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CN107621223A - 用于确定永磁体的角位置的传感器装置的永磁体 - Google Patents

用于确定永磁体的角位置的传感器装置的永磁体 Download PDF

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CN107621223A
CN107621223A CN201710570745.5A CN201710570745A CN107621223A CN 107621223 A CN107621223 A CN 107621223A CN 201710570745 A CN201710570745 A CN 201710570745A CN 107621223 A CN107621223 A CN 107621223A
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Abstract

本发明涉及一种用于传感器装置的永磁体，所述传感器装置用于确定永磁体的角位置，其中永磁体的端面分别位于X‑Y平面中并且中心轴线横向于X‑Y平面且与永磁体的转动轴线同轴地延伸；其中永磁体具有刚好两个极，所述极在X‑Y平面中设置在永磁体的彼此相对置的侧上，使得永磁体对置地磁化；其中永磁体与中心轴线同轴地具有开口；其中内环周面和外环周面分别平行于中心轴线延伸；其中平行于X‑Y平面的每个横截面的外环周线具有不同于圆形的形状。

Description

用于确定永磁体的角位置的传感器装置的永磁体
技术领域
本发明涉及一种用于传感器装置的永磁体，所述传感器装置用于确定永磁体的角位置。永磁体尤其相对于位置固定的第一传感器可转动地设置。特别地，传感器装置设计用于确定执行器，优选离合器执行器的驱动单元的角位置。离合器执行器尤其设计用于操纵机动车的离合器，例如摩擦式离合器。驱动单元尤其是电动马达的转子，所述转子与永磁体抗转动地连接，使得能够确定转子的角位置。经由转子的角位置尤其能够确定执行器的可沿轴向方向移动的操纵单元的沿着轴向方向的位置。
背景技术
在离合器执行器中，需要精确地确定操纵单元的轴向位置或例如转子的角位置。现在，在重新构造这种离合器执行器时需要将为此使用的传感器以距转动轴线一定间距地设置。在此，也必须考虑动态公差(即在离合器执行器运行中出现的与初始位置的偏差)，例如各个部件的偏心率以及在传感器和所使用的永磁体之间的变化的气隙。
发明内容
基于上述内容，本发明所基于的目的是：至少部分地解决从现有技术中已知的问题。特别地，应提出一种用于确定永磁体的角位置的传感器装置的尤其适合的永磁体，其中经由永磁体的角位置应能够确定执行器的驱动单元的角位置。
所述目的通过一种用于传感器装置的永磁体和一种传感器装置以及一种执行器来实现。有利的改进形式在下文中阐述。在各个实施方式中所列出的特征能够以技术上有意义的方式彼此组合并且能够通过说明书中所阐述的事实和附图中的细节来补充，其中示出本发明的其他的实施变型形式。
本发明涉及一种用于传感器装置的永磁体，所述传感器装置用于确定永磁体的角位置，其中永磁体的端面分别位于X-Y平面中并且中心轴线横向于X-Y平面且与永磁体的转动轴线同轴地延伸；其中永磁体具有刚好两个极，所述极在X-Y平面中设置在永磁体的彼此相对置的侧上，使得永磁体对置地磁化；其中永磁体与中心轴线同轴地具有开口；其中内环周面和外环周面分别基本上平行于中心轴线延伸；其中平行于X-Y平面的每个横截面的外环周线具有不同于圆形的形状。
特别地，内环周面和/或外环周面能够具有不同于平行于中心轴线的延伸部的造型，例如曲率或锥度等。
永磁体尤其具有基本上空心圆柱形的形状并且具有中心轴线，所述中心轴线在两个尤其彼此平行的端面之间沿着转动轴线延伸。永磁体对置地磁化，即这两个磁极分别在外环周面上设置在永磁体的彼此相对置的侧上。所述极能够通过与永磁体的转动轴线相交的直线彼此连接。磁场方向的、平面的和中心轴线的位置在附图描述中进一步阐述。
与中心轴线同轴地设置的开口从第一端侧延伸至第二端侧。通过开口形成的内环周面平行于中心轴线延伸并且尤其是圆形的。
根据第一设计方案，平行于X-Y平面的每个横截面的外环周线具有椭圆形状，所述椭圆形状具有长轴线和短轴线，所述长轴线具有较大的第一直径，所述短轴线具有较小的第二直径。
根据第二设计方案，平行于X-Y平面的每个横截面的外环周线具有圆形形状，所述圆形形状具有较大的第一直径，其中永磁体在每个横截面的相对置的侧上具有(各一个)削平部；其中在削平部的区域中的外环周线具有较小的第二直径。
第二直径尤其对应于在削平部区域中的外环周线与在X-Y平面中的相交于中心轴线的直线的交点之间的(最小)间距。
在削平部的区域中，外环周线的形状不同于圆形形状。外环周线在削平部的区域中位于(该区域中虚拟的)第一直径之内。
特别地，(两个)削平部具有曲率半径，其中适用的是：第一直径<2*曲率半径。
优选地，两个削平部中的每个具有曲率半径，其中两个削平部的中点和中心轴线设置在共同的直线上。
特别地，(两个)削平部通过彼此平行的直线形成。
特别地，永磁体的磁场具有在磁场中的每个位置能够通过向量表示的磁通量；其中向量包括切向的磁场方向、径向的磁场方向和法向的磁场方向；其中切向的磁场方向平行于X-Y平面且平行于极的定向伸展；其中径向的磁场方向平行于X-Y平面且横向于极的定向伸展；其中法向的磁场方向横向于切向的磁场方向和径向的磁场方向伸展；其中极设置在较小的第二直径的区域中。
椭圆形状或具有永磁体的削平部的圆形形状令人惊讶地引起磁通密度在径向的磁场方向和切向的磁场方向上的最大的向量和与最小的向量和之间的较小的差，尤其是在永磁体的使用时间或使用寿命期间且在考虑在使用情况下出现的公差的情况下引起该较小的差。此外，出现向量和的较小的离差。
在使用情况下出现的、在第一传感器和永磁体之间的公差(尤其关于在轴向方向上和/或在径向方向上的间距/气隙的公差)引起在测量永磁体的角位置时较大的误差，其中所述公差在永磁体转动时变化。
相反于环形形状的永磁体，能够显著地降低在最小的向量和与最大的向量和之间的差。如果在环形的永磁体中的向量和还为Bmin＝16.3mT[miniTesla]和Bmax＝30.9mT，那么在根据本发明的永磁体中确定具有Bmin＝14.5mT和Bmax＝25.2mT的向量和。
此外，提出一种传感器装置，其用于确定根据本发明的永磁体的角位置，其中相对于能围绕转动轴线转动的永磁体位置固定地设置的第一传感器沿轴向方向，即平行于所述转动轴线，与永磁体间隔开地设置，并且沿径向方向与转动轴线间隔开地设置。
因此，第一传感器不设置在永磁体的转动轴线上，而是以距转动轴线一定间距地设置。
在径向方向上，第一传感器尤其设置在永磁体的外环周面之外。
特别地，第一传感器是多圈传感器，所述多圈传感器适用于确定永磁体的旋转的圈数，其中为了确定旋转的圈数，第一传感器检测沿径向的磁场方向和切向的磁场方向的磁通量的磁场方向。
特别地，传感器装置包括相对于可转动的永磁体位置固定地设置的第二传感器，其中第二传感器是单圈传感器，所述单圈传感器适用于确定永磁体的唯一一圈之内的角位置。
优选地，第一传感器和第二传感器检测不同定向的磁通量。在此，第二传感器检测永磁体在旋转一圈之内的精确的角位置，并且第一传感器检测旋转的圈数。因此能够共同地提供精确的角位置或沿着执行器的轴向方向的位置。
在此，对于传感器装置仅需要一个永磁体，所述永磁体的磁场通过两个传感器检测。
优选地，第一传感器和第二传感器沿轴向方向，即平行于转动轴线，与永磁体间隔相同地设置，尤其设置在共同的X-Y平面中。
此外，提出一种执行器，其至少包括：具有转动轴线的轴以及根据本发明的传感器装置，其中永磁体与轴同轴地设置并且与轴抗转动地连接。
特别地，执行器是离合器执行器，其中执行器包括操纵单元和作为轴的驱动单元，其中操纵单元能够通过驱动单元的转动沿着轴向方向移动，其中通过传感器装置至少能够确定驱动单元的角位置进而能够确定操纵单元的沿着轴向方向的位置。
优选地，执行器包括行星滚柱丝杠(PWG)作为操纵单元。具有行星滚柱丝杠的这种执行器例如从WO 2015/117612A1中已知，其关于在那里提出的执行器的结构就此完全地并入本文。
特别地，执行器包括电动马达，所述电动马达具有定子和转子，其中转子形成轴。
在PWG的情况下，转子与包围行星滚柱丝杠的行星传动装置的套筒和支撑在套筒中的行星架抗转动地连接，使得在转子和支撑在套筒中的行星架转动时，抗转动地支撑的行星滚柱丝杠能够沿轴向方向移动。行星滚柱丝杠在该情况下形成执行器的操纵单元。
附图说明
下面，根据附图详细阐述本发明以及技术领域。附图示出尤其优选的实施例，然而本发明不限于所述优选的实施例。特别地需要指出的是：附图和尤其所示出的大小比例仅是示意性的。相同的附图标记表示相同的对象。其示出：
图1示出具有传感器装置的执行器的侧剖面图；
图2示出传感器装置的俯视图；
图3示出图2中的传感器装置的侧剖面图；
图4示出根据第一设计方案的永磁体沿着轴向方向的俯视图；
图5示出根据第二设计方案的永磁体沿着轴向方向的俯视图；
图6示出在永磁体旋转一圈时磁通量沿磁场方向的磁通密度的变化，所述永磁体具有圆形形状；和
图7示出在永磁体旋转一圈时磁通量沿磁场方向的磁通密度的变化，所述永磁体具有椭圆形状或削平部。
具体实施方式
图1示出具有传感器装置3的执行器37的侧剖面图。空心圆柱形的永磁体1与转动轴线8同轴地设置。相对于可转动的永磁体1位置固定地设置的第二传感器50用于确定永磁体1的角位置3。第二传感器50是单圈传感器，所述单圈传感器具有360度角度的测量范围。单圈传感器是不能够检测旋转36的圈数的传感器，因为其仅分辨360度角度的角度范围(因此，所述单圈传感器检测一圈旋转36之内的角位置)。
第二传感器50在径向方向35上与转动轴线8间隔开地设置。因此，第二传感器50不设置在永磁体1的转动轴线8上，而是以距转动轴线8一定间距设置。第二传感器50沿轴向方向34，即平行于转动轴线8，与永磁体1间隔开地设置。
此外，传感器装置3包括相对于可转动的永磁体1位置固定地设置的第一传感器3，其中第一传感器33是多圈传感器，所述多圈传感器适用于确定永磁体1的旋转36的圈数。第一传感器33沿轴向方向34，即平行于转动轴线8，与永磁体1间隔开地设置，并且沿径向方向35设置在第二传感器50径向外部。为了确定旋转36的圈数，第一传感器33检测沿径向的磁场方向30和切向的磁场方向29的磁通量27的磁场方向(参见图2至5)。
第二传感器50因此检测永磁体1在一圈旋转36之内的精确的角位置，并且第一传感器33检测旋转36的圈数。因此能够共同地提供精确的角位置或沿着执行器37的轴向方向34的位置42。
在此，对于传感器装置2仅需要一个永磁体1，所述永磁体的磁场26通过两个传感器33、50检测。
执行器37包括具有转动轴线8的轴38以及传感器装置2，其中永磁体1与轴38同轴地设置并且与轴38抗转动地连接。
执行器37是离合器执行器，其中执行器37包括操纵单元40和作为轴38的驱动单元39，其中操纵单元40通过驱动单元39的转动41能够沿着轴向方向34移动，其中通过传感器装置2至少能够确定驱动单元39的角位置进而能够确定操纵单元40的沿着轴向方向34的位置42。
执行器37包括行星滚柱丝杠(PWG)43作为操纵单元40。具有行星滚柱丝杠43的这种执行器37从WO2015/117612A1中已知，其关于所提出的执行器的结构就此完全通过参引考并入本文。
执行器37包括具有定子46和转子47的电动马达45，其中转子47形成轴38。转子47与包围行星滚柱丝杠43的行星传动装置44的套筒48和支承在套筒48中的行星架49抗转动地连接，使得在转子47和支撑在套筒48中的行星架49转动41时，抗转动地支撑的行星滚柱丝杠43沿轴向方向34移动。行星滚柱丝杠43形成执行器37的操纵单元40。
图2示出传感器装置2沿着轴向方向34的俯视图。图3示出图2中的传感器装置2在在剖面A-A中的侧视图。下面共同地描述图2和3。
传感器装置2包括第一传感器33和永磁体1。永磁体1的端面4、5位于X-Y平面6中，并且中心轴线7横向于X-Y平面6延伸并且与永磁体1的转动轴线8同轴地延伸。永磁体1具有刚好两个极9、10，所述极在X-Y平面6中设置在永磁体1的彼此相对置的侧11、12上，使得永磁体1对置地磁化。永磁体1的磁场26具有磁通量27，所述磁通量在磁场26中的每个位置28能够通过向量表示。向量包括切向的磁场方向29、径向的磁场方向30和法向(轴向)的磁场方向31；其中切向的磁场方向29平行于X-Y平面6且平行于极9、10的定向32伸展；其中径向的磁场方向30平行于X-Y平面6且横向于极9、10的定向32伸展；其中法向的磁场方向31横向于切向的磁场方向29和径向的磁场方向30伸展。为了确定永磁体1的旋转36，相对于可转动的永磁体1位置固定地设置的第一传感器33检测沿切向的磁场方向29和径向的磁场方向30的磁通量27的磁场方向29、30、31。
在此示出的(非根据本发明的)永磁体1是具有中心轴线7和圆形形状18中的外环周线的空心圆柱体，所述中心轴线在两个彼此平行的端面4、5之间沿着转动轴线8延伸。永磁体1对置地磁化，即这两个磁极9、10分别在外环周面15上设置在永磁体1的彼此相对置的侧11、12上。极9、10能够通过与永磁体1的中心轴线8相交的直线彼此连接(参见用于定向32的箭头)。
第一传感器33沿径向方向35与转动轴线8和与永磁体或其外环周面15间隔开地设置。因此，第一传感器33不设置在永磁体1的转动轴线8上，而是以距转动轴线8一定间距设置。第一传感器33沿轴向方向34，即平行于转动轴线8，与永磁体1间隔开地设置。
图4示出根据第一设计方案的永磁体1沿着轴向方向34的俯视图。永磁体1的端面4、5位于X-Y平面6中，并且中心轴线7横向于X-Y平面6延伸并且与永磁体1的转动轴线8同轴地延伸。永磁体1具有刚好两个极9、10，所述极在X-Y平面6中设置在永磁体1的彼此相对置的侧11、12上，使得永磁体1对置地磁化。永磁体1的磁场26具有磁通量27，所述磁通量在磁场26中的每个位置28处能够通过向量表示。向量包括切向的磁场方向29、径向的磁场方向30和法向(轴向)的磁场方向31；其中切向的磁场方向29平行于X-Y平面6且平行于极9、10的定向32伸展；其中径向的磁场方向30平行于X-Y平面6且横向于极9、10的定向32伸展；其中法向的磁场方向31横向于切向的磁场方向29和径向的磁场方向30伸展。永磁体1对置地磁化，即这两个磁极9、10分别在外环周面15上设置在永磁体1的彼此相对置的侧11、12上。极9、10能够通过与永磁体1的中心轴线8相交的直线彼此连接(参见用于定向32的箭头)。
在此示出的永磁体1与中心轴线7同轴地具有开口13，其中内环周面14和外环周面15分别平行于中心轴线7延伸；其中平行于X-Y平面6的每个横截面17的外环周线16具有与圆形形状18不同的形状19。在此处示出的永磁体1的第一设计方案中，平行于X-Y平面6的每个横截面17的外环周线16具有椭圆形状19，所述椭圆形状具有长轴线20和短轴线22，所述长轴线具有较大(最大)的第一直径21，所述短轴线具有较小(最小)的第二直径23。
图5示出根据第二设计方案的永磁体1沿着轴向方向34的俯视图。其参考图4的设计方案。与图4不同，平行于X-Y平面6的每个横截面17的外环周线16具有圆形形状18，所述圆形形状具有较大(最大)的第一直径21，其中永磁体1在每个横截面17的彼此相对置的侧11、12上分别具有削平部24；其中在削平部24的区域中的外环周线16具有较小的(最小的)第二直径23。第二直径23对应于在削平部24的区域中的外环轴线16与在X-Y平面6中的相交于中心轴线7的直线的交点之间的(最小的)间距。在削平部24的区域中，外环周线16的形状19与圆形形状18不同。外环周线16在削平部24的区域中处于(在该区域中虚拟的)第一直径21之内。在此，两个削平部24通过彼此平行的直线形成。
椭圆形状19或具有永磁体1的削平部24的圆形形状18令人惊讶地引起磁通密度51在径向的磁场方向30和切向的磁场方向29上的最大的向量和与最小的向量和之间的较小的差，尤其是在永磁体1的使用时间或使用寿命期间且在考虑在使用情况下出现的公差的情况下引起该较小的差。此外，出现向量和的较小的离差。
在使用情况下出现的、在第一传感器33和永磁体1之间的公差(尤其关于在轴向方向34上和/或在径向方向35上的间距/气隙的公差)引起在测量永磁体1的角位置3时较大的误差，其中所述公差在永磁体1转动41时变化。
永磁体1的在此提出的新的形状引起在确定角位置3和永磁体1的旋转36的圈数时的测量结果的较高精度。
图6示出经过永磁体1的一圈旋转36(0至360度角度中的角度52)磁通量27沿磁场方向29、30、31的磁通密度51的变化，所述永磁体具有圆形形状18。
图7示出在永磁体1的一圈旋转36(0至360度角度中的角度52)时磁通量27沿磁场方向29、30、31的磁通密度51的变化，所述永磁体具有椭圆形状19或削平部24。
附图标记列表
1 永磁体
2 传感器装置
3 角位置
4 第一端面
5 第二端面
6 X-Y平面
7 中心轴线
8 转动轴线
9 第一极
10 第二极
11 第一侧
12 第二侧
13 开口
14 内环周面
15 外环周面
16 外环周线
17 横截面
18 圆形形状
19 形状
20 长轴线
21 第一直径
22 短轴线
23 第二直径
24 削平部
25 曲率半径
26 磁场
27 磁通量
28 位置
29 切向的磁场方向
30 径向的磁场方向
31 法向的磁场方向
32 定向
33 第一传感器
34 轴向方向
35 径向方向
36 旋转
37 执行器
38 轴
39 驱动单元
40 操纵单元
41 转动
42 位置
43 行星滚柱丝杠
44 行星传动装置
45 电动马达
46 定子
47 转子
48 套筒
49 行星架
50 第二传感器
51 磁通密度
52 角度

Claims (10)

1.一种用于传感器装置(2)的永磁体(1)，所述传感器装置用于确定所述永磁体(1)的角位置(3)，其中所述永磁体(1)的端面(4，5)分别位于X-Y平面(6)中并且中心轴线(7)横向于所述X-Y平面(6)且与所述永磁体(1)的转动轴线(8)同轴地延伸；其中所述永磁体(1)具有刚好两个极(9，10)，两个所述极在所述X-Y平面(6)中设置在所述永磁体(1)的彼此相对置的侧(11，12)上，使得所述永磁体(1)对置地磁化；其中所述永磁体(1)与所述中心轴线(7)同轴地具有开口(13)；其中内环周面(14)和外环周面(15)分别基本上平行于所述中心轴线(7)延伸；其中平行于所述X-Y平面(6)的每个横截面(17)的外环周线(16)具有不同于圆形(18)的形状。
2.根据权利要求1所述的永磁体(1)，其中平行于所述X-Y平面(6)的每个横截面(17)的所述外环周线(16)具有椭圆形状(19)，所述椭圆形状具有长轴线(20)和短轴线(22)，所述长轴线具有较大的第一直径(21)，所述短轴线具有较小的第二直径(23)。
3.根据权利要求1所述的永磁体(1)，其中平行于所述X-Y平面(6)的每个横截面(17)的所述外环周线(16)具有圆形形状(18)，所述圆形形状具有较大的第一直径(21)，其中所述永磁体(1)在每个横截面(17)的相对置的侧(11，12)上具有削平部(24)；其中在所述削平部(24)的区域中的外环周线(16)具有较小的第二直径(23)。
4.根据权利要求3所述的永磁体(1)，其中所述削平部(24)具有曲率半径(25)，其中适用的是：
第一直径(21)<2*曲率半径(25)。
5.根据权利要求4所述的永磁体(1)，其中所述削平部(24)通过彼此平行的直线形成。
6.根据上述权利要求中任一项所述的永磁体(1)，其中所述永磁体(1)的磁场(26)具有磁通量(27)，所述磁通量在所述磁场(26)中的每个位置(28)能够通过向量表示；其中所述向量包括切向的磁场方向(29)、径向的磁场方向(30)和法向的磁场方向(31)；其中所述切向的磁场方向(26)平行于所述X-Y平面(6)且平行于所述极(9，10)的定向(32)伸展；其中所述径向的磁场方向(30)平行于所述X-Y平面(6)且横向于所述极(9，10)的定向(32)伸展；其中所述法向的磁场方向(31)横向于所述切向的磁场方向(29)和所述径向的磁场方向(30)伸展；其中所述极(9，10)设置在所述较小的第二直径(23)的区域中。
7.一种传感器装置(2)，其用于确定根据上述权利要求中任一项所述的永磁体(1)的角位置(3)，其中相对于能围绕转动轴线(8)转动的永磁体(1)位置固定地设置的第一传感器(33)沿轴向方向(34)，即平行于所述转动轴线(8)，与所述永磁体(1)间隔开地设置，并且沿径向方向(35)与所述转动轴线(8)间隔开地设置。
8.根据权利要求7所述的传感器装置(2)，其中所述第一传感器(33)是多圈传感器，所述多圈传感器适用于确定所述永磁体(3)的旋转(36)的圈数，其中为了确定旋转(36)的圈数，所述第一传感器(33)检测沿所述径向的磁场方向(29)和所述切向的磁场方向(30)的磁通量(14)的磁场方向(29，30)。
9.一种执行器(37)，其至少包括：具有转动轴线(8)的轴(38)以及根据上述权利要求7和8中任一项所述的传感器装置(2)，其中所述永磁体(1)与所述轴(38)同轴地设置并且与所述轴(38)抗转动地连接。
10.根据权利要求9所述的执行器(37)，其中所述执行器(37)是离合器执行器，其中所述执行器(37)包括操纵单元(40)和作为轴(38)的驱动单元(39)，其中所述操纵单元(40)能够通过所述驱动单元(39)的转动(41)沿着轴向方向(34)移动，其中通过所述传感器装置(2)至少能够确定所述驱动单元(39)的角位置(3)进而能够确定所述操纵单元(40)的沿着所述轴向方向(34)的位置(42)。
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