带有摆动角传感器的球形万向节制造技术

本发明专利技术涉及一种带有用于测量万向节壳体（４）与球轴颈（３）之间相对角位的摆动角传感器（９）的球形万向节（１）。其中万向节球（２）的摆动角α由包括磁体（８）和磁场传感器（９）在内的测量装置测得。根据本发明专利技术，对于一个系列中的每种球形万向节，选择磁体（８）的位置和大小以及万向节球（２）凹部的位置和大小，以便在达到球形万向节（１）的公称摆动角α↓［ｍ］时，使穿过磁场传感器（９）的磁力线（１２）的角度Ｋ大致与适用于整个系列的常数Ｋ↓［ｍ］相一致。由此，在整个球形万向节系列中，可以跨类型地基本采用同一个磁场传感器（９）并将其跨类型地设置在同一传感器壳体（７）内及球形万向节（１）的同一位置上。因为由此而减少了部件的种类并简化了球形万向节系列的设计，所以能显著地节约成本。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种如权利要求1前序部分所述的带有摆动角传感器的球形万向节。前述类型的球形万向节，例如但不局限于使用在汽车的底盘上。例如，这种带有摆动角传感器的球形万向节可以用于确定各种底盘部件相互间的相对位置或诸如车轴和车身之间的相对位置，或为了在车辆电子系统中再处理而进行测量。对于现代汽车而言，这对例如行驶动态调整、自动水平调整或者头灯系统的动态照射范围调节都很有意义。对于这种系统，对于进行具有很高重复精度的、可靠和准确的球形万向节角位检测，以及摆动角传感器的快速动态响应都很重要。另外，由于此类球形万向节在底盘区域中的结构，承受例如通过振动而产生的极大的机械负荷和由诸如潮湿、沙或散布的盐的周围介质而造成的严重影响。此外，使用者方面还要求在成本较低的同时，有长的使用寿命、故障安全性和无需维修性。为了满足这些要求，经证明有效的是在此类球形万向节中集成非接触工作的，尤其是基于磁场作用的、用于摆动角检测的系统。其中，大多数是在球形万向节上设置永磁体而在万向节壳体中设置磁场传感器，特别是磁阻类(MR)的磁场传感器。MR-传感器的输出信号随着穿过其中的磁力线的方向变化而变，这决定了它可以用于具有检测摆动角功能的球形万向节。例如，此类球形万向节被DE 101 10 738 A1所公开。这种球形万向节具有设置在万向节球中的条状磁铁和固定在万向节壳体上的磁场传感器。由于实践中对于每种车辆类型不同的结构，这类带摆动角检测装置的球形万向节结构不同，或底盘几何形状不同，或者由于照射范围调节或行驶动态调整之类的电子控制系统的设计不同，在大多数情况下必须针对车辆或应用对此类球形万向节进行特别构思和设计。这就有理由为了达到尽可能高的角度检测精度而应当充分利用磁场传感器的整个测量范围。但应该要保证对磁场传感器的整个测量范围的充分利用与在球形万向节上出现的最大摆动角或公称摆动角的大小无关。换句话说，这意味着根据现有技术，实践中针对每种应用要特别确定万向节球、永磁体和尤其是磁场传感器组合的尺寸，以使转过球形万向节的公称摆动角时，穿过磁场传感器的磁场的变化能达到随着公称摆动角的转过而充分利用尽可能大的磁场传感器测量范围部分的程度。但这种针对应用的、此类球形万向节中所有角度检测所需的部件的设计是费事的且昂贵的。这特别适于每种磁场传感器在球形万向节壳体上的定位、大小、灵敏度和空间设置的对应所需适配。在此背景下，本专利技术的任务是给出一种带有摆动角检测装置的球形万向节，该球形万向节能克服上述缺点，并且能决定性地降低摆动角检测系统适配的支出。通过这种方式，可以实现快速开发，并由此减少了开发、制造以及采购和存储的费用。这个任务通过具有权利要求1所述特征的球形万向节实现。从属权利要求的内容为优选的实施方式。公知地，本专利技术的球形万向节首先显然具有用于获得万向节壳体与球轴颈或万向节球之间的相对角位置的摆动角传感器。其中，为了检测摆动角，首先采用了一种由嵌入万向节球中的磁体和设于万向节壳体上的磁场传感器而构成的已知组合。本专利技术的球形万向节的特征在于，在一个球形万向节系列中对于每种球形万向节类型针对应用情况、磁体在万向节球中的位置和大小以及容纳磁体的凹部在万向节球中的位置和大小的选择都要能实现，当达到对应球形万向节的公称摆动角αm时，穿过磁场传感器的磁力线的角度κ几乎与适用于整个系列的常数值κm一致。换句话说，这意味着本专利技术仅通过万向节球或具有万向节球的球轴颈的相应设计，以及同样通过设于万向节球上的磁体的相应构成和设计来影响磁体和环绕万向节球的磁场的形状、强度和扩展，从而在转过球形万向节的公称摆动角时，能与类型无关地充分利用磁场传感器的整个可使用的测量范围。极其有益的是，因为现在可跨类型地，例如在一个球形万向节系列中，基本上只采用同一种磁场传感器，由此也能跨类型地在同一个传感器壳体中以及球形万向节的同一个位置上设置磁场传感器。很明显，由此可以在开发、采购、存储、制造和物流中节省可观的支出，并且能显著缩短响应变化了的客户需求的响应时间。尤其优选的是，其中常数κm基本上与磁场传感器所能测得的最大磁场角度对应。通过这种方式，可以在磁场传感器上量取与球形万向节的摆动角对应的、具有尽可能大的分辨率和重复精度的测量信号。对于本专利技术来说，采用何种磁性作用原理以及万向节球与磁体组合的形式和结构如何并不很重要，只要磁场传感器由此在球形万向节绕其公称角回转的过程中能产生所需的磁场变化就行。根据本专利技术的一个优选实施方式，采用了简单的条形磁体作为磁体，其磁轴线最好与球轴颈的轴线一致。这种设计结构上特别简单并且成本低，而且角度量取可靠，测量不受球形万向节工作中可能出现的球轴颈围绕其自身轴线的转动的影响。特别好的是，磁体设置在与球轴颈相对的万向节球的极区域。根据本专利技术的另一个优选实施方式，磁场传感器设置在远离球轴颈的万向节壳体的开口区域或者位于该位置上的闭合盖区域内。特别有利的是磁场传感器的磁性对称轴线与万向节壳体的对称轴线，或者与球轴颈的轴线在其中间位置处重合。以球形万向节简单构造的方式，以及为了可靠测得摆动角，上面所说的优选的磁体布置方式好处在于其与球轴颈在万向节壳体中可能出现的转动无关。其中磁场传感器最好设置在合成材料元件中或者嵌入合成材料元件内。合成材料元件最好同时具有作为位于万向节壳体的与球轴颈相对侧上的万向节壳体闭合盖的功能，这有助于简化设计以及节省与之对应的费用，并且提高球形万向节的可靠性。对于本专利技术的本质来说，采用何种方式来连接磁体与万向节球，或者将磁体嵌入万向节球内并不重要。磁体的造型对于本专利技术也不重要，只要磁力线在磁场传感器区域内能实现所期望的分布就行。最好通过一个弹性辅助体实现磁体在万向节球中的嵌入，根据本专利技术特别优选的实施形式，该辅助体由弹性材料或合成材料制成。根据本专利技术的优选实施方式，磁体同样具有基本上条形、圆柱状形状，将磁体嵌入万向节球的凹部中的辅助体基本上为圆柱环形状。换句话说，为了连接磁体与万向节球，万向节球仅包括一个基本上呈圆柱形的凹部，在该凹部内放入或压入最好合成材料制成的、环形辅助体，随后在辅助体的凹部中再放入、压入或粘入磁体。此外，根据本专利技术的另一个实施方式，弹性的辅助体还可构造成基本上呈环形、最好由非铁磁性材料组成的弹簧；其中根据另一个实施方式，环形弹簧还至少局部用合成材料注塑包封以容纳磁体。通过这种方式，一方面能特别容易地装配磁体，另一方面通过环形弹簧，尤其是通过合成材料注塑包封的弹簧来实现磁体在万向节球中的耐振固定。通过基本上呈圆柱环形或环形的辅助体或者通过基本上呈环形的弹簧实现磁体在万向节球中的嵌入，其突出的好处在于当通过这种方式使磁体在万向节球中的位置和大小以及凹部在万向节球中的位置和大小主要依赖于磁场的形式、强度和范围时，能够特别简单和相互独立地进行优化，从而正好形成摆动角传感器最大分辨率所必需的特殊磁场。下面，依据仅显示实施例的附图进一步说明本专利技术。图示为附图说明图1用于测摆动角的球形万向节的一个实施例的局部剖侧视图；图2穿过图1所示球形万向节的万向节球和磁体的纵剖面的示意图；图3图2所示纵剖面的示意图以及磁力线的分布；图4根据图2的磁力线角κ随着万向节球的摆动角α而变化的曲线图；图5与图3相应的另外一个球形万向节本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种球形万向节，其带有用于检测万向节壳体（４）与球轴颈（３）之间相对角位的摆动角传感器（９），还带有嵌入万向节球（２）的一个凹部内的一个磁体（８）和设置于万向节壳体（４）处的一个磁场传感器（９），其特征在于，球形万向节中选择磁体（８ ）在万向节球（２）中的位置和大小以及凹部在万向节球（２）中的位置和大小，使当达到球形万向节（１）的公称摆动角α↓［ｍ］时，穿过磁场传感器（９）的磁力线（１２）的角κ与常数κ↓［ｍ］基本一致。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J施普拉特，
申请(专利权)人：ZF腓特烈港股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]