CN105074844B - 用于制造测量元件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于制造作为用于传感器的测量元件的线圈的方法，包括：布置用于线圈的电接头和磁芯；围绕磁芯形成成圈器，使得磁芯至少部分地被成圈器包围，且电接头由成圈器保持；将至少一个线圈线卷绕到所形成的成圈器上；以及，将卷绕的线圈线与电接头连接；所述方法还包括：将导电板布置在电接头和印制电路板的接触点与所述成圈器之间，其中壳体本体围绕所述导电板形成。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于制造测量元件的方法以及测量元件。
背景技术
由DE 101 30 57 2A1已知了一种用于位置传感器的感应式测量元件，所述测量元件基于编码器元件的取决于编码器元件的位置的磁场将电信号输出至分析电路。
发明内容
本发明的目的是，改进已知的感应式测量元件。
该目的通过独立权利要求的特征实现。优选的改进方案是从属权利要求的主题。
根据本发明的一方面，一种用于制造作为用于传感器的测量元件的线圈的方法包括以下步骤：布置用于线圈的电接头和磁芯；围绕磁芯形成成圈器，使得磁芯至少部分地被成圈器包围，且电接头由成圈器保持；将至少一个线圈线卷绕到所形成的成圈器上；以及将卷绕的线圈线与电接头连接。
所述方法是基于以下考虑：例如可以通过注塑提前制造测量元件的成圈器，其中磁芯然后可以例如通过粘合保持在提前制造的成圈器中。
然而所述方法是基于以下认识：该制造方法花费极大，因为在此至少磁芯在成圈器上的粘合步骤必须利用技术上花费极大的手段实现。
相反，所述方法的基本构思在于，如此制造成圈器，使得磁芯通过形状配合保持在成圈器中。为此，磁芯至少部分地被成圈器包围，从而磁芯由于如此形成的形状配合而不会再从成圈器中滑脱。
通过这种方式，可以省去测量元件制造中的上述粘合步骤。
在所述方法的改进方案中，成圈器借助于传递模塑工艺(英语：transfermolding)形成。
在特殊的改进方案中，成圈器包括热固性材料，尤其是树脂系统。在此，整个成圈器可以由热固性材料形成。热固性材料具有特别低的热膨胀系数且在传递模塑过程之后几乎不收缩。通过这种方式，不仅可以避免测量元件的各部件之间的热错配——所述热错配导致在测量元件的环境温度中的温度变化时较小的热应力，所述较小的热应力则提高了该温度变化期间测量元件的循环稳定性。在传递模塑过程之后在硬化期间热固性材料的减小的收缩也导致了作用于磁芯上的较小的内部机械应力以及导致了卷绕的线圈线和成圈器之间无缝隙，这对线圈线来说表现为较小的腐蚀危险。此外，热固性材料最佳地附着在电接头上且因此导致了电接头和成圈器之间特别紧密的连接，这又减小了线断裂和腐蚀的危险。
热固性材料在此优选可以包括环氧树脂系统、酚醛树脂系统、三聚氰胺甲醛树脂系统、不饱和聚酯树脂系统或者其它能自由流动的树脂系统，或者可以由上述树脂系统形成。能自由流动的树脂系统在此以颗粒形式提供且能在上述传递模塑过程中被加工。在此，能自由流动的树脂系统可例如像在热塑性塑料加工中那样通过传统的材料输送装置输送。此外，能自由流动的树脂系统还提供了良好的尺寸稳定性、高的连续使用温度、良好的耐化学腐蚀性、良好的机械性能、经济的性价比、良好的电性能，且能够利用成熟的机械技术和加工工艺加工。
然而可选地，也可以使用所谓的低流动性的树脂系统，其包括例如Bulk MoldingCompounds(团状模塑料)，简称为BMC，所述BMC例如可以基于不饱和的聚酯树脂系统制造。具体地，BMC可以是玻璃纤维增强的湿聚酯。低流动性的树脂系统能够以球状提供且基本上具有和能自由流动的树脂系统相同的有利的特性。
磁芯能够以任意方式容纳在成圈器中。因此，磁芯可以在传递模塑过程期间例如包封在成圈器中。然而传递模塑过程也可以执行为预模制过程，在预模制过程中形成具有凹部的容纳体。然后可以在该例如设计为凹槽形式的凹部中插入磁芯。接着可以利用该被容纳的磁芯封闭所述凹部。因此，该凹部用作其中可以装配磁芯的空间。由此，可以在传递模塑过程期间针对高的温度梯度和约175°的高的峰值温度保护磁芯的材料。此外，在温度变化时不会有力传递至磁芯上。
可以选择具有或不具有磁致伸缩自由度的软磁材料、例如铁镍磁体作为磁芯。磁致伸缩在下文中应该理解为由于机械应力——例如压应变或拉应变——导致的磁特征参量如磁场强度、磁通量密度或导磁率的变化。通过无应力地将磁芯插入至凹部中，可以避免磁致伸缩。
磁芯的材料可以构造为单层的，然而也可以构造为多层的。
在一改进方案中，所述方法可以包括以下步骤：在封闭凹部之前将机械脱耦材料施加在磁芯上，由此，磁芯进一步与成圈器机械脱耦，从而最大程度地抑制作用在磁芯上的压负荷。可选地或附加地，凹部可以在磁芯插入之前或之后也被填充弹性浇注材料，例如本身已知的硅凝胶(Silgel)。
可以利用盖实现对凹部的封闭，所述盖例如可以材料配合地(粘合)、传力配合地(夹紧)或者形状配合地(卡紧)插入凹部中。
与磁芯是现在插入在预模制工艺中提前制造的成圈器中还是在制造成圈器时通过浇注或注塑成型而被包封无关，线圈线的端部可以在卷绕到成圈器上之后为了将卷绕的线圈线与电接头连接而围绕电接头卷绕。为了固定并同时改善电接触，可选地或附加地，可以将线圈线的端部熔焊、钎焊、粘合或拼接(verslpict)在电接头上。
在此，在卷绕的线圈线与电接头连接之后，为了较小线圈线的机械负荷，电接头可以朝线圈线的方向弯曲，从而减轻对线圈线的拉力并从线圈线接受卷绕应力。
在特殊的改进方案中，所述方法包括以下步骤：在成圈器上布置偏转销，并通过偏转销将卷绕的线圈线与电接头连接。在电接头弯曲的情况下这种改进方案特别有利，因为在此可以更好地减轻负荷。
在另一个备选的改进方案中，所述方法包括以下步骤：围绕具有与电接头连接的、卷绕的线圈线的成圈器形成壳体本体。所述壳体本体保护线圈线和其与电接头的电连接不受机械负荷和/或磨损因素如腐蚀的影响。
壳体本体的材料在此可以与待制造的测量元件的环境条件对应地选择。尤其优选地，成圈器和壳体本体应由具有相同的热膨胀系数的材料形成，尤其由相同的材料形成。通过这种方式，可以使成圈器和壳体本体的热膨胀彼此匹配，这导致了机械应力的进一步减小。
在优选的改进方案中，所述方法包括以下步骤：将导电板布置在电接头和印制电路板的接触点与成圈器之间，其中壳体本体围绕导电板形成。导电板可以作为回线板与成圈器机械连接，或者可以直接在用于制造壳体本体的传递模塑过程之前插入相应的传递模塑模具中，由此，导电板嵌入在壳体本体和成圈器之间或壳体本体中。回线板通过这种方式定义了测量元件的传递模塑部分(即成圈器和壳体本体)的额外的机械加固，并可以在具有测量元件的电子电路中显著提高测量元件的电磁相容性。此外，可以通过导电板以确定的方式预设间距。
电接头可以在电子装置侧，即在其应该与印制电路板电接触的位置处，适应任意的连接技术。在此，例如可以使用引脚浸锡膏、表面安装技术(简称SMT)、压入、焊接、拼接或粘合。
在制造测量元件时，电接头例如以本身已知的方式可以通过斜撑件彼此连接，从而测量元件最终必须例如通过冲裁与该斜撑件分开。然而在该最终分开之前，可以在测量元件上，例如在壳体本体上施加条形码或数字矩阵码(简称DMC)，通过所述条形码或数字矩阵码能关于类型、技术数据等电子识别所述测量元件。
为了简化测量元件在印刷电路板上的装配，可以在壳体本体上还施加形状元件，所述形状元件可以由装配工具使用。如果测量元件例如用作本身已知的表面安装器件(简称SMD)，则壳体本体可设计为具有至少一个平坦的平面，SMD装配器的吸气嘴以本身已知的方式可以作用在所述平面上，以便能够直接抓住测量元件并装配在印刷电路板上。
根据本发明的另一个方面，利用所述方法制造一种测量元件。所述测量元件在此不必具有唯一的线圈，而是可以卷绕有多个线圈，例如像在线性位置传感器(简称LIPS)中使用的那样。
根据本发明的另一个方面，一种传感器包括所述测量元件和布置成相对于测量元件可运动的编码器元件，所述编码器元件的形式优选为磁体。
所述传感器特别优选为直线位置传感器(简称LIPS)。
附图说明
结合下面参照附图详细说明的对实施例的描述，本发明的上述特性、特征和优点以及它们的实现方式和方法变得更清楚明白，附图中：
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示出在第一生产状态中，图2的位置传感器中的变换器；
图4示出在第二生产状态中，图2的位置传感器中的变换器；
图5示出在备选的第二生产状态中，图2的位置传感器中的变换器；
图6示出在最终生产状态中，图2的位置传感器中的变换器；
图7示出在第二生产状态中，变换器的终端区域；以及
图8示出在图7的第二生产状态中，变换器的终端区域的备选视图。
具体实施方式
在附图中相同的技术元件具有相同的附图标记且仅描述一次。
参考图1，示出了具有位置传感器4的串联主缸2。
串联主缸2还具有压力活塞6，所述压力活塞以可沿运动方向8运动的方式布置在壳体10中，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本身分为初级活塞12和次级活塞14，其中初级活塞12封闭壳体10的入口，次级活塞12将壳体10的内部空间分为初级室16和次级室18。在壳体10的入口区域中，在初级活塞12上布置了次级轴环20，所述次级轴环使壳体10的内部空间与环境空气隔绝。向壳体10的内部空间中观察，在次级轴环20之后跟随了初级轴环22，所述初级轴环密封了初级活塞12和壳体10的壁之间的间隙。次级活塞14上的压力轴环24使初级室16的压力和次级室18的压力隔绝。此外，次级活塞14上的另一个初级轴环26密封了次级活塞14和壳体10的壁之间的间隙。初级活塞12通过第一弹簧28被支承于次级活塞14，而次级活塞通过第二弹簧30被支承于壳体底部。通过第一和第二接头32、34可以相应地为初级室16和次级室18供给未示出的液压流体。
因为对本领域技术人员来说串联主缸的工作方式是已知的，所以在此不需对其进行具体描述。
位置传感器4具有形式为滑动件36的探头，所述滑动件在其头端部处具有编码器磁体37，所述编码器磁体在朝绘图平面观察时可被推到仍待说明的传感器电路38的下方。为了推动滑动件36，初级活塞12具有凸缘40，滑动件36贴靠在所述凸缘上。因此凸缘40和初级活塞12共同形成一测量对象，其位置通过位置传感器4的传感器电路38(仍待说明)确定。传感器电路38由布线载体(像引线框架、印刷电路板或另一个基板)上的多个印制导线组成。例如为了不被弄脏，可以在具有传感器电路38的布线载体上设置盖46。
参考图2，其示出图1中的位置传感器4。
位置传感器的电路38包括变换器48，所述变换器在该实施方案中设计为线性感应位置传感器(LIPS)。变换器48检测编码器磁体37的磁场50并基于此磁场输出未具体标示的电编码器信号至电路38。该编码器信号由第一信号处理芯片52和第二信号处理芯片54转换为未具体标示的测量信号，由所述测量信号得到滑动件36的位置以及进而凸缘40和初级活塞12的位置。如此产生的测量信号接着可以通过未进一步示出的电缆在位置传感器4的发射接口56处取出并继续传导至在未进一步示出的车辆中未进一步示出的较高(层级)的信号处理单元，例如马达控制装置中。
电路38可以包括用于例如针对过压对两个信号处理芯片52、54提供保护的保护元件58。此外，可以在电路38和变换器48之间布置屏蔽板60，所述屏蔽板屏蔽了电路38和变换器48之间的电磁场并因此避免了电路38对变换器48的影响。
在该实施方案中，变换器48通过形锁合件62布置在布线载体42上的确定位置中。在此，保护复合物64使布线载体42和变换器48机械结合。通过这种方式，保护复合物64不仅可以保证布线载体42和变换器48之间的机械稳定性，还可以有效地防止具有电路38的位置传感器4的内部空间被弄脏。在此，该内部空间尤其优选同样可以填充有保护复合物64。
在制造时，位置传感器4例如可以借助于保护复合物64被注塑包覆。为此，位置传感器4的布线载体42例如可以保持在发射接口56上，所述发射接口为了与上述电缆电接触而本身必须保持暴露。
参考图3，其示出在第一生产状态中的图2的位置传感器4中的变换器48。
为了制造设计为LIPS的变换器48，为第一生产状态冲裁具有电接头74的引线框架72，所述引线框架机械地支承上述布线载体42上的变换器48并使所述变换器与布线载体42上的电路38电接触。在图3中为了清楚起见，仅一部分电接头74具有附图标记。
接着在引线框架72中布置磁芯76，所述磁芯随后被设置用于在仍待描述的线圈之间传输磁场。
参考图4，其示出在第二生产状态中的图2的位置传感器4中的变换器48。
为了建立图4中示出的第二生产状态，引线框架72和磁芯76一起被变换器保护复合物78包封。在该实施方案中，该变换器保护复合物78由热固性塑料组成，所述热固性塑料具有和磁芯76基本相同的热膨胀系数，磁芯例如可以由铁制造。因此在温度波动时，几乎没有机械应力引入磁芯76中。
变换器保护复合物78在此设计为具有四个隔离元件80，它们将磁芯76分为两个外部绕组区域82和一内部绕组区域84。在此，外部绕组区域82设计为比内部绕组区域84短。
随后，当变换器保护复合物78例如硬化时，电接头74会像图7中示出的那样朝变换器48的下侧弯曲。
为了完成变换器48，在绕组区域82、84中在变换器上卷绕了未进一步示出的线圈线。初级线圈在此经过所有绕组区域82、84卷绕，而在每个外部绕组区域82中分别卷绕了结构相同的次级线圈。
在变换器的运行中，例如在初级线圈上施加AC电压信号，该AC电压信号应该通过磁芯76在结构相同的次级线圈中感应出相同的输出信号。
如果此时滑动件36的编码器磁体37接近两个次级线圈之一，则所述编码器磁体促使磁芯76饱和。这导致初级线圈与编码器磁体37已接近的相应的次级线圈之间的AC电压信号的传输特性改变，这能够以本领域技术人员已知的方式通过传感器电路分析。通过这种方式可以通过变换器48检测编码器磁体37的位置。
参考图5，其以截面图示出在备选的第二生产状态中，图2的位置传感器4中的变换器48。
为了建立图5中示出的备选的第二生产状态，首先变换器保护复合物78作为容纳体例如借助于传递模塑工艺由热固性塑料材料形成为具有引线框架72和凹部，所述凹部的形式为凹槽86，磁芯76插入该凹槽中。凹槽86随后利用盖88封闭。
图5中示出的隔离元件80在该实施方案中例如设计为专门元件，所述专门元件通过被盖88封闭的容纳体从变换器保护复合物78被推出。
接着，与图4类似，在绕组区域82、84中在变换器上卷绕线圈线90、92。初级线圈90在此在所有绕组区域82、84上卷绕，而结构相同的次级线圈92分别在外部绕组区域82之一上卷绕。
接着，当变换器保护复合物78例如硬化时，引线框架72的电接头74可以像图6中示出的那样朝变换器48的下侧弯曲。
在电接头74弯曲之前或之后，初级线圈90的和次级线圈92的线94的端部可以与电接头74电连接，对此在图7和8的框架内将具体讨论。
变换器48以与结合图5描述的变换器相同的方式工作。
图3或图5的变换器48可以随后被容纳在壳体本体96中，这在图6中基于图5示出的变换器48示例性示出。该壳体本体96可以完全包封变换器48并因此用作对环境因素的防护。
为了提高变换器48的电磁相容性并增强其机械刚性，可以在壳体本体96中浇注导电的回线板98。
为了在初级线圈90的和次级线圈92的线94的端部之间形成电接触，如图7中示出的那样，线94的端部可以围绕电接头74卷绕并随后例如通过钎焊彼此电接触。
为了改进各个线94的空间隔离，还可以在变换器保护复合物78中布置偏转销100。
此外，电接头74还可以在线94围绕小电接头74卷绕之后朝线94的方向弯曲，如图8中示出的那样，由此产生在图8中示出的无机械应力区域102，该无机械应力区域使线94不受拉应力。
围绕磁芯形成成圈器的步骤包括：形成具有凹部的容纳体；将磁芯插入所述凹部中；以及，封闭具有容纳的磁芯的凹部。
Claims (11)
1.一种用于制造作为用于传感器(4)的测量元件的线圈(90、92)的方法，包括：
-布置用于线圈(90、92)的电接头(74)和磁芯(76)；
-围绕磁芯(76)形成成圈器，使得磁芯(76)至少部分地被成圈器包围，且电接头(74)由成圈器保持；
-将至少一个线圈线(94)卷绕到所形成的成圈器上；以及
-将卷绕的线圈线(94)与电接头(74)连接；
所述方法还包括：
-将导电板布置在电接头(74)和印制电路板的接触点与所述成圈器之间，
-其中壳体本体(96)围绕所述导电板形成。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，借助于传递模塑工艺形成所述成圈器。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述成圈器包括热固性材料。
4.根据权利要求1或2所述的方法，包括：
-围绕与电接头(74)连接的、具有卷绕的线圈线(94)的所述成圈器形成壳体本体(96)。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述成圈器和所述壳体本体(96)由具有相同的热膨胀系数的材料形成。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，围绕磁芯(76)形成成圈器的步骤包括：
-形成具有凹部的容纳体，
-将磁芯(76)插入所述凹部中，以及
-封闭具有容纳的磁芯(76)的所述凹部。
7.根据权利要求6所述的方法，包括：
-在封闭所述凹部之前将机械脱耦材料施加在磁芯(76)上。
8.根据权利要求1或2所述的方法，包括：
-在所述成圈器上布置偏转销(100)，以及
-通过所述偏转销(100)将卷绕的线圈线(94)与电接头(74)之一连接。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述成圈器包括树脂系统。
10.根据权利要求4所述的方法，其中，所述成圈器和所述壳体本体(96)由相同的材料形成。
11.一种利用根据前述权利要求中任一项所述的方法制造的测量元件。
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