双线控制的自动切换可逆线性致动器制造技术

本发明专利技术涉及一种用于构件的线性驱动的机械电子组件，包括控制单元(1)和致动器(2)，控制单元(1)包括控制算法和功率桥，所述算法控制所述功率桥，功率桥提供由扭矩信号和方向信号组成的双线电信号(6)，致动器(2)包括具有N相的多相无刷电机(8)、用于检测所述电机(8)的转子位置的双择探头(11)、用于将转子的旋转运动转换为控制构件的线性运动的转换装置、能够基于双线电信号(6)对电机(8)的N个相供电的电源开关(25)，其特征在于，电源开关(25)的状态由来自检测探头(11)的信号直接控制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】双线控制的自动切换可逆线性致动器
本专利技术涉及例如用于控制在机动车辆的热机中流动的流体流量的线性电致动器的领域，更具体地涉及可逆致动器的领域，该可逆致动器要求安全返回参考位置，即所谓的“自动防故障”功能，从而在电池供电切断期间掌控流体流量。本专利技术更确切地涉及双线控制的自动切换可逆线性致动器，该可逆线性致动器在紧凑性、有效作用力、耐用性、耐高温性以及成本方面要优于现有技术中的致动器。
技术介绍
已知包括可逆致动器的流体定量阀门，该可逆致动器由直流电机或直流减速电机与凸轮转换系统的结合构成，以产生线性运动以及通过或多或少地将阀门推离其位置来控制调节流量。现有技术的这些组合是基于电机或减速电机的不同解决方案的。第一种解决方案在于使用与减速齿轮相结合的有刷直流电机以及凸轮转换系统以产生阀门的轴向移动，例如在专利US20120285411中所描述的那样。该第一解决方案具有以下优点：较大的运动减速，及因此产生的令人关注的致动力储备、借助于双线连接实现的控制简易性以及无需任何其他智能电子构件。这样的解决方案在成本方面和在高温下工作的能力方面是有利的。但是，这一解决方案具有与电信号的机械切换相关的两个主要缺陷，即电刷的磨损以及因此导致的有限的使用寿命，以及干扰位于附近的其他电子构件的强电磁发射。这两个缺陷对于用于机动车辆的电致动器的新规范来讲越来越难以承受。一方面，电机所要求的使用寿命越来越长，另一方面，电机中的电致动器的数量和接近度要求减小电磁发射。最后，该解决方案的空间构造不是十分有利，因为其要求将减速电机沿着与致动器的输出构件的轴线相垂直的轴线来布置，这使得难以实现车辆的发动机总成的集成。第二类解决方案基于扭矩电机，扭矩电机是不具有电刷的直流电机的第二种形式，其驱动凸轮装置以产生阀门的平移，例如在专利FR2978998中所描述的那样。由于其同样基于直流电机，因此这一解决方案具有与上一解决方案中相同的与双线控制相关的控制简易性的优点，但是这一解决方案由于不存在电刷而更加有利，与上一解决方案相比，由于不存在电刷的磨损，其能够达到很久的使用寿命。最后，这一解决方案因为以下原因而令人关注：由于无电刷而形成的其使用寿命及其弱电磁发射；由于不存在智能且因此而产生(成本)约束的电子组组件，其能够在高温下工作；以及最后，保持为双线方式的控制的简易性。但是，这一解决方案也表现出基于行程受限的致动器的缺点，其禁止凸轮转换系统上游的任何形式的运动减速，这对可达到的最大致动力造成严重的损失。实际上，由于消耗更大的电流，因此该第二解决方案所获得的力比利用第一种解决方案所获得的力少一半。如前一种致动器那样，由于凸轮的转换，转矩电机相对于输出构件的垂直定向导致难以实现致动器的集成。最后，针对控制流体调节阀门的可逆致动器的第三种已知解决方案在于使用与无刷多相电机相应的电子切换多相电机，其通常称作BLDC(即无刷直流电机)，其中控制装置内的电子切换使得能够根据由磁敏传感器测量的转子位置来控制定子相中的电信号。该电机通过螺杆螺母而关联于转换系统，以产生阀门控制构件沿着与电机运动同轴的运动的平移。在这一情况下，控制装置是相当复杂的，由于其在闭合回路中工作，以根据转子的实际位置来调整发送到定子的信号。这一解决方案在多个专利中进行描述，例如欧洲专利EP1481459。这一解决方案表现出不具有电刷的优点以及因此提供了与上一解决方案相同的使用寿命和弱电磁发射方面的确定价值，另外具有充分的运动减速以达到与利用第一种解决方案所获得的力相似的强致动力。最后，这一配置的有利之处在于，由于中心螺杆相对于电机定子的运动的同轴特性而实现的集成实现了整体轴对称构造，这一构造极大地便利了其在发动机总成上的集成并且实现了该解决方案的整体紧凑性的优点。然而，这一解决方案要求使用整合了智能构件的复杂的控制电子元件，该智能构件解释来自转子位置传感器的信息以由此控制定子相。这使得该解决方案成本高并且受温度的限制，这是因为管理电机控制的微控制器限制为140℃，这一温度对于在发动机罩下的阀门环境的新要求来说过低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于通过实现一种利用无刷电机的紧凑的线性致动解决方案来克服现有技术中的缺陷，该无刷电机是经由一组简单的电子部件通过双线信号来控制的，其能够在高于140℃的温度下使用。本专利技术的另一目的在于借由对通过转子内部的螺杆的运动转换系统的使用，实现无刷电机的转轴上的线性输出。本专利技术的另一目的在于借由对耦合到行星齿轮减速器的回动弹簧的使用而能够返回安全位置(通常称作自动防故障功能)。为此，本专利技术基于具有电子开关的无刷多相电机，其纳入了高效率运动转换且能够容置十分紧凑的参考位置恢复装置，这使得能够整合同轴结构中所需要的全部功能。通过螺杆螺母、或甚至通过两个螺母和螺杆上的两个相反螺纹来对运动减速的装置，使得能够达到较大的运动减速因子以及优良的效率从而达到高输出功率和优良的致动力储备。控制单元实现了在用于无刷电机的典型自动开关的电子器件与对基础的有刷电机的控制之间的有利的折衷，该控制单元基于来自用于对电源开关供电的功率桥的双线控制，所述电源开关由用于读取转子位置的磁敏元件直接控制。这一电子解决方案性能良好且成本较低，并且其由于未装载智能元件而能够在高温条件下工作。最后，行星齿轮减速器与扭转弹簧的耦合使得能够以十分紧凑的方式整合用于使电机恢复参考位置的有效解决方案。实际上，减速器允许减少转子角度行程，能够减少若干圈，以在有限的行程中驱动轮毂以及使扭转弹簧在良好条件下工作而不会受到由于在角度移动幅度大于270°的情况下所出现的螺旋的寄生摩擦的损害。扭转弹簧是通过将线在直径上的缠绕几圈而构成的，这些绕圈位于定子引导装置周围并且允许整合到致动器中而不会延长或扩大其初始尺寸。这还使得能够保持同轴结构，而同轴结构更易于整合到发动机环境中。本专利技术在最广泛的意义上涉及用于构件的线性驱动的机械电子组件，其包括控制单元和致动器，控制单元包括伺服算法和功率桥，所述算法控制所述功率桥，所述功率桥递送由扭矩信号和方向信号构成的双线电信号，致动器包括具有N相的多相无刷电机、用于检测所述电机的转子位置的双择检测探头、用于将转子的旋转运动转换为控制构件的线性运动的转换装置、能够基于双线电信号对电机的N个相供电的电源开关，其特征在于，电源开关的状态是由来自检测探头的信号直接控制的。“直接控制”是指检测探头电连接到输出开关而不连接到微控制器。传递到开关的电信号是检测探头的输出信号。布置在探头和开关之间的仅有的可能电气构件是无源组件，例如电阻器、电容器或二极管。有利地，具有N相的多相电机由N个单极或双极线圈、或者2N个单极半线圈构成。根据一个变型，用于检测转子位置的双择检测探头由双线电信号供电。根据另一个变型，运动转换装置具有连接到电机转子的至少一个螺母以及连接到致动器的控制构件的至少一个螺纹部，其特征在于，转子通过行星齿轮减速器驱动位置恢复装置。根据另一个变型，运动转换装置具有连接到转子的螺母和连接到定子壳体的第二螺母，每个螺母都与控制构件的具有相反螺纹的两个部分配合，其特征在于，转子通过行星齿轮减速器驱动位置恢复装置。根据另一个变型，机械电子组件包括位置传感器，位置传感器包括连接到控制构件的磁体和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于构件的线性驱动的机械电子组件，包括控制单元(1)和致动器(2)，所述控制单元(1)包括伺服算法和功率桥，所述算法控制所述功率桥，所述功率桥递送由扭矩信号和方向信号组成的双线电信号(6)，所述致动器(2)包括具有N相的多相无刷电机(8)、用于检测所述电机(8)的转子位置的双择检测探头(11)、用于将所述转子的旋转运动转换为所述控制构件的线性运动的转换装置、能够基于所述双线电信号(6)对所述电机(8)的N个相供电的电源开关(25)，其特征在于，所述电源开关的状态由来自所述检测探头(11)的信号直接控制。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.03 FR 14550211.一种用于构件的线性驱动的机械电子组件，包括控制单元(1)和致动器(2)，所述控制单元(1)包括伺服算法和功率桥，所述算法控制所述功率桥，所述功率桥递送由扭矩信号和方向信号组成的双线电信号(6)，所述致动器(2)包括具有N相的多相无刷电机(8)、用于检测所述电机(8)的转子位置的双择检测探头(11)、用于将所述转子的旋转运动转换为所述控制构件的线性运动的转换装置、能够基于所述双线电信号(6)对所述电机(8)的N个相供电的电源开关(25)，其特征在于，所述电源开关的状态由来自所述检测探头(11)的信号直接控制。2.根据权利要求1所述的机械电子组件，其特征在于，所述具有N相的多相电机(8)由N个单极或双极线圈、或者2N个单极半线圈构成。3.根据权利要求1或2所述的机械电子组件，其特征在于，用于检测所述转子(15)的位置的所述双择检测探头(11)由所述双线电信号(6)供电。4.根据权利要求1至3之一所述的机械电子组件，其特征在于，所述运动转换装置(9)具有连接到所述电机的所述转子(15)的至少一个螺母(16)以及连接到所述致动器的所述控制构件的至少一个螺纹部，以及其特征在于，所述转子通过行星齿轮减速器(18)驱动位置恢复装置。5.根据权利要求1至3之一所述的机械电子组件，其特征在于，所述运动转换装置(9)具有连接到所述转子(15)的螺母(16)和连接到所述定子的壳体的第二螺母(27)，其中每个螺母与所述控制构件的具有相反螺纹的两个部分配合，以及其特征在于，所述转子(15)通过行星齿轮减速器(18)驱动所述位置恢复装置。6.根据权利要求1至5之一所述的机械电子组件，其特征在于，其包括位置传感器，所述位置传感器包括连接到所述控制构件的磁体(24)和连接到所述控制单元的磁敏元件(30)，以及其特征在于，所述磁敏元件(30)被设计成能够读取所述控制构件的轴向位置。7.根据权利要求5所述的机械电子组件，其特征在于，其包括位置传感器，所述位置传感器包括连接到所述控制构件的磁体(24)以及连接到所述控制单元的磁敏元件(30)，以及其特征在于，所述磁体的磁化图案被设计成能够读取所述控制构件在其螺旋形移动期间的轴向位置。8.根据权利要求5所述的机械电子组件，其特征在于，其包括位置传感器，所述位置传感器包括连接到所述控制构件的磁体(24)以及连接到所述控制单元的磁敏元件(30)，以及其特征在于，所述磁体的磁化图案是轴对称的。9.一种用于构件的线性驱动的机械电子组件，包括控制单元(1)和致动器(2)，所述控制单元(1)包括伺服算法和功率桥，所述算法控制所述功率桥，所述功率桥递送由扭...

【专利技术属性】
技术研发人员：格尔·安德里厄，安托万·富科，
申请(专利权)人：MMT有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH