CN101782424A - 振动传感器 - Google Patents

Abstract

振动传感器，包括：一个能被置于振动的支承元件；一个具有励磁线圈的转换装置，用于使支承元件处于振动中和/或引出支承元件的振动；一个在励磁线圈内支承的销子；一个振动元件和/或一个构成为振动元件的支承元件，用于将从支承元件传递到一环绕的空间上和/或将振动从一环绕的空间传递到支承元件上。按本发明，销子两件式地构造成具有一个永久磁铁和一个与励磁线圈连接的线圈磁芯，一个在永久磁铁与线圈磁芯之间设置的空气隙处于励磁线圈的轴向长度的区域内，此外永久磁铁与支承元件连接，用于传递振动；将励磁线圈和永久磁铁共同作用地设置成使永久磁铁的振动在励磁线圈中感应一电流和/或在励磁线圈中的一磁场感应的电流引起永久磁铁的振动。

Description

振动传感器

技术领域

本发明涉及一种按照权利要求1和权利要求2的前序部分所述的振动传感器，包括一能被置于振动的支承元件和一转换装置，该转换装置用于将支承元件置于振动。

背景技术

由DE 10 2006 016 355 A1已知这样的振动传感器，其中转换装置具有一励磁线圈和一销子作为线圈磁芯。销子直接与一构成为膜片的支承元件连接，以便传递振动，其中励磁线圈和销子共同作用，使销子的振动在励磁线圈中感应一电流和/或在励磁线圈中的一磁场感应的电流引起销子的振动。销子由可磁化的材料制成或构成为永久磁铁。

该已知的振动传感器设有一转换装置，其为了用作感应的驱动装置只产生一微小的磁力，特别还因为其结构导致在振动传感器之外和之内的漏泄磁场。

发明内容

本发明的目的是，提供一种振动传感器，包括一转换装置，其避免所述的缺点并且特别也适用于高温。

通过一种具有权利要求1或权利要求2的特征的振动传感器达到该目的。

这样的振动传感器具有一按照本发明的转换装置，在其中销子成两件式由一永久磁铁和一线圈磁芯以及一在其中间设置的空气隙构成，使空气隙位于励磁线圈的轴向长度的区域内。

按照第一方案，为了将振动传到一振动元件上，永久磁铁与支承元件连接，其中与线圈磁芯连接的励磁线圈和永久磁铁共同作用地设置成，使永久磁铁的振动在励磁线圈中感应一电流和/或在励磁线圈中一磁场感应的电流引起永久磁铁的振动。

按照第二方案，为了传递振动，与励磁线圈连接的线圈磁芯连接于支承元件，其中与线圈磁芯连接的励磁线圈与永久磁铁共同作用地设置成，使线圈磁芯的振动在励磁线圈中感应一电流和/或在励磁线圈中的一磁场感应的电流引起线圈磁芯的振动。

通过按照本发明设置一永久磁铁，其几乎可以说作为励磁线圈的线圈磁芯的元件，与设置有一通常的线圈磁芯相比在转换装置中达到一高的驱动力。这由此使得该永久磁铁相对于设置有一通常的线圈磁芯引起场强度H的偏移，从而得到B-H曲线在该区域内具有较大的梯度，借此设定较大的B和较大的ΔB(在ΔI时)，结果是，由于F-B²而且ΔF，因此相应地提高驱动力F。

还特别强调的是，转换装置的两分性，据此一方面励磁线圈与线圈磁芯共同构成一单元而另一方面永久磁铁也构成一单元，从而一方面在励磁线圈固定时在永久磁铁与支承元件之间可传递振动，或另一方面在永久磁铁固定时在线圈磁芯与支承元件之间可传递振动。

在本发明的扩展构造中，为了构成一励磁线圈的磁轭，设置一包围励磁线圈的线圈容纳件，借此在振动传感器之内和之外减少散射磁场并因此也提高驱动力。在这种情况下励磁线圈固定地设置在该线圈容纳件中，从而永久磁铁相对该固定的线圈容纳件振动或线圈容纳件与线圈磁芯一起相对固定的永久磁铁振动。

优选地，该线圈容纳件构成杯形的且包括一杯底，其中在杯底的中心的孔中支承线圈磁芯。由此得到一紧凑的由励磁线圈、线圈容纳件和线圈磁芯组成的构造形式，其中不仅在励磁线圈的圆柱形外表面的区域内，而且在励磁线圈的远离永久磁铁的端面上同时确保极好的磁性接地。

由于磁场力线总是具有包括最小的磁阻的走向，自然其优点是，由可磁化的材料制造线圈容纳件。

在本发明的特别优选的扩展构造中，为了在永久磁铁的对置于线圈磁芯的自由端与线圈容纳件之间形成一闭合的磁路，设置一用于永久磁铁的该自由端的磁铁容纳件。借此在永久磁铁的对置于线圈磁芯的侧面上也以最好的方式为外面的磁场力线提供一具有低磁阻的路线，因此与线圈容纳件一起可以使散射磁场减至最小。

在扩展构造中，也产生转换装置的磁路的两分性，其一方面通过线圈容纳件与励磁线圈和线圈磁芯构成，而另一方面通过磁铁容纳件与永久磁铁构成。

磁铁容纳件优选具有一与线圈容纳件相对应的圆柱形基本形状，从而关于驱动力可以优化在线圈容纳件与磁铁容纳件之间形成的空气隙。

对此当按照本发明的另一构成该磁铁容纳件具有一轴向圆柱形凹槽用以容纳永久磁铁的自由端时，得出该磁铁容纳件的特别简单的构造形式。

为了降低该磁铁容纳件的磁阻，自然对于其制造有利的是采用可磁化的材料。

永久磁铁的优化的位置按照本发明的一扩展构造形成一在永久磁铁与线圈磁芯之间的空气隙设置在励磁线圈的轴向长度的中心的结构，亦即永久磁铁以一其极面在中心位于励磁线圈中。实验中已表明，对于高的驱动力，这构成优化的位置。

在本发明的扩展构造中，支承元件构成为一容纳线圈容纳件和磁铁容纳件的杯形壳体的底板、优选构成为膜片，其中按照实施形式或线圈容纳件或磁铁容纳件固定与壳体连接。

为了确保转换装置的相应采用的分系统的良好的连接，以便将振动传递到底板或膜片上，设置一连接元件，该连接元件或者与线圈容纳件或者与磁铁容纳件相连接。

为了阻止虽然优化的外面的磁路仍形成散射磁场，在本发明的一扩展构造中，壳体和支承元件、特别是膜片包括振动元件由不可磁化的材料制成。

为了使振动传感器也适用于高温，为了在高温时减小材料变形，由一热处理的材料制造振动元件和/或支承元件、特别是膜片。借此显著地减小热滞后。可以作为固容退火()或少应力退火实施热处理。

附图说明

以下借助各实施例参照附图详细地描述本发明。其中：

图1按照本发明的振动传感器的基本原理按第一实施形式的示意图；

图2按照本发明的振动传感器的基本原理按第二实施形式的示意图；

图3按照本发明的振动传感器按图1的实施形式的纵剖视图；以及

图4按照本发明的振动传感器按图2的实施形式的另一实施例的纵剖视图。

具体实施方式

利用图1和2首先借助示意图说明按照本发明的振动传感器的基本原理或其按照本发明的构造。

图1和2中附图标记3或15分别表示一按照本发明的振动传感器1的转换装置3或壳体15。其中两转换装置3构造成相同的。

一这样的转换装置3包括一励磁线圈2，其具有一构成磁轭的杯形的线圈容纳件10，其中从该线圈容纳件的杯底11起由励磁线圈2包围一线圈磁芯8。线圈磁芯8在其长度上从其处在线圈容纳件10的杯底11上的一端起一直大致延伸到励磁线圈2的中心。在构成一空气隙9的情况下连接一永久磁铁7，其超出励磁线圈2的对置于线圈容纳件10的杯底11的端面延伸并且在那里以其自由端连接于一构成另一磁轭的磁铁容纳件13。对此将磁铁容纳件13构造成使其外径匹配于线圈容纳件10的外径并因此在线圈容纳件10与磁铁容纳件13之间可以构成一空气隙4。因此励磁线圈2通电流时形成闭合的磁路，其在永久磁铁7中和在线圈磁芯8中在励磁线圈2内延伸的磁场力线在励磁线圈2之外经由线圈容纳件10和磁铁容纳件13闭合。

在图1和2中用示意的方式示出的壳体15包括一构成为膜片的支承元件5和一与其固定的由振动叉构成的振动元件6。此外一用于将振动传递到支承元件5和振动叉6上的连接元件16在支承元件5与转换装置3之间建立一连接。

在图1中，线圈容纳件10与励磁线圈2和线圈磁芯8构成一单元，相对于该单元永久磁铁7与磁铁容纳件13一起是可振动的，其中为了将振动从磁铁容纳件13传递到支承元件5或振动元件6上或者沿相反的方向将振动从振动元件6或支承元件5传递到磁铁容纳件13上，连接元件16与磁铁容纳件13相连接。

在励磁线圈2通交流电时，通过永久磁铁7以一个由励磁线圈2接近一半包围的推杆的方式轴向来回运动，引起永久磁铁7的振动。该振动接着经由连接元件16传递到支承元件5和振动叉6上。

反之将支承元件5或振动叉6的振动传递到永久磁铁7上，其由于轴向来回运动在励磁线圈2中感应相应的电流。

按图2的振动传感器与按图1的区别在于，相对于壳体15转换装置3旋转180°，从而现在连接元件16固定连接于线圈容纳件10。

由于现在永久磁铁7通过磁铁容纳件13固定地支承，在励磁线圈2通交流电时引起由构成一个单元的线圈容纳件10与励磁线圈2和线圈磁芯8的振动，即通过该单元相对于永久磁铁轴向来回运动。由于借助于连接元件16线圈容纳件10与支承元件5或与振动叉6的固定连接该振动被传向支承元件5或振动叉6。

在该实施形式中，也有可能将支承元件5或振动叉6的振动传递到包括线圈容纳件10与励磁线圈2和线圈磁芯8的单元上，因此由于在励磁线圈2与永久磁铁7之间的相对运动在励磁线圈2中感应一电流。

图3和4现在示出这样的振动传感器1的机械构造，其中按图3或图4的振动传感器1原则上相当于按图1或图2的构造。

按图3和按图4在优选圆柱形壳体15中设置一转换装置3，该壳体在其端面的一端通过一构成为膜片或底板的支承元件5封闭。膜片5在尺寸、固定和/或材料方面设计成可振动的。优选的，但不是必需的，振动叉6从膜片5突出，该振动叉将膜片的振动传递到一围绕振动叉的空间上。附加地或可选地，振动从空间的方向经由振动叉传递到膜片5上也是可能的，以便使膜片5相应地振动。

如果省弃振动叉6，则膜片5构造成使膜片5的振动可以直接由其传递到周围的空间或可以从周围的空间接受膜片5的振动。

按照图3在壳体15的内部空间内设置的转换装置3包括一杯形的线圈容纳件10，该线圈容纳件在其空心圆柱形内部空间中容纳一个在一线圈体17上卷绕的励磁线圈2。线圈容纳件10在壳体15内设置成使其由一杯底17封闭的端面封闭壳体15的对置于膜片5的端面。该线圈容纳件10经由其外圆周表面固定连接于壳体15的内表面。

励磁线圈2经由其外圆周表面和线圈容纳件10的内表面固定于线圈容纳件中并且以其一端面直接邻近地紧贴在线圈容纳件10的杯底11上。线圈容纳件10在其杯底11中具有一中心的孔12，在其中支承一线圈磁芯8并且其一直大致轴向延伸到励磁线圈2的中心。优选以圆形横截面构成的线圈磁芯8在励磁线圈2的区域内具有一比在线圈空间10的杯底11的区域内更大的横截面。在两个直径的过渡区域内具有凸缘形的挡板，其位于杯底的环形槽内。线圈磁芯8的从该挡板延伸的部分固定于线圈容纳件10中并且超过杯底11一直延伸到壳体15的端面。

励磁线圈2在其轴向长度中不延伸到线圈容纳件10的邻近于膜片5的端面。

在线圈容纳件10的该端与膜片5之间设置一经由一连接元件16与膜片5连接的磁铁容纳件13并且用于容纳一永久磁铁7。该磁铁容纳件13同样成杯形地构造有一圆柱形凹槽14，在其中一贴紧该圆柱形凹槽14的底面的套筒18容纳并同时固定永久磁铁7。

该磁铁容纳件13与永久磁铁7一起在壳体内借助于一可由励磁线圈2产生的磁场沿箭头19的方向可移动地支承于壳体15中，因为在磁铁容纳件13的外圆周表面与壳体15的内圆周表面之间设有一微小的间隙。

磁铁容纳件13和永久磁铁7的轴向长度相互匹配成使在励磁线圈2未通电流时在永久磁铁7和线圈磁芯8的相对置的极面之间形成一第一空气隙9和在线圈容纳件10的端面与磁铁容纳件13的端面之间形成一第二空气隙4。为此特别是磁铁容纳件13的外径匹配于线圈容纳件10的外径。

在励磁线圈2作为驱动单元通交流电时建立一磁场，其磁场力线几乎完全在一闭合的磁路中引导，其在励磁线圈2内由永久磁铁7和线圈磁芯8组成而在外部空间经由线圈容纳件10的杯底11、其包围励磁线圈2的圆柱形壁和经由第二空气隙4沿磁铁容纳件13的圆柱形壁及其底面重新闭合。为了在该磁路中保持尽可能小的磁阻，由可磁化的、特别是铁磁的材料制造线圈磁芯8、线圈容纳件10和磁铁容纳件13。

由于励磁线圈2通电流，使由磁铁容纳件13和永久磁铁7组成的单元轴向振动，如其用箭头19表示的。这样的振动经由连接元件16传递到膜片5和振动叉6上。

通过上述的闭合的磁路，在永久磁铁7和线圈磁芯8的在励磁线圈2中对置的且形成第一空气隙9的极面的区域内以及在形成第二空气隙4的各端面上实现高的吸力，同时还通过微小的散射磁场支持这样的效果，因为磁场力线具有以最小的磁阻的走向，该磁阻是由闭合的磁路产生的。此外应用具有高的剩磁的永久磁铁也有助于此。

第一空气隙9和第二空气隙4参与的横截面面积的横截面的匹配导致在闭合的磁路中的不变的磁场力线密度，结果是在该空气隙9和4的区域内磁力的进一步提高。

对于壳体15和连接元件16，通过使用不可磁化的材料得出散射磁场的进一步最小化。

此外利用按照本发明的构造有可能将第一空气隙9和第二空气隙4调到最小的空气隙宽度，优选该宽度处在约0.5mm。

反之，也可以这样操作振动传感器1，即：从外部空间将振动经由振动叉6或膜片5传递到由磁铁容纳件13和永久磁铁7组成的单元上，其在励磁线圈2中感应一相应的电流。

按图4的振动传感器1在其基本原理上与按图2的视图相应并且示出一构造，其相对于按图3的构造区别在于，其与图3有关描述的转换装置3以一旋转180°位置装入壳体15内。因此以下只进一步讨论其区别并且关于图4的描述从一已描述的转换装置3出发。

在按图4的振动传感器1中，在壳体15的对置于膜片5的端面上具有磁铁容纳件13和在该磁铁容纳件13中固定的永久磁铁7，因此通过磁铁容纳件13的外底面封闭壳体15。此外磁铁容纳件13经由其外圆周表面固定连接于壳体15的内圆周表面。

相对于在壳体15内固定的由磁铁容纳件13和永久磁铁7构成的单元，线圈容纳件10沿轴向方向可移动地支承于壳体15中，从而按照箭头19在励磁线圈2通交流电时线圈容纳件10和与其固定连接的励磁线圈2包括线圈磁芯8实施振动，其经由一与线圈磁芯8连接的连接元件16传递到膜片5和振动叉6上。

为此将线圈容纳件10在其外径方面构造成使在线圈容纳件10的圆周表面与壳体15的内圆周表面之间形成一允许线圈容纳件10的轴向运动的间隙。

关于按图3的振动传感器1描述的优点和关于应用适合的材料的有利的实施形式也适用于按图4的振动传感器1。

在这方面特别涉及在空气隙4和9的区域内的高的吸力，因为闭合的磁路以及对于形成该磁路的线圈容纳件10包括线圈磁芯8和磁铁容纳件13应用可磁化的、特别是铁磁的材料。同样为了提高力，可以将空气隙4和9减至最小并且另外其还匹配该空气隙4和9参与的横截面面积。最后对于壳体15和连接元件16还采用不可磁化的材料。

代替作为驱动装置的应用，按图4的振动传感器1还可以这样使用，即将振动从外部空间经由振动叉6或膜片5传递到由线圈容纳件10、励磁线圈2和线圈磁芯8组成的单元上，其在励磁线圈2中感应一相应的电流。

为了不仅按图3而且按图4的振动传感器1可用于高温，使膜片5和振动叉6经受一热处理，以便将关于材料变形的热滞后减至最小。这可以借助于固容退火或应力退火来实施。

为了在一个大的温度范围内达到高的频率稳定性，可以例如通过电阻测量或通过一热敏元件测量励磁线圈2的温度并从而实现温度变化的补偿。

附图标记清单

1    振动传感器

2    励磁线圈

3    转换装置

4    空气隙

5    膜片

6    振动元件

7    永久磁铁

8    线圈磁芯

9    空气隙

10   线圈容纳件

11   线圈容纳件10的杯底

12   杯底11中的孔

13   磁铁容纳件

14   磁铁容纳件13中的圆柱形凹槽

15   壳体

16   连接元件

17   线圈体

18   用于固定永久磁铁7的套筒

19   方向箭头。

Claims (16)

1.振动传感器(1)包括：

一个能被置于振动的支承元件(5)；

一个具有一励磁线圈(2)的转换装置，用于使支承元件(5)置于振动和/或引出支承元件(5)的振动；

一个在励磁线圈(2)内支承的销子；

一个振动元件(6)和/或一个构造成振动元件的支承元件(5)，用于将振动从支承元件(5)传递到一周围的空间上和/或将振动从一周围的空间传递到支承元件(5)上；

其特征在于，

销子两件式地构造成具有一个永久磁铁(7)和一个与励磁线圈(2)连接的线圈磁芯(8)，

其中一个在永久磁铁(7)与线圈磁芯(8)之间设置的空气隙(9)处于励磁线圈(2)的轴向长度的区域内，

所述永久磁铁(7)与支承元件(5)连接，用于传递振动，并且

将励磁线圈(2)和永久磁铁(7)共同作用地设置成使永久磁铁(7)的振动在励磁线圈(2)中感应一电流和/或在励磁线圈(2)中的一感应磁场的电流引起永久磁铁(7)的振动。

2.振动传感器(1)包括：

一个能被置于振动的支承元件(5)，

一个具有一励磁线圈(2)的转换装置(3)，用于使支承元件(5)置于振动和/或引出支承元件(5)的振动，

一个在励磁线圈(2)内支承的销子，

一个振动元件(6)和/或一个构造成振动元件的支承元件(5)，用于将振动从支承元件(5)传递到一周围的空间上和/或将振动从一周围的空间传递到支承元件(5)上；

其特征在于，

销子两件式地构造成具有一个永久磁铁(7)和一个与励磁线圈(2)连接的线圈磁芯(8)，

其中一个在永久磁铁(7)与线圈磁芯(8)之间设置的空气隙(9)处于励磁线圈(2)的轴向长度的区域内，

线圈磁芯(8)与支承元件(5)连接，用于传递振动，并且

将励磁线圈(2)和永久磁铁(7)共同作用地设置成使线圈磁芯(8)的振动在励磁线圈(2)中感应一电流和/或在励磁线圈(2)中的一感应磁场的电流引起线圈磁芯(8)的振动。

3.按照权利要求1或2所述的振动传感器(1)，其特征在于，为了形成励磁线圈(2)的磁轭，设置一个包围励磁线圈(2)的线圈容纳件(10)。

4.按照权利要求3所述的振动传感器(1)，其特征在于，线圈容纳件(10)构成杯形的且具有一个杯底(11)，其中线圈磁芯(8)支承在杯底(11)的中心孔(12)中。

5.按照权利要求3或4所述的振动传感器，其特征在于，线圈容纳件(10)由可磁化的材料构成。

6.按照权利要求3至5之一项所述的振动传感器(1)，其特征在于，为了在永久磁铁(7)的对置于线圈磁芯(8)的自由端与线圈容纳件(10)之间形成闭合的磁路，设置一个用于永久磁铁(7)的所述自由端的磁铁容纳件(13)。

7.按照权利要求6所述的振动传感器(1)，其特征在于，磁铁容纳件(13)具有与线圈容纳件(10)相对应的圆柱形的基本形状。

8.按照权利要求6或7所述的振动传感器(1)，其特征在于，磁铁容纳件(13)具有轴向的圆柱形的凹槽(14)，用以容纳永久磁铁(7)的自由端。

9.按照权利要求6至8之一项所述的振动传感器(1)，其特征在于，磁铁容纳件(13)由可磁化的材料构成。

10.按照上述权利要求之一项所述的振动传感器(1)，其特征在于，永久磁铁与线圈磁芯(8)之间的空气隙(9)设置在励磁线圈(2)的轴向长度的中心。

11.按照上述权利要求之一项所述的振动传感器(1)，其特征在于，支承元件(5)构成为一个容纳线圈容纳件(10)和磁铁容纳件(13)的杯形壳体(15)的底板。

12.按照权利要求11所述的振动传感器(1)。其特征在于，所述底板(5)构成为膜片。

13.按照权利要求1和3至12之一项所述的振动传感器(1)，其特征在于，支承元件(5)经由一连接元件(16)与线圈容纳件(10)连接。

14.按照权利要求2和6至12之一项所述的振动传感器(1)，其特征在于，支承元件(5)经由一连接元件(16)与磁铁容纳件(13)连接。

15.按照上述权利要求之一项所述的振动传感器(1)，其特征在于，由不可磁化的材料制造壳体(15)、支承元件(5)和振动元件(6)。

16.按照上述权利要求之一项所述的振动传感器(1)，其特征在于，为了在高温时减小材料变形，振动元件(6)和/或支承元件由一热处理的材料制造。

Images