线性致动器及其控制方法与流程

技术领域

本发明涉及线性致动器及其控制方法，并且更加具体地，涉及将马达的旋转力转换成直线运动的线性致动器及其控制方法。

背景技术：

马达设置有可旋转地形成的轴、耦接到轴的转子以及紧固在壳体内部的定子，并且该定子沿着转子的外围安装，其中，在转子的外围与定子之间具有一定的空间。此外，线圈绕在定子的周围以形成旋转磁场，以便使线圈和转子之间产生电相互作用，以引起转子的旋转。

从如上所述的马达中输出的动力是旋转力。因此，为了利用马达的旋转力作为使得部件被线性移动的动力，需要单独的动力转换装置。这样的动力转换装置的示例可以是包括其上安装有丝杠的马达的致动器。

最近，已经提出了可变式前灯，其可以响应于驾驶员的转向方向而最大限度地在晚上确保驾驶员的视野，并且可以将马达(在其中安装有丝杠)作为实现前灯的旋转和对准的致动器来使用。

在一般情况下，如上的实现线性驱动的马达可以被称为步进马达，并且可以将连接到部件的螺母安装在步进马达的丝杠上。

在上面提到的步进马达中，如果限制发生在部件之间的连接关系中或者没有输出控制脉冲，则部件没有位于其目标位置处，并且由于步进马达经由单向脉冲而被控制的特征，用户难以验证上述故障。

技术实现要素：

本发明是为了解决上述问题，本发明的目的是提供能够感测被马达线性移动的部件的位置的线性致动器，以便在检测到故障的情况下执行补偿控制。

本发明所要解决的目的不限于上面所陈述的，并且通过以下描述，本领域的技术人员将清楚地理解以上未陈述的其它目的。

为了实现上述目的，本发明的线性致动器包括：马达；线性驱动单元，其耦接到马达并且包括磁铁；传感器单元，其被配置为感测取决于磁铁的位置的磁通量的变化量，并且将感测的磁通量的变化量转换成测量的电压数据；数据单元，在该数据单元中存储有与取决于磁铁的位置的磁通量的变化量对应的参考电压数据；以及判定单元，其被配置为将参考电压数据与在磁铁的相应位置处测量的电压数据进行比较。

本发明的线性致动器可以进一步包括位置补偿单元，该位置补偿单元被配置为：如果在判定单元中判定的参考电压数据与测量的电压数据之间的差值超过参考值，则控制对马达的驱动，使得参考电压数据与测量的电压数据之间的差值等于或小于参考值。

线性驱动单元可以包括耦接到马达的丝杠以及耦接到丝杠的螺母部分。

本发明的线性致动器可以进一步包括：初始化驱动单元，其被配置为控制马达，以将螺母部分的位置和传感器单元的位置相对于螺母部分的直线运动方向进行对准。

螺母部分包括磁铁，并且磁铁可以包括布置在螺母部分的运动方向上的第一极和第二极。

可以相对于螺母部分的直线运动方向以第一极和第二极的顺序来布置第一极和第二极。

初始化驱动单元可以控制马达，以允许第一极和第二极之间的界线位于传感器单元的相对于螺母部分的直线运动方向的中心处。

如果当螺母部分向前移动时传感器单元感测到第一极，则初始化驱动单元可以执行第一运动，在第一运动中停止螺母部分的向前运动并执行螺母部分的向后运动，并且如果传感器单元在第一运动之后感测到第二极，则初始化驱动单元可以执行第二运动，在第二运动中停止螺母部分的运动并执行螺母部分的向前运动。

初始化驱动单元将第一运动和第二运动重复地执行参考次数。

为了实现上述目的，本发明公开了一种用于控制线性致动器的方法，所述线性制动器包括：马达；线性驱动单元，其耦接到马达并且包括磁铁；以及传感器单元，其感测磁铁，该方法包括：a)感测取决于磁铁的位置的磁通量的变化量，并且将感测的磁通量的变化量转换成测量的电压数据；b)将对应于磁通量的变化量的参考电压数据与测量的电压数据进行比较，所述磁通量的变化量取决于所述磁铁的位置；并且c)如果参考电压数据与测量的电压数据之间的差值超过参考值，则控制对马达的驱动，使得所述差值等于或小于参考值。

线性驱动单元可以包括耦接到马达的丝杠以及耦接到丝杠的螺母部分。

在步骤a)之前，该方法可以进一步包括：d)控制马达，以将螺母部分的位置和传感器单元的位置相对于螺母部分的直线运动方向进行对准。

在步骤d)中，螺母包括磁铁，磁铁包括布置在螺母部分的运动方向上的第一极和第二极，并且当相对于螺母部分的直线运动方向以第一极和第二极的顺序来布置第一极和第二极时，可以控制马达，以允许第一极和第二极之间的界线位于传感器单元的相对于螺母部分的直线运动方向的中心处。

在步骤d)中，如果当螺母部分向前移动时，传感器单元感测到第一极，则可以执行第一运动，在第一运动中停止螺母部分的向前运动并执行螺母部分的向后运动，并且如果传感器单元在第一运动之后感测到第二极，则可以执行第二运动，在第二运动中停止螺母部分的运动并执行螺母部分的向前运动。

在步骤d)中，可以将第一运动和第二运动重复地执行参考次数。

附图说明

通过参考附图详细地描述本发明的示例实施例，本发明的以上和其它目的、特征和优点对于本领域的技术人员而言将变得更加显而易见，在附图中：

图1是图示了根据本发明的一个实施例的线性致动器的视图；

图2是图示了图1中所示的线性致动器的框图；

图3是图示了传感器部分和螺母部分的磁铁的视图；

图4是图示了用于控制根据本发明的一个实施例的线性致动器的方法的视图；以及

图5和图6是图示了用于初始化螺母部分的原点的过程的视图。

具体实施方式

根据以下描述以及结合附图的优选实施例，本发明的目的、特定优点和新颖的特性将会变得更加显而易见。另外，在此详细的说明书和权利要求书中所使用的术语或词语不应该被解释为局限于典型或字典的定义，而是基于发明人能够适当地限定术语的概念以用最佳的方式来描述他的或她的发明的原则，应该被理解为在本公开的技术范围内的含义和概念。此外，在对本发明的详细描述中，为了清楚和简明，省略对会混淆本发明的主旨的相关公知技术的详细描述。

包括序数词如“第二”、“第一”等的术语可以被用来描述不同的部件，但是这些部件不受这样的术语的限制。仅出于将一个部件与其它部件进行区分的目的而使用这些术语。例如，在不背离本发明的范围的情况下，第一部件可以被指定为第二部件。以同样的方式，第二部件也可以被指定为第一部件。术语“和/或”包括所公开的多个相关项的组合以及来自所公开的多个相关项中的任何项。

图1是图示了根据本发明的一个实施例的线性致动器的视图。图1清楚地示出了主要的区别部分，使得能够清楚地以及从概念上理解本发明。作为结果，可以预料对图1中所示的结构的各种修改，并且本发明的范围不受图1中所示的特定结构的限制。

图2是图示了图1中所示的线性致动器的框图。

参考图1和图2，线性致动器可以包括马达100、线性驱动单元200、传感器单元300、数据单元400、判定单元500以及位置补偿单元600。传感器单元300、数据单元400以及判定单元500可以包括在对马达100进行驱动的控制模块中。

马达100和线性驱动单元200是以下单元：所述单元将旋转运动转换为直线运动，并且将驱动力传递到将线性致动器施加到其中的对象。可以 将步进马达作为马达和线性驱动单元来使用。马达100可以包括定子110、转子120和轴130。

定子110具有在其上形成的定子铁心，沿着定子铁心的外围形成齿，并且可以将线圈绕在定子的齿的周围以形成旋转磁场。可以将绝缘体安装在定子铁心上，以使定子铁心与线圈绝缘。

转子120可旋转地布置在定子110的内部。通过绕在定子和转子的周围的线圈之间的电磁的相互作用而使转子120旋转。可以将轴130耦接到转子120的中心部分。因此，如果使转子120旋转，则轴130与转子一起旋转。可以在采用以下结构的形式来实现转子120：磁铁被包括在转子铁心的内部，或者将磁铁附接到转子铁心的外圆周表面上。

线性驱动单元200可以包括丝杠210和螺母部分220。虽然轴130和丝杠210可以根据其形状和功能分别地进行描述，但是它们可以是通过垂直地连接轴和丝杠而形成的一个装置。螺母部分220螺纹耦接到丝杠210。螺母部分220可以响应于丝杠210的旋转而沿丝杠210线性地移动。

此外，螺母部分220是连接到部件的部分。此处，部件可以是安装在机动车辆上的前灯。具体地，可以将螺母部分直接连接到前灯的反射器，或者可以经由连接构件如连杆将螺母部分间接地连接到前灯的框架或反射器。随着螺母部分220进行直线往复运动，前灯被旋转和对准，使得能够改变从前灯中发出的光的照射方向。

参考图1和图2，传感器单元300被布置在导轨140的底面上，以感测由包括在螺母部分220中的磁铁221所引起的磁通量的变化量。传感器单元300可以是霍尔传感器，其通过霍尔效应将磁场的变化转换成电压。

图3是图示了传感器单元和螺母部分的磁铁的视图。

参考图1到图3，可以将采用开放形状的磁铁221附接到螺母部分220的下部。此外，可以将传感器单元300布置在导轨140的底面上，以面向磁铁221的下部。当将螺母部分220的运动方向限定为螺母部分220的横向方向和传感器单元300的横向方向时，穿过传感器单元300的横向方向中心的虚构垂直参考线(在图3中的CL)可以是起点的位置，该起点为螺母部分220的运动出发点。为此，当开始驱动螺母部分220时，可以调整螺母部分220的位置，以允许螺母部分220的横向方向中心与垂直参考线(在图3中的CL)对准。

相对于螺母部分220的横向方向，可以将具有N极的第一磁铁221a 安装在磁铁221的一侧，并且将具有S极的第二磁铁221b安装在磁铁221的另一侧。

如果螺母部分220位于启动对螺母部分的驱动的原点处，则螺母部分220可以被设置成使得第一磁铁221a与第二磁铁221b之间的界线222与垂直参考线(在图3中的CL)对准。

当使螺母部分220移动时，传感器单元300实时地感测磁通量的变化量，将感测的磁通量的变化量转换成测量的电压数据，并且将测量的电压数据传送到判定单元500。

数据单元400存储测量的电压数据。在数据单元400中，以表格的形式事先存储在无故障的状态下对应于磁通量的变化量的电压，其中磁通量的变化量取决于相对于螺母部分220的运动方向的螺母部分220的位置。具体地，当从垂直参考线(如图3的CL)移动螺母部分220时，改变了由传感器单元300感测到的磁通量的变化量。此外，传感器单元300将改变的磁通量的变化量转换成电压，其中磁通量的变化量正在被改变。在移动螺母部分220之后，在每个特定的时间或在马达的每个特定的旋转角度，电压被存储在数据单元400中，其中电压通过转换传感器单元300中的磁通量的变化量而获得。上述电压被称为参考电压数据。上述参考电压数据成为用于判定步进马达或螺母部分220是否有故障的判据。

判定单元500将测量的电压数据与在螺母部分220的指定位置上(即马达100的特定旋转角度)的参考电压数据进行比较，以判定马达或螺母部分是否有故障。

确定对应于马达100的旋转角度的螺母部分220的位置，并且如果从马达100的控制模块中没有输出脉冲，或者故障发生在螺母部分220和部件的机械条件下，则测量的电压数据不同于参考电压数据。如果测量的电压数据与在螺母部分220的指定位置处的参考电压数据之间的误差超过特定的参考值，则螺母部分220可能不在其预定的原点位置。当故障以这种方式发生时，如果部件是前灯，则可能会遇到实现不了光的目标照射角度的问题。此处，考虑到马达100的输出、丝杠210的长度、部件的状况等，可以适当地确定关于测量的电压数据与参考电压数据之间的误差的参考值。如果测量的电压数据与参考电压数据之间的误差超过特定的参考值，则判定单元500将上述误差传送到位置补偿单元600。

在驱动螺母部分220之后，判定单元500可以在每个特定的时间将测 量的电压数据与参考电压数据进行比较。

位置补偿单元600对马达100进行反馈控制，直到测量的电压数据和参考电压数据之间的误差被补偿到判定单元500中的特定参考值范围以内的值。位置补偿单元600可以将脉冲施加到马达100，以用于补偿与对应于测量的电压数据的螺母部分220的位置和对应于参考电压数据的螺母部分220的位置之间的差异相对应的距离。

图4是图示了用于控制根据本发明的一个实施例的线性致动器的方法的视图。

以下为用于控制根据本发明的一个实施例的线性致动器的方法。

参考图3和图4，首先执行原点初始化过程(S100)。

原点初始化过程是用于将螺母部分220移动到驱动起始位置的过程。在这个原点初始化过程中，调整螺母部分220的位置，使得界线222位于相对于传感器单元300的虚构垂直参考线(在图3中的CL)上的第一磁体221a和第二磁铁221b之间。

垂直参考线(在图3中的CL)对应于参考位置，在此参考位置处开始对螺母部分220的驱动。

图5和图6是图示了针对螺母部分的原点初始化过程的视图。

首先，在螺母部分220被设置在马达100的相对于螺母部分220的一侧的状态下，初始化驱动单元700控制马达100，以允许螺母部分220向前移动。当螺母部分220向前移动并经过垂直参考线(在图3中的CL)，并且传感器单元300感测到第一磁体221a时，初始化驱动单元700控制马达100，以停止螺母部分220的运动，并且允许螺母部分向后移动。以下，上述过程被称为第一运动。

在螺母部分220的由第一运动引起的向后运动期间，如果感测到第二极，则初始化驱动单元700控制马达100，以停止螺母部分220的运动并且允许螺母部分向前移动。以下，上述过程被称为第二运动。

初始化驱动单元700数次重复第一运动和第二运动，以执行原点初始化过程。

假设在第一运动期间当停止螺母部分220的运动时的垂直参考线CL与界线222之间的相对于螺母部分220的运动方向的距离被称为“d1”，并且在第二运动期间当停止螺母部分220的运动时的垂直参考线CL与界 线222之间的相对于螺母部分220的运动方向的距离被称为“d2”，则当第一运动和第二运动被重复数次时，d1和d2的大小可能会被减小。

根据马达100、线性驱动单元200和传感器单元300的特性，可以不同地改变和确定针对第一运动和第二运动的重复的参考次数。

如果在起点初始化过程之后移动螺母部分220，则传感器单元300感测到取决于磁铁221的位置的磁通量的变化量，并且将感测到的磁通量的变化量转换为测量的电压数据(S200)。

接下来，判定单元500将测量的电压数据与数据单元400的在螺母部分220的指定位置处(即马达100的特定旋转角度)的参考电压数据进行比较，以判定是否已经发生了故障(S300)。此时，如果部件是用于机动车辆的前灯，则螺母部分220的指定位置可以是螺母部分220的以下位置：在该位置处实现了对应于来自灯控制模块的指令的灯的角度。

接下来，如果判定单元500判定测量的电压数据与在螺母部分220的指定位置处的参考电压数据之间的误差超过特定参考值，则位置补偿单元600对马达100进行反馈控制，直到测量的电压数据与参考电压数据之间的误差被补偿到特定参考值范围以内的值。

参考附图，以上已经详细地描述了根据本发明的一个优选实施例的线性致动器及其控制方法。

根据本发明的一个实施例，感测马达的螺母部分的位置，并且将测量的电压数据与指示螺母部分的参考位置的参考电压数据进行比较，并且如果已经发生了错误，则对马达的位置进行补偿控制，以便在步进马达中执行反馈控制，以确保将本发明应用到其中的产品的性能。

此外，根据本发明的一个实施例，本发明在以下方面是有利的：因为通过反馈控制来实现补偿控制结构，其中反馈控制是通过使用相对廉价的霍尔传感器来执行的，所以可以显著地降低将本发明应用到其中的产品的制造成本。

应该理解的是，以上的实施例在各个方面不是限制的而是解释性的，并且本发明的范围将由所附的权利要求书来限定，而不是由说明书来限定。此外，应该理解的是，权利要求书的含义和范围以及由权利要求书的等同概念得到的所有的修改和变化都包括在本发明的范围内。

附图标记

100:马达

110:定子

120:转子

130:轴

200:线性驱动单元

210:丝杠

220:螺母部分

221:磁铁

221a:第一磁铁

221b:第二磁铁

300:传感器单元

400:数据单元

500:判定单元

600:位置补偿单元。