405向它的移動范圍的第二端移動時(shí)(參見圖12B)，磁性耦合從第一采集器410轉(zhuǎn)變到第二采集器415。圖13示出了磁傳感器420和425的基于通用采集器405的位置的可能的輸出的比率的曲線圖。
[0034]圖14A和14B示出了本發(fā)明的另一實(shí)施例-位置測量系統(tǒng)500。系統(tǒng)500包括通用采集器505、第一采集器510、第二采集器515、磁角度傳感器520、磁鐵530和磁路元件535。如圖示出的，第一采集器510、第二采集器515、磁鐵530、傳感器520和磁路元件535彼此相對放置。通用采集器505包括下降元件550，下降元件550和通用采集器405 —樣是成角度設(shè)置的。當(dāng)通用采集器505移動通過它的運(yùn)動范圍時(shí)，如上面先前的實(shí)施例中討論的，磁角度傳感器520檢測到的通量角度改變。
[0035]通用采集器405/505可以是沖壓的一片材料，并且具有相對高的磁導(dǎo)率和相對低的磁滯。
[0036]在上述構(gòu)造中，磁鐵可以是永久磁鐵(例如，鐵氧體、鋁鎳鈷合金、釤鈷、釹鐵硼或其它類型的磁鐵)。盡管在多數(shù)應(yīng)用中，由于較低的系統(tǒng)成本，將選擇永久磁鐵，但是磁鐵也可以是有源磁場發(fā)生器，例如，電磁鐵。
[0037]還是在上述構(gòu)造中，磁鐵具有簡單的形狀。然而，可以使用其它形狀的磁鐵來改善性能或滿足包裝約束。作為示例，為了更好的將通量線引導(dǎo)到采集器，磁鐵可以呈“U”形。此外，磁鐵可以采用能夠減少對正交于系統(tǒng)設(shè)法測量的運(yùn)動的方向上的運(yùn)動的影響的形狀。例如，磁極可以比采集器更寬或更窄，從而運(yùn)動“上”或“下”將對磁極和相關(guān)采集器之間的耦合產(chǎn)生更小的影響。此外，本說明書中的磁鐵可以包括作為磁鐵組件的部分的多個(gè)極片。
[0038]由于可重復(fù)的傳感器性能，使不移動的構(gòu)件和他們的相關(guān)聯(lián)磁路關(guān)于彼此大致保持固定是重要的。因此，使用機(jī)械約束將采集器保持在適當(dāng)?shù)奈恢?。例如，可以使用超模壓塑料支撐或灌封將部件保持在適當(dāng)?shù)奈恢谩?br>[0039]使傳感器關(guān)于磁路元件和磁通集中器(concentrator)保持在適當(dāng)?shù)奈恢蒙弦彩侵匾?，磁通集中器引?dǎo)通量到(多個(gè))傳感器。
[0040]在使用磁敏元件的構(gòu)造中，優(yōu)選地傳感器本身是霍爾效應(yīng)傳感器或其它可測量通量密度的磁傳感器。在使用磁角度傳感器的構(gòu)造中，傳感器可以是磁阻傳感器(例如，AMR、GMR和TMR)或基于霍爾角度傳感器。通常，在單個(gè)設(shè)備中使用了多個(gè)霍爾傳感器來集中地測量磁通的角度。也可以使用可以測量通量角度的其它技術(shù)。在上述實(shí)施例中可使用商用傳感器(例如，來自 Allegro、Micronas、Infineon、NXP 等)。
[0041]上面將采集器和磁路元件描述成簡單的形狀，但是他們可以是復(fù)雜的3維形狀。例如，采集器可以是相對平坦的，并且具有耳片，耳片垂直于采集器從一邊(頂邊、底邊或側(cè)邊)凸出，并且最終延伸到傳感器區(qū)域。延伸到(多個(gè))傳感器的磁路元件可以是任何形狀的并且可以連接到采集器的任何地方。有效地，磁路元件是相應(yīng)的磁采集器的一部分。在另一構(gòu)造中，傳感器可以緊鄰采集器放置，從而沒有來自采集器的可辨認(rèn)的磁路元件。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到這沒有改變本發(fā)明中的概念。
[0042]通量采集器和磁路元件被設(shè)計(jì)成和本申請中期望的通量密度相匹配。設(shè)計(jì)考慮采集器或磁路元件可能飽和的通量水平。飽和導(dǎo)致磁路磁阻改變并且因此將導(dǎo)致針對磁鐵位置的測量從期望的測量值發(fā)生改變。
[0043]同樣地，也可以修改磁鐵的定向(采集器和磁鐵之間的距離)和磁鐵關(guān)于采集器的相對定向。
[0044]當(dāng)磁鐵不直線移動時(shí)，也可以創(chuàng)建遵循磁鐵路徑的采集器。例如，如果磁鐵沿著曲線移動，那么采集器可以設(shè)置成沿著曲線的內(nèi)側(cè)或外側(cè)安裝，只要磁鐵和采集器之間的距離大致為常量，輸出信號(比率或角度)將隨著磁鐵位置連續(xù)改變。
[0045]在隨附權(quán)利要求書中陳述了本發(fā)明的各個(gè)特征和優(yōu)點(diǎn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于磁性的位置傳感器，包括: 磁鐵，所述磁鐵具有至少兩個(gè)極，所述磁鐵沿著路徑移動； 第一采集器，所述第一采集器具有第一端和第二端，所述第一采集器被配置成采集磁通量，所述第一采集器放置成關(guān)于平行于所述路徑延伸的軸線呈一角度； 第二采集器，所述第二采集器被配置成采集磁通量，所述第二采集器大體上平行于所述第一采集器有角度地放置；以及 磁敏元件，所述磁敏元件耦接到所述第一采集器和所述第二采集器； 其中，由所述第一采集器和所述第二采集器采集的磁通量隨著所述磁鐵沿著所述路徑移動而變化，從而由所述第一采集器和所述第二采集器采集的磁通量指示所述磁鐵沿著所述路徑的位置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述磁鐵具有第一中間極和在所述磁鐵的每端上的相對極。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，當(dāng)所述磁鐵靠近所述第一采集器的第一端放置時(shí)，所述第一采集器靠近所述中間極放置，所述第二采集器靠近所述相對極中的一個(gè)放置，從而當(dāng)所述磁鐵靠近所述第一采集器的第二端放置時(shí)，所述第二采集器靠近所述中間極放置，所述第一采集器靠近另一相對極放置。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述磁敏元件是霍爾效應(yīng)傳感器。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述磁敏元件是磁角度傳感器。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，還包括第三采集器和第四采集器，所述第三采集器和所述第四采集器平行于所述第一采集器和所述第二采集器放置，并且所述第三采集器和所述第四采集器放置在所述第一采集器和所述第二采集器之間。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述第一采集器、所述第二采集器、所述第三采集器和所述第四采集器全部在同一平面上。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，所述第一采集器、所述第二采集器、所述第三采集器和所述第四采集器全部耦接至所述磁敏元件。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述磁鐵具有兩個(gè)極。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，隨著所述磁鐵沿著所述路徑移動，由所述第一采集器、所述第二采集器、所述第三采集器和所述第四采集器在所述磁角度傳感器處采集的通量的通量角度轉(zhuǎn)動。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述路徑是彎曲的，所述第一采集器和所述第二采集器被彎曲以和所述路徑相匹配。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，由所述磁敏元件檢測到的所述磁通量指示所述磁鐵的位置。13.—種磁性位置傳感器，包括: 磁鐵； 至少一個(gè)磁敏元件，所述磁敏元件磁性地親接至所述磁鐵的第一極； 第一采集器，所述第一采集器耦接至所述至少一個(gè)磁敏元件中的一個(gè)，并且所述第一采集器固定在適當(dāng)?shù)奈恢茫? 第二采集器，所述第二采集器耦接至所述至少一個(gè)磁敏元件中的一個(gè)，并且所述第二采集器固定在適當(dāng)?shù)奈恢?；以? 通用采集器，所述通用采集器被配置成沿著路徑移動，并且所述通用采集器具有磁性地耦接至所述磁鐵的第二極的第一端以及有角度的第二端，從而當(dāng)所述通用采集器放置在所述路徑的第一端時(shí)，所述通用采集器的第二端僅放置在所述第一采集器的上方，并且當(dāng)所述通用采集器放置在所述路徑的第二端時(shí)，所述通用采集器僅放置在所述第二采集器的上方，所述路徑的第二端和所述路徑的第一端相對， 其中，由所述第一采集器和所述第二采集器采集的磁通量隨著所述通用采集器沿著所述路徑移動而變化，從而由所述第一采集器和所述第二采集器采集的磁通量指示所述通用采集器沿著所述路徑的位置。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)磁敏元件是霍爾效應(yīng)傳感器，所述第一采集器耦接至第一霍爾效應(yīng)傳感器，并且所述第二采集器耦接至第二霍爾效應(yīng)傳感器。15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)磁敏元件是磁角度傳感器，其中所述第一采集器和所述第二采集器都耦接至所述磁角度傳感器。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，在所述通用采集器沿著所述路徑移動的同時(shí)，由所述第一采集器和所述第二采集器采集的通量的通量角度轉(zhuǎn)動。17.一種基于磁性的位置傳感器，包括: 磁鐵組件，所述磁鐵組件沿著路徑移動； 至少兩個(gè)具有邊界線的磁采集器，在所述磁鐵組件沿著所述路徑移動的同時(shí)，所述邊界線至少部分地由所述磁鐵組件穿過； 磁傳感器，所述磁傳感器耦接至所述至少兩個(gè)磁采集器； 其中，在所述磁鐵組件沿著它的路徑移動的同時(shí)，所述磁傳感器生成與所述磁鐵組件的位置相關(guān)的信號。18.根據(jù)所述權(quán)利要求18所述的傳感器，其中，所述磁傳感器測量在所述磁采集器之間的位置處的通量密度。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的傳感器，其中，所述磁傳感器測量在所述磁采集器之間的位置處的通量角度。20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的傳感器，其中，所述采集器的平面和所述磁鐵組件的路徑平行。21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的傳感器，其中，所述磁鐵組件包括北極和南極，從而一些磁通量將通過所述采集器在極之間移動。22.一種基于磁性的位置傳感器，包括: 通用采集器，所述通用采集器沿著路徑移動，所述通用采集器具有和所述路徑不平行的磁性特征； 至少兩個(gè)磁采集器，所述至少兩個(gè)磁采集器耦接至所述磁性特征； 磁通量源； 磁路，使得所述磁通量源的一極耦接至所述通用采集器的磁性特征，所述磁通量源的另一極耦接至所述至少兩個(gè)磁采集器； 至少一個(gè)磁傳感器； 其中，在所述通用采集器沿著它的路徑移動的同時(shí)，所述磁傳感器生成與所述通用采集器的位置相關(guān)的信號。23.根據(jù)權(quán)利要求23所述的傳感器，其中，所述至少一個(gè)磁傳感器測量靠近所述磁采集器的位置處的通量密度。24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的傳感器，其中，所述磁通量源是永久磁鐵。25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的傳感器，其中，所述至少一個(gè)磁傳感器測量靠近所述磁采集器的位置處的通量角度。26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的傳感器，其中，所述通用采集器上的磁性特征是表面，和所述通用采集器的其它部分相比，所述表面離所述至少兩個(gè)磁采集器更近。
【專利摘要】一種傳感器，包括磁鐵、第一采集器、第二采集器和磁敏元件。磁鐵沿著路徑移動。所述第一采集器配置成采集磁通量，并且所述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呈角度。第二采集器配置成采集磁通量，并且放置成關(guān)于平行于路徑并且垂直于磁鐵延伸的軸線呈角度，并且平行于第一采集器。磁敏元件耦接至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磁鐵沿著路徑的位置。
【IPC分類】G01B7/14
【公開號】CN105051483
【申請?zhí)枴緾N201480016034
【發(fā)明人】J·G·斯坦利
【申請人】伯恩斯公司
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2014年3月10日
【公告號】US20140266157, WO2014150281A1