CN102032865A

CN102032865A - 旋转角传感装置

Info

Publication number: CN102032865A
Application number: CN2010102933630A
Authority: CN
Inventors: 针生铁男; 牧野匡宏
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-10-05
Filing date: 2010-09-26
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2030-09-26
Also published as: US8330456B2; JP4941847B2; US20110080163A1; JP2011080788A; CN102032865B

Abstract

本发明涉及一种旋转角传感装置。第一和第二磁体(61，62)安装在磁轭(63，81，82，91)的内周壁上，磁轭形成为管状。所述磁轭(63，81，82，91)由至少一个板材制成。在每个接触部分处(636，832，833，916)，至少一个板材的相应圆周端部和至少一个板材的另一相应圆周端部彼此接触。霍尔集成电路(64)置于磁场中，所述磁场产生在第一和第二磁体(61，62)之间。

Description

旋转角传感装置

技术领域

本发明涉及一种旋转角传感装置。

背景技术

在现有技术的旋转角传感装置中，其用来传感加速踏板的旋转角，其中两个磁体围绕中心轴线彼此相对并被固定在加速踏板处，根据车辆驾驶者施加在加速踏板上的踏板力度，加速踏板可以向前或者向后转动。霍尔集成电路(Hall IC)置于中心轴线上，于是两个磁体相对于霍尔集成电路板转动。从霍尔集成电路输出的电压信号被传感，以传感加速踏板的旋转角。日本未审查专利公开文本No.2007-132819A(对应US2007/0103149A1)教导了这样的一种旋转角传感装置。具体地，在该旋转角传感装置中，具有圆形横截面的圆柱形磁轭置于所述磁体的径向外边，形成磁性回路，于是增加了两个磁体之间的磁通量密度。

在该类型的旋转角传感装置中，磁体的体积对制造成本有很大影响。因此，可以想到的是，为了降低制造成本，减小磁体的体积。

然而，当减小磁体的体积时，在图7中箭头

所示的磁通量在磁体101、102的圆周端和磁轭103的内壁之间流过。这可能会减小平行磁场的范围，在该磁场中，磁通量在磁体101、102之间平行地流过。因此，当霍尔集成电路104比如由于制造间隙的存在而从磁轭103的中心轴线偏移时，从霍尔集成电路104输出的电压信号可能发生改变，这就降低了传感的精确度。

发明内容

鉴于上述缺陷，提出本发明。因此，本发明的一个目的是提供一种旋转角传感装置，其提供更宽范围的平行磁场，使得传感精确度提高并降低了制造成本。

为了实现本发明的上述目的，提供一种旋转角传感装置，其包括磁轭、第一磁体、第二磁体和磁性传感机构(means)。所述磁轭由磁性材料制成，并制成为管状形式。所述第一磁体安装在所述磁轭的内周壁的第一部分。所述第二磁体安装在所述磁轭的内周壁的第二部分，绕着磁轭的中心轴线沿着第一方向与第一磁体相对。在第二磁体的径向内侧处的磁极的极性与第一磁体的径向内侧处的磁极的极性相反。磁性传感机构用于感知磁场，该磁场产生在第一磁体和第二磁体之间。所述磁性传感机构放置在所述磁场中并输出与磁场方向相对应的电信号，当磁性传感机构与第一及第二磁体之间发生相对转动时，该磁场方向会改变。磁轭由至少一个板材制成，该板材经过加工形成管状。在第一磁体和第二磁体中的至少一个的径向外边设有至少一个接触部分。在所述至少一个接触部分的每个部分处，所述至少一个板材的相应圆周端部与所述至少一个板材的另一相应圆周端部彼此接触。所述磁轭具有在第一方向进行测量的第一内径。所述磁轭具有在第二方向进行测量的第二内径，所述第二方向与第一方向以及磁轭的中心轴线垂直。磁轭的第二内径大于其第一内径。

附图说明

结合后面的说明、权利要求书和附图将最佳地理解本发明，以及本发明的其它目的、特征和优点，其中：

图1是按照本发明第一实施例的旋转角传感装置的俯视图；

图2是加速踏板模块的侧视图，其中应用第一实施例的旋转角传感装置；

图3是加速踏板模块的局部横截面图，其中应用第一实施例的旋转角传感装置；

图4是作为对比例的旋转角传感装置的俯视图；

图5是按照本发明第二实施例的旋转角传感装置的俯视图；

图6是按照本发明第三实施例的旋转角传感装置的俯视图；

图7是作为现有技术的旋转角传感装置的俯视图。

具体实施方式

下面参照附图描述本发明的实施例。

(第一实施例)

描述按照本发明的第一实施例的旋转角传感装置，其应用到加速踏板模块。所述加速踏板模块感知加速踏板的压下量并将感知到的加速踏板的压下量以电压信号的方式输出，该信号指示加速踏板的旋转角。发动机控制单元(EDU)以此电压信号为基础控制内燃机的工作状态。

首先，参照图2和3说明加速踏板模块的结构。加速踏板模块1包括外壳10、加速踏板20、踏板转子30、双线圈弹簧4、摩擦垫圈50和旋转角传感机构60。

外壳10包括底板11、侧板12和13、顶板14，这些板形成为一体。底板11可安装到车体。侧板12、13分别从底板11的左右端沿着基本垂直于底板11的方向延伸。顶板14置于侧板12、13的顶端。

加速踏板20在其一端部具有操作部分(踏板)21。加速踏板20的另一端部被从开口15插进外壳10的内部，所述开口形成在侧板12、13之间。轴孔22形成在加速踏板20的另一端部，大致为圆柱形的轴件23被插进轴孔22并进行固定。轴件23被支撑部16、17可转动地支撑，支撑部分别设置在左右侧板12、13。由此，加速踏板20可绕着中心轴线O转动。

踏板转子30沿着中心轴线O的方向置于加速踏板20的一个轴向侧。斜切齿24设置在加速踏板外壁的加速转子30一侧。斜切齿31设置踏板转子30的外壁的加速踏板20一侧。加速踏板20和踏板转子30通过斜切齿24和31之间的啮合一起发生转动。

弹簧保持件33其形成为盘状，位于支撑部分32上，该支撑部分置于踏板转子30的径向外侧。双线圈弹簧4包括内部线圈弹簧40和外部线圈弹簧41，这两个弹簧沿着径向方向彼此接连放置。线圈弹簧40、41在一个端部与弹簧保持件33配合，在其另一端与顶板14的内壁配合。线圈弹簧40、41通过线圈保持件33对踏板转子30施加与加速踏板20的旋转角相应的弹力。

摩擦垫圈50置于踏板转子30和侧板12之间，摩擦环51置于加速踏板20和侧板13之间。当驾驶者对操作部分21施加踏板力时，响应该踏板力和线圈弹簧40、41的弹力在斜切齿24、31处施加推力，该推力促使加速踏板20和踏板转子30沿着中心轴线O的方向彼此远离。因此，响应于加速踏板20的旋转角，在摩擦垫圈50和侧板12之间产生摩擦力，在摩擦环51和侧板13之间也产生摩擦力。这些摩擦力成为阻力，抵抗加速踏板20的转动并使加速踏板20的转动产生预定的滞后。

旋转角传感装置60包括第一磁体(第一永久磁体)61、第二磁体(第二永久磁体)62、磁轭63和霍尔集成电路(充当磁性传感机构)64。

第一磁体61、第二磁体62和磁轭63通过树脂模制成形在轴件23的端部25。霍尔集成电路64是磁性传感器，其中集成了两个霍尔元件和信号放大电路。霍尔集成电路64输出与流过霍尔元件的磁通量密度相对应的电压信号(电信号)。从霍尔集成电路64输出的电压信号通过传感器保持件65和连接器66被传递到车辆的电子控制单元(ECU)。

接着，参照图1详细地描述旋转角传感装置60。图1中，X方向(第一方向)指示左右方向，Y方向(第二方向)指示上下(顶部到底部)方向。

通过使板(板材)弯曲的方式使磁轭63形成为管状，其由磁性材料制成(例如铁)。磁轭63具有顶壁631、底壁632、右壁633和第一及第二左壁634、635。顶壁631置于Y方向的顶侧。底壁632位于Y方向的底侧。右壁633位于X方向的右侧。第一和第二左壁634、635位于X方向的左侧。第一左壁634的圆周端部和第二左壁635的圆周端部沿X方向在中心轴线O(见图2)的左侧位置彼此接触。所述磁轭的板的圆周端彼此接触的部分在后面称为接触部分636。

术语“顶侧、底侧、右侧、左侧、顶壁、底壁、右壁和左壁”只是用于描述图1所示旋转角传感装置60的目的，不是用于在将旋转角传感装置60应用到加速踏板模块时，指示旋转角传感装置60的各部分的绝对位置关系。

右壁633、第一左壁634和第二左壁635制造为弓形并具有相应的曲率半径。此外，顶壁631和底壁632制造为弓形并具有相应的曲率半径，该半径不同于右壁633、第一左壁634和第二左壁635的曲率半径。右壁633、第一左壁634和第二左壁635的曲率半径大于顶壁631和底壁632的曲率半径。因此，顶壁631的内壁面和底壁632的内壁面之间的距离(沿着穿过中心轴线的相应线进行测量)大于第一和第二左壁634、635的内表面与右壁633的内表面之间的距离(沿着穿过中心轴线的相应线进行测量)。因此，磁轭63这样构成，即沿X方向彼此相对的内壁面的曲率半径大于沿Y方向彼此相对的内壁面的曲率半径。磁轭63沿着穿过中心轴线的相应线在Y方向测量的直径大于磁轭63沿着穿过中心轴线的相应线在X方向测量的直径。

第一磁体61被固定到第一和第二左壁634、635的内壁面，第二磁体62被固定到右壁633的内壁面。第一磁体61被磁化后，在第一磁体61的中心轴线侧的表面(径向内侧)上具有N极。第二磁体被磁化后，在第二磁体62的中心轴线侧的表面(径向内侧)上具有S极。第一和第二磁体61、62沿着平行于X方向的方向被磁化。在第一磁体61和第二磁体62之间的磁通量如图1箭头

所示。

第一磁体61的Y方向侧的外壁(平面壁)611、612在Y方向彼此相反，都基本垂直于Y方向。此外，第二磁体62的Y方向侧的外壁(平面壁)621、622在Y方向彼此相反，都基本垂直于Y方向。第一磁体61的中心轴线侧的壁面613和第二磁体62的中心轴线侧的壁面623与霍尔集成电路64隔开预定距离，并绕着中心轴线弓形弯曲。

第一磁体61的磁轭63侧的外壁614被制造为具有曲率半径的弓形，并与第一和第二左壁634、635的内壁面(磁轭的内周壁的第一部分)接触，该曲率半径与第一和第二左壁634、635的曲率半径相对应。类似地，第二磁体62的磁轭63侧的外壁624被制造为具有曲率半径的弓形，并与右壁633的内壁面(磁轭的内周壁的第二部分)接触，该曲率半径与右壁633的曲率半径相对应。

优选地，第一磁体61的磁轭63侧的外壁614的曲率半径大于第一及第二左壁634、635的曲率半径。此外，第二磁体62的磁轭63侧的外壁624的曲率半径大于右壁633的曲率半径。这些设置在后面的每个实施例中也是优选的。由于这种结构，第一磁体61沿Y方向的端部和第二磁体62沿Y方向的端部总是在其径向外侧接触磁轭63的内壁，于是能够实现磁通的稳定流动。

第一磁体61、第二磁体62和磁轭63构成磁性回路。如图箭头

所示，磁通顺序流过第一磁体61、第二磁体62、右壁633、顶壁631和第一左壁634。此外，如箭头所示，磁通顺序流过第一磁体61、第二磁体62、右壁633、底壁632和第二左壁635。因此，第一磁体61和第二磁体62之间流过的磁通的密度增加。

霍尔集成电路64沿着磁轭63的中心轴线放置，并能够相对于第一和第二磁体62转动。当磁轭63和第一及第二磁体61、62相对于霍尔集成电路64转动时，第一磁体61和第二磁体62之间相对于霍尔集成电路64的磁场方向发生改变。因此，磁通密度，其流过在霍尔集成电路64内模制的霍尔元件641、642的磁性感知表面，发生改变。由此，霍尔集成电路64以电压信号的方式输出磁轭63、第一及第二磁体61、62相对于霍尔集成电路64的旋转角。

接下来，图4表示作为对比例的旋转角传感装置。在后面的描述中，与第一实施例相同的部件用相同的参照序号表示，在后面不再说明。

在对比例的旋转角传感装置70中，磁轭73的接触部分736位于磁轭73沿着Y方向的顶侧。

磁轭73具有第一顶壁731、第二顶壁732、底壁733、右壁734和左壁735。第一和第二顶壁731、732置于沿Y方向的顶侧。底壁733置于沿Y方向的底侧。右壁734置于沿X方向的右侧。左壁735置于沿X方向的左侧。

第一顶壁731的圆周端部和第二顶壁732的圆周端部彼此接触，在中心轴线的顶侧构成沿Y方向的接触部分736。磁通不会轻易地流过接触部分736。因此，由箭头

所示并流过第一磁体61、第二磁体62、右壁734、底壁733和左壁735的磁通的量大于由箭头所示并流过第一磁体61、第二磁体62、右壁734、第二顶壁732、第一顶壁731和左壁735的磁通的量。由此，如箭头

所示，在第一顶壁731、第二顶壁732所处的中心轴线的顶侧处，第一磁体61和第二磁体62之间的磁通量密度减小。因此，如箭头

所示，在设有底壁733的中心轴线的底侧处，第一磁体61和第二磁体62之间的磁通量密度增加。因此，第一磁体61和第二磁体62之间的磁场的平衡被破坏，由此构成平行的磁场变得很困难。

在第一实施例中，接触部分636位于沿着X方向穿过中心轴线的线上(接触部分636位于靠近第一磁体61的中心的位置，也是在Y方向作为中心的位置)，第一和第二左壁634、635接触第一磁体61的外壁614。因此，由箭头

所示并顺序流过第一磁体61、第二磁体62、右壁633、顶壁631和第一左壁634的磁通量的量，变得基本与另一磁通量的量相同，即由箭头

所示并顺序流过第一磁体61、第二磁体62、右壁633、底壁632和第二左壁635的磁通量。因此，如箭头

所示，能够维持第一磁体61和第二磁体62之间的磁场平衡，由此能够在较宽范围内形成平行的磁场。

在第一实施例中，磁轭63在Y方向沿着穿过中心轴线的相应线测量的直径大于磁轭63在X方向沿着穿过中心轴线的相应线测量的直径。第一磁体61在Y方向侧的外壁611、612在Y方向彼此相反，第二磁体62在Y方向侧的外壁621、622在Y方向彼此相反，这些外壁大致垂直于Y方向。因此，第一磁体61的Y方向侧的外壁611的内端和第二磁体62的Y方向侧的外壁621的内端，其在X方向彼此相对，能够沿Y方向与磁轭63的内壁进一步间隔L1、L3的距离。此外，第一磁体61的Y方向侧的外壁612的内端和第二磁体62的Y方向侧的外壁622的内端，其在X方向彼此相对，能够在Y方向与磁轭63的内壁进一步间隔L2、L4的距离。因此，能够减少从第一和第二磁体61、62的Y方向侧外壁611、612、621、622的内端沿Y方向泄漏到磁轭的磁通量。因此，在彼此相对的第一磁体61的磁极和第二磁体62的磁极之间流过的磁通量的量能够增加。由此，即使是小体积磁体的情况下，能够在较宽范围内获得平行磁场，如图箭头

所示。因此，在由于制造间隙使霍尔集成电路64从中心轴线偏移时，有可能限制电压信号的变化，该变化是由于霍尔集成电路64的位置相对于磁性回路平移(平行磁通量流动)的偏离引起的，从而能够提高传感精确度。

此外，第一和第二磁体61、62的Y方向侧外壁611、612、621、622大致垂直于Y方向。因此，每个第一和第二磁体61、62的尺寸被减小。于是，在制造第一和第二磁体61、62时，能够增加磁体的数量，这些磁体由矩形磁体的母材制造而成。结果，降低了第一磁体61和第二磁体62的制造成本。

(第二实施例)

图5表示按照本发明第二实施例的旋转角传感装置80。在该实施例中，磁轭(更具体地，构成管状的磁轭的各个磁轭段)81、82由磁性材料制成的两个板(板材)制造而成。

顶部磁轭(磁轭的顶部磁轭段)包括顶壁811、第一右壁812和第一左壁813。顶壁811置于Y方向的顶侧。第一右壁812置于X方向的右侧。第一左壁813置于X方向的左侧。

底部磁轭(磁轭的底部磁轭段)82包括底壁821、第二右壁822和第二左壁823。底壁821置于Y方向的底侧。第二右壁822置于X方向的右侧。第二左壁823置于X方向的左侧。

第一右壁812的圆周端部和第二右壁822的圆周端部彼此接触，在中心轴线的右侧沿X方向构成接触部分832。此外，第一左壁813的圆周端部和第二左壁823的圆周端部彼此接触，在中心轴线的左侧沿X方向形成接触部分833。

在第二实施例中，磁轭81、82由两个磁性材料板(板材)构成。因此，能够容易地加工每个磁轭(磁轭段)81、82。

在第二实施例中，每个接触部分832、833置于靠近第一和第二磁体61、62的相应一个的中心位置处，该中心在Y方向居中。因此，由箭头

所示并穿过由第一磁体61、第二磁体62、右壁812、顶壁811和第一左壁813构成的磁性回路的磁通量的量，变得基本与另一磁通量的量相同，即由箭头

所示并穿过由第一磁体61、第二磁体62、第二右壁822、底壁821和第二左壁823构成的磁性回路的磁通量。因此，如箭头

所示，能够维持在第一磁体61和第二磁体62之间的磁通量的平衡，由此能够在较宽范围内形成平行磁场。

(第三实施例)

图6表示按照本发明第三实施例的旋转角传感装置90。在该实施例中，磁轭91由磁性材料的单个板(板材)制成。

磁轭91具有顶壁911、底壁912、右壁913和第一及第二左壁914、915。顶壁911位于Y方向的顶侧。底壁912位于沿Y方向的底侧。右壁913位于沿X方向的右侧。第一及第二左壁914、915位于沿X方向的左侧。第一左壁914的圆周端部和第二左壁915的圆周端部彼此接触并构成接触部分916。接触部分916沿磁轭91的径向方向位于第一磁体61的外部。如箭头所示，磁通量流过由第一磁体61、第二磁体62、右壁913、顶壁911和第一左壁914构成的磁性回路。此外，如箭头

所示，磁通量流过由第一磁体61、第二磁体62、右壁913、底壁912和第二左壁915构成的磁性回路。

在本实施例中，第一左壁914的圆周端部和第二左壁915的圆周端部构成接触部分916。接触部分916接触第一磁体61的磁轭91侧的外壁。因此，如箭头

所示，维持在第一磁体61和第二磁体62之间的磁通量的平衡，由此在较宽范围内形成平行磁场。

此外，在本实施例中，磁轭由单个板制成。因此，能够减少部件的数量。由此，在轴件23的端部25处用树脂模制磁轭91、第一及第二磁体61、62时，能够容易地相对于轴件23放置磁轭91。因此，使制造难度降低并降低了制造成本。

现在，描述上述实施例的变型。

在上述实施例中，磁轭的横截面形成为大致的椭圆形。可选地，本发明的磁轭可以在其横截面的一个或多个部分上具有一个或多个线性段，或者说磁轭的横截面可以具有多边形。

在上述实施例中，霍尔集成电路是作为磁性传感机构(磁性传感器)的例子。可选地，本发明的磁性传感机构可以是磁性传感器，比如磁阻(MR)元件。

在上述实施例中，已经描述了应用到加速踏板模块的旋转角传感装置。可选地，本发明的旋转传感装置可以应用到多种模块，用于在可旋转本体和不可旋转本体(静止本体)之间感知旋转角。

如上所述，本发明不限于上述实施例及其变型。即，上述实施例及其变型可以不用脱离本发明的精神和范围作出各种方式地改变。

Claims

1.一种旋转角传感装置，包括：

由磁性材料制成并形成为管状的磁轭(63，81，82，91)；

安装到磁轭(63，81，82，91)的内周壁的第一部分的第一磁体(61)；

安装到磁轭(63，81，82，91)的内周壁的第二部分的第二磁体(62)，其绕着磁轭(63，81，82，91)的中心轴线(O)沿第一方向(X)与第一磁体(61)相对，其中在第二磁体(62)的径向内侧处的磁极的极性与第一磁体(61)的径向内侧处的磁极的极性相反；和

用于感知磁场的磁性传感机构(64)，所述磁场产生在第一磁体(61)和第二磁体(62)之间，其中：

所述磁性传感机构(64)置于所述磁场内并输出与磁场的方向相对应的电信号，当磁性传感机构(64)和第一及第二磁体(61，62)之间发生相对转动时，磁场的方向改变；

所述磁轭(63，81，82，91)由至少一个板材制成，其被加工成管状；

至少一个接触部分(636，832，833，916)置于第一磁体(61)和第二磁体(62)中至少一个的径向外侧，在每个接触部分处，所述至少一个板材的相应圆周端部与所述至少一个板材的另一相应圆周端部彼此接触；

所述磁轭(63，81，82，91)具有沿第一方向(X)测量的第一内径；

所述磁轭(63，81，82，91)具有沿第二方向(Y)测量的第二内径，第二方向垂直于第一方向(X)以及垂直于磁轭(63，81，82，91)的中心轴线(O)；以及

磁轭(63，81，82，91)的第二内径大于磁轭(63，81，82，91)的第一内径。

2.如权利要求1所述的旋转角传感装置，其中

第一磁体(61)的沿第二方向(Y)彼此相反的相反的外壁大致垂直于第二方向(Y)；和

第二磁体(62)的沿第二方向(Y)彼此相反的相反的外壁大致垂直于第二方向(Y)。

3.如权利要求1所述的旋转角传感装置，其中所述至少一个接触部分(636，832，833，916)包括下列中的至少一个：

第一接触部分，其置于靠近第一磁体(61)的中心的位置，该第一磁体(61)的中心在第二方向(Y)上居中；和

第二接触部分，其置于靠近第二磁体(62)的中心的位置，该第二磁体(62)的中心在第二方向(Y)上居中。

4.如权利要求1-3中任一个所述的旋转角传感装置，其中：

第一磁体(61)的径向外侧壁的曲率半径大于所述磁轭(63，81，82，91)的内周壁的第一部分的曲率半径；和

第二磁体(62)的径向外侧壁的曲率半径大于所述磁轭(63，81，82，91)的内周壁的第二部分的曲率半径。