发动机用执行器的输出转角检测装置及其设计和检测方法与流程

本发明涉及一种执行器的位置检测装置，尤其涉及一种发动机用执行器的输出转角检测装置及其设计方法和检测方法。

背景技术：

在发动机控制中，执行器的功能是将控制信号转化为实际的机械输出，例如克服特定力或扭矩实现某些机构的位置输出。实际使用中为了提高控制精度，需要对输出位置进行闭环控制，因此需检测例如旋转执行器的实际输出位置。另外，对于发动机用大扭矩旋转执行器，要求转角检测结构具备较高的可靠性和寿命，同时要求结构紧凑。而现有的发动机用执行器的位置检测装置不能满足该要求。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种可靠性和寿命高、结构紧凑的发动机用执行器的输出转角检测装置，并提供该检测装置的设计方法和检测输出转角的方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种发动机用执行器的输出转角检测装置的设计方法，包括以下步骤：

第一步，提供架板和输出轴，并将所述输出轴可枢转地安装在所述架板上；

第二步，在所述输出轴上套设偏心轮，使得所述输出轴的转动能够带动所述偏心轮往复转动；

第三步，在所述架板的一侧固定安装感应所述偏心轮的转动的位移传感器；

第四步，在所述架板的另一侧固定安装用于限制所述偏心轮的转动的挡块组件，以保证所述位移传感器输出在正常范围内。

进一步地，所述偏心轮被设置为所述偏心轮的中心与所述输出轴的中心不重合，使得所述偏心轮的中心与所述输出轴的中心构成偏心距di，所述偏心距使得所述位移传感器的检测距离X随所述偏心轮的转角θ改变而变化，从而所述位移传感器输出不同的电压值以指示所述偏心轮的转角θ。

进一步地，所述挡块组件被设置为包括第一挡块和第二挡块，将所述第一挡块与所述第二挡块邻接，其中，所述第一挡块的硬度小于所述第二挡块的硬度，使得当所述偏心轮转动到接触所述第一挡块时，所述第一挡块能够起到缓冲作用。

本发明还提供了一种上述设计方法得到的发动机用执行器的输出转角检测装置，包括架板和可枢转地安装在架板上的输出轴；输出轴上套设有偏心轮，使得输出轴的转动能够带动偏心轮往复转动；架板的一侧固定安装有用于能够感应偏心轮的转动的位移传感器。

进一步地，偏心轮的中心与输出轴的中心不重合，使得偏心轮的中心与输出轴的中心构成偏心距di，该偏心距使得位移传感器的检测距离X随偏心轮的转角θ改变而变化，从而位移传感器输出不同的电压值以指示偏心轮的转角θ。

进一步地，偏心轮具有圆弧外围，位移传感器的检测距离X指的是位移传感器的探头与偏心轮的圆弧外围的最短距离。

进一步地，若位移传感器中的探头与偏心轮中心的距离为D，偏心轮的圆弧外围所在的圆的半径为R，则当偏心轮的转角θ在0°～180°之间转动时，位移传感器的检测距离X与偏心轮的转角θ满足关系：

进一步地，架板上的另一侧设置有挡块组件，挡块组件用于限制偏心轮的转动，以保证位移传感器输出在正常范围内。

进一步地，挡块组件包括第一挡块和第二挡块，第一挡块与第二挡块邻接，第一挡块的硬度小于第二挡块的硬度，使得当偏心轮转动到接触第一挡块时，第一挡块能够起到缓冲作用。

进一步地，第二挡块具有相互邻接的第一侧面和第二侧面，第一侧面和第二侧面各与一个第一挡块邻接，偏心轮上套设在输出轴的部分位于或嵌置在由第一侧面、第二侧面、第一侧面处的第一挡块和第二侧面处的第一挡块构成的凹槽内。

进一步地，偏心轮上设置有镂空结构，以节省材料和减轻重量。

进一步地，位移传感器为电感式位移传感器、电容式位移传感器、光电位移传感器或接触式位移传感器

进一步地，偏心轮整体上呈扇形。

本发明提到的执行器为大扭矩旋转执行器。

在本发明的较佳实施方式中，提供了一种发动机用执行器的输出转角检测装置，包括架板和可枢转地安装在架板上的输出轴；输出轴上套设有偏心轮，使得输出轴的转动能够带动偏心轮往复转动；架板的一侧固定安装有用于能够感应偏心轮的转动的位移传感器。其中，偏心轮的中心与输出轴的中心不重合，使得偏心轮的中心与输出轴的中心构成偏心距di，该偏心距使得位移传感器的检测距离X随偏心轮的转角θ改变而变化，从而位移传感器输出不同的电压值以指示偏心轮的转角θ。偏心轮具有圆弧外围，位移传感器的检测距离X指的是位移传感器中的探头与偏心轮的圆弧外围的最短距离。架板上的另一侧设置有挡块组件，挡块组件用于限制偏心轮的转动，以保证位移传感器输出在正常范围内。挡块组件包括第一挡块和第二挡块，第一挡块与第二挡块邻接，第一挡块的硬度小于第二挡块的硬度，使得当偏心轮转动到接触第一挡块时，第一挡块能够起到缓冲作用。第二挡块具有相互邻接的第一侧面和第二侧面，第一侧面和第二侧面各与一个第一挡块邻接，偏心轮上套设在输出轴的部分位于或嵌置在由第一侧面、第二侧面、第一侧面处的第一挡块和第二侧面处的第一挡块构成的凹槽内。另外，偏心轮上设置有镂空结构，且偏心轮整体上呈扇形。位移传感器为电感式位移传感器。

本发明的发动机用执行器的输出转角检测装置的检测输出转角的方法包括以下步骤：

第一步，当所述偏心轮绕所述输出轴转动时，利用所述位移传感器得到检测距离X和输出电压；

第二步，根据关系式得到输出转角与位移传感器的检测距离关系；其中，X为所述位移传感器的检测距离，θ为所述偏心轮的转角，D为所述位移传感器的探头与所述偏心轮的中心的距离，di为所述偏心轮的偏心距，R为所述偏心轮的圆弧外围所在的圆的半径；

第三步，得到所述位移传感器的检测距离和输出电压的关系；

第四步，综合所述第二步和所述第三步的结果，得到输出转角与位移传感器的输出电压的关系。

本发明的发动机用执行器的输出转角检测装置检测输出转角的原理如下：

由于偏心距di的存在，位移传感器的检测距离X随偏心轮的转角θ改变而变化，若位移传感器中的探头与偏心轮中心的距离为D，偏心轮的圆弧外围所在的圆的半径为R，则当偏心轮的转角θ在0°～90°之间转动时，此时θ记为θ₁，位移传感器的检测距离X与偏心轮的转角θ₁满足关系：

当偏心轮的转角θ在90°～180°之间转动时，此时θ记为θ₂，位移传感器的检测距离X与偏心轮的转角θ₂满足关系：

由此可以根据位移传感器的检测距离与偏心轮的转角的关系，综合得出输出转角与位移传感器输出电压的关系，通过位移传感器输出不同的电压值以指示转角。

本发明的发动机用执行器的输出转角检测装置具有结构紧凑、可靠性及寿命高的优点，能够通过位移传感器检测执行器的输出转角，并采用挡块组件实现了限位功能，从而保证位移传感器输出在正常范围内，同时限制大扭矩旋转执行器的输出角度范围。

本发明的发动机用执行器的输出转角检测装置提高了位置检测装置的可靠性，集成限位功能形成紧凑的结构。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的发动机用执行器的输出转角检测装置的结构示意图；

图2是图1的侧视图；

图3是本发明的一个较佳实施例的偏心轮与位移传感器的探头的相对位置关系图；

图4是偏心轮的转角处于图3中的区域Ⅰ时位移传感器的检测距离与偏心轮的转角的关系示意图；

图5是偏心轮的转角处于图3中的区域Ⅱ时位移传感器的检测距离与偏心轮的转角的关系示意图；

图6是本发明的一个较佳实施例的输出转角与检测距离的关系图；

图7是本发明的一个较佳实施例的检测距离与位移传感器输出电压的关系图；

图8是本发明的一个较佳实施例的输出转角与位移传感器输出电压的关系图。

具体实施方式

如图1和2所示，本发明的一个较佳实施例提供了一种发动机用执行器的输出转角检测装置，包括架板1和可枢转地安装在架板上的输出轴2；输出轴2上套设有偏心轮3，使得输出轴2的转动能够带动偏心轮3往复转动；架板2的一侧固定安装有用于能够感应偏心轮的转动的位移传感器4。本实施例中，位移传感器4为电感式位移传感器。在其它实施例中也可以为电容式位移传感器、光电位移传感器或接触式位移传感器。

其中，偏心轮3的中心与输出轴2的中心不重合，使得偏心轮3的中心与输出轴2的中心构成偏心距，该偏心距使得位移传感器5的检测距离随偏心轮3的转角改变而变化，从而位移传感器4输出不同的电压值以指示偏心轮3的转角。偏心轮3具有圆弧外围7，位移传感器4的检测距离指的是位移传感器4中的探头与偏心轮3的圆弧外围7的最短距离。

架板1上的另一侧设置有挡块组件，挡块组件用于限制偏心轮3的转动，以保证位移传感器4的输出在正常范围内。挡块组件包括第一挡块5和第二挡块6，第一挡块5与第二挡块6邻接，第一挡块5的硬度小于第二挡块6的硬度，使得当偏心轮3转动到接触第一挡块5时，第一挡块5能够起到缓冲作用。

第二挡块6具有相互邻接的第一侧面8和第二侧面9，第一侧面8和第二侧面9各与一个第一挡块5邻接，偏心轮3上套设在输出轴的部分10位于或嵌置在由第一侧面8、第二侧面9、第一侧面8处的第一挡块和第二侧面9处的第一挡块构成的凹槽内。另外，本实施例中，偏心轮3上设置有镂空结构，且偏心轮3整体上呈扇形。

图3显示了本实施例的偏心轮3与位移传感器4的探头的相对位置关系图，其中偏心轮的偏心距为di，位移传感器4的检测距离为X，位移传感器4中的探头与偏心轮3的中心的距离为D，偏心轮3的圆弧外围7所在的圆的半径为R，偏心轮3的转角为θ。当偏心轮的转角θ在0°～180°之间转动时，可以分为两种情况：

(1)当偏心轮的转角θ在0°～90°之间转动时，如图4所示，此时θ记为θ₁，位移传感器的检测距离X与偏心轮的转角θ₁满足关系：

(2)当偏心轮的转角θ在90°～180°之间转动时，如图5所示，此时θ记为θ₂，位移传感器的检测距离X与偏心轮的转角θ₂满足关系：

为了使输出信号线性度良好，同时利用检测距离X变化最明显的一段区域，因此取θ＝90°的位置为转角范围中心。本实施例的执行器实际工作时的输出角度范围为－30°～30°，同时根据位移传感器4的测量范围及上述关系式选取合适的di值，可以得到如图6所示的关系图，根据位移传感器测得检测距离X与位移传感器的输出电压的关系如图7所示，综合上述结果可以得到输出转角与位移传感器的输出电压的关系图，如图8所示。

本实施例的发动机用执行器的输出转角检测装置具有结构紧凑、可靠性及寿命高的优点，能够通过位移传感器检测执行器的输出转角，并采用挡块组件实现了限位功能，从而保证位移传感器输出在正常范围内，同时限制大扭矩旋转执行器的输出角度范围。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。