CN102047077A - 线性感应位置传感器 - Google Patents

Abstract

一种具有发射线圈的线性位置传感器，该发射线圈在由电能源激励时产生电磁辐射并且在第一方向上缠绕。接收线圈被包含在发射线圈内并且该接收线圈包括在第一方向上缠绕的第一环和在相反方向上缠绕的第二环。耦合器元件相对发射线圈沿第一方向直线移动，这根据耦合器元件的线性位置改变发射线圈和接收线圈之间的感应耦合，由此改变当接收线圈被发射线圈激励时来自接收线圈的电输出信号。接收线圈的第一环和第二环沿第一方向彼此直线对齐。

Description

线性感应位置传感器

相关申请的交叉引用

本申请要求在2008年4月15日提交的序列号为61/045,014的美国临时专利申请和在2009年4月8日提交的序列号为12/420,328的美国专利申请的优先权，二者通过引用并入本文。

技术领域

本发明一般涉及位置传感器，并且更具体地涉及线性感应位置传感器。

背景技术

现代机动车辆一般包括多个不同的位置传感器，这些传感器产生指示传感器位置的电信号。一些位置传感器产生表示传感器元件旋转位置的电信号输出，而其他位置传感器则是产生表示传感器元件线性位置的电输出信号的线性传感器。

许多先前已知的传感器均形成在印刷电路板上并且包括在高频AC源例如2.4兆赫AC源下，被电激励的激励线圈或发射线圈。接收线圈被定位成非常靠近激励线圈并且通常在激励线圈的内部中，从而激励线圈感应接收线圈中的电压。

通常，激励线圈以单一方向缠绕并且包括形成在印刷电路板上的多个环，而接收线圈形成在印刷电路板上并且包括两个或两个以上相反缠绕的环。在先前已知的线性感应位置传感器中，金属材料构造的耦合器元件相对接收线圈和激励线圈沿第一方向可直线移动。该耦合器元件以一定的量干预激励线圈和接收线圈之间的感应耦合，在耦合器元件从激励线圈和接收线圈的一端沿第一方向被移动至激励线圈和接收线圈的另一端时，干预量在接收线圈的相反缠绕环之间线性变化。这又理想地与耦合器元件的移动同步地线性改变了接收线圈的电压输出。

这些先前已知的线性感应位置传感器的接收线圈已经被设计为使得接收线圈的环不仅在耦合器元件的移动方向上并且在垂直于耦合器元件移动的方向上彼此被并排定位。这不利地增加了感应传感器的整体制造成本并且还增加了可由耦合器元件相对激励线圈和接收线圈的倾斜导致的输出信号误差。

发明内容

本发明提供克服以上提到的先前已知线性传感器缺点的线性感应位置传感器。

简言之，本发明的传感器包括发射线圈，该发射线圈在被电能量源(例如高频AC源)激励时产生电磁辐射。发射线圈被缠绕在单一方向上并且在优选的实施例中，形成在印刷电路板上。

接收线圈也被包含在发射线圈的内部中。该接收线圈也形成在印刷电路板上并且包括在第一方向上缠绕的第一环和在与第一方向相反的第二方向上缠绕的第二环。

耦合器元件沿第一方向相对于发射线圈和接收线圈是可直线移动的。耦合器元件由金属材料构造，金属材料根据耦合器元件的线性位置改变发射线圈和接收线圈之间的感应耦合。通过这样做，耦合器元件根据耦合器元件的位置改变在接收线圈被发射线圈激励时来自接收线圈的电输出信号。

然而，不同于先前已知的接收线圈，接收线圈的第一环和第二环沿第一方向彼此成直线对齐并且邻接，例如在耦合器元件的移动方向。这种配置不仅简化了接收线圈的制造，还减少了由耦合器元件倾斜导致的误差量。

为了进一步减少由耦合器元件倾斜导致的来自接收线圈的信号中的误差，耦合器元件可选为U形状，从而耦合器元件覆盖接收线圈和发射线圈的顶部以及底部。因此，由耦合器元件在发射线圈和接收线圈顶部上的倾斜导致的感应耦合的任何增加被在发射线圈和接收线圈的底部上减少的耦合抵消，并且反之亦然。

附图说明

当结合附图阅读时，参考以下具体描述将更好的理解本发明，附图中相同的参考符号指代全部多个视图中相同的部件，其中：

图1是图解说明本发明的第一实施例的平面视图；

图2是和图1相似的视图，但图解说明结合传感器的线圈使用的耦合器元件；

图3是与传感器一起使用的替代耦合器元件的视图；以及

图4是和图1相似的视图，但图解说明其更改。

具体实施方式

首先参考图1，改进的线性感应传感器10被示出具有多环发射线圈12。发射线圈12的环均在相同方向上被缠绕并且该发射线圈由高频AC源14激励。例如，对于机动车应用，AC源14的频率一般在大约2.4兆赫的范围内。

还提供参考线圈16，使得参考线圈16的一部分围绕传感器10的每个端18和20缠绕。参考线圈16以已知的方式提供用于补偿温度、环境因素等的装置。

接收线圈22可部分或者整体包含在发射线圈12的内部中。接收线圈22是领结形式并且包括两个成直线对齐并邻接的部分24和26。此外，接收线圈22的这些部分24和26彼此相反地缠绕。

接收线圈22的相反缠绕部分24和26是彼此基本相同的尺寸并且彼此具有距发射线圈12的相同相对间隔。结果，如在图1中显示的，当AC源激励发射线圈12时，因为由发射线圈12在接收线圈22的第一部分24中感应的电压被接收线圈22的相反缠绕部分26抵消，所以接收线圈22的输出28将展示零电压。

现参考图2，为了从传感器10提供有意义的输出信号，由金属材料构造的耦合器元件30沿传感器10在由箭头32指示的方向上是直线可移动的。根据其位置，耦合器元件30不定地干预在发射线圈12和接收线圈22之间的感应耦合。结果，随着耦合器元件30沿传感器10移动，在发射线圈12和接收线圈22的相反缠绕部分24和26之间的感应耦合将改变，因此改变来自接收线圈22的输出28上的输出电压，改变量和耦合器元件30相对传感器10的线性位置成比例。

实际上，发射线圈12、接收线圈22和参考线圈16均形成在印刷电路板上。接收线圈22的领结构造降低了印刷电路板制造的复杂性，因此降低了整体的成本而没有运行性能损失。

现参考图3，显示改进的耦合器元件30，其截面形状一般为U-形从而耦合器的一个分支32被定位在传感器10的印刷电路板的顶部而另一分支34被定位在传感器10的印刷电路板的底部。两个分支32和34都影响传感器10的发射线圈12和接收线圈22之间的感应耦合。然而，耦合器可替换地具有平面规则形状。

然而，U形耦合器元件30的优点是耦合器元件30相对传感器印刷电路板的任何倾斜或缝隙变化均被自动地补偿。例如，当传感器10的印刷电路板和第一分支32之间的缝隙增加，因此减少耦合器元件30的感应耦合时，传感器10和耦合元件30的另一分支34之间的感应耦合也增加，因此自动补偿耦合元件30和传感器印刷电路板之间的小缝隙变化。同样地，U-形构造30还自动补偿耦合元件30相对传感器印刷电路板的任何倾斜。

现参考图4，显示对360°旋转传感器的进一步改进，其具有形成闭环的激励线圈50。高频AC源52通过已知的方式被连接至激励线圈或发射线圈以产生磁场。

接收线圈54被包含在发射线圈50内。在图4中图解说明的接收线圈是具有四个极的锯齿样式。因此，接收线圈54在发射线圈50内形成两个模件58和60。耦合器(未示出)移动穿过接收线圈以便以先前说明的方式改变发射线圈50和接收线圈54之间的耦合。然而，来自接收线圈54的输出56在第一模件58或0°-180°旋转和第二模件60或180°-360°旋转之间重复。因此，由于接收线圈输出56上的输出信号重复，所以耦合元件的精确位置将是未知的。

为了获得耦合元件的精确旋转位置，具有单一模件的第二接收线圈62和输出64同延地配备有第一接收线圈54。结果，当与第二接收线圈62的输出64上的输出信号相组合时，来自第一接收线圈54的输出56的信号将提供耦合器沿接收线圈54和62自0°到360°的确切位置。

还将理解，即便图4中图解说明的传感器被图解说明为线性传感器，该传感器也可被缠绕为圆形并且因此与旋转耦合元件一起使用。

从前面提到的内容可以看出本发明提供改进的线性致动器，该致动器克服了先前已知线性致动器的先前已知的缺点。

描述完我们的发明，然而，许多由所附权利要求的范围限定并且不偏离本发明精神的修改对于本领域的技术人员将变得明显。

Claims (10)

1.一种线性感应位置传感器，其包括：

发射线圈，当被电能量源激励时，所述发射线圈产生电磁辐射，所述发射线圈缠绕在第一方向上，

接收线圈，其被包含在所述发射线圈内，所述接收线圈具有在第一方向上缠绕的第一环和在与所述第一方向相反的第二方向上缠绕的第二环，

耦合器元件，其在第一方向上相对所述发射线圈可直线移动，这根据所述耦合器元件的线性位置改变所述发射线圈和所述接收线圈之间的感应耦合，由此改变当所述接收线圈被所述发射线圈激励时来自所述接收线圈的电输出信号，并且

其中所述接收线圈的所述第一环和第二环沿所述第一方向彼此成直线对齐。

2.如权利要求1限定的位置传感器，其中所述发射线圈形成在印刷电路板上。

3.如权利要求1限定的位置传感器，其中所述接收线圈形成在印刷电路板上。

4.如权利要求1限定的位置传感器，其中所述耦合器元件由金属材料制成。

5.如权利要求1限定的位置传感器，其中所述发射线圈和所述接收线圈均被形成在具有顶部和底部的印刷电路板上。

6.如权利要求5限定的位置传感器，其中所述耦合器元件包括覆盖所述印刷电路板的所述顶部和所述底部的部分。

7.如权利要求6限定的位置传感器，其中所述耦合器元件在横截面上是大体U形。

8.如权利要求1限定的位置传感器，并且包括补偿线圈，该补偿线圈在所述发射线圈内具有两个相反方向缠绕的环。

9.如权利要求1限定的位置传感器，并且包括：

包含在所述发射线圈内的第二接收线圈，所述接收器具有在第一方向上缠绕的一对第一环和在与所述第一方向相反的第二方向上缠绕的一对第二环，

其中所述第二接收线圈的所述第一环和第二环沿所述第一方向成直线对齐并且彼此交替。

10.如权利要求1限定的位置传感器，其中所述接收线圈的所述环是对称的。

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