CN107407580A - 用于检测旋转部件转速的传感器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于检测旋转部件的转速的传感器装置(1A)，其包括：旋转编码器(5S、5B)，该旋转编码器与旋转部件联接并且具有磁的平面编码，所述平面编码具有交替的磁的北极(N)和南极(S)；以及传感器单元(10A)，所述传感器单元具有壳体(12A)、连接缆线(3)和至少一个敏感测量元件(18.1)，所述至少一个敏感测量元件在所述壳体(12A)内经由接触装置(16)与所述连接缆线(3)电连接，其中，所述旋转编码器(5S、5B)的旋转运动使得在敏感测量元件(18.1)的位置处由磁编码产生的磁场的至少一个空间分量改变，所述敏感测量元件检测磁场的变化，用以确定旋转部件的转速。根据本发明，所述至少一个敏感测量元件(18.1)布置在所述传感器单元(10A)中，使得其主检测方向(HE)具有相对于所述传感器单元(10A)的主延伸方向(LA)的限定的角度(α)，其中，所述至少一个敏感测量元件(18.1)在平行于所述主延伸方向(LA)延伸的第一副检测方向(NS1)上或者在垂直于所述主延伸方向(LA)延伸的第二副检测方向(NS2)上检测由旋转编码器(5S、5B)引起的磁场变化。

Description

用于检测旋转部件转速的传感器装置
技术领域
本发明涉及一种根据独立权利要求1的用于检测旋转部件转速的传感器装置。本发明还涉及一种根据独立权利要求10的制造用于检测旋转部件转速的传感器装置的传感器单元的方法。
背景技术
由现有技术已知用于检测旋转部件(例如轴、轮等)的转速的传感器装置，该传感器装置包括与旋转部件联接的旋转编码器和传感器单元。在此，旋转编码器具有磁的平面编码，该平面编码具有交替的磁的北极和南极。通过与旋转部件的联接引起的旋转编码器的旋转运动使得在敏感测量元件的地点处由磁编码产生的磁场的至少一个空间分量改变。敏感测量元件检测磁场的变化，并且评估和控制单元对检测的磁场变化进行评估，用于确定旋转的旋转编码器或旋转部件的转速。在典型的应用情况下，传感器装置设计为，平面编码平行于敏感测量元件的敏感面延伸，或与敏感测量元件的敏感面成约90度的角度延伸。这意味着，敏感测量元件的主检测方向平行于传感器单元的主延伸方向定向。由传感器装置的这种相关性得出，对于传感器单元分别使用旋转编码器布置在传感器单元旁侧的设计以及使用旋转编码器布置在传感器单元下方的设计。作为敏感测量元件，通常使用本身已知的磁传感器，其根据应用和使用领域可实施为霍尔传感器、AMR传感器、GMR传感器、TMR传感器或一般而言实施为xMR传感器。所使用的敏感测量元件例如可以为ASIC(专用集成电路)的一部分。
由DE 10 2009 055 104 A1已知一种用于检测运动部件的位移的磁场传感器装置，在其中在运动部件上的磁系统的磁场的空间分量的方向在待检测的位移的范围内改变并且由此可相应地检测其相对于位置固定的传感器的位置。至少一个磁体作为磁体系统的组成部分或其他磁部件位于可线性地以另一自由度运动的部件上，其外周以预定的距离对置地分配有至少一个位置固定的磁场方向敏感的传感器，其中，磁体的磁场的优选方向以相对于位移的预定角度在运动部件的零度和90度之间定向。
发明内容
具有独立权利要求1特征的用于检测旋转部件转速的传感器装置具有如下优点：不再需要为传感器单元分别开发布置在传感器单元旁侧的旋转编码器的设计和布置在传感器单元下方的旋转编码器的设计，而是用于检测磁场变化的传感器单元不仅可用于相对于传感器单元在侧面的而且可用于布置在传感器单元下方的旋转编码器。
本发明的核心在于，使用优选实施为磁阻式传感器元件的敏感测量元件和至少一个敏感测量元件在传感器单元中的由此引向目的地的布置方式的物理特性。至少一个敏感测量元件以限定的角度在传感器单元中定向，其能够满足在气隙方面的用户要求并且必要时能够满足对于底读转速传感器装置和对于侧读转速传感器装置的其他要求，在底读转速传感器装置中旋转编码器布置在至少一个敏感测量元件之下，在侧读转速传感器装置中旋转编码器布置在至少一个敏感测量元件的侧面。用户所希望的底读或侧读转速传感器装置因此能以有利的方式通过传感器单元设计实现。
本发明的实施方式提供一种用于旋转部件的转速检测的传感器装置，其包括：旋转编码器，旋转编码器与旋转部件联接并且具有磁的平面编码，平面编码具有交替的磁的北极和南极；以及传感器单元，传感器单元具有壳体、连接缆线和至少一个敏感测量元件，至少一个敏感测量元件在壳体内经由接触装置与连接缆线电连接。在此，旋转编码器的旋转运动使得在敏感测量元件的位置处由磁编码产生的磁场的至少一个空间分量改变，敏感测量元件检测磁场的变化，用以确定旋转部件的转速。在此，至少一个敏感测量元件布置在传感器单元中，使得其主检测方向具有相对于传感器单元的主延伸方向的限定的角度，其中，至少一个敏感测量元件在平行于主延伸方向延伸的第一副检测方向上或者在垂直于主延伸方向延伸的第二副检测方向上检测由旋转编码器引起的磁场变化。
此外，提出了一种制造用于传感器装置的传感器单元的方法，其包括下列步骤：将传感器单元的接触装置与连接缆线连接，用抓取工具分别抓取传感器单元和连接缆线，通过将接触装置弯曲使传感器单元定位，使得传感器单元的至少一个敏感测量元件的主检测方向相对于主延伸方向具有限定的角度，并且将传感器单元和接触装置用塑料注塑包封。
通过在从属权利要求中列举的措施和改进方案，可以有利地改进在独立权利要求1中说明的用于检测旋转部件转速的传感器装置。
特别有利的是，角度具有在40度至50度的范围内的值，优选地具有45度的值。通过至少一个敏感测量元件的这种定向，以有利的方式与实施为侧读转速传感器装置或实施为底读转速传感器装置无关地得到在电路技术上相当的传感器装置的实施方式。因此，可通过传感器单元的一种设计呈现底读转速传感器装置和侧读转速传感器装置。
在实施为侧读转速传感器装置时，在另一方面可规定，在旋转编码器和传感器单元之间，朝与主延伸方向平行地延伸的第一空间方向规定有第一气隙。在实施为底读转速传感器装置时，可在旋转编码器和传感器单元之间，朝垂直于主延伸方向延伸的第二空间方向规定有第二气隙。通过气隙可补偿装配公差并有利地防止传感器单元对旋转编码器的旋转运动的影响。
在传感器装置的有利设计方案中，传感器单元可包括评估和控制单元，所述评估和控制单元对所检测的磁场变化进行评估，以确定旋转部件的转速。
当至少一个敏感测量元件和评估和控制单元实施为具有塑料壳体的专用集成电路(ASIC)时，得到传感器装置的紧凑和更功能可靠的设计方案
在传感器装置的另一有利设计方案中，传感器单元的壳体可实施为塑料注塑包封件，其至少部分地包围专用集成电路的塑料壳体。这能够实现传感器装置的简单且成本低廉的实施方式。在此，传感器单元的相应固定件集成到或成形到壳体中。塑料注塑包封件例如可实施为，至少一个敏感测量元件布置在实施为塑料注塑包封件的壳体之外。通过在至少一个敏感测量元件的区域中移除塑料注塑包封件，有利地得到与塑料注塑包封件的厚度相当的典型地为0.8mm的可用气隙的增大。有利地，可以将在专用集成电路的塑料壳体处不具有塑料注塑包封件的区域用作在注塑过程期间用于抓取工具的抓取区域。
附图说明
在附图中示出了本发明的实施例并且在以下描述中对其做详细阐述。在附图中相同的附图标记表示实施相同或相似功能的部件或元件。
图1示出了根据本发明的用于检测旋转部件转速的传感器装置的第一实施例的示意性剖视图；
图2示出了根据本发明的用于检测旋转部件转速的传感器装置的第二实施例的示意性剖视图；
图3示出了根据本发明的用于检测旋转部件转速的传感器装置的第三实施例的示意性剖视图；
图4示出了根据本发明的用于检测旋转部件转速的传感器装置的第四实施例的示意性剖视图；
图5示出了在制造期间图3和图4中的根据本发明的用于检测旋转部件转速的传感器装置的示意图；
图6示出了由现有技术已知的用于检测旋转部件转速的传感器装置的示意性侧视图；
图7示出了由现有技术已知的图6中的用于检测旋转部件转速的传感器装置的示意性俯视图。
具体实施方式
由图1至图4可见，所示用于检测旋转部件转速的传感器装置的实施例1A、1B、1C、1D分别包括：旋转编码器5S、5B，其与旋转部件联接并且具有磁的平面编码，平面编码具有交替的磁的北极N和南极S；以及传感器单元10A、10B，其具有壳体12A、12B、连接缆线3和至少一个敏感测量元件18.1，至少一个敏感元件在壳体12A、12B之内经由接触组件16与连接缆线3电连接。在此，旋转编码器5S、5B的旋转运动使在敏感测量元件的位置处由磁编码产生的磁场的至少一个空间分量改变，敏感测量元件检测用于确定旋转部件的转速的磁场的变化。至少一个敏感测量元件18.1布置在传感器单元10A、10B中，使得其主检测方向HE相对于传感器单元10A、10B的主延伸方向LA具有限定的角度。在此，至少一个敏感测量元件18.1在平行于主延伸方向LA延伸的第一副检测方向NS1上或者在垂直于主延伸方向LA延伸的第二副检测方向NS2上检测由旋转编码器5S、5B引起的磁场变化。如由图1至图4进一步可见，在所示的实施例中的角度具有在40度至50度的范围内的值，优选地具有45度的值。
通常，通过使用用于检测转速的传感器装置1A、1B、1C、1D确定车辆的车轮转速。为此使用磁化的旋转编码器5S、5B，其由分别具有磁的北极和南极的磁极对的彼此连接构造成。通常，48个极对用于旋转编码器5S、5B。在所示的实施例中，旋转编码器5S、5B构造为筒，其围绕旋转轴线DA、DA1、DA2旋转并且其周面由交替的磁的北极N和南极S构造成。替代地，旋转编码器5S、5B可在未示出的实施例中实施为围绕旋转轴线旋转的盘，其表面由交替的圆弧段形的北极N和南极S构造而成。通过北极N和南极S的交替产生的磁场借助于至少一个敏感测量元件18.1测量。根据磁通密度的变化，至少一个敏感测量元件18.1使得其输出信号电平改变。通常，输出电流从7mA变化到14mA或者从14mA变化到7mA。通常，使用至少两个敏感测量元件18.1，从而除了转速也可确定旋转编码器5S、5B的旋转方向。
磁场通过至少一个敏感测量元件18.1检测或测量。至少一个敏感测量元件18.1的结构是多样的。作为敏感测量元件18.1例如可使用本身已知的磁传感器，其根据应用和使用领域可实施为AMR传感器、GMR传感器、TMR传感器或一般而言地实施为xMR传感器。在所示的实施例中，所使用的至少一个敏感测量元件18.1是具有塑料壳体的专用集成电路(ASIC)18的一部分，专用集成电路除了至少一个敏感测量元件18.1之外包括评估和控制单元18.2，其对所检测的磁场变化进行评估，以确定旋转部件或旋转编码器5S、5B的转速。至少一个敏感测量元件18.1可以设计为半桥或全桥。在使用全桥的情况下产生较大的电阻变化。
由图1至4进一步可见，传感器单元10A、10B的壳体12A、12B实施为塑料注塑包封件，其至少部分地包围专用集成电路18的塑料壳体。
如由图1和图2进一步可见，专用集成电路18的塑料壳体在所示的传感器单元10A的第一实施方式中完全用塑料、优选聚酰胺注塑包封。
如由图3和图4进一步可见，专用集成电路18的塑料壳体在所示的传感器单元10B的第二实施方式中用塑料、优选聚酰胺注塑包封，至少至少一个敏感测量元件18.1布置在传感器单元10B的实施为塑料注塑包封件的壳体12B之外。通过移除在至少一个敏感测量元件18.1的区域中的塑料注塑包封件，有利地得到与塑料注塑包封件的厚度相当的通常为0.8mm的可用气隙LSz、LSy的增大。有利地，可以将在专用集成电路18的塑料壳体上的不具有塑料注塑包封件的区域用作在注塑过程期间用于抓取工具7、9的抓取区域，如由图5可见。
如由图1和图3进一步可见，在所示的在旋转编码器5S和传感器单元10A、10B之间的侧读转速传感器装置1A、1C中朝向与主延伸方向LA平行地延伸的第一空间方向z规定有第一气隙LSz。围绕第一旋转轴线DA1旋转的旋转编码器5S的在x方向上变化的磁场通过至少一个敏感测量元件18.1检测或测量。至少一个敏感测量元件18.1在z方向上相对于旋转编码器5S具有恒定的距离，该距离相当于第一气隙LSz。第一旋转轴线DA1与y方向平行地延伸。通过限定的角度α和至少一个敏感测量元件18.1围绕与x方向平行地延伸的旋转轴线的旋转，至少一个敏感测量元件18.1参照旋转编码器5S在y方向上的位置改变，使得至少一个敏感测量元件18.1不再在主检测方向HE上而是在第一副检测方向NE1上检测磁场的变化。
如由图2和图4进一步可见，在所示的在旋转编码器5B和传感器单元10A、10B之间的底读转速传感器装置1B、1D中朝向垂直于主延伸方向LA延伸的第二空间方向y规定有第二气隙LSy。围绕第二旋转轴线DA2旋转的旋转编码器5B的在x方向上变化的磁场通过至少一个敏感测量元件18.1检测或测量。至少一个敏感测量元件18.1在y方向上具有相对于旋转编码器5B恒定的距离，该距离相当于第二气隙LSy。第二旋转轴线DA2与z方向平行地延伸。通过限定的角度α和至少一个敏感测量元件18.1围绕平行于x方向延伸的旋转轴线的旋转，至少一个敏感测量元件18.1参照旋转编码器5B在z方向上的位置改变，使得至少一个敏感测量元件18.1不再在主检测方向HE上而是在第二副检测方向NE2上检测磁场的变化。
在至少一个敏感测量元件18.1和相应的旋转编码器5S、5B之间的距离或气隙LSz、LSy因此对于两种应用情况、即侧读转速传感器装置1A、1C或底读转速传感器装置1B、1D是相同的。这意味着，传感器单元10A、10B在两种应用情况中在电路技术上而言的表现相当。因此，通过传感器单元10A、10B的设计，可具有侧读转速传感器装置和底读转速传感器装置1A、1C。在需要时可执行传感器单元10A、10B的弯折部分的长度的调节。
如由图6和图7可见，在所示的由现有技术已知的传感器装置1E中，传感器单元10C布置为，敏感测量元件18.1的感应面以限定的间隙LS相对于旋转编码器5S、5B的周面平行地且相对于具有交替的磁北极N和南极S的磁平面编码平行地延伸。这意味着，在所示的传统的用于检测转速的传感器装置1E中，敏感测量元件18.1的主检测方向HE垂直于具有交替的磁北极N和南极S的平面编码延伸。由该布置方式的这种相关性使得，需要为传感器单元10C分别开发布置在传感器单元10C旁侧的旋转编码器5S的设计和布置在传感器单元C下方的旋转编码器的设计。
如上面已经描述的，至少一个敏感测量元件布置在传感器单元10A、10B中，使得主检测方向HE相对于传感器单元10A、10B的主延伸方向LA具有在40至50度之间的范围内的限定的角度。通过专用集成电路(ASIC)18的塑料壳体置入未示出的支架中并且用塑料、优选聚酰胺注塑包封，实现用于在图1和图2中示出的用于检测旋转部件转速的传感器装置1A、1B的实施例的第一传感器单元10A的制造，其中，接触组件16在置入之前与连接缆线3电连接并且在置入期间弯曲限定的角度。未示出的支架安装到传感器单元10A中并且保留在那里。支架因此不能再次使用。
如由图5可见，传感器单元10B的第二实施方式的专用集成电路(ASIC)18的塑料壳体在使用抓取工具7、9的情况下通过抓取工具7、9定位并且弯曲限定的角度，接下来被注塑包封。在专用集成电路(ASIC)18的塑料壳体上的由抓取工具7夹紧的区域没有被注塑包封。通过移除在至少一个敏感测量元件18.1的区域中的塑料注塑包封件，产生以上描述的可用气隙LSy、LSz的增大，与通常为0.8mm的塑料注塑件的厚度相当。
抓取工具7、9也可以实施为自动机器，其与制造过程并行地输送专用集成电路(ASIC)18的一个或多个塑料壳体并且在制造过程流程期间保持就位。通过连接缆线3被夹紧到抓取工具9中，抓取工具7、9此外提供简单化地制造缆线引导件的可能性。连接缆线3事先经由接触装置16与专用集成电路(ASIC)18电连接。连接缆线3被机械地夹紧并且随后与接触装置16和专用集成电路(ASIC)18的塑料壳体一起被用塑料浇注。为了实现限定的媒介密封性，相应地选择专用集成电路(ASIC)18的塑料壳体的长度或者塑料注塑包封的程度，以便提高抵抗侵入的媒介的鲁棒性。用于媒介密封性的另一方案可通过专用集成电路(ASIC)18的塑料壳体的保护涂层和塑料注塑包封的保护涂层实现。示例性地，列举了传感器单元10B浸入到密封衬底中。
如由图5进一步可见，抓取工具7、9的使用实现了在至少一个敏感测量元件18.1的主检测方向HE相对于传感器单元10B的主延伸方向LA方面的高度灵活性。有利的是抓取工具7、9的可调节性，从而在专用集成电路(ASIC)18的定位变化或者角度变化时不需要新的工具。
制造用于传感器装置1C、1D的传感器单元10B的方法因此包括如下步骤：将传感器单元10B的接触装置16与连接缆线3连接。用抓取工具7、9分别抓取传感器单元10B和连接缆线3。通过将接触装置16弯曲使传感器单元10B定位，从而传感器单元10B的至少一个敏感测量元件18.1的主检测方向HE相对于主延伸方向LA具有限定的角度。将传感器单元10B和接触装置16用塑料注塑包封。

Claims (10)

1.用于检测旋转部件转速的传感器装置(1A、1B、1C、1D)，该传感器装置包括：旋转编码器(5S、5B)，该旋转编码器与所述旋转部件联接并且具有磁的平面编码，所述平面编码具有交替的磁的北极(N)和南极(S)；以及传感器单元(10A、10B)，所述传感器单元具有壳体(12A、12B)、连接缆线(3)和至少一个敏感测量元件(18.1)，所述至少一个敏感测量元件在所述壳体(12A、12B)内经由接触装置(16)与所述连接缆线(3)电连接，其中，所述旋转编码器(5S、5B)的旋转运动使得在敏感测量元件(18.1)的位置处由磁编码产生的磁场的至少一个空间分量改变，所述敏感测量元件检测磁场的变化，用以确定旋转部件的转速，其特征在于，所述至少一个敏感测量元件(18.1)布置在所述传感器单元(10A、10B)中，使得其主检测方向(HE)具有相对于所述传感器单元(10A、10B)的主延伸方向(LA)的限定的角度(α)，其中，所述至少一个敏感测量元件(18.1)在平行于所述主延伸方向(LA)延伸的第一副检测方向(NS1)上或者在垂直于所述主延伸方向(LA)延伸的第二副检测方向(NS2)上检测由旋转编码器(5S、5B)引起的磁场变化。
2.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，所述角度(α)具有在40度至50度的范围内的值，优选地具有45度的值。
3.根据权利要求1或2所述的传感器装置，其特征在于，在所述旋转编码器(5S)和所述传感器单元(10A、10B)之间，朝向与所述主延伸方向(LA)平行地延伸的第一空间方向(z)规定有第一气隙(LSz)。
4.根据权利要求1或2所述的传感器装置，其特征在于，在所述旋转编码器(5B)和所述传感器单元(10A、10B)之间，朝向垂直于所述主延伸方向(LA)延伸的第二空间方向(y)规定有第二气隙(LSy)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的传感器装置，其特征在于，所述传感器单元(10A、10B)包括评估和控制单元(18.2)，所述评估和控制单元对所检测的磁场变化进行评估，以确定所述旋转部件的转速。
6.根据权利要求5所述的传感器装置，其特征在于，所述至少一个敏感测量元件(18.1)和所述评估和控制单元(18.2)实施为具有塑料壳体的专用集成电路(18)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的传感器装置，其特征在于，所述至少一个敏感测量元件(18.1)实施为磁阻式传感器元件。
8.根据权利要求6或7所述的传感器装置，其特征在于，所述壳体(12A、12B)实施为塑料注塑包封件，该塑料注塑包封件至少部分地包围所述专用集成电路(18)的塑料壳体。
9.根据权利要求8所述的传感器装置，其特征在于，所述至少一个敏感测量元件(18.1)布置在实施为塑料注塑包封件的壳体(12B)之外。
10.制造用于根据权利要求1至9中任一项所描述的传感器装置(1C、1D)的传感器单元(10B)的方法，具有下列步骤：将所述传感器单元(10B)的接触装置(16)与所述连接缆线(3)连接，用抓取工具(7、9)分别抓取所述传感器单元(10B)和所述连接缆线(3)，通过将所述接触装置(16)弯曲使所述传感器单元(10B)定位，使得所述传感器单元(10B)的所述至少一个敏感测量元件(18.1)的主检测方向(HE)相对于所述主延伸方向(LA)具有限定的角度(α)，并且将所述传感器单元(10B)和所述接触装置(16)用塑料注塑包封。
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