專(zhuān)利名稱(chēng)：通過(guò)霍爾效應(yīng)來(lái)測(cè)量位置的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過(guò)霍爾效應(yīng)來(lái)測(cè)量位置的裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)地，這種裝置包括箱盒和置于所述箱盒中的霍爾效應(yīng)傳感器。所述傳感器一般包括磁體和芯片。芯片固定到磁體，并且通常形狀是大致圓柱形 的磁體沿與其底部垂直的軸線(xiàn)穿有貫穿孔，使得其包括外周界和內(nèi)周界。這種測(cè)量裝置特別地在機(jī)動(dòng)車(chē)的變速箱中使用，例如為了確定速度選擇器的位置。一般地，變速桿通過(guò)連桿系統(tǒng)與變速箱連接，使得其運(yùn)動(dòng)引起速度比選擇軸的平 移和旋轉(zhuǎn)。通常，連桿系統(tǒng)中的間隙和公差使得把傳感器優(yōu)選地置于速度選擇軸處，而不是 變速桿處。變速箱的“空檔”位置對(duì)應(yīng)于一般為中心的位置，而傳感器的功能是確定固定在 速度選擇軸上的靶的位置，并因此確定變速箱的控制是否處于“空檔”。然而，變速箱包括齒輪，所述齒輪會(huì)磨損并將鐵銼屑釋放到油中。然而，由于傳感器包括磁體，該磁體吸引存在于油中的銼屑，而該銼屑具有在傳感 器下方聚集的趨勢(shì)(由于磁化方向所致)，這會(huì)干擾甚至禁止測(cè)量。為了減少存在于油中的銼屑的量，已知的做法是將一個(gè)或多個(gè)磁體置于變速箱的 底部以回收銼屑(參見(jiàn)FR 1 039 119)。因此避免了銼屑固定在傳感器下方。然而，這種解 決方案具有額外的成本，并且由于這樣添加的磁體的有限的“作用范圍”而不允許回收所有 的銼屑。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于，通過(guò)提出不需要額外磁體的解決方案來(lái)彌補(bǔ)這些不足。為了這個(gè)目的，根據(jù)本發(fā)明的、并如以上前序所述的裝置的主要特征在于，磁體的 內(nèi)周界相對(duì)于機(jī)械約束是最大的，并且磁體的孔的面積大于或等于芯片的面積，以消除鐵 銼屑在芯片對(duì)面的存在。借助于該特征，鐵銼屑不會(huì)被吸引到芯片的對(duì)面，因此，其不會(huì)干擾測(cè)量。在一個(gè)實(shí)施例中，磁體的外周界相對(duì)于箱盒中可用的空間是最大的。借助于該特征，鐵銼屑被吸引向傳感器的外面(外面部分)，即被吸引在裝置的側(cè) 面上，而不是在裝置的底面上。最大的外周界還允許獲得最大的內(nèi)周界，同時(shí)遵循機(jī)械約
束ο在一個(gè)實(shí)施例中，外周界和/或內(nèi)周界包括至少一個(gè)平面。在一個(gè)實(shí)施例中，外周界和/或內(nèi)周界是回轉(zhuǎn)圓柱。在一個(gè)實(shí)施例中，外周界和內(nèi)周界的比率是2:1。優(yōu)選地，外周界和內(nèi)周界的比率使得磁體環(huán)的厚度可以機(jī)械地實(shí)現(xiàn)，即使得其能夠遵循其用途的機(jī)械約束。在這種情況下，磁體環(huán)的最小厚度(當(dāng)磁體大致是空心的回轉(zhuǎn)圓 柱時(shí))優(yōu)選地至少等于2mm。在一個(gè)實(shí)施例中，外直徑為10mm，而內(nèi)直徑為5mm。在一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的裝置還包括鐵磁靶，該靶被非鐵磁元件所圍繞，其 中所述非鐵磁元件對(duì)聚集在傳感器下方的銼屑進(jìn)行機(jī)械清掃。當(dāng)鐵磁靶靠近傳感器時(shí)，靶通過(guò)反應(yīng)而被磁化。因此，銼屑能夠固定在靶上。借助 于非鐵磁元件，銼屑不那么趨向于固定在靶上，特別地與其厚度有關(guān)。另外，當(dāng)靶和傳感器相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，非鐵磁元件還有利地具有機(jī)械清掃的作用，這允 許清掃掉可能聚集在傳感器下方的銼屑。非鐵磁元件的形狀優(yōu)選地適于靶和傳感器的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在該情況下，對(duì)于平移運(yùn) 動(dòng)為平表面，對(duì)于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為曲形表面。優(yōu)選地，非鐵磁元件盡可能靠近傳感器布置，即盡可能靠近芯片，即傳感器的敏感 表面。在一個(gè)實(shí)施例中，非鐵磁元件是由塑料制成的，在該例中，為裝合在靶上的塑料塞。在一個(gè)有利的實(shí)施例中，芯片相對(duì)于磁體的高斯零點(diǎn)偏移，在該例中，芯片被布置 高斯零點(diǎn)的上方。


閱讀以下僅示例性地而非限制性地、參照附圖而給出的描述之后，本發(fā)明的其他 特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見(jiàn)。在這些附圖中
-圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的霍爾效應(yīng)傳感器； -圖加示出了沒(méi)有鐵磁靶的霍爾效應(yīng)測(cè)量裝置的工作原理； -圖2b示出了具有鐵磁靶的霍爾效應(yīng)測(cè)量裝置的工作原理； -圖3以剖視圖示出了銼屑在傳感器下方的聚集； -圖如也以剖視圖示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的、銼屑在傳感器下方的聚集； -圖4b以剖視圖示出了根據(jù)本發(fā)明的、銼屑在傳感器周?chē)木奂?-圖如示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的、在沒(méi)有銼屑的情況下磁體的場(chǎng)隨著靶相對(duì)于所述磁 體的平移和旋轉(zhuǎn)的變化；
-圖恥示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的、在有銼屑的情況下磁體的場(chǎng)隨著靶相對(duì)于所述磁體 的平移和旋轉(zhuǎn)的變化；
-圖6a示出了根據(jù)本發(fā)明的、在沒(méi)有銼屑的情況下磁體的場(chǎng)隨著靶相對(duì)于所述磁體 的平移和旋轉(zhuǎn)的變化；
-圖6b示出了根據(jù)本發(fā)明的、在有銼屑的情況下磁體的場(chǎng)隨著靶相對(duì)于所述磁體的 平移和旋轉(zhuǎn)的變化；
-圖7a示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的、在沒(méi)有銼屑的情況下磁體的場(chǎng)隨著靶相對(duì)于所述磁 體的平移的變化；
-圖7b示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的、在有銼屑的情況下磁體的場(chǎng)隨著靶相對(duì)于所述磁體 的平移的變化；以及-圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的一個(gè)實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式在本發(fā)明中所使用的傳統(tǒng)霍爾效應(yīng)傳感器1在圖1中示出。該傳感器包括磁體10 和固定到磁體的芯片20，其中所述芯片被配置為用于測(cè)量磁體10的磁場(chǎng)，在該例中，即測(cè) 量該磁場(chǎng)的豎直分量Bz，如圖加和圖2b所示，在這兩個(gè)圖中，磁體10示例地被配置為南極 面S在上并且北極面N在下。芯片20優(yōu)選地被置于孔11的對(duì)面，孔11表示傳感器1的敏感區(qū)域。磁體10是穿有孔的。磁體10因此包括外周界12和內(nèi)周界13。優(yōu)選地，磁體的孔 11是圓形的。在所示出的實(shí)施例中，磁體是圍繞軸線(xiàn)Z (豎直的)回轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的，使得其外周界12 和其內(nèi)周界13是圓形并且同心的。圖加示出了不包括鐵磁靶的霍爾效應(yīng)測(cè)量裝置的工作原理。圖2b示出了包括鐵磁靶50的霍爾效應(yīng)測(cè)量裝置的工作原理。對(duì)比這兩個(gè)圖，磁體的磁場(chǎng)線(xiàn)14明顯地由于靶50的存在而偏斜。磁體10的磁場(chǎng) 的分量Bz因此被改變，并由芯片20測(cè)量。如圖3所示，傳感器置于箱盒30中。圖3還示出了本發(fā)明旨在解決的問(wèn)題，即聚集在箱盒30下方的銼屑40。然而，如前所述，銼屑的存在會(huì)非常強(qiáng)地干擾磁場(chǎng)線(xiàn)，因此會(huì)非常強(qiáng)地干擾測(cè)量。為此，根據(jù)本發(fā)明，外周界12和內(nèi)周界13中的至少一個(gè)是最大的。如圖如所示，如果內(nèi)周界13太小，則銼屑會(huì)固定到芯片20的對(duì)面，在敏感區(qū)域 上，并且有干擾測(cè)量的風(fēng)險(xiǎn)。相反地，通過(guò)使內(nèi)周界(即在該例中，為直徑)最大化，則銼屑保 持在敏感區(qū)域之外。外周界12的影響如圖4b所示外周界的增大也使磁場(chǎng)線(xiàn)14向傳感器外偏移。因 此，銼屑被吸引向外部，即箱盒30的側(cè)面。因此，盡管由于經(jīng)濟(jì)原因趨向于減小磁體尺寸，然而根據(jù)本發(fā)明出人意料的是，相 反地，使內(nèi)周界和外周界最大化才是合適的。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，內(nèi)周界13的尺寸被確定為使得磁體10的孔11的面積大 于或至少等于芯片20的面積。至于磁體在其內(nèi)周界和外周界之間的厚度，則必須符合使用傳感器的機(jī)械約束， 在該例中，至少為2mm。外周界12被箱盒30的尺寸和芯片20的連接件的通過(guò)這一約束所限制。外周界 和/或內(nèi)周界的形狀可以是圓形的或卵形的。所述形狀還可有利地包括平面。為了示出本發(fā)明的原理，可以根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)(圖4a)限定穿有孔的圓柱形磁體，所 述孔也是圓柱形和同心的。圓柱形磁體10具有外直徑Dext_0ld和內(nèi)直徑Dint_old。所述磁體插在箱盒30 中，其中所述箱盒的外尺寸被直徑DboX_old所限制。根據(jù)本發(fā)明，對(duì)于外尺寸被與DboX_old相等的直徑Dbox_neW所限制的同一箱盒， 磁體10的尺寸則使得外直徑Dext_new大于直徑Dext_0ld，并且內(nèi)直徑Dint_new大于直徑Dint_olcL本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)容易地將上述原理移用于圓柱形以外的磁體的其他形狀。進(jìn)行了在根據(jù)本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)的裝置的實(shí)施例之間的比較測(cè)量，并在圖fe、5b、 6a和6b中示出。圖fe、5b、6a和6b中的每個(gè)均示出了對(duì)于相似尺寸的箱盒，隨著相同的靶相對(duì)于 所述磁體的平移X (mm)和旋轉(zhuǎn)R (° )而變化的磁體磁場(chǎng)測(cè)量值B (mT)。圖如和恥示出了使用根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的裝置(即磁體)的結(jié)果，在該例中，所述裝置 為外直徑為7mm、內(nèi)直徑為3mm的環(huán)形磁體，在這兩個(gè)圖中，圖fe為“正常”配置(無(wú)銼屑)下 的傳感器的響應(yīng)，圖恥為有銼屑的情況下(在該例中，為0. 2至0. 3g的銼屑)的傳感器的響 應(yīng)。由圖fe和恥清楚地可見(jiàn)，銼屑的存在削低并攤平測(cè)量信號(hào)，這使得傳感器無(wú)效。圖6a和6b示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置(即磁體)，在該例中，所述裝置為外直徑為 10mm、內(nèi)直徑為5mm的環(huán)形磁體，在這兩個(gè)圖中，圖6a為“正?！迸渲?無(wú)銼屑)下的傳感器 的響應(yīng)，圖6b為有銼屑的情況下(在該例中，為2至3g的銼屑，即圖恥中的情況的10倍) 的傳感器的響應(yīng)。由圖6a和6b清楚地可見(jiàn)，根據(jù)本發(fā)明的裝置允許限制銼屑的存在的影響實(shí)際 上，銼屑的存在幾乎不改變傳感器的響應(yīng)。通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)(圖恥)和本發(fā)明(圖6b)的對(duì)比，注意到本發(fā)明允許在銼屑質(zhì)量大 幾乎十倍的情況下獲得可靠的結(jié)果。另外，在這種根據(jù)本發(fā)明的裝置中，存在磁體的所謂“高斯零點(diǎn)，，的點(diǎn)，在該點(diǎn)上， 磁體的磁場(chǎng)的所有分量(Bx、By、Bz)均為零。該高斯零點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)在于，其在時(shí)間上相對(duì)穩(wěn)定，并且相對(duì)地獨(dú)立于溫度。為了測(cè)量位置，如上所見(jiàn)，通常將所謂“靶”的鐵磁件50布置在箱盒30的對(duì)面。在 運(yùn)行中，靶50和箱盒30進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并且傳感器1被配置為用于測(cè)量該運(yùn)動(dòng)的幅度，即 靶和傳感器的相對(duì)位置。當(dāng)靶50移動(dòng)時(shí)，磁體10的磁場(chǎng)被靶吸引而偏斜，并且當(dāng)靶50移動(dòng)到磁體對(duì)面時(shí)， 存在大的磁場(chǎng)變化。另外，為了限制對(duì)測(cè)量的干擾，已知的做法是最初將霍爾效應(yīng)傳感器的芯片置于 高斯零點(diǎn)(在放置靶之前，在有靶的情況下高斯零點(diǎn)的位置會(huì)偏斜)。圖7a能夠例如與圖如在給定維度上的投影對(duì)應(yīng)，并且與無(wú)銼屑時(shí)使用的裝置對(duì) 應(yīng)。根據(jù)靶的移動(dòng)，磁場(chǎng)強(qiáng)度的測(cè)量信號(hào)大致為高斯形首先為負(fù)并且相對(duì)恒定，然后為正 并且增大，當(dāng)靶和傳感器對(duì)齊時(shí)通過(guò)最大值。在最大值之后，信號(hào)變?yōu)橹饾u下降的正值，然 后為負(fù)并且相對(duì)恒定。圖7b能夠例如與圖fe在給定維度上的投影對(duì)應(yīng)，并且對(duì)應(yīng)于在有銼屑的情況下 所使用的用于圖7a所示結(jié)果的裝置，圖7b在相同比例下繪制。銼屑的存在有擴(kuò)寬高斯形的效果(因此干擾測(cè)量)和使信號(hào)向正值偏移的效果，其 結(jié)果是增大最大值，尤其是增大最小值。然而，最小值越接近零，在開(kāi)關(guān)模式下的傳感器不 切換(在通過(guò)零時(shí))的風(fēng)險(xiǎn)就越大。根據(jù)本發(fā)明，與現(xiàn)有技術(shù)相反地，有利地最初將靶50以相對(duì)于磁體10的高斯零點(diǎn)偏移的方式放置，在該例中，布置在高斯零點(diǎn)上方十分之幾毫米處。借助于該配置，特別地能夠減小在芯片20對(duì)面的敏感表面上的磁場(chǎng)水平，從而進(jìn) 一步減小傳感器對(duì)于銼屑的吸引。另外，這種配置允許獲得磁偏移，因此允許獲得傳感器1在被銼屑更小地影響的 區(qū)域中的響應(yīng)。這在傳感器1的開(kāi)關(guān)(英文為“Switch”)類(lèi)型的運(yùn)行模式(由靶50的形狀 所限定)下尤其有利。對(duì)于傳感器1的這種類(lèi)型的運(yùn)行，所述傳感器1的輸出處的信號(hào)僅具 有兩個(gè)值“高”值和“低”值。對(duì)于所確定的、通常(但不一定)選為零的磁場(chǎng)值，進(jìn)行從一 個(gè)值到另一個(gè)值的切換。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例允許不產(chǎn)生由銼屑的存在所造成的偏移(英 語(yǔ)為“offset”)，因此允許保證傳感器1的良好運(yùn)行。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，還可以通過(guò)圍繞靶50放置非鐵磁件60 (圖8)，來(lái)改 善傳感器1對(duì)于銼屑的抗擾性。借助于該配置，銼屑40不固定在桿50上。另外，該配置允許清潔傳感器1的敏感表面。測(cè)量空間e (或在箱盒30的下表面 和靶50的上表面之間的空間，通常稱(chēng)為“氣隙”，英語(yǔ)為“airgap”，法語(yǔ)為“entrefer”)越 小，清潔就越有效。因此，當(dāng)靶移動(dòng)的時(shí)候，非鐵磁部分60將銼屑推到傳感器1的側(cè)面上， 遠(yuǎn)離芯片20。靶50每次在箱盒30前經(jīng)過(guò)時(shí)，所述設(shè)有非鐵磁件60的靶50就像擋風(fēng)玻璃 上作用于水滴的刮水器那樣推開(kāi)銼屑。當(dāng)然，測(cè)量空間e使得小比例的銼屑還是能夠留在 與箱盒30接觸的位置，但量已被減少。另外，完全可以考慮，使非鐵磁件60與箱盒30直接 接觸，而不因此改變?cè)诎?0和所述箱盒30之間的氣隙。通過(guò)將該實(shí)施例和根據(jù)本發(fā)明的磁體的尺寸設(shè)計(jì)相結(jié)合，由此得到的傳感器的性 能大大高于現(xiàn)有技術(shù)的性能。
權(quán)利要求
1.一種通過(guò)霍爾效應(yīng)來(lái)測(cè)量位置的裝置，所述裝置包括 -箱盒(30)；-霍爾效應(yīng)傳感器(1 )，其包括圓柱形磁體(10)和芯片(20)； 其中-所述芯片(20)固定到所述磁體(10)；-所述磁體(10)沿垂直于其底部的軸線(xiàn)穿有貫穿孔(11)，并且包括外周界(12)和內(nèi) 周界(13)；-所述傳感器(1)置于所述箱盒(30)中， 所述裝置的特征在于-所述內(nèi)周界(13)相對(duì)于所述磁體(10)的機(jī)械約束是最大的；并且 -所述孔(11)的面積大于或等于所述芯片(12)的面積，以消除鐵銼屑在所述芯片 (20)對(duì)面的存在。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述外周界(12)相對(duì)于所述箱盒(30)中的可用空 間是最大的。
3.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述外周界(12)和/或所述內(nèi)周界 (13)包括至少一個(gè)平面。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中，所述外周界(12)和所述內(nèi)周界(13)的比率是2:1。
5.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，所述裝置還包括鐵磁靶(50)，其中，所述靶 (50)被非鐵磁元件(60)圍繞，所述非鐵磁元件對(duì)聚集在所述傳感器下方的銼屑進(jìn)行機(jī)械清掃。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中，所述非鐵磁元件(60)盡可能靠近所述芯片(20)布置。
7.如權(quán)利要求5或6中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述非鐵磁元件(60)是由塑料制成的。
8.如權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述非鐵磁元件(60)的形狀適于所 述靶(50)和所述霍爾效應(yīng)傳感器(1)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
9.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述芯片(20)相對(duì)于所述磁體(10)的高斯零點(diǎn)偏移。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過(guò)霍爾效應(yīng)來(lái)測(cè)量位置的裝置，所述裝置包括箱盒(30)；霍爾效應(yīng)傳感器(1)，其包括圓柱形磁體(10)和芯片(20)，其中所述芯片(20)固定到所述磁體(10)；所述磁體(10)沿垂直于其底部的軸線(xiàn)穿有貫穿孔(11)，并且包括外周界(12)和內(nèi)周界(13)；所述傳感器(1)置于所述箱盒(30)中。根據(jù)本發(fā)明，所述裝置的顯著之處在于所述內(nèi)周界(13)相對(duì)于所述磁體(10)的機(jī)械約束是最大的；并且所述孔(11)的面積大于或等于所述芯片(20)的面積，以消除鐵銼屑在所述芯片(20)對(duì)面的存在。
文檔編號(hào)G01D5/14GK102066878SQ200980122870
公開(kāi)日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2009年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月19日
發(fā)明者塞韋爾 E., 范德甘斯特 M., 蒙泰爾 Y. 申請(qǐng)人:法國(guó)歐陸汽車(chē)公司