CN201410933Y

CN201410933Y - 汽车电动雨刮器

Info

Publication number: CN201410933Y
Application number: CN2009201500396U
Authority: CN
Inventors: 郝双晖; 郝明晖
Original assignee: Zhejiang Guanxi Electric & Motor Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Zhongke Derun Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2019-04-30

Abstract

一种汽车电动雨刮器，包括第一伺服电机和第一雨刮臂，第一伺服电机的输出通过第一联轴器与第一雨刮轴相连，第一雨刮轴上设有第一雨刮臂，且第一雨刮臂随第一雨刮轴的转动而摆动，其中，所述的伺服电机的电机轴上设有第一位置检测装置；所述的第一雨刮臂上设有磁钢，在汽车的对应位置设有磁感应元件，所述的第一位置检测装置和磁感应元件将检测到的位置信号输出给第一伺服控制器，第一伺服控制器控制第一伺服电机并带动第一雨刮臂摆动。本实用新型结构简单、成本低，可实现雨刷在0°至180°的任意摆角，具有“阻转”保护功能，可实现无级调速，并且可靠性高、使用寿命长。

Description

汽车电动雨刮器

技术领域

本实用新型涉及一种雨刮器，尤其是一种汽车电动雨刮器。

背景技术

现有的汽车雨刮器包括电机、减速器、摇臂轴、四连杆机构、雨刮臂等，结构复杂，体积庞大。申请号为03256255.1的文献公开了一种可实现180°摆角的雨刮器，但是结构复杂；申请号为200620101371.X的文献公开了一种气动控制的雨刮器，虽然简化了机械结构，但是控制结构复杂，而且雨刮器的调速不方便；申请号为200620053557.2的文献使用两台电机分别驱动两根雨刷，简化了机械结构，但是需要用到两台电机，增加了成本，而且两台电机的同步运动不容易保证；申请号为200320106137.2的文献增加了一些保护电路，实现雨刮器的“阻转”保护，但是没有改变雨刮器的机械结构，保护电路也复杂。申请号为03270496.8的文献，采用直流电机作为雨刮器的驱动电机，直流电机存在电刷，使用寿命短，噪声大。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种汽车电动雨刮器，采用交流伺服电机作为雨刮器的驱动电机，通过位置检测装置实现雨刮器换向，去掉现有雨刮器的机械换向装置，结构简单、成本低，可实现雨刷在0°至180°的任意摆角，具有“阻转”保护功能，可实现无级调速，并且可靠性高、使用寿命长。

本实用新型所要解决的技术问题，是通过如下技术方案实现的：

本实用新型提供一种汽车电动雨刮器，包括第一伺服电机和第一雨刮臂，第一伺服电机的输出通过第一联轴器与第一雨刮轴相连，第一雨刮轴上设有第一雨刮臂，且第一雨刮臂随第一雨刮轴的转动而摆动，所述的伺服电机的电机轴上设有第一位置检测装置；所述的第一雨刮臂上设有磁钢，在汽车的对应位置设有磁感应元件，所述的第一位置检测装置和磁感应元件将检测到的位置信号输出给第一伺服控制器，第一伺服控制器控制第一伺服电机并带动第一雨刮臂摆动。

所述的第一联轴器和第一雨刮轴之间还依次连接有减速器和第二联轴器，第一联轴器与减速器的主动件相连，减速器的从动件通过第二联轴器与第一雨刮轴相连。

所述的第一雨刮轴上套设有第一曲柄，第一曲柄通过同步杆与第二曲柄相连，第二曲柄上设有第二雨刮轴，所述的第二雨刮轴转动并带动固定在其上的第二雨刮臂摆动。

所述的减速器为蜗轮蜗杆减速器或圆柱齿轮减速器或圆锥齿轮减速器或行星齿轮减速器或其组合。

作为变形结构，本实用新型还包括第二伺服电机和第二雨刮臂，所述的第二伺服电机的电机轴上设有第二位置检测装置，第二位置检测装置将检测到的位置信号输出给第二伺服控制器，第二伺服控制器与所述的第一伺服控制器相连；所述的第一位置检测装置和磁感应元件将检测到的位置信号输出给第一伺服控制器，第一伺服控制器将所述的位置信号输出给第二伺服控制器控制第二伺服电机并带动第二雨刮臂摆动。

为了节省体积，所述的第一位置检测装置、第一伺服控制器和第一伺服电机一体设置；所述的第二位置检测装置、第二伺服控制器和第二伺服电机一体设置。

根据需要，所述的第一伺服电机、第二伺服电机优选为交流伺服电机。

上述汽车电动雨刮器中的所述伺服控制器包括数据处理单元、电机驱动单元和电流传感器，所述数据处理单元接收输入的指令信号、电流传感器采集的电机输入电流信号和位置检测装置输出的代表电机角度的信息，经过数据处理，输出控制信号给所述的电机驱动单元，所述电机驱动单元根据所述的控制信号输出合适的电压给伺服电机，从而实现对伺服电机的精确控制。

所述数据处理单元包括机械环控制子单元、电流环控制子单元、PWM控制信号产生子单元和传感器信号处理子单元；

所述传感器信号处理子单元接收所述位置检测装置输出的代表电机角度的信息，将电机的角度传输给所述的机械环控制子单元；所述传感器信号处理子单元还接收所述电流传感器的检测到的电流信号，经过A/D采样后输出给所述的电流环控制子单元；

所述机械环控制子单元根据接收到的指令信号和电机轴的转动角度，经过运算得到电流指令，并输出给所述的电流环控制子单元；

所述电流环控制子单元根据接收到的电流指令的电流传感器输出的电流信号，经过运算得到三相电压的占空比控制信号，并输出给所述的PWM控制信号产生子单元；

所述PWM控制信号产生子单元根据接收到的三相电压的占空比控制信号，生成具有一定顺序的六路PWM信号，分别作用于电机驱动单元。

所述电机驱动单元包括六个功率开关管，所述开关管每两个串联成一组，三组并联连接在直流供电线路之间，每一开关管的控制端受PWM控制信号产生子单元输出的PWM信号的控制，每一组中的两个开关管分时导通。

所述数据处理单元为MCU，所述电机驱动单元为IPM模块。

所述的第一位置检测装置、第二位置检测装置，包括磁钢环、导磁环和磁感应元件，其特征在于，所述导磁环由两段或多段同半径、同圆心的弧段构成，相邻两弧段留有缝隙，所述磁感应元件置于该缝隙内，当磁钢环与导磁环发生相对旋转运动时，所述磁感应元件将感测到的磁信号转换为电压信号，并将该电压信号传输给相应的信号处理装置。

所述的导磁环由两段同半径、同圆心的弧段构成，分别为1/4弧段和3/4弧段，对应的磁感应元件为2个；或者，所述的导磁环由三段同半径的弧段构成，分别为1/3弧段，对应的磁感应元件为3个；或者，所述的导磁环由四段同半径的弧段构成，分别为1/4弧段，对应的磁感应元件为4个；或者，所述的导磁环由六段同半径的弧段构成，分别为1/6弧段，对应的磁感应元件为6个。

所述的导磁环的弧段端部设有倒角，为沿轴向或径向或同时沿轴向、径向切削而形成的倒角。

为了便于固定所述导磁环，所述的第一位置检测装置、第二位置检测装置还包括骨架，所述导磁环设置在骨架成型模具上，在所述骨架一体成型时与骨架固定在一起。

所述传感器信号处理子单元或位置检测装置中包括位置检测装置的信号处理电路，用于根据所述位置检测装置的电压信号得到电机轴的转动角度，具体包括：

A/D转换电路，对位置检测装置中磁感应元件发送来的电压信号进行A/D转换，将模拟信号转换为数字信号；

合成电路，对位置检测装置发送来的经过A/D转换的多个电压信号进行处理得到基准信号D；

角度获取电路，根据该基准信号D，在标准角度表中选择与其相对的角度作为偏移角度θ；以及

存储电路，用于存储标准角度表。

所述的第一位置检测装置、第二位置检测装置，包括转子和将转子套在内部的定子，所述转子包括第一磁钢环、第二磁钢环；

其中，所述第一磁钢环和第二磁钢环分别固定在电机轴上；

在定子上，对应于第二磁钢环，以第二磁钢环的中心为圆心的同一圆周上设有n(n＝1，2…n)个均匀分布的磁感应元件，所述第二磁钢环的磁极磁化顺序使得n个磁感应元件输出呈格雷码格式，相邻两个输出只有一位变化；

在定子上，对应于第一磁钢环，以第一磁钢环的中心为圆心的同一圆周上设有有m(m为2或3的整数倍)个呈一定角度分布的磁感应元件，所述第一磁钢环的磁极总对数与第二磁钢环的磁极总数相等，并且相邻两极的极性相反；

当转子相对于定子发生相对旋转运动时，所述磁感应元件将感测到的磁信号转变为电压信号，并将该电压信号输出给一信号处理装置。

在定子上对应于第一磁钢环的相邻两个磁感应元件之间的夹角，当m为2或4时，该夹角为90°/g；当m为3时，该夹角为120°/g；当m为6时，该夹角为60°/g，其中，g为第二磁钢环的磁极总数。

其中，所述第一磁钢环和第二磁钢环分别固定在转轴上，所述第一磁钢环被均匀地磁化为N[N＜＝2ⁿ(n＝0，1，2…n)]对磁极，并且相邻两极的极性相反；所述第二磁钢环的磁极总数为N，其磁序按照特定磁序算法确定；

在定子上，对应于第一磁钢环，以第一磁钢环的中心为圆心的同一圆周上设有m(m为2或3的整数倍)个呈一定角度分布的磁感应元件；对应于第二磁钢环，以第二磁钢环的中心为圆心的同一圆周上设有n(n＝0，1，2…n)个呈一定角度分布的磁感应元件；

在定子上对应于第二磁钢环的相邻两个磁感应元件之间的夹角为360°/N。

在定子上对应于第一磁钢环相邻两个磁感应元件之间的夹角，当m为2或4时，每相邻两个磁感应元件之间的夹角为90°/N，当m为3时，每相邻两个磁感应元件之间的夹角为120°/N；当m为6时，每相邻两个磁感应元件之间的夹角为60°/N。

为了简化结构，所述磁感应元件直接表贴在定子的内表面。

为了更好的聚磁，所述的第一位置检测装置、第二位置检测装置还包括两个导磁环，每一所述导磁环是由多个同圆心、同半径的弧段构成，相邻两弧段留有空隙，对应于两个磁钢环的磁感应元件分别设在该空隙内。

所述的磁感应元件为霍尔感应元件。

A/D转换电路，对位置检测装置发送来的电压信号进行A/D转换，将模拟信号转换为数字信号；

相对偏移角度θ₁计算电路，用于计算位置检测装置中对应于第一磁钢环的磁感应元件发送来的第一电压信号在所处信号周期内的相对偏移量θ₁；

绝对偏移量θ₂计算电路，根据位置检测装置中对应于第二磁钢环的磁感应元件发送来的第二电压信号，通过计算来确定第一电压信号所处的信号周期首位置的绝对偏移量θ₂；

角度合成及输出模块，用于将上述相对偏移量θ₁和绝对偏移量θ₂相加，合成所述第一电压信号所代表的在该时刻的旋转角度θ；

存储模块，用于存储数据。

还包括：

信号放大电路，用于在A/D转换电路进行A/D转换之前，对来自于磁电式传感器的电压信号进行放大。

所述相对偏移角度θ₁计算电路包括第一合成电路和第一角度获取电路，所述第一合成电路对位置检测装置发送来的经过A/D转换的多个电压信号进行处理，得到一基准信号D；所述第一角度获取电路根据该基准信号D，在第一标准标准角度表中选择一与其相对的角度作为偏移角度θ₁。

所述相对偏移角度θ₁计算电路内或在合成电路之前还包括温度补偿电路，用于消除温度对磁电式传感器发送来的电压信号的影响。

所述合成电路或所述第一合成电路的输出还包括信号R；

所述温度补偿单元包括系数矫正器和乘法器，所述系数矫正器对所述合成模块的输出的信号R和对应该信号的标准状态下的信号R₀进行比较得到输出信号K；所述乘法器为多个，每一所述乘法器将从位置检测装置发送来的、经过A/D转换的一个电压信号与所述系数矫正模块的输出信号K相乘，将相乘后的结果输出给第一合成电路。

所述绝对偏移量θ₂计算电路包括第二合成电路和第二角度获取电路，所述第二合成电路用于对对应于第二磁钢环的位置检测装置发送来的第二电压信号进行合成，得到一信号E；所述第二角度获取电路根据该信号E在第二标准角度表中选择一与其相对的角度作为第一电压信号所处的信号周期首位置的绝对偏移量θ₂。

综上所述，本实用新型结构简单且成本低；雨刷的换向与磁感应元件的安装位置有关，只要调整磁感应元件的安装位置，就能实现雨刷在0°至180°的任意摆角；由于采用的是交流伺服系统，交流伺服控制器能对交流伺服电机实现“阻转”保护，不会因雨刷“阻转”而烧坏电机，具有“阻转”保护功能；交流伺服系统可实现无级调速，可以对雨刷实现无级调速，调速非常方便；由于大大简化了现有雨刮器的机械结构，并且采用交流伺服电机，比直流电机使用寿命长，所以整个系统可靠性高。

以下结合附图和具体的实施例对本实用新型进行详细地说明。

附图说明

图1是本实用新型实施例一的汽车电动雨刮器的结构示意图；

图2是本实用新型实施例二的汽车电动雨刮器的结构示意图；

图3是本实用新型实施例三的汽车电动雨刮器的结构示意图；

图4是本实用新型实施例四的汽车电动雨刮器的结构示意图；

图5是本实用新型实施例五的汽车电动雨刮器的结构示意图；

图6是本实用新型实施例六的汽车电动雨刮器的结构示意图；

图7是本实用新型实施例七的汽车电动雨刮器的结构示意图；

图8是本实用新型实施例八的汽车电动雨刮器的结构示意图；

图9是本实用新型实施例九的汽车电动雨刮器的结构示意图；

图10是本实用新型实施例十的汽车电动雨刮器的结构示意图；

图11是本实用新型实施例十一的汽车电动雨刮器的结构示意图；

图12是根据上述实施例的汽车电动雨刮器的控制系统的结构简图；

图13是交流伺服系统的结构原理图；

图14示出了双电机雨刮器的同步控制原理图；

图15是本实用新型的位置检测装置安装于轴上的结构原理图；

图16是本实用新型的位置检测装置的立体分解图；

图17是本实用新型的位置检测装置安装于轴上的立体图；

图18是本实用新型的位置检测装置安装于轴上的另一立体图；

图19是磁钢环安装于轴上的立体图；

图20是导磁环安装于骨架上的立体图；

图21是将导磁环从骨架上取下后的立体图；

图22A-图22D是本实用新型的导磁环的倒角设计图；

图23是本实用新型位置检测装置的实施例一的结构示意图；

图24是本实用新型位置检测装置的实施例一的信号处理装置的框图；

图25是位置检测装置的实施例二的结构示意图；

图26是位置检测装置的实施例二的信号处理装置的框图；

图27是位置检测装置的实施例三的结构示意图；

图28是位置检测装置的实施例三的信号处理装置的框图；

图29是位置检测装置的实施例四的结构示意图；

图30是位置检测装置的实施例四的信号处理装置的框图；

图31是本实用新型实施例五的位置检测装置的立体分解图；

图32是图31所示的位置检测装置的安装图；

图33是图31所示的位置检测装置的另一安装图；

图34本实用新型所述位置检测装置的信号处理方法的流程图之一；

图35本实用新型所述位置检测装置的信号处理方法的流程图之二；

图36本实用新型所述位置检测装置的信号处理方法的流程图之二；

图37本实用新型所述位置检测装置的信号处理方法的流程图之四；

图38是本实用新型实施例五的位置检测装置对应于第二磁钢环设有3个磁感应元件时得到的编码；

图39是本实用新型实施例五的位置检测装置对应于第二磁钢环设有3个磁感应元件时第二磁钢环的充磁顺序；

图40是本实用新型实施例五的位置检测装置的第二磁钢环、导磁环和磁感应元件的结构图；

图41是本实用新型实施例五的位置检测装置的第一磁钢环均匀磁化为6对极时对应2个磁感应元件的布置图；

图42为本实用新型实施例五的位置检测装置的第一磁钢环、导磁环和磁感应元件的结构图；

图43为本实用新型实施例五的位置检测装置的信号处理装置的电路框图；

图44为本实用新型实施例六的第一磁钢环、导磁环和磁感应元件的结构图；

图45为本实用新型实施例六的信号处理装置的电路框图；

图46为本实用新型实施例七的第一磁钢环、导磁环和磁感应元件的结构图；

图47为本实用新型实施例七的信号处理装置的电路框图；

图48为本实用新型实施例八的第一磁钢环、导磁环和磁感应元件的结构图；

图49本实用新型实施例八的信号处理装置的电路框图；

图50为本实用新型的实施例五至实施例八的位置检测装置的另一种结构的立体分解图；

图51A、51B和51C分别是实施例九的设置有导磁环的位置检测装置结构的立体分解图、示意图和结构图。

具体实施方式

实施例一

参照附图，图1是本实用新型实施例一的汽车电动雨刮器的结构示意图。如图1所示，该汽车电动雨刮器包括：第一伺服电机1a和第一雨刮臂2a，第一伺服电机1a的输出通过第一联轴器3a与第一雨刮轴4a相连，第一雨刮轴4a上设有第一雨刮臂2a，且第一雨刮臂2a随第一雨刮轴4a的转动而摆动。

第一伺服电机1a的电机轴上设有第一位置检测装置5a；第一雨刮臂2a上设有磁钢6，在汽车的对应位置设有磁感应元件，在本实用新型中该磁感应元件7采用霍尔感应元件，第一位置检测装置5a和磁感应元件7将检测到的位置信号输出给第一伺服控制器8a，第一伺服控制器8a控制第一伺服电机1a并带动第一雨刮臂2a摆动。磁感应元件7通过信号线9a连接至第一伺服控制器8a，第一位置检测装置5a通过信号线9b连接至第一伺服控制器8a，第一伺服电机1a通过电机动力线10连接至第一伺服控制器8a。

在本实施例中，汽车电动雨刮器的控制方法包括以下步骤：

步骤1：第一雨刮臂2a在伺服电机1a带动下朝磁感应元件7的方向摆动，设定此时伺服电机的旋转方向为正转方向，雨刮臂的摆动方向为正向摆动；

步骤2：第一雨刮臂2a摆动到极限位置，使第一雨刮臂2a上的磁钢6与磁感应元件7的位置相对应，磁感应元件7感应出磁钢6的位置并将该位置信号传递给第一伺服控制器8a，第一伺服电机1a进行位置控制，控制第一伺服电机1a反转，从而使第一雨刮臂2a反向摆动；

步骤3：预设第一伺服电机1a转动角度对第一伺服电机1a进行位置控制，计算第一伺服电机1a转过的角度，从而计算出第一雨刮臂2a转过的角度，当第一伺服电机1a转过设定的角度后，控制第一伺服电机1a正转，从而带动雨刮臂重新正向摆动。

实施例二

如图2所示，与实施例一不同的是，该电动雨刮器还包括减速器。第一伺服控制器8a控制第一伺服电机1a运行，电机通过第一联轴器3a与蜗杆11连接，带动蜗杆11转动，蜗杆11带动蜗轮12转动，蜗轮轴13通过第二联轴器3b与第一雨刮轴4a连接，带动第一雨刮轴4a转动。这里所采用的减速器为蜗轮蜗杆减速器，也可以使用圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器、行星齿轮减速器等。该电动雨刮器为单雨刮结构的雨刮器，结构简单，伺服控制器能控制雨刮器实现0°至180°任意摆角，所以不仅能代替现有单雨刮结构的雨刮器，而且可以代替现有双雨刮结构的雨刮器。

实施例三

如图3所示，与实施例一不同的是，该电动雨刮器第一雨刮轴4a上套设有第一曲柄14a，第一曲柄14a通过同步杆15与第二曲柄14b相连，第二曲柄14b上设有第二雨刮轴4b，所述的第二雨刮轴4b转动并带动固定在其上的第二雨刮臂2b摆动。该汽车雨刮器的电机与雨刮轴之间没有减速器，直接通过联轴器3a连接。这样可以简化雨刮器的结构，但需要电机提供更大的转矩。

在本实施例中汽车电动雨刮器的控制方法包括以下步骤：

步骤1：第一雨刮臂2a在第一伺服电机1a带动下朝磁感应元件7的方向摆动，设定此时第一伺服电机1a的旋转方向为正转方向，第一雨刮臂2a的摆动方向为正向摆动；

步骤2：第一雨刮臂2a摆动到极限位置，使第一雨刮臂2a上的磁钢6与磁感应元件7的位置相对应，磁感应元件7感应出磁钢6的位置并将该位置信号传递给第一伺服控制器8a，对第一伺服电机1a进行位置控制，控制第一伺服电机1a反转，从而使第一雨刮臂2a反向摆动；

第一雨刮臂2a、第二雨刮臂2b，两者通过同步杆15相连；随着第一雨刮臂2a的摆动，设置在其上的磁钢6运动到与磁感应元件7相对应的位置，磁感应元件7感应出磁钢的位置并将该位置信号传递给第一伺服控制器8a，第一伺服电机1a进行位置控制，控制第一伺服电机1a反转，从而使第一雨刮臂2a反向摆动；同步杆15同时带动第二雨刮臂2b反向摆动。

步骤3：预设第一伺服电机1a转动角度对第一伺服电机1a进行位置控制，计算第一伺服电机1a转过的角度，从而计算出第一雨刮臂2a转过的角度，当第一伺服电机1a转过设定的角度后，控制第一伺服电机1a正转，从而带动第一雨刮臂2a重新正向摆动。同步杆15同时带动第二雨刮臂2b正向摆动。

实施例四

如图4所示，与实施例三不同的是，该电动雨刮器的电机与雨刮轴之间设有减速器，即第一齿轮16a和第二齿轮16b。此外还可以使用圆锥齿轮减速器、行星齿轮减速器等。

实施例五

如图5所示，在该电动雨刮器中，第一伺服控制器8a控制第一伺服电机1a运行，电机通过第一联轴器3a与蜗杆11连接，带动蜗杆11转动，蜗杆11带动蜗轮12转动，蜗轮轴13通过第二联轴器3b与第一雨刮轴4a连接，带动第一雨刮轴4a转动。第一雨刮轴4a带动第一雨刮臂2a和第一曲柄14a转动，第一曲柄14a通过同步杆15与第二曲柄14b连接，带动第二曲柄14b转动，第二曲柄14b带动第二雨刮轴4b转动进而带动第二雨刮臂2b转动。

在第一雨刮臂2a上贴有磁钢6，在第一雨刮臂2a的一侧，汽车与磁钢6对应的位置装有磁感应元件7(当磁钢6随第一雨刮臂2a转动到一侧时，恰好与磁感应元件7位置对应)。当第一雨刮臂2a朝磁感应元件7的方向运动时，磁钢6接近磁感应元件7，磁场增强，磁感应元件7的感应电压增大，当磁钢6离霍尔最近时，磁感应元件7的感应电压最大，CPU检测到磁感应元件7的最大电压，由此产生转向信号，控制电机反向运行，第一雨刮臂2a朝远离磁感应元件7的方向运动。当第一雨刮臂2a向远离磁感应元件7的方向运动时，第一伺服控制器8a对第一伺服电机1a进行位置控制，控制电机转过的圈数，当第一伺服电机1a转过指定的圈数后，控制第一伺服电机1a向相反的方向旋转，从而使第一雨刮臂2a向靠近磁感应元件7的方向运动。第一雨刮臂2a向靠近磁感应元件7的方向运动时，当磁钢6运动到与磁感应元件7距离最近时，磁感应元件7产生最大的感应电压信号，传递给第一伺服控制器8a，第一伺服控制器8a控制第一伺服电机1a反转，第一雨刮臂2a向远离磁感应元件7的方向运动。通过磁感应元件7、磁钢6和位置控制，实现第一雨刮臂2a的往复运动。第二雨刮臂2b通过第一曲柄14a、同步杆15、第二曲柄14b与第一雨刮臂2a保持同步运动。

实施例六

如图6所示，与实施例五不同的是，该电动雨刮器为双电机结构的雨刮器，每一个电机分别驱动一个雨刮臂。第一伺服控制器8a和伺服控制器8b对两个电机进行同步控制，之间有信号线9d连接，用于通讯，实现双电机的同步控制。采用的减速器为蜗轮蜗杆减速器，此外还可以使用圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器、行星齿轮减速器等。

实施例七

如图7所示，该电动雨刮器的结构类似于实施例一中所述的结构，其特点是不使用减速器，电机轴直接通过联轴器3a连接雨刮轴4a，而且采用的伺服系统为一体化伺服系统，为一体化结构的单雨刮器。该电动雨刮器的结构非常简单，但由于没有减速器，所以需要电机提供的扭矩大。

实施例八

如图8所示，该电动雨刮器为一体化结构的双雨刮器。每一个电机分别驱动一个雨刮臂。第一伺服控制器8a和伺服控制器8b对两个电机进行同步控制，之间有信号线9b连接，用于通讯，实现双电机的同步控制。伺服电机1a和1b分别通过联轴器3a和3b与雨刮轴4a和4b直接连接，中间没有减速器。

实施例九

如图9所示，该电动雨刮器为采用一体化伺服系统的单雨刮结构的雨刮器。与实施例二相比，所用的伺服系统为一体化伺服系统，伺服控制器和伺服电机为一体结构，比实施例二的雨刮器结构更简单。采用的减速器为蜗轮蜗杆减速器，此外还可以使用圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器、行星齿轮减速器等。

实施例十

如图10所示，该电动雨刮器为采用一体化伺服系统的单雨刮结构的雨刮器。与实施例九相比，不同之处在于采用的减速器为圆柱齿轮减速器，即第一齿轮16a和第二齿轮16b，此外还可以使用圆锥齿轮减速器、行星齿轮减速器等。

实施例十一

如图11所示，该电动雨刮器为采用两个一体化伺服系统的雨刮器，每一个电机分别驱动一个雨刮臂。伺服控制器8a和伺服控制器8b对两个电机进行同步控制，之间有信号线9b连接，用于通讯，实现双电机的同步控制。采用的减速器为蜗轮蜗杆减速器，此外还可以使用圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器、行星齿轮减速器等。

在以上各实施例中，电机优选为交流伺服电机。

综合上述的各个实施例，将本实用新型汽车电动雨刮器的控制方法综述为以下步骤：

步骤1：雨刮臂在伺服电机带动下朝磁感应元件的方向摆动，设定此时伺服电机的旋转方向为正转方向，雨刮臂的摆动方向为正向摆动；

步骤2：雨刮臂摆动到极限位置，使雨刮臂上的磁钢与磁感应元件的位置相对应，磁感应元件感应出磁钢的位置并将该位置信号传递给伺服控制器，伺服电机进行位置控制，控制伺服电机反转，从而使雨刮臂反向摆动；

步骤3：预设伺服电机转动角度对伺服电机进行位置控制，计算伺服电机转过的角度，从而计算出雨刮臂转过的角度，当伺服电机转过设定的角度后，控制伺服电机正转，从而带动雨刮臂重新正向摆动。

优选地，步骤2具体包括：所述的雨刮臂包括第一、第二雨刮臂，两者通过同步杆相连；随着第一雨刮臂的摆动，设置在其上的磁钢运动到与磁感应元件相对应的位置，磁感应元件感应出磁钢的位置并将该位置信号传递给伺服控制器，伺服电机进行位置控制，控制电机反转，从而使第一雨刮臂反向摆动；同步杆同时带动第二雨刮臂反向摆动。

优选地，步骤2具体包括：所述的雨刮臂包括第一、第二雨刮臂，两者分别设有各自的位置检测装置、伺服控制器和伺服电机，两者的伺服电机相连；所述的第一雨刮臂摆动到极限位置，使第一雨刮臂上的磁钢与磁感应元件的位置相对应，磁感应元件感应出磁钢的位置并将该位置信号传递给第一雨刮臂的伺服控制器，伺服电机进行位置控制，控制电机反转，从而使第一雨刮臂反向摆动；第一雨刮臂的伺服控制器同时将控制信号传递给第二雨刮臂的伺服控制器，伺服电机进行位置控制，控制电机反转，从而使第二雨刮臂与第一雨刮臂同步反向摆动。

优选地，步骤3中控制电机正转，从而带动雨刮臂重新正向摆动，具体包括：所述的雨刮臂包括第一、第二雨刮臂，两者通过同步杆相连，伺服电机带动第一雨刮臂正向摆动；同步杆同时带动第二雨刮臂正向摆动。

优选地，步骤3具体包括：所述的雨刮臂包括第一、第二雨刮臂，两者分别设有各自的位置检测装置、伺服控制器和伺服电机，两者的伺服电机相连；预设伺服电机转动角度对伺服电机进行位置控制，计算伺服电机转过的角度，从而计算出雨刮臂转过的角度，当伺服电机转过设定的角度后，控制伺服电机正转，从而带动第一雨刮臂重新正向摆动；第一雨刮臂的伺服控制器同时将控制信号传递给第二雨刮臂的伺服控制器，控制第二雨刮臂与第一雨刮臂同步重新正向摆动。

以下说明上述实施例的汽车电动雨刮器的控制原理。

图12是根据上述实施例的汽车电动雨刮器的控制系统的结构简图。如图12所示，汽车雨刮器控制系统由伺服控制器、交流伺服电机、位置检测装置、霍尔和磁钢组成。伺服控制器由单片机(MCU)、IPM、电流传感器等组成。单片机接收电流传感器的电机电流信号和位置检测装置的电压信号以及霍尔的感应电压信号，求解电机转向信号、运行角度求解算法和控制程序，产生PWM信号控制IPM。IPM根据PWM信号，产生三相电压给交流伺服电机。整个系统是一个闭环的控制系统，控制周期短(一个控制周期只有几十个微秒)，响应快，精度高。

具体地，如图13所示，在MCU的内部有CPU、A/D、同步通讯口和PWM信号产生模块等，电流传感器输入到MCU的模拟信号进过A/D采样，转换为数字信号，从而得到电流反馈。位置检测装置输入到MCU的电压信号，经过A/D采样，转换为数字信号，CPU运行角度求解算法，得到角度反馈。霍尔输入到MCU的电压信号，经过A/D采样，转换为数字信号，霍尔感应磁钢的磁场，当磁钢运动到霍尔对应的位置时，磁场最强，由此产生转向信号。CPU根据转向信号、电流反馈和角度反馈运行控制程序。控制程序主要包含机械环和电流环，机械环根据设定指令和角度反馈，计算出电流指令，电流环根据电流指令和电流反馈，计算出三相电压占空比。PWM信号产生模块根据三相电压占空比，产生PWM信号，传递给IPM。IPM根据PWM信号，产生三相电压给交流伺服电机。

在控制上与传统的交流伺服系统的区别在于，没有编码器，而是用位置检测装置取代了编码器，角度求解算法和控制程序都是在一个MCU运算完成。传统的交流伺服系统编码器中也有一个MCU，用于处理角度相关的A/D采样和运行角度求解算法，并将角度通过同步口通讯发送给控制器内的MCU，控制器内的MCU用于运行控制程序。本专利只用一个MCU来完成原来两个MCU完成的工作，节省了一个MCU，同时节省了相应的外围电路、编码器和控制器的连线，因此相对与传统的交流伺服系统，降低了成本。

当第一雨刮臂朝霍尔的方向运动时，磁钢接近霍尔，磁场增强，霍尔的感应电压增大，当磁钢离霍尔最近时，霍尔的感应电压最大，CPU检测到霍尔的最大电压，由此产生转向信号，控制电机反向运行，第一雨刮臂朝远离霍尔的方向运动。

当第一雨刮臂向远离霍尔的方向运动时，伺服控制器对交流伺服电机进行位置控制，控制电机转过的圈数，当电机转过指定的圈数后，控制电机向相反的方向旋转，从而使第一雨刮臂向装有霍尔的一侧运动。通过霍尔、磁钢和位置控制，实现第一雨刮臂的往复运动。第二雨刮臂通过第一曲柄、同步杆、第二曲柄与第一雨刮臂保持同步运动。

其中，机械环根据角度指令和角度求解算法得到的角度反馈，经过控制计算，计算出电流指令，传递给电流环。电动阀控制系统的机械环包括两个位置环和一个速度环，位置环输出速度指令，速度环输出电流指令。转向信号也为机械环的输入，用于控制电机转动的方向。位置环的作用是，当第一雨刮臂向远离霍尔的方向运动时，计算电机转过的圈数，当电机转过指定的圈数后，控制电机向相反的方向旋转，从而使第一雨刮臂向装有霍尔的一侧运动。

角度指令为控制程序设定的指令或者根据设定指令计算出来。位置检测装置感应电机转轴的角度位置，并将感应的电压信号传递给MCU，经过A/D采样得到包含角度信息的数字信号，传递给MCU内的CPU，CPU运行角度求解算法，得到角度反馈。角度指令减去角度反馈，得到角度误差，通过PID控制器对角度进行PID控制，得到速度指令，角度的PID控制叫做位置环，位置环输出的是速度指令，传递给速度环。角度反馈通过微分器得到速度反馈，速度指令减去速度反馈，得到速度误差，通过PID控制器对速度进行PID控制，得到电流指令I_{d_ref}，I_{q_ref}。速度的PID控制叫做速度环。电流指令为速度环的输出，也为机械环的输出，机械环输出电流指令I_{d_ref}，I_{q_ref}给电流环。

图14示出了双电机雨刮器的同步控制原理图。如图14所示，双电机雨刮器包含两个交流伺服系统，两个交流伺服系统的伺服控制器之间通过数据线连接，用于数据通讯。MCU1接收霍尔感应的电压信号，经过A/D采样，以及转向信号求解得到转向信号。MCU1同时接收设定指令，将设定指令与转向信号，作为MCU1机械环的输入。设定指令与转向信号经过计算，计算出角度指令2，通过数据线传递给MCU2，作为MCU2机械环的输入。然后伺服控制器1和伺服控制器2分别对交流伺服电机1，2进行位置控制，从而保证两个电机同步。

接下来，详细说明上述各实施例中所使用的位置检测装置。

图15是表示本实用新型的位置检测装置安装于轴上的结构原理图。图16是表示本实用新型的位置检测装置的立体分解图。如图15和图16所示，本实用新型的位置检测装置由磁感应元件板102、磁钢环103、导磁环104、骨架105组成；磁感应元件板102由PCB板和磁感应元件106组成，磁感应元件板102上还装有接插件108。

磁钢环103安装在轴107上，对本实用新型来说，轴107就是伺服电机的转轴，导磁环104固定在骨架105上，骨架105固定在伺服电机的合适位置。当轴107转动时，磁钢环103转动，产生正弦磁场，而导磁环104起聚磁作用，磁钢环103产生的磁通通过导磁环104。PCB板上固定的磁感应元件106把通过导磁环104的磁场转换成电压信号并输出，该电压信号直接进入主控板芯片。由主控板上芯片对电压信号进行处理，最后得到位角位移。

其中，在制作所述的位置检测装置时，导磁环104设置在骨架成型模具上，在所述骨架一体成型时与骨架105固定在一起。

图17和图18是本实用新型的位置检测装置安装于轴上的总体的立体图。图19是磁钢环安装于轴上的立体图。图20是导磁环安装于骨架上的立体图。图21是将导磁环从骨架上取下后的立体图。以上各图中与图15和图16中相同的部件以相同附图标记指示。导磁环104安装于骨架105上，磁钢环103安装轴107上，导磁环104与磁钢环103可以相对转动。本实用新型通过合理安排各部件的布局，可以减少位置检测装置的尺寸。

图22A到图22D以由1/4弧段和3/4弧段构成的导磁环为例，图示了本实用新型的导磁环的倒角设计。如图22A到图22D所示，导磁环由两段或多段同半径、同圆心的弧段构成，图22A所示的导磁环没有设计倒角，图22B到图22D所示的弧段端部设有倒角，所述倒角为沿轴向(图22B)或径向(图22C)或同时沿轴向、径向(图22D)切削而形成的倒角，轴向切面151、154，径向切面152、153。相邻两弧段间留有缝隙，磁感应元件置于该缝隙内，当磁钢环与导磁环发生相对旋转运动时，所述磁感应元件将感测到的磁信号转换为电压信号，并将该电压信号传输给相应的控制器。

根据磁密公式

B = \frac{Φ}{S}

可以知道，当φ一定时候，可以通过减少S，增加B。

因为永磁体产生的磁通是一定的，在导磁环中S较大，所以B比较小，因此可以减少因为磁场交变而导致的发热。而通过减少导磁环端部面积能够增大端部的磁场强度，使得磁感应元件的输出信号增强。这样的信号拾取结构制造工艺简单，拾取的信号噪声小，生产成本低，可靠性高，而且尺寸小。

基于上述结构的位置检测装置的信号处理装置，包括：A/D转换模块、合成模块、角度获取模块和存储模块，其中，A/D转换模块对位置检测装置中磁感应元件发送来的电压信号进行A/D转换，将模拟信号转换为数字信号，对应于磁感应元件的个数，该模块中具有多个A/D转换器，分别用于对每个磁感应元件发送来的电压信号进行A/D转换；所述合成模块对经过A/D转换的多个电压信号进行处理，得到基准信号D；所述角度获取模块，根据该基准信号D，在角度存储表中选择与其相对的角度作为偏移角度θ；所述存储模块用于存储数据。

上述各个模块可以构成一MCU。

位置检测装置的实施例一

该实施例提供了设有两个磁感应元件的位置检测装置。

图23是位置检测装置的实施例一的结构示意图。如图23所示，导磁环由两段同半径的弧段构成，分别为1/4弧段111和3/4弧段112，位置A和B相距角度为90°，并开有狭缝，两个磁感应元件109和110分别放置于A和B处的狭缝中，采用此结构有利于减少磁场泄露，提高磁感应元件感应的磁通量，并且由于磁表面感应的磁通是磁场的积分，因此有利用降低信号噪声以和信号中的高次谐波。在电机轴上，由两段同半径的弧段111、112构成的导磁环与磁钢环113同心安装。

图24是位置检测装置的实施例一的信号处理装置的框图，磁感应元件H_1a和H_2a的输出信号接MCU的内置A/D转换器模拟输入口，经模数转换后得到输出信号接乘法器20a、21a，系数矫正器5a的输出信号K接乘法器20a、21a的输入端，乘法器20a、21a的输出信号接合成器3a的输入端，合成器3a输出信号D和R，系数矫正器5a接收合成器3a输出的信号D和R，通过运算得到信号K，通过使磁感应元件H_1a和H_2a的信号与该信号K进行相乘，以此来进行温度补偿，消除温度对信号的影响。存储器40a中存储有一角度存储表，MCU根据信号D在角度存储表中选择与其相对的角度作为偏移角度θ。

其中对信号的处理，即合成器3a对信号的处理原则是：比较两个信号的数值的大小，数值小的用于输出的信号D，信号D的结构为{第一个信号的符合位，第二个信号的符合位，较小数值的信号的数值位}。以本实施例为例，说明如下：

约定：

当数据X为有符号数时，数据X的第0位(二进制左起第1位)为符号位，X_0＝1表示数据X为负，X_0＝0表示数据X为正。

X_D表示数据X的数值位(数据的绝对值)，即去除符号位剩下数据位。

如果A_D＞＝B D

D＝{A_0；B_0；B_D}

R = \sqrt{A^{2} + B^{2}};

否则：

D＝{A_0；B_0；A_D}

R = \sqrt{A^{2} + B^{2}} .

在存储模块中存储有一标准角度表，其中存储了对应于一系列的码，每一个码对应于一个角度。该表是通过标定得到的，标定方法是，利用本施例的检测装置和一高精度位置传感器，将本施例中的磁感应元件输出的信号和该高精度位置传感器输出的角度进行一一对应，以此建立出一磁感应元件输出的信号与角度之间的关系表。

另外，在存储模块中还存储了一些数据修正表，这些表中包括一个信号D与信号R₀的对应表，其中信号R₀为信号R在标准状态下的信号，通过合成模块，即合成器3a得到的信号D，通过查表可以得到一信号R₀，通过将信号R₀和信号R进行比较，如除法运算，得到信号K。

位置检测装置的实施例二

该实施例提供了设有四个磁感应元件的位置检测装置。

图25是位置检测装置的实施例二的结构示意图。如图25所示，导磁环由四段同半径的1/4弧段118、119、120和121构成，A，B，C，D四个位置角度依次相隔为90°，并且都有一狭缝。4个磁感应元件114、115、116和117分别放置于狭缝A、B、C和D处，采用此结构有利于减少磁场泄露，提高磁感应元件感应的磁通量，并且由于磁表面感应的磁通是磁场的积分，因此有利用降低信号噪声以和信号中的高次谐波。四段同半径的1/4弧段118、119、120和121构成的导磁环和磁钢环122同心安装。

图26是位置检测装置的实施例二的信号处理装置的框图。

该信号处理装置与实施例一相类似，不同在于，由于本实施例中有4个互成90度的磁感应元件，因此，在信号处理装置上增加了减法器20b、21b，即数字差分模块，通过该减法器20b、21b抑制温度和零点漂移，以此来提高数据精度，最终输出给合成器4b的信号仍为2个。

位置检测装置的实施例三

该实施例提供了设有三个磁感应元件的位置检测装置。

图27是位置检测装置的实施例三的结构示意图。如图27所示，导磁环由三段同半径的1/3弧段126、127和128构成，A，B，C三个位置依次相距120°，并且开有一狭缝，3个磁感应元件123、124和125分别放置在A，B，C狭缝处，采用此结构有利于减少磁场泄露，提高传感器感应的磁通量，并且由于传感器表面感应的磁通是磁场的积分，因此有利用降低信号噪声以和信号中的高次谐波。三段同半径的1/3弧段126、127和128构成的导磁环和磁钢环129同心安装。

图28是位置检测装置的实施例三的信号处理装置的框图。

与实施例一不同的是，磁感应元件有三个，输出给合成器3c的信号为三个，合成器3c在处理信号时与实施例一不同，其余与实施例一相同。在这里，仅说明合成器3c如何处理信号。

在本实施例中，对信号的处理，即合成器3c对信号的处理原则是：先判断三个信号的符合位，并比较符合位相同的信号的数值的大小，数值小的用于输出的信号D，信号D的结构为{第一个信号的符合位，第二个信号的符合位，第三个信号的符合位，较小数值的信号的数值位}。以本实施例为例：

约定：

如果{A_0；B_0；C_0}＝010并且A_D＞＝C_D

D＝{A_0；B_0；C_0；C_D}

如果{A_0；B_0；C_0}＝010并且A_D＜C_D

D＝{A_0；B_0；C_0；A_D}

如果{A_0；B_0；C_0}＝101并且A_D＞＝C_D

D＝{A_0；B_0；C_0；C_D}

如果{A_0；B_0；C_0}＝101并且A_D＜C_D

D＝{A_0；B_0；C_0；A_D}

如果{A_0；B_0；C_0}＝011并且B_D＞＝C_D

D＝{A_0；B_0；C_0；C_D}

如果{A_0；B_0；C_0}＝011并且B_D＜C_D

D＝{A_0；B_0；C_0；B_D}

如果{A_0；B_0；C_0}＝100并且B_D＞＝C_D

D＝{A_0；B_0；C_0；C_D}

如果{A_0；B_0；C_0}＝100并且B_D＜C_D

D＝{A_0；B_0；C_0；B_D}

如果{A_0；B_0；C_0}＝001并且B_D＞＝A_D

D＝{A_0；B_0；C_0；A_D}

如果{A_0；B_0；C_0}＝001并且B_D＜A_D

D＝{A_0；B_0；C_0；B_D}

如果{A_0；B_0；C_0}＝110并且B_D＞＝A_D

D＝{A_0；B_0；C_0；A_D}

如果{A_0；B_0；C_0}＝110并且B_D＜A_D

D＝{A_0；B_0；C_0；B_D}

α = A - B \times \cos (\frac{π}{3}) - C \times \cos (\frac{π}{3})

β = B \times \sin (\frac{π}{3}) - C \times \sin (\frac{π}{3})

R = \sqrt{α^{2} + β^{2}}

位置检测装置的实施例四

该实施例提供了设有六个磁感应元件的位置检测装置。

图29是位置检测装置的实施例四的结构示意图。如图29所示，导磁环由六段同半径的1/6弧段136、137、138、139、140和141构成，A，B，C，D，E，F六个位置依次相距60°，并且都开有一狭缝，6个磁感应元件130、131、132、133、134和135分别放置在A，B，C，D，E，F狭缝处，采用此结构有利于减少磁场泄露，提高传感器感应的磁通量，并且由于传感器表面感应的磁通是磁场的积分，因此有利用降低信号噪声以和信号中的高次谐波。电机非负载输出端轴上装有永磁环，由六段同半径的1/6弧段136、137、138、139、140和141构成的导磁环和磁钢环142同心安装。

图30是位置检测装置的实施例四的信号处理装置的框图。与实施例三不同的是，磁感应元件有六个，因此，在信号处理装置上增加了减法器20d、21d、22d，通过该减法器20d、21d、22d抑制温度和零点漂移，以此来提高数据精度，最终输出给合成器4d的信号仍为3个，处理过程与实施例三相同。

如图31～图33所示，该位置检测装置包括转子和将转子套在内部的定子，转子包括第一磁钢环201a和第二磁钢环201b以及第一导磁环205a和第二导磁环205b，第一磁钢环201a和第二磁钢环201b分别固定在电机轴200上，其中定子为支架203。

如图31和图33所示，第一导磁环205a和第二导磁环205b分别由多个同圆心、同半径的弧段构成，相邻两个弧段之间留有空隙，对应于两个磁钢环的磁感应元件204分别设在该空隙内。这里的导磁环与上述实施例中所述的相同。

对应于第二磁钢环201b，以第二磁钢环201b的中心为圆心的同一圆周上设有n(n＝1，2…n)个均匀分布的磁感应元件，第二磁钢环的磁极磁化顺序使得n个磁感应原件输出呈格雷码形式。磁极的极性为格雷码的首位为“0”对应于“N/S”极，首位为“1”对应于“S/N”极。

第一磁钢环201a均匀的磁化为g(g的取值等于第二磁钢环中的磁极总数)对极(N极和S极交替排列)，当第二磁钢环中的磁极总数为6时，第一磁钢环201a的极对数为6对。以第一磁钢环201a的中心为圆心的同一圆周上，设置有m个磁感应元件，如2个，二个磁感应元件H₁、H₂之间的夹角为90°/6。第一磁钢环均匀地磁化为6对极时磁感应元件的布置如图41所示。当转子相对于定子发生相对旋转运动时，所述磁感应元件将感测到的磁信号转变为电压信号，并将该电压信号输出给一信号处理装置。

定义第一磁钢环中相邻一对“N-S”为一个信号周期，因此，任一“N-S”对应的机械角度为360°/g(g为“N-S”个数)，假定转子在t时刻旋转角度θ位于第n^th信号周期内，则此时刻角位移θ可认为由两部分构成：1.在第n^th信号周期内的相对偏移量，磁感应元件H₁和H₂感应第一磁钢环的磁场来确定在此“N-S”信号周期内的偏移量θ₁(值大于0小于360°/g)；2.第n^th信号周期首位置的绝对偏移量θ₂，用传感器1_3a、1_4a、…1_na感应的磁场来确定此时转子究竟是处于哪一个“N-S”来得到θ₂。

基于该位置检测装置及原理的信号处理装置包括：A/D转换模块、相对偏移量θ₁计算模块、绝对偏移量θ₂计算模块和存储模块。其信号处理流程如图34-37所示，对位置检测装置中第一磁钢环和第二磁钢环发送来的电压信号进行A/D转换，将模拟信号转换为数字信号；由相对偏移量θ₁计算模块对位置检测装置发送来的对应于第一磁钢环的第一电压信号进行角度θ₁求解，计算对应于第一磁钢环的信号在所处信号周期内的相对偏移量θ₁；由绝对偏移量θ₂计算模块对位置检测装置发送来的对应于第二磁钢环的第一电压信号进行角度θ₂求解，来确定第一电压信号所处的信号周期首位置的绝对偏移量θ₂；通过角度合成及输出模块，如加法器用于将上述相对偏移量θ₁和绝对偏移量θ₂相加，合成所述第一电压信号所代表的在该时刻的旋转角度θ。对于图35，为在图34的基础上增加的信号放大模块，具体如放大器，用于在A/D转换模块进行A/D转换之前，对来自于位置检测装置的电压信号进行放大。图36是包括温度补偿的信号处理流程图，在进行角度θ₁求解之前，还包括温度补偿的过程；图37为基于图36的温度补偿的具体过程，即进行温度补偿时，要先进行系数矫正，而后再将A/D转换器输出的信号与系数矫正的输出通过乘法器进行相乘的具体方式来进行温度补偿。当然，温度补偿的具体方式还有很多种，在此就不一一介绍。

相对偏移量θ₁计算模块包括信号合成单元、第一角度获取单元和温度补偿单元，信号合成单元对不同位置检测装置发送来的经过A/D转换的电压信号进行处理，得到一基准信号D；所述第一角度获取单元根据该基准信号D，在第一标准角度表中选择一与其相对的角度作为偏移角度θ₁；其中，在得到基准信号D之前，先对输入给信号合成单元的信号由温度补偿单元进行温度补偿，再将温度补偿后的信号进行处理得到信号D。这里所述的处理将在后面详细说明。绝对偏移量θ₂计算模块包括第二合成器和所述第二角度获取单元，用于对对应于第二磁钢环的位置检测装置发送来的第二电压信号进行合成，得到轴转过信号周期数，从而确定第一电压信号所处的信号周期首位置的绝对偏移量θ₂，具体实现方式是所述第二合成器对对应于第二磁钢环的位置检测装置发送来的第二电压信号进行合成，得到一信号E；所述第二角度获取单元根据该信号E在第二标准角度表中选择一与其相对的角度作为第一电压信号所处的信号周期首位置的绝对偏移量θ₂。

位置检测装置的实施例五

在该实施例中，对应于第二磁钢环设有3磁感应元件，对应于第一磁钢环设有2磁感应元件。

由于第二磁钢环的磁极磁化顺序使得n个磁感应原件输出呈格雷码形式。磁极的极性为格雷码的首位为“0”对应于“N/S”极，首位为“1”对应于“S/N”极。因此，在本实施例中，由于n为3时，得到如图38所示的编码，得到6个码，即得到6个极，充磁顺序如图39所示，个磁感应元件均布周围进行读数。第二导磁环205b、支架203和磁感应元件204的位置关系如图40所示。

由于第二磁钢环的磁极总数为6，因此，第一磁钢环被均匀的磁化为6对极，其与2个磁感应元件的布置图及磁序如图41所示，第一导磁环205a、支架203和磁感应元件204的位置关系如图42所示。

图43示出了本实施例中对应于第一磁钢环设有2个磁感应元件、第二磁钢环设有3个磁感应元件时信号处理装置的电路框图。传感器1_1a和1_2a的输出信号接放大器2_1a、2_2a进行放大，然后接A/D转换器3_1a、3_2a，经模数转换后得到输出信号接乘法器4_1a、5_1a，系数矫正器10_1a输出信号接乘法器4_1a、5_1a的输入端，乘法器4_1a、5_1a的输出信号A、B接第一合成器6_1a的输入端，第一合成器6_1a对信号A、B进行处理，得到信号D、R，根据信号D从存储器8_1a中存储的标准角度表中选择一与其相对的角度作为偏移角度θ₁。其中，第一合成器6_1a的输出信号R输送给系数矫正器10_1a，系数矫正器10_1a根据信号R和从存储器9_1a中查表得到信号R₀得到信号K，该信号K作为乘法器4_1a、5_1a的另一输入端，与从放大器2_1a、2_2a输出的信号C1、C2分虽相乘得到信号A、B作为第一合成器6_1a的输入。

传感器1_3a、1_4a、…1_na的输出信号分别接放大器2_3a、2_4a、…2_na进行放大，然后接A/D转换器3_3a、3_4a、…3_na进行模数转换后通过第二合成器7_1a进行合成，得到一信号E；根据该信号E在存储器11_1a中的第二标准角度表中选择一与其相对的角度作为第一电压信号所处的信号周期首位置的绝对偏移量θ₂，θ₁和θ₂通过加法器12_1a得到测量的绝对角位移输出θ。

其中，第二合成器7_1a的功能是，通过对传感器1_3a、1_4a、…1_na的信号进行合成，得到此时刻转子处于哪一个“N-S”信号周期内。

第二合成器7_1a的处理是：当数据X为有符号数时，数据X的第0位(二进制左起第1位)为符号位，X_0＝1表示数据X为负，X_0＝0表示数据X为正。也即当感应的磁场为N时，输出为X_0＝0，否则为X_0＝1。

则对于本实施例，E＝{C3_0；C4_0；Cn_0}。

其中，第一合成器6_1a对信号的处理是：比较两个信号的数值的大小，数值小的用于输出的信号D，信号D的结构为{第一个信号的符合位，第二个信号的符合位，较小数值的信号的数值位}。具体如下：

这里约定(后文各合成器均使用该约定)，当数据X为有符号数时，数据X的第0位(二进制左起第1位)为符号位，X_0＝1表示数据X为负，X_0＝0表示数据X为正。X_D表示数据X的数值位(数据的绝对值)，即去除符号位剩下的数据位。

如果A_D＞＝B_D

D＝{A_0；B_0；B_D}

R = \sqrt{A^{2} + B^{2}};

否则：

D＝{A_0；B_0；A_D}

R = \sqrt{A^{2} + B^{2}};

信号K一般是通过将信号R₀和R进行除法运算得到。

对于第一、二标准角度表，在存储器中存储了两个表，每个表对应于一系列的码，每一个码对应于一个角度。该表是通过标定得到的，标定方法是，利用本施例的检测装置和一高精度位置传感器，将本施例中的磁感应元件输出的信号和该高精度位置传感器输出的角度进行一一对应，以此建立出一磁感应元件输出的信号与角度之间的关系表。也就是，对应于信号D存储了一个第一标准角度表，每一个信号D代表一个相对偏移量θ₁。对应于信号E，存储了一个第二标准角度表，每一个信号E代表一个绝对偏移量θ₂。

位置检测装置的实施例六

与实施例五不同的，在本实施例中，对应于第一磁钢环设置有4个磁感应元件，四个磁感应元件H₁、H₂、H₃、H₄之间的夹角为90°/6，第一导磁环205a、支架203和磁感应元件204的结构关系如图44所示。

图45示出了对应于第一磁钢环设有4个磁感应元件时信号处理装置的电路框图。传感器1_1c和1_2c的输出信号接放大电路2_1c进行差动放大，传感器1_3c和1_4c的输出信号接放大电路2_2c进行差动放大，然后接A/D转换器3_1c、3_2c，后续处理类似于设有2个磁感应元件时的情况。

其中，第二合成器7_1c的功能是，通过对传感器1_5c、1_6c、…1_nc的信号进行合成，得到此时刻转子处于哪一个“N-S”信号周期内。

位置检测装置的实施例七

本实施例与实施例五和六不同的是对应于第一磁钢环设置有3个磁感应元件204，三个磁感应元件H₁、H₂、H₃之间的夹角为120°/6，如图46所示。

图47示出了对应于第一磁钢环设有3个磁感应元件时信号处理装置的电路框图。处理过程与前两个实施例基本相同，不同的是，由于第一合成器7_1b的输入信号为3个，因此，信号D、R的处理与前两个实施例略有不同。在本实施例中，第一合成器7_1b对信号的处理原则是：先判断三个信号的符合位，并比较符合位相同的信号的数值的大小，数值小的用于输出的信号D，信号D的结构为{第一个信号的符合位，第二个信号的符合位，第三个信号的符合位，较小数值的信号的数值位}。以本实施例为例：

约定：

如果{A_0；B 0；C_0}＝010并且A_D＞＝C_D

D＝{A_0；B_0；C_0；C_D}

如果{A_0；B_0；C_0}＝010并且A_D＜C_D

D＝{A_0；B_0；C_0；A_D}；

如果{A_0；B_0；C_0}＝101并且A_D＞＝C_D

D＝{A_0；B_0；C_0；C_D}；

如果{A_0；B_0；C_0}＝101并且A_D＜C_D

D＝{A_0；B_0；C_0；A_D}；

如果{A_0；B_0；C_0}＝011并且B_D＞＝C_D

D＝{A_0；B_0；C_0；C_D}；

如果{A_0；B_0；C_0}＝011并且B_D＜C_D

D＝{A_0；B_0；C_0；B_D}；

如果{A_0；B_0；C_0}＝100并且B_D＞＝C_D

D＝{A_0；B_0；C_0；C_D}；

如果{A_0；B_0；C_0}＝100并且B_D＜C_D

D＝{A_0；B_0；C_0；B_D}；

如果{A_0；B_0；C_0}＝001并且B_D＞＝A_D

D＝{A_0；B_0；C_0；A_D}；

如果{A_0；B_0；C_0}＝001并且B_D＜A_D

D＝{A_0；B_0；C_0；B_D}；

如果{A_0；B_0；C_0}＝110并且B_D＞＝A_D

D＝{A_0；B_0；C_0；A_D}；

如果{A_0；B_0；C_0}＝110并且B D＜A_D

D＝{A_0；B_0；C_0；B_D}；

α = A - B \times \cos (\frac{π}{3}) - C \times \cos (\frac{π}{3})

β = B \times \sin (\frac{π}{3}) - C \times \sin (\frac{π}{3})

R = \sqrt{α^{2} + β^{2}}

K = \frac{R_{0}}{R}

位置检测装置的实施例八

本实施例与实施例七不同的，对应于第一磁钢环设置有6个磁感应元件，六个磁感应元件204之间的夹角为60°/6，第一导磁环205a、支架203和磁感应元件204的结构关系如图48所示。

图49示出了对应于第一磁钢环设有6个磁感应元件时信号处理装置的电路框图。其具体过程在前三个实施例已说明，在此不再重复说明。

图50是位置检测装置的实施例五至实施例八的另一种结构的立体分解图。该位置检测装置包括转子和将转子套在内部的定子，转子包括第一磁钢环201a和第二磁钢环201b，第一磁钢环201a和第二磁钢环201b分别固定在电机轴200上，其中定子为支架203。磁感应元件204直接表贴在支架203的内表面。

与实施例五至八类似，图50中的位置检测装置中的第一磁钢环可以设置有2、4、3、6个磁感应元件。基于不同数目的磁感应元件的位置检测装置的信号处理装置分别与实施例五至八相同。

位置检测装置的实施例九

图51A、51B和51C分别是设置有导磁环的位置检测装置结构的立体分解图、示意图和结构图。如图51A、51B和51C所示，该位置检测装置由磁钢环302、磁钢环303、导磁环304、导磁环305、支架306和多个磁感应元件组成。具体地，磁钢环302、303的直径小于导磁环304、305的直径，因而导磁环304、305分别套设在磁钢环302、303外侧，磁钢环302、303固定在转轴301上，且导磁环304、305与磁钢环302、303可以相对转动，从而使设置在支架306内表面上的多个传感器元件307处于磁钢环的空隙内。

图51C是将设置有导磁环的位置检测装置的各元件组合到一起后的平面结构图，从图51C可以看出磁钢环302、磁钢环303平行布置在轴301上，对应于磁钢环302、磁钢环303分别设有两列磁感应元件308和309。这里为下文说明方便，将第一列磁感应元件即对应磁钢环302和导磁环304的多个磁感应元件都用磁感应元件308表示，而将第二列磁感应元件即对应磁钢环303和导磁环305的多个磁感应元件都用磁感应元件309表示。为了说明方便，这里将磁钢环302定义为第一磁钢环，将磁钢环303定义为第二磁钢环，将导磁环304限定为对应于第一磁钢环，将导磁环305限定为对应于第二磁钢环，然而本实用新型不限于上述的限定。

这里的导磁环与上述实施例中所述的相同。

第一磁钢环302被均匀地磁化为N(N＜＝2ⁿ(n＝0，1，2…n))对磁极，并且相邻两极的极性相反，第二磁钢环的磁极总数为N，其磁序按照磁序算法确定；在支架306上，对应于第一磁钢环302，以第一磁钢环302的中心为圆心的同一圆周上设有m(m为2或3的整数倍)个呈一定角度分布的磁感应元件308；对应于第二磁钢环303，以第二磁钢环303的中心为圆心的同一圆周上设有n(n＝0，1，2…n)个呈360°/N角度分布的磁感应元件309。该实施例的其它方面均类似于实施例五至实施例八，这里不再赘述。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制。尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本实用新型的技术方案进行修改和等同替换，而不脱离本技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims

1、一种汽车电动雨刮器，包括第一伺服电机和第一雨刮臂，第一伺服电机的输出通过第一联轴器与第一雨刮轴相连，第一雨刮轴上设有第一雨刮臂，且第一雨刮臂随第一雨刮轴的转动而摆动，其特征在于，所述的伺服电机的电机轴上设有第一位置检测装置；所述的第一雨刮臂上设有磁钢，在汽车的对应位置设有磁感应元件，所述的第一位置检测装置和磁感应元件将检测到的位置信号输出给第一伺服控制器，第一伺服控制器控制第一伺服电机并带动第一雨刮臂摆动。

2、如权利要求1所述的汽车电动雨刮器，其特征在于，所述的第一联轴器和第一雨刮轴之间还依次连接有减速器和第二联轴器，第一联轴器与减速器的主动件相连，减速器的从动件通过第二联轴器与第一雨刮轴相连。

3、如权利要求1或2任一项所述的汽车电动雨刮器，其特征在于，所述的第一雨刮轴上套设有第一曲柄，第一曲柄通过同步杆与第二曲柄相连，第二曲柄上设有第二雨刮轴，所述的第二雨刮轴转动并带动固定在其上的第二雨刮臂摆动。

4、如权利要求3所述的汽车电动雨刮器，其特征在于，所述的减速器为蜗轮蜗杆减速器或圆柱齿轮减速器或圆锥齿轮减速器或行星齿轮减速器或其组合。

5、如权利要求2所述的汽车电动雨刮器，其特征在于，还包括第二伺服电机和第二雨刮臂，所述的第二伺服电机的电机轴上设有第二位置检测装置，第二位置检测装置将检测到的位置信号输出给第二伺服控制器，第二伺服控制器与所述的第一伺服控制器相连；所述的第一位置检测装置和磁感应元件将检测到的位置信号输出给第一伺服控制器，第一伺服控制器将所述的位置信号输出给第二伺服控制器控制第二伺服电机并带动第二雨刮臂摆动。

6、如权利要求1或2或4或5任一项所述的汽车电动雨刮器，其特征在于，所述的第一位置检测装置、第一伺服控制器和第一伺服电机一体设置；所述的第二位置检测装置、第二伺服控制器和第二伺服电机一体设置。

7、如权利要求6项所述的汽车电动雨刮器，其特征在于，所述的第一伺服电机、第二伺服电机优选为交流伺服电机。

8、如权利要求1、2、4、5或7任一所述的汽车电动雨刮器，其特征在于，所述伺服控制器包括数据处理单元、电机驱动单元和电流传感器，所述数据处理单元接收输入的指令信号、电流传感器采集的电机输入电流信号和位置检测装置输出的代表电机角度的信息，经过数据处理，输出控制信号给所述的电机驱动单元，所述电机驱动单元根据所述的控制信号输出合适的电压给伺服电机，从而实现对伺服电机的精确控制。

9、如权利要求3所述的汽车电动雨刮器，其特征在于，所述伺服控制器包括数据处理单元、电机驱动单元和电流传感器，所述数据处理单元接收输入的指令信号、电流传感器采集的电机输入电流信号和位置检测装置输出的代表电机角度的信息，经过数据处理，输出控制信号给所述的电机驱动单元，所述电机驱动单元根据所述的控制信号输出合适的电压给伺服电机，从而实现对伺服电机的精确控制。

10、如权利要求6所述的汽车电动雨刮器，其特征在于，所述伺服控制器包括数据处理单元、电机驱动单元和电流传感器，所述数据处理单元接收输入的指令信号、电流传感器采集的电机输入电流信号和位置检测装置输出的代表电机角度的信息，经过数据处理，输出控制信号给所述的电机驱动单元，所述电机驱动单元根据所述的控制信号输出合适的电压给伺服电机，从而实现对伺服电机的精确控制。

11、如权利要求8所述的汽车电动雨刮器，其特征在于，所述数据处理单元包括机械环控制子单元、电流环控制子单元、PWM控制信号产生子单元和传感器信号处理子单元；

12、如权利要求9所述的汽车电动雨刮器，其特征在于，所述数据处理单元包括机械环控制子单元、电流环控制子单元、PWM控制信号产生子单元和传感器信号处理子单元；

13、如权利要求10所述的汽车电动雨刮器，其特征在于，所述数据处理单元包括机械环控制子单元、电流环控制子单元、PWM控制信号产生子单元和传感器信号处理子单元；

14、如权利要求8所述的汽车电动雨刮器，其特征在于，所述电机驱动单元包括六个功率开关管，所述开关管每两个串联成一组，三组并联连接在直流供电线路之间，每一开关管的控制端受PWM控制信号产生子单元输出的PWM信号的控制，每一组中的两个开关管分时导通。

15、如权利要求9或10任一项所述的汽车电动雨刮器，其特征在于，所述电机驱动单元包括六个功率开关管，所述开关管每两个串联成一组，三组并联连接在直流供电线路之间，每一开关管的控制端受PWM控制信号产生子单元输出的PWM信号的控制，每一组中的两个开关管分时导通。

16、如权利要求8所述的汽车电动雨刮器，其特征在于，所述数据处理单元为MCU，所述电机驱动单元为IPM模块。

17、如权利要求9或10任一项所述的汽车电动雨刮器，其特征在于，所述数据处理单元为MCU，所述电机驱动单元为IPM模块。

18、如权利要求11、12或13任一项所述的汽车电动雨刮器，其特征在于，所述的第一位置检测装置、第二位置检测装置，包括磁钢环、导磁环和磁感应元件，其特征在于，所述导磁环由两段或多段同半径、同圆心的弧段构成，相邻两弧段留有缝隙，所述磁感应元件置于该缝隙内，当磁钢环与导磁环发生相对旋转运动时，所述磁感应元件将感测到的磁信号转换为电压信号，并将该电压信号传输给相应的信号处理装置。

19、如权利要求18所述的汽车电动雨刮器，其特征在于，所述的导磁环由两段同半径、同圆心的弧段构成，分别为1/4弧段和3/4弧段，对应的磁感应元件为2个；或者，所述的导磁环由三段同半径的弧段构成，分别为1/3弧段，对应的磁感应元件为3个；或者，所述的导磁环由四段同半径的弧段构成，分别为1/4弧段，对应的磁感应元件为4个；或者，所述的导磁环由六段同半径的弧段构成，分别为1/6弧段，对应的磁感应元件为6个。

20、如权利要求19所述的汽车电动雨刮器，其特征在于，所述的导磁环的弧段端部设有倒角，为沿轴向或径向或同时沿轴向、径向切削而形成的倒角。

21、如权利要求18所述的汽车电动雨刮器，其特征在于，还包括骨架，用于固定所述导磁环；所述导磁环设置在骨架成型模具上，在所述骨架一体成型时与骨架固定在一起。

22、如权利要求18所述的汽车电动雨刮器，其特征在于，所述传感器信号处理子单元或位置检测装置中包括位置检测装置的信号处理电路，用于根据所述位置检测装置的电压信号得到电机轴的转动角度，具体包括：

存储电路，用于存储标准角度表。

23、如权利要求11、12或13任一项所述的汽车电动雨刮器，其特征在于，所述的第一位置检测装置、第二位置检测装置，包括转子和将转子套在内部的定子，所述转子包括第一磁钢环、第二磁钢环；

其中，所述第一磁钢环和第二磁钢环分别固定在电机轴上；

24、如权利要求23所述的汽车电动雨刮器，其特征在于，在定子上对应于第一磁钢环的相邻两个磁感应元件之间的夹角，当m为2或4时，该夹角为90°/g；当m为3时，该夹角为120°/g；当m为6时，该夹角为60°/g，其中，g为第二磁钢环的磁极总数。

25、如权利要求11、12或13任一项所述的汽车电动雨刮器，其特征在于，所述的第一位置检测装置、第二位置检测装置，包括转子和将转子套在内部的定子，所述转子包括第一磁钢环、第二磁钢环；

26、如权利要求25所述的汽车电动雨刮器，其特征在于，在定子上对应于第二磁钢环的相邻两个磁感应元件之间的夹角为360°/N。

27、如权利要求25所述的汽车电动雨刮器，其特征在于，在定子上对应于第一磁钢环相邻两个磁感应元件之间的夹角，当m为2或4时，每相邻两个磁感应元件之间的夹角为90°/N，当m为3时，每相邻两个磁感应元件之间的夹角为120°/N；当m为6时，每相邻两个磁感应元件之间的夹角为60°/N。

28、如权利要求23所述的汽车电动雨刮器，其特征在于，所述磁感应元件直接表贴在定子的内表面。

29、如权利要求25所述的汽车电动雨刮器，其特征在于，所述磁感应元件直接表贴在定子的内表面。

30、如权利要求23所述的汽车电动雨刮器，其特征在于，还包括两个导磁环，每一所述导磁环是由多个同圆心、同半径的弧段构成，相邻两弧段留有空隙，对应于两个磁钢环的磁感应元件分别设在该空隙内。

31、如权利要求25所述的汽车电动雨刮器，其特征在于，还包括两个导磁环，每一所述导磁环是由多个同圆心、同半径的弧段构成，相邻两弧段留有空隙，对应于两个磁钢环的磁感应元件分别设在该空隙内。

32、如权利要求30所述的汽车电动雨刮器，其特征在于，所述的导磁环的弧段端部设有倒角，为沿轴向或径向或同时沿轴向、径向切削而形成的倒角。

33、如权利要求18所述的汽车电动雨刮器，其特征在于，所述的磁感应元件为霍尔感应元件。

34、如权利要求23所述的汽车电动雨刮器，其特征在于，所述的磁感应元件为霍尔感应元件。

35、如权利要求25所述的汽车电动雨刮器，其特征在于，所述的磁感应元件为霍尔感应元件。

36、如权利要求23所述的汽车电动雨刮器，其特征在于，所述传感器信号处理子单元或位置检测装置中包括位置检测装置的信号处理电路，用于根据所述位置检测装置的电压信号得到电机轴的转动角度，具体包括：

存储模块，用于存储数据。

37、如权利要求25所述的汽车电动雨刮器，其特征在于，所述传感器信号处理子单元或位置检测装置中包括位置检测装置的信号处理电路，用于根据所述位置检测装置的电压信号得到电机轴的转动角度，具体包括：

存储模块，用于存储数据。

38、如权利要求36或37任一项所述的汽车电动雨刮器，其特征在于，还包括：

39、如权利要求36或37任一项所述的汽车电动雨刮器，其特征在于，所述相对偏移角度θ₁计算电路包括第一合成电路和第一角度获取电路，所述第一合成电路对位置检测装置发送来的经过A/D转换的多个电压信号进行处理，得到一基准信号D；所述第一角度获取电路根据该基准信号D，在第一标准标准角度表中选择一与其相对的角度作为偏移角度θ₁。

40、如权利要求36或37任一项所述的汽车电动雨刮器，其特征在于，所述相对偏移角度θ₁计算电路内或在合成电路之前还包括温度补偿电路，用于消除温度对磁电式传感器发送来的电压信号的影响。

41、如权利要求39所述的汽车电动雨刮器，其特征在于，所述合成电路或所述第一合成电路的输出还包括信号R；

42、根据权利要求36或37任一项所述的汽车电动雨刮器，其特征在于，所述绝对偏移量θ₂计算电路包括第二合成电路和第二角度获取电路，所述第二合成电路用于对对应于第二磁钢环的位置检测装置发送来的第二电压信号进行合成，得到一信号E；所述第二角度获取电路根据该信号E在第二标准角度表中选择一与其相对的角度作为第一电压信号所处的信号周期首位置的绝对偏移量θ₂。