将轴承单元的脉冲环的磁中心定中心在旋转中心上的方法
阅读说明：本技术 将轴承单元的脉冲环的磁中心定中心在旋转中心上的方法 (Method for centering the magnetic center of the impulse ring of a bearing unit on the center of rotation ) 是由 伊夫·安德烈·利弗拉托 奥利维尔·韦伯 于 2021-05-20 设计创作，主要内容包括：一种用于将轴承单元的脉冲环的磁中心定中心在轴承单元的轴承的旋转中心上的方法,轴承单元包括能够相对于彼此同心地旋转的第一圈和第二圈,脉冲环设置有包括多对磁极的靶以及固定到轴承的第一圈的固定套筒,方法包括：a)将脉冲环在轴向上插入第一圈与固定套筒之间,第一圈和固定套筒被构造为在轴承的轴向方向上保持脉冲环；在脉冲环与固定套筒之间保持径向间隙,b)在脉冲环的一个机械转圈上记录角信号,角信号是由被构造为与多对磁极配合的检测部件产生的,c)基于角信号确定脉冲环的总节距偏差向量；d)将脉冲环在轴承的径向方向上移位,移位的幅值和移位的方向由是根据总节距偏差向量而确定的,及e)相对于第一圈固定脉冲环。(A method for centering a magnetic center of an impulse ring of a bearing unit on a rotational center of a bearing of the bearing unit, the bearing unit comprising a first ring and a second ring concentrically rotatable relative to each other, the impulse ring being provided with a target comprising a plurality of pairs of magnetic poles and a fixation sleeve fixed to the first ring of the bearing, the method comprising: a) inserting an impulse ring in an axial direction between a first ring and a fixed sleeve, the first ring and the fixed sleeve being configured to hold the impulse ring in an axial direction of the bearing; maintaining a radial gap between the impulse ring and the stationary sleeve, b) recording an angle signal on one mechanical revolution of the impulse ring, the angle signal being generated by a detection member configured to cooperate with a plurality of pairs of magnetic poles, c) determining a total pitch deviation vector of the impulse ring based on the angle signal; d) displacing the impulse ring in the radial direction of the bearing, the magnitude of the displacement and the direction of the displacement being determined from the total pitch deviation vector, and e) fixing the impulse ring relative to the first ring.)
技术领域
本发明涉及包括与检测部件配合的轴承单元的磁传感器，更特别地，涉及用于为这样的轴承单元的脉冲环定中心的方法。
背景技术
磁传感器传递与转子角位置相关的模拟正弦形信号。更准确地说，这种传感器包括转子和定子，其中，所述转子由装配有磁极的脉冲环形成，所述定子装配有能够检测每个磁极的磁场的检测部件。
当旋转被施加于转子时，磁极在检测部件的前方接连经过。基于检测部件距磁极的距离，在检测部件内感应到电流。电流形成正弦形的周期信号的时间函数，其中，信号的强度取决于检测部件与磁极之间的距离。可以基于已知的传感器的几何形状和旋转速度将时间依赖关系转换为角依赖关系。因此，可以将时间与转子的角位置相关联，并且可以获得将强度与角位置相关联的正弦信号。
这样的磁传感器通常用于马达控制中。在带起动发电机(belt startergenerators)的特定情况下，由于需要以最少量的噪声适当地控制机器扭矩，因此对传感器输出信号精度的要求越来越重要。此外，电池的振荡电流的电平必须保持在固定极限之下，以使得不会降低车辆的整体性能。
因为脉冲环不能产生完美的转子位置的图像，因此传感器输出不精确的源头之一在于脉冲环本身。
由于轴承单元的不同组件的不对准，脉冲环与检测部件不完全对准，使得感应电流不是精确的角位置的画面。脉冲环的磁中心和转子的机械中心不重合。
一种用于减少不同组件的不对准的常用解决方案在于提高制造操作的精度，以便生产更精确的组件。
然而，改进制造操作通常涉及延长制造操作周期时间以及增加生产成本。
发明内容
需要避免至少一些前述缺点，尤其是通过减少轴承单元中的脉冲环的不对准(misalignment)而不需要提高轴承单元组件的精度来避免至少一些前述缺点。
根据一方面，提出了一种用于将轴承单元的脉冲环的磁中心定中心(centring)在所述轴承单元的轴承的旋转中心上的方法，其中，所述轴承单元包括能够相对于彼此同心地旋转的第一圈和第二圈。
所述脉冲环设置有包括多对磁极的靶以及固定到所述轴承的第一圈的固定套筒，所述方法包括：
-a)将所述脉冲环在轴向上插入所述第一圈与所述固定套筒之间，所述第一圈和所述固定套筒被构造为在所述轴承的轴向方向上保持所述脉冲环；在所述脉冲环与所述固定套筒之间保持径向间隙，
-b)记录在脉冲环的一个机械转圈上的(over one mechanical turn)的角信号，所述角信号是由被构造为与所述多对磁极配合的检测部件产生的；
-c)基于所述角信号确定所述脉冲环的总节距偏差向量(total pitch deviationvector)；
-d)使所述脉冲环在所述轴承的径向方向上移位(shifting)，所述移位的幅值和所述移位的方向是根据所述总节距偏差向量而确定的；以及
-e)相对于所述第一圈固定所述脉冲环。
有利的是，确定所述脉冲环的总节距偏差向量的步骤包括：
-确定针对每个间隔的单节距偏差值，所述每个间隔被定义为相同极性的两个最近磁极之间的角距离；
-选择最大单节距偏差值和最小单节距偏差值；
-确定与所述最大单节距偏差值相关联的第一单节距偏差向量和与所述最小单节距偏差值相关联的第二单节距偏差向量；以及
-计算所述第一向量与所述第二向量之间的向量差，所述总节距偏差向量等于作为结果得到的向量。
优选的是，确定针对一个间隔的所述单节距偏差值的步骤包括：
-确定由所述检测部件测量的关于所述间隔的角信号的实际周期；
-确定关于所述间隔的角信号的周期；以及
-将所述单节距偏差计算为所述角信号的理论周期与所述角信号的实际周期之间的差占所述角信号的理论周期的百分比。
有利的是，确定所述移位的幅值和方向的步骤包括：
-确定将所述移位的幅值与所述总节距偏差向量的模相关联的关系，
-利用所述关系计算所述幅值(amplitude)，
所述移位的方向是所述总节距偏差向量的相反方向。
优选的是，所述移位的幅值与所述总节距偏差向量的模相关联的关系是在数学上或根据经验被确定的。
有利的是，执行步骤a)、步骤b)、步骤c)和步骤d)；重复步骤b)和步骤c)以确定新的总节距偏差向量，并且如果所述新的总节距向量的模小于或等于阈值，则执行步骤e)。
优选的是，执行步骤a)、步骤b)、步骤c)和步骤d)；重复步骤b)和步骤c)以确定新的总节距偏差向量；如果所述新的总节距向量的模大于阈值，则重复步骤d)，所述移位的幅值和所述移位的方向是根据所述新的总节距偏差向量被确定的；以及当所述新的总节距向量的模小于或等于阈值时，执行步骤e)。
有利的是，通过焊接、胶合或铆接来固定所述脉冲环。
优选的是，所述固定套筒固定到所述轴承的所述内圈。
根据另一方面，轴承单元是根据如上所述的方法制造的。
附图说明
本发明的其它优点和特征将在审查对实施方式的详细描述和附图时没有任何限制地呈现，其中：
[图1]是根据本发明的示例的安装在旋转轴上的轴承单元的轴向截面图；
[图2]示意性地示出脉冲环的实施方式；
[图3]示出根据本发明的用于为脉冲环的磁中心定中心的方法的第一实施方式；
[图4]示出将脉冲环在轴向上插入在第一圈与固定套筒之间；
[图5]示出角信号的示例；
[图6]示意性地示出移位了一段距离的磁中心和机械中心；
[图7]示出移位(/移动)向量(shifting vector)；以及
[图8]示出根据本发明的用于为脉冲环的磁中心定中心的方法的第二实施方式。
具体实施方式
参照图1，其表示设备1的纵向剖面，其中，设备1包括旋转轴2、轴承单元4和检测部件5。
检测部件包括例如线圈。
轴2和轴承单元4以设备1的中心轴线X1为中心。
轴承单元4包括安装在轴2上的轴承6和安装在轴承6上的磁脉冲环(magneticimpulse ring)7。
检测部件5与脉冲环7相关联，以追踪旋转轴2的旋转。
轴承6包括以轴线X1为中心的旋转内圈8和非旋转外圈9。轴承6还包括位于内圈8与外圈9之间的滚动元件10，例如球。
内圈8包括圆柱形孔11和形成在孔11中的圆柱形槽12。参考轴线X1，圆柱形孔11的直径小于圆柱形槽12的直径。
脉冲环7包括靶保持件(target holder)13、靶14和固定套筒15。
远离中心轴X1，靶保持件13包括内周16、径向部分17和外周18。内周16限定靶保持件13的内孔，并且通过固定套筒15固定到轴承6的旋转内圈8。径向部分17基本上在径向上从内周16朝向轴承6的外部延伸。径向部分17的外周18在径向上位于外圈9之外。
在靶保持件13的径向部分17与外圈9的侧面(/侧向面)之间在轴向上设置有间隙g17。
靶保持件13的外周18包括从径向部分17在轴向上延伸的外管状部分19。外管状部分19平行于轴线X1延伸并且在径向上位于轴承6的外圈9的上方。
靶14由靶保持件13的在径向上相对于轴线X1在外圈9之外的外管状部分19保持。
靶14和检测部件5配合以追踪脉冲环7、靶保持件13、内圈6和轴2绕着中心轴线X1的旋转。在表面与检测部件5之间在径向上设置有间隙g5。
靶14包括一系列相反极性的磁极，使得当磁极在检测部件的前方接连经过时，检测部件5感应电流。
作为另一种选择，检测部件5和脉冲环7可以使用任何其它适合的技术来代替磁技术。例如，可以在设备1的轴承单元4内实施感应技术或光学技术。
靶保持件13的内周16通过固定套筒15固定到轴承6的旋转内圈8。
固定套筒15包括平行于轴线X1在轴向上延伸的环形管状部分20。
管状部分20装配在旋转内圈8的槽12中。
固定套筒15还包括从环形管状部分20的端部在径向上向外延伸的径向套环(radial collar)21。
径向套环21与靶保持件13的径向延伸部的内周16重叠。径向套环21在轴向上将内周16压在内圈8的侧面上，以便于防止固定套筒15、靶保持件13和内圈8之间的任何相对旋转。
图2示意性地表示安装在轴2上的脉冲环7和检测部件5的实施方式的示例。
靶14包括例如与被命名为S1至S8的8个南磁极交替的被命名为N1至N8的8个北磁极，从而形成被表示为Npp的8个极对。
在另一个实施方式中，脉冲环7包括多于或少于8个极对。
脉冲环7的磁中心被命名为C4并且不与轴承6的旋转中心重合，其中，旋转中心位于轴线X1上，两个中心分开距离e。
检测部件5产生角信号SDE，其中，角信号SDE包括在脉冲环7的一个机械转圈(/一圈机械转动)上(over one mechanical turn)的感应电流Iinduced。
间隔i被定义为相同极性的两个最近的极Ni与Si之间的角距离，其中，i从1至8变化。
当旋转被施加于旋转轴2时，在检测部件5的前方的每一个极对Si、Ni感应出电流Ireal(i)，使得：
例如由处理单元PU来对角信号SDE进行处理。
图3表示用于将脉冲环7的磁中心C4定中心在轴承6的旋转中心上的方法的第一实施方式。
在步骤30中，将脉冲环7插入在内圈8与固定套筒15之间，其中，内圈8和固定套筒15被构造为在轴承6的轴向方向X1上保持脉冲环7。
如图4所示，在脉冲环7的靶保持件13与固定套筒15之间保持径向间隙g7。
在固定套筒15与靶保持件的孔之间保持径向间隙g7。
然后，在步骤31中，检测部件产生在脉冲环7的一个机械转圈上的(/关于脉冲环7的一圈机械转动的)角信号SDE。
在步骤32中，处理单元PU基于角信号SDE确定脉冲环7的总节距偏差向量(totalpitch deviation vector)
首先，基于以下公式计算针对每一个间隔i的单节距偏差值SPD：
其中：
PTheo(i)：针对间隔i的角信号的理论周期(/时间段)(Theoretical period)
Preal(i)：针对间隔i的角信号的实际周期。
应当注意，实际周期Preal(i)将在相同符号的极之间(即，在北极之间或在南极之间)被确定。类似地，实际周期Preal(i)将在相同类别的信号边沿(signal edge)之间(即，在上升沿之间或在下降沿之间)被确定。
图5示出在一个机械转圈上的包括电流Ireal(i)的感应电流Iinduced、理论周期PTheo(i)和实际周期Preal(i)，其中，i从1至8变化。
然后，处理单元PU选择最大单节距偏差值SPDmax和最小单节距偏差值SPDmin，并且确定与最大单节距偏差值相关联的第一单节距偏差向量和与最小单节距偏差值相关联的第二单节距偏差向量
第一单节距偏差向量的模(module)由最大单节距偏差值SPDmax(例如，等于0.16％)来限定，并且向量的方向由最大单节距偏差值SPDmax在机械转圈(mechanicalturn)中的角位置(例如，或315.07°)来限定。
类似地，第二单节距偏差向量的模由最小单节距偏差值SPDmin(例如，等于-0.13％)来限定，并且向量的方向由最小单节距偏差值SPDmin在机械转圈中的角位置(例如，或135.03°)来限定。
处理单元PU计算第一向量与第二向量之间的向量差，节距偏差向量等于作为最终得到的向量。
使用上述值，节距偏差向量被限定为其模TPD等于0.20％并且角位置DTPD等于-85.55°。
然后，在步骤33(图3)中，将脉冲环7在轴承6的径向上移位(shifted)。
根据总节距偏差向量确定移位的幅值ASH和移位的方向DSH，由以幅值ASH和方向DSH为特征的移位向量表示移位。
被命名为Flink的关系将移位的幅值ASH与总节距偏差向量的模相关联，并且移位的方向DSH与向量的方向相反。
关系Flink是根据经验或在数学上被确定的。
现在给出了一种在数学上确定关系Flink的方法。
图6示意性地示出分开距离e的磁中心C4和机械中心X1。
脉冲环7的周长C1等于在检测部件5的前方的脉冲环7直径D乘以π。
一个电角度(electric degree)等于用360与磁极对的数量NPP相乘的乘积去除(divided)周长C1。
如图6所示，幅值等于机械中心X1相对于磁中心C4的距离e的移位产生角度α乘以2的磁扇形角度幅值，近似于距离e乘以2的位置幅值。
关系Flink等于：
幅值ASH和周长以毫米为单位，以及模TPD以百分比为单位。
例如，假设直径D等于63mm。
当模TPD等于0.2％时，移位的幅值ASH等于0.025mm。
移位向量被限定为幅值ASH等于0.025mm并且方向DSH等于94.45°(-85.55°加180°)。
图7表示第一单节距偏差向量第二单节距偏差向量节距偏差向量和移位向量
然后在步骤34(图3)中，在径向方向上锁定脉冲环7，使得脉冲环在径向上和在轴向上固定到轴承6的内圈9。
例如通过焊接、胶合或铆接来锁定脉冲环7。
图8表示用于将脉冲环7的磁中心C4定中心(/定心)在轴承6的旋转中心上的方法的第二实施方式。
执行步骤30、步骤31和步骤32。
如果首次执行步骤30、步骤31和步骤32(步骤35)，则执行步骤33，然后重复步骤31和步骤32以确定新的总节距偏差向量。
当新的总节距偏差向量被确定时，将新的总节距偏差向量的模与阈值进行比较(步骤36)。阈值的值例如等于0.30％。
如果新的总节距偏差向量的模小于或等于阈值，则执行步骤34。
如果新的总节距偏差向量的模大于阈值，则执行步骤33以确定移位向量，其中，移位的幅值和移位的方向是根据新的总节距偏差向量被确定的。
所述方法允许通过根据总节距偏差向量TPD的值调整脉冲环7来补偿轴承单元2的不同组件的不对准，而不需要提高轴承单元组件的精度，使得脉冲环的磁中心和轴承单元的机械中心基本上重合，以便于提高转子的角位置的检测质量。
在所示出的示例中，传感器轴承单元设置有包括一列滚动元件的滚动轴承。作为另一种选择，滚动轴承可以包括至少两列滚动元件。在所示出的示例中，滚动元件是球。作为另一种选择，滚动轴承可以包括其它类型的滚动元件，例如滚子。在另一种变型形式中，滚动轴承还可以设置有不具有滚动元件的滑动轴承。
另外，在所示出的示例中，滚动轴承的第一圈是内圈8，而第二圈是外圈9。作为另一种选择，可以设置相反的第一圈形成外圈并且第二圈形成内圈的配置。在这种情况下，脉冲环固定到外圈。
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