CN105144583A - 结构组件的接近传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种接近传感器(12)，该接近传感器包括磁体(16)和传感器(18)。传感器(18)相对于磁体(16)这样定向，使得传感器(18)的最大的灵敏度方向(E)基本上平行于磁轴线(M)构造，该磁轴线延伸穿过磁体(16)的极(20、22)。此外，涉及一种结构组件(10)。

Description

结构组件的接近传感器

技术领域

本发明涉及一种包括磁体和传感器的接近传感器以及一种包括这样的接近传感器的结构组件。

背景技术

接近传感器在许多技术区域中使用并且由现有技术在非常不同的实施方式中已知。例如接近传感器用作用于机器、机动车机罩开关或机动车门接触开关的接近监测装置。在此，接近传感器的任务在于，探测要监测的部件向传感器的接近并且触发相应的信号。在此，接近传感器的实施方案根据应用领域是不同的。接近传感器例如可以以紧固在要监测的部件上的电触点、感应式传感器或磁体进行构造。然而，这些已知的解决方案具有在工作原理或装配耗费方面的缺点，该工作原理由于电磁兼容性而可能受限制。例如包括电触点的实施方案易磨损，相反，包括紧固在要监测的部件上的磁体的实施方案导致高的装配耗费，因为磁体必须安装在要监测的部件上。此外，在许多应用领域中，在要监测的部件上的开放磁场是不希望的。

发明内容

因此，本发明的任务在于，实现一种接近传感器，该接近传感器可多样化地使用并且具有小的装配耗费。

为了解决该任务，规定一种接近传感器，该接近传感器包括磁体和传感器，其中，传感器相对于磁体这样定向，使得传感器的最大的灵敏度方向基本上平行于磁轴线构造，该磁轴线延伸穿过磁体的极。由此，传感器的最大的灵敏度方向与磁体的侧向延伸的磁力线相一致。这意味着，传感器处于磁体的两极之间，其中，传感器设置在较弱磁通的区域中。在这个布置结构中，传感器记录磁场或磁通密度通过接近的、要监测的元件引起的变化，该元件由铁磁材料制成，如发动机罩、机动车门或机器元件。在要监测的元件接近时，磁力线远离传感器转向要监测的元件中，在此产生磁短路，从而在传感器的区域中磁通密度下降。在此，传感器和接近传感器的磁体与要监测的部件固定地设置，从而装配耗费小。此外，接近传感器是耐磨损的，因为不需要接触。

此外，接近传感器构造用于探测要监测的部件的接近。接近传感器的传感器特别是与磁体具有间距并且在磁体的极之间这样设置，使得接近传感器处于磁体的较弱磁通的区域中。磁体和传感器固定地设置。

特别是规定，磁体是永磁体。这确保，存在磁通恒定的持久磁场。在此，永磁体可以构造为条形磁体。这样的磁体基于其包括相反的、彼此间隔开的极的几何结构具有这样构造的磁场，即，传感器可以以其最大的灵敏度方向平行于磁轴线设置或设置在较小磁通密度的区域中。

按照本发明的一个方面，传感器是磁场传感器，该磁场传感器能够探测磁体的磁通密度或记录磁通密度的变化。接近传感器的传感器探测接近传感器的磁体的磁场，从而磁体和传感器构成封闭的传感器装置。

按照一个实施方式规定，传感器是巨磁阻传感器或霍尔传感器。这两个传感器种类特别好地适用，因为它们已经能够探测小的磁场变化或磁通变化。

备选地，传感器也可以是对磁场起反应的且基于磁场进行开关的接触开关、如簧片开关。

按照本发明的一个方面，设置有通量导体，所述通量导体特别是设置在传感器的侧面上。通量导体用于使磁通量转向或增强，其中，磁力线竖直地从通量导体中出来。在此，通量导体可以这样设置，使得所述通量导体与要监测的元件接触。当由于传感器的包装几何结构、亦即传感器壳体，要监测的元件不可能足够接近传感器本身时，这特别是有用的。通量导体在要监测的元件的未接近的状态下引起磁通密度的集中，相反，磁通密度在通量导体与要监测的元件接触时在传感器的区域中可能削弱。

特别是规定，通量导体优选在磁体的两极上贴靠在磁体上。由此可以实现：磁保持力从磁体通过通量导体传递到要监测的元件上。在要监测的元件贴靠在通量导体上时，要监测的元件基于由磁体施加的磁力而保持在通量导体上。

按照本发明的一个方面，传感器设置在包括印刷电路板的集成的开关电路中。由此，可以直接分析处理由传感器检测的数据，其中，相应的传感器数据可以传输给控制单元。备选地，在该实施方式中可以规定，磁体构造为电磁铁并且通过开关电路进行通电。

特别是规定，开关电路构成开关。在这里，磁通的由传感器检测的改变限定开关特性，其中，设置有阈值，在超过或低于该阈值时触发构造为开关的接近传感器的切换。

按照一个实施方式规定，传感器设置在印刷电路板的第一侧上并且磁体设置在印刷电路板的第二侧上。因此，印刷电路板用作传感器的保持部并且也用作磁体的保持部，其中，接近传感器的这两个元件通过印刷电路板彼此分开。在此，接近传感器的布置结构这样构造，使得传感器指向要监测的元件，其中，磁体设置在印刷电路板的相反一侧上。

特别是通量导体设置在印刷电路板的设有传感器的那一侧上。这意味着，通量导体设置在印刷电路板的指向要监测的元件的那一侧上。由此，通量导体可以与要监测的元件接触，从而在通量导体与要监测的元件接触时，磁通密度削弱，其中，所述削弱导致磁通密度的降低，该降低通过传感器探测。

按照一个实施方式规定，通量导体延伸穿过印刷电路板。在该实施方式中，通量导体可以设置在磁体的极上，从而构成构造为开关的接近传感器。此外，该接近传感器可以通过贴靠在磁体的极上的通量导体将保持力施加到要监测的元件上。

此外，本发明实现一种结构组件，该结构组件包括车辆翻盖和之前提及类型的接近传感器。利用该结构组件，可以基于之前所述的接近传感器探测车辆翻盖的关闭或打开。在此，车辆翻盖为要监测的元件，该要监测的元件配置给传感器并且这样影响磁体的磁通或磁通密度，使得磁通或磁通密度的改变可以由传感器明确地探测。

附图说明

本发明的其他特征和优点由以下说明并且由所参考的以下附图得出。在附图中：

图1示出按照本发明的按照第一实施方式的结构组件的示意性布置结构；

图2示出按照第一实施方式的结构组件在第一状态下的磁通密度；

图3示出按照第一实施方式的结构组件在第二状态下的磁通密度；

图4示出按照第二实施方式的结构组件的示意图；

图5示出按照第二实施方式的结构组件在第一状态下的磁通密度；

图6示出按照第二实施方式的结构组件在第二状态下的磁通密度；

图7示出按照第三实施方式的结构组件的透视图；

图8示出按照另一个实施方式的结构组件的透视图。

具体实施方式

图1示意性示出按照本发明的结构组件10，该结构组件包括接近传感器12和车辆翻盖14，其中，车辆翻盖14为要由接近传感器12监测的元件。

接近传感器12基本上由磁体16和传感器18构成。在此，接近传感器12这样设置，使得传感器18设置在磁体16和车辆翻盖14之间。在此，传感器18具有最大的灵敏度方向E，该灵敏度方向基本上平行于磁体16的磁轴线M定向。在此，磁体16的磁轴线M是延伸穿过磁体16的两极、即磁北极20以及磁南极22的轴线。

在此，传感器18相对于两极20、22居中地定位，其中，传感器18与磁体16具有间距d。

这个远轴的距离d导致传感器18设置到磁体16的小磁通密度的区域中。这特别是由图2得出，该图示出图1中的结构组件10的第一状态，其中，未示出图1中的车辆翻盖14。在此，第一状态说明要监测的元件、在这里车辆翻盖14不处于接近传感器12的区域中的那个状态。该第一状态也可以称为初始状态。

与此相对，定义第二状态，在第二状态下记录要监测的元件、亦即车辆翻盖14相对于传感器18的接近。该第二状态也可以描述为接通的或触发的状态，这取决于应用领域。

由图2可看出，传感器18以其最大的灵敏度方向E这样定向，使得该最大的灵敏度方向E基本上与磁体16的侧向的延伸的磁力线相一致。

在示出的实施方式中，磁体16构造为永磁体并且特别是构造为条形磁体，从而构成对于条形磁体典型的磁场或典型的磁通密度，只要磁场不受干扰的话。这个对于条形磁体典型的磁场不仅关于磁轴线M对称，而且关于一个垂直于磁轴线M的平面对称，该平面相应于两极20、22的分隔面、即极分隔面P。

图3示出结构组件10的第二状态，在该第二状态下，磁体16的磁场或磁通密度相对于在图2中示出的初始状态由于要监测的元件、在这里车辆翻盖14的接近而改变或受干扰。

因为车辆翻盖14由铁磁材料制成，车辆翻盖14对磁场施加影响，从而磁力线转向到车辆翻盖14中。由此，车辆翻盖14干扰或改变磁体16的磁场或磁通密度的走向。这可特别良好地通过以下方式看出，即，受干扰的磁场不再关于磁轴线M对称。

然而，根据车辆翻盖14相对于接近传感器12或者说相对于磁体16的位置，被车辆翻盖14干扰的磁场还能继续关于极分隔面P对称。在图3中示出的实施方式中例如是这种情况。

图2和3的对比表明：传感器18在第一状态(初始状态)下在一定的磁场强度或磁通密度的区域中定位，相反，在第二状态下，在传感器18的区域中磁场或者说磁通密度尽量削弱。原因在于铁磁的车辆翻盖14，该车辆翻盖影响磁力线，使得所述磁力线基本上竖直地延伸到车辆翻盖14中。

由此，构成磁通密度的局部的最小值，该最小值处于极分隔面P上并且在车辆翻盖14和传感器18之间直接处于车辆翻盖14的区域中。

在示出的实施方式中，传感器18相对于磁体16居中地设置，亦即设置在极分隔面P上，从而传感器18在第二状态下处于磁通密度d局部的最小值中。

在此，传感器18记录较小的磁通密度或者记录磁通密度的变化，其中，磁通密度的减少或变化通过传感器18相对于车辆翻盖14的定位来决定。车辆翻盖14能向传感器18引导得越近，则在传感器18的区域中磁通密度的改变越大。这个效果通过以下方式增强，即，传感器18居中地设置在磁体16的两极20、22之间、亦即设置在极分隔面P上，从而由极20、22出发的磁力线的大部分转向到车辆翻盖14中，其中，所述磁力线在车辆翻盖14中才封闭。由此，产生磁短路。磁短路引起通量密度的降低，该降低由传感器18探测。

这在图3中非常直观地示出。在那里示出两个磁力线16'、16"，所述磁力线由磁北极20或磁南极22出发并且基于接近的车辆翻盖14改变其真正的走向。由此，借助这两个磁力线16'、16"可直观地看出，磁通密度的改变意味着什么，以及磁通密度的局部的最小值怎样在传感器18的区域中产生。作为传感器18和磁体16之间的最后的还封闭的磁力线，示出磁力线16"'。

在图4中示出按照第二实施方式的结构组件10的示意性视图，该第二实施方式与第一实施方式区别如下：附加地设置有通量导体24、26。通量导体24、26设置在传感器18的两侧上，所述通量导体以指向车辆翻盖14的那一侧突出于传感器18，这意味着，通量导体24、26构造得较高。

一般而言，通量导体24、26影响磁通密度。通量导体24、26的作用方式借助图5和6阐明，在这两个图中示出图4的结构组件10的第一状态或者说未接通的状态(图5)和第二状态或者说接通的状态(图6)。

由图5可看出，基于通量导体24、26的布置结构和几何结构，通量导体24、26增强传感器18的区域中的磁通密度。原因在于，通量导体24、26由引导磁通的材料构成，其中，磁力线基本上竖直地进入通量导体24、26中或从中出来。这导致磁通密度在传感器18的区域中集中，只要接近传感器12处于第一状态下的话，这意味着，没有要监测的元件、如车辆翻盖14处于传感器18的区域中。

磁通密度的增强尤其在这点上展示：磁场不再关于磁轴线M对称。在传感器18的区域中，如上面解释的那样，磁场增强或者磁通密度增大。

磁通密度关于极分隔面P的对称在示出的实施方式中给出。当然，这尤其取决于通量导体24、26相对于磁体16的相对布置。

在图6中示出结构组件10的第二状态或者说接通的状态，其中，车辆翻盖14与通量导体24、26处于直接接触，从而传感器18处于磁通密度几乎完全削弱的区域中。原因在于，磁力线通过靠近传感器18的通量导体24、26这样转向，使得所述磁力线进入车辆翻盖14中并且在那里产生磁短路。

图3和6的对比在较准确的观察中表明这一点。在图3中，在传感器18和磁体16之间的区域中示出四个封闭的磁力线，相反，在图6中仅还示出三个磁力线。这意味着，图3中的最后的封闭的磁力线16"'在图6中是现在同样转向到车辆翻盖14中的且在那里才封闭的且由此为磁短路作贡献的磁力线。

由此，通量导体24、26为用于结构组件10以及接近传感器12的增强元件，因为所述通量导体在第一状态下使磁通密度在传感器18的区域中集中以及在第二状态下能使磁通密度几乎完全削弱，从而产生局部的最小值。

在图7和8中示出结构组件10的两个另外的实施方式，所述实施方式通过接近传感器12的实施方案来区分。在图7中示出的实施方式中，接近传感器12具有印刷电路板28，该印刷电路板在一侧30上具有磁体16并且在对置的一侧32上具有传感器18。

在印刷电路板28上构造有开关电路34，传感器18集成在该开关电路中。通过这个布置结构，开关电路34可以配备有所集成的传感器18，使得接近传感器12构造为开关。这能实现：将由传感器18检测的磁通密度变化传输给相应的、在这里未示出的、处理切换信号的控制单元。

此外，传感器18如在前面的实施方式中那样配置给车辆翻盖14，其中，传感器18由两个通量导体24、26在侧向包围。在此，通量导体24、26的高度这样构造，使得所述通量导体突出于传感器18，从而车辆翻盖14与通量导体24、26可以直接处于接触。特别有利的是，传感器18由也称为包装的壳体包围，这阻止车辆翻盖14可能引导靠近真正的传感器18。

结构组件10的在图8中示出的实施方式与图7中的实施方式区别如下：通量导体24、26延伸穿过印刷电路板28，通量导体24、26贴靠在磁体16的各一个极20、22上。由此实现：通量导体24、26可以施加磁性力到车辆翻盖14上，这允许车辆翻盖14在接通的状态下通过通量导体24、26保持在保持位置中。由磁极20、22出发的磁保持力通过通量导体24、26传递到车辆翻盖14上。

传感器18可以特别是巨磁阻传感器或霍尔传感器。两个传感器种类特别是通过传感器18的结构高度或其壳体定向来区分。然而，最大的灵敏度方向E与磁轴线M相同或平行。这意味着，在传感器18作为霍尔传感器的实施方案中，该传感器具有较大的结构高度，从而通量导体24、26必须相应较高地构造。

在传感器18作为巨磁阻传感器或霍尔传感器的实施方案中，还需要存储器以及处理单元。在该存储器中储存一个阈值，该阈值与由传感器18检测的磁通密度借助于处理单元进行比较。在超过或低于所述阈值时触发相应的信号，从而识别到存在第一状态还是第二状态。

传感器18可以备选地构造为簧片传感器，该簧片传感器基于其构造在达到一确定的磁场强度时由自身切换。因此，这样构造的传感器18具有由结构决定的阈值存储器，因为根据簧片传感器的构造，该簧片传感器在一确定的磁场强度时转入其接通的或未接通的、亦即第二或第一状态下。

Claims (12)

1.接近传感器(12)，该接近传感器包括磁体(16)和传感器(18)，其中，传感器(18)相对于磁体(16)这样定向，使得传感器(18)的最大的灵敏度方向(E)基本上平行于磁轴线(M)定向，该磁轴线延伸穿过磁体(16)的极(20、22)。

2.按照权利要求1所述的接近传感器(12)，其特征在于，磁体(16)是永磁体。

3.按照上述权利要求之一所述的接近传感器(12)，其特征在于，传感器(18)是磁场传感器。

4.按照上述权利要求之一所述的接近传感器(12)，其特征在于，传感器(18)是巨磁阻传感器或霍尔传感器。

5.按照上述权利要求之一所述的接近传感器(12)，其特征在于，设置有通量导体(24、26)，特别是在传感器(18)的侧面上设置有通量导体。

6.按照权利要求5所述的接近传感器(12)，其特征在于，通量导体(24、26)，特别是在磁体(16)的两极(20、22)上，贴靠在磁体(16)上。

7.按照上述权利要求之一所述的接近传感器(12)，其特征在于，传感器(18)设置在包括印刷电路板(28)的集成的开关电路(34)中。

8.按照权利要求7所述的接近传感器(12)，其特征在于，开关电路(34)构成开关。

9.按照权利要求7或8所述的接近传感器(12)，其特征在于，传感器(18)设置在印刷电路板(28)的第一侧(32)上并且磁体(16)设置在印刷电路板(28)的第二侧(30)上。

10.按照权利要求7至9之一所述的接近传感器(12)，只要引用权利要求5或6，其特征在于，通量导体(24、26)设置在印刷电路板(28)的设有传感器(18)的那侧(32)上。

11.按照权利要求7至10之一所述的接近传感器(12)，只要引用权利要求5或6，其特征在于，通量导体(24、26)延伸穿过印刷电路板(28)。

12.结构组件(10)，该结构组件包括车辆翻盖(14)和按照上述权利要求之一所述的接近传感器(12)。