CN102007384B - 非接触式液位传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明能够防止在长时间使用过程中由于磁体保持器和磁体彼此配合的框架的中心轴的磨损而引起的检测精度的下降。一种非接触式液位传感器，包括：磁体保持器，该磁体保持器包括树脂保持器主体以及磁体，该树脂保持器主体具有用于限定配合孔的内圆周表面，该磁体沿该内圆周表面容纳在保持器主体内部；树脂框架，该树脂框架包括框架主体、从框架主体伸出的中心轴，以及容纳在中心轴内部的磁电转换器；浮子臂，该浮子臂包括固定于磁体保持器的一端以及连接于根据液位而垂直运动的浮子的另一端；以及金属的旋转支撑件，该金属的旋转支撑件包括布置在保持器主体的内圆周表面与中心轴的外圆周表面之间的空心圆柱部。当磁体保持器根据液位而绕着中心轴旋转的时候，通过磁电转换器的磁通密度变化，从而检测液位的变化。
Description
技术领域
本发明涉及一种非接触式液位传感器，并且具体地，涉及一种防止由非接触式液位传感器中的滑动件的磨损而引起的检测精度的下降以提升耐久性的非接触式液位传感器。
背景技术
将描述一种已知的非接触式液位传感器的实例(例如，专利参考1)。图5是一种已知的非接触式液位传感器的垂直剖面图。图6是示出了从图5示出的非接触式液位传感器取出的磁电转换元件、磁体和定子之间的位置关系的透视图。图7是示出了将磁体室盖连接于磁体室的已知的非接触式液位传感器的关键点的放大垂直剖面图。
如图5所示，将已知的非接触式液位传感器100布置成使得由合成树脂制成的传感器外壳110将被固定在车辆油箱190中。在形成于传感器外壳110中的磁体室110A中，可旋转地布置有旋转轴120。烧结磁铁130配合在旋转轴120的外圆周表面上。烧结磁铁130经由诸如粘接或接合那样的固定方法而固定于旋转轴120。
烧结磁铁130例如是铁氧体磁铁，该铁氧体磁铁是通过使磁性粉末环形成型并且将得到的磁性粉末的成型件径向磁化成两极所形成的。烧结磁铁130是硬且脆的，并且在下述的夹物模压过程中将遭受破裂。因而，如上所述，将经由夹物模压所形成的主体部经由诸如粘接或接合那样的固定方法而固定于旋转轴120。
如图7所示，通过使形成在传感器外壳110上的棘爪110B与设置在磁体室盖111中的接合孔111A相接合，由合成树脂制成的该磁体室盖111固定于磁体室110A的开口。此外，磁体室盖111具有形成在其中的支撑孔111B。旋转轴120的一端插入且可旋转地支撑在该支撑孔111B中。
如图5所示，一端连接于浮子140的浮子臂150的另一端配合在旋转轴120的孔中并且一体地固定于该旋转轴120。当浮子140随着液位L的变化而上下移动时，该垂直运动经由浮子臂150而被传递到旋转臂120，从而使旋转轴120旋转。
如图6所示，定子160由一对大致半圆形的断片组成，并且在与烧结磁铁130的外圆周表面相对的同时被布置成形成大致圆形。在该对定子160的两个端面之间形成有具有180°相位差的两个间隙G、G。例如，在一个间隙G中，布置有诸如霍尔元件或霍尔IC那样的磁电转换元件170，同时该磁电转换元件170被该对定子160夹在中间。如图5所示，磁电转换元件170的端子170A电连接于布线板180。端子180A电连接于布线板180。
当浮子140随着液位L的变化而上下运动时，旋转轴120与烧结磁铁130一起旋转。当通过磁电转换元件170的磁通密度随着烧结磁铁130的旋转而变化时，磁电转换元件170检测该磁通密度上的变化，并且将该变化转换成电信号并且将该电信号输出到端子180A。
引用列表
专利文献
[日本专利文献1]JP-A-2004-37196
近些年来，已经研制了下述的非接触式液位传感器。图8是示出了从根据现有技术的非接触式液位传感器取出的框架和磁体保持器的关键点的透视图。图9是将磁体保持器中的配合孔配合到框架的中心轴的状态的剖视图。图10是框架与磁体保持器的剖视图，示出了滑动件的磨损状态。
如图8和图9所示，框架210通过使合成树脂射出成型而制成。框架210以可旋转的状态支撑磁体保持器220，因而同心地布置用作旋转中心的中心轴211和竖立的环形壁212。中心轴211中包含诸如IC霍尔元件那样的磁电转换元件213，以检测容纳在磁体保持器220中的磁体211的旋转量。当通过磁电转换元件213的磁通密度变化时，磁电转换元件213检测该磁通密度上的变化，并且将该变化转换成电信号且将该电信号输出到外部。
由合成树脂制成的磁体保持器220在一个表面中包括形成在中心的中心孔222，该中心孔222用于可旋转地支撑框架210的中心轴211。磁体221适于环绕中心孔222的外周。磁体保持器220包括插入孔223和保持槽224，该插入孔223用于插入一端连接于浮子的浮子臂(未示出)的另一端，该保持槽224用于保持浮子臂的中间部分，浮子经由浮子臂而连接到该保持槽224中。
利用这种非接触式液位传感器，当浮子随着液位的变化而上下运动时，该垂直的运动被传递到绕着中心轴211旋转的磁体保持器220。当通过磁电转换元件213的磁通密度变化时，该磁电转换元件213检测该磁通密度上的变化，并且将该变化转换成电信号并且将该电信号输出到外部。
如图9和图10所示，磁体保持器220随着液位的变化而绕着中心轴211旋转。在框架210和磁体保持器220二者都是由树脂制成的情况下，中心轴211的外圆周表面与中心孔222的内圆周表面之间的滑动逐渐发展为在框架210与磁体保持器220之间的配合状态中产生游隙。当该框架210与磁体保持器220之间的配合状态中的游隙变得过大时，如图10所示，磁体保持器220可能相对于中心轴211倾斜。从而，收纳在中心轴211中的磁电转换元件213和收纳在磁体保持器220中的磁体221之间的位置关系会不稳定，导致电信号的不稳定输出以及检测精度的降低。在框架210和磁体保持器220二者都由相同的树脂制成的情况下，该树脂在极端的条件下会由于摩擦热而融化。
发明内容
已经针对上面的情况完成了本发明。本发明的目的是提供一种非接触式液位传感器，该非接触式液位传感器能够防止在长时间使用过程中由于磁体保持器和磁体彼此配合的框架的中心轴的磨损而引起的检测精度的下降。
为了达到上面的目的，通过下面的(1)至(4)来构造根据本发明的非接触式液位传感器：
(1)一种非接触式液位传感器，包括：磁体保持器，该磁体保持器包括树脂保持器主体以及磁体，该树脂保持器主体具有用于限定配合孔的内圆周表面，该磁体沿该内圆周表面容纳在保持器主体内部；树脂框架，该树脂框架包括框架主体、从框架主体伸出的中心轴，以及容纳在中心轴内部的磁电转换器；浮子臂，该浮子臂包括固定于磁体保持器的一端以及连接于根据液位而垂直移动的浮子的另一端；以及金属的旋转支撑件，该金属的旋转支撑件包括布置在保持器主体的内圆周表面与中心轴的外圆周表面之间的空心圆柱部，其中当磁体保持器根据液位而绕着中心轴旋转的时候，通过磁电转换器的磁通密度变化，从而检测液位的变化。
利用构造(1)的非接触式液位传感器，由树脂材料制成的磁体保持器中的配合孔与由树脂材料制成的框架的中心轴经由金属的旋转支撑件而彼此配合。避免了配合孔和中心轴之间的树脂的直接接触，并且该中心轴和配合孔可以经由旋转支撑件滑动。这通过金属和树脂之间的接触提供滑动，与树脂制的配合孔和中心轴直接在彼此上滑动的情况相比，显著地减小了摩擦阻力。这抑制了配合孔与中心轴的磨损。这还使得磁体保持器相对于中心轴的相对位置稳定，并且尽管长时间使用也维持恒定的检测精度。
(2)在构造(1)的非接触式液位传感器中，所述旋转支撑件还包括一体地形成在空心圆柱部的一端处的锁定部，并且所述框架还包括用于接合于该锁定部以便限制旋转支撑件相对于中心轴的相对旋转的接合部。
利用构造(2)的非接触式液位传感器，旋转支撑件包括在一端处的锁定部，并且该锁定部接合且配合于布置在框架上的接合部。这限制了旋转支撑件相对于中心轴的相对旋转。所述非接触式液位传感器在操作中仅有的滑动件是旋转支撑件和配合孔，这进一步抑制了可能的磨损。消除了中心轴与旋转支撑件之间的间隙对磁体保持器的位置精度方面的影响，从而进一步提升了检测精度。
(3)在构造(2)的非接触式液位传感器中，锁定部是从空心圆柱部的一端径向向外延伸的护挡板。
利用构造(3)的非接触式液位传感器，能够通过分模片(piecedivision for a mold)灵活地改变所述护挡板的形状，从而为旋转支撑件相对于中心轴的相对旋转设定限制角。
(4)在构造(2)的非接触式液位传感器中，锁定部包括凹槽和凸起中的一个，并且接合部包括该凹槽和凸起中的另一个，以在中心轴的径向上使该凹槽与该凸起接合。
利用构造(4)的非接触式液位传感器，能够进一步限制旋转支撑件相对于中心轴的相对旋转。
利用根据本发明的非接触式液位传感器，中心轴经由旋转支撑件插入到磁体保持器中的配合孔内。配合孔的树脂材料与中心轴的树脂材料经由旋转支撑件滑动和旋转，而在该配合孔的树脂材料与该中心轴的树脂材料之间没有直接接触，这抑制了配合孔和中心轴的磨损。这防止了磁体保持器相对于中心轴倾斜，从而保持了稳定的位置关系并一直保持一定的检测精度。
附图说明
图1是根据本发明实施例的非接触式液位传感器的分解透视图。
图2是框架的中心轴和旋转支撑件连接于图1所示的磁体保持器中的配合孔的连接状态的剖视图。
图3是示出了将根据变形实施例的旋转支撑件安装在框架的中心轴上的状态的关键点的透视图。
图4是在图3中示出的框架的中心轴、旋转支撑件和磁体保持器中的配合孔的连接状态的剖视图。
图5是已知的非接触式液位传感器的垂直剖面图。
图6是示出了从图5所示的非接触式液位传感器取出的磁电转换元件、磁体和定子之间的位置关系的透视图。
图7是示出了其中磁体室盖连接于磁体室的现有技术非接触式液位传感器的关键部分的放大的竖直剖视图。
图8是示出了从根据现有技术的非接触式液位传感器取出的框架和磁体保持器的关键部分的透视图。
图9是图8所示的现有技术非接触式液位传感器上的磁体保持器中的配合孔配合于框架的中心轴的状态的剖视图。
图10是框架和磁体保持器的剖视图，示出了图8所示的现有技术非接触式液位传感器的滑动件的磨损状态。
具体实施方式
将基于附图详细说明根据本发明的优选实施例。
图1是根据本发明实施例的非接触式液位传感器的分解透视图。图2是框架的中心轴和旋转支撑件连接于图1所示的磁体保持器中的配合孔的连接状态的剖视图。
如图1所示，将根据本实施例的非接触式液位传感器10设计为检测诸如汽油的液体的液位，并且该非接触式液位传感器10包括框架11、磁体保持器12、旋转支撑件13、浮子部14以及盖15。
根据本实施例的框架11是利用诸如POM或PPS那样的合适树脂材料通过诸如射出成型的通常成型方法而形成的。框架11包括形成为薄盒状的框架主体16。该框架主体16的一个表面(在T侧上的后表面)具有开口，以形成一对引线室17(左和右)。在引线室17中容纳有连接于电子部件的引线框组件。通过树脂来保护焊接于引线框组件的电子部件。这种结构避免了当试图将盖15安装在框架11上而使该盖15与电子部件相接触时可能对该电子部件的损坏。
在根据本实施例的框架11上，作为旋转中心的中心轴18和竖立的环形壁19同心地布置在与上述一个表面相对的表面(下文中称作为“表面H”)的中心下方。这种布置经由旋转支撑件13可旋转地支撑磁体保持器12。
如图2所示，中心轴18其中包括诸如IC传感器的磁电转换元件(磁电转换器)31，以检测容纳在磁体保持器12中的磁体30的旋转量。当通过磁电转换元件31的磁通密度变化时，该磁电转换元件31检测磁通密度上的该变化，并且将该变化转换成电信号，且将该电信号输出到外部。
框架11在其上形成有阶跃高度21。棘爪25布置在盖15的下端处。当使盖15纵向地配合在框架11的外侧时，盖15上的棘爪25接合到阶跃高度21，并且使盖15装配到框架11。
通过利用诸如POM或PPS那样的合适树脂材料夹物模压(insert-molding)磁体30而形成磁体保持器12。该磁体保持器12(保持器主体)的中心具有形成在其中的配合孔32，该配合孔32用于设置旋转支撑件13。圆筒磁体30一体地容纳在配合孔32的外圆周的内侧。在框架11的中心轴18经由旋转支撑件13穿过配合孔32的同时，磁体保持器12被可旋转地支撑。
根据本实施例的磁体30是用合适的磁性材料形成为圆筒形状的铁氧体磁铁等。尽管可以如上所述将磁体30夹物模压到磁体保持器12中，但是替换地，也可以将磁体30压配合到形成于磁体保持器12中的磁体容纳室内。替换地，可以将磁体30插入到磁体容纳室中，然后将该磁体30接合且固定于该磁体容纳室。
磁体保持器12在前表面H中包括用于插入下述浮子臂40的一端40a的插入孔33，并且在该磁体保持器12的中心的外周表面上包括保持槽34，该保持槽34用于保持浮子臂40中间部分的保持部40c。
假定在磁体保持器12被中心轴18可旋转地支撑的情况下，插入孔33是从磁体保持器12到框架11的方向上穿透的孔。在与磁体保持器12连接于中心轴18的方向平行的方向上，穿透插入孔33。保持槽34由在与穿透于磁体保持器12中的插入孔33的方向正交的方向上延伸的两个突起条35形成，以保持垂直连接于插入到插入孔33中的浮子臂40的一端40a的被保持部40c。
旋转支撑件13具有用例如不锈钢或黄铜那样的金属形成为环形的空心圆柱的形状(在图1中，旋转支撑件13的空心圆柱部分由13a表示)。旋转支撑件13布置在限定磁体保持器12中的配合孔32的内圆周表面与框架11的中心轴18的外圆周表面之间。即，磁体保持器12中的配合孔32经由旋转支撑件13被插入框架11的中心轴18，以使得中心轴18可旋转地支撑磁体保持器12。
浮子部14包括浮子臂40和浮子41，该浮子臂40的一端40a配合于磁体保持器12中的插入孔33，该浮子41可旋转地安装在浮子臂40的另一端40b上。
盖15从框架11的上方安装在该框架11上，并且经由棘爪与引线框组件一起而固定于该框架11，磁体保持器12以可旋转的方式装配于该框架11。
盖15具有空心的、大致盒子的形状，并且包括：扁平基板23；空心的、大致盒状的包围部24；用于从前后两个表面保持框架11的两个侧表面的保持部22；以及布置在包围部24的下端的两侧内部的棘爪25，并且该盖15利用棘爪25固定于框架11的阶跃高度21。以这种方式，盖15配合到框架11外侧。由框架11支撑的磁体保持器12和浮子臂40由该盖15保持。
当浮子41根据液位而上下运动时，磁体保持器12与磁体30一起绕着框架11的中心轴18旋转。当通过布置在中心轴18中的磁电转换元件31的磁通密度随着容纳在磁体保持器12中的磁体30的旋转而变化时，该磁电转换元件31检测磁通密度上的变化，并且将该变化转换成电信号且把该电信号输出到外部。以这种方式，检测磁体30的旋转量，即液位上的变化。
如上所述，磁体保持器12中的配合孔32经由具有平滑表面的金属旋转支撑件13而被插入，该平滑表面具有小摩擦阻力。这抑制了中心轴18与配合孔32的可能的磨损，并且将具有减小游隙的支撑状态维持了很长的时间段。因而，布置在中心轴18中的磁电转换元件31与容纳在磁体保持器12中的磁体30之间的相对位置一直是稳定的。从磁电转换元件31接收到稳定的检测信号，从而使得检测具有高精度。
接下来，将参考图3描述本实施例的变形。图3是示出了将根据变形实施例的旋转支撑件安装在框架的中心轴上的状态的关键部分的透视图。图4是在图3中示出的框架的中心轴、旋转支撑件和磁体保持器中的配合孔的连接状态的剖视图。
除了旋转支撑件的形状大体上不同之外，根据该变形的非接触式液位传感器与本发明的非接触式液位传感器相同。相同的部件给予相同的标记或相当的标记，并且出于简洁的目的，简化或省略相应的描述。
如图3和图4所示，根据该变形的旋转支撑件50包括：由不锈钢或黄铜形成的有底的旋转支撑件主体51，以及从旋转支撑件主体51的一端径向向外形成的护挡板52。在图3和图4中的护挡板52和左端和右端的每一端处，形成有直线部52a。
在框架11上形成有中心轴18，该中心轴18中包括磁电转换元件31，同时该中心轴18从框架主体16伸出。在中心轴18的两侧上形成有从框架主体16伸出的一对肋26。利用被插入中心轴18的旋转支撑件主体51和被该对肋26卡持的护挡板52的直线部52a，旋转支撑件50以相对于中心轴18的旋转被限制的状态而安装在框架11上。
以这种方式，在该旋转支撑件50相对于中心轴18的旋转被护挡板52的直线部52a和该对肋26限制的同时，固定于框架11的该旋转支撑件50可旋转地支撑了根据参考图1描述的实施例的磁体保持器12。
利用根据该变形的非接触式液位传感器，在磁体保持器12的旋转过程中，该非接触式液位传感器的滑动件仅仅是磁体保持器12中的配合孔32和旋转支撑件50的旋转支撑件主体51的外圆周表面，树脂材料不在彼此上滑动，这抑制了可能的磨损。中心轴18与旋转支撑件主体51之间的间隙不会对磁体保持器12的位置精度有影响，从而进一步提升了检测精度。分模片灵活地改变护挡板的形状。从而，能够设定旋转支撑件相对于中心轴的相对旋转的限制角。
如上所述，利用根据本发明的该实施例的非接触式液位传感器10，在磁体保持器12中的配合孔32经由旋转支撑件13被中心轴18支撑，从而避免了树脂材料在彼此上的滑动并且抑制了该配合孔32与中心轴18的磨损。因而，能够防止如图10所示的磁体保持器12相对于中心轴18的倾斜，并且维持了稳定的位置关系，并且一直保持一定的检测精度。
旋转支撑件由具有平滑表面的金属制成，该平滑表面具有减小的摩擦。得到的滑动件是树脂和金属的组合，这与树脂材料在彼此上滑动的情况相比减小了摩擦阻力。这减小了滑动件的磨损，并且提供了磁体保持器12相对于中心轴18的稳定的相对位置，并且在长时间使用的过程中一直保持一定的检测精度。
此外，旋转支撑件50在其一端处包括护挡板52。该护挡板52接合于布置在框架11上的肋26，以限制相对于中心轴18的相对旋转，仅有的滑动件是旋转支撑件主体51的外圆周表面和磁体保持器12中的配合孔32，从而进一步抑制了可能的磨损。消除了中心轴18与旋转支撑件主体51的内圆周表面之间的间隙对磁体保持器12的位置精度的影响，从而进一步提升了检测精度。
本发明并不局限于上述实施例和变形，而是可以根据需要修改和改进。在前述实施例和变形中的每个零部件的材料、形状、尺寸、数值、形式、数目、位置等都是任意且不受限制的，只要能实现本发明即可。
尽管在上面实施例中将从框架11伸出的中心轴18插过磁体保持器12中的配合孔32，但是本发明不限于此。替换地，本发明也可以应用到将框架与磁体保持器的配合对换的情况，即，使磁体保持器的中心轴插过形成在框架中的配合孔的非接触式液位传感器。在这种情况下，上述实施例中描述的旋转支撑件被磁体保持器的中心轴插过，并且插过形成在框架中的配合孔。具有在上述变形中描述的护挡板的旋转支撑件50被磁体保持器的中心轴插过，并且插过形成在框架中的配合孔，同时利用被布置在磁体保持器上的肋卡持的护挡板来限制旋转支撑件50的旋转。
尽管在变形实施例中，旋转支撑件的胡挡板被肋卡持而限制了旋转支撑件的旋转，但是本发明并不限于此，而是该旋转支撑件可以采用任意形式，只要能够限制旋转支撑件相对于框架的旋转即可。例如，形成在框架上的凸起可以被接合到在环形旋转支撑件的端部处以径向布置的凹槽，以便限制旋转支撑件的旋转。
本申请基于并且要求2008年4月16日提交的日本专利申请No.2008-106860的优先权益，其内容通过整体引用的形式结合于此。
工业实用性
本发明用于防止在长时间使用的过程中由于磁体保持器与磁体彼此配合的框架的中心轴的磨损而引起的检测精度的下降，并且对于水平检测诸如车辆中的燃油那样的液体的变化的液位是有用处的。
Claims (4)
1.一种非接触式液位传感器，包括：
磁体保持器，该磁体保持器包括树脂保持器主体以及磁体，该树脂保持器主体具有用于限定配合孔的内圆周表面，该磁体沿该内圆周表面容纳在所述保持器主体的内部；
树脂框架，该树脂框架包括框架主体、从该框架主体伸出的中心轴以及容纳在该中心轴内部的磁电转换器；
浮子臂，该浮子臂包括固定于所述磁体保持器的一端以及连接于根据液位而垂直运动的浮子的另一端；以及
金属的旋转支撑件，该金属的旋转支撑件包括布置在所述保持器主体的内圆周表面与所述中心轴的外圆周表面之间的空心圆柱部，以抑制所述保持器主体的内圆周表面和所述中心轴的外圆周表面的磨损，其中，在所述树脂框架的中心轴经由所述旋转支撑件穿过配合孔的同时，所述磁体保持器被可旋转地支撑，
其中，当所述磁体保持器根据所述液位而绕着所述中心轴旋转的时候，通过所述磁电转换器的磁通密度变化，从而检测所述液位的变化。
2.根据权利要求1所述的非接触式液位传感器，
其中，所述旋转支撑件还包括一体地形成在所述空心圆柱部的一端处的锁定部，并且
其中，所述框架还包括接合部，该接合部用于接合到所述锁定部以便限制所述旋转支撑件相对于所述中心轴的相对旋转。
3.根据权利要求2所述的非接触式液位传感器，
其中，所述锁定部是从所述空心圆柱部的一端径向向外延伸的护挡板。
4.根据权利要求2所述的非接触式液位传感器，
其中，所述锁定部包括凹槽和凸起中的一个，并且所述接合部包括该凹槽和凸起中的另一个，以在所述中心轴的径向上使该凹槽与该凸起接合。
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