CN103376048B - 行程量检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种行程量检测装置，包括磁轭（11、12、13、14、15）、磁通量产生部（20）、和磁性检测部。磁轭（11、12、13、14、15）具有向其外侧突出的突出部（115、125、135、145、155）。磁通量产生部（20）设置在磁轭（11、12、13、14、15）中。磁性检测部设置在磁通量产生部（20）和突出部（115、125、135、145、155）之间。磁性检测部设置在相对于磁通量产生部（20）的固定位置。磁性检测部输出与通过磁轭（11、12、13、14、15）相对于磁性检测部的相对移动所产生的磁通密度相对应的信号。

Description

行程量检测装置

技术领域

本发明涉及一种行程量检测装置。

背景技术

通常，检测受测对象行程量的行程量检测装置是已知的。例如，JP-A-2011-220795（对应US2011/0248705A1并且之后将其称为专利文献1）公开了一种行程量检测装置，该行程量检测装置包括霍尔元件、磁轭和接附到磁轭的永磁体，并且该行程量检测装置检测基于霍尔元件的输出信号的受测对象的行程量。由于专利文献1公开的行程量检测装置使用磁体的排斥，因此横跨假想直线的彼此面对的两个永磁体被接附到磁轭上，受测对象在该假想直线上移动。

在专利文献1公开的行程量检测装置中，由于提供两个永磁体，因此部件的数量很多。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够减少部件数量的行程量检测装置。

根据本发明的一个方面的行程量检测装置包括磁轭、磁通量产生部和磁性检测部。磁轭接附到受测对象和保持部件之一。磁轭由磁性材料形成为管形。磁轭具有沿垂直于假想直线的方向向磁轭的外侧突出的突出部。突出部具有顶部，沿垂直于假想直线的方向到该假想直线的距离在该顶部处最大。磁通量产生部接附到受测对象和保持部件中的另一个，并且位于磁轭中。磁性检测部设置在磁通量产生部和突出部之间。磁性检测部设置在相对于磁通量产生部的固定位置。磁性检测部的磁感方向垂直于穿过磁通量产生部的磁通量的方向。磁性检测部输出与通过磁轭相对于磁性检测部的相对移动所产生的磁通密度相对应的信号。

行程量检测装置仅通过一个磁通量产生部就可以检测保持部件和受测对象的相对行程量。这样，部件的数量能够减少。

附图说明

本发明的附加的目的和优点将从下面参考附图的具体描述中变得更加显而易见。在附图中：

图1是示出采用根据本发明第一实施例的行程量检测装置的系统的框图；

图2是沿图1的线II-II截取的行程量检测装置的截面图；

图3是示出根据第一实施例的磁性检测IC的框图；

图4是示出根据第一实施例的行程量检测装置的运行的示意图；

图5是示出根据第一实施例的行程量检测装置的运行的示意图；

图6是示出根据第一实施例的行程量检测装置的运行的示意图；

图7是示出根据第一实施例的行程量检测装置的运行的示意图；

图8是示出根据第一实施例的行程量检测装置的运行的示意图；

图9是示出根据第一实施例的由霍尔元件检测到的磁通密度的示意图；

图10是示出根据本发明的第二实施例的行程量检测装置的示意图；

图11是示出根据本发明的第三实施例的行程量检测装置的示意图；

图12是示出根据本发明的第四实施例的行程量检测装置的示意图；

图13是示出根据第四实施例的由霍尔元件检测到的磁通密度的示意图；

图14是示出根据第四实施例的改型的行程量检测装置的示意图；

图15是示出根据第四实施例的另一个改型的行程量检测装置的示意图；

图16是示出根据本发明的第五实施例的行程量检测装置的示意图；

图17是示出根据第五实施例的由霍尔元件检测到的磁通密度的示意图；

图18是示出根据第五实施例的改型的行程量检测装置的示意图；

图19是示出根据第五实施例的另一改型的行程量检测装置的示意图；

图20是示出根据本发明另一实施例的行程量检测装置的示意图。

具体实施方式

（第一实施例）

下面将描述根据本发明的第一实施例的行程量检测装置1。行程量检测装置用于例如车辆的传动装置、加速器和制动器的行进部件，并检测受测对象的行程量。

如图1所示，行程量检测装置1包括磁轭11、永磁体20和磁性检测IC30。磁性检测IC30能够作为磁通量产生部工作。磁轭11接附到线性致动器60的行进部件61上。磁轭11能够与行进部件61一起沿假想直线Lx往复运动。磁性检测IC30与永磁体20一起固定在保持部件80上。磁性检测IC30检测与磁通向量的改变相对应的磁通密度。如图1所示，行进部件61的移动方向称为X方向，垂直于纸面的方向称为Y方向。假想直线Lx是一条穿过霍尔元件31的Y方向上的中点并且沿X方向延伸的直线。

如图2所示，磁轭11由磁性材料（诸如铁）制成。磁轭11呈管形，具有第一壁111、第二壁112、第三壁113和第四壁114。第一壁111、第二壁112和第三壁113中的每个呈板形，并且第一壁111、第二壁112、和第三壁113形成U形。第一壁111和第三壁113的端部位于假想直线Lx上。第四壁114设置在第一壁111和第三壁113之间并且面向第二壁112。第四壁114具有沿与第二壁112相反的方向向磁轭11的外侧突出的突出部115。突出部115具有在第四壁114沿X方向的中部的顶部116。突出部115具有在面向第二壁112的内壁上的凹面117。此外，突出部115具有在面向第二壁112的内壁上的底部118。底部118与顶部116相反。在本实施例中，突出部115的外壁和假想直线Lx之间的距离的变化率在顶部116处为零。突出部115的外壁和假想直线Lx之间的距离的变化率随着到顶部116的距离的增加而逐渐增加。此外，凹面117和假想直线Lx之间的距离的变化率在底部118处为零，并且凹面117和假想直线Lx之间的距离变化率随着到底部118的距离的增加而逐渐增加。换言之，具有凹面117的突出部115形成为弧形。

如图2所示，永磁体20位于磁轭11中。永磁体20设置成使得穿过永磁体20的磁通量的方向平行于Y方向。永磁体具有面向突出部115的N极和面向第二壁112的S极。

磁性检测IC30设置在永磁体20的N极和突出部115之间。磁体检测IC30包括霍尔元件31、信号处理装置32和存储器33。霍尔元件31能够作为磁性检测部工作。

霍尔元件31由半导体薄膜制造，并且具有磁感面311（参照图2）。霍尔元件31输出与穿过磁感面311的磁通向量的改变相关的磁通量相对应的信号。磁性检测IC30设置成使得磁感面311垂直于X方向。垂直于磁感面311的方向对应于磁感方向。

信号处理装置32包括例如数字信号处理器（DSP）。信号处理装置32包括偏置校正电路321、幅值校正电路322、和线性校正电路323。线性校正电路323使得磁性检测IC30的输出信号相对于行程量线性化。线性校正电路323能够作为线性校正部工作。存储器33包括例如只读存储器和可写可擦存储器。存储器33存储由信号处理装置32使用的各种数据。

除了如图2所示的霍尔元件31、信号处理装置32和存储器33之外，磁性检测IC30还包括以模塑部件38密封的放大器电路36、模数转换电路（ADC）34、和数模转换电路（DAC）35。

永磁体20和磁性检测IC30固定到保持部件80以便定位在磁轭11中。这样，磁性检测IC30设置在相对于永磁体20的固定位置。在本实施例中，永磁体20和磁性检测IC30通过传感器外罩41中的缓冲层40密封以便一体地固定。在本实施例中，“一体地固定”意味着永磁体20和磁性检测IC30不能相对于彼此移动。永磁体20和磁性检测IC30可以彼此接触。替代地，永磁体20和磁性检测IC30可以以预定距离彼此分离。在本实施例中，永磁体20和磁性检测IC30彼此接触，并且霍尔元件31通过模塑部件38与永磁体20接触。缓冲层40由例如硅橡胶制成。

磁轭11随着行进部件61的线性移动相对于磁性检测IC30和永磁体20沿X方向移动。下面将参照图4到图8描述磁性检测IC30和永磁体20相对于磁轭11的相对移动。在Y方向上，沿着Y方向穿过霍尔元件31中心的线被称为霍尔元件31的基准线Lyh，沿着X方向穿过突出部115的顶部116和第二壁112的中心的线被称为磁轭11的基准线Lyy。

穿过霍尔元件31的磁感面311的磁通密度随着磁轭11相对于霍尔元件31和永磁体20的相对行程而改变。霍尔元件31输出与穿过磁感面311的磁通密度相对应的信号。ADC34将霍尔元件31输出的模拟值转换为数字值并将该数字值传送到信号处理装置32。之后，由ADC34转换的数字值被称为“实际输出值”。信号处理装置32对该实际输出值执行校正处理，诸如线性校正。此外，信号处理装置32将处理结果传送给DAC35。之后，校正处理过的被传送给DAC35的值被称为“校正值”。DAC35将从信号处理装置32传送过来的数字值转换为模拟值并且将该模拟值传送给电子控制单元（ECU）50。

图9是示出对应于图4到图8的行进部件61的行程量和实际输出值之间的关系的示意图。当磁轭11随着行进部件61的线性移动而沿X方向相对于磁性检测IC30和永磁体20移动时，实际输出值如图9中的虚线S0所示地改变。在本实施例中，当霍尔元件31的基准线Lyh与基准线Lyy重叠时，实际输出值为零，并且行进部件61的行程量为零。在霍尔元件31的基准线Lyh位于磁轭11的基准线Lyy左侧的情况下，行程量由负值表现，在霍尔元件31的基准线Lyh位于磁轭11的基准线Lyy右侧的情况下，行程量由正值表现。检测到的磁通量的线性度在行程范围的两侧的“+P部分”和“-P部分”处降低。线性校正电路323将实际输出值线性校正并且输出如实线S1所示的校正值。

检测到的行程量被传送到ECU50。ECU50根据从行程量检测装置1传送的行程量执行线性致动器60的反馈控制。

如上所述，在本实施例中，霍尔元件31位于永磁体20和磁轭11的突出部115之间，并且霍尔元件31相对于永磁体20固定。磁性检测IC30设置成使得垂直于霍尔元件31的磁感面311的方向垂直于穿过霍尔元件20的磁通量的方向。换言之，磁性检测IC30设置成使得霍尔元件31的磁感方向垂直于穿过永磁体20的磁通量的方向。当磁轭11相对于磁性检测IC30和永磁体20移动时，突出部115和磁性检测IC30之间的间隙改变，并且由磁性检测IC30检测到的磁通向量改变。因此，能够检测到磁轭11相对于磁性检测IC30的相对位置。

在本实施例中，行进部件61的位置仅仅通过一个永磁体20检测。这样，相对于传统的行程量检测装置，例如专利文献1中描述的行程量检测装置，能够减少部件的数量。此外，由于不需要将永磁体20接合到磁轭11上，因此能够省略永磁体20和磁轭11的接合工艺。这样，能够减少工艺步骤的数量。

在本实施例中，突出部115的顶部116形成于磁轭11的第四壁114的沿X方向的中部。因此，当霍尔元件31的基准线Lyh与磁轭11的基准线Lyy重叠时，即当霍尔元件31位于磁轭11的沿X方向的中部时，磁通密度为零。当磁通密度为零时，理论上不存在温度特性。这样，检测精度最高。这样，能够将需要最高检测精度的位置设置在行程范围的中部。

在本实施例中，突出部115在穿过顶部116的磁轭11的基准线Lyy的两侧线性对称。此外，突出部115和凹面117为弧形。这样，突出部115和磁性检测IC30之间的间隙随着磁性检测IC30和顶部116之间的距离的增加而减小。因此，实际输出值在霍尔元件31的基准线Lyh与磁轭11的基准线Lyy重叠位置的两侧以相同的方式改变。

在本实施例中，行程量检测装置1包括对实际输出值进行线性校正的线性校正电路323。因此，能够提高校正值的线性度。

（第二实施例）

下面参照图10对根据本发明第二实施例的行程量检测装置进行描述。与第一实施例中基本类似的部件由相同的附图标记表示，并且将省略对该部件的描述。在本实施例中，磁轭12的第四壁124包括突出部125。突出部125向第四壁124的外侧突出并且具有顶部126。突出部125具有在面向第二壁112的内壁上的凹面127，并且凹面127具有在与顶部126相对的位置处的底部128。在本实施例中，突出部125的形状设置成使得相对于假想直线Lx的距离的变化率随着相对于突出部125的顶部126的距离的增加而恒定减小。突出部125的凹面127的形状设置成使得相对于假想直线Lx的距离的变化率随着相对于底部128的距离的增加而恒定减小。换言之，包括凹面127的突出部125形成为角形。

在本实施例中，磁阻元件37设置在磁性检测IC30中。磁阻元件37能够作为磁性检测部工作。磁阻元件37的磁感方向垂直于磁感面371。在本实施例中，磁阻元件37设置成使得磁感方向平行于穿过永磁体20的磁通量的方向。磁阻元件37输出与穿过磁感面371的磁通向量相对应的信号。假想直线Lx是沿X方向延伸并且沿Y方向穿过磁阻元件37的中点的直线。根据本实施例的行程量检测装置具有与第一实施例类似的效果。

（第三实施例）

将参照图11描述根据本发明第三实施例的行程量检测装置。与第一实施例中基本类似的部件用相同的附图标记来表示，并且省略对该部件的描述。在本实施例中，磁轭13的第四壁134包括突出部135。突出部135向第四壁134的外侧突出并且具有顶部136。突出部135具有在面向第二壁112的内壁上的凹面137，并且凹面137具有在与顶部136相对的位置的底部138。在本实施例中，突出部135的形状设置成使得相对于假想直线Lx的距离的变化率随着相对于突出部135的顶部136的距离的增加而逐渐减小。凹面137的形状设置成使得相对于假想直线Lx的距离的变化率随着相对于底部138的距离的增加而逐渐减小。换言之，包括凹面137的磁轭13的突出部135为裙形。根据本实施例的行程量检测装置具有与第一实施例类似的效果。

（第四实施例）

将参照图12到图15描述根据本发明第四实施例的行程量检测装置。与第一实施例中基本类似的部件用相同的附图标记来表示，并且省略对该部件的描述。在本实施例中，磁轭14的第四壁144包括弧形的突出部145。突出部145沿X方向在顶部146的两侧不对称。如图12所示，底部146位于相对于基准线Lyy更接近行进部件61的位置。

因此，在行程范围内，磁通密度在行程量由负值表现的位置变为零。这样，能够降低温度特性，并且提高检测精度（参照图13）。这样，能够选择性地使用集中在磁通密度为零的点的检测精度高的区域。图14和图15示出根据本实施例的改型的行程量检测装置。在图14所示的行程量检测装置中，突出部145是角形并且顶部146位于相对于基准线Lyy更接近行进部件61的位置。在图15所示的行程量检测装置中，突出部145为裙形并且顶部146位于相对于基准线Lyy更接近行进部件61的位置。根据该改型的行程量检测装置具有与根据本实施例的行程量检测装置的效果类似的效果。

（第五实施例）

将参照图16到图19描述根据本发明第五实施例的行程量检测装置。与第一实施例中基本类似的部件用相同的附图标记来表示，并且省略对该部件的描述。在本实施例中，磁轭15的第四壁154包括弧形的突出部155。突出部155沿X方向在顶部156的两侧不对称。如图16所示，顶部156位于磁轭15的基准线Lyy的相对于行进部件61的相反侧。

因此，在行程范围内，需要高检测精度的位置能够设置在行程量由正值表现的区域。这样，能够选择性地使用集中在磁通密度为零的点的检测精度高的区域。图18和图19示出根据本发明改型的行程量检测装置。在图18所示的行程量检测装置中，突出部155为角形并且顶部156位于基准线Lyy的相对于行进部件61的相反侧。在图19所示的行程量检测装置中，突出部155为裙形且顶部156位于基准线Lyy的相对于行进部件61的相反侧。根据该改型的行程量检测装置具有与根据本实施例的行程量检测装置的效果类似的效果。

（其它实施例）

在上述的实施例中，第四壁为弧形、角形或裙形。在另一实施例中，只有第四壁的内壁形成为弧形、角形或裙形。

在第一、第三、第四和第五实施例中，磁性检测IC设置成使得霍尔元件的磁感方向垂直于穿过永磁体的磁通量的方向。在另一实施例中，如图20所示，磁性检测IC可以设置成使得霍尔元件的磁感方向平行于穿过永磁体的磁通量的方向。在该情形中，行程检测范围限制到单侧范围，其中磁性检测IC沿X方向从突出部的顶部向负侧或正侧移动。

在上述实施例中，磁性检测IC和永磁体彼此接触。在另一实施例中，磁性检测IC和永磁体可以以预定距离彼此分离。在该情形中，霍尔元件和永磁体可以通过模塑部件和缓冲层相互接触。

在上述实施例中，磁轭的第一壁和第三壁的端部位于假想直线上。在另一实施例中，第一壁和第三壁的端部可以根据所期望的输出特性而位于假想直线的下侧或上侧。

在上述实施例中，永磁体的N极面向突出部，永磁体的S极面向第二壁。在另一实施例中，永磁体可以设置成使得N极面向第二壁而S极面向突出部。

在第二实施例中，磁阻元件设置成使得磁阻元件的磁感方向平行于穿过永磁体的磁通量的方向。在另一实施例中，磁阻元件可以设置成使得磁阻元件的磁感方向垂直于穿过永磁体的磁通量的方向。并且在该情形中，行程检测范围限制在单侧范围内，在该范围内磁性检测IC从突出部的顶部向沿X方向的负侧或正侧移动。

在上述实施例中，磁轭接附到行进部件，并且磁性检测IC和永磁体接附到保持部件。替代地，磁轭可以接附到保持部件，并且磁性检测IC和永磁体可以接附到行进部件。

尽管本发明已参照前述的实施例进行描述，但是应当理解的是，本发明不限于这些具体实施例和结构。本发明意图覆盖各种改型和等效布置。

Claims (10)

1.一种行程量检测装置，用于检测相对于保持部件(80)在假想直线(Lx)上移动的受测对象(61)的位置，所述行程量检测装置包括：

磁轭，其接附到所述受测对象(61)和所述保持部件(80)中的一个，所述磁轭由磁性材料制造为管形，所述磁轭具有突出部，其沿着垂直于假想直线(Lx)的方向向所述磁轭的外侧突出，所述突出部具有顶部，沿垂直于所述假想直线(Lx)的方向到所述假想直线(Lx)的距离在所述顶部处最大；

磁通量产生部(20)，其接附到所述受测对象(61)和所述保持部件(80)中的另一个，所述磁通量产生部(20)位于所述磁轭中；以及

磁性检测部，其设置在所述磁通量产生部(20)和所述突出部之间，所述磁性检测部设置在相对于所述磁通量产生部(20)的固定位置，所述磁性检测部的磁感方向垂直于穿过所述磁通量产生部(20)的磁通量的方向，所述磁性检测部输出与通过所述磁轭相对于所述磁性检测部的相对移动所产生的磁通密度相对应的信号。

2.如权利要求1所述的行程量检测装置，

其中所述顶部沿所述假想直线(Lx)的方向设置在所述磁轭的中部。

3.如权利要求2所述的行程量检测装置，

其中所述突出部沿所述假想直线(Lx)延伸的方向在所述顶部的两侧线性对称。

4.如权利要求1所述的行程量检测装置，

其中所述顶部设置在除所述磁轭沿所述假想直线(Lx)延伸方向的中部以外的位置。

5.如权利要求1-4中任一项所述的行程量检测装置，

其中所述突出部的形状设置成使得到所述假想直线(Lx)的距离的变化率在与所述顶部相对的位置处为零，并且所述变化率随着到所述顶部的距离的增加而逐渐增加。

6.如权利要求1-4中任一项所述的行程量检测装置，

其中所述突出部的形状设置成使得到所述假想直线(Lx)的距离的变化率在与所述顶部相对的位置处为零，并且所述变化率随着到所述顶部的距离的增加而恒定地减小。

7.如权利要求1-4中任一项所述的行程量检测装置，

其中所述突出部的形状设置成使得到所述假想直线(Lx)的距离的变化率在与所述顶部相对的位置处为零，并且所述变化率随着到所述顶部的距离的增加而逐渐减小。

8.如权利要求1-4中任一项所述的行程量检测装置，

其中所述磁性检测部包括霍尔元件(31)。

9.如权利要求1-4中任一项所述的行程量检测装置，

其中所述磁性检测部包括磁阻元件(37)。

10.如权利要求1-4中任一项所述的行程量检测装置，还包括：

线性校正部(323)，其进行校正以提高从所述磁性检测部输出的信号的线性度。