斜盘角度传感器
阅读：55发布：2020-05-13
专利汇可以提供斜盘角度传感器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种用于可变 排量 液压单元(1)的 斜盘 角 度 传感器 (10)。该液压单元(1)包括壳体(2)，在该壳体内斜盘(3)被安排成围绕斜盘轴线(7)可枢转，其中杆状反馈联动件(12)被固定地附接至该斜盘(3)。角度传感器(10)包括可旋转地安装在磁体载体(13)上的磁体(16)、以及用于感测该磁体(16)的方向的传感器(15)。磁体载体(13)是位于被附接至该壳体(2)上的控制 块 (14)中，并且是与该反馈联动件(12)平行地 定位 。磁体载体(13)围绕平行于该斜盘轴线(7)的传感器轴线(18)旋转。联动 弹簧 (11)提供了在该反馈联动件(12)与该磁体载体(13)之间的连接，使得该斜盘(3)通过该反馈联动件(12)的枢转引起该磁体载体(13)旋转。，下面是斜盘角度传感器专利的具体信息内容。
1.一种用于可变排量液压单元(1)的斜盘角度传感器(10)，该可变排量液压单元包括其上附接有杆状反馈联动件(12)的可枢转斜盘(3)，该斜盘角度传感器(10)包括安装在可围绕传感器轴线(18)旋转的磁体载体(13)上的磁体(16)以及用于感测该磁体(16)的方向的传感器(15)，其特征在于
该角度传感器(10)包括在该反馈联动件(12)与该磁体载体(13)之间提供机械联动的联动元件(11)，使得该斜盘(3)的枢转经由该反馈联动件(12)使该联动元件(11)移动并且引起该磁体载体(13)旋转。
2.如权利要求1所述的斜盘角度传感器(10)，其中，该联动元件(11)包括弹簧，该弹簧具有围绕该反馈联动件(12)可与该反馈联动件紧密滑动接触的U形细长孔部分(20)并且具有两个支腿(21)，该两个支腿的端部(22)联接至该磁体载体(13)。
3.如权利要求1所述的斜盘角度传感器(10)，其中，该联动元件(11)包括围绕该反馈联动件(12)可与该反馈联动件紧密滑动接触的细长孔部分(20)，并且该联动元件包括邻接的支腿(21)，该邻接的支腿的端部(22)联接至该磁体载体(13)。
4.如权利要求2或3所述的斜盘角度传感器(10)，其中，该联动元件(11)的细长孔部分(20)的长度比该反馈联动件(12)的邻接的直径(19)长。
5.如权利要求1、2或4所述的斜盘角度传感器(10)，其中，该联动元件(11)从该磁体载体(13)伸出的这些端部(22)以至少90°的角度弯曲。
6.如权利要求1、2、4或5所述的斜盘角度传感器(10)，其中，该联动元件(11)是具有矩形、圆形、或卵形截面的扭转类型的联动弹簧。
7.如权利要求1、2、4、5或6所述的斜盘角度传感器(10)，其中，该联动元件(11)的这些端部(22)是与控制块(14)的内壁(24)可滑动接触。
8.如前述权利要求中的任一项所述的斜盘角度传感器(10)，其中，传感器轴线(18)和/或该磁体载体的纵向轴线(27)平行于反馈联动件(12)的纵向轴线(26)和/或平行于斜盘枢转轴线(5)。
9.如前述权利要求中的任一项所述的斜盘角度传感器(10)，其中，该磁体载体(13)位于壳体(2)中或者位于该液压单元(1)的控制块(14)中。
10.一种可变排量液压单元(1)的控制块(14)，该控制块包括如权利要求1至9之一所述的斜盘角度传感器(10)，该控制块适于固定在该液压单元(1)的壳体(2)上，并且适于联接至该液压单元(1)的反馈联动件(12)。
斜盘角度传感器
[0001] 本发明涉及一种用于可变排量液压单元的斜盘角度传感器，该可变排量液压单元具有斜盘，该斜盘具有固定地附接至可枢转的斜盘的杆状反馈联动件。根据权利要求1的前序部分，该角度传感器包括安装在可围绕传感器轴线旋转的磁体载体上的磁体、以及用于感测该磁体的方向的传感器。
[0002] 斜盘角度传感器用于对液压马达或泵的可变排量进行控制。US 2004/0115065 A1描述了一种其中使用磁性传感器测量斜盘的角位置的可变排量泵单元。为此目的，磁体被安装在斜盘上并且与斜盘一起旋转。半导体芯片被布置在泵的壳体上并且邻近磁体。控制器引导电流通过半导体芯片并且确定该芯片两侧的电压。此电压取决于根据霍尔效应的磁场中芯片的相对位置，并且用于确定磁体的角度并且因此确定斜盘相对于芯片以及因此相对于壳体的角度。
[0003] DE 10 2013 220 298 A1描述了一种弯轴式液压单元，其中移位元件的位置也由磁装置确定。在此，磁体被附接至可旋转地安装在控制斜盘的角位置的伺服活塞上的空心管的端部。该管具有被定向成与管轴线成一角度的纵向缝隙。连接至伺服活塞的凸轮伸出到该管中。伺服活塞的纵向位移使用磁体将旋转赋予该管。此旋转由位于液压单元的控制块上的磁性传感器感测。
[0004] 在DE 101 19 239 C1中，描述了特征为缸体的可变排量液压单元，所述缸体可围绕轴线回转以便控制该单元的排量。未指定性质的用于测量缸体的倾斜角的旋转传感器被安装在液压单元的壳体上。此传感器的可移动部分与缸体的倾斜轴线同轴并且借助于金属线连接至该缸体的载体。
[0005] 从现有技术中已知的斜盘角度传感器相对复杂并且占用空间，并且由于其相对复杂的设计，所以如果它们不能被实施成斜盘或移位元件可围绕其旋转的旋转轴，则也是相对昂贵的。斜盘角度传感器还可能经受由于机加工容差和在液压单元使用期间的磨损而引起的误差。此外，通常，可以将所述斜盘角度传感器安装在现有液压单元中，而无需较多努力。
[0006] 本发明的目的是提供一种准确的且可靠的同时能够补偿磨损和制造容差的可变排量液压单元。此外，本发明的斜盘角度传感器应当适于以较低成本生产和安装，并且在适用的情况下，也应可安装在斜盘或弯轴式构造类型的现有液压单元中。
[0007] 本发明的目的的解决方案由根据权利要求1的前序部分的可变排量液压单元中的斜盘角度传感器提供，并且其特征为权利要求1的特征部分中给出的特征。在优选的实施例中，这种解决方案包括磁体载体，该磁体载体位于被附接至液压单元的壳体上的控制块中并且可围绕传感器轴线旋转。机械联动元件(优选地采用联动弹簧的形式)在附接至斜盘的反馈联动件与磁体载体之间提供联动，使得斜盘的枢转借助于反馈联动件引起磁体载体的旋转。通过磁体载体的旋转，磁体围绕传感器轴线旋转，随之引起测量值的变化，在此例如，传感器上的电压。
[0008] 斜盘构造类型的液压单元以及弯轴式构造类型的液压单元经常可以围绕旋转轴线枢转以改变其排量体积。由此，这些液压单元的移位元件(例如，斜盘)围绕被定位为远离执行排量的致动装置的中心线进行枢转。在许多情况下，枢转中心线位于静液压单元的加压和/或旋转元件的区域中。因此，在许多情况下，没有足够的空间来安装靠近中心轴线的可感测角度传感器装置。否则，在不改变和/或扩大静液压单元的设计或保护角度传感器免受损坏的情况下，如此做是复杂的。在液压单元的其他设计中，壳体的靠近中心轴线的一侧是所谓的“净侧”，该液压单元可以被搁置到该净侧上。因此，此侧/区域应该没有可感测传感器元件。
[0009] 为了接收移位元件位置的反馈，经常在移位元件上提供反馈联动件，从而指示移位元件的实际位置。优选地，反馈联动件伸出到液压单元的控制块中，以便将斜盘位置反馈给控制单元。然而，反馈联动件的绝对位置，即相应地为移位元件的绝对位置，不能直接地被确定用于由控制单元对排量进行控制/调整。然而，反馈联动件通常用于将控制滑阀引导或带回到其初始位置，例如，将电子控制单元(EDC)的控制滑阀引导或带回到其中立位置。因此，对于位移角的例如由操作者或由工作机器的控制单元选择的值不存在控制。通常，反馈联动件用于向控制设备的致动器装置提供计数器信号，以便发信号通知达到了根据某个位移力的位移。因此，没有完成对位移角的控制或测量。
[0010] 根据本发明的斜盘角度传感器的机械构型将斜盘的反馈联动件的圆弧运动转化成磁体载体围绕其传感器轴线的旋转。这种旋转由磁性传感器感测并且转化成可以被位于液压单元的控制块中的控制单元使用的电信号，以便确定斜盘的角度。当反馈联动件在圆弧上移动时，斜盘的枢转角与磁体载体的感应旋转之间的非线性(由在反馈联动件与磁体载体之间的距离的变化所引起的)可以通过联动元件中的槽缝、细长或椭圆形开口来补偿。这些非线性具有纯粹的几何原点，并且取决于斜盘的枢转轴线与反馈联动件的运动中心和磁体载体轴线之间的尺寸和距离。
[0011] 根据本发明的一个实施例，斜盘角度传感器的联动元件具有围绕反馈联动件并且在联动元件的两个支腿之间形成细长开口的椭圆形开口部分。联动元件的这个部分由于例如压缩弹簧作用而优选的可与反馈联动件紧密滑动接触，所述压缩弹簧作用倾向于使细长开口的支腿或侧壁向内弯曲抵靠反馈联动件。在一个实施例中，椭圆形或细长开口部分可以被设计成随后是例如通过两个邻接支腿的打开或闭合的U形孔部分。由此，支腿的端部被插在例如磁体载体中的缝隙中。在本发明的斜盘角度传感器的进一步可能的实施例中，联动元件优选地具有在两个相对侧上接触反馈联动件以确保细长开口在反馈联动件上自定中心作用的对称构型。通过细长开口的自定中心，表明联动元件的形成细长开口的两个侧面部分执行各自朝向反馈销钉的力，使得细长开口的侧面部分始终可与反馈销钉的侧表面紧密滑动接触。内部联动元件迫使反馈联动件上的细长开口居中。这还提供了斜盘角度传感器在反馈联动件的两个运动方向中的相同响应，例如，远离中心位置或任何其他位置。然而，在优选实施例中，联动元件的端部或联动弹簧的端部在背离反馈联动件的那个端部上围绕磁体载体中的缝隙的侧壁弯曲。在一个实施例中，支腿的端部被弯曲成90°角或甚至大于90°，以避免与壳体或控制块的壁有任何接触。这防止了由摩擦引入的误差并且减小了由误差引起的可能滞后效应。
[0012] 联动元件的限定反馈元件伸出到其中的椭圆形开口的U形部分的长度必须大于反馈联动件的邻接截面。当反馈联动件在以旋转的斜盘轴线为中心的圆弧上移动时，此开口必须足以适应反馈联动件与磁体载体之间距离的变化。
[0013] 优选地，在U形部分的另一侧上联动元件从磁体载体伸出的端部以至少90°的角度弯曲。这确保了联动弹簧在联动弹簧的纵向方向上固定在磁体载体上。可以示例性地通过在控制块的壳体的内壁中形成凹槽(联动元件的端部插入该凹槽中并且该壳体支撑发明的角度传感器)来提供联动弹簧在磁体载体的轴向方向上的固定。在这种配置中，联动元件的端部可以与控制块的内壁滑动接触。为了使摩擦最小化，优选地以大于90°的角度来弯曲联动元件的端部，使得端部仅以小面积接触控制块的侧壁。
[0014] 然而，应理解的是，将联动元件的端部与控制块的内壁或任何其他结构接触，在实现本发明时不是必需的。这是因为联动元件的细长U形孔部分的长度可能制作的足够长以适应联动元件的一些纵向移动。而且，联动元件的动作/运动倾向于将支腿压靠在磁体载体中的缝隙的侧壁上，从而提供一些摩擦固定。在任何情况下，将联动元件的端部与控制块的内壁的接触可能相当松驰，因为仅磁体载体的旋转轴线与反馈联动件的中心之间的距离对于确定旋转角具有重要意义。
[0015] 在一个优选实施例中，联动元件可以是具有矩形、圆形、或卵形截面的扭转类型的联动弹簧。该联动元件可以由以总体上为发夹形状、弹簧钢制成的弯曲的杆或丝形成。在另一实施例中，弹簧是例如弯曲成发夹形状的片簧类型。在进一步实施例中，可以想象在反馈联动件与磁体载体之间的联动元件包括连接至磁体载体的刚性支腿以及以预加应力的方式邻接反馈联动件的柔性的类似弹簧的细长环圈部分。在另一优选实施例中，联动元件包括形成细长孔部分的相对刚性本体。在此，例如，具有细长孔部分的内侧壁可以包括比反馈联动件的直径更小的邻接宽度、但可以由被压缩的弹性材料覆盖，以便补偿制造容差和磨损。
[0016] 为了减小反馈联动件和联动元件其自身的制造容差，优选的是联动元件围绕反馈联动件的部分被设计成使得细长孔部分的宽度——当没有反馈联动件被安装在其中时——比由联动元件固持的反馈联动件的截面小。因此，对反馈联动件进行固持的联动元件的细长孔区域优选地被设计为柔性的或弹性的，以便反馈联动件以预加应力的方式固持在此区域中，而在斜盘的任何位置中或在斜盘的任何移动方向上没有间隙。由此，制造容差以及在液压单元的运行寿命中发生的磨损可以被补偿。
[0017] 本发明提供了一种斜盘或弯轴式角度传感器，该斜盘或弯轴式角度传感器在结构方面简单且鲁棒并且可以安装在控制块的侧壁或在液压单元的部分中、适当地接近被连接至可枢转斜盘或其载体的反馈联动件。只要控制块的适当侧壁或壳体的其他部分示出足够的厚度，在不需要较多的机加工操作的情况下，对现有的液压单元控制块进行改装是可能的。传感器是自定位、无滞后、且易于组装的。此外，斜盘角度传感器自动地补偿机加工容差或与其接触的部件的磨损。
[0018] 本发明的并非限制本发明理念范围的示例性实施例在图1至图5中示出并且将在以下进行描述。
[0019] 图1示出了根据本发明示例性实施例的具有斜盘角度传感器的液压单元的示意性截面；
[0020] 图2描绘了图1中所示的示意性截面的细节；
[0021] 图3描绘了根据图2中所指示的线A-A的图1中所示的液压单元的一部分的示意性截面；
[0022] 图4示出了根据图3的截面，其中使用的示例性联动弹簧处于未压缩的状态，[0023] 图5描绘了在液压单元的非中立操作情况下并且使用的示例性联动弹簧处于压缩状态下的图4的截面。
[0024] 图1示出了根据本发明的示例性实施例的具有斜盘角度传感器10的可变排量液压单元1的示意性截面。液压单元1包括壳体2，该壳体包含斜盘3，该斜盘被支撑在托架轴承4上并且可围绕由点划线指示的斜盘枢转轴线5旋转。通常借助于使用电磁致动器、机械致动器或液压致动器的伺服系统40来控制斜盘3的旋转。反馈联动件12被连接到斜盘3，该反馈联动件伸出到液压单元1的控制块14中并且以其纵向轴线26(见图2)平行于斜盘3的旋转轴线5的这种方式定向。总体上杆状的反馈联动件12被牢固地连接至斜盘3并且参与斜盘3的任何旋转，由此返回斜盘3相对于驱动轴8的轴线的角位置。反馈联动件12与连接至液压单元1的控制单元30的控制滑阀的反馈杠杆17相互作用。这种控制单元及其功能例如在DE 10 2004 033 314 B3中被描述，因此不在此详细描述。
[0025] 液压单元1的壳体2还包含具有若干工作活塞7的缸体6。缸体6连接至驱动轴8并且可围绕驱动轴8的轴线旋转。驱动轴8延伸穿过斜盘3中的放大的开口9，从而准许斜盘3相对于驱动轴8倾斜。活塞7从缸体6伸出的端部可与斜盘3滑动接触。通过经由控制单元30所触发的伺服系统40使斜盘3倾斜，活塞7的行程被修改，即，改变了液压单元1的排量，并且随之改变了反馈联动件12在控制块14中的位置。可变排量液压单元1的这些特征和一般功能是众所周知的，使得对其进一步详细地说明在此也可以省去。
[0026] 在图1中示出的本发明的示例性实施例中，液压单元1包括容纳在被附接至液压单元1的壳体2上的控制块14中的斜盘角度传感器10。角度传感器10包括总体上杆状的磁体载体13，该磁体载体在控制块14的壁中围绕其纵向轴线18可旋转地支撑。此纵向轴线18平行于反馈联动件12的纵向轴线26，进而平行于斜盘3的枢转轴线5。磁体16牢固地附连至磁体载体13的一个端部并且与该端部一起旋转。磁性旋转传感器15被提供在控制块14上、直接邻近于磁体16。由此，传感器15感测磁体16的任何旋转并且将其转化成可以由与液压单元1相关联的控制系统(未示出)使用的电信号，以便控制其操作。
[0027] 根据本发明，借助于机械联动元件11提供了反馈联动件12与磁体载体13之间的联动。在本发明的优选实施例中，联动元件11由总体上以发夹形状弯曲的联动弹簧组成，如将在下文中更详细描述的。
[0028] 在以下特征中，所有表示相似构造特征的参考标记将被保留。此外，联动元件11和联动弹簧11将作为同义术语使用。
[0029] 图2示出了根据图1的液压单元1的示意性截面的细节。描绘了控制块14，其中反馈联动件12的上部部分延伸到控制块14中。联动弹簧11从反馈联动件12延伸到控制块14的壁部分中，并且连接至可旋转地安装在控制块14的壁部分中的磁体载体13。联动弹簧11的支腿21被固持在例如磁体载体13的缝隙中并且在磁体载体13与反馈联动件12之间提供机械连接，使得反馈联动件12的圆弧移动引起磁体载体13的旋转。磁体16被安装在磁体载体13的上表面上并且当联动弹簧11将旋转赋予磁体载体13时与磁体载体13一起旋转。磁性旋转传感器15被定位在控制块14的外部与磁体16相反。传感器15和磁体16例如由非磁性膜分开，该非磁性膜保护磁体16并且优选地还密封液压单元1的内部，从而防止液压流体泄露或灰尘进入。
[0030] 图3描绘了根据图2所指示的线A-A的图1中所示的液压单元的一部分的示意性截面。图3中示出的液压单元1处于中立操作条件下，其中，斜盘3相对于驱动轴8的旋转轴线的倾斜角为零度(见图1)。
[0031] 如在图3中可见，联动弹簧11具有闭合的U形部分20，相应地是限定围绕反馈联动件12的轴向截面(也见图2)的椭圆形开口的细长孔部分20。联动弹簧11的两个支腿21被固持在磁体载体13的基座中的缝隙23中。联动弹簧11的支腿21的从磁体载体13伸出的端部22在图3中所示的实施例中以大约90°的角度弯曲，并且可与在控制块14中的凹槽25的内壁24滑动接触。这种构型的联动弹簧11支撑联动元件11在反馈联动件12上定中心。然而，其具有的缺点是联动弹簧11的端部22在控制块14的内壁24上的不希望有的摩擦。在另一实施例中，优选的以大于90°的角度弯曲联动弹簧11的支腿21的端部22(如在图4和图5中以示例性方式示出的)和/或消除联动弹簧11的端部22与液压单元1不是磁体载体13的其他部分之间的任何接触。
[0032] 图4示出了根据图3的截面，其中在本发明的优选示例性实施例中所使用的联动弹簧11是处于未压缩的非最终组装状态。在这个图中，联动弹簧11仅一个支腿21插在磁体载体13的基座处的缝隙23中。总体上为发夹形状、具有闭合的U形部分20、支腿21和端部22的联动弹簧11是可见的。端部22以大于90°的角度弯曲并且用来将联动弹簧11固定在磁体载体13的槽缝23中。在这个实施例中，联动弹簧11的端部22不与控制块14的内壁24接触并且在凹槽25中自由地移动，该凹槽设置在控制块14的还包含磁体载体13的钻孔的内壁24中。
[0033] 联动弹簧11优选地由诸如弹簧钢等弹性金属制成，并且可以具有矩形、圆形或卵形截面。然而，可以想象联动元件11由塑料材料制成，例如，在增强版本中。在图2、图3和图5中示出的最终组装的状态中，联动弹簧11的U形部分20与反馈联动件12密切接触。在联动元件11中由U形部分20提供的椭圆形开口准许相对运动，即，反馈联动件12相对于磁体载体13的轴线的距离变化。这允许适应反馈联动件14在以斜盘3的倾斜轴线5为中心的圆弧上的移动，并且在图5中由描绘反馈联动件12轨迹的双向箭头29指示。
[0034] 当联动弹簧11的两个端部22插在磁体载体13的缝隙23中时，联动弹簧11的U形部分20的两侧压靠在反馈联动件12的侧面上。这样确保了在任何时候反馈联动件12与联动弹簧11之间的强制接触，并且使得能够对任何制造误差或反馈元件12或联动弹簧11自身的磨损进行补偿，而准许反馈联动件12在由联动弹簧11的U形部分提供的椭圆形开口20的方向上的相对自由移动。由于在液压单元1的壳体2中的用作润滑剂的液压流体(不可避免的)存在泄漏，所以在操作条件下摩擦减少。
[0035] 在本发明的斜盘角度传感器10的操作中，斜盘3的任何移动由反馈联动件11来分担，因为该反馈联动件与斜盘固定地相连接。因此，反馈联动件12与斜盘3一起在以斜盘3的倾斜轴线5为中心的圆弧上移动。这种移动赋予联动弹簧11旋转，该旋转被传递到磁体载体13。由此，磁体载体13的纵向轴线18限定了联动弹簧11的旋转轴线。磁体16与磁体载体13一起移动/旋转并且因此磁体16相对于磁性传感器15的感测元件而改变方向，由此感应传感器15中的相应信号。这个信号提供斜盘3相对于给定参考位置的实际角度的测量值。如果例如斜盘正交于液压单元1的驱动轴8的轴线，即工作活塞7不显示任何排量体积，则这通常是中立，即零角度位置。
[0036] 图5描绘了图4在液压单元1的非中立操作状态下的截面并且示出了在压缩条件下的使用的示例性联动弹簧11。斜盘3(该斜盘仅一部分在图5中是可见的)相对于其中立位置移位，如图3和4所描绘的。反馈联动件12已经跟随这个位移并且沿着如双箭头29所指示的圆弧移动。这引起联动弹簧11赋予给磁体载体13的旋转。从图5表明的是，反馈联动件12的中心与磁体载体13的旋转轴线18之间的距离随着斜盘3倾斜而变化，因为反馈联动件12在凸弧上相对于磁体载体13的固定的旋转轴线18移动。然而，由这种效应引起的磁体旋转角度与斜盘3的倾斜角度的非线性响应具有纯粹的几何原点，所述非线性响应可以通过传感器系统的不同部件之间的给定实际尺寸和距离容易地补偿。
[0037] 总之，本发明提供了用于确定可变排量液压单元中的斜盘倾斜角的简单且鲁棒的传感器系统。这类传感器系统也可以安装在现有的液压单元中，仅需要相对较少的修改和机加工。另外，这种发明的角度传感器也可以被安装在弯轴式构造类型的液压单元中。由此，反馈联动件位于移位元件上从而引导缸体的排量。
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