使用有角度的采集器的位置測量的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及使用磁傳感器的位置測量。尤其，本發(fā)明的實施例涉及可重復的位置測量，其通過檢測磁鐵相對于多個有角度的通量采集器的位置實現(xiàn)。
【背景技術(shù)】
[0002]存在很多已知類型的位置傳感器，包括許多磁性位置傳感器。典型的磁傳感器中，磁鐵被連接或另外地被耦接到移動的元件。當元件移動時，磁鐵隨之移動。一般而言，由于磁鐵移動引起的磁場變化可以和位置相關(guān)聯(lián)。相對于其它技術(shù)，磁感應有很多優(yōu)點，包括當使用市場上可得到的感應集成電路(IC)(例如，基于霍爾的傳感器和磁阻傳感器)時，不受“污濁”環(huán)境的影響，并且相對簡單。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]當前磁傳感器的一個挑戰(zhàn)或缺點在于，當使用其最大線性尺寸是測量范圍的一小部分的磁鐵(例如，當使用只有6mm長的圓柱體磁鐵在50mm范圍內(nèi)進行可重復的測量)時，它們不能測量長范圍。
[0004]在一個實施例中，本發(fā)明提供了基于磁性的位置傳感器。傳感器包括磁鐵、第一采集器、第二采集器和磁敏元件。磁鐵至少具有兩個極，并且沿著路徑移動。第一采集器具有第一端和第二端，并且被配置成采集磁通量。此外，第一采集器放置成關(guān)于平行于路徑并且垂直于磁鐵延伸的軸線成角度。第二采集器被配置成采集磁通量，并且被放置成關(guān)于平行于路徑并且垂直于磁鐵延伸的軸線成角度，并且平行于第一采集器。磁敏元件耦接到第一采集器和第二采集器。第一采集器和第二采集器采集磁通量，并且采集的磁通量隨著磁鐵沿著路徑移動而變化，從而由第一采集器和第二采集器采集的磁通量指示了磁鐵沿著路徑的位置。
[0005]在另一實施例中，本發(fā)明提供了基于磁性的位置傳感器，包括磁鐵、至少一個磁敏元件、第一采集器、第二采集器和通用采集器。至少一個磁敏元件磁性耦接到磁鐵的第一極。第一采集器耦接到至少一個磁敏元件中的一個，并且固定在恰當?shù)奈恢蒙?。第二采集器耦接到至少一個磁敏元件中的一個，并且固定在恰當?shù)奈恢蒙稀Ｍㄓ貌杉鞅慌渲贸裳刂窂揭苿?，并且具有磁性耦接至磁鐵的第二極的第一端，以及第二端，第二端有角度以使當通用采集器放置在路徑的第一端時，通用采集器的第二端只放置在第一采集器的上方，并且當通用采集器放置在路徑的第二端(和路徑的第一端相對)時，通用采集器只放置在第二采集器的上方。
[0006]通過考慮詳細的描述和附圖，本發(fā)明的其它方面將變得更清楚。
【附圖說明】
[0007]圖1是具有呈角度的采集器的位置測量系統(tǒng)的示意圖；
[0008]圖2是圖1的位置測量系統(tǒng)的示意圖，其示出了磁鐵的移動；
[0009]圖3是圖1的位置測量系統(tǒng)的示意圖，其示出了磁鐵的移動；
[0010]圖4是圖1的位置測量系統(tǒng)的示意圖，其示出了磁鐵的移動；
[0011]圖5是圖1的位置測量系統(tǒng)的輸出的曲線圖；
[0012]圖6是可替代的位置測量系統(tǒng)的示意圖；
[0013]圖7A是圖6的位置測量系統(tǒng)的示意圖，其示出了磁鐵的移動；
[0014]圖7B是圖7A中示出的位置測量系統(tǒng)的示意性的側(cè)視圖；
[0015]圖8A是圖6的位置測量系統(tǒng)的示意圖，其示出了磁鐵的移動；
[0016]圖8B是圖8A中示出的位置測量系統(tǒng)的示意性的側(cè)視圖；
[0017]圖9A是圖6的位置測量系統(tǒng)的示意圖，其示出了磁鐵的移動；
[0018]圖9B是圖9A中示出的位置測量系統(tǒng)的示意性的側(cè)視圖；
[0019]圖10是圖1的位置測量系統(tǒng)的輸出曲線圖；
[0020]圖1lA是另一位置測量系統(tǒng)的示意圖；
[0021]圖1lB是圖1lA的位置測量系統(tǒng)的俯視圖；
[0022]圖12A和圖12B示出了圖1lA和圖1lB的位置測量系統(tǒng)的通用采集器的移動；
[0023]圖13是圖11A、11B、12A和12B的位置測量系統(tǒng)的輸出的比率的曲線圖；
[0024]圖14A是圖1lA的位置測量系統(tǒng)的替代實施例的示意圖；
[0025]圖14B是圖14A的位置測量系統(tǒng)的俯視圖。
【具體實施方式】
[0026]在詳細講解本發(fā)明的任何實施例之前，將理解的是，本發(fā)明在其應用時不限制于以下描述中陳述的或以下附圖中示出的構(gòu)件的結(jié)構(gòu)和布置的細節(jié)。本發(fā)明能涵蓋其它實施例，并且可以采用不同方式實踐或?qū)嵤?。此外，沒有一個元件或特征應該僅僅被認為是不可缺少的或必要的，因為它被描述成這里講解或陳述的特定實施例或示例的部分。
[0027]圖1采用位置測量系統(tǒng)100的形式示出了本發(fā)明的實施例。系統(tǒng)100包括磁敏元件(例如，霍爾效應傳感器)105、頂部采集器110、底部采集器115和磁鐵120。箭頭122指示磁鐵120的移動路徑。箭頭122還表示關(guān)于磁鐵120的軸線。頂部采集器110和底部采集器115彼此平行地，并且關(guān)于軸線122呈角度地放置。雖然圖示出了采集器110和115精確地彼此平行，但是他們不是必須要精確地平行。因此，說明書和權(quán)利要求書中的術(shù)語“平行”的使用旨在描述一般關(guān)系而不是意指采集器110和115精確地彼此平行。此外，雖然圖中將移動路徑和軸線122顯示成垂直于磁鐵130，但是對于移動路徑和軸線122來說不是必須要和磁鐵130垂直(例如，可以使磁鐵130傾斜)。圖中描繪的采集器110和115之間的區(qū)域(即，間隙)表示采集器110和115之間的邊界線，當磁鐵130沿著路徑移動時，磁鐵130的極經(jīng)過邊界線?？梢韵氲?，當從磁鐵130看時，采集器110和115被放置在偏移的平面中，并且實際上重疊。在這種情況下，邊界線將難以區(qū)分，但是邊界線將仍然存在，以使磁鐵130的極穿過。
[0028]采集器110和115放置成使得磁鐵的通量的主要部分流過磁路元件125和126，以及磁敏元件105。采集器110和115以及磁路元件125和126由磁導率相對高的材料制成。在示出的實施例中，磁鐵120是永久磁鐵，磁鐵120在它的中間處具有北極，在上端130和下端135處具有南極。磁鐵120沿著這樣的路徑移動:該路徑垂直于磁鐵120的長度，平行于采集器I1和115的平面，并且和采集器110和115的平面相距一固定距離。箭頭140指示磁鐵120的移動方向。如圖2所示，當磁鐵120大致在它的移動范圍的中間時，在磁敏元件105處存在很少或不存在通量。當磁鐵在第一方向上從中間移動時，北極移動越過頂部采集器110，并且下部南極135移動越過底部采集器115 (見圖3)。當磁鐵120在這個方向上移動時，通量從頂部采集器110流向底部采集器115，這期間通量的量不斷增加并且磁敏元件105的輸出變得更正向。相反地，當磁鐵在第二放向上從中間移動時，北極移動越過底部采集器115并且上部南極135移動越過頂部采集器110 (參見圖4)。當磁鐵120在這個方向上移動時，通量從底部采集器115流向頂部采集器110，在這期間通量的量不斷增加并且磁敏元件105的輸出變得更負向。圖5示出了磁敏元件105的基于磁鐵120位置的可能的輸出曲線圖。
[0029]圖6采用位置測量系統(tǒng)200的形式示出了本發(fā)明的另一實施例。系統(tǒng)200包括磁角度傳感器205、頂部采集器210、中上部采集器215、中下部采集器220、底部采集器225和磁鐵230。采集器210、215、220和225放置成彼此平行并且關(guān)于磁鐵230有角度。再次，采集器210、215、220和225以及磁路元件235由磁導率相對高的材料制成。在示出的實施例中，磁鐵230是永久磁鐵，其具有單個極對-北極240和南極245。磁鐵230可以是包括多個磁鐵和/或極片的磁鐵組件。
[0030]磁鐵230這樣移動:垂直于磁鐵230的長度，平行于采集器210、215、220和225的平面，并且與采集器210、215、220和225的平面相距一固定距離。箭頭250指示磁鐵230的移動方向。如圖7A所示，當磁鐵230在其移動范圍的第一端260處，磁角度傳感器205檢測到第一通量角度265 (例如，270° )。當磁鐵230大致在其移動范圍的中間270時，磁角度傳感器205檢測到第二通量角度275 (例如225°或和第一通量角度265相距45°左右)(參見圖8)。當磁鐵230在其移動范圍的第二端280時，磁角度傳感器205檢測到第三通量角度285 (例如180°或和第一通量角度265相距90° )(參見圖9A)。
[0031]圖7B、8B和9B分別示出了 U型磁鐵205在第一端260、中間270和第二端280處相對于采集器210、215、220和225的位置。當磁鐵230放置在第一端260時(例如，圖7A和7B)，磁通量從中上部采集器215移動到底部采集器225。當磁鐵230從第一端260移動到中間270時，磁通量移動越過多個路徑(例如，從頂部采集器210和中上部采集器215到中下部采集器220和底部采集器225)。當磁鐵230放置在第二端280時(例如，圖9A和9B)，磁通量從頂部采集器210移動到中下部采集器220。通量角度隨著磁鐵230的移動路線相對線性地變化。圖10示出了磁角度傳感器205的基于磁鐵230的位置的可能的輸出曲線圖。
[0032]當磁鐵230改變位置時，傳感器205處的通量角度發(fā)生單調(diào)變化。如果磁鐵230和采集器210、215、220和225之間的間隙改變，測量到的角度不顯著改變。傳感器205處的通量密度的大小可以改變，但是沿著每個磁路路徑的通量比率大致保持相同。通常認為相對于位置測量系統(tǒng)100，測量系統(tǒng)200中的角度單調(diào)變化提供了磁鐵位置的更精確測定。
[0033]圖1lA和IlB不出了本發(fā)明的又一可替代實施例-位置測量系統(tǒng)400。系統(tǒng)400包括通用采集器405、第一采集器410、第二采集器415、第一磁傳感器420(耦接至第一采集器410)、第二磁傳感器425 (耦接至第二采集器415)、磁鐵430、以及磁路元件435。如圖所示，第一采集器410和第二采集器415、磁鐵430、傳感器420和425、以及磁路元件435彼此相對放置。為了增加檢測到的磁通量，傳感器420和425分別定位在采集器410和415的附近(即，鄰近采集器410和415)。通用采集器405包括下降元件440，下降元件440成角度放置(即，磁性特征)從而下降元件440的第一端450和第一采集器410共享軸線455，并且下降元件440的第二端460和第二采集器415共享軸線465。通用采集器405在由箭頭470示出的方向上移動。當通用采集器405在其移動范圍的第一端時(參見圖12A)，與第一采集器410的磁性耦合發(fā)生。當通用采集器