專利名稱：旋轉位置傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總的涉及位置傳感器，尤其涉及使用霍爾效應器件產生指示位置信息信號的傳感器。
背景技術：
位置傳感器被用于以電子方式監(jiān)控機械部件的位置或移動。位置傳感器產生隨部件位置的變化而變化的電信號。電氣的位置傳感器被包括到很多產品中。例如，位置傳感器可使得各種機動部件的狀態(tài)被以電子方式監(jiān)控和控制。由于位置傳感器必須基于所測得的位置給出適當?shù)碾娦盘?，因此位置傳感器需要精確，如果不精確的話，位置傳感器可能潛在地干擾被監(jiān)控部件位置的合適的評估和控制。一般地還需要位置傳感器的測量充分地精確。然而，所需的位置測量精確度顯然隨著特定的使用環(huán)境而發(fā)生變化。為了某些目的，僅需要粗略的指示；例如，閥門主要是開還是主要是關的指示。在其他的應用中，可能會需要更精確的位置指示。位置傳感器應該對于其放置的環(huán)境來說足夠耐用。例如，用于機動車閥門的位置傳感器在汽車工作過程中幾乎是經歷持續(xù)的運動。這種位置傳感器應該由這樣的機械和電氣部件構造，其不論較大的機械振動還是熱極端和熱梯度都足以使該傳感器在其設計壽命之內保持精確和準確性。過去，位置傳感器一般為“接觸”型。接觸型位置傳感器要產生電信號需要物理接觸。接觸型位置傳感器一般由電位計構成，該電位計產生隨著部件位置的變化而變化的電信號。接觸型位置傳感器一般較為精確和準確。不幸的是，由于接觸型位置傳感器在運動過程中的磨損，使得該傳感器的耐用性受到限制。接觸產生的摩擦力還會降低部件的操控性。另外，水進入電位傳感器會使傳感器失效。非接觸型位置傳感器的發(fā)展是傳感器技術的一個重要的進步。非接觸型位置傳感器(“NPS”)不需要信號發(fā)生器和傳感元件之間的物理接觸。而是NPS利用磁體產生隨位置的變化而變化的磁場，并利用器件來檢測變化的磁場以測量被測部件的位置。通常利用霍爾效應器件來產生電信號，該電信號取決于器件上的磁通量的大小和極性?；魻栃骷梢晕锢淼亟痈降奖粶y部件上，從而在部件移動時相對于固定的磁體而移動。相反地，可固定霍爾器件，而使磁體貼附到被測部件上。在任一情況下，被測部件的位置可通過由霍爾器件產生的電信號來確定。相比于使用接觸型位置傳感器，使用NPS具有一些明顯的優(yōu)點。因為NPS不需要信號發(fā)生器和傳感元件之間的物理接觸，因此在操作過程中的物理磨損較少，從而增強傳感器的耐用性。使用NPS具有優(yōu)點還因為被測物與傳感器自身之間無任何物理接觸而導致阻力降低。盡管NPS的使用具有一些優(yōu)點，但是在許多應用中為了使NPS成為令人滿意的位置傳感器也需要克服一些不利條件。磁體的不規(guī)則性或非理想性會降低NPS的準確和精確性。NPS的準確和精確性還會受到傳感器可能經受的大量機械振動和擾動的影響。因為被測物和傳感器之間沒有物理接觸，因此這種振動和擾動可能會使他們被碰撞得失去對準。 未對準可導致任何特定位置所測得的磁場不是初始對準時應該測得的磁場。因為測得的磁場不同于正確對準時所測得的磁場，因此感測到的位置也是不正確的。還應考慮到磁場強度和導致的信號的線性度?，F(xiàn)有技術中的器件還需要特殊的電子器件來解決磁場隨溫度的變化。由磁體產生的磁場隨溫度變化，傳感器必須能夠區(qū)分溫度的改變和位置的改變。

發(fā)明內容
本發(fā)明的特征在于提供一種用于感測耦合到軸上的可移動物體的位置的傳感器， 在一個實施例中，包括以偏心的關系耦合到可移動物體的軸上的磁體。該軸和磁體適于旋轉，且該磁體適于產生具有垂直于磁體表面中的至少一個表面的方向的磁通量場；以及傳感器被保持在外殼中，靠近該磁體。該磁體和傳感器可相對于彼此移動，且該傳感器適于感測該通量場的方向，并產生指示該通量場方向、軸的位置以及耦合到該軸的可移動物體的位置的電信號。在一個實施例中，傳感器組件包括外殼，以及外殼中的轉子，所述轉子限定適于接收可移動物體的軸的鉆孔。磁體位于轉子中的空腔中。在一個實施例中，轉子包括套環(huán)以及空腔偏離于該套環(huán)。轉子和傳感器以至少部分重疊的方式位于外殼中。在一個實施例中，轉子的套環(huán)緊靠著形成在外殼中的套環(huán)。在一個實施例中，轉子包括至少部分地圍繞套環(huán)的外殼，該外殼為磁體限定該空腔，并限定至少一個狹槽，該狹槽將該外殼分成第一部分和第二部分，其中第二部分適于獨立于第一部分而響應溫度改變而彎曲。在另一實施例中，該外殼限定由內部壁隔開的第一和第二腔體，轉子和傳感器以至少部分重疊且隔開的方式分別位于該第一和第二腔體中。第一和第二板分別覆蓋第一和第二腔體。在一個實施例中，軸延伸到外殼中以及轉子的套環(huán)和鉆孔中。在一個實施例中，磁體為半圓形，包括豎直表面，且磁場的方向大致垂直于該磁體的豎直表面。通過以下對本發(fā)明的一個實施例的詳細描述、附圖和所附權利要求書，將更容易明白本發(fā)明的其它的優(yōu)點和特征。


在形成本說明書的一部分的附圖中，相似的數(shù)字在所有的圖上被用來表示相似的部件圖1為根據(jù)本發(fā)明的旋轉位置傳感器的頂部透視圖2為圖1所示的旋轉位置傳感器的底部透視圖，其中以分解的形式示出了需測量旋轉位置的部件的軸；圖3為圖1和圖2中的旋轉位置傳感器的分解簡化透視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的旋轉位置傳感器的沿圖1所示的4-4線的簡化水平剖視圖；圖5A至5C為通量示意圖，示出了由本發(fā)明的旋轉位置傳感器的磁體產生的在三個不同的測量角度/磁體位置下的通量；圖6為根據(jù)本發(fā)明的旋轉位置傳感器的又一個實施例的頂部透視圖；圖7是圖6所示的旋轉位置傳感器的底面透視圖；圖8為圖6和圖7中所示的旋轉位置傳感器的簡化分解透視圖；圖9為轉子和相關的將磁體過壓成型于內的磁體外殼的放大的、部分透視圖；圖10是旋轉位置傳感器的沿圖6所示的10-10線的簡化水平剖視圖；圖IlA至IlC為通量示意圖，示出了由圖6至圖10的旋轉位置傳感器的磁體產生的在三個不同的測量角度/磁體位置下的通量。
具體實施例方式圖1至圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的旋轉位置傳感器組件20的第一個實施例，包括外殼22、轉子80、磁體100(圖3)以及電路板傳感器組件120(圖3和圖4)等元件。外殼22包括各個相對的頂表面25和底表面28，并限定一大致圓形的基底或轉子部分23和大致方形的傳感器部分四，該傳感器部分四與基底或轉子部分23為一體并相鄰接。連接器部分M(圖1和圖2、從傳感器部分四的一側向外一體地延伸。安裝凸緣或支架27J8形成在外殼22相對的斜角上并從斜角向外突出。支架27從傳感器部分四的一側向外突出，支架38從轉子部分23的一側向外突出。外殼可由注入成型塑料形成。外殼22限定兩部分，腔體或殼體。具體地，外殼22的基底部分23限定轉子腔體 32 (圖3)，其罩住轉子80，傳感器部分四限定傳感器或電子器件腔體42 (圖4)，其罩住電路板組件120。轉子腔體32大致為圓柱形，且位于并限定在外殼22的側表面沈上。傳感器腔體 42 (圖4)大致為方形，且限定在外殼22的相對側表面25上，因此各個腔體32、42以部分重疊的關系定位在外殼22的相對側上。轉子腔體32(圖3和圖4)由圓形內部垂直周邊壁34和內部水平壁或表面36共同限定。壁34在表面沈上限定外部周邊圓周邊緣40。限定中心鉆孔或通孔37的套環(huán)或圓柱形壁35被限定在水平表面36中且在外殼表面25的方向上從水平表面36延伸。由圓周性延伸的內部垂直側壁44、套環(huán)壁35以及垂直于側壁44的內部底部壁或表面48共同限定傳感器腔體42 (圖4)。側壁44在表面25頂部限定圓周外部邊緣52 (圖4)。外殼22的內部形成有基本水平的隔離壁54 (圖4)，其與垂直的套環(huán)壁35 —起將傳感器腔體42和轉子腔體32分開并且隔離。隔離壁M與轉子腔體壁34和傳感器腔體壁44為一體，并與轉子腔體壁34和傳感器腔體壁44基本垂直。轉子腔體32的底表面36位于隔離壁M的一側，傳感器腔體42 的底表面48位于隔離壁M的另一側。一對橢圓形穿孔或通孔56(圖1至圖4)被限定在外殼22相應的凸緣27、28中，并穿過相應的凸緣27、28。通過壓配合等方式將橢圓形封閉的金屬插入物160(圖1至圖 4)安裝到穿孔56中。緊固件(未示出)適于穿過每個穿孔56和插入物160以將外殼22 接附到其他物體。連接器部分或外殼M(圖2、從傳感器外殼部分四的其中一側向外延伸。線束66 被連接到連接器部分對。端子150(圖幻適于定位在連接器部分M中并與線束66相匹配。線束66將傳感器組件20電連接到其他的電路。圖2至圖4中示出了基本圓形的轉子80，其包括中心板或圓盤82，該中心板或圓盤82具有水平上表面83、水平下表面84以及這兩者之間的外部圓周垂直表面或壁85。轉子80可由注入成型塑料形成。第一圓柱形套環(huán)87從圓盤82的上表面83垂直地向外延伸，并限定中心軸鉆孔或通孔92。第二圓柱形套環(huán)93從圓盤82的下表面84垂直地向外延伸。軸鉆孔或通孔92延伸穿過轉子80，更具體地，接連穿過套環(huán)87、圓盤82和套環(huán)93。套環(huán)93被細長的大致垂直的狹槽99分為四個部分或四個片段97。片段97以分離并平行的關系圍繞壁93圓周地延伸。通過內部側壁89和垂直于側壁89的底部壁90共同在轉子80的圓盤82中限定偏心或偏軸或離軸(off-axis)的磁體凹陷或空腔88。磁體空腔88被限定在圓盤的偏心部分，位于中心鉆孔92和外部圓周壁85之間。磁體100被容納且位于空腔88中。圓周的凹陷96 (圖4)被限定在且位于套環(huán)93的外表面。金屬鎖緊環(huán)98 (圖3和圖4)圍繞套環(huán)93，且位于凹陷96中，適于在轉子80和外殼套環(huán)壁35之間提供密封，還使得轉子80保持與外殼22垂直的關系。轉子80的鉆孔92接收需要測量其旋轉位置的物體的軸170，在所示的實施例中， 軸170具有匹配的形狀，諸如矩形端部172(圖2、。軸170還具有相對的圓柱形端部171。軸 170從外殼基本垂直地向外延伸，且可被接附到任何類型的需要測量其旋轉位置的物體。軸的矩形端部172延伸穿過轉子鉆孔92并進入套環(huán)93的內部。套環(huán)93的片段 97相對于軸170的矩形端部172的外表面向內壓縮和撓曲，以將軸170固定到轉子80上。如圖3、4、5所示，磁體100大致上為半圓形或月亮形，且適于以相對于轉子80的鉆孔92偏移或偏軸的關系安裝到限定在轉子80的圓盤82中的空腔88中，并用熱熔柱(未示出)固定在空腔中，或者可替代地，被壓配合于此。在所示的實施例中，空腔88與磁體 100具有大致相同的形狀。磁體100為永磁體，其被極化的方式在于其限定北極104和南極 105(圖5A至5C)。磁體100可由幾種不同磁性材料制成，例如但不限于鐵氧體、釤鈷或釹鐵硼。磁體100限定水平頂表面101、與表面101平行相對且分開的水平底表面102 ；彎曲的半圓形垂直側表面103 ；與半圓形表面103相對的垂直豎直側面106 ；以及一對相對的端部垂直側表面107和109，在表面103和106之間的端部延伸。轉子80位于并支撐在轉子腔體32中，以在其中進行旋轉運動，其中轉子80的套環(huán)93延伸穿過腔體32中的穿孔37并進入外殼22中的套環(huán)35中，轉子80的圓盤82位于轉子腔體32中。蓋板110(圖2至圖4)被安裝到外殼22的表面沈和邊緣40上，覆蓋腔體32，從而將轉子80罩在其中。蓋110限定中心穿孔111和周邊螺釘穿孔112。一環(huán)形狹槽或凹陷113被限定在蓋板110中，圍繞軸穿孔111并與軸穿孔111隔開。環(huán)或面密封114被壓配合到狹槽113中。緊固件或螺釘115穿過對應的穿孔111以將蓋板110接附到殼體22。面密封114形成與傳感器外殼22適于被安裝到的其他安裝表面(未示出)的密封。轉子80的套環(huán)延伸穿過板110中的穿孔111。圖3和圖4描述了位于并安裝在被限定在外殼部分四中的傳感器腔體42中的電路板傳感器組件120，包括大致矩形的印刷電路板122，該印刷電路板122具有頂表面124、 緊貼隔離壁討的底面(floor) 125的底表面125、延伸穿過頂表面IM和底表面125之間的通孔130。印刷電路板122可以為FR4材料形成的傳統(tǒng)印刷電路板。傳感器121，例如磁場傳感器通過傳統(tǒng)的電子裝配技術被安裝到頂表面124，例如焊接。磁場傳感器121可以為來自比利時Melexis Corporationof 1印er公司的型號為 MLX90316的霍爾效應集成電路，其適于測量由磁體100產生的磁場或磁通量的大小及方向。包括例如電容器、電阻器、電感和其他類型的調節(jié)、放大和濾波器件的其他的電子部件 126(圖4)通過傳統(tǒng)的電子裝配技術被安裝到頂表面124。傳感器121優(yōu)選地位于腔體42中的板120上，與位于腔體32中的轉子80的凹陷 88中的磁體100重疊。例如硅樹脂凝膠體的封裝化合物136(圖4)被施加到印刷電路板122、傳感器121 以及表面IM上的其他部件126，以密封印刷電路板122、傳感器121和元件1 使其與外
部環(huán)境隔離。多個大致為L形的導電材料端子150(圖3)也延伸穿過外殼壁中的一個，一端連接連接器24，另一端連接印刷電路板122。具體地，端子150限定端部151和152，他們相互成大約90度角彎曲。盡管沒有詳細的示出或描述，但應該理解的是，端子端部151被焊接到印刷電路板122上相應的通孔130中，端子端部152延伸出外殼22并進入連接器部分對，在此連接到線束66。另一蓋板138(圖1、圖3和圖4)坐落在外殼部分四的邊緣52上，以覆蓋其內的腔體42和印刷電路板122。蓋板138通過緊固件或螺釘139被接附到外殼22的外殼部分 29的邊緣52。旋轉位置傳感器組件20被用于確定旋轉的或移動的物體的位置，該物體例如為軸170，其如上文所述包括第一端部172，延伸穿過蓋板110中的穿孔111并穿過轉子80 中的鉆孔92 ；以及相對的端部171，適于連接到多種旋轉或移動物體，包括例如車輛傳動裝置。如圖4和圖5A至5C所示，當軸170旋轉時，轉子80和磁體100也相對于固定的傳感器121旋轉，如上文所述，該傳感器與磁體100隔開且重疊。內部水平外殼壁M和印刷電路板122將傳感器121與磁體100隔離。由磁體100產生的磁場通量穿過內部外殼壁 54和印刷電路板122，且通過傳感器121感測磁場通量的大小/強度和方向/極性。特別地，應該理解的是，磁場可根據(jù)磁體100的位置以及磁體參數(shù)(通量線)被測量的位置而發(fā)生大小/強度和極性/方向的變化。傳感器121產生響應于磁體100的位置和軸170的位置而變化的電輸出信號。因為磁體100產生的磁場(即大小/強度和極性/方向)隨軸170和轉子80的旋轉而改變， 傳感器121產生的電輸出信號也因此發(fā)生改變，從而能夠確定或探測軸170的位置。傳感器121在磁體100旋轉時感測改變的磁場(即大小/強度和極性/方向)。在一個實施例中，由傳感器121產生的電信號與軸170的位置成比例。圖5A至5C描述了位于磁體100上方的水平平面內磁場/通量線210的位置和取向，該磁場/通量線210在三個不同的軸和磁體的旋轉角或位置穿過磁通量傳感器121，即 0度(圖5A)、45度(圖5B)和90度(圖5C)。更具體地，磁體100產生的通量線210指向磁體100的北極表面103，并以大致上垂直于磁體表面105的方位和關系，從磁體100頂部彎曲的北極表面103和磁體100的相對的底部豎直南極表面105在寬度方向上大致徑直穿過該寬度流出在，。在軸和磁體的旋轉或位置角度為0度時(圖5A)，通量線或矢量210的通量方向大致從磁通量傳感器121的左上角對角地指向右下角，即通量線或矢量相對于傳感器的每個側面呈45度角。傳感器121感測磁場210的該方向，并產生代表該通量的方向、磁體100 的位置、轉子80的位置、軸170的位置以及最終耦合到軸170上的物體的位置的電信號。在軸和磁體的旋轉或位置角度為45度時(圖5B)，通量線或矢量210的通量方向大致從磁通量傳感器121的頂部徑直地指向底部，即通量線或矢量的取向平行于傳感器的兩個側表面并垂直于傳感器的另兩個側表面。傳感器121感測磁場通量線210的該方向， 并同上所述產生代表該通量的方向、以及由此代表磁體100和軸170的位置的電信號。在軸和磁體的旋轉或位置角度為90度時(圖5C)，通量線或矢量210的通量方向大致從磁通量傳感器121的右上角對角地指向左下角，即通量線或矢量相對于傳感器的每個側表面呈45度角。圖5C中的通量線210的角度方向和取向與圖5A中的通量線210的角度方向和取向正相反。本發(fā)明具有若干優(yōu)點。使用延伸穿過轉子80的中心鉆孔92，且將轉子80中的磁體100臨近軸170且偏心放置，這使得軸170的端部172能夠完整地穿過鉆孔92和轉子 80，這使得傳感器組件20可用在軸170的長度必須與該傳感器組件相適應的應用中。另外，將轉子80和磁體100安裝在與電子部件(霍爾效應傳感器)腔體42分開的外殼部分或腔體32中，這能夠實現(xiàn)更緊湊的設計，并使得腔體42中的電子部件被更好的絕緣、保護以及密封，使其與周圍環(huán)境相隔離。這使得傳感器組件20能夠應用于高溫、高濕度的要求更高的應用中。另外，使用MLX90316型集成電路霍爾效應傳感器可降低或消除對溫度補償電子器件的需要，這是因為MLX90318型器件測量正交軸上的磁場矢量的方向，并利用該信息計
算位置。進一步地，半圓形或月亮型的磁體提供了穿過其的均勻通量的場，無論磁體100 的角度或位置，磁體產生的場的方向總是大致垂直穿過磁體100的寬度和底部表面105定向和延伸，從而確保提供線性的均勻信號輸出。圖6至圖10描述了根據(jù)本發(fā)明的旋轉位置傳感器300的另一個實施例，如下文詳細描述的，包括外殼322、轉子380、磁體400以及印刷電路板傳感器組件420等元件。外殼322大致為半橢圓形，由塑料制成，并包括周邊外圓周垂直壁324，其包括一對相對且分離并大致平行的徑直部分32 和324b ；彎曲部分32 ，將兩個徑直部分32 和324b在其端部連接在一起；以及徑直部分3Md，與彎曲部分32 相對，并將兩徑直部分 324a和324b相對的端部連接在一起。外殼322還包括底部表面或底面326，其與壁3M — 起限定內部外殼腔體332。外殼壁3M還限定圓周周邊邊緣325 (圖8)。
圓形穿孔334(圖8和圖9)被限定在外殼322的底面326中，臨近并與外殼壁部分324d隔開。穿孔334被套環(huán)336環(huán)繞，該套環(huán)336從底面326向外突出至腔體332中。 一對互相分離的柱或止擋336、338從套環(huán)336和外殼壁324的邊緣的內部表面向外突出。 彎曲壁340從外殼322的底面326向外突出，臨近且與套環(huán)336隔開。一對徑直壁341和 343也從底面326向外突出。壁341在外殼壁部分324C內部和壁341之間延伸。壁343在壁340和套環(huán)336之間延伸。成角度安裝的凸緣或支架342從外殼322的壁部分324b的外部表面向外突出和延伸。成角度安裝的凸緣或支架344從外殼322的壁部分32 的外側表面向外突出和延伸。在示出的實施例中，支架344比支架342的長度長。支架342和344中的每一個限定接收圓形閉合插入物348的圓形穿孔或通孔346。緊固件(未示出)適于穿過各個穿孔346 和相關的插入物348的每個以將旋轉位置傳感器300安裝和固定到其他結構。中空連接器部分或外殼348從外殼322的壁部分32 的外側表面向外延伸和突出。多個連接器端子350(圖8和圖9)延伸穿過各個限定在外殼322的壁32 中的穿孔 327并進入外殼322的腔體332。轉子380(圖6至圖10)包括細長的、大致圓柱形的中心套環(huán)382，其限定一內部的大致圓柱形通孔或穿孔384。一大致半圓形或月亮形磁體外殼386以偏心、離軸或偏移的方式被耦合到套環(huán)382的外側表面的下部，并從該下部向外延伸。磁體外殼386包括水平上表面388以及與上表面388平行且分離的水平下表面 390，上表面388與下表面390 —起限定具有兩者間開放的內部腔體392 (圖8)的外殼386。 磁體外殼388，特別是其頂表面388和底表面390中的每一個，包括周邊細長的半圓形外側邊緣389，其與中心套環(huán)382相分離，并與中心套環(huán)382的曲線和形狀相一致。多個柱391 在上表面388的邊緣389和下表面390的邊緣389之間以相互分離且大致平行的關系延伸。磁體外殼386，更具體地其頂表面388和底表面390中的每一個，還限定一對完全相反的大致淚滴狀狹槽395和397，其將磁體外殼386限定并分隔成中心基底部分399和一對完全相反的周邊彎曲的細長指狀物或翼狀物部分401和403，其中中心基底部分399耦合至套環(huán)382并從套環(huán)382的外側表面向外延伸，指狀或翼狀部分401和403 —體地從基底399的相對側向外延伸，并部分地由各個上表面388和下表面390的外側邊緣389限定。 指狀物401、403中的每一個在套環(huán)382的方向上彎曲，由于通過各自的狹槽395和397與基底399相分離，而適于如下文所述根據(jù)溫度的改變而朝基底399彎曲或折曲，或彎曲或折曲遠離基底399。指狀物401和403終止在相應的垂直末端壁387a和387b (圖8)，垂直末端壁387a和387b與外殼頂表面388和底表面390 —起限定出每個指狀物401和403的端部的末端閉合空腔405。磁體400(圖8和圖9)大致為半圓形或月亮形，由與磁體100相同的材料制成， 包括相對的且相互分離并平行的頂表面402和底表面404 ；第一周邊彎曲側表面406，在頂表面402和底表面404之間大致垂直的延伸，并限定磁體的北極；第二周邊豎直側表面 408，與第一彎曲側表面406相對，并限定磁體的南極；以及第三和第四直接相對的豎直周邊側表面410和412在彎曲的側表面406和豎直側表面408的端部之間延伸。如圖9所示，磁體外殼386由被過壓成型在磁體400周圍的塑料材料制成，其中磁體外殼386的上表面388，尤其是磁體外殼386的基底399的頂表面鄰接磁體400的頂表面402 ；磁體外殼386的底表面390，尤其是外殼386的基底399的底表面鄰接磁體400的底表面404 ；磁體外殼386的柱391鄰接磁體400彎曲的周邊表面406的外側面；以及磁體 400的端部410和412延伸到相應的被限定在磁體外殼388的每個相應的柔性指狀物401 和403的末端的空腔405中，并被該空腔405包圍。根據(jù)本發(fā)明，磁體外殼388的形狀以及柔性結構和構造可避免構成磁體外殼388 的塑料材料在經歷溫度變化時破裂或損壞。特別地，應該理解的是磁性材料隨溫度變化而發(fā)生的尺寸改變一般較小，而用于過壓成型的塑料的尺寸一般會隨溫度而發(fā)生較大變化。 因此，如果磁體400在整個覆蓋的塑料材料被過壓成型且被暴露于汽車應用所需的極限溫度或溫度循環(huán)的情況下，尺寸改變的不同，即磁體400較小的改變和塑料材料較大的改變會導致塑料材料的破裂或破損，因此會導致過壓成型在其中的磁體400的移動或移位。因為磁體400的位置被用于感測和測量軸170的位置，磁體400的移動或移位必定是不希望的。磁體外殼386的彎曲形狀與其中的由基底399和被相應的狹槽395、397分隔的指狀物401和403形成的組合一起構成磁體外殼386，其中指狀物401和403根據(jù)溫度的改變以及其導致的磁體400和外殼386尺寸的改變，能夠使得基底399獨立地折曲或彎曲，以最小化磁體外殼386的表面388和390的應力，這能夠消除磁體外殼386破裂和損壞的風險， 從而避免過壓成型在磁體外殼386中的磁體400的移動或移位。印刷電路板組件420 (圖8和圖10)包括印刷電路板422，該印刷電路板422具有大致矩形的端子或基底部分424以及與基底部分4M —體的頂側傳感器部分426。端子部分似4限定多個互相分離的共線的鍍金屬端子插座或通孔428，傳感器部分似6包括固定并安裝到其頂表面的傳感器430。狹縫432被分別限定在電路板422中、端子和傳感器部分 424和似6之間的。盡管未詳細示出或描述，但是應該理解的是，印刷電路板組件420位于外殼322的腔體332中，緊靠外殼322的底面326的外表面并鄰接套環(huán)336，其中印刷電路板422的端子部分424的端部被楔入外殼壁340和341之間，印刷電路板422的傳感器部分似6被楔入在外殼壁340和套環(huán)336之間。各個端子350的端部由限定在電路板422中的相應的端子插座4 所接收。如圖8和圖10所示，轉子380位于外殼322的腔體332中，其中轉子380的套環(huán) 382的底部位于限定在腔體332中的套環(huán)336的邊緣頂部，限定在外殼322中的套環(huán)336中的鉆孔384與限定在轉子380套環(huán)382中的鉆孔334對準。轉子380上的磁體外殼386的下表面390鄰接外殼腔體332中的壁340的頂部邊緣部分，平行于且與外殼322的表面332隔開，與電路板組件420的傳感器部分422隔開且重疊，特別是，與安裝到電路板組件420頂部上的傳感器430重疊且與傳感器430隔開。磁體外殼386的每個指狀物401和403的端部處的端部鄰接表面或壁387a、387b 適于接觸并緊靠著外殼腔體332中的止擋336、338，以將轉子380在外殼腔體332中的旋轉限制在總共90度以內，特別是限制轉子380的磁體外殼386的旋轉。蓋板450 (圖6、圖8和圖10)位于外殼322的壁324的邊緣325上，以覆蓋并封閉腔體332以及特別是覆蓋罩在腔體332中的電路板組件420和轉子380。板450的輪廓大致為半橢圓形，并與外殼322的半橢圓形狀大致一致。板450限定一大致圓形的穿孔452，并包括大致圓形的垂直內部壁454，其圍繞并與穿孔452隔開并在板450中圍繞穿孔452限定凹陷456。板450被耦合到外殼322，其中轉子380的套環(huán)382的頂部延伸穿過板450的穿孔 452并進入凹陷456。密封環(huán)458位于凹陷458中、轉子380套環(huán)382和蓋板450的壁妨4 之間，以提供板450和轉子380之間的密封。盡管此處未詳細示出或描述，但是應該理解的是，與之前示出并描述的關于旋轉位置傳感器20的軸170相類似的軸適于延伸到傳感器組件300中，特別是延伸穿過外殼 322的底面326中的穿孔334，并穿過轉子380的套環(huán)382的中的鉆孔384。另外，盡管也未詳細描述，但是也應該理解的是傳感器組件300的操作方式與傳感器20基本相同，并提供與上述傳感器組件20相同的優(yōu)點，因此關于傳感器組件300，對傳感器組件20的操作和優(yōu)點的描述通過引用被結合于此。特別地，當軸170旋轉時，轉子380和磁體400也相對于固定的傳感器430旋轉， 其中固定的傳感器430與磁體400隔開并重疊在磁體400上。通過傳感器430感測由磁體 400產生的磁場，且更具體地，至少感測磁體400的磁場的方向。更特別地，如上關于傳感器組件20的所述，應該理解的是磁場的大小/強度和極性/方向可根據(jù)磁體參數(shù)(通量線) 被測量的位置和區(qū)域而改變。傳感器430產生響應于磁體400的位置而變化的電輸出信號。因為磁體400產生的磁場(即大小和極性/方向)隨軸170和轉子480的旋轉而改變，傳感器430產生的電輸出信號也因此發(fā)生改變，從而能夠確定或探測軸170的位置。傳感器430在磁體400旋轉時感測改變的磁場(即改變的大小和極性/方向)。圖IlA至IlC描述了位于磁體400上方的水平平面內磁場/通量線450的位置和取向，該磁場/通量線450在三個不同的軸和磁體的旋轉角或位置穿過磁通量傳感器430， 即0度(圖11A)、45度(圖11B)和90度(圖11C)。更具體地，磁體400產生的通量線450指向磁體100頂部彎曲的北極表面406并以大致上垂直于磁體表面408的方向和方位，從磁體100頂部彎曲的北極表面406和磁體 400的相對的底部豎直南極表面408在寬度方向上大致徑直穿過該寬度流出，。在軸和磁體的旋轉或位置角度為0度時(圖11A)，通量線或矢量450的通量方向大致從磁通量傳感器430的左上角對角地指向右下角，即通量線或矢量相對于傳感器的每個側面呈45度角。傳感器430感測磁場210的該方向，并產生代表該方向、以及由此代表磁體400和軸170的位置的電信號。在軸和磁體的旋轉或位置角度為45度時(圖11B)，通量線或矢量450的通量方向大致從磁通量傳感器430的頂部徑直地指向底部，即通量線或矢量的取向平行于傳感器的兩個側表面并垂直于傳感器的另兩個側表面。傳感器430感測磁場210的該方向，并產生代表該方向、以及由此代表磁體400和軸170的位置的電信號。在軸和磁體的旋轉或位置角度為90度時(圖11C)，通量線或矢量450的通量方向大致從磁通量傳感器430的右上角對角地指向左下角，即通量線或矢量相對于傳感器的每個側表面呈45度角。圖IlC中的通量線450的角度方向和取向與圖IlA中的通量線450 的角度方向和取向正相反。盡管已參照兩個實施例對本發(fā)明進行了教導，但本領域技術人員將認識到，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可對形式和細節(jié)作出多種改變。應當認為所描述的實施例在各個方面僅是說明性的，而不是限定性的。因此，本發(fā)明的范圍被所附的權利要求而不是上述的描述指示。在權利要求的等同內容的含義和范圍內的所有改變被包含在權利要求的范圍內。
權利要求
1.用于感測耦合到軸上的可移動物體的位置的傳感器組件，該傳感器組件包括磁體，以偏心的關系耦合到可移動物體的軸，該軸和該磁體適于旋轉，且該磁體適于產生具有垂直于磁體表面中的至少一個表面的方向的磁通量場；以及傳感器，被保持在外殼中，靠近該磁體，該磁體和傳感器可相對于彼此移動，且該傳感器適于感測該通量場的方向，并產生指示該通量場方向、軸的位置以及耦合到該軸的可移動物體的位置的電信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的傳感器組件，還包括外殼，外殼中的轉子，限定適于接收可移動物體的軸的鉆孔，所述磁體位于轉子中的空腔中。
3.根據(jù)權利要求2所述的傳感器組件，其中外殼限定由內部壁隔開的第一和第二腔體，轉子和傳感器以至少部分重疊且隔開的方式分別位于該第一和第二腔體中。
4.根據(jù)權利要求2所述的傳感器組件，其中轉子和磁體以至少部分重疊且隔開的方式被保持在外殼中。
5.用于感測可移動物體的位置的傳感器組件，包括外殼，限定第一和第二腔體；壁，隔開第一和第二腔體；第一腔體中的轉子，該轉子限定鉆孔和從該鉆孔偏離的空腔，該轉子適于與該可移動物體相耦合；轉子中的空腔中的磁體，該磁體適于產生磁場；以及第二腔體中的傳感器，該傳感器和轉子可相對于彼此移動，且該傳感器適于感測該磁場，并產生指示磁體的位置和可移動物體的位置的電信號。
6.根據(jù)權利要求5所述的傳感器組件，其中軸延伸到外殼中以及轉子的鉆孔中。
7.根據(jù)權利要求5所述的傳感器組件，其中第一和第二板分別覆蓋第一和第二腔體。
8.根據(jù)權利要求5所述的傳感器組件，其中第一和第二腔體至少部分地相互重疊，且可從外殼的相對側接近該第一和第二腔體。
9.根據(jù)權利要求5所述的傳感器組件，其中由磁體產生的磁場的通量方向垂直于磁體表面中的至少一個表面。
10.根據(jù)權利要求9所述的傳感器組件，其中磁體包括至少第一彎曲表面和至少第二豎直表面，通量方向垂直于該第二豎直表面。
11.根據(jù)權利要求10所述的傳感器組件，其中磁體大致為半圓形。
12.用于感測可移動物體的位置的傳感器組件，包括外殼，限定內部腔體，并包括限定穿孔的壁；該腔體中的傳感器；該腔體中的轉子，該轉子包括套環(huán)和空腔，該套環(huán)與外殼的壁中的穿孔對準，該空腔至少部分地與該傳感器重疊；轉子的空腔中的磁體，該磁體產生磁場；以及磁體和傳感器可相對于彼此移動，且該傳感器適于感測該磁場，并響應于由傳感器感測的磁場而產生電信號。
13.根據(jù)權利要求12所述的傳感器組件，還包括固定到外殼且覆蓋該腔體的板，該板限定對準于轉子的套環(huán)的穿孔。
14.根據(jù)權利要求12所述的傳感器組件，其中外殼限定一內部套環(huán)，且轉子上的套環(huán)緊鄰外殼中的套環(huán)并相對于外殼中的套環(huán)旋轉。
15.根據(jù)權利要求12所述的傳感器組件，其中轉子包括至少部分地圍繞該套環(huán)且為磁體限定空腔的外殼，該外殼限定至少一個狹槽，該狹槽將該外殼分成第一部分和第二部分， 該第二部分適于獨立于第一部分而在溫度改變時彎曲。
全文摘要
用于感測可移動物體的傳感器組件(20，300)，在一個實施例中，該傳感器組件(20，300)包括限定內部腔體的外殼(322)。轉子(380)被保持在該腔體中。該轉子限定一中心鉆孔(384)，并且磁體(400)被安裝到由轉子限定的偏心空腔(405)中。該轉子耦合到需測量其位置的可移動物體的軸(170)。傳感器(430)還以與磁體(400)至少部分重疊的關系被保持在該腔體中，并適于至少感測由磁體產生的磁場的方向以產生指示可移動物體的位置的電信號。在另一實施例中，轉子(80)和傳感器(121)安裝到由內部外殼壁(54)隔開的、分開的外殼內部腔體(32，42)中。
文檔編號G01D5/14GK102326053SQ201080008126
公開日2012年1月18日 申請日期2010年2月16日 優(yōu)先權日2009年2月17日
發(fā)明者K·庫克, K·沃爾施萊格, R·紐曼 申請人:Cts公司