CN105556252A - 用于基于待检测行程发出电信号的传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于发出与旋转角(18)相关的输出信号的传感器(16),包括:能以旋转角(18)转动的轴(34),不能相对转动地固定在轴(34)的轴向端部(39)上的场发生元件(30),用于发出物理测量场(32),和利用气隙(31)、与场发生元件(30)间隔开地布置的评估电路(28),用于基于物理测量场(32)产生输出信号,其中场发生元件(30)构造成:使气隙(31)能与旋转角(18)相关地变化。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于基于待检测行程、特别是角度发出电信号的传感器和用于制造传感器、特别是角度传感器的方法。
背景技术
由WO2006/029946A1已知一种传感器,其具有形式为传感器磁体的场发生元件和用于检测由传感器磁体发出的磁场的评估电路。传感器磁体可以经由待检测的行程、例如旋转角运动,其中评估电路基于由传感器磁体发出的磁场来检测旋转角并且在输出信号中发出。因此传感器还称为角度传感器。
发明内容
本发明的目的是,改进已知的传感器。
所述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,用于发出与旋转角相关的输出信号的传感器包括:能以旋转角转动的轴;不能相对转动地固定在轴的轴向端部上的场发生元件,用于发出物理测量场;利用气隙与场发生元件间隔开地布置的评估电路,用于基于物理测量场产生输出信号,其中场发生元件通过使气隙能与旋转角相关地变化的方式。
所提出的传感器的构思在于,场发生元件可以环形地环绕轴的旋转轴线构成。以这种方式,在轴的每个旋转角中,场发生元件的一部分且进而物理测量场的一部分将会对准评估电路,从而轴的旋转角原则上可以通过轴的完全旋转来检测。然而另一方面,各个磁极的、由场发生元件发出的物理测量场不足以使评估电路能够基于物理测量场来识别轴的旋转角,因为物理测量场一定与旋转角相关地改变。
为此虽然可以使用偶极子、例如磁体作为场发生元件,其中物理测量场由从每一磁极发出的两个分磁场的重叠来组成。然而在某些旋转角情况下,一个磁极利用其分磁场以如此程度影响物理测量场,使得另一个分磁场不再对物理测量场产生影响。因此在该旋转角范围内,物理测量场接下来可能不会与旋转角相关地改变,从而不能明确地检测旋转角。
尽管如此为了仍能实现明确的检测,在所提出的传感器的范围内,在场发生元件和评估电路之间使用与旋转角相关地能变化的气隙。以这种方式,不仅物理测量场本身、而且其对评估电路的作用也都与旋转角相关地变化。由此,无论物理测量场是否与旋转角相关地改变,评估电路都可以产生与旋转角相关的输出信号。
在此,与旋转角相关地能变化的气隙定义为在场发生元件和评估电路之间的最短的距离。
在所提出的传感器的一种改进方案中,所述场发生元件沿旋转角的周向方向观察包括两个例如之前所述的磁极,其中当两个磁极之一位于一条穿过轴的旋转轴线和评估电路的线上时,能变化的气隙最小。以这种方式,可以在评估信号中与旋转角相关地实现最大的信号变化(Signalsprünge),从而能以最大的灵敏度检测旋转角。
在此,能变化的气隙可以任意地构成,例如通过轴向螺旋形延伸的场发生元件构成。在所提出的传感器的一种特殊改进方案中,能变化的气隙通过使用至少一个径向地和/或轴向地从场发生元件突出的凸起来构成。有利地,能变化的气隙要通过在场发生元件上和/或在评估电路上的几何措施来实现,上述情况在制造技术方面可以并不耗费成本和时间地实现。
在所提出的传感器的另一种改进方案中,能变化的气隙由至少两个径向地和/或轴向地从场发生元件突出的凸起构成,所述两个凸起彼此以中心对称的方式布置。以这种方式可以发出关于旋转角的、对称的输出信号,其在计算技术方面可被特别简单地评估。
在所提出的传感器的另一种改进方案中,所述凸起沿旋转角的方向基本上等同于评估电路沿旋转角的方向的检测区域。以这种方式,可以更好地避免在旋转角的值范围内出现恒定的输出信号。
在所提出的传感器的一种替选的改进方案中,从轴朝向评估电路看,所述场发生元件沿轴向和/或径向方向设计成椭圆形。椭圆形的场发生元件与旋转角相关地形成输出信号,该输出信号近似于正弦形并且尽可能没有谐波。由这种类型的正弦形信号能以技术上特别简单的方式推导出旋转角。
物理测量场能以任意的方式构成。特别优选地,物理测量场是磁场。因此在所提出的传感器的一种优选的改进方案中,场发生元件是磁体,该磁体可以作为永久磁体在没有电源的情况下安装在传感器中。
在所提出的传感器的一种特别优选的改进方案中,所述场发生元件布置成轴向地与轴间隔开并且径向地与轴的旋转轴线间隔开,上述情况可以在特别小的构造空间的情况下实现。
根据本发明的另一个方面,用于制造被布置用来发出与旋转角相关的输出信号的传感器、特别是前述传感器之一的方法包括下述步骤:准备能以旋转角转动的轴;将被布置用于发出物理测量场的场发生元件浇注/注塑(anspritzen)到轴的轴向端部上;从轴来看沿轴向地将评估电路布置在场发生元件之前,所述评估电路被布置用于基于物理测量场产生输出信号。
在一种改进方案中,所提出的方法包括下述步骤:在注塑场发生元件之前在轴向端部上构成防旋转结构。
在所提出的方法的另一种改进方案中,场发生元件的注塑到轴上的材料包括填充材料,其中容置磁性颗粒。
根据本发明的另一个方面,用于发出与旋转角相关的输出信号的传感器利用所提出的方法之一来制造。
附图说明
本发明的上述特性、特征和优点以及被实现的方式和方法结合下面对实施例的描述更为清晰且更为明确地理解,所述实施例结合附图将被更为详细地阐述,其中示出了:
图1以示意图示出了具有底盘调节系统的车辆,
图2示出了用于检测在图1的车辆中的车轮和底盘之间的加速度的传感器,
图3以透视图示出了图2中的传感器的一部分;
图4以部分截面图示出了轴的一部分,用于图2的传感器的场发生元件能注塑到其中,和
图5以部分截面图示出了图4中的轴的一部分,用于图2的传感器的场发生元件注塑到其上。
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并且仅一次性描述。
参照图1,图1以示意图示出了具有底盘调节系统4的车辆2。
在这种底盘调节系统4的范围内要使底盘6相对于未进一步示出的道路的升降运动、俯仰运动和侧倾运动最小化,以便改进车辆2在沿行驶方向12行驶时的行驶特性,在该道路上车辆2的沿竖向轴10位置固定的车轮8位置固定的滚动。
为此,底盘调节系统以例如由DE102005060173A1已知的方式具有控制装置14,该控制装置在本实施方式中从布置在每个车轮8上的角度传感器16接收旋转角18,该旋转角描述了相应的车轮8相对于底盘6的相对位置。在此,旋转角18以未进一步提到的输出信号的形式在角度传感器16和控制装置14之间传输。基于所述旋转角18的差,控制装置14确定底盘6是否沿竖向轴10运动、即是否进行升降运动,或底盘6是否侧倾或俯仰并加以控制。在这种情况下,控制装置14计算反作用于升降运动、侧倾运动和/或俯仰运动的反向运动并且利用适合的控制信号20来操控在车轮8上布置的主动式弹簧滑柱组件22,以便利用底盘6来补偿该反向运动。作为主动式弹簧滑柱组件22例如可以使用由DE10122542B4已知的弹簧滑柱组件。
为了考虑到例如在转弯时由于道路状况所造成的升降运动、侧倾运动和/或俯仰运动,可以向控制装置输送合适的额定值24。
参照图2,在图2中示出了图1中的角度传感器16的示例。
在本实施方式中,角度传感器16具有能沿竖向轴10位置固定地与底盘6连接的电路壳体26。为此在电路壳体26上设置不能进一步看出的固定穿孔27,未进一步示出的固定器件、例如螺栓可以被引导穿过该电路壳体。在电路壳体26中设置评估电路28,该评估电路从还要描述的、形式为磁体30的传感器元件来接收形式为磁场32的物理场。磁体30在此与评估电路28利用气隙31间隔开,该气隙在本实施方式中与旋转角18相关。对此将在后面详细说明。通过电路壳体26的穿通孔34接纳能围绕旋转轴线37转动的传感器轴38,在该传感器轴上将磁体30保持在轴向端部39上。杆41成直角地从传感器壳体38的、与磁体30对置的轴向端部40突出,在该杆的径向端部上构成固定穿孔42,在该固定穿孔处,角度传感器16能沿竖向轴10位置固定地与车轮6之一连接。
如果相应的车轮6沿竖向轴10相对于底盘6运动,则车轮6还使杆41运动并且因此使传感器轴38相对于电路壳体26以要传输的旋转角16转动。因此,磁场32也相对于评估电路28以旋转角18运动。因此,移动的磁场32相对于评估电路28与旋转角18相关地在其磁场强度方面改变,这一点由评估电路28根据测量技术通过例如在评估电路28中的本身已知的霍尔元件检测到,并且能够在输出端口46处在载有旋转角18的、未进一步示出的输出信号中以在图1中示出的方式传输给控制装置14。
下面将要借助图3来详细阐述角度传感器16。
如在图3中可以看出,磁体30在本实施方式中设计成椭圆形。在此,磁体30沿传感器轴38的旋转轴线37看不仅在轴向截面中而且在径向截面中都设计成椭圆形。然而原则上,磁体30还可以仅在径向截面中或在轴向截面中设计成椭圆形。
在磁体30中包括北极50和南极52的磁极在本实施方式中由椭圆形截面的短轴分开,从而磁极50、52在本实施方式中处于椭圆形构成的磁体30的主顶点/长轴顶点54中。然而替选地,磁极还可以由椭圆形截面的主轴线分开。
通过磁体30在磁体30的轴向截面中的椭圆形设计,在磁体30上构成了两个轴向凸起56,它们沿传感器轴38的旋转轴线37的径向方向从磁体30突出。相应地,通过磁体30在径向截面中的椭圆形设计形成了两个凸起58,它们沿旋转轴线37的轴向方向从磁体30突出。通过磁体30的椭圆形设计,所述磁极50、52相对于在旋转轴线37上的对称点59以中心对称的方式构成。
通过凸起56、58,气隙31与旋转角18相关地能变化地构成。这就是说,在磁体30和评估电路28之间的最短的间距与旋转角18相关地变化。能变化的气隙31引起了,磁体30的磁场32的磁场强度不仅通过磁体30本身的运动、而且还通过与旋转角18相关地变化的气隙31来改变。因此,旋转角18可以在由评估电路28发出的输出信号中不仅基于磁体30本身的运动、而且还基于气隙31的变化来产生。
特别是沿轴向方向突出的凸起58应沿旋转轴线37的周向方向并且进而沿旋转角18的方向尽可能精确地适配在评估电路28的检测区域60中,在该检测区域中对磁体30的磁场32进行检测。以这种方式确保了,能变化的气隙31在每个位置中基于旋转角18的变化而改变并且引起在由评估电路28发出的输出信号中的变化。
磁体30可以注塑到传感器轴38的轴向端部39上。为此首先参照图4,在图4中示出了在将磁体30注塑到传感器轴38上之前的状态中的传感器轴38。
在本实施方式中,在传感器轴38的轴向端部39上构成了椭圆形的且镂空的固定元件62,其中容置两个壁64,这些壁对磁体30起到防旋转结构的作用。
在这个镂空的固定元件62中注入磁性材料。作为磁性材料,例如可以使用作为填充材料的塑料,如聚酰胺,硫化聚苯醚等。在该塑料中可以埋入磁性粉末、例如基于硬铁氧体或基于钕铁硼。所注入的材料的磁化在此可以直接在注塑时或在注塑过程已经结束之后实现。
替选地,在传感器轴38的轴向端部39上可以例如通过粘接来固定事先例如通过烧结制造的磁体。
在图5中示出了注塑的磁体30的示例,其中磁体30具有轴向取向的凸起58。
Claims (10)
1.用于发出与旋转角(18)相关的输出信号的传感器(16),包括:
能以旋转角(18)转动的轴(34),
不能相对转动地固定在轴(34)的轴向端部(39)上的场发生元件(30),用于发出物理测量场(32),和
利用气隙(31)与场发生元件(30)间隔开地布置的评估电路(28),用于基于物理测量场(32)产生输出信号,
其中场发生元件(30)构造成:使气隙(31)能与旋转角(18)相关地变化。
2.根据权利要求1所述的传感器(16),其中能与旋转角(18)相关地变化的气隙(31)定义为在场发生元件(30)和评估电路(28)之间的最短的间距。
3.根据权利要求1或2所述的传感器(16),其中所述场发生元件(30)沿旋转角(18)的周向方向观察包括两个磁极(50、52),并且能变化的气隙(31)在下述情况下最小:两个磁极(50、52)之一与穿过轴(38)的旋转轴线(37)和评估电路(28)的线平行。
4.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(16),其中所述能变化的气隙(31)由至少一个径向地和/或轴向地从场发生元件(30)突出的凸起(56、58)构成。
5.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(16),其中所述能变化的气隙(31)由至少两个径向地和/或轴向地从场发生元件突出的凸起(56、58)构成,所述两个凸起彼此以中心对称(59)的方式布置。
6.根据权利要求4或5所述的传感器(16),其中所述凸起(56、58)基本上等同于评估电路(28)沿旋转角(18)的方向的检测区域(60)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(16),其中从轴(38)朝向评估电路(28)看,所述场发生元件(30)沿轴向和/或径向方向设计成椭圆形。
8.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(16),其中所述场发生元件(30)是磁体(30)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(16),其中所述场发生元件(30)布置成轴向地与轴(38)间隔开并且径向地与轴(38)的旋转轴线(37)间隔开。
10.用于制造被布置用来发出与旋转角(18)相关的输出信号的、特别是根据前述权利要求中任一项所述的传感器(16)的方法,包括:
-准备能以旋转角(18)转动的轴(38),
-将被布置用于发出物理测量场(32)的场发生元件(30)注塑到轴(38)的轴向端部(39)上,从而利用场发生元件(32)能基于旋转角(18)发出物理测量场(32),和
-从轴(38)来看沿轴向地将评估电路(28)布置在场发生元件(30)之前,所述评估电路被布置用于基于物理测量场(32)产生输出信号。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160504 |