CN108195279A - 一种磁铁内嵌式霍尔位移传感器及电子液压制动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种磁铁内嵌式霍尔位移传感器。包括推杆（1）在外壳（3）和端盖（2）的导向作用轴向滑动。磁排（4）装在推杆（1）空心孔中，由两个或多个磁铁排列组成。相邻磁铁极性相同端靠近放置。传感器线路板（5）在外壳（3）内，放一个或多个霍尔传感器。磁排（4）随推杆（1）轴向移动，霍尔传感器（6）检测到磁场角度变化，其输出信号与磁铁位置有关，从而测出推杆（1）位移。与现有技术相比，本发明检测磁场角度变化确定位移，与检测磁场强度相比，解决了磁场强度受温度影响较大使精度降低的问题。将磁铁装于推杆空心孔内，使磁铁移动距离不受外壳空间限制而提高检测行程。通过布置多个霍尔传感器作冗余备份，提高可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及位移传感器技术领域，尤其是涉及非接触式霍尔位移传感器技术领域。
背景技术
位移传感器又称线性传感器，用于测量物体运动的位移或相对距离。目前国内的位移传感器多采用接触式测量方法。在汽车领域的电子液压制动系统中，常用的是滑动变阻器接触式位移传感器。接触式传感器测量需要相对运动的测量介质相互可靠接触，对工作环境适应性较差，而且不能有水汽、粉尘进入接触区域；振动环境下可能导致接触不可靠；长期使用存在测量介质磨损，耐久性不够，精度逐渐变差等缺陷。难以满足环境恶劣、长期工作的测量要求。而目前的非接触式霍尔传感器，由于受磁铁磁场特性以及磁铁磁场强度受温度影响较大的限制，只能用于小位移（一般小于20mm）检测以及小温度范围（一般为-10℃~85℃）的工作环境下。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简单可靠，易于安装，成本低廉，精度高，寿命长、检测行程范围大以及适用于-40℃~150℃温度的一种磁铁内嵌式霍尔位移传感器，以解决上述背景技术中提到的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种磁铁内嵌式霍尔位移传感器，包括推杆、传感器端盖、传感器外壳、磁排、霍尔传感器线路板以及霍尔传感器，所述推杆沿传感器外壳轴向滑动，所述传感器端盖为推杆轴向滑动提供导向作用，所述传感器外壳内部装有霍尔传感器线路板，同时也为推杆轴向滑动提供导向作用，所述磁排有两个或多个磁铁置于推杆的空心孔内，并且依次排列，产生的磁场角度能够使霍尔传感器感应出电信号，所述霍尔传感器线路板上包含一个或多个霍尔传感器，所述霍尔传感器能检测磁场角度的变化，产生感应电信号。
由于长磁铁的中间部分的磁场强度比较弱，并且磁场强度与磁场角度变化均不明显，导致在磁铁中间部分的位移检测精度低，因此不能使用加长磁铁的方案来增大霍尔位移传感器的检测行程范围，并且，磁铁能够移动的距离大小还受到传感器外壳的内部空间大小限制，这也使得位移传感器的检测行程范围降低。此外，磁场强度受温度影响比较大，如果用磁场强度作为感应条件，传感器很难在较恶劣的温度条件下正常工作。因此，本发明专利提出采用两个或多个短磁铁，依次间隔排列组成磁排的方案，可显著减小磁铁中间部分磁场角度变化率小所带来的不利影响，将磁铁置于推杆的空心孔内，可以使得磁铁的移动距离大小不受传感器外壳的内部空间大小限制，这能够大大提高传感器的检测行程范围。此外，传感器选用磁场角度作为感应条件，在高低温的环境下也能稳定输出，提高了传感器的可靠性。所述的每相邻两个磁铁之间留有的间隙可以使用非导磁材料填充，用以固定磁铁。
其中，所述磁排中的任何相邻的两个磁铁极性相同的一端相互靠近放置，从而保证两个相邻磁铁之间的间隙部位的磁场角度变化率大，以提高位移传感器的检测精度。
其中，所述霍尔传感器线路板上有一个或多个霍尔传感器，采用一个霍尔传感器即可实现位移的测量；也可以采用多个霍尔传感器，其作用有冗余备份，提高传感器的可靠性与测量精度。
其中，所述霍尔传感器线路板上的霍尔传感器产生的感应电信号可以直接作为传感器的输出信号，也可以经过信号处理电路处理后作为传感器的输出信号。
其中，所述传感器外壳和/或传感器端盖上还可以包裹一层磁场屏蔽材料，比如钢套。用以屏蔽外界磁场或导磁材料对传感器的干扰，也可用以屏蔽传感器的磁铁的磁场对外界的干扰。
一种带有所述的磁铁内嵌式霍尔位移传感器的电子液压制动系统，包括推杆、磁排和霍尔传感器线路板，所述的磁排置于推杆的空心孔内，所述霍尔传感器线路板上排列着一个或多个霍尔传感器队列。当驾驶员脚踩踏板时，踏板推杆作直线位移，同时带动固定在主缸推杆空心孔内的磁排与霍尔传感器感应电路之间产生相对位移，传感器检测到的位移信号发送至壳体内的电控单元中，得到踏板位移信息，经过计算处理，电控单元会控制电机产生相应转矩，电机转矩经过蜗杆、蜗轮以及与之相联结的齿轮，减速增扭，传递到齿条，推动主缸，使制动主缸建立相应液压力，产生合适的制动力，完成常规的助力制动过程。此过程中，推杆与霍尔传感器电路板并未发生接触，提高了位移传感器的可靠性，并且通过将磁排置于推杆的空心孔内，大大节省了电子液压制动系统壳体内部的布置空间。
与现有接触式位移传感器相比，本发明具有以下有益效果：简单可靠，易于安装，成本低廉，测量精度高，寿命长，使用环境温度范围大。与现有霍尔位移传感器相比，通过间隔布置两个或多个短磁铁，解决了长磁铁中段磁场强度弱且磁场角度变化不明显带来的位移检测精度低的问题。将磁铁置于推杆的空心孔中，使得霍尔式位移传感器的检测行程范围大大提高。通过间隔布置多个霍尔传感器，进一步提高精度，并可作为冗余备份，提高传感器可靠性。
附图说明
图1为本实施例一种磁铁内嵌式霍尔位移传感器结构剖视图；
图2为本实施例一种带有磁铁内嵌式霍尔位移传感器的电子液压制动系统部分结构剖视图；
附图1标记：
1为推杆；2为传感器端盖；3为传感器外壳；4为磁排；5为霍尔传感器线路板；6为霍尔传感器。
附图2标记：
1为踏板接头；2为推杆；3为弹性元件基座；4为弹性元件；5为主缸推杆；6为推杆导轨；7为传感器外壳；8为磁排；9为霍尔传感器线路板；10为霍尔传感器；11为齿条；12为电控单元（ECU）；13为主缸接头；14为缓冲块；15为制动器壳体；16为主缸 ；17为电机；18为蜗杆；19为蜗轮；20为齿轮。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，一种基于霍尔效应的非接触式位移传感器，包括推杆（1）、传感器端盖（2）、传感器外壳（3）、磁排（4）、霍尔传感器线路板（5）以及霍尔传感器（6），所述推杆（1）沿传感器外壳（3）和传感器端盖（2）轴向滑动，所述传感器端盖（2）为推杆（1）轴向滑动提供导向作用，所述传感器外壳（3）内部装有霍尔传感器线路板（5），同时也为推杆（1）轴向滑动提供导向作用，所述磁排（4）由两个或多个磁铁置于推杆（1）的空心孔中，并依次排列，产生的磁场角度能够使霍尔传感器（6）感应出电信号，所述霍尔传感器线路板（5）上包含一个或多个霍尔传感器（6），所述霍尔传感器（6）能检测磁场角度的变化，产生感应电信号。
所述的磁排（4）由两个或多个磁铁组成，依次排列，任何相邻的两个磁铁极性相同的一端相互靠近放置。每两个相邻磁铁之间留有间隙，间隙可以使用非导磁材料填充。
所述霍尔传感器线路板（5）上排列着一个或多个霍尔传感器，各个霍尔传感器间隔排列。
本发明的工作原理如下：传感器推杆和传感器外壳分别固定在被检测的两个相对运动的物体上。被检测物体的相对运动导致推杆沿传感器外壳和传感器端盖轴向滑动，置于推杆空心孔中的磁排所产生的磁场角度也相应的跟随推杆产生直线位移，从而与装在传感器外壳内部保持固定不动的霍尔传感器线路板形成相对位移，霍尔传感器检测到变化的磁场角度后感应产生变化的电信号，从而检测出推杆与传感器外壳的相对位移。
实施例2
一种带有如实施例1所述的磁铁内嵌式霍尔位移传感器的电子液压制动系统，如图2所示，包括推杆（2）、磁排（8）和霍尔传感器线路板（9），所述的磁排置于推杆的空心孔内，所述霍尔传感器线路板上排列着一个或多个霍尔传感器队列。当驾驶员脚踩踏板时，踏板推杆（2）作直线位移，同时带动固定在主缸推杆（5）空心孔内的磁排（8）与霍尔传感器（10）感应电路之间产生相对位移，传感器检测到的位移信号发送至壳体内的电控单元（12）中，得到踏板位移信息，经过计算处理，电控单元会控制电机（17）产生相应转矩，电机转矩经过蜗杆（18）、蜗轮（19）以及与之相联结的齿轮（20），减速增扭，传递到齿条（11），推动主缸（16），使制动主缸建立相应液压力，产生合适的制动力，完成常规的助力制动过程。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本技术领域的人员显然可以容易的对这些实施例作出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，在不脱离本发明技术原理的前提下所做出的若干改进和修改也应视为在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种磁铁内嵌式霍尔位移传感器，其特征在于，包括：推杆（1），沿传感器外壳轴向滑动；传感器端盖（2），为推杆轴向滑动提供导向作用；传感器外壳（3），内部装有霍尔传感器线路板，同时也为推杆轴向滑动提供导向作用；磁排（4），有两个或多个磁铁置于推杆（1）的空心孔中，产生的磁场角度变化能够使霍尔传感器感应出不同大小的电信号；霍尔传感器线路板（5），该线路板上包含一个或多个霍尔传感器，产生感应电信号；霍尔传感器（6）,检测磁场角度的变化，输出感应电信号。
2.根据权利要求1所述的一种磁铁内嵌式霍尔位移传感器，其特征在于，所述的磁排（4）由两个或多个磁铁组成，依次排列，每两个磁铁之间留有间隙，磁铁（4）置于推杆（1）的空心孔中。
3.根据权利要求1所述的一种磁铁内嵌式霍尔位移传感器，其特征在于，所述的磁铁（4）中的任何相邻的两个磁铁极性相同的一端相互靠近放置。
4.根据权利要求1所述的一种磁铁内嵌式霍尔位移传感器，其特征在于，所述的磁铁（4）中的相邻的两个磁铁之间的间隙可以使用非导磁材料填充。
5.根据权利要求1所述的一种磁铁内嵌式霍尔位移传感器，其特征在于，所述霍尔传感器线路板（5）上排列着一个或多个霍尔传感器队列。
6.根据权利要求1所述的一种磁铁内嵌式霍尔位移传感器，其特征在于，所述霍尔传感器线路板（5）上排列着的传感器队列由一个或多个霍尔传感器组成，各个霍尔传感器间隔排列。
7.根据权利要求1所述的一种磁铁内嵌式霍尔位移传感器，其特征在于，所述霍尔传感器线路板（5）上的霍尔传感器产生的感应电信号可以直接作为传感器的输出信号，也可以经过信号处理电路处理后作为传感器的输出信号。
8.根据权利要求1所述的一种磁铁内嵌式霍尔位移传感器，其特征在于，所述传感器外壳（3）和/或传感器端盖（2）上还可以包裹一层磁场屏蔽材料。
9.一种带有如权利要求1~8任一所述的磁铁内嵌式霍尔位移传感器的电子液压制动系统，其特征在于，包括推杆、磁排和霍尔传感器线路板，所述的磁排置于推杆的空心孔内，所述霍尔传感器线路板上排列着一个或多个霍尔传感器队列。
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