CN105008862A - 用于检测发生器磁体的位置的传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于检测发生器磁体(37)沿运动方向的位置的传感器(48)，该传感器包括：-沿运动方向延伸的线圈架(66)，-沿运动方向延伸的第一线圈(74)，该第一线圈被缠绕在线圈架(66)上，和-根据第一线圈(74)定位的第二线圈和第三线圈(76)，该第二线圈和第三线圈被缠绕在线圈架(66)上，使得第二线圈和第三线圈(76)与第一线圈(74)相应地形成第一变压器和第二变压器，该第一变压器和第二变压器的变压系数取决于发生器磁体(37)的位置，-其中，至少第二线圈或第三线圈(76)被布置在线圈架(66)与第一线圈(74)之间。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于检测发生器磁体的位置的传感器和一种用于操控车辆的制动设备的具有传感器的装置。
背景技术
由EP 238 922 B1公开一种位置传感器，该位置传感器按照基于称为PLCD的永磁线性非接触位移的线性位移测量的原理工作。这种位置传感器也被称为线性感应位置传感器——LIPS。
发明内容
本发明的目的是改进已知的位置传感器。
该目的通过独立权利要求的特征来实现。优选的改进方案是从属权利要求的主题。
根据本发明的一个方面，用于检测发生器磁体沿运动方向的位置的传感器包括：
-沿运动方向延伸的线圈架，
-沿运动方向延伸的第一线圈，该第一线圈被缠绕在线圈架上，和
-根据第一线圈定位的第二线圈和第三线圈，该第二线圈和第三线圈被缠绕在线圈架上，使得第二线圈和第三线圈与第一线圈相应地形成第一变压器和第二变压器，该第一变压器和第二变压器的变压系数取决于发生器磁体的位置，
-其中，至少第二线圈或第三线圈被布置在线圈架与第一线圈之间。
所述传感器基于以下考虑：前述的第一线圈可被直接缠绕在线圈架上，而从线圈架出发看去第二线圈和第三线圈可被越过第一线圈缠绕。然而第二线圈和第三线圈通常需要限位元件，该限位元件将第二线圈和第三线圈保持在一起以及限定其位置。为了实现高效的材料利用，该限位元件应尽可能薄地制成，因此这里最合理地将连接板作为限位元件。然而连接板必须在前述的状况下穿过第一线圈且因此限制用于将第一线圈缠绕到线圈架上的空间。情况由于以下原因被复杂化：连接板不能任意薄地形成，因为该连接板否则会在机械方面过于易坏且在制造或使用时可能受损。该情况还由于以下原因被复杂化：线圈架通常通过注塑方法制成，在此过程中，连接板同样必须具有一定的厚度，以使得在制造时不会受损。
在此本发明首先提出，首先不是将第一线圈、而是将第二线圈和第三线圈缠绕在线圈架上。以这种方式，第一线圈不仅能够缠绕到第二线圈和第三线圈上、而且也能够缠绕到例如可形成为连接板的限位元件上，由此限位元件自身几乎不或完全不再限制第一线圈的缠绕空间。因此可以更高效地利用用于所述传感器的提供的结构空间。
在所述传感器的一个改进方案中，线圈架包括沿运动方向延伸的主体，该主体具有第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽和第二凹槽至少局部地沿围绕运动方向的周向延伸，第二线圈和第三线圈被相应地接纳在所述第一凹槽和第二凹槽中。当前的改进方案基于以下考虑：替代作为限位元件的连接板而使用凹槽。即使这伴随着增加的材料消耗，但是这些凹槽的壁部为第二线圈和第三线圈提供了足够的机械保持力且也可以在制造线圈架时与前述连接板相比承受住更高的机械负荷。
在所述传感器的一个附加的改进方案中，第二线圈和第三线圈填充其相应的凹槽直到主体的外周面为止，使得第二线圈和第三线圈与基体的外周面齐平地闭合。以这种方式，第一线圈可以在没有缝隙和棱边的情况下缠绕到第二线圈和第三线圈上。
在另一个改进方案中，主体包括至少局部地沿围绕运动方向的周向延伸的缺口，该缺口沿运动方向观察形成在第一凹槽与第二凹槽之间。以这种方式，用于线圈架的材料消耗可被最佳地调节以适应于机械强度，这由此实现：该缺口的宽度刚好选择成足以使得通过凹槽和缺口形成的限位元件刚好足够坚固以便承受住所有预期的机械负荷。
在此优选地，沿运动方向观察，主体的表面在缺口中形成钝角。在一个替代实施例中，沿运动方向观察，主体的表面在缺口中形成圆形。
优选地，第二线圈和第三线圈布置在线圈架与第一线圈之间。然而同样可能合适的是，仅将第二线圈和第三线圈之一布置在线圈架与第一线圈之间且将这两个线圈中的另一个线圈缠绕在第一线圈上。在这种情况下，所述位置传感器沿运动方向看可以具有不对称性，该不对称性可以根据应用情况通过所述位置传感器的特性曲线被影响。
在所述传感器的一个附加的改进方案中，线圈架由塑料——特别借助于注塑方法——制成。
在所述传感器的一个特殊的改进方案中，第二线圈和第三线圈是与第一线圈相比紧凑地缠绕的线圈。这种紧凑的缠绕能够实现在磁芯的一个位置上的磁通量测量，为此在所述位置上与初级绕组相比必须集中许多线匝。
这可以通过紧凑的缠绕补偿。然而紧凑的缠绕需要机械方面牢固的限位元件，该限位元件可以作为传感器的一部分提供。
在一个优选的改进方案中，所述传感器设计为线性感应位置传感器——被称为LIPS。
根据本发明的另一个方面，用于操控车辆的制动设备的装置包括用于通过制动踏板沿运动方向的移动来调节制动力的制动踏板和根据前述权利要求中任一项所述的传感器，该传感器用于检测制动踏板沿运动方向的位置和用于根据检测到的制动踏板的位置输出指示待设定的制动力的信号。
根据本发明的另一个方面，用于制造所述传感器的方法包括：将第二线圈和第三线圈缠绕在线圈架上，和在缠绕到线圈架上的第二线圈和第三线圈上将第一线圈缠绕在线圈架上。
附图说明
结合下文对实施例的描述使得本发明的上述特性、特征和优点以及如何实现这些特性、特征和优点的方式和方法更清楚且更容易理解，结合附图进一步阐述所述实施例，其中：
图1示出具有位置传感器的串联主缸，
图2示出图1的位置传感器，
图3示出图2的位置传感器的一部分的透视图，
图4示出图3的位置传感器的第一实施方式的截面图，和
图5示出图3的位置传感器的第二实施方式的截面图。
在图中用相同的附图标记表示相同的技术元件且仅描述一次。
具体实施方式
参考图1，其示出具有位置传感器4的串列式主缸2。
串列式主缸2还具有压力活塞6，该压力活塞沿运动方向8在壳体10中可动地布置，其中，压力活塞6的运动可以通过未示出的脚踏板控制。压力活塞6本身被划分成初级活塞12和次级活塞14，其中，初级活塞12封闭壳体10的入口且次级活塞12将壳体10的内室划分成初级腔室16和次级腔室18。在壳体10的入口的区域中，在初级活塞12上布置有次级密封圈20，该次级密封圈使得壳体10的内室与环境空气隔离。在看入壳体10的内室时，在次级密封圈20之后跟随有初级密封圈22，该初级密封圈密封初级活塞12与壳体10的壁之间的缝隙。次级活塞14上的压力密封圈24使得初级腔室16的压力与次级腔室18的压力隔离。此外，次级活塞14上的另一个初级密封圈26密封次级活塞14与壳体10的壁之间的缝隙。初级活塞12通过第一弹簧28靠着次级活塞14支承，而次级活塞通过第二弹簧30靠着壳体底部支承。通过第一和第二接口32、34可以相应地为初级腔室16和次级腔室18供给未示出的液压液体。
由于对于本领域技术人员来说串列式主缸的工作方式是已知的，因此不对其进行详细说明。
位置传感器4具有滑块36形式的探测体(Probekoerper)，该滑块在其顶端具有发生器磁体37，向绘图平面内观察，该发生器磁体可被推到还要描述的传感器电路38的下方。为了推动滑块36，初级活塞12具有凸缘40，滑块36靠着该凸缘安装。凸缘40和初级活塞12因此共同形成测量对象，其位置通过位置传感器4的还要描述的传感器电路38确定。传感器电路38由位于布线载体42如引线框架、印刷电路板或另一个基板上的多个印刷导线构成。为了进行保护以防止例如污染，可以将顶盖46放置到具有传感器电路38的印刷电路板42上。
参考图2，其示出图1的位置传感器4。
位置传感器的电路38包括转换器48，该转换器在当前的实施方式中设计为线性感应位置传感器，其称为LIPS。LIPS 48检测发生器磁体37的磁场50并基于此输出未详细说明的发生器电信号到电路38。该发生器信号由第一信号处理芯片52和第二信号处理芯片54转换为未详细说明的测量信号，由该测量信号得出滑块36的位置以及进而得出凸缘40和初级活塞12的位置。由此产生的测量信号最后可以在位置传感器4的传输接口56上通过未进一步示出的缆线获取且继续传输到未进一步示出的更高的信号处理单元、例如未进一步示出的车辆中的发动机控制器和/或制动控制器。
电路38可以包括保护元件58，用于保护两个信号处理芯片52、54例如防止过电压。此外，可以在电路38与LIPS 48之间布置有屏蔽板60，该屏蔽板屏蔽电路38与转换器48之间的电磁场并且因此避免电路38对LIPS 48的影响。
在当前的实施方式中，LIPS 48通过形锁合部件62在规定的位置中布置在布线载体42上。在此，保护接地部件64围绕布线载体42和转换器48。
在图3中示出LIPS 48的透视图。LIPS 48包括带有绕组空间的线圈架66，该绕组空间通过四个连接板68分成一个中间部段70和两个侧部段72。线圈架66承载沿芯(图3中没有示出)延伸的初级线圈74，该初级线圈在当前情况下应设定为单层的。在初级线圈74的两个相对设置的边缘区域上，线圈架66承载紧密缠绕的次级线圈76以用于测量感应电压。
也就是说，在LIPS 48中的线圈74、76能够以两种不同的方式区分。一方面，这些线圈在测量变压器的范围内共同作用，其中，初级线圈74激励磁场且在次级线圈76中感应出感应电压。初级线圈74和次级线圈76原则上任意地且不必须以图3中所示的方式设计。当前实施例中的LIPS 48应能够利用比率式信号处理装置进行分析，因此以前述方式实现了初级线圈74和次级线圈76的选择。连接到这种LIPS 48上的信号处理装置执行两个次级线圈76上的感应电压的各一次测量并且利用适合的算法计算出两次测量的感应电压，该算法的目标是抑制干扰。在最简单的情况下这可以通过次级线圈76的适合的串联来实现。优选地，这通过模拟的或数字的信号处理装置实现，该信号处理装置在形成数学投影的情况下提供了很大程度的自由度，利用该数学投影从两个感应电压中计算出位置值。
此外，线圈74、76根据其几何构型可以划分成：具有较小的缠绕密度的线圈74，该线圈被几乎沿整个芯长度缠绕(在当前的实施例中是初级线圈74)；以及这样的线圈，该线圈紧凑地具有较大的缠绕密度且被缠绕在未示出的芯的特定的位置(在当前的示例性实施例中是次级线圈76)。
其它关于LIPS的工作方式的细节例如可由文献DE 44 259 03 C3和EP 238 922 B1得出。
在图3中，初级线圈74的线匝处于通过连接板68分开的中间部段70和两个侧部段72中，且半径相同。由此，线圈架66中的未进一步示出的磁芯尽可能紧密地被各个线圈74、76包围。这是特别有利的，因为线圈74、76在预设的线匝数的情况下具有最小的金属丝长度且因此也具有最小的欧姆电阻、最小的材料消耗以及最小的质量和最小的体积。此外，通过同样被包围的空气体积(或抗磁的或顺磁的线圈架的体积)的不必要的杂散磁通量被最小化。杂散磁通量可能损坏磁链且导致外部场不必要地影响线圈74、76。
参考图4，其示出图3的LIPS 48的替代实施例的截面图。
图4中所示的LIPS 48基于以下认识：图3中所示的位置传感器带有制造技术方面的缺点，这种缺点超出了电子技术方面的优点。
在图4中，次级线圈76缠绕在凹槽78或凹口中。在此，次级线圈76沿径向看完全填满其凹槽。可直接看出，在次级线圈76的缠绕空间的限位方面与根据图3的解决方案没有区别。然而，图4中的线圈架66不具有会损害工件或工具的坚固性或耐用性的狭长的连接板78。初级线圈74在此从线圈架66看径向地缠绕在次级线圈76上且位于在线圈架66和次级线圈76的表面上。由线圈架66和次级线圈76共同形成的表面在此几乎不具有轮廓且因此也不妨碍均匀的线匝间隔。尽管线圈架66、初级线圈74和次级线圈76的图4中所示的配置结构对于在一般应用中电感或变压器的应用不是有利的，然而根据实验情况以令人惊奇的方式证明了，附加由初级线圈74包围的空气室或线圈架室仅对于这样形成的LIPS 48的测量技术的特性产生可忽略的影响。
参考图5，其示出图3的LIPS 48的另一个替代实施例的截面图。
在图5中，在相对于图4的LIPS在其它方面特性相同的LIPS 48的情况下，线圈架的材料消耗被最小化。图4中初级线圈74相对于图3的较大半径在图5中被平均减小，因为初级线圈74的绕组的斜坡80能够采用不同的半径。斜坡的斜度在此应适应于初级线圈74的缠绕过程。
为了可靠地避免初级线圈74的绕组滑脱或滑离到较小半径的区域中，也可以替代斜坡80设置阶梯形的结构。或者，斜坡80区域可以设计具有粗糙的表面，以使得线匝能够局部支承在不平坦处。
LIPS 48的所有这些变体都可以选择性地设计为旋转体。然而，作为替代，可以实现线圈架66的例如呈多角形、椭圆形或其它形状的图4和图5中所示的磁芯82横截面，绕组可以安设在该线圈架上。
此外，图4和图5中所示的横截面不能在LIPS 48的整个圆周上表示，如图3已经示出：如果连接板68和进而凹槽78或凹口处于LIPS 48的整个圆周的部分区域中，就足以实现例如具有绕组包的矩形横截面的次级线圈76的多层绕组的目标。通常，绕组金属丝无论如何都不允许：在圆周的部分区域中不存在呈连接板68或凹处78形式的限位件的情况下，线匝稍微偏离于预设的形状。
图4和图5中所示的横截面因此仅示例性地视为LIPS 48的旋转对称结构。或者，如果存在穿过线圈架66本体的至少一个横截面，则LIPS 48也可以形成为图4和图5中所示的形状，该线圈架本体对应于所示形状之一，而穿过线圈架66本体的所有其它可能的横截面，也就是说与圆周成其它角度，则可以具有不同轮廓的横截面、特别是不同轮廓的本体。
仅应适宜地排除以下可能性：线圈架66本体的轮廓在所述其它圆周角的情况下包括薄的连接板68，因为这可能妨碍坚固的、适合于生产的结构。
Claims (10)
1.一种用于检测发生器磁体(37)沿运动方向的位置的传感器(48)，该传感器包括：
-沿运动方向延伸的线圈架(66)，
-沿运动方向延伸的第一线圈(74)，该第一线圈被缠绕在线圈架(66)上，和
-根据第一线圈(74)定位的第二线圈和第三线圈(76)，该第二线圈和第三线圈被缠绕在线圈架(66)上，使得所述第二线圈和第三线圈(76)与该第一线圈(74)相应地形成第一变压器和第二变压器，该第一变压器和第二变压器的变压系数取决于发生器磁体(37)的位置，
-其中，至少所述第二线圈或第三线圈(76)被布置在线圈架(66)与第一线圈(74)之间。
2.根据权利要求1所述的传感器(48)，其中，所述线圈架(66)包括主体，该主体沿运动方向延伸并具有第一凹槽和第二凹槽(78)，所述第一凹槽和第二凹槽至少局部地沿围绕运动方向的周向延伸，所述第二线圈和第三线圈(76)相应地接纳在所述第一凹槽和第二凹槽中。
3.根据权利要求2所述的传感器(48)，其中，所述第二线圈和第三线圈(76)填充其相应的凹槽(78)直到所述主体的外周面为止，使得所述第二线圈和第三线圈(74)与该主体的外周面齐平地闭合。
4.根据权利要求2或3所述的传感器(48)，其中，所述主体包括至少局部地沿围绕运动方向的周向延伸的缺口，该缺口沿运动方向观察形成在所述凹槽(78)之间。
5.根据权利要求4所述的传感器(48)，其中，沿运动方向观察，所述主体的表面在所述缺口中形成钝角。
6.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(48)，其中，所述第二线圈和第三线圈(76)是与所述第一线圈(74)相比紧凑地缠绕的线圈。
7.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(48)，其中，所述第二线圈(76)和第三线圈(76)被布置在线圈架(66)与第一线圈(74)之间。
8.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(48)，其中，所述线圈架(66)由塑料——特别借助于注塑方法——制成。
9.一种用于操控车辆的制动设备(2)的装置，该装置包括用于通过制动踏板沿运动方向的移动来调节制动力的制动踏板和根据前述权利要求中任一项所述的传感器(48)，该传感器用于检测制动踏板沿运动方向的位置和用于根据检测到的制动踏板位置输出指示待设定的制动力的信号。
10.一种用于制造根据权利要求1至8中任一项所述的传感器(48)的方法，该方法包括：
-将第二线圈和第三线圈(76)缠绕在线圈架(66)上，和
-在缠绕在线圈架(66)上的第二线圈和第三线圈(76)上将第一线圈(74)缠绕在线圈架(66)上。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |