接在所述螺纹轴(7)上。
4.根据权利要求3所述的致动器系统，其特征在于，在将所述电动机(2)的多个所述转子片(14)用作部件的情况下，分析单元将其中一个经过磁化的所述转子片(14)用作磁场的校准元件。
5.根据权利要求1或2所述的致动器系统，其特征在于，所述的闭合磁场线(9)在所述支撑元件(8)的内部包围所述螺纹轴(7)。
6.根据权利要求5所述的致动器系统，其特征在于，所述的闭合磁场线(9)在所述支撑元件(8)的内部形成于一个无限圆圈中，其中，所述磁场线(9)的无限圆圈包围所述螺纹轴(7)。
7.根据权利要求1所述的致动器系统，其特征在于，使用至少两个所述磁场传感器(10)来测量所述部件的受到电压影响的磁场。
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