一种齿轮组传动的进气歧管通路控制器的制作方法

本实用新型涉及一种传感控制器，特别涉及一种齿轮组传动的进气歧管通路控制器。

背景技术：

汽车上发动机的性能对汽车整体性能的发挥起到至关重要的作用。汽车发动机的性能是由构成汽车发动机的各个零部件共同协调工作来实现的，虽然进气歧管不是发动机的重要部件，但是进气歧管的性能优劣也会对配气系统的性能产生一定的影响。汽油发动机进气歧管的基本功能是将汽油和空气按一定比例混合成“混合气”，分配到发动机的各气缸中，使燃气充分燃烧。进气歧管结构复杂，大部分是由铝合金制成，内壁粗糙，无法保证气密性的歧管，在使用过程中，会大大降低使用性能，无法满足正常的功能要求，造成噪声大，燃料燃烧不充分，废气排放多等问题，直接影响发动机的效率和环保。而进气歧管流道控制器（IMRC）根据发动机的负荷和速度,电子控制打开或限制发动机的进气管道。在发动机处于低转速的情况下，此时IMRC处于关闭状态，能够进入到发动机的空气较少，造成的油耗也较低。在发动机处于高转速的情况下，此时IMRC会开启阀门，能够进入到发动机的空气增加，由此增加发动机的功率输出。这样，我们就通过进气歧管进气量的控制避免了怠速状态下不必要的燃油浪费，从而达到节能减排的目的。

现时进气歧管流道控制器产品的角度位置传感器部分多为纯机械接触滑动变阻式结构，结构较为复杂，零部件较多，对零部件的精度和性能要求较高，且在使用过程中元件会产生摩擦损耗，降低产品的稳定性和使用寿命，从而影响信号的输出精度。而一些非接触式的传感控制器在使用过程中对电机的正反转功能不能达到有效的控制和精度传动的准确，容易导致信号输出时产品从开启状态到闭合状态的响应时间出现误差，不能准确地对汽车的信息和产品的工作状态进行有效的监控。另外，现有的进气歧管流道控制器无论是接触式结构或者是非接触式结构所采用的电机均没有空转时的保护，在控制进气歧管流道阀门达到开启状态和闭合状态时，如电机带动负荷转动不起来时，会容易导致电机温度快速升高和传动部件的负担增加，会出现电机卡死和传动部件卡死的现象，影响电机的使用寿命，严重时会导致传动部件的断裂和电机的烧毁。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种齿轮组传动的进气歧管通路控制器，该齿轮组传动的进气歧管通路控制器以霍尔元件作为系统的敏感元件，通过磁场的变化情况来检测齿轮组输出轴的的转动情况，并且以PWM信号形式输出产品从开启状态到闭合状态的响应时间，从而实现对汽车MCU的信息反馈以及产品工作状态的监控。在系统的驱动方面，采用H桥为核心的控制电路对电机进行驱动，再由电机带动齿轮组的转动从而输出所需要的扭矩、转动角度以及相应的磁场变化，控制电路具有控制电机的正反转的功能，从而实现输出轴的顺时针转动以及逆时针转动，再通过输出轴来控制使进气歧管流道阀门的开启和闭合；另外而在电机输出轴上配置有磁耦合器能对电机进行保护，也对齿轮组的作重要的保护；当齿轮组被限制不能转动时，电机也可照常转动，防止电机卡顿的出现，有效的保护电机，能够减轻齿轮组的负担防止断齿现象出现，并且可以为电机提供缓冲，防止电机卡死从而延长电机的使用寿命。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种齿轮组传动的进气歧管通路控制器，包括控制器壳体和安装于控制器壳体内的电机齿轮组件，所述的电机齿轮组件包括以控制电路进行驱动并可实现正反转功能的电机、电机输出端安装的电机转动轴、与电机转动轴紧配安装的磁耦合器、与电机转动轴松配安装的输入齿轮、与输入齿轮安装啮合的齿轮组、设于齿轮组输出端的输出轴、限定齿轮组转动角度的限位块组件、安装于输出轴上的磁环、对应磁环设置且磁感应面与磁环非接触相对并可感应磁环磁极变化实现对应信号输出的霍尔元件；控制器壳体的外侧还设有多角度弯折的第一支撑臂和第二支撑臂；所述的磁耦合器包括与电机转动轴紧配安装的滚花衬套及与滚花衬套一体注塑成型的磁铁、贴合固定安装于磁铁的外端面上并可增强磁体磁场强度的第一金属板、套于电机转动轴上并位于输入齿轮与磁铁的内端面之间的耐磨垫片，输入齿轮上设有一体注塑成型的第二金属板，第二金属板对应并靠近磁铁内端面的位置设置；电机转轴带动磁铁转动，磁铁对第二金属板和输入齿轮产生磁吸力导致耐磨垫片收到挤压，磁铁旋转过程中对磁铁内端面表面以及输入齿轮表面均产生摩擦作用力，摩擦作用力作用于输入齿轮上使输入齿轮跟随磁铁一起旋转，输入齿轮带动齿轮组、输出轴和磁环转动，通过限位块组件限定齿轮组、输出轴和磁环的转动角度，磁环转动时N极和S极相对霍尔元件产生磁极变化，霍尔元件根据相应的磁极变化输出对应的信号和输出产品从开启状态到闭合状态的响应时间，实现工作状态的监控；为保证电机正常运行，设置磁耦合器作为电机保护装置。

当齿轮组收到限位块组件限制停止转动时，输入齿轮处于相应静止状态，耐磨垫片的摩擦力不足以带动输入齿轮转动并令输入齿轮与电机转动轴处于松配的状态，磁耦合器和电机转动轴继续转动并不出现卡顿现象，保证电机正常运行。

控制电路对电机进行驱动，再由电机带动齿轮组的转动从而输出所需要的扭矩与转动角度，控制电路具有控制电机的正反转的功能，从而实现输出轴的顺时针转动以及逆时针转动，再通过输出轴来控制使进气歧管流道阀门的开启和闭合。另外在检测上配备了霍尔元件，主要用来检测齿轮组输出轴的的转动情况，并以PWM信号形式输出产品从开启状态到闭合状态的响应时间，从而实现对汽车MCU的信息反馈以及产品工作状态的监控。

该磁耦合器主要是由第一金属板、耐磨垫片、磁铁、滚花衬套组成。输入齿轮和第二金属板一体注塑成型的,输入齿轮与电机转动轴处于松配状态,故电机转动轴不能直接带动输入齿轮转动。滚花衬套与磁铁是一体注塑成型的，而滚花衬套与电机转动轴是紧匹配有利于带动磁铁转动，第一金属板则粘贴在磁铁上，增强磁铁的磁场强度。耐磨垫片则是安装在输入齿轮与磁铁之间，起到增大摩擦力的作用，有利于磁铁带动输入齿轮转动。磁耦合器是齿轮组传动的重要结构，其作为电机转动轴与输入齿轮的传动桥梁，主要是辅助电机把电机转动轴的扭力传递到输入齿轮，从而带动整个齿轮组工作。另外该磁耦合器结构也是齿轮组的一个非常重要的保护机构，能够减轻齿轮组的负担防止断齿现象出现，并且可以为电机提供缓冲，防止电机卡死从而延长电机的使用寿命。

进一步的，所述的齿轮组包括与输入齿轮啮合的高速齿轮、与高速齿轮啮合的中间齿轮、与中间齿轮啮合的低速齿轮、与低速齿轮啮合的扇形齿轮；输出轴为扇形齿轮的中心轴，电机将其转动扭矩通过齿轮组的一级级的放大，从而将扭矩从输出轴输出。该齿轮组的整体运行情况主要是：电机转动通过磁耦合器来带动输入齿轮的转动，输入齿轮与高速齿轮啮合带动高速齿轮转动，高速齿轮与中间齿轮啮合带动中间齿轮转动，中间齿轮与低速齿轮啮合带动低速齿轮转动，低速齿轮与扇形齿轮啮合带动扇形齿轮转动，而扇形齿轮的中心轴为输出轴，即带动输出轴转动，电机就将其转动扭矩通过齿轮组的一级级的放大，从而实现转动角度和扭矩的输出。

进一步的，所述的限位块组件包括位于扇形齿轮顺时针转动方向一侧的第一限位块和位于扇形齿轮逆时针转动方向一侧的第二限位块，第一限位块和第二限位块均设于控制器壳体的内壁。电机的转动通过输入齿轮、高速齿轮、中间齿轮、低速齿轮带动扇形齿轮转动，扇形齿轮有一定的转动限位要求。扇形齿轮的转动限位角决定了齿轮组输出的转动角度。

进一步的，所述的扇形齿轮顺时针方向转动的最大角度为30度，扇形齿轮逆时针方向转动的最大角度为60度。

进一步的，所述的霍尔元件包括安装于控制器壳体内壁上的霍尔支架和安装于霍尔支架上的霍尔传感器，霍尔传感器的磁感应面与磁环非接触相对并可感应磁环磁极变化实现对应信号输出。

进一步的，所述的控制电路为设于控制器壳体内的电路板上的H桥控制电路，H桥控制电路通过控制四个三极管的导通实现对H桥控制电路的电流流向进行控制，从而控制电机的正反转工作。

进一步的，所述的霍尔传感器与磁环S极面向相对时，霍尔传感器的信号输出为低电平；霍尔传感器与磁环N极面向相对时，霍尔传感器的信号输出为高电平。

进一步的，所述的控制器壳体由顶壳和底壳拼装而成，底壳底部设有相互交错层叠安装的第一托架和第二托架，第一支撑臂和第二支撑臂通过PP衬套安装于第二托架上；顶壳与底壳之间还设有垫片用于加强安装配合效果和密封性。

进一步的，所述的顶壳上还设有终端垫片，终端垫片上设有电源输入线口、控制线口、地线口和监测线口。

综上所述，本实用新型的齿轮组传动的进气歧管通路控制器以霍尔元件作为系统的敏感元件，通过磁场的变化情况来检测齿轮组输出轴的的转动情况，并且以PWM信号形式输出产品从开启状态到闭合状态的响应时间，从而实现对汽车MCU的信息反馈以及产品工作状态的监控。在系统的驱动方面，采用H桥为核心的控制电路对电机进行驱动，再由电机带动齿轮组的转动从而输出所需要的扭矩、转动角度以及相应的磁场变化，控制电路具有控制电机的正反转的功能，从而实现输出轴的顺时针转动以及逆时针转动，再通过输出轴来控制使进气歧管流道阀门的开启和闭合；另外而在电机输出轴上配置有磁耦合器能对电机进行保护，也对齿轮组的作重要的保护；当齿轮组被限制不能转动时，电机也可照常转动，防止电机卡顿的出现，有效的保护电机，能够减轻齿轮组的负担防止断齿现象出现，并且可以为电机提供缓冲，防止电机卡死从而延长电机的使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型的实施例1的一种齿轮组传动的进气歧管通路控制器的主视图；

图2为本实用新型的实施例1的一种齿轮组传动的进气歧管通路控制器的俯视图；

图3为本实用新型的实施例1的一种齿轮组传动的进气歧管通路控制器的立体示意图；

图4为本实用新型的实施例1的一种齿轮组传动的进气歧管通路控制器的结构分解图；

图5为本实用新型的实施例1的一种齿轮组传动的进气歧管通路控制器的另一结构分解图；

图6为本实用新型的实施例1的电机齿轮组件的结构示意图；

图7为本实用新型的实施例1的电机齿轮组件的另一方向的结构示意图；

图8为本实用新型的实施例1的一种齿轮组传动的进气歧管通路控制器的局部剖面示意图；

图9为图8中A处的放大图；

图10为齿轮组安装于控制器壳体内的原始安装位置状态示意图；

图11为扇形齿轮顺时针转动至最大角度时的齿轮组安装于控制器壳体内的示意图；

图12为扇形齿轮逆时针转动至最大角度时的齿轮组安装于控制器壳体内的示意图；

图13为终端垫片的结构示意图；

图14为本实用新型的实施例1的一种齿轮组传动的进气歧管通路控制器的理论输出波形图；

图15为电机顺时针动转时的电路示意图；

图16为电机逆时针动转时的电路示意图；

图17为电机顺时针动转时的逻辑电路控制示意图；

图18为电机逆时针动转时的逻辑电路控制示意图；

图中，控制器壳体1、电机2、电机转动轴3、磁耦合器4、输入齿轮5、齿轮组6、输出轴7、磁环8、霍尔元件9、第一支撑臂10、第二支撑臂11、滚花衬套12、磁铁13、第一金属板14、耐磨垫片15、齿轮体16、第二金属板17、高速齿轮18、中间齿轮19、低速齿轮20、扇形齿轮21、第一限位块22、第二限位块23、霍尔支架24、霍尔传感器25、顶壳26、底壳27、第一托架28、第二托架29、PP衬套30、垫片31、终端垫片32、电源输入线口33、控制线口34、地线口35、监测线口36、电路板37。

具体实施方式

实施例1

本实施例1所描述的一种齿轮组传动的进气歧管通路控制器，如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8和图9所示，包括控制器壳体1和安装于控制器壳体内的电机齿轮组件，所述的电机齿轮组件包括以控制电路进行驱动并可实现正反转功能的电机2、电机输出端安装的电机转动轴3、与电机转动轴紧配安装的磁耦合器4、与电机转动轴松配安装的输入齿轮5、与输入齿轮安装啮合的齿轮组6、设于齿轮组输出端的输出轴7、限定齿轮组转动角度的限位块组件、安装于输出轴上的磁环8、对应磁环设置且磁感应面与磁环非接触相对并可感应磁环磁极变化实现对应信号输出的霍尔元件9；控制器壳体的外侧还设有多角度弯折的第一支撑臂10和第二支撑臂11；所述的磁耦合器包括与电机转动轴紧配安装的滚花衬套12及与滚花衬套一体注塑成型的磁铁13、贴合固定安装于磁铁的外端面上并可增强磁体磁场强度的第一金属板14、套于电机转动轴上并位于输入齿轮与磁铁的内端面之间的耐磨垫片15，输入齿轮上设有一体注塑成型的第二金属板17，第二金属板对应并靠近磁铁内端面的位置设置；电机转轴带动磁铁转动，磁铁对第二金属板和输入齿轮产生磁吸力导致耐磨垫片收到挤压，磁铁旋转过程中对磁铁内端面表面以及输入齿轮表面均产生摩擦作用力，摩擦作用力作用于输入齿轮上使输入齿轮跟随磁铁一起旋转，输入齿轮带动齿轮组、输出轴和磁环转动，通过限位块组件限定齿轮组、输出轴和磁环的转动角度，磁环转动时N极和S极相对霍尔元件产生磁极变化，霍尔元件根据相应的磁极变化输出对应的信号和输出产品从开启状态到闭合状态的响应时间，实现工作状态的监控；为保证电机正常运行，设置磁耦合器作为电机保护装置。

当齿轮组收到限位块组件限制停止转动时，输入齿轮处于相应静止状态，耐磨垫片的摩擦力不足以带动输入齿轮转动并令输入齿轮与电机转动轴处于松配的状态，磁耦合器和电机转动轴继续转动并不出现卡顿现象，保证电机正常运行。

控制电路对电机进行驱动，再由电机带动齿轮组的转动从而输出所需要的扭矩与转动角度，控制电路具有控制电机的正反转的功能，从而实现输出轴的顺时针转动以及逆时针转动，再通过输出轴来控制使进气歧管流道阀门的开启和闭合。另外在检测上配备了霍尔元件，主要用来检测齿轮组输出轴的的转动情况，并以PWM信号形式输出产品从开启状态到闭合状态的响应时间，从而实现对汽车MCU的信息反馈以及产品工作状态的监控。

该磁耦合器主要是由第一金属板、耐磨垫片、磁铁、滚花衬套组成。输入齿轮和第二金属板一体注塑成型的,输入齿轮与电机转动轴处于松配状态,故电机转动轴不能直接带动输入齿轮转动。滚花衬套与磁铁是一体注塑成型的，而滚花衬套与电机转动轴是紧匹配有利于带动磁铁转动，第一金属板则粘贴在磁铁上，增强磁铁的磁场强度。耐磨垫片则是安装在输入齿轮与磁铁之间，起到增大摩擦力的作用，有利于磁铁带动输入齿轮转动。磁耦合器是齿轮组传动的重要结构，其作为电机转动轴与输入齿轮的传动桥梁，主要是辅助电机把电机转动轴的扭力传递到输入齿轮，从而带动整个齿轮组工作。另外该磁耦合器结构也是齿轮组的一个非常重要的保护机构，能够减轻齿轮组的负担防止断齿现象出现，并且可以为电机提供缓冲，防止电机卡死从而延长电机的使用寿命。

如图7所示，该齿轮组包括与输入齿轮啮合的高速齿轮18、与高速齿轮啮合的中间齿轮19、与中间齿轮啮合的低速齿轮20、与低速齿轮啮合的扇形齿轮21；输出轴为扇形齿轮的中心轴，电机将其转动扭矩通过齿轮组的一级级的放大，从而将扭矩从输出轴输出。该齿轮组的整体运行情况主要是：电机转动通过磁耦合器来带动输入齿轮的转动，输入齿轮与高速齿轮啮合带动高速齿轮转动，高速齿轮与中间齿轮啮合带动中间齿轮转动，中间齿轮与低速齿轮啮合带动低速齿轮转动，低速齿轮与扇形齿轮啮合带动扇形齿轮转动，而扇形齿轮的中心轴为输出轴，即带动输出轴转动，电机就将其转动扭矩通过齿轮组的一级级的放大，从而实现转动角度和扭矩的输出。

如图10、图11和图12所示，该限位块组件包括位于扇形齿轮顺时针转动方向一侧的第一限位块22和位于扇形齿轮逆时针转动方向一侧的第二限位块23，第一限位块和第二限位块均设于控制器壳体的内壁。电机的转动通过输入齿轮、高速齿轮、中间齿轮、低速齿轮带动扇形齿轮转动，扇形齿轮有一定的转动限位要求。扇形齿轮的转动限位角决定了齿轮组输出的转动角度。

如图10所示，齿轮组等安装于控制器壳体内的原始安装位置状态。

如图11所示，该进气歧管为开启位置状态。当控制电路控制电机顺时针转动的时候，扇形齿轮也跟着顺时针转动，该动作一直持续到扇形齿轮到达第一限位块的位置，受到第一限位块的限制而停止转动，此时扇形齿轮顺时针方向转动的最大角度为30度。同时磁耦合器在该情况下也起到关键的作用，由于输出齿轮停止转动，故输入齿轮也处于相应的静止状态（摩擦力不足以带动齿轮转动），而依靠摩擦力带动输入齿轮的磁耦合器此时并不会出现卡顿的现象，而是照常转动，这就可以防止电机卡顿的出现，可以非常有效的保护电机。

如图12所示，该进气歧管为闭合位置状态。当控制电路控制电机逆时针转动的时候，扇形齿轮也跟着逆时针转动，该动作一直持续到扇形齿轮到达第二限位块位置，受到第二限位块的限制而停止转动，此时扇形齿轮逆时针方向转动的最大角度为60度。同理，依靠摩擦力带动输入齿轮的磁耦合器此时并不会出现卡顿的现象，而是照常转动，这就可以防止电机卡顿的出现，可以非常有效的保护电机。

该霍尔元件包括安装于控制器壳体内壁上的霍尔支架24和安装于霍尔支架上的霍尔传感器25，霍尔传感器的磁感应面与磁环非接触相对并可感应磁环磁极变化实现对应信号输出。

该控制电路为设于控制器壳体内的电路板37上的H桥控制电路，H桥控制电路通过控制四个三极管的导通实现对H桥控制电路的电流流向进行控制，从而控制电机的正反转工作。

如上图 15所示，当三极管A、D同时导通时，则H桥控制电路电流从A流向D，驱动电机顺时针转动，即电机正转。

如上图16所示，当三极管B、C同时导通时，则H桥控制电路电流从C流向B，驱动电机逆时针转动，即电机反转。

该H桥控制电路的工作过程为：采用用逻辑电路来控制三极管的导通，用了两个非门和四个与门来达到预想效果，其原理为：如图17所示，当L的信号为0，R的信号为1的时候，正好能让A、D同时导通，电流从A经过电机流向D，此时电机顺时针转动。如图18所示，当L的信号为1，R的信号为0的时候，正好能让B、C同时导通，电流从C经过电机流向B，此时电机逆时针转动。

该霍尔传感器与磁环S极面向相对时，霍尔传感器的信号输出为低电平；霍尔传感器与磁环N极面向相对时，霍尔传感器的信号输出为高电平。当开启进气歧管流道控制器时，齿轮组带动输出轴顺时针转动，达到开启位置，此时霍尔元件检测到磁环的磁极为S极，信号为低电平。当进气歧管流道控制器开启状态解除时，则齿轮组带动输出轴逆时针转动，达到闭合位置，此时霍尔元件检测到磁环的磁极为N极，输出信号为高电平。而进气歧管流道控制器从开启位置转动到闭合位置的是时间为整个进气歧管流道控制器的响应时间，进气歧管流道控制器的理论输出波形如图14所示。

该控制器壳体由顶壳26和底壳27拼装而成，底壳底部设有相互交错层叠安装的第一托架28和第二托架29，第一支撑臂和第二支撑臂通过PP衬套30安装于第二托架上；顶壳与底壳之间还设有垫片31用于加强安装配合效果和密封性。

如图13所示，该顶壳上还设有终端垫片32，终端垫片上设有电源输入线口33、控制线口34、地线口35和监测线口36。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型的拉丝设备或拉丝生产方法作任何形式上的限制。凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于实用新型的技术方案的范围内。