CN102282445B - 位置传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种位置传感器(1)、优选的是一种用于检测轴的旋转角度的角度传感器，包括：引线框(4)，位置传感器(1)的电子部件布置在该引线框上并且与引线框电连接；由塑料制成的压力注塑包封部件(5)，其中该压力注塑包封部件(5)至少包围电子部件并且因此和引线框(4)形成传感器模块(2)；传感器模块(2)的、多个通过引线框(4)形成的电接头(12-15)；和容纳该传感器模块(2)的承载模块(3)，其中承载模块(3)具有电接头(17-20)，这些电接头和传感器模块(2)的电接头(12-15)导电连接。承载模块(3)具有至少两个圆拱部(22，22′)，传感器模块(2)布置在这些圆拱部之间，并且圆拱部(22，22′)的各个自由端部这样变形，即将传感器模块(2)在其位置上夹紧。

Description

位置传感器
技术领域
本发明涉及一种位置传感器、优选是一种用于检测轴的旋转角度的角度传感器，包括：引线框，位置传感器的电子部件布置在该引线框上并且与其电连接；由塑料制成的压力注塑包封部件，其中该压力注塑包封部件至少包围电子部件并且因此和引线框形成传感器模块；传感器模块的、多个通过引线框形成的电接头；和容纳该传感器模块的承载模块，其中承载模块具有和传感器模块的电接头导电连接的电接头。
背景技术
这样的位置传感器和致动器连接，其中位置传感器包括对应于致动器的磁体和电子部件，并且配备了电插接件、例如所谓的用户插头。位置传感器应用在内燃机中，在此处该位置传感器检测用于控制内燃机的致动器的旋转位置，例如在负载控制器中、废气循环中、吸入部分的空气阀门中或在涡轮增压器叶片的调节器中。该承载模块通常设计为壳体盖，从而使角度传感器本身在组合部件中受保护地关闭，其中电插接件设计为用户插头，其根据用户的愿望进行配置并且能够电连接在发动机电子部件上。
实际的角度传感器例如由在其上布置了电子部件的引线框组成。电子部件可以理解为半导体芯片、传感器元件和排除干扰部件。它们例如在半导体技术中特别是至少一个磁阻测量传感器或者一个霍尔传感器，其中也已经给测量传感器分别配有一个带有评估电子部件的芯片。其他的是电容器，以便改进电磁协调性。有利的是带有两个测量传感器和两个分配的评估电子部件的冗余设计，以便例如在检测节流阀的旋转角度位置时提高安全性。
对此已知的是，角度传感器的电子部件直接与引线框电连接，利用热固性塑料将无承载模块的引线框和电子元件进行压力注塑包封，以用于形成角度传感器模块，并且紧接着将该角度传感器模块放入、固定在承载模块的容纳部中，然后和电接头连接(DE 10 2006 046 984A1)。将角度传感器模块固定在承载模块上必须这样实现，即一方面长时间稳定地并且另一方面形状-和位置稳定地来实现该固定。例如螺栓连接确保了非常安全的固定。当然这样的固定成本较高。然而也已知了更简单并且成本更低廉的固定方法，但这些方法常常不适于在内燃机中使用角度传感器的特殊应用条件下确保可靠并且抗震地进行固定和定位。因此仅仅是从-40℃到160℃的温度范围就已经对于定位和固定提出了更高的要求。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种位置传感器，该位置传感器尽可能简单地构造，并且在恶劣的应用条件下、例如应用在内燃机上时能够长时间稳定地、位置准确地布置。
该目的由此实现，即承载模块具有至少两个圆拱部，传感器模块布置在这些圆拱部之间，并且圆拱部的各个自由端部这样变形，即将传感器模块在其位置上夹紧。
本发明的优点在于，利用借助于至少两个圆拱部将传感器模块夹紧在承载模块上，特别简单地形成传感器模块的固定。这种固定方法能够自动化地对位置传感器进行装配。出乎意料地，尽管可能要在松弛方面加以考虑和与此联系地在使用寿命期间会出现缝隙，但这种固定仍证明是长时间稳定的。
根据另一个有利的实施方式由此实现使传感器模块改进地对应于承载模块，即承载模块具有至少一个定位元件。至少一个定位元件的任务是确定传感模块的位置。设计定位元件使圆拱部现在仅仅用于进行固定。因此避免了传感器模块相对于承载模块的由于所聚集的用于对圆拱部进行加热的能量所引起的位置改变并且也避免了传感器模块相对于在变形时施加的力的位置改变。由此在圆拱部的位置和精度方面降低的要求允许成本更低廉地制造承载部件。
如果定位元件和承载模块一体地连接，则能够以简单的方法生产至少一个定位元件。
如果将定位元件这样布置在承载模块上，即传感器模块利用其边缘抵靠在定位元件上，则传感器模块的定位特别简单。
在一个另外有利的设计方案中，定位元件这样布置在承载模块上，即定位元件在沿着至少一条轴线的移动方面将传感器模块固定。
利用定位元件在承载模块上的布置来实现将传感器模块特别精确地定位，该定位元件在沿着两条彼此成直角布置的轴线的可移动性方面将传感器模块固定。
将传感器模块特别稳定地固定在承载模块上由此实现，即引线框的压力注塑包封部件具有设计为凸缘的边缘，该边缘被变形的圆拱部包围。由于凸缘的高度较小，因此可以较小地设计圆拱部。此外凸缘具有足够大的表面用于固定。
根据另一个有利的设计方案，变形的圆拱部在其非压力注塑包封的区域中包围引线框。此外引线框具有凹口，在将传感器模块插入承载部件中时，圆拱部啮合到该凹口中。
至少两个圆拱部的各个自由端部能够以特别简单的方式通过热压或者通过加热，借助于光射束、红外线射束或激光射束和随后的改变而进行变形。
对于位置传感器的无缺点的工作方式而言，精确的位置是决定性的。将传感器模块限定地定位在承载模块上由此实现，即承载模块具有至少两个支撑元件，并且在每个支撑元件上布置了至少一个圆拱部，每个支撑元件具有支撑面，该支撑面相对于承载模块的表面具有升高的位置，从而使传感器模块在支撑在支撑面上时和承载模块隔开一段距离。通过承接面实现限定的支撑，该承接面仅仅较少地受公差影响。
通过将圆拱部和支撑元件一体地设计，由此可以特别简单地形成圆拱部。以同样有利的方式也可以将支撑元件和承载模块一体地设计。
由于支撑元件的原因而在传感器模块和承载模块之间形成了缝隙。在另一个设计方案中，为了抑制振荡和摆动而将弹性层布置在该缝隙中。这样的振荡和摆动在将位置传感器应用在发动机上时出现，并且设定的值最多可为40g。通过该弹性层可以使得影响固定的负荷显著减少。弹性层可以是减震垫或者由弹性体制成的薄膜、凝胶或者浆状层。
除压力注塑包封部件的凸缘以外，圆拱部和定位元件也可以与引线框的其他压力注塑包封区域和/或非压力注塑包封区域接触。特别的是，当圆拱部和引线框的非压力注塑包封的区域接触时，圆拱部可以较短地设计，这是因为引线框的非压力注塑包封的区域和具有压力注塑包封部件的区域相比具有较小的厚度。其优点是，由于圆拱部的长度较小，其可能的松弛明显较小。在运行期间热膨胀同样较小地下降。圆拱部和定位元件在此布置在引线框的非压力注塑区域中的凹口中。该凹口在有利的设计方案中设计为穿孔、长孔，它们完全包围圆拱部和定位元件，或者设计为单侧打开的、仅仅部分环绕圆拱部的凹口。
当圆拱部和定位元件布置在凹口中时，可以使得膨胀的数目减少。
为了实现良好并且简单地形成传感器模块与承载模块的接触，承载模块和传感器模块均具有触点接头，其基本上垂直于承载模块的底板并垂直于传感器模块延伸。这种设计允许可特别良好地实现用于制造电连接的触点接头。特别地，该承载模块的触点接头优选地布置在与底板成50°至130°的角度中。
根据一个有利的设计方案，传感器模块的触点接头借助于卸载几何结构(Entlastungsgeometrie)、特别是一个半径或者多个成角部，相对于传感器模块的引线框弯曲。卸载几何结构的特征在于特别大的半径或者多个成角部，以便以这种方式实现比技术上所需要的长度更长的触点接头。通过触点接头的更长的长度，可以降低在承载模块和传感器模块的触点接头之间的电连接的负载。该负载以力和电压的形式出现，并且可以在装配期间通过公差和/或者在运行期间通过温度变化而产生。
附图说明
以下根据附图详细地研究本发明的实施例。图中示出：
图1在透视图中示出了带有位置传感器的传感器模块的承载模块；
图2a，b是图1中的在装配之前和装配之后的位置传感器；
图3a，b是根据图1的位置传感器的第二种实施方式；
图4a，b是根据图1的位置传感器的第三种实施方式。
具体实施方式
在图1中示出了角度传感器1形式的位置传感器。该角度传感器1由传感器模块2和承载模块3组成。传感器模块2包括引线框4，在其上面布置有传感器的电子部件。该引线框4在电子部件的区域中具有用于对其进行保护的、由塑料制成的压力注塑包封部件5。用于压力注塑包封部件5的塑料是由热固性塑料组形成的塑料。压力注塑包封部件5这样设计，其具有顶面6和底面7以及在顶面6和底面7之间环绕的、设计为凸缘8的边缘。凸缘8大约延伸到被压力注塑包封的引线框4的高度。
引线框4在第一端部9处具有长孔形式的凹口10。在其第二端部11处，引线框4具有电触点接头12-15。
承载模块3包括底板16，在该底板上布置了电触点接头17-20。触点接头17-20穿过底板16，从而使触点接头17-20可以在底板16的底面区域中与用于角度传感器1的电线连接(未示出)。但电触点接头17-20也可以是引线框在承载模块3中的组成部分。电触点接头17-20，或引线框形成根据用户期望设计的插接连接器，在该插接连接器上例如可以连接用于和发动机的控制设备连接的插头。
在底板16的顶面上布置了两个支撑元件21，通过两个圆拱部22朝向底板16的边缘对它们进行限定。除了两个圆拱部22之外还设置了四个定位元件23。在底板16的、与电触点接头17-20面对设置的侧面上设置有支撑元件24。该支撑元件24在其顶面上支撑了两个圆拱部22′。在两个圆拱部22′之间布置了另一个定位元件23′。
图2a，2b示出了在将传感器模块2和承载模块3连接在一起之前和之后的角度传感器1。对此，将传感器模块2安装在承载模块3上。在定位元件23上的导入斜面25使装配变得容易。支撑元件21将传感器模块2的位置限定在负的Z-方向上，而通过承载模块3的纵向侧面上的四个定位元件23固定传感器模块2在y-方向上的位置。传感器模块2相对于承载模块3的位置在x-方向上通过定位元件23′在远离电触点接头17-20的侧面上进行固定。传感器模块2的电触点接头12-15相对较长地并且多次弯曲地设计。因此尽管和承载模块3的触点接头17-20固定地电连接，但传感器模块的电触点接头仍实现了传感器模块2的某种可移动性，该可移动性用于在装配期间补偿公差，并且防止重复测定传感器模块2的位置。如在图2b中示出的，在将传感器模块2放入承载模块3以后，圆拱部22，22′的自由端部通过热压而变形。因此变形的、自由端部安放在压力注塑包封部件5的凸缘8上和引线框4的、在传感器模块2中的第一端部9上。以这种方式在z-方向上固定传感器模块2。
在根据图3a，b的另一个实施方案中，传感器模块2通过圆拱部22不再固定在传感器模块2的两个纵向侧面上，而是固定在引线框4的电触点接头12-15的区域中。对此这样布置圆拱部22，即在每两个触点接头12-15之间布置一个圆拱部22。尽管这里已经示出了足够的固定，但也在两个外边的触点接头12，15的外侧面上布置了各一个圆拱部22。
在图4a，b中示出的角度传感器1和在图1中的描述不同之处在于，定位元件23′在承载模块3的、远离电触点接头17-20的侧面上设计具有较小的宽度。圆拱部22′同样以到上述的定位元件23′的较小的距离来布置。由此圆拱部22′现在定位在引线框4的长孔10内。
在所有的实施方法中可能的是，在底板16的顶面上将弹性体薄膜形式的弹性层(未示出)布置在支撑元件21，24之间，以用于抑制振荡。一个这样的弹性体薄膜降低了由于振荡引起的、传感器模块2相对于承载模块3的运动，并且对塑料和金属的、由于不同的热膨胀系数而引起的不同的膨胀进行补偿。

Claims (21)

1.一种位置传感器，包括：引线框，所述位置传感器的电子部件布置在所述引线框上并且与所述引线框电连接；由塑料制成的压力注塑包封部件，其中所述压力注塑包封部件至少包围所述电子部件并且因此和所述引线框形成传感器模块；所述传感器模块的、多个通过所述引线框形成的触点接头；和容纳所述传感器模块的承载模块，其中所述承载模块具有和所述传感器模块的所述触点接头导电连接的触点接头，其特征在于，所述承载模块（3）具有至少两个圆拱部（22，22′），所述传感器模块（2）布置在所述圆拱部之间，并且所述圆拱部（22，22′）的各个自由端部这样变形，即将所述传感器模块（2）在所述传感器模块的位置上夹紧。
2.根据权利要求1所述的位置传感器，其特征在于，所述承载模块（3）具有至少一个用于引导所述传感器模块（2）的定位元件（23，23′）。
3.根据权利要求2所述的位置传感器，其特征在于，至少一个所述定位元件（23，23′）和所述承载模块（3）一体地连接。
4.根据权利要求2所述的位置传感器，其特征在于，所述定位元件（23，23′）这样布置在所述承载模块（3）上，即所述传感器模块（2）利用所述传感器模块的边缘（8）抵靠在所述定位元件（23，23′）上。
5.根据权利要求2所述的位置传感器，其特征在于，所述定位元件（23，23′）这样布置在所述承载模块（3）上，即所述传感器模块（2）利用所述传感器模块的所述引线框（4）的、非压力注塑包封的区域抵靠在所述定位元件（23，23′）上。
6.根据权利要求2所述的位置传感器，其特征在于，所述定位元件（23，23′）这样布置在所述承载模块（3）上，即在沿着至少一条轴线的移动方面，所述定位元件将所述传感器模块（2）固定。
7.根据权利要求2所述的位置传感器，其特征在于，所述定位元件（23，23′）这样布置在所述承载模块（3）上，即在沿着两条彼此成直角布置的轴线的可移动性方面，所述定位元件将所述传感器模块（2）固定。
8.根据权利要求1所述的位置传感器，其特征在于，所述压力注塑包封部件（5）具有设计为凸缘的边缘（8），所述边缘被变形的所述圆拱部（22，22′）包围。
9.根据权利要求1所述的位置传感器，其特征在于，变形的所述圆拱部（22，22′）在压力注塑包封的和/或非压力注塑包封的区域中包围所述引线框（4）。
10.根据权利要求9所述的位置传感器，其特征在于，在将所述传感器模块（2）插入所述承载模块（3）中时，所述圆拱部（22，22′）啮合到所述引线框（4）的凹口（10）中。
11.根据前述权利要求中任一项所述的位置传感器，其特征在于，至少两个所述圆拱部（22，22′）的各个所述自由端部通过热压或者通过加热，借助于光射束和随后的改变而进行变形。
12.根据权利要求11所述的位置传感器，其特征在于，所述光射束是红外线射束或者激光射束。
13.根据权利要求11所述的位置传感器，其特征在于，所述承载模块（3）具有至少两个支撑元件（21），并且在每个支撑元件（21）上布置了至少一个圆拱部（22，22′），每个支撑元件（21）具有支撑面，所述支撑面相对于所述承载模块（3）的表面（16）具有升高的位置，从而使所述传感器模块（2）在支撑在所述支撑面（21）上时和所述承载模块（3）的所述表面（16）隔开一段距离。
14.根据权利要求13所述的位置传感器，其特征在于，所述圆拱部（22，22′）和所述支撑元件（21）一体地设计。
15.根据权利要求13所述的位置传感器，其特征在于，所述支撑元件（21）和所述承载模块（3）一体地设计。
16.根据权利要求13所述的位置传感器，其特征在于，在所述承载模块（3）和所述传感器模块（2）之间布置了弹性层。
17.根据权利要求11所述的位置传感器，其特征在于，所述引线框（4）的非压力注塑包封的区域具有用于所述圆拱部（22′）和/或所述定位元件（23′）的凹口（10）。
18.根据权利要求17所述的位置传感器，其特征在于，所述凹口（10）设计为穿孔、长孔或者单侧打开的凹口。
19.根据权利要求17所述的位置传感器，其特征在于，所述圆拱部（22′）和/或所述定位元件（23′）布置在所述凹口（10）中。
20.根据权利要求11所述的位置传感器，其特征在于，所述承载模块（3）的触点接头（17-20）基本上垂直于底板（16）布置。
21.根据权利要求20所述的位置传感器，其特征在于，所述传感器模块（2）的每个触点接头（12-15）借助于卸载几何结构，相对于所述传感器模块（2）的所述引线框（9）弯曲。
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