CN106461421A - 用于确定轴的位移的传感器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定轴（3）沿所述轴的纵向轴线（L）的位移（T）的传感器装置（1），其包括：传感器单元（5），其径向地布置在距所述纵向轴线（L）第一距离（A）处，其中，能够使所述轴（3）沿所述纵向轴线（L）相对于所述传感器单元（5）位移；以及检测元件（7），其布置在所述轴（3）与所述传感器单元（5）之间，且在径向地距所述纵向轴线（L）第二距离（R）处以固定的方式联接到所述轴（3），其中，背向所述纵向轴线（L）的所述检测元件（7）的侧面相对于垂直于所述纵向轴线（L）的平面凸出，并且所述传感器单元（5）被设计成产生轴位移信号，所述信号取决于所述检测元件（7）沿所述纵向轴线（L）相对于所述传感器单元（5）的位移。

Description

用于确定轴的位移的传感器装置
技术领域
本发明涉及一种用于确定轴沿其纵向轴线的位移的传感器装置。
背景技术
DE 697 07 536 T2描述了感应型的线性位置检测装置，所述装置借助于单相交流电信号基于激励生成交流电信号，并且应对待检测的线性位置输出指示多相振幅函数特性的所述信号。出于此目的，线性位置检测装置具有圆筒形绕组部段和以合适的距离布置在所述绕组部段的绕组之间的杆形可变磁耦合部段。
DE 201 15 060 U1描述了一种致动器，其不具有凸轮轴，且其目的在于用以振荡方式运动并联接到提升阀的挺杆激活内燃发动机的提升阀，其中，靶环附接到挺杆的外周，所述靶环至少被开槽一次且被实现为由基于FE的材料或铁素体材料组成的独立的、预制零件。提供环绕挺杆并在低频率下感应地操作的传感器，以便确定挺杆的位置。
DE 41 20 643 A1涉及机动车辆的摩擦离合器，其具有：离合器板，其能够被夹持在两个部件之间并以旋转地固定的方式安置在传动轴上；用于夹持的离合器弹簧，其位于两个部件之间的离合器板中；离合器激活装置，其具有靠近离合器的从属装置；主装置，其远离离合器；以及传动装置，其布置在它们之间，其中，布置在从属缸之中或之上的行程传感器被布置在靠近离合器的从属装置中。出于对行程信号的能力检测（capacitydetection）的目的，环形活塞在其外周上设有导电涂层。环形活塞被容纳在突起中，所述突起与活塞的涂层形成电容器。
DE 10 2006 031 139 A1涉及一种用于用在从10 mm到200 mm的范围中的设备元件、机器元件或激活元件的平面线圈非接触式且无磨损地测量绝对线性位置的装置，其中，这种元件自身能够执行转子的功能。在两个平面三角形线圈上测量由于转子中的涡流产生的电磁场损耗，所述三角形线圈差异性地布置在平面中。这些损耗与由转子所覆盖的三角形线圈的面积成比例，且因此与绝对位置成比例。第二对线圈布置在第二平面中，其补偿距离转子的距离的变化。
DE 10 2013 214 358 A1涉及一种用于手动换档变速器的测量装置，其用于感测换档轴相对于壳体的位置，其包括传感器布置和传感器靶，其中，所述传感器布置包括感应传感器，借助于所述感应传感器检测所述感应传感器与传感器靶之间的距离，且传感器靶由传导性材料制成，其中，传感器靶的形状被配置成使得感应传感器与传感器靶之间的距离随换档轴相对于壳体的位置而变化。
US 4 623 840 A描述了一种致动器，其包括圆筒形主体，线圈形成于所述主体的外表面上，且用作核心的活塞被布置在所述主体中。由于活塞的位移引起的线圈感应的变化，能够借助于检测电路来检测活塞的位移。
发明内容
本发明的目标在于提供一种用于确定轴沿其纵向轴线的位移的传感器装置，其准许位移确定的高度准确性和可靠性。
所述目标借助于独立专利权利要求的特征实现。有利的发展的特征在从属权利要求中。
根据第一方面，本发明以一种用于确定轴沿其纵向轴线的位移的传感器装置为特征，所述传感器装置包括径向地布置在距纵向轴线第一距离处的传感器单元。所述轴能够沿纵向轴线相对于传感器单元位移。
传感器装置还包括布置在轴与传感器单元之间的检测元件。所述检测元件在径向地距纵向轴线第二距离处固定地联接到轴。背向纵向轴线的检测元件的侧面相对于垂直于纵向轴线的平面凸出，使得检测元件与传感器单元之间的间隙距离在传感器单元的范围内垂直于纵向轴线且独立于轴的倾斜角度变化。
传感器单元被设计成生成轴位移信号，所述信号取决于检测元件沿纵向轴线相对于传感器单元的位移。
检测元件的凸出构造具有以下优点：相比于检测元件的平面实施例，轴的倾斜角度对通过使检测元件与传感器单元的任何部分重叠所围封的体积的影响都是小的。以这种方式，使得可能高度准确和可靠地确定位移。由于传感器装置的高度准确性，因此即使在轴倾斜大约该倾斜角度的情况下，例如限制倾斜角度的引导轴的手段仍仅是任选的。因此，例如能够插入圆形轴，并且结果是有助于简单且成本有效地制造传感器装置。另外，在圆形轴的情况下，带有有效密封件（相比于环境介质）的轴承的可用性有助于传感器装置的高度可靠性。
因此，轴位移信号表示轴沿纵向轴线相对于传感器单元的位移。具体地，相比于在检测元件的非凸出实施例的情况中的情形，轴位移信号相对于实际位移更加精确。
在根据第一方面的一个有利实施例中，背向纵向轴线的检测元件的侧面的曲率体现在垂直于纵向轴线的平面中，以便基本上等于该平面中的环的曲率，所述环的半径对应于检测器元件距纵向轴线的第二距离。
带有围绕纵向轴线基本上旋转对称的表面曲率的检测元件的凸出式实施例具有以下优点：检测元件与讨论中的传感器单元的部分重叠所围封的体积基本上独立于轴的倾斜角度，并且结果是，位移确定的高度准确性和可靠性变得可能。
在根据第一方面的进一步的有利实施例中，检测元件被体现为片层件（lamellar）。
在片层件经受磁场的情况中，磁场由于片层件所经历的阻尼表示检测元件相对于传感器单元的位移。
另外，例如，变换性反馈（transformatory feedback）表示检测元件相对于传感器单元的位移。因此，使得可能简单地确定轴沿其纵向轴线的位移。
出于该目的，例如，由传导性材料来实现片层件。
在根据第一方面的进一步的有利实施例中，检测元件被实现为导体回路（conductor loop）。
在导体回路经受磁场的情况中，变换性反馈表示检测元件相对于传感器单元的位移。因此，使得可能简单地确定轴沿其纵向轴线的位移。
出于该目的，例如，由传导性材料来实现导体回路，使得导体回路的导体环绕检测元件的至少一部分。
在根据第一方面的进一步的有利实施例中，传感器单元包括激励线圈和至少一个接收线圈。所述激励线圈和所述至少一个接收线圈实现为使得由激励线圈生成的磁场根据检测元件相对于传感器单元的位移在所述至少一个接收线圈中感应出相应的电压。
此类布置准许成本有效地和准确地确定轴沿其纵向轴线的位移。
传感器单元被设计成生成随相应电压而变的轴位移信号。
在根据第一方面的进一步的有利实施例中，检测元件被实现为永久磁铁。传感器单元包括霍尔传感器，所述霍尔传感器根据永久磁铁相对于传感器单元的位移被由永久磁铁带来的磁场穿透。
此类实施例具有以下优点：为了确定轴沿其纵向轴线的位移，所有必须的工作是确定永久磁铁的磁场，并且结果在于有助于简单地制造传感器装置。
传感器单元被设计成生成随霍尔传感器的霍尔电压而变的轴位移信号。
在根据第一方面的进一步的有利实施例中，检测元件被实现为永久磁铁。传感器单元包括磁阻传感器元件，所述磁阻传感器元件根据永久磁铁相对于传感器单元的位移被由永久磁铁带来的磁场所穿透。
此类实施例具有以下优点：为了确定轴沿其纵向轴线的位移，所有必须的工作就是确定永久磁铁的磁场，并且结果是有助于简单地节约空间地制造传感器装置。
传感器单元被设计成生成随磁阻传感器元件的电阻而变的轴位移信号。
磁阻传感器元件被实现为，例如，各向异性磁电阻（AMR）、巨磁电阻（GMR）或穿隧磁电阻（TMR）。
在根据第一方面的进一步的有利实施例中，检测元件被实现为电容器的至少第一电极。传感器单元包括电容器的至少第二电极。
传感器单元被设计成生成随电容器的电容而变的轴位移信号。
根据第二方面，本发明以废气再循环阀为特征，所述废气再循环阀布置在内燃发动机的废气系（exhaust gas train）中以便控制废气流。
废气再循环阀包括入口和出口。
另外，废气再循环阀包括带有阀盘的阀座，所述阀盘联接到被实现为阀杆的轴，并且结果是能够借助于轴沿其纵向轴线的位移调整所述阀盘相对于阀座的位置。
废气再循环阀被设计成根据阀盘相对于阀座的位置控制从入口到出口的废气流。
废气再循环阀还包括用于根据第一方面确定轴的位移的传感器装置。
由于使得可能准确地和可靠地确定轴的位移并且使得可能准确地进行废气再循环，由此有助于有效地操作内燃发动机。
附图说明
下文关于示意性附图解释本发明的示例性实施例，附图中：
图1示出用于确定轴沿其纵向轴线的位移的传感器装置的第一示例性实施例的前视图，
图2以平面图示出根据图1的传感器装置，
图3示出用于确定轴沿其纵向轴线的位移的传感器装置的第二示例性实施例的前视图，
图4以平面图示出根据图3的传感器装置，以及
图5示出用于确定轴沿其纵向轴线的位移的传感器装置的第三示例性实施例的平面图。
在所有附图中，带有相同设计或功能的元件设有相同的附图标记。
具体实施方式
图1和图2中的每一个都从不同角度示出用于确定轴3沿其纵向轴线L的位移T的传感器装置1。图1图示传感器装置1的前视图，并且其中纵向轴线L垂直于附图的平面。
传感器装置1包括用于确定轴3的位移T的传感器单元5，其相对于纵向轴线L径向地位于第一距离A处。例如，相对于垂直于纵向轴线L的平面，面向纵向轴线L的传感器单元5的侧面被布置成相对于环成切向，其中所述环的半径对应于第一距离A。
另外，检测元件7布置在传感器单元5与轴3之间，所述检测元件7在相对于纵向轴线L径向地距离第二距离R处被固定地联接到轴（例如，用联接元件9）。联接元件9被实现为例如塑料圆顶件，其例如将轴3与检测元件7电气地分隔开。
例如，检测元件7在其面向纵向轴线L的侧面上具有至少一个凹部，所述凹部被设计成以形状锁定（positively locking）的方式联接到联接元件9。出于该目的，通过注塑成型将检测元件7封装在例如联接元件9上。
在轴3的中间位置中，例如，在垂直于纵向轴线L的平面中，轴线通过检测元件7的中心点且纵向轴线L垂直于传感器单元5，或这个轴线与传感器单元5的表面法线之间的轴3的倾斜角度α为零度的情况中，检测元件7被布置成例如平行于传感器单元5。
在垂直于纵向轴线L的平面中，在检测元件7（处于轴3的中间位置中）与传感器单元5的重叠的区域W中，背向纵向轴线L的检测元件7的侧面与面向纵向轴线L的传感器单元5的侧面之间的间隙距离B是恒定的。
图2以平面图示出根据第一示例性实施例的传感器装置1，并且其中纵向轴线L平行于附图的平面。传感器单元5被设计成生成轴位移信号，所述信号取决于检测元件7沿纵向轴线L相对于传感器单元5的位移。在轴3的中间位置中，轴位移信号表示轴3沿纵向轴线L相对于传感器单元5的位移T。
例如，由于传感器装置1的振动或倾斜，因此轴3的倾斜角度α能够采取不同于零的值。在这种情况下，背向纵向轴线L的检测元件7的侧面与面向纵向轴线L的传感器单元5的侧面之间的间隙距离B取决于区域W中的倾斜角度α。具体地，轴位移信号以这种方式经受例如测量误差。
因此，就检测元件7的实施例而言，第二示例性实施例（图3）不同于根据图1的第一示例性实施例。检测元件7被实现为在其背向纵向轴线L的侧面上，相对于垂直于纵向轴线L的平面凸出。具体地，在垂直于纵向轴线L的平面中，背向纵向轴线L的检测元件的侧面的曲率等于在该平面中半径对应于检测元件7距纵向轴线L的第二距离R的环的曲率。以这种方式，在区域W中，间隙距离B有利地独立于倾斜角度α。
检测元件7被实现为例如传导性片层件。传感器单元5包括例如激励线圈11以及两个接收线圈13、15，所述线圈被印制于例如印刷电路板上。
例如，交流电流流动通过激励线圈11。由激励线圈11生成的磁场经历随检测元件7的位移而变的阻尼（例如，由于片层件中的涡流）。借助于激励线圈13、15生成轴位移信号，其中在每种情况下，通过由激励线圈11生成的磁场感应电压。
例如，为了补偿轴3在垂直于纵向轴线L的平面中的位移，在每种情况下，接收线圈13、15的导体在平行于传感器单元5的平面中的区域W中同时具有垂直于纵向轴线L的部件和平行于纵向轴线L的部件（图4）。
以这种方式，也能够有利地例如借助于接收线圈13、15的差异信号以特别高的分辨率来确定轴位移信号。具体地，由于检测元件7的侧面以凸出方式实现，使得接收线圈13、15的导体的此类实施例及因此位移T的准确确定基本上独立于轴3的倾斜角度α成为可能。
由于传感器单元以两个电极面16、17实现的事实，所以第三示例性实施例（图5）不同于第二示例性实施例。这些电极面借助于实现为传导性片层件的检测元件7电容性地耦合，且它们形成取决于检测元件7沿纵向轴线L相对于传感器单元5的位移的电容器。结合桥元件181、182、183，产生全桥18，其对角电压（能够借助于电压表184测量）取决于检测元件7的位移，其中，桥元件181、182中的每一个都被实现为电阻器并产生电阻半桥，且桥元件183被实现为固定值电容器。另外，桥电源185联接到全桥18。
这具有以下优点：不必与检测元件7形成电气接触且因此不必须安装运动线（moving line）。另外，检测元件7在其背向纵向轴线L的侧面上相对于垂直于纵向轴线L的平面以凸出方式实现，并且结果是对角电压表示轴3沿纵向轴线L相对于传感器单元5的位移T，其基本上独立于倾斜角度α。取决于桥元件181、182、183的尺寸，对角电压仅具有可忽略的振幅的偏移，这准许以很少的误差进行进一步处理（例如，借助于差分放大器）。

Claims (9)

1.一种用于确定轴（3）沿其纵向轴线（L）的位移（T）的传感器装置（1），包括：
-传感器单元（5），其径向地布置在距所述纵向轴线（L）第一距离（A）处，其中，能够使所述轴（3）沿所述纵向轴线（L）相对于所述传感器单元（5）位移，
-检测元件（7），其布置在所述轴（3）与所述传感器单元（5）之间，且在径向地距所述纵向轴线（L）第二距离（R）处固定地联接到所述轴（3），其中，背向所述纵向轴线（L）的所述检测元件（7）的侧面相对于垂直于所述纵向轴线（L）的平面凸出，使得所述检测元件（7）与所述传感器单元（5）之间的间隙距离（B）在所述传感器单元（5）的范围内相对于所述纵向轴线（L）垂直且独立于所述轴（3）的倾斜角度（α）变化，
-所述传感器单元（5）被设计成生成轴位移信号，所述信号取决于所述检测元件（7）沿所述纵向轴线（L）相对于所述传感器单元（5）的位移。
2.根据权利要求1所述的传感器装置（1），其中，背向所述纵向轴线（L）的所述检测元件（7）的所述侧面的曲率实现在垂直于所述纵向轴线（L）的平面中，以便基本上等于该平面中的环的曲率，所述环的半径对应于所述检测器元件（7）距所述纵向轴线（L）的所述第二距离（R）。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的传感器装置（1），其中，所述检测元件（7）被实现为片层件。
4.根据前述权利要求1或2中的任一项所述的传感器装置（1），其中，所述检测元件（7）被实现为导体回路。
5. 根据前述权利要求中的任一项所述的传感器装置（1），其中，所述传感器单元（5）包括激励线圈（11）和至少一个接收线圈（13、15），其中，所述激励线圈（11）和所述至少一个接收线圈（13、15）被实现为使得由所述激励线圈（11）生成的磁场根据所述检测元件（7）相对于所述传感器单元（5）的位移在所述至少一个接收线圈（13、15）中感应出相应电压。
6. 根据前述权利要求1到2中的任一项所述的传感器装置（1），其中
-所述检测元件（7）被实现为永久磁铁，并且
-所述传感器单元（5）包括霍尔传感器，所述霍尔传感器根据所述永久磁铁相对于所述传感器单元（5）的位移被由所述永久磁铁带来的磁场穿透。
7. 根据前述权利要求1到2中的任一项所述的传感器装置（1），其中
-所述检测元件（7）被实现为永久磁铁，并且
-所述传感器单元（5）包括磁阻传感器元件，所述磁阻传感器元件根据所述永久磁铁相对于所述传感器单元（5）的位移被由所述永久磁铁带来的磁场穿透。
8. 根据前述权利要求1到2中的任一项所述的传感器装置（1），其中
-所述检测元件（7）被实现为电容器的至少第一电极，并且
-所述传感器单元（5）包括所述电容器的至少第二电极。
9.一种废气再循环阀，其被布置在内燃发动机的废气系中，以便控制废气流，所述废气再循环阀包括：
-入口和出口，
-带有阀盘的阀座，所述阀盘联接到实现为阀杆的轴（3），并且结果是能够借助于所述轴（3）沿其纵向轴线（L）的位移（T）调整所述阀盘相对于所述阀座的位置，其中，所述废气再循环阀被设计成根据所述阀盘相对于所述阀座的位置来控制从所述入口到所述出口的废气流，以及
-根据前述权利要求1到8中的任一项所述的用于确定所述轴（3）的所述位移（T）的传感器装置（1）。
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