CN102914255A

CN102914255A - 位置检测器

Info

Publication number: CN102914255A
Application number: CN2012102699810A
Authority: CN
Inventors: 原哲也; 河野祯之; 清水泰; 久保田贵光
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-08-04
Filing date: 2012-07-31
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2032-07-31
Also published as: US8878525B2; JP5376348B2; US20130033259A1; CN102914255B; DE102012213479A8; DE102012213479B8; DE102012213479A1; DE102012213479B4; JP2013050437A

Abstract

永磁体（20）被固定到固定部分（80）。由磁性材料制成的磁轭（11）被设置到旋转部分（90）。磁轭是管状的以围绕永磁体，并且磁轭具有弦部（111），由永磁体（20）产生的磁通优先进入该弦部（111）。对弦部（111）进行布置以致其靠近永磁体（20）。霍尔元件（31）相对于永磁体（20）被布置在固定部分（80）的特定位置。霍尔元件（31）输出信号，该信号与弦部（111）和永磁体（20）之间产生的磁通的密度和角度相对应。

Description

位置检测器

技术领域

本公开涉及一种对检测对象的位置进行检测的位置检测器。

背景技术

对检测对象的位置进行检测的位置检测器已经是公知的。例如，JP-2003-177004A示出了一种设置有霍尔元件、永磁体、磁轭等的旋转角检测器。当设置在检测对象上的永磁体和磁轭相对于霍尔元件旋转时，磁通矢量改变。通过检测磁通矢量的这一改变，来对检测对象的旋转角位置进行检测。

在上述旋转角检测器中，由于霍尔元件和永磁体是被独立设置在检测对象上，因此很可能对于每个检测器，霍尔元件和永磁体之间的距离可能是变化的。此外，由于霍尔元件和永磁体之间的距离相对大，所以检测器很容易受干扰磁场的影响。此外，由于为了改进输出的线性度该距离必须是大的，因此磁路变得较大。

发明内容

本公开的目的是提供一种位置检测器，该位置检测器能够减小由于个体产品差异所致的位置检测精度的差异。

一种位置检测器对检测对象的位置进行检测。该位置检测器包括固定部分、磁轭、磁通产生部分和磁检测部分。磁通产生部分被设置在检测对象和固定部分中的一个上。磁轭被设置在检测对象和固定部分中的另一个上。磁轭是由磁性材料制成的，并且被成形为围绕磁通产生部分的管状。磁轭具有磁通引入部分，该磁通引入部分靠近磁通产生部分，从而磁通产生部分产生的磁通优先流入其中。磁检测部分被布置在相对于磁通产生部分的特定位置。磁检测部分输出与磁通引入部分和磁通产生部分之间产生的磁通密度和磁通角相对应的信号。

附图说明

根据参考附图做出的下面的详细描述，本公开的上述和其它目的、特征和优点会变得更清楚。在附图中：

图1是根据第一实施例的旋转角检测器的横截面图；

图2是沿图1中的线II-II截取的横截面图；

图3、图4和图5是示出了根据第一实施例的磁通密度的示意图；

图6是示出了根据第一实施例的霍尔元件的输出的曲线图；

图7是示出了根据第一实施例的霍尔元件的输出误差率的曲线图；

图8是根据第二实施例的旋转角检测器的横截面图；

图9是示出了根据第三实施例的行程检测器的示意图；

图10是沿图9中的线X-X截取的横截面图；

图11、图12和图13是示出了根据第三实施例的磁通密度的示意图；

图14是示出了根据第三实施例的霍尔元件的输出的曲线图；

图15是根据第四实施例的行程检测器的横截面图；

图16是示出了根据第四实施例的霍尔元件的输出的曲线图；以及

图17是根据第五实施例的行程检测器的横截面图。

具体实施方式

将参考附图描述本方面的多个实施例。

【第一实施例】

根据第一实施例，位置检测器被设置在车辆节流阀的轴上，以便检测节流阀的旋转角。该位置检测器被用作旋转角检测器1。如图1中所示，旋转角检测器1设置有固定部分80、磁轭11、永磁体20和霍尔IC 30。永磁体20起到磁通产生部分的作用。

固定部分80被固定在节流阀体（图中未示出）上。利用磁性材料将磁轭11形成为圆柱体（参照图2）。磁轭11连接到旋转部分90，如此以致随旋转部分90一起旋转。该旋转部分90相当于检测对象。磁轭11具有平坦状的弦部111。弦部111位于磁轭11的其他内壁表面的内部。弦部111相当于磁通引入部分。弦部111在其内壁表面具有平坦表面112。

如图1和图2所示，永磁体20和霍尔IC 30被布置在磁轭11的内部，并且被固定在固定部分80上。即，霍尔IC 30被布置在相对于永磁体20的特定位置。通过减震材料50将永磁体20和霍尔IC 30密封在传感器罩40中，如此以致相互接触。减震材料50是由具有低弹性模量的材料形成的。在本实施例中，减震材料50是由硅橡胶制成的。

霍尔IC 30包括如图1中所示的：霍尔元件31、数字信号处理器（DSP）32和存储器33。此外，如图2所示，霍尔IC 30包括模数转换电路（ADC）34和数模转换电路（DAC）35，它们都被模制材料36模制。

霍尔元件31是由半导体膜形成的，并且具有磁感应表面311。霍尔元件31输出与穿过磁感应表面311的磁通矢量相对应的信号。对霍尔IC 30进行布置，以致垂直于磁感应表面311的方向与永磁体20产生的磁通相正交。霍尔元件31相当于磁检测部分。垂直于磁感应表面311的方向相当于磁感应方向。霍尔元件31通过模制材料36与永磁体20相接触。如图2所示，对霍尔IC 30进行布置，以致霍尔元件31被安置在旋转部分90的轴“O”上。当垂直于磁感应表面311的方向变得与垂直于平坦表面112的方向相正交时，霍尔元件31的输出值变为零。

DSP 32对来自霍尔元件31的数字信号进行校正处理和旋转角计算处理。存储器33包括只读存储器和可重写存储器，它们存储DSP 32使用的各种数据。

下文将描述旋转角检测器1的操作。

当磁轭11相对于霍尔元件31和永磁体20绕轴“O”旋转时，产生磁通。霍尔元件31根据其磁通密度输出信号。ADC 34将霍尔元件31输出的模拟信号转换成数字信号。该数字信号被传送到DSP 32。在下文，由ADC34转换的该数字信号被称为实际输出值。DSP 32对实际输出值进行校正处理和旋转角计算处理。此外，DSP 32将处理结果传送到DAC 35。DAC 35将数字信号转换成模拟信号。该模拟信号被传送到电子控制单元（ECU）100。

图3到图5示出了旋转角检测器1被开启时的磁通矢量。在图3到图5中，箭头指示磁通的方向。穿过磁轭11的轴“O”并且与平坦表面112相正交的线被定义为第一基准线L1。穿过磁轭11的轴“O”并且与磁感应表面311相平行的线被定义为第二基准线L2。图3示出了当磁轭11相对于霍尔元件31以逆时针方向旋转45度时的磁通矢量。图4示出了当磁轭11与霍尔元件31之间的相对旋转角为零时的磁通矢量。图5示出了当磁轭11相对于霍尔元件31以顺时针方向旋转45度时的磁通矢量。

另外，当磁轭11相对于霍尔元件31以顺时针方向旋转时，磁轭11与霍尔元件31之间的相对旋转角被称为“正角”。当磁轭11相对于霍尔元件31以逆时针方向旋转时，磁轭11与霍尔元件31之间的相对旋转角被称为“负角”。

图6是示出了霍尔元件31的输出的曲线图。在图6中，实线S1表示霍尔元件31的实际输出值，虚线“Sr”表示理想的线性输出值，并且点划线“Ss”表示理想的正弦曲线输出值。如图6所示，根据本实施例，实际输出值（S1）接近理想的线性输出值（Sr）。

图7是示出了对实际输出值进行多点校正后的结果的曲线图。在图7中，曲线“Sg”表示实际输出值的误差率，并且曲线“Sgh”代表通过多点校正进行校正后的实际输出值的误差率。如图7所示，通过多点校正进行校正后的实际输出值的误差率明显减小了。

下文将描述本实施例的优点。

（1）永磁体20和霍尔IC 30固定在固定部分80上。霍尔IC 30的位置相对于永磁体20的位置是规则的。因此，对于每个产品永磁体20和霍尔元件31之间的距离的变化能够受到限制。能够减小每个产品的质量变化。此外，由于永磁体20和霍尔IC 30被布置在磁轭11的内部，因此穿过霍尔元件31的磁通较少受到来自干扰磁场的影响。另外，当使永磁体20和霍尔元件31之间的距离更短时，能够使磁路更小。

（2）永磁体20和霍尔IC 30相互接触。霍尔元件31通过模制材料36与永磁体20接触。永磁体20与霍尔IC 30之间的距离被设定为零，从而永磁体20与霍尔元件31之间的距离是恒定的。因此，当组装永磁体20和霍尔IC 30时，限制了它们之间的距离由于个体产品差异所致的变化。每个产品的质量变化可以被进一步减小。此外，能够使磁路更小，从而能够限制永磁体20产生的磁通的减小。另外，穿过霍尔元件31的磁通较少受到来自干扰磁场的影响。

（3）对霍尔IC 30进行布置，以使得垂直于磁感应表面311的方向与永磁体20产生的磁通相正交。霍尔元件31能够根据由于霍尔元件31和磁轭11之间的相对运动所致的磁通方向的变化来检测方向彼此不同的磁通矢量。为此，根据霍尔元件31与磁轭11之间的相对运动，实际输出值为正值或负值。因此，在检测角范围包括实际输出值为零时的角度的情况下，能够改进实际输出值的线性度。

（4）弦部111具有平坦表面112。磁通沿垂直于平坦表面112的方向流入弦部111。此外，穿过霍尔元件31并且流入弦部111的磁通的密度由于霍尔元件31与磁轭11之间的相对运动而均匀变化。因此，能够提高霍尔元件31的检测精度。

（5）霍尔IC 30和永磁体20被减震材料50覆盖。因此，通过减震材料50来保护霍尔IC 30和永磁体20。能够避免由于外部应力所致的霍尔元件31输出的变化。也避免了霍尔元件31和永磁体20的机械损伤。

（6）霍尔IC 30和永磁体20被固定在固定部分80上。因此，避免了霍尔IC 30和永磁体20被外部振动损伤。

（7）霍尔元件31被布置在旋转部分90的轴“O”上。霍尔元件31仅检测弯曲的磁通。霍尔元件31的磁角度相对于磁轭11的旋转角减小。因此，通过将霍尔元件31布置在旋转部分90的轴“O”上，能够使实际输出值的线性范围更大。

（8）通过进行实际输出值的多点校正，能够改进检测精度。

【第二实施例】

参考图8，下文将描述本发明的第二实施例。在第二实施例中，与第一实施例基本相同的部分和部件由相同的附图标记来指示，并不再重复相同的描述。

如图8所示，旋转角检测器2的磁轭12被制成圆柱体。磁轭12在其内壁表面上具有突出部分121。该突出部分121相当于磁通引入部分。该突出部分121具有与霍尔元件31相对的平坦表面122。同样在第二实施例中，能够获得与第一实施例相同的优点。

【第三实施例】

根据第三实施例，位置检测器被应用到行程检测器上，该行程检测器检测车辆的变速器、加速器或制动器中行程部分的行程量。

参考图9到14，下文将描述根据第三实施例的行程检测器。如图9所示，行程检测器3将信号传送到ECU 100。该信号指示线性致动器60的行程部分61与固定部分80之间的相对运动。ECU 10基于行程检测器3的输出信号来计算行程部分61相对于固定部分80的相对行程量。ECU 10反馈控制线性致动器60。在下文中，行程部分61的行程方向被称为X方向，并且垂直于X方向的方向被称为Y方向。

如图9所示，行程检测器3设置有固定部分80、磁轭13、永磁体20和霍尔IC 30。固定部分80、永磁体20和霍尔IC 30的配置基本上与第一实施例中的那些相同。

磁轭13连接到相当于检测对象的行程部分61，并且随行程部分61一起在X方向移动。磁轭13由磁性材料制成，并且呈管状。磁轭13在其内壁表面具有突出部分131。即，如图10所示，磁轭13的横截面为“凹”形。此外，突出部分131具有平坦表面132。该突出部分131相当于磁通引入部分。

永磁体20和霍尔IC 30连接到磁轭13中的固定部分80，以这样的方式使得霍尔IC 30位于永磁体20和平坦表面132之间。图11到图13示出了当霍尔IC 30相对于磁轭13在X方向上相对移动时霍尔元件31周围的磁通矢量。穿过平坦表面132的中点并且与X方向和Y方向两者垂直相交的线被定义为磁轭13的第三基准线L3。图11示出了当磁轭13相对于霍尔IC 30在X方向上向左移动距离“d”时的磁通矢量。图12示出了当磁轭13和霍尔元件31之间的相对行程量为零时的磁通矢量。图13示出了当磁轭13相对于霍尔IC 30在X方向上向右移动距离“d”时的磁通矢量。

霍尔IC 30将信号传送到ECU 100。该信号指示线性致动器60的行程部分61与固定部分80之间的相对运动。图14是示出行程检测器3的输出的曲线图。实线S3表示实际输出值。当霍尔元件31与平坦表面132相对时，实际输出值变为零。此外，当磁轭11相对于霍尔元件31位于右侧时，磁轭11和霍尔元件31之间的相对行程量为“正值”。当磁轭11相对于霍尔元件31位于左侧时，磁轭11和霍尔元件31之间的相对行程量为“负值”。同样，对实际输出值进行多点校正。

根据本实施例，能够获得第一实施例的上述优点（1）至（6）和（8）。

【第四实施例】

参考图15和图16，下文将描述本发明的第四实施例。在第四实施例中，与第三实施例基本上相同的部分和部件用相同的附图标记来指示，并不再重复相同的描述。

如图15所示，行程检测器4的磁轭14是管状的。其横截面基本上是方形的。磁轭14在其内壁表面上具有弧形的突出部分141。该突出部分141具有顶点142、第一弧形部分143和第二弧形部分144。穿过顶点142并且与X方向和Y方向两者垂直相交的线被定义为磁轭13的第四基准线L4。该突出部分141相当于磁通引入部分。

图16是示出了行程检测器4的输出的曲线图。实线S4表示根据本实施例的实际输出值。虚线S3表示根据第三实施例的实际输出值。当霍尔元件31与顶点142相对时，实际输出值变为零。即，当基准线“L0”与基准线“L4”彼此重叠时，实际输出值变为零。当霍尔元件31与第一弧形部分143相对时检测到的磁通矢量的方向与当霍尔元件31与第二弧形部分144相对时检测到的磁通矢量的方向相反。因此，根据第四实施例，比起第三实施例，更能提高实际输出值的线性度。

【第五实施例】

参考图17，下文将描述本发明的第五实施例。在第五实施例中，与第三实施例基本上相同的部分和部件用相同的附图标记来指示，并且不再重复相同的描述。

如图17所示，行程检测器5的磁轭15是管状的。其横截面基本上是方形的。磁轭15在其内壁表面上具有V形的突出部分151。该V形的突出部分151具有顶点152、第一倾斜部分153和第二倾斜部分154。穿过顶点152并且与X方向和Y方向两者垂直相交的线被定义为磁轭15的第五基准线L5。该突出部分151相当于磁通引入部分。

当霍尔元件31与顶点152相对时，实际输出值变为零。即，当基准线“L0”和“L5”彼此重叠时，实际输出值变为零。当霍尔元件31与第一倾斜部分153相对时检测到的磁通矢量的方向与当霍尔元件31与第二倾斜部分154相对时检测到的磁通矢量的方向相反。同样，在第五实施例中，能够与第四实施例相同的优点。

【其他实施例】

在上述实施例中，永磁体与霍尔IC彼此相互接触。然而，永磁体与霍尔IC并不总是相互接触。

代替永磁体，可以使用电磁体。减震材料可以是树脂材料。

代替霍尔元件，可以使用磁阻元件。霍尔元件和永磁体可以直接相互接触。

可以对永磁体和霍尔IC进行布置，以使得由永磁体产生的磁通的方向与垂直于霍尔元件的磁感应表面的方向平行。

磁轭可以被固定到固定部分，并且永磁体和霍尔IC可以被设置在检测对象上。

本公开并不限于上面提到的实施例，并且能够被应用到各种实施例中。

Claims

1.一种用于对检测对象（61、90）的位置进行检测的位置检测器，包括：

固定部分（80）；

磁通产生部分（20），其被设置到所述检测对象和所述固定部分中的一个上；

磁轭（11、12、13、14、15），其被设置到所述检测对象和所述固定部分中的另一个上，所述磁轭由磁性材料制成并且被形成为围绕所述磁通产生部分（20）的管状，所述磁轭具有磁通引入部分（111、121、131、141、151），所述磁通引入部分靠近所述磁通产生部分（20）以使得由所述磁通产生部分产生的磁通优先流入到所述磁通引入部分中；以及

磁检测部分（30），其被布置在相对于所述磁通产生部分（20）的特定位置处，所述磁检测部分输出信号，所述信号与所述磁通引入部分和所述磁通产生部分之间产生的磁通密度和磁通角度相对应。

2.根据权利要求1所述的位置检测器，其中：

对所述磁通产生部分和所述磁检测部分进行布置，以使得两者彼此相互接触。

3.根据权利要求1所述的位置检测器，其中：

所述磁检测部分具有磁感应表面（311），所述磁感应表面（311）感应沿与所述磁通产生部分所产生的所述磁通的方向相垂直的方向的磁。

4.根据权利要求1所述的位置检测器，其中：

所述磁通引入部分（111、121、131）在所述磁轭（11、12、13）的内部具有平坦表面（112、122、132）。

5.根据权利要求1所述的位置检测器，其中：

所述磁通引入部分（141、151）具有向所述磁轭（14、15）的内部突出的突出顶点（142、152）。

6.根据权利要求1所述的位置检测器，其中：

所述磁通产生部分和所述磁检测部分由减震材料（50）覆盖。

7.根据权利要求1所述的位置检测器，其中：

所述磁通产生部分和所述磁检测部分被固定到所述固定部分上。

8.根据权利要求1所述的位置检测器，其中：

所述检测对象（90）相对于所述固定部分进行相对旋转；并且

所述磁检测部分检测所述检测对象的相对旋转角。

9.根据权利要求8所述的位置检测器，其中：

所述磁检测部分被布置在所述检测对象的旋转轴上。

10.根据权利要求1所述的位置检测器，其中：

所述检测对象（61）相对于所述固定部分进行相对线性移动；并且

所述磁检测部分检测所述检测对象的相对线性位移。