專利名稱：磁性位置傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測定物體位置的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
已經(jīng)知道磁阻傳感器可用于測量磁場，最常用到的用途是用作車輛制動系統(tǒng)的防鎖死系統(tǒng)的速度傳感器和角度傳感器。但是，磁阻傳感器，尤其是AMR傳感器，目前罕見用于測量基本為線性的運動，而這是汽車技術(shù)的新應(yīng)用領(lǐng)域非常希望的。
帶有至少兩個非接觸傳感器單元的位置傳感器用于測量可相對傳感器單元移動的元件，這種傳感器在德國專利DE 195,30 386 A1公開。傳感器單元的傳感信號產(chǎn)生了測量信號，從相對時鐘信號的測量信號的相位，可確定相對傳感器單元移動的元件的位置。該位置可是角度位置或線性位置。
帶有至少兩個非接觸傳感器單元的角度傳感器，其中傳感器單元設(shè)置成互相偏置一定角度，可從歐洲專利EP 0 671 605 A2了解。傳感器單元的傳感器電壓是相對轉(zhuǎn)動元件測出的角度的均勻正弦函數(shù)(傳感器特性)，但具有角度偏差。這種角度傳感器設(shè)置在芯片上，包括位于芯片上的兩個傳感器單元，帶有互相交錯的橋接件，一個傳感器單元的橋接件經(jīng)過繞共同中點的45度的空間移動是下一個傳感器元件的橋接件。構(gòu)成測量角度的度量的角度傳感器電壓可在180度的角度范圍內(nèi)通過連接到橋接件的評估電路明確地產(chǎn)生。
與其他的傳感器比較，這種類型的AMR角度傳感器，通過偏置45度的兩個全橋和算法檢測相鄰磁場的角度，其優(yōu)點是在很寬的溫度范圍內(nèi)具有很高的絕對精度。因此希望這種類型的傳感器可檢測基本上是線性運動的元件的位置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)，能夠在至少基本線性運動的情況下通過角度傳感器確定物體的位置。
本發(fā)明實現(xiàn)了這個目的，本發(fā)明提出了一種結(jié)構(gòu)，能夠在至少基本線性運動坐標(biāo)上測定物體的位置。沿坐標(biāo)設(shè)置了二個磁性構(gòu)件，其上分別具有至少一對磁北極和南極，在所述磁性構(gòu)件之間設(shè)置了磁阻角度傳感器，用于測量所述磁性構(gòu)件覆蓋的合成磁場的方向，合成磁場在測量平面上相對位于所述測量平面的空間基準(zhǔn)方向在所述磁性構(gòu)件之間延伸，其中所述運動坐標(biāo)至少基本以直角相對所述磁阻角度傳感器的測量平面，所述兩個磁性構(gòu)件的磁軸基本平行于測量平面延伸，這些磁軸在測量平面上的投影互相偏置預(yù)定角度，至少第一磁性構(gòu)件連接到物體，設(shè)置成可與物體一起相對磁阻角度傳感器沿運動坐標(biāo)移動。在南極和北極之間的磁場線的方向因此代表磁性構(gòu)件的磁軸。
在根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，利用磁場結(jié)構(gòu)件，通過磁軸互相偏置，合成磁場沿運動坐標(biāo)覆蓋磁性構(gòu)件之間延伸的子空間，其磁場線基本上是螺旋形的。該合成磁場包括在測量平面上的場分量。在測量平面上的場分量的方向沿運動坐標(biāo)相對位于測量平面上的空間基準(zhǔn)方向變化。如果磁阻角度傳感器沿運動坐標(biāo)的位置相對這種方式形成的合成磁場的場線變化，磁阻角度傳感器在測量平面測定的合成磁場的場分量的方向同時改變。
物體沿運動坐標(biāo)的基本線性運動因此通過本發(fā)明的結(jié)構(gòu)以簡單方式轉(zhuǎn)換成合成磁場在測量平面上的場線的旋轉(zhuǎn)運動。通過磁阻角度傳感器該旋轉(zhuǎn)運動可非常精確地測定。形成了一種測定物體位置的，簡單牢固的同時非常精確的測量結(jié)構(gòu)，可方便地用于具有高機械應(yīng)力和/或熱應(yīng)力的環(huán)境。根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)因此可用于汽車工程，尤其是用于存在所述應(yīng)力并要求精確測量的場合。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，第二磁性構(gòu)件和磁阻角度傳感器以固定間隔沿運動坐標(biāo)設(shè)置。本發(fā)明的實施例中，第二磁性構(gòu)件和磁阻角度傳感器的位置相對運動坐標(biāo)固定，第一磁性結(jié)構(gòu)與物體一起沿運動坐標(biāo)移動。結(jié)果是，在磁性構(gòu)件之間沿運動坐標(biāo)延伸的子空間的尺寸，其中合成磁場覆蓋子空間，沿運動坐標(biāo)隨第一磁性構(gòu)件和物體的運動改變。同時還改變了合成磁場的磁場線在沿磁性構(gòu)件之間的運動坐標(biāo)延伸的子空間的分布，沿相反方向移動，使磁場線的螺旋特征變陡或變淺，這取決于磁性構(gòu)件的間隔。至于磁阻角度傳感器，其與第二磁性構(gòu)件一起相對運動坐標(biāo)固定設(shè)置，在測量平面上形成和測出的合成磁場的場分量的方向根據(jù)物體和第一磁性構(gòu)件的運動同步改變。磁阻角度傳感器在測量平面上測定的合成磁場的場分量的方向因此構(gòu)成了沿運動坐標(biāo)運動的物體的直接度量。
在根據(jù)本發(fā)明的不同優(yōu)選實施例中，第一和第二磁性構(gòu)件互相之間以固定間隔連接到物體，所以可相對磁阻角度傳感器沿運動坐標(biāo)一起移動。在本發(fā)明的這個實施例中，磁阻角度傳感器相對運動坐標(biāo)固定，第一和第二磁性構(gòu)件與物體一起沿運動坐標(biāo)移動。其結(jié)果是，沿運動坐標(biāo)在磁性構(gòu)件之間延伸的子空間的尺寸，其中合成磁場覆蓋子空間，以及合成磁場在這個子空間的場分布，當(dāng)物體移動時不變化。只是磁阻角度傳感器相對合成磁場的位置當(dāng)物體移動時改變。但是，利用合成磁場在所述子空間的場分布的螺旋形式，在測量平面上測出和形成的合成磁場的場分量的方向在磁阻角度傳感器中也根據(jù)磁性構(gòu)件和物體的運動變化。因此在這個結(jié)構(gòu)中，通過磁阻角度傳感器在測量平面上測定的合成磁場的場分量的方向構(gòu)成了沿運動坐標(biāo)運動的物體的直接度量。
當(dāng)然本發(fā)明還包括一種結(jié)構(gòu)，其設(shè)有所述物體，所述磁性結(jié)構(gòu)和所述磁阻角度傳感器，這種結(jié)構(gòu)通過所介紹結(jié)構(gòu)和這些組合構(gòu)件的運動逆反來形成。例如，物體可能與磁阻角度傳感器組合，該組合件設(shè)置成一起沿運動坐標(biāo)相對磁性構(gòu)件移動。所述物體和一個所述磁性構(gòu)件可與磁阻角度傳感器組合，該組合件設(shè)置成一起沿運動坐標(biāo)相對另外的磁性構(gòu)件移動。
在本發(fā)明的具優(yōu)越性的方面，第一和第二磁性構(gòu)件的磁軸在測量平面上的投影形成至少為90度的角度。對磁性構(gòu)件的磁軸的投影形成角度的選擇提供了合成磁場磁場線的螺旋形的最大可能性，選擇磁性構(gòu)件的磁軸的投影形成的角度，最好考慮好角度大小，磁阻角度傳感器采用該角度發(fā)送干凈信號。
根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)可方便地應(yīng)用于汽車領(lǐng)域。具體地，測量位置的物體可以是機動車輛的運動部件。最好，物體是機動車輛的內(nèi)燃機或制動系統(tǒng)的運動部件。本發(fā)明的具有優(yōu)越性的應(yīng)用還包括機動車輛的底盤的運動部件，尤其是機動車輛的沖擊吸收件。當(dāng)這些部件運動時，其位置可通過本發(fā)明的的結(jié)構(gòu)簡單，可靠和精確地測定。具體地，這種結(jié)構(gòu)在汽車領(lǐng)域一般應(yīng)力下所具有的強度，以及其緊湊和減輕重量的設(shè)計，也使該結(jié)構(gòu)具有優(yōu)越性。


下面通過參考附圖顯示的實施例，本發(fā)明不限于這些實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的介紹。
圖1示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的測定物體位置的結(jié)構(gòu)的前視圖(視圖A)；圖2示意性地顯示了沿圖1的剖面B-B的根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的測定物體位置的結(jié)構(gòu)的截面圖；圖3示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的測定物體位置的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖(視圖C)；圖4示意性地顯示了沿圖3的剖面D-D的根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的測定物體位置的結(jié)構(gòu)的截面圖；圖5示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的測定物體位置的結(jié)構(gòu)的前視圖(視圖E)；圖6示意性地顯示了沿圖5的剖面F-F的根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的測定物體位置的結(jié)構(gòu)的截面圖；圖7示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的測定物體位置的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖(視圖G)；圖8示意性地顯示了沿圖7的剖面H-H的根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的測定物體位置的結(jié)構(gòu)的截面圖。
具體實施例方式
圖1示意性地顯示了作為本發(fā)明的第一實施例的基本為活塞狀的物體1的前視圖，圖中表示為“視圖A”，將測定其在基本為線性的運動坐標(biāo)b上的位置。為此，物體1設(shè)計成設(shè)有第一活塞狀部分2，第二活塞狀部分3和連接這兩個部分的連接盤狀部分4。在本實施例中的運動坐標(biāo)b與物體1的縱軸重合，具體是活塞狀部分2和3的縱軸線。沿運動坐標(biāo)b設(shè)置了兩個磁性構(gòu)件5和6，其在本實施例中設(shè)計為永久磁鐵，分別具有一對磁北極和南極，分別為7，9及8，10。第一磁性構(gòu)件，即第一永久磁鐵，其標(biāo)記為5，連接到物體1的第一活塞狀部分2，其北極的標(biāo)記為7，南極的標(biāo)記為8。第二永久磁鐵，其標(biāo)記為6，連接到物體1的第二活塞狀部分3，具有標(biāo)記為9的北極，和標(biāo)記為10的南極。
為了說明物體1和永久磁鐵5，6的空間結(jié)構(gòu)，圖2顯示了沿剖面B-B的圖1所示結(jié)構(gòu)的截面圖；圖3顯示了側(cè)視圖，圖中表示為“視圖C”；圖4顯示了沿圖3的剖面D-D的截面圖。
在所介紹的結(jié)構(gòu)中，永久磁鐵5，6的磁軸平行于與運動坐標(biāo)b垂直的平面，該平面作為測量平面。該測量平面平行于截面B-B和D-D。永久磁鐵5和6的磁軸的投影也在測量平面上，互相偏置一個預(yù)定角度，在所示實施例中該角度為90度。利用永久磁鐵5，6和通過這種方式互相偏置的磁軸，合成磁場覆蓋在沿運動坐標(biāo)b在兩個永久磁鐵5，6之間延伸的子空間。合成磁場的磁場線基本上是螺旋的。合成磁場，出于簡化的原因未顯示其磁場線，包括位于測量平面上的場分量，測量平面上的場分量的方向相對位于測量平面上的空間基準(zhǔn)方向沿運動坐標(biāo)b的變化。
圖1到圖4所示的結(jié)構(gòu)中，磁阻角度傳感器11設(shè)置在永久磁鐵5，6之間，其用于測量被永久磁鐵5，6覆蓋的合成磁場在測量平面上的場分量的方向。圖1到圖4顯示了磁阻角度傳感器11的殼體12，殼體包括AMR(各向異性的磁阻)角度傳感器模塊，其比如可從歐洲專利EP 0 671 605 A2知道。還示意性地顯示了端子13，磁阻角度傳感器11通過端子實際連接到信號評估電路(未在圖中顯示)。
如果磁阻角度傳感器11沿運動坐標(biāo)b的位置相對合成磁場的場線變化，磁阻角度傳感器11測量的合成磁場在測量平面上的場分量的方向同步變化。因此，磁阻角度傳感器11沿運動坐標(biāo)b已經(jīng)移動到物體1的第一活塞狀部分2時，磁阻角度傳感器11測量的合成磁場在測量平面上的場分量的方向?qū)?yīng)于永久磁鐵5的磁軸的方向，永久磁鐵連接到物體1的第一活塞狀部分2。如果，另一方面，磁阻角度傳感器11沿運動坐標(biāo)b移動到物體1的第二活塞狀部分3時，磁阻角度傳感器11測量的合成磁場在測量平面上的場分量的方向?qū)?yīng)于連接到物體1的第二活塞狀部分3的永久磁鐵6的磁軸的方向，因此轉(zhuǎn)動了90度。
磁阻角度傳感器11測量的測量平面上的方向因此是磁阻角度傳感器11沿運動坐標(biāo)b的位置的直接度量。在物體1與永久磁鐵5，6一起沿運動坐標(biāo)b相對磁阻角度傳感器11移動的情況下，磁阻角度傳感器11測量的在測量平面上的方向是物體1在運動坐標(biāo)b的位置的直接度量。
圖5示意性地顯示了作為本發(fā)明的第二實施例的物體20的前視圖，圖中表示為“視圖E”，物體基本還是活塞狀的，將測定其在基本為線性運動坐標(biāo)c上的位置。本實施例中的運動坐標(biāo)c與物體20的縱軸線重合。沿運動坐標(biāo)c設(shè)置了兩個磁性構(gòu)件21和22，其在本實施例中具有永久磁鐵的形式，分別具有一對磁北極和南極，分別為23，25及24，26。第一磁性構(gòu)件，即第一永久磁鐵，其標(biāo)記為21，連接到第一活塞狀物體20，其北極的標(biāo)記為23，南極的標(biāo)記為24。第二永久磁鐵，其標(biāo)記為22，連接到部分27，其相對運動坐標(biāo)c固定，在所示實施例中也具有活塞狀，構(gòu)成了物體20的配對部分，具有標(biāo)記為25的北極，和標(biāo)記為26的南極。
為了說明物體20和永久磁鐵21，22的空間結(jié)構(gòu)，圖6顯示了沿剖面F-F的圖5結(jié)構(gòu)的截面圖；圖7顯示了側(cè)視圖，圖中表示為“視圖G”；圖8顯示了沿圖7的剖面H-H的截面圖。
在所介紹的結(jié)構(gòu)中，永久磁鐵21，22的磁軸平行于與運動坐標(biāo)垂直的平面，該平面作為測量平面。該測量平面平行于截面F-F和H-H。永久磁鐵21和22的磁軸的投影也在測量平面上，互相偏置一個預(yù)定角度，在所示實施例中該角度為90度。利用永久磁鐵21和22和通過這種方式互相偏置的磁軸，合成磁場覆蓋沿運動坐標(biāo)c在兩個永久磁鐵21，22之間延伸的子空間。合成磁場的磁場線基本上是螺旋的。合成磁場，出于簡化的原因未顯示其磁場線，包括位于測量平面上的場分量，測量平面上的場分量的方向可相對位于測量平面上的空間基準(zhǔn)方向沿運動坐標(biāo)c變化。
在圖5到圖8所示的結(jié)構(gòu)中，磁阻角度傳感器28設(shè)置在永久磁鐵21，22之間，其用于測量永久磁鐵21，22覆蓋的合成磁場的測量平面上的場分量的方向。圖5到圖8中，顯示了磁阻角度傳感器28的殼體29，殼體包括AMR(各向異性的磁阻)角度傳感器模塊，如可從歐洲專利EP 0 671 605 A2知道的。還示意性地顯示了端子30，磁阻角度傳感器28通過端子實際連接到信號評估電路，其未在圖中顯示。在這個實施例中，通過支承第二永久磁鐵22的活塞狀部分27，磁阻角度傳感器28相對運動坐標(biāo)c固定。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，第二永久磁鐵22和磁阻角度傳感器28互相間隔固定距離沿運動坐標(biāo)c設(shè)置。第一永久磁鐵21與物體20一起沿運動坐標(biāo)c移動。其結(jié)果是，在永久磁場21，22之間沿運動坐標(biāo)c延伸的子空間的尺寸，其中子空間被合成磁場覆蓋，隨第一永久磁鐵21的移動以及物體20沿運動坐標(biāo)c的移動而變化。這同樣改變了在沿運動坐標(biāo)c在永久磁鐵21，22之間延伸的子空間的合成磁場的磁場線的分布，沿相反方向移動，磁場線的螺旋特征變陡和變淺，取決于永久磁鐵21，22的間隔。磁阻角度傳感器28與第二永久磁鐵22一起，相對運動坐標(biāo)c固定設(shè)置，在測量平面上測出和形成的合成磁場的場分量的方向根據(jù)物體20和第一永久磁鐵21的運動同步改變。磁阻角度傳感器29在測量平面上測出的合成磁場的場分量的方向因此構(gòu)成了沿運動坐標(biāo)c運動的物體20的直接度量。
具體地，當(dāng)物體20已經(jīng)沿運動坐標(biāo)c移動到磁阻角度傳感器28時，磁阻角度傳感器28在測量平面上測出的合成磁場的場分量的方向因此對應(yīng)于第一永久磁鐵21的磁軸的方向。如果，另一方面，物體20沿運動坐標(biāo)c沿相反方向移動到距磁阻角度傳感器28一定距離處，該距離大于磁阻角度傳感器28和第二永久磁鐵22之間的距離，磁阻角度傳感器28在測量平面上測出的場分量的方向?qū)?yīng)于第二永久磁鐵22的磁軸的方向，因此轉(zhuǎn)動了90度。
磁阻角度傳感器28在測量平面上測出的方向因此構(gòu)成運動坐標(biāo)上的物體20的位置的直接度量。
所介紹的場線旋轉(zhuǎn)，即沿運動坐標(biāo)在測量平面測出的合成磁場的場分量的方向變化，其通過合成磁場的螺旋形式產(chǎn)生并能夠通過磁阻角度傳感器可靠地測定，完全獨立于磁場強度的絕對值變化，只要角度傳感器在飽和狀態(tài)下工作。
特別是在第二實施例的情況下，運動坐標(biāo)和磁阻角度傳感器測出的場分量的角度之間的測量關(guān)系可以是非線性的。物體位置和場線角度之間的關(guān)系最好通過對角度傳感器發(fā)出信號的相應(yīng)反向變換進(jìn)行線性化。
權(quán)利要求
1.一種在基本為線性運動坐標(biāo)上測定物體位置的結(jié)構(gòu)，沿著坐標(biāo)設(shè)置了兩個磁性構(gòu)件，其上分別具有至少一對磁北極和南極，所述磁性構(gòu)件之間設(shè)置了磁阻角度傳感器，用于測量所述磁性構(gòu)件覆蓋的合成磁場的方向，所述合成磁場在測量平面上相對位于所述測量平面的空間基準(zhǔn)方向在所述磁性構(gòu)件之間延伸，其中所述運動坐標(biāo)基本上以直角相對所述磁阻角度傳感器的測量平面，所述兩個磁性構(gòu)件的磁軸基本平行于測量平面延伸，所述磁軸在測量平面上的投影互相偏置預(yù)定角度，至少所述第一磁性構(gòu)件連接到物體，設(shè)置成可與物體一起相對所述磁阻角度傳感器沿運動坐標(biāo)移動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，第二磁性構(gòu)件和所述磁阻角度傳感器之間沿所述運動坐標(biāo)具有固定間隔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一和第二磁性構(gòu)件連接到相距固定距離的物體，并設(shè)置成可相對所述磁阻角度傳感器沿所述運動坐標(biāo)與物體一起移動。
4.根據(jù)權(quán)利要求1，2或3中任一項所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一和第二磁性構(gòu)件的磁軸在所述測量平面上的投影形成的角度至少為90度。
5.根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述物體是機動車輛的運動部件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述物體是機動車輛的內(nèi)燃機的運動部件。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述物體是機動車輛的制動系統(tǒng)的運動部件。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述物體是機動車輛的底盤的運動部件。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述物體是機動車輛的沖擊吸收器的運動部件。
全文摘要
介紹了一種在基本為線性運動坐標(biāo)上測定物體位置的結(jié)構(gòu)，沿坐標(biāo)設(shè)置了兩個磁性構(gòu)件，其上分別具有至少一對磁北極和南極，在磁性構(gòu)件之間設(shè)置了磁阻角度傳感器，用于測量磁性構(gòu)件覆蓋的合成磁場的方向，合成磁場在測量平面上相對位于該測量平面的空間基準(zhǔn)方向在磁性構(gòu)件之間延伸。運動坐標(biāo)至少基本上以直角相對磁阻角度傳感器的測量平面，兩個磁性構(gòu)件的磁軸基本平行于測量平面延伸，這些磁軸在測量平面上的投影互相偏置預(yù)定角度。至少第一磁性構(gòu)件連接到物體，設(shè)置成可與物體一起相對磁阻角度傳感器沿運動坐標(biāo)移動。其結(jié)果是，形成了在基本為線性運動的情況下通過角度傳感器可確定物體位置的結(jié)構(gòu)。
文檔編號H01F7/02GK1726381SQ200380106214
公開日2006年1月25日 申請日期2003年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月18日
發(fā)明者S·布茨曼恩 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司