CN102506700A - 汽车方向盘角度传感器 - Google Patents

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杨胜兵
徐锋
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Wuhan University of Technology WUT
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Abstract

本发明提供的汽车方向盘转动角度传感器，是一种是基于径向充磁磁性薄膜的汽车方向盘角度传感器，其包括汽车方向盘的主转动轴带动的主齿轮（1），与主齿轮啮合相连的且由陶瓷材料制成的小齿轮（2）和大齿轮（3），布在电路板（6）上的两个巨磁阻感应芯片，以及微处理器；其中：两个巨磁阻感应芯片分别正对大、小齿轮的表面，并且分别通过SPI口与微处理器相连；所述大、小齿轮均以陶瓷材料做成，且镀有强磁性介质薄膜。本发明以陶瓷材料做成的齿轮具有耐磨、耐高温、耐腐蚀、可靠性高且齿轮可以做得更薄，易于安装固定、大批量生产，其次磁性薄膜介质具有体积小、磁场强度大、磁场方向性好、设计简单、可靠性高等优点。

Description

汽车方向盘角度传感器
技术领域
本发明涉及汽车电子检测技术领域，涉及一种汽车方向盘转动角度传感器。
背景技术
角度传感器是在汽车和柴油车上普遍使用的传感器。目前使用的角度传感器种类很多，有电位器式角度传感器，霍尔式非接触角度传感器，光电耦合式角度传感器等。存在的问题是：电位器式角度传感器有触点接触，存在磨损，寿命短精度低。霍尔式角度传感器精度低，灵敏度差。光电耦合式精度高，但成本高，并且存在污染问题。这些问题制约着角度传感器性能的提升。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于径向充磁磁性薄膜的汽车方向盘角度传感器，以克服现有技术存在的缺陷。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：包括汽车方向盘的主转动轴带动的主齿轮，与主齿轮啮合相连的且由陶瓷材料制成的小齿轮和大齿轮，布在电路板上的两个巨磁阻感应芯片，以及微处理器。其中：两个巨磁阻感应芯片分别正对大、小齿轮的表面，并且分别通过SPI口与微处理器相连。所述大、小齿轮均镀有强磁性介质薄膜。
所述强磁性介质薄膜为以陶瓷为衬底材料上的缓冲层、永磁薄膜及保护层的叠层结构，其中：永磁薄膜为铝镍薄膜，缓冲层为                                               材料制成的膜体，保护层为
Figure 2011103848945100002DEST_PATH_IMAGE004
膜体材料。
所述永磁薄膜的厚度可以为。
所述缓冲层的厚度可以为
Figure 2011103848945100002DEST_PATH_IMAGE008
。
所述保护层的厚度可以为
Figure 2011103848945100002DEST_PATH_IMAGE010
。
所述强磁性介质薄膜的制备方法可以为：首先将小齿轮和大齿轮上的陶瓷衬底清洗干燥，然后将掩膜板覆盖于陶瓷材料衬底表明压紧，在真空度≥时，加热陶瓷材料衬底至
Figure 2011103848945100002DEST_PATH_IMAGE014
，工作气压为
Figure 2011103848945100002DEST_PATH_IMAGE016
；一步步通过磁控溅射法生长
Figure 709759DEST_PATH_IMAGE002
材料缓冲层，铝镍永磁薄膜并保温0.8～1.2小时；接着升温至
Figure 2011103848945100002DEST_PATH_IMAGE018
进行二次退火；冷却至室温时生长
Figure 524131DEST_PATH_IMAGE004
薄膜保护层；最后利用充磁机从径向对
Figure 877752DEST_PATH_IMAGE004
薄膜保护层充磁。
所述电路板可以固定在所述汽车方向盘转动角度传感器的壳体上。
所述巨磁阻芯片表面与大、小齿轮所镀的强磁性薄膜介质薄膜表面保持间隔距离，例如保持间隔距离为
Figure 2011103848945100002DEST_PATH_IMAGE020
。 
本发明与现有现有的角度传感器相比具有以下主要的优点：
1.大齿轮和两个小齿轮啮合，实现了角度的放大，两个小齿轮齿数不同使得信号的采集更加精确，同时保障了工作可靠性。
2.用陶瓷材料做成的齿轮，使用寿命更长，传动更稳定，其次以陶瓷做衬底，使得镀在上面的磁性薄膜结合更牢固。 
3.镀膜充磁目的在于产生磁场强度大，磁场方向好的强磁场，使用巨磁阻芯片使得信号灵敏度得到了很大提高，和霍尔器件相比，灵敏度提高了10倍。
4.结构简单，安装方便，成本降低。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为电路板图。
图中：1.主齿轮； 2.小齿轮； 3.大齿轮； 4.第一永磁薄膜； 5.第二永磁薄膜； 6.电路板； 7.第一巨磁阻芯片； 8.第二巨磁阻芯片； 9.壳体。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但并不局限于下面所述内容。 
本发明提供的基于径向充磁磁性薄膜的汽车方向盘角度传感器，其结构如图1所示，包括汽车方向盘的主转动轴带动的主齿轮1，主齿轮1啮合大齿轮3和小齿轮2，布在电路板6上的巨磁阻感应芯片，以及微处理器。其中，第一巨磁阻感应芯片7正对大齿轮的表面，第二巨磁阻感应芯片8正对小齿轮对应的表面。
所述的微处理器分别与第一巨磁阻感应芯片和第二巨磁阻感应芯片通过SPI口相连。
所述的大齿轮和小齿轮都采用陶瓷材料，以陶瓷为衬底镀上一种强磁性薄膜介质。其中，第一永磁薄膜4镀在大齿轮3上，第二永磁薄膜5镀在小齿轮2上，然后用充磁机对永磁薄膜进行充磁。
所述强磁性薄膜介质为以陶瓷为衬底材料上的缓冲层、永磁薄膜及保护层的叠层结构，其中：永磁薄膜为铝镍薄膜，厚度可选范围介于
Figure 144785DEST_PATH_IMAGE006
之间；缓冲层为
Figure 343686DEST_PATH_IMAGE002
材料制成的膜体，厚度可选范围介于
Figure 419089DEST_PATH_IMAGE008
之间；保护层由为膜体材料，厚度介于
Figure 166782DEST_PATH_IMAGE010
。
所述强磁性薄膜介质的制备方法为：以陶瓷材料做成的齿轮为衬底，并在衬底表面生长制备缓冲层，从而在真空条件下采用磁控溅射镀膜法在缓冲层镀上一层永磁薄膜和保护层，最后，采用充磁机对其径向充磁。
所述的电路板6固定在壳体9上，使得上述巨磁阻芯片表面和薄膜表面保持一定距离（例如）。该电路板装有巨磁阻感应芯片CPU电路。该电路输出电压信号或电流信号或CAN总线信号进入微处理器进行处理。所述巨磁阻感应芯片为英飞凌TLE5011。所述微处理器可以采用英飞凌SAK-XC886C-8FFA。
本实施例提供的强磁性薄膜介质的制备方法具体为：首先将陶瓷衬底清洗干燥；然后将掩膜板覆盖于陶瓷材料衬底表明压紧，系统真空度优于
Figure 958338DEST_PATH_IMAGE012
时，加热陶瓷材料衬底至
Figure 388182DEST_PATH_IMAGE014
，工作气压为
Figure 629808DEST_PATH_IMAGE016
；一步步通过磁控溅射法生长
Figure 809991DEST_PATH_IMAGE002
材料缓冲层，铝镍永磁薄膜并保温1小时；接着升温至进行二次退火；冷却至室温时生长
Figure 788628DEST_PATH_IMAGE004
薄膜保护层；最后利用充磁机从径向对
Figure 517550DEST_PATH_IMAGE004
薄膜保护层充磁。
本发明提供的基于径向充磁磁性薄膜的汽车方向盘角度传感器，其工作过程是：通过主齿轮1转动带动与之啮合的大齿轮和小齿轮转动，两巨磁阻芯片检测大齿轮和小齿轮上的磁场的变化，从而确定大齿轮和小齿轮的转动角度，在微处理器中利用获得的大齿轮和小齿轮的转动角度，计算出方向盘的转动角度，转化成电压信号输出。

Claims (9)

1. 一种汽车方向盘转动角度传感器，其特征是一种基于径向充磁磁性薄膜的汽车方向盘转动角度传感器，其包括汽车方向盘的主转动轴带动的主齿轮（1），与主齿轮啮合相连的且由陶瓷材料制成的小齿轮（2）和大齿轮（3），布在电路板（6）上的两个巨磁阻感应芯片，以及微处理器；其中：两个巨磁阻感应芯片分别正对大、小齿轮的表面，并且分别通过SPI口与微处理器相连；所述大、小齿轮均镀有强磁性介质薄膜。
2. 根据权利要求1所述的汽车方向盘转动角度传感器，其特征是所述强磁性介质薄膜为以陶瓷为衬底材料上的缓冲层、永磁薄膜及保护层的叠层结构，其中：永磁薄膜为铝镍薄膜，缓冲层为                                               
Figure 2011103848945100001DEST_PATH_IMAGE002
材料制成的膜体，保护层为
Figure 2011103848945100001DEST_PATH_IMAGE004
膜体材料。
3. 根据权利要求2所述的汽车方向盘转动角度传感器，其特征是所述永磁薄膜的厚度为。
4. 根据权利要求2所述的汽车方向盘转动角度传感器，其特征是所述缓冲层的厚度为
Figure 2011103848945100001DEST_PATH_IMAGE008
。
5. 根据权利要求2所述的汽车方向盘转动角度传感器，其特征是所述保护层的厚度为
Figure 2011103848945100001DEST_PATH_IMAGE010
。
6. 根据权利要求2所述的汽车方向盘转动角度传感器，其特征是所述强磁性介质薄膜的制备方法为：先将小齿轮（2）和大齿轮（3）上的陶瓷衬底清洗干燥，再将掩膜板覆盖于陶瓷材料衬底表明压紧，在真空度≥
Figure 2011103848945100001DEST_PATH_IMAGE012
时，加热陶瓷材料衬底至
Figure 2011103848945100001DEST_PATH_IMAGE014
，工作气压为
Figure 2011103848945100001DEST_PATH_IMAGE016
；一步步通过磁控溅射法生长
Figure 777371DEST_PATH_IMAGE002
材料缓冲层，铝镍永磁薄膜并保温0.8～1.2小时；接着升温至
Figure 2011103848945100001DEST_PATH_IMAGE018
进行二次退火；冷却至室温时生长
Figure 101036DEST_PATH_IMAGE004
薄膜保护层；最后利用充磁机从径向对薄膜保护层充磁。
7. 根据权利要求1所述的汽车方向盘转动角度传感器，其特征是所述电路板（6）固定在所述汽车方向盘转动角度传感器的壳体（9）上。
8. 根据权利要求1所述的汽车方向盘转动角度传感器，其特征是所述巨磁阻芯片表面与大、小齿轮所镀的强磁性薄膜介质薄膜表面保持间隔距离。
9. 根据权利要求8所述的汽车方向盘转动角度传感器，其特征是所述间隔距离为
Figure 2011103848945100001DEST_PATH_IMAGE020
。
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