CN113530631A - 电磁执行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电磁执行器。该电磁执行器包括壳体、驱动机构和推杆，推杆可移动地安装在壳体中，驱动机构能够驱动推杆相对于壳体沿轴向移动。其中，该电磁执行器还包括用于检测推杆的移动位置的位置传感器和测量点对，测量点对包括相对于推杆静止的第一测量点和相对于壳体静止的第二测量点，推杆的连接在测量点对之间的电路中的部分随着推杆的移动位置而改变，从而改变测量点对之间的目标电学参数，位置传感器能够通过检测目标电学参数来确定推杆相对于壳体的移动位置。本发明的电磁执行器能够改善检测效果。

Description

电磁执行器

技术领域

本发明涉及电磁致动技术领域。具体地，本发明涉及一种具有位置检测功能的电磁执行器。

背景技术

在现代工业中，电磁执行器得到广泛应用。电磁执行器利用例如由螺线管产生的磁场力来对执行机构进行驱动，从而控制机械部件的运动。例如，在机动车辆的发动机中，可以使用电磁执行器来对发动机气门升程进行控制和调整。在这种情况下，电磁执行器经由推杆来推动凸轮，进而切换气门升程。在当前的电磁执行器中，为了确定其工作状态，常常需要借助各种传感器来检测推杆的位移情况。

例如，CN 106762006 A公开的一种电磁执行器通过设置在两个推杆之间的磁场传感器来检测推杆的位置。又例如，CN 102395762 A公开的另一种电磁执行器通过设置在永磁体单元中的永磁场传感器来检测推杆的位置。再例如，CN 106762006 A公开的又一种电磁执行器通过设置在推杆端部的磁通量传感器来检测推杆的位置。

在上述各种现有的电磁执行器中，传感器的检测对象都是磁体在周围空间中产生的磁场参数，这种参数的检测精确性容易受到环境条件(例如温度)的影响，并且其电磁兼容性(EMC)较差，检测结果可能受到附近的其他电磁机构的磁场干扰。例如，在类似于上述专利文献的应用条件下，电磁执行器中通常包含邻近设置的两组螺线管和推杆，两组螺线管各自产生的磁场相互干扰，进一步降低了此类传感器的检测准确性。

发明内容

因此，本发明需要解决的技术问题是，提供一种能够改善传感器的位置检测效果的电磁执行器。

上述技术问题通过根据本发明的一种电磁执行器而得到解决。该电磁执行器包括壳体、驱动机构和推杆，推杆可移动地安装在壳体中，驱动机构能够驱动推杆相对于壳体沿轴向移动。其中，电磁执行器还包括用于检测推杆的移动位置的位置传感器和测量点对，测量点对包括相对于推杆静止的第一测量点和相对于壳体静止的第二测量点，推杆的连接在测量点对之间的电路中的部分随着推杆的移动位置而改变，从而改变测量点对之间的目标电学参数，位置传感器能够通过检测该目标电学参数来确定推杆相对于壳体的移动位置。这种位置传感器的直接检测对象是测量电路中随着推杆的移动位置而变化的电学参数，而非环境空间中的磁场参数，因此对环境因素不敏感，有利于提高检测结果的准确性和稳定性。

根据本发明的一个优选实施例，推杆可以具有沿轴向相对的第一端和第二端，第一测量点可以设置在第一端和第二端中的一者处。设置在端部的测量点更易于进行连接。优选地，驱动机构可以经由第一端来驱动推杆，而第一测量点可以设置在第一端处。在这种情况下，第一端可以在端面上具有绝缘层，驱动机构可以经由绝缘层来接触第一端，从而避免驱动机构与推杆电连接而影响测量电路。

根据本发明的另一优选实施例，第二测量点可以设置在相对于壳体固定并且与推杆导电接触的部位处。例如，第二测量点可以设置在壳体的用于与推杆直接导电接触的部位处，或者也可以设置在固定在壳体上并且与推杆导电接触的部件上。这样的部位在推杆的轴向移动期间应当始终保持与推杆导电接触。

根据本发明的另一优选实施例，电磁执行器还可以包括沿轴向抵接在推杆与壳体之间的弹性复位件，壳体可以具有用于抵接弹性复位件的止挡部。优选地，止挡部可以与推杆导电接触，第二测量点可以设置在止挡部处。优选地，电磁执行器还可以包括用于接收弹性复位件的端部的接收座，弹性复位件可以经由接收座抵接止挡部，该接收座与推杆导电接触，第二测量点也可以替代地设置在接收座处。

根据本发明的另一优选实施例，目标电学参数可以为第一测量点与第二测量点之间的电路中的电压或电流。这些电学参数可以通过现有的电学元件来方便地直接测量。

根据本发明的另一优选实施例，电磁执行器可以包括安装在同一壳体中的多个驱动机构、相应的多个推杆和相应的多组测量点对。由于位置传感器的检测对象是测量电路中的电学参数而非环境空间中的磁场参数，因此可以避免不同推杆的位置传感器之间的磁场干扰，更适于集成有多个推杆的电磁执行器。

附图说明

以下结合附图进一步描述本发明。图中以相同的附图标记来代表功能相同的元件。其中：

图1示出根据本发明的示例性实施例的电磁执行器的示意图。

具体实施方式

以下将结合附图描述根据本发明的电磁执行器的具体实施方式。下面的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，本发明不限于所描述的优选实施例，本发明的保护范围由权利要求书限定。

根据本发明的实施例，提供了一种电磁执行器。这种电磁执行器适于为各种机械提供致动功能，例如可以用于在机动车辆的发动机中控制和调整凸轮机构来改变气门升程。

图1示出了根据本发明的电磁执行器的示例性实施例。如图1所示，该电磁执行器包括壳体10、驱动机构20、推杆30和位置传感器。壳体10可以一体形成，或者也可以由组装在一起的多个壳体部分组成，用于提供容纳和安装电磁执行器的其他部件的空间。在图1中，壳体10的上半部分形成用于安装驱动机构20的空间，而下半部分形成用于安装推杆30的空间。

驱动机构20可以是安装在壳体10内的电磁驱动机构，例如螺线管式驱动机构。驱动机构20包括能够沿轴向移动的顶杆21。顶杆21在驱动机构20中的轴向移动由驱动机构20产生的电磁力来控制。

在壳体10的下半部分中形成有大致圆柱形的推杆腔，推杆30安装在推杆腔中并且能够沿着推杆腔相对于壳体10沿轴向移动。驱动机构20的顶杆21和推杆30相对于壳体10移动的轴向方向是大致平行的方向，即顶杆21和推杆30各自的纵向长度方向大致相同。推杆30具有沿轴向相对的第一端和第二端，其中，第一端是朝向驱动机构20的一端，而第二端是背向驱动机构20的一端。顶杆21和推杆30在轴向方向上可以相互错开而没有重叠。

驱动机构20的顶杆21在沿轴向移动时能够直接或间接地推动推杆30沿轴向移动。优选地，顶杆21可以直接或间接地抵接推杆30的第一端，从而经由第一端来推动推杆30。例如，在图1所示的实施例中，顶杆21经由杠杆60间接地推动推杆30。具体而言，顶杆21和推杆30可以在垂直于轴向方向的横向方向上相互偏移一定距离，使得二者的轴线不对齐。杠杆60安装在壳体10中，并且以其一端为支点支撑在壳体10的安装结构上，使得另一端可以围绕支点在由轴向方向和横向方向共同限定的平面中摆动。如图1所示，顶杆21可以抵接杠杆60的中部，而杠杆60的摆动端可以抵接推杆30的第一端，并且顶杆21和推杆30在轴向方向上分别位于杠杆60的相反两侧。通过这种方式，驱动机构20可以驱动相对于其偏移布置的推杆30。但这种布置方式仅是示意性的，驱动机构20也可以通过其他传动机构来推动推杆30，或者也可以不经由其他部件而直接推动推杆30，本发明对此不做限制。

该电磁执行器还包括弹性复位件40。弹性复位件40沿轴向抵接在推杆30与壳体10之间，其提供与驱动机构20的驱动力反向的弹性力。驱动机构20施加到推杆30的驱动力通常沿轴向指向远离驱动机构20的方向。当驱动机构20提供足够大的驱动力时，推杆30能够克服弹性复位件40的弹性力而沿轴向移动远离驱动机构20，从而伸出壳体10；当驱动机构20减小驱动力或不提供驱动力时，推杆30能够在弹性复位件40的弹性力作用下沿轴向移动靠近驱动机构20，从而缩回到壳体10内部。为了抵接弹性复位件40，推杆30可以在第一端处形成有凸缘，而壳体10可以形成有面向驱动机构20的止挡部。弹性复位件40抵接在凸缘与止挡部之间。弹性复位件40例如可以为环绕在推杆30的径向外侧的螺旋弹簧。止挡部例如可以是在壳体10中环绕在推杆30的径向外侧并且面向驱动机构20的表面。

优选地，该电磁执行器还可以包括接收座50，其用于接收弹性复位件40的抵接壳体10的端部。弹性复位件40可以经由接收座50间接地抵接壳体10的止挡部。接收座50相对于壳体10保持静止或者可以直接固定在壳体10上。

该电磁执行器的位置传感器用于检测推杆30的移动位置。不同于现有技术中以电磁执行器在空间中产生的磁场信号作为直接检测对象的传感器，本发明中采用的位置传感器利用电磁执行器的实体结构来形成测量电路，并且以测量电路中的电信号作为直接测量对象来检测推杆30的移动位置。

下面参照图1来说明本实施例中的位置传感器的具体结构和测量原理。如图1所示，在电磁执行器的实体机构上设置有用于连接成测量电路的两个测量点，即第一测量点P1和第二测量点P2，这两个测量点构成一组测量点对。其中，第一测量点P1是位于相对于推杆30静止的结构上的一个测量位置、特别是推杆30上的某一预定部位；而第二测量点P2是位于相对于壳体10静止的结构上的一个测量位置、特别是壳体10或其附加结构上的某一预定部位。这里的“点”未必是严格的几何意义上的点，而是也可以包括部件上的某个特定的区域或结构等。

两个测量点分别与外部的其他测量元件导电连接从而构成一个闭合的测量电路，使得位于两个测量点之间的推杆30的部分以及可能的其他结构(例如壳体10及其附加结构的一部分)连接在测量电路中而构成测量电路的一部分。可以利用这种测量电路来形成位置传感器。

优选地，推杆30自身由导体材料制成，推杆30可以仅与壳体10或其附加结构上的某个固定的点或部位导电接触，这个固定的点或部位与第二测量点P2导电连接，或者可以将第二测量点P2直接设置在这个固定的点或部位处。因此，当推杆30相对于壳体10沿轴向移动时，第一测量点P1与第二测量点P2之间的相对位置关系发生变化，使得推杆30的连接在测量点对之间的部分随着推杆30的轴向位置而改变。推杆30的连接在测量点对之间的部分充当了连接在测量电路中的滑动变阻器，其电阻大小随着推杆30的移动位置而改变。如果为测量电路提供电源而在其中产生电压和电流，那么测量电路中的电学参数、特别是在第一测量点P1与第二测量点P2之间测得的电学参数也将会随着推杆30的轴向位置而改变。由此可以通过检测测量点对之间的某些电学参数来确定推杆30相对于壳体10的移动位置。这里选取的直接测量对象称为目标电学参数，其可以是测量点对之间的电压或电流等，这是由于这些物理量易于直接测量和读取。但在条件允许的情况下，也可以选取电路中的其他电学参数作为目标测量参数，例如电阻等。

优选地，第一测量点P1可以设置在推杆30的端部处，特别是用于抵接驱动机构20或杠杆60的第一端。这使得易于将第一测量点P1连接到测量电路中。替代地，也可以选择推杆30的第二端或其他部位作为第一测量点P1。

优选地，第二测量点P2可以设置在壳体10或其附加结构的与推杆30保持接触的点或部位。例如，第二测量点P2可以设置在壳体10的止挡部处。或者，第二测量点P2也可以设置在接收座50上。在这种情况下，设置有第二测量点P2的止挡部或接收座50应当在推杆30的移动期间始终保持与推杆30导电接触。

此外，为了确保测量结果的准确性，应当尽量避免将无关的结构连接到测量电路中。为此，需要在必要的区域中设置绝缘层。例如，为了防止推杆30与驱动机构20导电接触(包括直接接触和例如通过杠杆60的间接接触)，可以在第一端的端面上设置绝缘层，使得驱动机构20经由绝缘层来接触第一端，从而避免推杆30的连接在测量电路中的部分与驱动机构20电连接。类似地，也可以在壳体10的与推杆30接触的区域中设置绝缘层，而仅使第二测量点P2或用于将第二测量点P2与推杆30电连接的部位与推杆30导电接触。

在根据本发明的电磁执行器中，推杆的移动位置可以由位置传感器来检测。由于推杆的一部分构成位置传感器的测量电路的一部分，因此测量电路中的电学参数随着推杆的移动位置而改变，从而可以通过检测测量电路中的特定电学参数来确定推杆的位置。由于这种位置传感器的测量对象是测量电路中的电学参数而非环境空间中的磁场参数，因此测量结果不易受到外界环境的干扰，测量结果更加精确和稳定。这也同样可以避免多个位置传感器之间的相互磁场干扰对测量结果的影响，因此特别适用于集成有多个驱动机构和/或多个推杆的电磁执行器。

例如，如图1的实施例所示，在一些情况下，一个电磁执行器可以包括安装在同一壳体10中的多个驱动机构20和多个推杆30，每个推杆30分别由一个相应驱动机构20(以及可能的杠杆60)来独立地驱动。每个推杆30都具有各自独立的测量点对。图1中仅示出了两个驱动机构20和相应的两个推杆30，但是根据需要也可以设置更多的驱动机构20和推杆30。在这种情况下，每个推杆30的位置传感器具有相互独立的测量电路，从而可以不受干扰地独立运行。

需要注意的是，本发明旨在通过改进的测量方案来检测电磁执行器的执行机构的移动位置，因此上述实施例中电磁执行器的驱动机构和壳体等其他部件的具体特征可以根据需要进行各种改变，而不构成对本申请的一般保护范围的限制。

虽然在上述说明中示例性地描述了可能的实施例，但是应当理解到，仍然通过所有已知的和此外技术人员容易想到的技术特征和实施方式的组合存在大量实施例的变化。此外还应该理解到，示例性的实施方式仅仅作为一个例子，这种实施例绝不以任何形式限制本发明的保护范围、应用和构造。通过前述说明更多地是向技术人员提供一种用于转化至少一个示例性实施方式的技术指导，其中，只要不脱离权利要求书的保护范围，便可以进行各种改变，尤其是关于所述部件的功能和结构方面的改变。

附图标记表

10 壳体

20 驱动机构

21 顶杆

30 推杆

40 弹性复位件

50 接收座

60 杠杆

P1 第一测量点

P2 第二测量点

Claims (10)

1.一种电磁执行器，包括壳体(10)、驱动机构(20)和推杆(30)，所述推杆(30)可移动地安装在所述壳体(10)中，所述驱动机构(20)能够驱动所述推杆(30)相对于所述壳体(10)沿轴向移动，

其特征在于，

所述电磁执行器还包括用于检测所述推杆(30)的移动位置的位置传感器和测量点对，所述测量点对包括相对于所述推杆(30)静止的第一测量点(P1)和相对于所述壳体(10)静止的第二测量点(P2)，所述推杆(30)的连接在所述测量点对之间的电路中的部分随着所述推杆(30)的移动位置而改变，从而改变所述测量点对之间的目标电学参数，所述位置传感器能够通过检测所述目标电学参数来确定所述推杆(30)相对于所述壳体(10)的移动位置。

2.根据权利要求1所述的电磁执行器，其特征在于，所述推杆(30)具有沿轴向相对的第一端和第二端，所述第一测量点(P1)设置在所述第一端和所述第二端中的一者处。

3.根据权利要求2所述的电磁执行器，其特征在于，所述驱动机构(20)经由所述第一端来驱动所述推杆(30)，所述第一测量点(P1)设置在所述第一端处。

4.根据权利要求3所述的电磁执行器，其特征在于，所述第一端在端面上具有绝缘层，所述驱动机构(20)经由所述绝缘层来接触所述第一端。

5.根据权利要求2所述的电磁执行器，其特征在于，所述第二测量点(P2)设置在相对于所述壳体(10)固定并且与所述推杆(30)导电接触的部位处。

6.根据权利要求5所述的电磁执行器，其特征在于，所述电磁执行器还包括沿轴向抵接在所述推杆(30)与所述壳体(10)之间的弹性复位件(40)，所述壳体(10)具有用于抵接所述弹性复位件(40)的止挡部。

7.根据权利要求6所述的电磁执行器，其特征在于，所述止挡部与所述推杆(30)导电接触，所述第二测量点(P2)设置在所述止挡部处。

8.根据权利要求6所述的电磁执行器，其特征在于，所述电磁执行器还包括用于接收所述弹性复位件(40)的端部的接收座(50)，所述弹性复位件(40)经由所述接收座(50)抵接所述止挡部，所述接收座(50)与所述推杆(30)导电接触，所述第二测量点(P2)设置在所述接收座(50)处。

9.根据权利要求1所述的电磁执行器，其特征在于，所述目标电学参数为所述第一测量点(P1)与所述第二测量点(P2)之间的电路中的电压或电流。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的电磁执行器，其特征在于，所述电磁执行器包括安装在同一所述壳体(10)中的多个所述驱动机构(20)、相应的多个所述推杆(30)和相应的多组所述测量点对。

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