用于斜盘角度位置检测的介电传感器布置结构和方法
【技术领域】
[0001] 本专利公开总体涉及一种用于监测可变排量液压泵的方法和设备，更具体地涉及 一种用于监测斜盘的角度的方法和布置结构。
【背景技术】
[0002] 可变排量泵通常用在许多不同类型的液压系统中。一些车辆通常包括由车辆中的 发动机或马达驱动以产生加压流体流的液压泵。加压流体在车辆的操作期间可用于多个目 的中的任何目的。例如，机器可以使用加压流体围绕工地推进机器或移动机器上的工作器 具。
[0003] 可变排量泵通常从贮存器抽吸操作流体诸如例如油，并且对流体做功以增加流体 的压力。泵可以包括增加流体的压力的泵送元件，诸如例如一系列的活塞。泵也可以包括 通过往复运动驱动活塞以增加流体的压力的可变角度斜盘。
[0004] 包括可变角度斜盘的泵也可以包括改变斜盘的角度以改变活塞的冲程长度并由 此改变泵的排量的机构。通过改变斜盘的角度以缩短活塞的冲程长度可以减少泵的排量。 替代地，通过改变斜盘的角度以增加活塞的冲程长度可以增加泵的排量。
[0005] 根据依赖于泵的系统或车辆的具体操作条件可以改变可变排量泵所要求的加压 流体的量。在车辆应用中，例如，通过改变泵的排量以匹配车辆的要求可以提高车辆的总效 率。如果车辆要求较少的加压流体，则斜盘的角度可以被改变为减小活塞的冲程长度。相 反地，如果车辆要求较多的加压流体，则斜盘的角度可以被改变为增加活塞的冲程长度。
[0006] 车辆或系统可包括监测操作要求并控制泵的操作以匹配该要求的控制系统。为了 有效地使泵的输出与车辆或系统的要求匹配，例如，控制系统通过感测斜盘的角度来监测 泵的当前输出。如果控制系统可以准确地确定斜盘的角度，则控制系统可以准确地估计泵 的当前输出。然后，控制系统可以调节斜盘的角度以匹配车辆的要求。
[0007] 可变排量泵可包括监测斜盘的角度的传感器。斜盘传感器可基于若干不同原理中 的任何原理。例如，传感器可以基于机械、光、电、磁或霍尔效应原理。然而，通常基于这些 原理的已知传感器在可变排量泵中是不适用的，可导致泵的总成本的显著增加，可能不够 充分稳健以经受操作的需求，或者可受到系统干扰的影响，诸如受到泵流体中的含铁材料 的影响。
[0008] 例如，由Rexroth制造的一种类型的斜盘角度传感器基于被称为霍尔效应的电原 理和磁原理的组合。该传感器利用附接到斜盘并且在泵壳体的外部延伸的永磁体。霍尔效 应半导体芯片设置在永磁体之间。通过引导电流通过半导体芯片并且测量所得的芯片两端 的电压，可确定斜盘的角度。然而，在泵壳体和突出到泵壳之外的磁体之间获得有效密封是 困难且昂贵的。此外，传感器附近的任何磁性材料可干扰传感器的操作。授予Du等人的美 国专利6, 848, 888试图克服现有技术的霍尔效应传感器的某些缺点。
[0009] 希望不管温度变化、显著的系统振动、频繁的压力波动、泵的工作流体中的金属碎 片、气穴现象以及各种噪音如何，泵流量测量布置结构在恶劣的工作环境下仍将提供可靠 的信息。还希望此类布置结构的制造和操作是经济的。
【发明内容】
[0010] 根据本发明的一个方面，提供了一种用于可变排量泵的斜盘角度感测布置结构， 该可变排量泵具有包含适合于相对于泵筒的旋转轴线枢转的非旋转斜盘的壳体。斜盘限定 相对于基本上垂直于泵筒的旋转轴线的平面的斜盘角度。斜盘角度感测布置结构包括联接 到壳体的感测探针、联接到斜盘的传感器靶和控制器。控制器被配置成引导交流电流通过 感测探针，以在感测探针和传感器靶之间形成阻抗并且确定感测探针两端的电压。控制器 还适于基于所确定的电压确定斜盘相对于壳体的角度。
[0011] 根据另一方面，本发明提供一种可变排量泵，该可变排量泵具有壳体、设置在壳体 内并且适于围绕旋转轴线旋转的筒，以及设置在壳体内并且适于相对于轴线枢转的非旋转 斜盘。所述泵还包括联接到斜盘的传感器靶、联接到壳体并且靠近传感器靶的感测探针以 及控制器。控制器被配置成引导电流跨越感测探针，以在感测探针和传感器靶之间形成阻 抗并且确定感测探针两端的电压，控制器还适于基于所确定的电压确定斜盘相对于壳体的 角度。
[0012] 根据又一方面，本发明提供一种用于监测被设置成相对于轴线枢转的非旋转斜盘 在可变排量泵中的位置的方法，所述泵包括在壳体内可围绕所述轴线旋转的筒。所述方法 包括提供联接到斜盘的传感器靶以及提供联接到壳体并且靠近传感器靶的感测探针。所 述方法还包括以下步骤：引导交流电流跨越感测探针以在感测探针和传感器靶之间建立阻 抗、确定感测探针两端的电压以及基于所确定的电压确定斜盘相对于壳体的角度。
【附图说明】
[0013] 图1是一起用于监测在可变排量泵中的斜盘的角度位置的斜盘角度感测布置结 构的示意图，该可变排量泵在该图中以图解侧轮廓剖面图示出。
[0014] 图2是图1的沿线II-II截取的泵的阀板的图解端视图。
[0015] 图3是图1的斜盘角度感测布置结构的图解示意图。
[0016] 图4是图3中沿线IV-IV截取的感测探针的视图。
[0017] 图5是图3的斜盘角度感测布置结构的部件的介电特性的示图。
[0018] 图6是图3的布置结构的等效介电分析电路的示图。
[0019] 图7是根据本发明的斜盘角度感测布置结构的示例性实施例中所测量的电压与 斜盘角度的相关性的图表。
【具体实施方式】
[0020] 本发明涉及一种用于控制可变排量液压泵10的方法、系统和布置结构。更具体 地，本发明涉及一种用于监测在可变排量泵10中的旋转斜盘12的角度位置的方法、系统和 布置结构。所述方法和布置结构适合于各种物理配置的可变排量液压泵，并且可以通过软 件和控制器实现对几乎任何装有可变排量泵的系统的控制。
[0021] 图1中示出了可变排量泵10的示例性实施例。如图所示，泵10包括设置在壳体 16中以围绕筒轴线18旋转的筒14。筒14限定一系列的腔室20,图1示出了所述腔室20 中的两个。腔室20通常围绕筒轴线18以圆形阵列等距地隔开。每个腔室20包括出口端 口 22。筒14通过压缩气缸筒弹簧26和筒14自身内部的压力紧紧抵靠阀板24。如图2中 最佳所见，阀板24包括吸入端口 28和排放端口 30,这两个端口的重要性将在下面进行说 明。
[0022] 返回到图1，泵10也包括一系列的活塞32和具有驱动表面36的斜盘12。一个活 塞32可滑动地设置在每个室20中。活塞32中的每个的一个端部朝向出口端口 22设置， 并且另一个端部朝向斜盘12的驱动表面36设置并偏置成与斜盘12的驱动表面36接合。 活塞32通常通过固定空隙装置或正力压紧机构诸如例如弹簧（未示出）来抵靠斜盘12。 为了本发明的目的，固定空隙装置或正力压紧机构将被称为弹簧。
[0023] 在所示的实施例中，每个活塞32连接到滑块38。每个活塞32与相应的滑块38的 连接部38包括接头诸如例如所示的球窝接头40,每个滑块38设置在相应的活塞32和斜盘 12之间。每个接头40允许在斜盘12和相应的活塞32之间的相对移动。
[0024] 斜盘12可以相对于壳体16成一定的角度设置。为了本发明的目的，角a将从自 筒轴线18垂直绘制的线z测量。然而，本领域的技术人员将认识到，可以使用不同的参考 点测量