CN113939982A - 用于检测刮水器马达的旋转部分的旋转角位置的方法、以及刮水器马达 - Google Patents

用于检测刮水器马达的旋转部分的旋转角位置的方法、以及刮水器马达 Download PDF

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CN113939982A CN202080037778.3A CN202080037778A CN113939982A CN 113939982 A CN113939982 A CN 113939982A CN 202080037778 A CN202080037778 A CN 202080037778A CN 113939982 A CN113939982 A CN 113939982A
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马蒂亚斯·肖恩德林
迈克尔·朔伊布勒
约尔格·伯克尔
托比亚斯·格罗尼格
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Abstract

本发明涉及一种用于检测刮水器马达(10)的旋转部分的旋转角位置(α，β)的方法，该刮水器马达(10)具有作为第一部分的无刷电动马达(12)，该无刷电动马达包括围绕第一旋转轴线(14)旋转的转子(15)，并且该无刷电动马达驱动作为第二部分的齿轮(24)，该齿轮围绕第二旋转轴线(28)旋转并且包括从动轴(26)，并且这两个旋转部分的旋转角位置(α，β)是通过两个传感器装置(31，38)检测的，这些传感器装置各自具有信号产生元件(30；30a；30b，36)以及用于该检测信号产生元件(30；30a；30b，36)的改变的物理参数的传感器元件(32；32a至32d；40；40a至40d)。

Description

用于检测刮水器马达的旋转部分的旋转角位置的方法、以及 刮水器马达
背景技术
本发明涉及一种用于检测刮水器马达的旋转部分的旋转角位置的方法，该方法具有权利要求1的前序部分的特征。本发明还涉及一种刮水器马达，该刮水器马达被配置成执行根据本发明的方法。
本申请人从DE 10 2017 121 222 A1中知晓一种刮水器马达，该刮水器马达被配置成执行根据权利要求1的前序部分的方法。已知的刮水器马达或已知的方法的突出之处在于，两个传感器装置被设置用于检测无刷电动马达的转子的旋转角位置以及由电动马达驱动并至少间接地用于驱动刮水器的齿轮的旋转角位置。两个传感器装置中的每一个包括信号产生元件、以及用于检测信号产生元件的改变的物理参数的传感器元件。典型地，传感器装置被配置成霍尔传感器的形式，其中霍尔传感器检测移动经过霍尔传感器并产生磁场的元件的改变。已知的传感器装置的进一步的显著特征在于，当首次检测磁场或当启动电动马达时，所述传感器装置不能够检测旋转部分(转子或齿轮)的绝对角位置。相反，在传感器装置的评估单元可以得出关于旋转部分的绝对角的结论之前，需要旋转部分的进一步信息或某一旋转角。
特别是结合无刷电动马达，希望或需要尽可能快速且准确地知晓旋转角位置，以用于激励或激活定子的单个导线绕组。类似地，为了检测刮水器马达的从动轴的旋转角位置，这也是合乎需要的，所述从动轴连接到刮水器马达。
发明内容
具有权利要求1的特征的根据本发明的用于检测刮水器马达的旋转部分的旋转角位置的方法具有以下优点：允许非常快速且精确地检测旋转部分的绝对旋转角、特别是当启动刮水器马达时。根据本发明权利要求1的内容，可以实现的是，旋转部分的绝对旋转角位置是借助于传感器装置中的至少一个来检测的。此处所表示的意思是，可以仅仅从物理参数的第一信息或第一检测就得出关于旋转部分相对于角参考(0度)的绝对旋转角的结论。这特别甚至包含电动马达仍然不旋转的情形，即，即使在原本旋转部分的静止状态下也可以检测角位置。
从属权利要求中呈现了根据本发明的用于检测刮水器马达的旋转部分的旋转角位置的方法的有利改进。
在根据本发明的方法的优选改进中，提出了信号产生元件的磁场的改变是借助于检测绝对角位置的传感器装置来检测的。特别地，因此可以例如从磁场的磁通量密度的量值结合其取向来得出关于旋转部分的绝对角位置的结论。
然而，其他物理操作原理也是可以想到的，例如光学操作测量装置或检测其他物理参数(比如，电感等)的传感器装置。
进一步优选的方法提出了两个旋转部分(特别是转子和齿轮)的旋转角位置相互匹配，其方式使得一个部分(例如，齿轮或从动轴的部分)的具体旋转角位置与另一部分(例如，转子的部分)的至少一个具体旋转角位置相匹配，两个旋转部分的当前匹配的旋转角位置与存储在存储单元中的值进行比较，并且当超过了当前值与存储的值之间的存储极限值时，产生信号、错误消息等。
这种优选的方法的背景是，典型地在新状态下或在旋转部分相对于彼此几乎没有游隙或没有游隙地设置的刮水器马达的状态下，这些部分的匹配的旋转角位置相对于彼此仅具有小的公差。然而，随着旋转部分之间磨损的增加或游隙的增大，旋转部分的检测到的旋转角位置改变，其方式使得例如与新状态下或没有游隙时的情况相比，旋转角位置之间存在较大角偏移或较大角差。因此，所提供的优选方法使得能够得出关于刮水器马达的旋转部分的磨损的结论，并且例如由于在检验或类似措施的范围内读取的对应错误消息，能够对刮水器马达进行修理或对应更换。此外，这种方法还使得基本上能够例如调适或修改定子的导线绕组的暂时的或角度一致的激活，以便能够在刮水器马达处并因此在刮水器处始终获得相同的移动序列。
根据本发明的方法的进一步的优选改进(其中，例如，可以得出关于刮水器马达的旋转部分的增加的摩擦或阻塞的结论)提出了在刮水器马达的操作期间，检测两个旋转部分中的至少一个的旋转角速度，并且当旋转角速度达不到极限值时，停止刮水器马达的运动和/或产生信号和/或错误消息等。因而，可以防止刮水器马达的损坏或过载。
本发明还包括一种刮水器马达，该刮水器马达优选地根据在此描述的根据本发明的方法操作。如本身已知的，刮水器马达的突出之处为：无刷电动马达，该无刷电动马达具有转子并且通过齿轮而驱动从动轴；并且包括两个传感器装置，这些传感器装置各自具有信号产生元件以及用于检测信号产生元件的改变的物理参数的传感器元件，这些传感器装置被配置成检测转子和从动轴的旋转角位置。根据本发明的刮水器马达的突出之处在于，两个传感器装置中的至少一个被配置成测量绝对角。
特别优选的是，至少一个传感器装置与电动马达的转子匹配，以用于测量绝对角。因此，这涉及以下事实，为了在时间上正确地激活定子的导线绕组，必须尽快知晓转子的(绝对)旋转角位置。此外，此处应考虑到，由于电动马达的转速的降低，齿轮或从动轴的同一绝对旋转角位置可以可选地与转子的多个不同旋转角位置匹配。根据齿轮或从动轴的绝对旋转角的知识，因此不是必然能够得出关于转子的绝对旋转角位置的结论。
在刮水器马达的结构优选的改进中，两个传感器装置的信号产生元件中的至少一个被配置成产生可由传感器元件检测的并根据旋转角位置而改变的磁场。
在刮水器马达的结构优选的布置和配置中，还提出了两个传感器元件设置在共享电路板的区域中、并且以导电方式连接到电路板。
关于传感器元件的具体布置存在各种可能性。在使用共享电路板的最后提议的改进中，可以提出至少一个传感器元件被设置成不覆盖转子或从动轴的旋转轴线。
在这种情况下，还提出检测从动轴或转子的旋转角位置的传感器元件被设置成覆盖从动轴的旋转轴线。
此外，在电路板的有利的结构改进中，可以提出电路板具有切口，并且被分配给转子的信号产生元件设置在切口的区域中。因而可以实现刮水器马达的特别紧凑的构造。
关于刮水器马达的尽可能紧凑的布置或配置，还有利的是，电路板的平面平行于转子的旋转轴线并且垂直于从动轴的旋转轴线延伸。
为了获得刮水器马达的附加功能性，还可以提出设置存储和评估单元，该存储和评估单元至少被配置成将从动轴的旋转角位置与转子的至少一个旋转角位置匹配，并且在刮水器马达的操作期间将其与从动轴和转子的存储的匹配值相比较，并且当超过了当前匹配值与存储的匹配值之间的存储极限值时，可以产生信号、错误消息等。
最后提议的改进提出了该存储和评估单元被附加地配置成在刮水器马达的操作期间检测旋转部分中的至少一个的旋转角速度，并且当旋转角速度达不到预定义极限值时，产生信号、错误消息等和/或减小刮水器马达的动力输出和/或停止其操作。
从以下对优选的示例性实施例的说明并且参照附图将显现出本发明的进一步的优点、特征和细节，
在附图中：
图1示出了刮水器马达的透视局部剖视图，
图2示出了穿过根据图1的刮水器马达的简化的纵向截面，
图3至图6各自示出了用于检测转子和齿轮的旋转角位置的传感器装置的不同布置的简化图示，
图7示出了用于解释将转子和齿轮的不同旋转角位置匹配以检测可能的磨损的图，以及
图8示出了用于解释检测刮水器马达的旋转部分的旋转角速度以检测旋转部分的可能堵塞的图。
具体实施方式
图中相同的元件或具有相同功能的元件配备有相同的附图标记。
图1和图2展示了用于驱动刮水器(未展示)的刮水器马达10的基本部件。刮水器马达10具有无刷电动马达12，该无刷电动马达具有围绕旋转轴线14旋转的转子15，并且具有磁性元件16。转子15被定子18径向包围，该定子仅展示在图1中并且以已知的方式具有多个导线绕组19，其方式使得转子15通过单个导线绕组19的相位移位或时间上连续的激励而被设定为旋转移动。
转子15连接到转子轴20以与其一起旋转，转子轴可旋转地安装在轴承装置21中，例如，在背离转子15的一侧上。在转子轴20的中心区段中，转子轴具有与齿轮24上的配合齿接部啮合的蜗杆传动装置22。齿轮24连接到从动轴26以与其一起旋转，并且围绕旋转轴线28可旋转地安装。从动轴26又以本身已知的方式联接到例如刮水器连杆，或者直接连接到要移动的刮水器。
转子15或转子轴20被设置成靠近转子15、与第一磁性元件布置30操作性连接。特别地，第一磁性元件布置30连接到转子轴20，以与其一起旋转。第一磁性元件布置30是第一传感器装置31的一部分，该第一传感器装置用于检测转子轴20的旋转角位置并因此检测转子15的旋转角位置。出于此目的，第一磁性元件布置30例如与传感器元件32相互作用。传感器元件32包括例如霍尔传感器布置，该霍尔传感器布置被配置成直接从第一磁性元件布置30的旋转角位置得出关于转子15或转子轴20的绝对旋转角位置的结论。需要绝对旋转角位置，以便允许定子18的导线绕组19的相位一致或角度一致的激励。绝对旋转角位置被理解为意味着旋转部分相对于固定参考位置(0度角位置)的旋转角。
此外，第二磁性元件布置36设置在从动轴26的端面34上。第二磁性元件布置36是第二传感器装置38的一部分，该第二传感器装置被配置成检测从动轴26的绝对角位置并因此检测齿轮24的绝对角位置。出于此目的，例如，第二磁性元件布置36同样与传感器元件40相互作用，该传感器元件同样具有例如霍尔传感器布置，该霍尔传感器布置被配置成基于第二磁性元件布置36的改变的磁场而得出关于从动轴26或齿轮24的绝对角位置的结论。
两个传感器元件32和40以导电方式设置在共享电路板42上。电路板42的平面平行于转子15的旋转轴线14并垂直于从动轴26的旋转轴线28延伸。在图2所展示的示例性实施例中，两个传感器元件32、40各自设置在电路板42的下侧43上，所述下侧面向转子轴20。此外，如本身已知的，用于激活或驱动刮水器马达10的部件设置在电路板42上。举例来说，所述部件包括被配置成激活或激励定子18的特定导线绕组19的IC 44或类似的逻辑电路。出于此目的，来自两个传感器装置31和38的信息作为输入变量供应到IC 44。
图3至图6展示了两个传感器装置31和38的不同布置。图3中展示了，电路板42a具有矩形切口46，传感器元件32a设置在该矩形切口的边缘上。第一磁性元件布置30a至少进入到切口46中的区域中。此外，可以看出，传感器元件40a被设置成与旋转轴线28对准，即覆盖第二磁性元件布置36。
图4展示了一种情况，其中，传感器元件40b相对于从动轴26的旋转轴线28横向偏移设置，而第一磁性元件布置30b和传感器元件32b的布置对应于图3的第一磁性元件布置30a的布置。
图5展示了近似根据图2的布置，其中，矩形电路板42在面向第一磁性元件布置30的一侧上配备有传感器元件32c，该传感器元件32c设置在距转子轴20的旋转轴线14某一距离处。第一磁性元件布置30位于电路板42的外部、在电路板42的背离转子15的一侧上。传感器元件40c的布置对应于根据图3的传感器元件40a的布置。
最后，图6(作为图5中的布置的修改)展示了一种情况，其中，两个传感器元件32d和40d被设置成相应地不覆盖转子轴20的旋转轴线14和从动轴26的旋转轴线28。
IC 44可选地具有存储和评估单元48，该存储和评估单元允许刮水器马达10的附加功能性。因此，图7在上下方向上展示了传感器装置31和38分别对转子15的绝对旋转角α和齿轮24的绝对旋转角β检测到的信号SR和SG。此处看到，在齿轮24旋转约360°时(信号SG的最大值)，处于部件的新状态或在部件之间没有任何游隙的转子15已旋转了例如十二次。此外，图7下部部分的信号SG的信号轮廓的虚线图示示出了在某个操作持续时间之后或者当转子轴20或转子15以及从动轴26或齿轮24的可操作地相互连接的那些部分之间发生磨损时出现的情形。特别地，可以看出在转子12旋转十二圈之后，齿轮24的信号SG还没有达到其最大值，也就是说齿轮24仍然没有旋转约360°。只有在附加的角偏移δ之后才会出现这种情况。
一旦角偏移δ超过存储和评估单元48中存储的极限值，就得出关于刮水器马达10的部件磨损的结论，并且使得这例如在错误存储器中存储为错误消息，产生对应的信号，等等。
最后，参照图8解释了存储和评估单元48还可以被配置成检测在刮水器马达10的时间t内转子轴20和/或从动轴26的旋转角速度ω。如果在刮水器马达10的操作期间，旋转角速度ω1低于例如下限值GW，那么得出结论：刮水器马达10由于内部错误而具有增大的摩擦值或阻塞趋势、或者由于外力影响(例如，雪负载等)而阻止刮水器马达10正确操作。同样在这种情况下，该存储和评估单元48可以例如在错误存储器中存放对应错误，可以产生信号或者可以停止刮水器马达10的操作。
目前所描述的刮水器马达10可以以多种方式更改或修改而不背离本发明的理念。这在于，用于检测转子轴20或转子15以及从动轴26或齿轮24的旋转角位置的至少一个传感器装置使用绝对角传感器。因此，例如，可以提供两个传感器装置31和38的旋转角信息，并且定子18的导线绕组的激活不是(在内部)由刮水器马达10引起，而是由外部控制装置等引起。此外，传感器装置31和38也可以基于不同物理操作原理和/或可以具有不同规格。
附图标记清单
10 刮水器马达
12 电动马达
14 旋转轴线
15 转子
16 磁性元件
18 定子
19 导线绕组
20 转子轴
21 轴承装置
22 蜗杆传动装置
24 齿轮
26 从动轴
28 旋转轴线
30/a/b 磁性元件布置
31 第一传感器装置
32/a/b/c/d 传感器元件
34 从动轴的端面
36 磁性元件布置
38 第二传感器装置
40/a/b/c/d 传感器元件
42/a 电路板
43 电路板的下侧
44 IC
46 切口
48 评估单元
α 角
β 角
δ 角偏移
ω 旋转角速度
DW 旋转角
GW 极限值
S 信号
t 时间

Claims (14)

1.一种用于检测刮水器马达(10)的旋转部分的旋转角位置(α，β)的方法，该刮水器马达(10)具有作为第一部分的无刷电动马达(12)，该无刷电动马达包括围绕第一旋转轴线(14)旋转的转子(15)，并且该无刷电动马达驱动作为第二部分的齿轮(24)，该齿轮围绕第二旋转轴线(28)旋转并且包括从动轴(26)，并且这两个旋转部分的旋转角位置(α，β)是通过两个传感器装置(31，38)检测的，这些传感器装置各自具有信号产生元件(30；30a；30b，36)以及用于检测该信号产生元件(30；30a；30b，36)的改变的物理参数的传感器元件(32；
32a至32d；40；40a至40d)，
其特征在于，
该旋转部分的绝对角位置(α，β)是通过这些传感器装置(31，38)中的至少一个检测的。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
该信号产生元件(30；30a；30b，36)的磁场的改变是通过检测该绝对角位置(α，β)的该传感器装置(31，38)检测的。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
这两个旋转部分的旋转角位置(α，β)相互匹配，其方式使得该从动轴(26)的具体旋转角位置(β)与该转子(15)的至少一个具体旋转角位置(α)匹配，这两个旋转部分的当前匹配的旋转角位置(α，β)与存储和评估单元(48)中存储的值进行比较，并且当超过了当前值与存储值之间的存储极限值(σ)时，产生信号、错误消息等。
4.根据权利要求1至3之一所述的方法，
其特征在于，
在该刮水器马达(10)的操作期间，检测这两个旋转部分中的至少一个的旋转角速度(ω)，并且当该旋转角速度(ω)达不到极限值(GW)时，停止该刮水器马达(10)的运动和/或产生信号和/或错误消息等。
5.一种刮水器马达(10)，该刮水器马达包括无刷电动马达(12)，该无刷电动马达具有转子(15)并且通过齿轮(24)驱动从动轴(26)；并且该刮水器马达包括两个传感器装置(31，38)，这些传感器装置各自具有信号产生元件(30；30a；
30b，36)以及用于检测该信号产生元件(30；30a；30b，36)的改变的物理参数的传感器元件(32；32a至32d；40；40a至40d)，这些传感器装置(31，38)被配置成检测该转子(15)和该从动轴(26)的旋转角位置(α，β)，该刮水器马达(10)优选地根据权利要求1至4中任一项所述的方法操作，
其特征在于，
这些传感器装置(31，38)中的至少一个被配置成测量绝对角位置(α，β)。
6.根据权利要求5所述的刮水器马达，
其特征在于，
该至少一个传感器装置(31)被配置用于测量该转子(15)的旋转角位置(α)。
7.根据权利要求5或6所述的刮水器马达，
其特征在于，
这两个传感器装置(31，38)的信号产生元件(30；30a；30b，36)中的至少一个被配置成产生根据该旋转角位置(α，β)而改变的磁场。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的刮水器马达，
其特征在于，
这两个传感器元件(32；32a至32d；40；40a至40d)设置在共享电路板(42；
42a)的区域中并以导电方式连接到该电路板(42；42a)。
9.根据权利要求8所述的刮水器马达，
其特征在于，
至少一个传感器元件(32；32a至32d；40；40b；40d)被设置成不覆盖该转子(15)或该从动轴(26)的旋转轴线(14，28)。
10.根据权利要求9所述的刮水器马达，
其特征在于，
检测该从动轴(26)或该转子(15)的旋转角位置(α，β)的该传感器元件(40；
40a；40c)被设置成覆盖该从动轴的旋转轴线。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的刮水器马达，
其特征在于，
该电路板(42a)具有切口(46)，并且被分配给该转子(15)的该信号产生元件(30a；30b)设置在该切口(46)的区域中。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的刮水器马达，
其特征在于，
该电路板(42；42a)的平面平行于该转子(15)的旋转轴线(14)地且垂直于该从动轴(26)的旋转轴线(28)地延伸。
13.根据权利要求5至12中任一项所述的刮水器马达，
其特征在于，
设置了存储和评估单元(48)，该存储和评估单元至少被配置成将该从动轴(26)的旋转角位置(β)与该转子(15)的至少一个旋转角位置(α)匹配，并且在该刮水器马达(10)的操作期间将其与该从动轴(26)和该转子(15)的存储的匹配值进行比较，并且当超过了当前匹配值和存储的匹配值之间的存储极限值(σ)时，能够产生信号、错误消息等。
14.根据权利要求13所述的刮水器马达，
其特征在于，
该存储和评估单元(48)还被配置成在该刮水器马达(10)的操作期间检测这些旋转部分中的至少一个的旋转角速度(ω)，并且当该旋转角速度(ω)达不到预定极限值(GW)时产生信号、错误消息等和/或减小该刮水器马达(10)的动力输出和/或停止其操作。
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