改进操作的流体分配器的制作方法

1.本发明涉及一种具有改进操作的由齿轮马达驱动的流体分配器。


背景技术：

2.在汽车工业中，使用流体分配器，也称为阀，流体分配器由齿轮马达驱动开/关或按比例驱动。这些阀例如用于管理冷却剂、燃料、机油等的供应。
3.齿轮马达可以包括带有磁体的转子，转子被容纳在带有线圈的定子中。齿轮减速器容置在转子中。输出轴杆与转子同轴。在文献wo2019/129984中描述了这种齿轮马达。
4.这种齿轮马达具有减小的整体尺寸，使其适用于驱动阀，例如汽车中的液压分配器。此外，该齿轮马达实施了定心轴，该定心轴确保了所有移动元件的引导、重新定位，并且还为移动元件提供了滑动轴承的功能。齿轮减速器的磨损是有限的。
5.齿轮马达包括用于马达管理的传感器和安装的输出轴杆的至少一个角位置传感器，这些传感器安装到电子板上。马达管理传感器和位置传感器对磁场敏感，例如霍尔效应传感器对磁场敏感。
6.马达管理传感器对马达的多极磁体敏感，位置传感器对可旋转地固定到输出轴杆上的磁体敏感。
7.然而，已经注意到位置磁体会干扰马达管理传感器的操作，并且马达磁体会干扰位置传感器的操作。


技术实现要素：

8.因此，本发明的目的是提供一种由齿轮马达驱动的具有改进操作的流体分配器。
9.上述目的是通过流体分配器实现的，该流体分配器包括具有芯部的阀体以及齿轮马达，该齿轮马达包括定子、转子、齿轮减速器和输出轴杆，芯部可旋转地固定到该输出轴杆上。马达管理传感器安装到第一电子板，至少一个输出轴杆位置传感器安装到轴向远离第一电子板的第二电子板。磁体可旋转地固定安装在输出轴杆上，磁体的旋转运动由位置传感器检测。位置传感器相对于输出轴杆的位置和磁体的角向延伸使得磁体的磁场对管理传感器的影响很小或没有影响。
10.一方面，通过使位置传感器移动轴向远离管理传感器，减小了由于马达磁体对位置传感器的干扰，另一方面，通过将位置磁体以远离管理传感器的方式进行角偏移，减小了位置磁体对管理传感器的干扰。
11.因此，改进了分配器的操作。
12.有利地，第一电子板位于齿轮马达的外壳内，而第二板位于外壳外部。
13.有利地，位置磁体具有角向延伸，使得磁体永远不会与管理传感器之一形成竖直线。
14.因此，本技术的一个主题是一种旋转式流体分配器，该旋转式流体分配器包括：阀体，该阀体具有至少一个流体入口端口和流体出口端口；芯部，该芯部能够允许或中断流体
在入口端口和出口端口之间流动，所述芯部绕纵向轴线可旋转并且被构造为具有两个端部角位置；齿轮马达，该齿轮马达包括齿轮减速器、无刷电动马达和具有纵向轴线的输出轴杆，芯部可旋转地固定到所述输出轴杆，用于管理电动马达的传感器安装到第一电子板且面向齿轮马达的转子的侧面，至少一个角位置传感器用于检测输出轴杆的角位置且被安装到第二电子板，第一电子板和第二电子板设置在与纵向轴线正交的两个不同平面中，永磁体可旋转地固定安装到输出轴杆并且被设置成由角位置传感器检测。所述永磁体具有圆弧形状，永磁体的位置和角向延伸使得无论输出轴杆的角位置将芯部放置在芯部的端部角位置之间的任何位置，考虑到所述磁体的投影和管理传感器的投影在正交于纵向轴线的同一平面上，永磁体的投影在径向方向上不面对管理传感器的投影。
15.在一个优选示例中，齿轮马达包括容置马达和齿轮减速器的壳体，其中第一电子板容置在壳体内，而第二电子板设置在壳体外部且在壳体和阀体之间。
16.有利地，永磁体是直径上磁化的磁体。
17.在示例性实施例中，阀体包括两个出口端口，这些端部角位置中的一个端部角位置至少主要对应于这些出口端口之一与入口端口之间的流动，另一个端部角位置至少主要对应于这些出口端口之一与入口端口之间的流动。
18.有利地，旋转式流体分配器包括定向装置，该定向装置用于相对于输出轴杆定向永磁体，以便将磁体的北极和南极相对于输出轴杆定位在给定取向上。
19.定向装置例如包括形成在磁体中的锪平面以及突出构件，锪平面与由输出轴杆承载的平坦构件配合，突出构件由输出轴杆或永磁体承载且与对应地由永磁体或输出轴杆承载的凹入元件配合。
20.永磁体优选粘合到输出轴杆。
21.马达可以包括附接到且电连接到第一电子板的线圈。
22.有利地，齿轮马达包括三个或三的倍数个线圈。
23.优选地，齿轮减速器至少部分地容置在转子中。
24.齿轮减速器有利地是行星齿轮减速器，齿轮马达包括形成转子的旋转轴线和行星齿轮减速器的轴的单个轴。
附图说明
25.基于以下描述和附图将更好地理解本发明，其中：
26.图1是根据本发明的液压分配器的示例的纵向截面图。
27.图2是图1的齿轮马达的透视图，其中电子板和输出轴杆示出在齿轮马达的外部。
28.图3a是位置传感器的磁体的示例的俯视图。
29.图3b是图3a的磁体的透视图。
30.图3c是示出了位置磁体和位置传感器的相对位置的侧视图。
31.图3d是输出轴杆和位置磁体的透视图。
32.图4a是图2的齿轮马达的仰视图，其中省略了一些部件以示出传感器和位置磁体，其中位置磁体在输出轴杆上的第一位置。
33.图4b是类似于图4a的齿轮马达的仰视图，其中位置磁体在输出轴杆上的第二位置。
34.图4c是类似于图4a的齿轮马达的仰视图，其中位置磁体在输出轴杆上的第三位置。
35.图5是由位置传感器观察到的磁场b(mt)根据位置传感器与磁体之间的角度β(
°
)变化的图示。
36.图6是由位置传感器发出的电压e(v)根据位置传感器与磁体之间的角度β(
°
)的变化。
具体实施方式
37.在图1中，可以在纵向截面图中看到由根据本发明的齿轮马达mr驱动的示例性液压分配器dh。在图2中可以单独看到齿轮马达。
38.分配器dh包括阀体b和芯部n，该阀体具有绕轴线x的基本上圆柱形的回转形状，该芯部安装在阀体b中并且能够在阀体b中旋转。
39.在所示示例中，阀体b包括作为一体件的底部f和圆柱形侧壁p，以及用于关闭阀体的阀盖c。例如，阀盖c通过焊接(例如通过超声波焊接)固定到阀体b。
40.阀体b包括供应端口(不可见)和至少两个出口端口o，该供应端口形成于侧壁p中且延伸至用于连接到液体源的导管，至少两个出口端口o也形成于侧壁p中，每个出口端口o延伸至导管t，导管t用于将液体供给到给定区域，例如待冷却的区域。阀体b限定了液压室。
41.入口端口和出口端口围绕轴线x分布在壁上。
42.芯部n安装在液压室内，并且与齿轮马达a的输出轴杆a接合。
43.齿轮马达沿着纵向轴线x延伸。齿轮马达包括壳体2，电动马达m和行星齿轮减速器r容置在壳体2中。壳体2保护马达和齿轮减速器免受外部环境的影响。与芯部接合的输出轴杆a的纵向端部通过开口3从壳体2突出。
44.在以下描述中，包括输出轴杆a的齿轮马达的纵向端部将被称为“下游端部”，齿轮马达的另一纵向端部将被称为“上游端部”。齿轮马达的各种部件相对于这些端部的定向可被称为“上游”或“下游”。
45.壳体2包括外壳4和封闭外壳的盖5。
46.电动马达是无刷马达并且包括定子8和设置在定子8中的转子10。
47.定子8例如由一叠磁钢片(例如m270-35a钢)制成。也可以以非限制性方式使用其他钢，例如m235-35a、m250-35a和m330-35a。
48.例如，定子由28个片组成，每个片的厚度为0.35mm。定子的总厚度为9.8mm。
49.定子包括用于容置转子10的容置部；容置部延伸穿过定子8的整个厚度。
50.每个线圈例如包括：称为场框的塑料本体；两个接线片或连接插头；以及导线，该导线缠绕在本体上并在两个端部连接到待与电子板连接的两个接线片上。
51.在图1和图2中，可以看到第一电子板pcb1，线圈12的引脚连接到该第一电子板pcb1并且第一电子板pcb1用于驱动转子。例如，线圈12通过接线片与第一电子板pcb1电连接和机械连接，该接线片通过机械夹紧与线圈电连接。
52.在所示的示例中，存在三个线圈12，它们的数量通常等于3n，其中n是至少等于1的整数。线圈12围绕转子以角扇区α1设置。
53.转子10安装在定子内部并且用于绕轴线x在定子中旋转。转子10包括例如形成转
子的外表面并面向线圈的多极磁体21。
54.转子10包括形成毂部20的底部，该毂部在与面对容置部的面相对的下游面上包括小齿轮24，小齿轮24形成齿轮减速器r的第一太阳齿轮。第一太阳轮24因此由毂部20直接旋转驱动。
55.齿轮减速器还包括第一行星架板26和三个第一行星齿轮27，三个第一行星齿轮27围绕平行于轴线x的轴可旋转地安装到行星架板26的上游面。第一行星齿轮27与第一太阳齿轮24啮合。第二太阳齿轮28与第一行星架板26可旋转地形成一体，并沿着轴线x设置在第一行星架板26的与承载第一行星齿轮27的上游面相对的下游面上。
56.齿轮减速器包括第二行星架板30和三个第二行星齿轮32，三个第二行星齿轮32围绕平行于轴线x的轴32.1可旋转地安装到第二行星架板30的上游面。第二太阳齿轮28与第二行星齿轮32啮合。
57.有利地，行星齿轮27和32是相同的，这简化了齿轮马达的制造。
58.齿轮马达的输出轴杆a与第二行星架板30可旋转地成一体，并从第二行星架板30的与承载第二行星齿轮32的上游面相对的下游面突出。
59.输出轴杆a可以由形成在盖中的开口的周缘边可旋转地引导。
60.齿轮减速器还包括具有轴线x的外齿圈34，外齿圈34布置在转子10内部和第一行星齿轮27和第二行星齿轮32外部，使得行星齿轮27和32与齿圈34啮合。因此，齿轮减速器的所有元件设置在齿圈34内部。齿圈34相对于壳体2固定。
61.非常有利地，齿圈34例如通过模制被嵌入到外壳4中。替代地，齿圈34通过焊接、粘合、螺钉等附接到外壳4。
62.非常有利地，单个定心轴38穿过齿轮减速器r和马达m并确保齿轮减速器的不同元件和转子10相对于定子8的定心。轭25包括穿过第一太阳齿轮允许定心轴38通过的中心通道。转子10和定子8之间的气隙因此在不使用轴承的情况下设置。取消轴承有助于延长齿轮马达的使用寿命。此外，齿轮马达的设计被简化并减少了其质量。
63.定心轴38轴向地和横向地保持在齿轮马达中。为此，盖5的内部底部包括接纳轴38的一个纵向端部38.1的容置部41，并且承载输出轴杆的第二行星架板30还包括在其上游面上的第二行星齿轮之间的容置部43，容置部43接纳轴38的另一端部38.2。当第二行星架板30通过输出轴杆a由盖5中的开口的周缘引导时，定心轴38的另一端部也被轴向地和横向地保持。轴38固定地安装在盖5中，例如端部38.1安装成夹在盖5的容置部41中。
64.此外，第一太阳齿轮24和第二太阳齿轮28在它们的中心分别包括轴向通道42、44，以用于使定心轴38从其穿过。容置部40、41和容置部42、44的直径被调整到轴38的直径，以确保定心轴38被横向保持并且各齿轮减速器部件被适当地可旋转地引导。
65.轴38确保所有移动元件的引导、重新定心并且还为移动元件提供滑动轴承的功能。
66.定心轴38有利地由金属制成，该金属例如为钢，有利地是不锈钢，以便具有足够的刚度。轴杆的直径可以通过磨削操作精确设置。有利地，轴38例如通过机加工以高精度制造。轴的直径有利地具有20μ0的最大公差和5μ最的圆柱度。
67.固定在壳体中的轴38与移动元件之间的间隙有利地在20μ0至60μ0之间。
68.外壳和盖被布置成使得容置部40和41确保定心轴38和齿圈34之间的同轴度。
69.固定的定心轴和定位精度的实现(在包括齿圈34的盖和外壳被制造和组装时可以获得)使得非常有利地是，在定心轴和围绕定心轴旋转的移动元件之间不使用球轴承。
70.该定心轴38的实现使得可以限制齿轮减速器的磨损。此外，它便于组装。对于塑料材料的齿轮减速器元件，定心轴还确保了元件之间有足够的间隙以便元件正确啮合。
71.有利地，行星架板上的行星齿轮的轴由钢制成，该钢例如为不锈钢，以进一步改进引导并避免行星齿轮减速器的齿轮的齿的磨损。
72.此外，由于齿轮减速器的可旋转移动元件围绕该小直径轴转动，因此单个轴的实施可以显著减少损耗。
73.齿轮马达还包括安装到第一电子板pcb1的电动马达管理传感器17，例如对转子的磁体21的移位敏感的霍尔效应传感器。管理传感器的数量等于3m，其中m是大于1的整数。
74.考虑到径向方向，管理传感器17设置在线圈12和转子10之间，并且两个端部管理传感器在它们之间界定出角扇区α1。
75.输出轴杆a由电动马达在两个端部位置pe1和pe2之间可旋转地移动。第一端位置pe1对应于芯部的将输入端口连接到输出端口s1的位置，并且端位置pe2对应于芯部的将输入端口连接到输出端口pe2的位置。
76.在所示示例中，芯部枢转96
°
角度以从端部位置pe1切换到端部位置pe2。
77.中间位置位于与端部位置pe1和pe2中的每一个成48
°
的位置。
78.齿轮马达包括输出轴杆a的角位置传感器56以检测芯部在两个端部位置pe1和pe2之间的角位置。位置传感器56对磁场变化敏感，例如它为霍尔效应传感器。
79.位置传感器安装到第二电子板pcb2，永磁体58附接到输出轴杆a并相对于位置传感器56定位，使得其旋转运动以及因此输出轴杆的旋转运动由位置传感器56检测。如从图3c中可以看出的，当考虑纵向方向时，位置传感器与位置磁体的一部分在竖直直线上布置。磁体与传感器56之间的距离例如为1.2mm
±
0.2mm。
80.磁体58源自直径上磁化的环形磁体，即其中场线与直径对齐。磁体由环形磁体的角部分形成。南s极和北n极如图3a所示。磁体58例如由钕、铁和硼粉末的混合物以及粘合剂(例如聚酰胺pa12)例如通过注射制成。
81.第二电子板pcb2被布置成轴向远离第一电子板pcb1。在所示的示例中，板pcb2和位置传感器有利地设置在外壳外部并且至少部分地围绕输出轴杆a，进一步将位置传感器与磁体21隔离。
82.例如，板相距10毫米。优选地，该距离尽可能大，从而限制相互干扰。
83.在所示的示例中，板pcb2包括凹部，该凹部具有对应于输出轴杆a的半径的半径，使得板pcb2可以尽可能靠近输出轴杆a放置。
84.位置传感器56以如下这种方式安装到第二电子板pcb2，即，使得磁体58可以采取对管理传感器17影响很小或没有影响的角位置。
85.如在图3a、3b和3d中看到的，磁体58具有圆弧的形状并且其角向延伸使得当输出轴杆a处于端部位置pe1和pe2中的任一位置时，磁体仍然面向位置传感器并且使得，考虑管理传感器和磁体58在与轴线x正交的同一平面中的投影，位置磁体58的投影的任何部分都没有在径向方向上面向管理传感器。
86.位置传感器56测量传感器和磁体之间的角度β(
°
)，该角度是在穿过位置传感器58
的中间区域的半径和穿过两极的连接区域的半径之间测量的。
87.在图4b和4c中，可以在输出轴杆a的两个端部位置pe1和pe2中看到磁体58。在图4a中，磁体相对于位置传感器56处于居中位置。
88.在所示的示例中(图3c)，考虑到轴向方向，磁体58部分地面向位置传感器56。更具体地，磁体58位于电子板pcb1和pcb2之间。
89.在图3d中，可以看到输出轴杆a和磁体58。输出轴杆a包括下游定向的肩部60，磁体58安装到该肩部60上。磁体例如卡扣和/或粘合到输出轴杆a上。有利地，位置磁体58卡扣到输出轴杆上。例如，输出轴杆a包括用于磁体58的容置部，该容置部形成在肩部中。磁体58包括与容置部的平坦构件配合的锪平面(spot facing)61，以及从磁体58的角端部突出并与容置部的凹部配合的舌状物62，从而确保磁体至少暂时被保持并且安全，以及磁体的北极和南极始终安装在同一方向。然后磁体58被粘合以确保它确实地附接到输出轴杆上。优选地，粘合通过聚合实现，聚合在高温下提供良好保持性。替代地，容置部包括接纳在磁体中的凹部中的突起。优选地，容置部的深度使得磁体58的自由表面与肩部60齐平。
90.优选地，磁体58的角向延伸具有最大的线性变化并提供最大的斜率，如下文将解释的。
91.替代地，考虑到径向方向，磁体58被布置为面向位置传感器，即，磁体介于轴杆和位置传感器之间。然后调整磁体的磁化强度。
92.将描述传感器和磁体58的布置和尺寸的实际示例。
93.管理传感器17以等于12
°
的角度α1彼此相邻布置在第一电子板pcb2上。
94.位置传感器56围绕输出轴杆设置在第二电子板pcb1上。位置传感器与位于边缘的管理传感器之一之间的角度等于142
°
。
95.芯部的两个端部位置相隔90
°
角度。
96.磁体58具有100
°
的角向延伸。在芯部的并因此在输出轴杆的中间位置，即当芯部处于中间位置时，位置传感器56位于与磁体58的每个角端部相距50
°
的角度处(图4a)。因此，无论输出轴杆a在两个端部位置之间的角位置如何，位置磁体58总是面向位置传感器。位置传感器不是点状的，但它的位置被认为是穿过位置传感器中间的半径的位置。
97.不管磁体58的角位置如何，考虑到径向方向，磁体58的投影中的任何部分都没有面向管理传感器(图4b和图4c)。
98.有利地，磁体58和输出轴杆a包括用于将磁体安装到输出轴杆上的安全装置，以确保每个分配器的每个磁体被相同地安装并且每个位置传感器提供相同的响应，即根据输出轴杆的角位置电压变化相同。
99.在图5中，可以看到对于直径上磁化的环形磁体，磁场根据角度β的变化。观察到在-50
°
到 50
°
之间的角部分具有大斜率的基本线性变化。
100.磁体58优选地被安装成使得位置传感器传递作为角位置的函数的电压值，例如图6中所表示的电压值。
101.如果磁体以相反的方式安装，即南极替代北极，电压变化的斜率将为负。有利地，提供安全装置以避免这种情况。
102.非常有利的是，在制造过程中，进行每个分配器的单独校准步骤，以保证对于给定电压，芯部的角位置相同。
103.例如，输出轴杆和磁体旋转的角度介于-3
°
至93
°
之间，传感器检测到来自磁体的磁场b在此旋转幅度内在-100mt和 100mt之间变化。
104.对传感器进行编程，使得-3
°
的端部位置及其场对应于0.5v的输出电压，而93
°
的端部位置及其场对应于4.5v的输出电压e。每个中间位置成比例分配电压。
105.电子控制单元通过对相应的电压值e编程来调整阀位置。
106.该阀是两个输出端之间的比例阀。
107.替代地，阀包括输入端和输出端，阀的打开或关闭成比例。
108.应理解的是，磁体58的角向延伸根据芯部的端部位置之间的角度来选择。
109.在所示的示例中并且优选地，电动马达是三相马达，其包括绕轴线x均匀地成度分布的多个线圈12，该多个线圈为3的倍数。然而，两相马达、更一般地多相马达并不脱离本发明的范围。
110.齿轮马达的外形没有限制，它是根据马达的环境和制造可能性来选择的。
111.液压分配器特别适用于汽车领域，特别是用于冷却内燃机，但它可以用于任何其他领域。