CN1596364A - 用于检定轴的运动的装置 - Google Patents

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CN1596364A CNA03801663XA CN03801663A CN1596364A CN 1596364 A CN1596364 A CN 1596364A CN A03801663X A CNA03801663X A CN A03801663XA CN 03801663 A CN03801663 A CN 03801663A CN 1596364 A CN1596364 A CN 1596364A
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迈克尔·赫伯特
弗兰哥尼斯·布雷纳特
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ArvinMeritor Light Vehicle Systems France SA
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Abstract

本发明涉及一种用于检定轴的运动的装置(10)，所述装置包括：一根绕一轴线(13)旋转并且可以沿所述轴线(13)运动的机轴(12)、一个多磁极的磁体(14)和一个传感器(16)，所述传感器(16)或者磁体(14)由所述机轴(12)驱动。所述磁体向传感器(16)呈现北极和南极，所述北极和南极对应于沿着传感器(16)的轴线的相对角位置而更替，并且所述磁体(14)和磁极(15)由可磁化的材料制造。可以根据检测到的更替的磁极而确定所述轴沿着其轴线的运动。本发明还涉及一种齿轮电机、一种车窗调节器和一种磁体。

Description

用于检定轴的运动的装置
发明领域
本发明涉及一种用于检定主动轴的运动的装置。本发明还涉及该装置的磁体、配备这种装置的马达和减速齿轮，并且涉及装有所述马达和减速齿轮的车窗调节器。
背景技术
机动车装备越来越多的电动设备。通常车辆可以带有滑动车顶、车窗玻璃调节器，或者由电动马达驱动的后视窗。随之产生了检定此类马达的驱动力矩的问题。
德国专利申请19,919,099揭示了一种用于测量主动轴轴向移动的系统。一个传感器检测与所述轴为一体的磁性环的移动；该系统的缺点是在其外周上承载磁体的环生产复杂，从而成本高昂。
德国专利申请19,854,038涉及一种系统，使得能够检定诸如车窗调节器马达和减速齿轮之类驱动装置的旋转运动。该装置包括一个位于一外壳内的静止的传感器，在该外壳内一主动轴被驱动旋转。所述主动轴带有轴向游隙地安装在所述外壳内。所述主动轴驱动一个磁体旋转。在一个实施例中，磁体具有截头圆锥体的形状，所述截头圆锥体向主动轴的一端开放。所述磁体依据磁体与传感器的相对轴向位置向传感器发出强度不等的磁通量。所述磁通量产生一个感生电流，通过测量该电流能够检定主动轴在外壳内的移动和驱动马达的输出力矩。另外，所述力矩通过模拟装置读出。
这样的装置的缺点是复杂，因为所述装置通过磁通的感生电流确定输出力矩。这导致确定力矩所需的时间增加。
因此，需要一种可以更加快速地检定驱动马达的输出力矩的简单装置。
发明内容
本发明提供一种用于检定轴的运动的装置，所述装置包括：
一根被驱动绕一轴线旋转并且可以沿所述轴线运动的主动轴，
一个多磁极的磁体；
一个传感器，所述传感器或者磁体由所述主动轴驱动；所述磁体向传感器呈现北极和南极的交替，作为所述传感器和磁体相对位置的函数，所述相对位置包括角相对位置和沿所述轴线方向上的相对位置。
在一个实施例中，所述多个磁极的相对的边缘相对于主动轴的旋转轴线倾斜。
在另一个实施形式中，所述的磁体是一个由主动轴驱动旋转的环，所述的环沿其厚度方向具有径向延伸的磁极。
有利地，所述的磁极具有三角形的截面。
优选地，所述传感器是霍尔效应传感器。
在一个实施例中，该装置还包括一个外壳，在此外壳内主动轴被驱动绕所述轴线旋转并且可以沿所述轴线运动，传感器位于所述的外壳内。
本发明还提供一种包括上述装置的马达和减速齿轮。
有利地，所述马达和减速齿轮还包括一根由所述主动轴驱动的输出轴。
本发明还提供一种车窗玻璃调节器，其包括一个卷绕缆线的滚筒和上述的马达和减速齿轮，所述输出轴驱动所述卷绕缆线的滚筒。
还提供具有多个磁极的一种磁体，在绕对称轴线旋转的过程中磁极交替，作为所述磁体沿着所述轴线及相对于一个垂直所述轴线的平面的位置的函数。
有利地，所述磁极具有会聚的边缘。
优选地，所述磁体包括：
两个同轴的凸缘，
在每个凸缘上，带有伸向另一个凸缘的磁极，一个凸缘的每个磁极插入到另一个凸缘的两个磁极之间。
在一个实施例中，所述磁极是可磁化的材料制造的。
有利地，凸缘及其各自的磁极是可以相互分开的。
附图说明
从参照附图并带有仅作为示例的一些实施例的说明中可以了解本发明的其它特征和优点。
图1示出本发明的装置；
图2为所述磁体的透视视图；
图3是所述磁体的侧视图；
图4为一曲线图，示出对磁体交替的检测；
图5示出磁体14的另一个实施例；
图6是图5的顶视图；
图7示出磁体14的细节。
具体实施方式
所述装置包括一根可以绕着一根轴线旋转并沿此轴线运动的主动轴和一个磁体或者传感器，并且所述装置由所述轴驱动。根据传感器和磁体的相对位置(角相对位置和沿所述轴线方向的相对位置)，所述磁体向传感器呈现交替的北极和南极。根据传感器检测到的磁极交替，可以确定所述轴沿轴线的运动和位置。根据所述轴的位置能够确定由主动轴驱动的输出轴的输出力矩。
图1示出本发明的装置10。装置10包括被驱动沿箭头17方向旋转的主动轴12，和轴线13。所述主动轴还可以沿轴线13在箭头18方向上运动。装置10还包括一个带有多个磁极15的磁体14和一个传感器16。所述传感器16或者磁体14由主动轴12驱动。非限定性的图1示出安装在主动轴12上、并由主动轴12驱动的磁体14。在磁体14或者传感器中的一个被主动轴12驱动时，根据传感器16和磁体14的相对位置(角相对位置和沿所述轴线13上的相对位置)，所述磁体14向传感器16呈现磁极15的交替。磁体14向传感器16呈现的磁极15交替对应于磁体14和传感器16特定的相对位置。
装置10还可包括一个外壳11，在该外壳11内主动轴12被驱动绕所述轴线13旋转并且可以沿该轴线13运动。例如，主动轴12由一电动马达20驱动而旋转。优选地，电动马达可以双向旋转。因为主动轴12以一定的安装游隙安装在所述外壳内，所以主动轴12可以沿轴线13在箭头18方向上运动。在轴12由电动马达20驱动时，该游隙允许主动轴12沿轴线13作一定的位移。轴12沿轴线13的位置可以通过检测磁极15的交替而确定。
传感器16使得磁体14呈现给它的磁极能够被检测。所述传感器使得能够测定磁体14呈现给它的磁极15。传感器16使得能够测定呈现给传感器16的磁极15的变化。传感器16可以是一个霍尔效应传感器。在图1的例子中，传感器16位于外壳11内。由于传感器16固定在外壳11中，从而易于把传感器16连接到所述传感器的信号处理单元。
磁体14具有多个磁极。在图1的例子中，磁极14由轴12驱动。虚线示出轴12沿轴线13运动时的另一个位置。图2是磁体14的透视视图。磁体14可以是一个由主动轴驱动旋转的环，该环沿其厚度上具有径向延伸的磁极。这使得易于把所述磁体安装在轴12上。磁体可以是5mm厚。磁体14具有对称轴线13，绕此对称轴线旋转时磁体的形状是不变的。有利地，所述环的对称轴线和主动轴12的旋转轴线可以是同一轴线。磁体14具有多个磁极15。在垂直于轴线13的平面P上环绕对称轴线13旋转的过程中，所述磁极交替作为磁体14沿轴线13方向的位置的函数。在绕该轴线旋转的过程中，根据磁体沿轴线13的位置所述磁极相对于平面P交替变化。磁极15具有会聚的边缘22。两个连续磁极之间的边界相对于轴线13倾斜，从而相对于沿轴线13的运动倾斜。
在一个实施例中，磁体14具有两个与轴线13同轴的凸缘24、26。在每个凸缘上，磁极15伸向另一个凸缘，一个凸缘的每个磁极15都插在另一个凸缘的两个磁极15之间。由于磁极具有倾斜的边缘22，磁极15在凸缘24、26上成锯齿状。
优选地，设有各自的磁极的凸缘24、26是可以相互分开的。这使得易于制造磁体，每个凸缘和其各自的磁极能够被单独地制造，然后组装到另一个凸缘上。所述凸缘24、26可以是磁性材料制造的，譬如钢或者软铁，并且磁极是可磁化材料制造的，譬如钢或者软铁。在此方式中，较脆的磁化凸缘易于制造，而较难加工的磁极用刚性较高的材料制造。所述磁极固定在所述凸缘上。所述凸缘具有各不相同的极性，并且可磁化材料制造的磁极具有各自对应凸缘的极性。在图2中，凸缘24被极化为南极；相应的磁极是南极。凸缘26和相应的磁极15被极化为北极。
另外，磁极15和凸缘24、26可以都由可磁化的材料制造，譬如钢或者软铁。这些部件用刚性的材料制造，从而加工较容易。图3是磁体14的侧视图。磁极15是邻接的。磁极15具有相对于轴线13倾斜的相对的边缘22。磁极可以具有三角形的截面，这使它们易于插入到另一个凸缘的磁极之间，一个凸缘磁极的顶部插在另一个凸缘的两个磁极的底部之间。顶部的角度取决磁极的数量和磁极体的形状。所述截面还可以是梯形的。有利地，一个凸缘的磁极与另一个凸缘的磁极之间隔离。在图3中，一个隔离体28插入在磁极15的边缘22之间。隔离体28使得传感器16能够更好地检测磁极的变化。所述的隔离体可以是空气、或者塑料与铜之类的非磁性材料。
图4示出装置10中由传感器16检测到的磁体14的磁极15的交替。图4示出图3中磁体14的侧视图。分别极化为南极和北极的两个凸缘24和26带有在其间延伸的磁极15。所述磁极得极性与其各自凸缘的极性相同。图中示出传感器相对于磁体14的不同相对位置A、B、C，作为沿主动轴12的轴线13运动的函数。所述磁体14或者传感器16由所述轴驱动。在所说明的例子中，磁体14由轴12驱动，并且传感器16位于外壳11内。
位置A和C对应于轴12在外壳11中沿轴线13的最靠前位置和最靠后的位置。位置B是轴12的中间位置。标以30a、30b、30c的线示出在轴12绕轴线13旋转过程中，磁体14的磁极15从传感器16之前经过。位置A、B、C示出轴沿轴线13的运动(图1中的箭头18)，而线30a、30b、30c示出轴12绕轴线13的旋转(图1中的箭头17)。
图4还示出由传感器16检测到的呈现给传感器16的磁极15。信号可以是一个方波，所述方波在检测到北极时指示“0”状态，而在检测到南极时指示“1”状态。信号线Sa、Sb、Sc代表由传感器16检测到的根据轴12的不同位置而呈现给传感器16的磁极的交替。对应于传感器16相对于磁体14的位置A、B、C，北极和南极经过传感器16前方所用的时间不同。
在位置A，传感器16接近极化为南极的凸缘24。在此位置，并且鉴于极壁边缘22的会聚，传感器16位于对应于三角形截面南极的底部和倒三角形截面北极的顶部的位置。从而南极从传感器16前方经过所用的时间长于北极从传感器16之前经过所用的时间。这反映为，信号Sa指示的状态基本上为“1”状态，中间带有短暂的“0”状态。
在位置B，传感器大约位于南极化凸缘24与北极化凸缘26之间的中间位置。传感器16在高度方向位于北极和南极高度的一半处。因此，北极和南极经过传感器16前方所用的时间大体上相同。这反映在，信号Sb指示相同时长的“0”和“1”状态。
在位置C，传感器16接近北极化的凸缘24。在此位置，并且鉴于极边缘22会聚，传感器16位于对应于三角形截面北极底部和倒三角形截面南极顶部位置。从而南极经过传感器16前方所用的时间短于北极经过传感器16前方所用的时间。这反映在，信号Sc指示的状态基本上为“0”状态，中间带有短暂的“1”状态。
方波Sa、Sb、Sc反映了传感器16检测到的对应于磁体14和传感器16之间不同的相对位置的检测结果。在传感器之前磁极以不同的方式重复性交替作为传感器和磁体相对位置的函数。磁体14向传感器16呈现对应于相对位置A、B、C而不同的磁极交替。根据一个或另一个磁极在检测中起的作用，可以简单地确定轴12沿轴线13上的位置。所述装置可以用在结合这样的装置10的马达和减速齿轮的外壳中。所述马达和减速齿轮可以进一步包括由主动轴12驱动的输出轴32(图1)。为此，例如主动轴12带有一个蜗轮34，所述的蜗轮34驱动承载输出轴32的小齿轮36。这可以典型地是车窗玻璃调节马达和减速齿轮。车窗玻璃调节器还包括一个用于卷绕缆线的滚筒或机械臂。所述输出轴驱动所述卷绕滚筒或机械臂。
装置10使得可能通过确定主动轴12的轴向运动来确定施加在输出轴32上的力矩。实际上，取决于施加在输出轴上的力矩，轴12驱动的小齿轮36的阻力较大或较小。这由位于外壳11中的主动轴12的轴向运动反映，所述主动轴沿轴线13方向的位置通过装置10确定。所述装置10提供一种简单而快捷的确定马达和减速齿轮的输出力矩的方式。
马达输出力矩通过主动轴线上的轴向力反映出来。该力矩越大，则所述轴向力越大，从而主动轴的移动就越大。
装置10例如可以用于在车窗玻璃调节器马达和减速齿轮中，从而检测车窗玻璃是否受物体拦截。当车窗玻璃向上的运动被物体阻拦时，施加在车窗玻璃调节器输出轴上的力矩增加。这通过主动轴沿其旋转轴线方向的运动反映出来。装置10使之可能测量该位移并且能够发出指令停止驱动车窗玻璃。这还可以用于检测车窗玻璃行程的终止。
图5示出磁体14的另一个实施例。在此实施例中，所述的磁体具有凸缘24、26和封装一个磁心38的磁极15。磁极15和凸缘24、26是可磁化的材料制造的；磁心38使得凸缘和磁极能够磁化。磁心38的存在使得凸缘和磁极的磁化能够持久。每个凸缘24、26可以直接地与从凸缘伸出沿轴线13延伸的磁极15一起被机加工。每个凸缘与从凸缘伸出沿轴线13延伸的磁极15是一体的。这使得能够以更简单且成本更低的方式制造环形结构的磁体。特别地，这避免了不得不费时而高成本地机加工磁化了的材料或者绕一个环组装磁体。
设有磁极的每个凸缘形成一个半壳；从而磁心38由两个相互配合的半壳封装。图6示出所述壳的一半；图6是图5的顶视图。在此可以看到凸缘24带有分布在其圆周上的磁极15。凸缘和磁极给磁体以环形的结构，带有主动轴的通道48。从而磁极15为磁心38界定一个壳。所述磁极可以规则地绕凸缘24的圆周分布；磁极15在角度上被间隔开，使得与另一个凸缘26关联的磁极15能够夹在其间。另一个半壳与图6所示半壳反向，每个半壳的磁极交替并且所述凸缘靠在磁心38上。所述的磁心优选地具有沿轴线13方向的北极和南极。从而凸缘24、26各靠在在磁心38的一个磁极上，每个凸缘得到所接触磁极的极性。每个凸缘把它得到的极性传递到磁极15上，从而每个半壳被不同地极化。以此方式制造两个可磁化的半壳，其中使用比磁心刚性更高的材料，从而加工方便。
可以用一个隔离体28把两个半壳相互隔离开。这使传感器能够对磁极交替进行更高分辨率的检测。这避免了磁极之间过渡处的伪信号区。
图7示出磁体14的细节。该图示出分别连接凸缘24和26的两个相继的磁极(或者说磁极体)154和156。在图例中，磁极154是南极，而磁极156是北极。磁极154和156之间的空间可以由所述隔离体28占据。传感器16检测N极和S极的交替。所述磁极154和156在其底部40处与凸缘24和26连接。所述磁极154和156具有一个斜面42，该斜面从边缘46向下伸向一个凸榫或者突出的矩形部分44。所述凸榫44使传感器能够更有效地检测磁极的交替。所述凸榫具有垂直轴线13方向的宽度使得传感器16能够在磁体被驱动高速旋转时检测位于两个北极156之间的一个南极154的存在。根据主动轴沿轴线13方向的运动，传感器较接近或者较远离一个或者另一个底部40。从而磁极15具有折线形式的相互面对的边缘22，其末端(凸榫44和边缘46)平行于轴线13延伸。
线30与检测磁极交替的传感器16对应；该线对应于图4中的线30a、30b、30c中的一根，依施加在主动轴上的负荷，线30在沿轴线13的位置上不同。例如，图示的位置对应于，主动轴无负荷地自由旋转时主动轴相对于传感器16的位置。当在主动轴上施加负荷时，其沿轴线13方向的位置改变，传感器16例如在图7中沿轴线13的较高位置。
在其余位置，优选地沿轴线13在磁极154或者156的一个底部40的方向上偏移地定位传感器，从而，在负荷下，传感器16将向磁极的半高度位置移动。特别地，当车窗玻璃被驱动升高时，传感器16向磁极154或156半高度位置偏移。从而当升高车窗玻璃时，线30不再在磁极154、156的半高度上。线30沿倾斜平面42，例如磁极154的倾斜平面42行走。在车窗玻璃上升时，该线沿磁极154的平面42振荡。沿平面42，传感器更好地检测轴的移动，实际上，沿平面42，并且与沿轴线13方向的位置无关地，传感器16将在较长或较短的时间周期上检测磁极54，这反映轴的移动和可能的车窗玻璃夹物。这是由于磁极154或156在垂直于轴线13的方向上具有宽度，所述的宽度沿倾斜的平面42变化，但边缘46或者凸榫44处的情况与此不同。这使得能够更准确地检测物体(譬如手指)被车窗玻璃夹住的情况。
传感器16可以是双稳态的(锁存的)。(例如)其状态从位于南极前方时的“1”状态变化，并且应当在位于北极前方时变化切换到“0”状态。传感器16被置于线30上。线30根据马达的输出力矩沿平面42移动。因为磁极体156和154所具有的形状，北极经过传感器前方所用的时间t1和南极经过传感器前方所用的时间t2对应于线30在平面42上的位置而变化。
借助于微控制器，可以计算t1/t2比或者t1/(t2+t1)或者t2/(t1+t20)的比。这是霍尔效应传感器16所产生信号的占空因数。所述占空因数作为曲线30在平面42上的位置的函数而变化。这样，由于曲线30的位置取决于马达输出力矩。因此，如果在升高车窗玻璃时出现了障碍，就会有力矩的变化，所述的力矩变化由信号占空因数反映出来。
显然，本发明不限于举例说明的实施例。从而，多磁极磁体可以由具有不同反射特性的表面的环代替，并且使用的传感器可以是光学传感器。还可以设想包括空的空间间隔的磁体，传感器检测磁极的存在或磁极的不存在。

Claims (15)

1.一种用于检定轴的运动的装置(10)，所述装置包括：
一主动轴(12)，所述主动轴(12)被驱动绕一个轴线(13)旋转并且可以沿所述轴线(13)运动，
一多磁极的磁体(14)；
一传感器(16)，所述传感器(16)或者磁体(14)由所述主动轴(12)驱动；
所述磁体向所述传感器(16)呈现北极和南极(15)的交替，作为传感器(16)和磁体(14)两者相对位置(角相对位置和沿所述轴线方向的相对位置)的函数。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述磁极(15)具有折线形式的相对的边缘(22)，所述折线的末端平行于所述主动轴的旋转轴线(13)延伸。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的磁体(14)是一个由主动轴驱动旋转的环，所述环带有封装一个磁心的凸缘(24、26)和磁极(15)。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于：所述的磁极(15)具有三角形的截面。
5.如以上权利要求之一所述的装置，其特征在于：所述传感器(16)是一个霍尔效应传感器。
6.如以上权利要求之一所述的装置，其特征在于：所述装置还包括一外壳(11)，在所述外壳内，主动轴(12)被驱动绕所述轴线(13)旋转并且可以沿所述轴线运动，所述传感器(16)位于所述外壳(11)中。
7.一种包括如以上权利要求之一所述装置的马达和减速齿轮。
8.如权利要求7所述的马达和减速齿轮，其特征在于：进一步包括一根由所述主动轴(12)驱动的输出轴(32)。
9.一种车窗玻璃调节器，其包括一个缆线卷绕滚筒和一个如以上权利要求所述的马达和减速齿轮，所述输出轴驱动所述缆线卷绕滚筒。
10.一种具有多个磁极(15)的磁体(14)，在绕对称轴线(13)旋转的过程中，磁极(15)交替，作为所述磁体(14)沿所述轴线(13)及相对于一个垂直所述轴线(13)的平面(P)的位置的函数。
11.如权利要求10所述的磁体，其特征在于：所述磁极(15)具有会聚的边缘(22)。
12.如权利要求10或11所述的磁体，其特征在于：其包括：
两个同轴的凸缘(24、26)，
在每个凸缘上，磁极(15)伸向另一个凸缘，一个凸缘的每个磁极都插在另一个凸缘的两个磁极之间。
13.如权利要求12所述的磁体，其特征在于：每个凸缘与从所述凸缘伸出的磁极在结构上是一体的。
14.如权利要求12或13所述的磁体，其特征在于：所述凸缘和磁极封装一个磁心。
15.如权利要求12至14中任一项所述的磁体，其特征在于：所述凸缘(24、26)和所述磁极(15)是采用可磁化的材料制造的。
CNA03801663XA 2002-09-13 2003-09-12 用于检定轴的运动的装置 Pending CN1596364A (zh)

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