CN101401179A - 开关、特别是汽车开关，用于其的计值单元和相关联的开关单元 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种开关，特别是汽车开关，具有开关件，其能够与操作件连接、能够环绕旋转轴线转动地支承并能够进入确定的开关位置内，其中所述开关件包括至少一个具有多个南极和北极段的永久磁铁，还具有至少两个相对于开关件位置固定设置的磁场传感器，其输出信号根据开关件的开关位置由至少一个永久磁铁的南极段或者北极段处于相应的磁场传感器的检测范围内来决定并且其输出信号在相应的开关位置中形成明确确定的二进制开关代码。本发明此外涉及一种用于这种开关的计值单元以及一种包括这种开关和计值单元的开关单元。
Description
技术领域
本发明涉及一种开关，特别是汽车开关，具有开关件，其能够连接于操作件、环绕旋转轴线转动地支承并能够进入、特别是可嵌入的确定开关位置内。本发明此外涉及一种相关联的计值单元以及一种包括这种开关和计值单元的开关单元。
背景技术
从现有技术中已知各种各样的开关，特别是汽车开关。在此，由开关产生的开关信号一般情况下并行传送和处理，其中，每个开关位置需要一个特有的信号线。如果在相应的开关位置中电触点闭合或者断开，那么在这种情况下出现磨损。此外，需要相应的操作力打开或闭合相应的触点。
在公知的开关中此外存在的问题是，所产生的开关信号为了传送到计值单元或在计值单元内而进行电阻或者电压编码，以便可以在那里对它们进行数字处理。
发明内容
本发明的目的在于，改进开头所述的开关，特别是汽车开关，使得其可以一方面功能可靠地持续识别各个开关位置并且另一方面实现简单地向计值单元简单的传送信号。
该目的通过一种具有权利要求1特征的开关得以实现。这种开关具有开关件，其能够与操作件连接、能够环绕旋转轴线转动地支承并能够进入、特别嵌入到确定的开关位置内，其中所述开关件包括至少一个具有多个南极和北极段的永久磁铁，还具有至少两个相对于开关件位置固定设置的磁场传感器，其输出信号根据开关件的开关位置由至少一个永久磁铁的南极段或者北极段处于相应的磁场传感器的检测范围内来决定并且其输出信号在相应的开关位置中形成明确确定的二进制开关代码。
这种开关的优点是，由于通过磁场传感器无接触式识别相应的开关位置，不出现磨损。此外，由于形成二进制开关代码的磁场传感器的输出信号，达到这种开关代码可以直接供相应的计值单元使用的目的。根据明确确定的开关代码，可以明确推断出开关件相应的开关位置。
本发明一种有利的构成的特征在于，至少一个永久磁铁至少部分地构成为环绕旋转轴线设置的磁环或者磁环段。在仅具有一个永久磁铁的情况下，该永久磁铁优选设置在一个圆环上。如果使用多个永久磁铁，那么这些永久磁铁例如设置在一个共用的圆环上或者同心并排环绕一个共用的旋转轴线设置。在此，有利的是磁场传感器在轴向上设置在该永久磁铁的旁边和/或在径向上环绕单个永久磁铁或多个永久磁铁设置。借助这样一种设置可以将各个南极段或者北极段明确分配给磁场传感器，其中需要比较少的结构空间。
依据本发明另一种有利的构成，南极和/或北极段无间隙并排地设置。这样做特别有利的是，单个或者多个永久磁铁构成为磁环或者磁环段。有利的是，由此达到在磁场传感器的检测范围内始终存在一个南极段或者北极段。就此而言，通过相应的磁场传感器产生明确的极性识别；或者识别北极或者识别南极。此外，通过在开关件的每个开关位置中为磁场传感器分配一个南极段或者分配一个北极段，可以对会导致开关代码失真的外界干扰磁场形成足够良好的保护。
依据本发明另一种构成可以想到，在开关件的中性位置上磁场传感器的检测范围内没有南极段或者北极段。这种中性位置例如可以作为磁场传感器识别检测空位的基准点。
依据本发明的另一种实施方式，南极和北极段这样设置，使得开关件从一个开关位置扭转到相邻的开关位置内时开关代码仅改变磁场传感器的一个输出信号。在此，磁场传感器的数量原则上相当于开关代码比特的数量。在开关件转换到相邻的开关位置内时，则开关代码的仅改变一个比特。
单个或多个永久磁铁在此在具有两个磁场传感器的情况下，圆环段优选具有各四个极性段，其中利用两个磁场传感器最多可以识别四个前后依次的开关位置。在具有三个磁场传感器的情况下，优选存在三个磁环段，它们优选分别具有八个极性段，其中可以识别最多八个开关位置。各个磁环段在此有利地依次处于一个平面上。
依据本发明的进一步构成，开关包括轴段，开关件通过至少一个永久磁铁可转动地设置在该轴段上。由此保证开关件可以可靠地从一个开关位置转移到相邻的开关位置内。
此外可以想到设有定位件，它们将开关件可松开保持在相应的开关位置中。由于存在定位件，开关件可以占据确定的开关位置。定位件在此优选一方面设置在轴段上和另一方面向着开关件作用。
开关件可以由塑料构成，其中永久磁铁可以成形在开关件内或者固定在开关件上。永久磁铁在开关件内成形的优点是，永久磁铁能够获得持久可靠的保护。
特别地是单个或者多个永久磁铁构成为由一种压力注塑的磁化塑料复合材料组成的塑料粘合的磁铁。这样做的优点是，特别是在仅使用一个永久磁铁的情况下，该永久磁铁可以在设置的模具内通过例如压力注塑制造并随后借助相应的装置例如像磁化线圈，在相应设有的段上设有相应的极性。例如可以使用设置在印制电路板上的Hall-ICs(霍尔集成电路)作为磁场传感器。在北极段进入Hall-ICs的检测范围内时，该Hall-ICs例如接通；在北极进入Hall-ICs内时，该Hall-ICs例如可靠地重新断开。
开头所述的目的还通过一种用于依据本发明的开关的计值单元得以实现，其中，从相应的开关代码中确定相关联的开关位置并开始相应的开关过程。计值单元在此可以直接设置在开关上或者远离开关设置。
有利的是，计值单元根据合理性和/或冗余度检验开关代码的顺序。在此，开关代码的顺序可以寄存在计值单元内，其中在实际开关过程中比较开关代码的实际顺序与寄存的开关代码顺序是否一致。此外可以检测开关件向哪个方向运动。
依据本发明，计值单元可直接从磁场传感器产生的开关代码中计值。这样做的优点是，不必进行信号的中间编码和/或中间转换。但本发明中也可用包括由磁场传感器产生的开关代码在计值之前通过计值单元转换成数字信号。为此例如可以使用A/D转换器和/或相应的电阻编码器。
开头所述的目的此外通过一种开关单元得以实现，该开关单元包括依据本发明的开关以及依据本发明的计值单元。
附图说明
本发明的其他细节和有利的构成可参阅下面的说明，现借助其对附图中所示本发明的实施例进行详细介绍和说明。
其中：
图1示出汽车转向柱开关的开关杆部分纵向剖面；
图2示出图1开关杆的横截面；
图3示出图1和2中所示永久磁铁及相关联磁场传感器的立体图；
图4示出图3的磁场传感器处于不同开关位置中的二进制开关代码的表格；以及
图5示出依据本发明具有开关和计值单元的开关单元的示意图。
具体实施方式
图1和2所示的转动开关10设置在汽车转向柱开关的开关杆18上。开关10包括开关件16，其能够与操作件12连接，能环绕旋转轴线14转动地支承并能够进入确定开关位置内。操作件12在此构成为环绕旋转轴线14可转动的环形件或者可转动的环形盖，其设置在图1中部分示出的开关杆18的自由端区域内。开关杆18的内部在此设有轴段20，操作件12或开关件16环绕该轴段至少有条件地可转动地设置。除了开关件16外，设有与之平行的另一个开关件16′，其可与专门的操作件可转动地连接。需要时轴段14上还可以设有其他相应的开关件16。
为了将开关件16或相关联的操作件12可松开保持在预先确定的开关位置中，设有定位件，其包括在开关件侧或操作件侧的空心环段22，该空心环段在其径向内面上由定位件24借助支承在轴段20上的弹簧件26加载。在此，在相应的开关位置中，在空心环段22的内侧上设有定位凹槽，定位件可松开地嵌入该凹槽内。
开关件16和16′分别设置有轴向相邻的环形的印制电路板28、28′，在所述印制电路板上设置有三个彼此等距设置的磁场传感器30或30′。正如从图2的视图中清楚看出的那样，三个磁场传感器30相对于旋转轴线14分别构成约120°的角度。
正如特别是从图2和3中清楚看出的那样，开关件16、16′包括三个环形段式的处于一个环绕旋转轴线14的平面上设置的永久磁铁32.1、32.2和32.3。依据本发明也可以使用仅一个环形构成的闭环永久磁铁取代三个单独的永久磁铁。为每个永久磁铁32.1、32.2和32.3分配磁场传感器30.1、30.2和30.3。磁场传感器的输出信号根据开关位置由相应磁环段的南极段还是北极段处于相应的相关联磁场传感器的检测范围内来决定。在相应的开关位置中三个磁场传感器的输出信号形成可明确确定的二进制开关代码。
图3示出三个磁环段32.1、32.2和32.3及相应的北极段N和南极段S。此外示出相关联的磁场传感器30.1、30.2和30.3。每个磁环段在此具有总计八个无间隙并排设置的极性段。在图3所示的开关位置ST1中，三个磁场传感器30.1、30.2和30.3的检测范围内分别存在一个北极N。通过开关件16或三个磁环段沿箭头34的方向扭转，开关可以进入其他开关位置ST2-ST8内。
磁环段32.1、32.2和32.3为塑料粘接的磁铁，其嵌入或铸入由塑料构成的开关件14内。为了制造磁环段32.1、32.2和32.3，将可磁化的材料压力注塑到所设置的模具内。随后该材料可以利用适当的磁化装置在相应的段上磁化出南极或者北极。图3所示的南极段S和北极段N在此仅存在于永久磁铁靠近磁场传感器30.1、30.2和30.3的面上；处于远离磁场传感器30.1、30.2和30.3面上的是具有与此相反符号的相应双极。图3所示北极段和南极段的双极在图3中没有示出。
从图4所示的与图3相关联的表格可以看出，在开关位置ST1中三个磁场传感器30.1、30.2和30.3根据检测范围内存在的北极段N分别具有作为输出信号的数值0。在该开关位置中相关联的开关代码因此为000。如果现在图3的开关件16沿箭头34的方向运动到与开关位置ST1相邻的第二开关位置ST2内，那么磁场传感器30.3上的二进制开关代码改变一个比特；现在一个南极段S进入磁场传感器30.3的检测范围内。就此而言，在开关位置ST2上产生二进制开关代码001。然后在开关位置ST3中，开关代码在磁场传感器30.2的检测范围内改变另一比特；则开关代码为011。正如从图4的表格可以看出的那样，根据北极段和南极段相应选择的设置，在开关件从一个开关位置向相邻的开关位置继续扭转时，开关代码始终仅改变一个磁场传感器的输出信号或一个比特。在设有三个磁场传感器的情况下，可以明确识别最多总计八个不同的开关位置ST1-ST8。
为计值由开关10产生的开关代码，依据图5使用计值单元36，该计值单元从三个磁场传感器的输出信号中或从相关联的开关代码中确定相应的开关位置并开始相应的开关过程。计值单元36在此根据合理性检验开关代码的顺序。为此有利的是，开关代码的顺序寄存在计值单元36内。恰恰是在如图3和4中那样两个相邻开关位置的开关代码仅改变一个比特的情况下，可以按照简单方式进行开关过程的相应检验。由磁场传感器产生的开关信号在此可以直接提供给计值单元36或者借助相应的转换器转换成数字信号。开关10和相应的计值单元36在此是开关单元38的组成部分。计值单元36在此例如可以设置在印制电路板上或者远离该印制电路板设置，其中该印制电路板上设置有磁场传感器。
Claims (15)
1.一种开关(10)，特别是汽车开关，具有开关件(16)，其能够与操作件(12)连接、能够环绕旋转轴线(14)转动地支承并能够进入确定的开关位置内，其中所述开关件(16)包括至少一个具有多个南极和北极段(S、N)的永久磁铁(32)，还具有至少两个相对于开关件(16)位置固定设置的磁场传感器(30)，其输出信号根据开关件(16)的开关位置由至少一个永久磁铁(32)的南极段或者北极段(S、N)处于相应的磁场传感器(30)的检测范围内来决定并且其输出信号在相应的开关位置中形成明确确定的二进制开关代码。
2.按权利要求1所述的开关(10)，其特征在于，至少一个永久磁铁(32)至少部分地构成为环绕旋转轴线(14)设置的磁环或者磁环段(32.1、32.2、32.3)。
3.按权利要求1或2所述的开关(10)，其特征在于，至少一个永久磁铁(32)的南极和/或北极段(S、N)无间隙并排地设置。
4.按权利要求1、2或3所述的开关(10)，其特征在于，在开关件的中性位置上磁场传感器的检测范围内没有永久磁铁的南极段或者北极段。
5.按前述权利要求至少之一所述的开关(10)，其特征在于，所述南极和北极段设置成，使得所述开关件(16)从一个开关位置扭转到相邻的开关位置内时开关代码仅改变磁场传感器(30)的一个输出信号。
6.按前述权利要求至少之一所述的开关(10)，其特征在于，所述开关包括两个磁场传感器(30)和最多四个开关位置或者三个磁场传感器(30.1、30.2、30.3)和最多八个开关位置(ST1-ST8)。
7.按前述权利要求至少之一所述的开关(10)，其特征在于，所述开关包括轴段(20)，所述开关件(16)可转动地支承在所述轴段上。
8.按前述权利要求至少之一所述的开关(10)，其特征在于，设有定位件(22、24、26)，它们将开关件(16)保持在相应的开关位置中。
9.按前述权利要求至少之一所述的开关(10)，其特征在于，所述开关件(16)由塑料构成和/或所述单个或者多个永久磁铁(18)构成为塑料粘合的磁铁，它们成形在开关件(16)内或者固定在开关件上。
10.按前述权利要求至少之一所述的开关(10)，其特征在于，所述磁场传感器(30)构成为设置在印制电路板上的霍尔集成电路。
11.一种用于按前述权利要求至少之一所述开关(10)的计值单元(36)，其从相应的开关代码中确定相关联的开关位置并开始相应的开关过程。
12.按前一项权利要求所述的计值单元(36)，其特征在于，所述计值单元根据合理性和/或冗余度检验开关代码的顺序。
13.按权利要求11或12所述的计值单元(36)，其特征在于，所述计值单元能够直接从磁场传感器(30)产生的开关代码中计值。
14.按权利要求11或12所述的计值单元(36)，其特征在于，由磁场传感器(30)产生的开关代码在计值之前通过计值单元转换成数字信号。
15.一种开关单元(38)，包括按权利要求1至10至少之一所述的开关(10)和按权利要求11至14至少之一所述的计值单元(36)。
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