位置传感器和用其制成的测量装置的制造方法
【专利摘要】为了借助磁场敏感式传感器(1)来在液箱(60)中进行液位测量或者确定活塞在工作缸(50)中的位置而简化传感器装置(1)的装配，尤其是维护和更换，并避免对其造成损伤，本发明提出，将杆形的传感器装置(1)安置在可磁化壁部(51)的外表面，而将由多个组合磁体(5a，5b，5c)或组合区段(2a，2b，2c)构成的、尤其为旋转对称的磁体组合(4)安置在缸体或液箱(60)的内部，即视需要安置在该缸体或液箱所含的液体(如液压油)中。通过相应地选择各组合磁体(5a，5b，5c)或组合区段(2a，2b，2c)的极方向(6a，6b，6c)，使得所述磁体组合的有效磁场的强度足以穿透可磁化的壁部(51)并到达传感器装置。
【专利说明】
位置传感器和用其制成的测量装置
技术领域
[0001]本发明涉及用于磁场敏感式传感器，例如位置传感器，尤其是缸体或液体容器，尤其工作缸中的位置传感器的传感磁体。
【背景技术】
[0002]磁场敏感式传感器对相对真正意义上的传感器活动布置的传感磁体的磁场做出响应，该传感磁体通常是永磁体或包含永磁体，在例外情况下也可以是电磁体。
[0003]其中，仅探测传感磁体所产生的磁场的一部分，即在有效方向上向传感器装置发出的有效磁场，而不需要探测传感磁体向所有其他方向(即散射方向)发出的散射磁场，相反地，该散射磁场视具体朝向和作用范围甚至可能对测量结果产生负面影响。
[0004]对于线性传感器，在线性方向上相对于基准位置以无接触的方式确定传感磁体的位置或运动，而对于转向角传感器则在圆周方向上进行确定。
[0005]对于这种位置传感器，例如可固定在活动的机器元件上的传感磁体的作用是产生磁弹性压缩波(MEDW)，磁弹性压缩波在位于传感器中的波导体，例如金属线中传播，并在与之间隔的探测位置由传感器装置被检测到，例如采用磁致伸缩式位置传感器时的情形。
[0006]磁场例如可由一或多个霍尔传感器或XMR传感器直接确定，或者可间接地、例如通过磁芯(永磁线性无接触位移传感器-PLCD)的饱和度来确定。
[0007]MEDW的产生和其在与之间隔的波导体的探测位置上的探测之间的时间间隔用作确定位置的测量参数。
[0008]这种位置传感器的具体工作原理已广为认知，此处不再详述。
[0009]特别是对于所有由磁体，尤其是永磁体操纵的传感器而言，并且对于本发明具有特殊意义的是，传感器特性很大程度上由传感磁体(=位置磁体)的磁场类型确定，即不但由磁场的最大场强和主朝向，而且也由其局部的形状和传播确定。
[0010]对于场强较高的位置磁体，例如位置磁体和传感器之间的间距和/或磁屏蔽可以大于场强较低的磁体。
[0011]另一方面，场强局部大幅度受限的位置磁体可导致传感器的局部解析度更好。
[0012]根据位置传感器的具体设计，可采用磁定向平行于传感器的测量方向(所谓的轴向定向)或例如垂直于传感器的轴(径向定向)的磁体。
[0013]有关用于磁性位置传感器的位置磁体的特性改善已提出了诸多建议。
[0014]例如在US5 514 961中提出，为杆形的传感器使用朝向轴向、围绕传感器杆的环形磁体，在环形磁体的端面上装有钢环。
[0015]该钢环由单一的可磁化钢，钢作为流导体在磁体环的一段上导引磁流线。
[0016]磁场线在此部位集中并以较垂直的角度射到传感器杆上，导致较强、较尖锐的磁脉冲，进而导致传感器功能的改善。
[0017]然而轴向磁体的缺点在于，磁场的传播不独立于磁体的安装位置，从而传感器的特性取决于位置磁体的朝向。因而无法以通用的方式应用位置磁体。
[0018]另一缺点在于，轴向磁体的磁场强由于其朝向而有较高比例的磁流线平行于传感器杆，这在磁体朝向错误时导致较强的远距作用。
[0019]位置磁体这样的远距作用例如在位置磁体位于波导体的探测位置附近时，可能对传感器特性造成负面影响。
[0020]US 6 271 660中提出了另一建议，即通过专门的布置来提高磁体的有效信号。
[0021]其中采用了磁定向指向位置传感器(径向定向)的位置磁体，并将该磁体与另外两个磁体组合，磁体布置在相同的方向(同样径向)上并平行于第一磁体，但朝向相反，从而一个磁体的北极紧邻另一磁体的南极(对极布置)。
[0022]通过这种布置使单个磁体的传感器信号在磁致伸缩式传感器中在设计上如此地叠加，从而增强信号的极值，并由此提高传感器信号的转换速率。但其中对向磁场不进行有针对性的叠加。
[0023]如此实现了磁体和传感器之间的较大间距。这样的布置导致磁体的宽度较大，因为要实现各脉冲的最佳叠加，其宽度应几乎相同。
[0024]通过MEDW在波导体中的传播时间来确定单个磁体的间距，而这需要针对具体的应用情况进行调整。
[0025]此外，应在单个磁体之间设置非磁性间距，因为否则会导致对极磁体的磁性“短路”，造成可用的场强减弱。
[0026]此外，场强单边增强的效应也得到了应用，如最初由J.C.Mal Iinson所公开(J.C.Ma11 inson,One-Sided Fluxes A Magnetic Cur1sity，JEEE Transact1ns onMagnets，9，第678-682页,1973)ο
[0027]已知将磁体与分别朝彼此偏置90°定向的磁化装置组合的做法，亦称海尔贝克阵列，用于导引粒子束(K Halbach,Nuclear Instruments and Methods，169，I，1980)。
[0028]后来，海尔贝克阵列被尤其用于产生较强的磁场。
[0029]还已知采用筒形或球形的磁体装置，以便在筒或球的中心产生高得多的场强。
[0030]由DE10 2010 010 388已知不同磁体排列形式的传感磁体。
[0031 ]磁场敏感式位置传感器的典型应用有确定工作缸，例如液压缸中活塞的位置，或确定液体箱中浮子的垂直位置以确定液位。
[0032]其中存在安装在内部，即液体中的传感器装置的电气部件由于液体的侵入而受到损坏，并且为了检查或更换传感器装置，即传感器杆，必须完全拆卸周围的装置，例如液压缸，从而经常导致相关机器较长时间停机的问题。
【发明内容】
[0033]a)技术目的
[0034]本发明的目的是提供一种用于所述用途的位置传感器和测量装置，以便克服现有技术的上述缺点。
[0035]b)目的的解决方案
[0036]本发明用以达成上述目的的解决方案为权利要求1和12的特征。有利的实施方式参阅从属权利要求。
[0037]在位置传感器方面，所述目的的解决方案为，所述作为传感磁体使用的磁体组合具有多个在测量方向上或横向于测量方向，尤其在测量方向的圆周方向上彼此连接的单个组合磁体或包括多个组合区段的单体式组合磁体，所述组合区段的极方向不同，并且如此紧靠彼此地进行布置，从而使其磁场相互影响彼此。
[0038]径向定向:
[0039]优选地，所述组合区段在所述磁体组合轴向的测量方向上前后叠置布置，并且极方向沿磁体组合的所有组合磁体的测量方向观察指向外部，尤其以点对称，尤其旋转对称的方式朝向所述组合磁体沿轴向观察的中间定向。
[0040]由此产生在多个甚至所有径向方向上相同的磁场，从而将所述传感器装置布置在哪个面上，即在哪个径向方向上都不重要。
[0041]从而可以以十分通用的方式使用所述磁体组合，并显著简化了后期的装配和传感器装置和磁体组合相对彼此的定向。
[0042]通过所述多个组合磁体或组合区段的相互影响的磁场，以如此的方式通过所述组合磁体或组合区段的极方向的巧妙布置实现了相互影响，从而提高了所述磁体组合在所需的有效方向，即径向向外的场强。优选地，由此应降低沿不使用的其他散射方向的散射场。
[0043]优选地，所述磁体组合由至少三个，尤其是仅三个组合磁体或组合区段构成，其中中间的组合磁体或组合区段具有从其中心相对于测量方向径向向外延伸的极方向。在所述中间组合磁体或组合区段的端面，即轴向端面的端上各设有另一组合磁体或组合区段，其极方向沿轴向，或最多沿与轴向成最大45°角的方向延伸，其中所述两个外组合磁体或组合区段的极方向彼此相对朝向。
[0044]通过这种布置，一方面可以制造在轴向上十分短的磁体组合，从而大大简化了在活动构件中的安置。
[0045]通过这种极方向布置更实现了最优的有效场，具体方式是通过所述两个外组合磁体或组合区段的与之相反的磁场线来压缩从中间的组合磁体或组合区段向外发散的磁场线，由此在其向外延伸过程中朝彼此靠近，从而从所述中间的组合磁体或组合区段的中间径向指向外部，但优选在所有径向方向上产生较强的有效场。
[0046]在测量方向的切面上由此产生螺线管形的磁场，所述磁场尤其在对于环形磁体或区段的情况下，在端面的外组合磁体或组合区段连同其极方向略微倾斜地指向外部时，径向向外辐射较广的范围。
[0047]优选地，所述三个组合磁体沿轴向观察具有圆形的外轮廓，并且优选在中心具有沿轴向贯穿所述组合磁体的、优选同样为圆形的穿孔，从而产生环形的组合磁体。
[0048]优选地，所述环形的形状对于所有三个组合磁体，同样对于单体式、由多个组合区段构成的磁体组合而言在质和量上是相同的。
[0049]由此能够十分方便地将所述三个组合磁体装配在中心贯穿所述穿孔的杆或管上，其中要么在各组合磁体之间在轴向上设置间隔垫片，尤其是弹性中间轴承，要么所述组合磁体直接彼此相接。
[0050]切向定向
[0051]沿测量方向观察，所述组合区段或组合磁体也可以在环绕测量方向的圆周方向上上下叠置布置，其中在圆周方向上由至少一组组合区段或组合磁体。这样的组可以覆盖任意的圆周角，也可以有多个这样的组在圆周方向上彼此相连。
[0052]在每个组中，所述中间扇形体的极方向径向指向外部，而所述两个相邻的扇形体分别具有沿圆周方向或与圆周方向相切的方向延伸、彼此相对的极方向。
[0053]对于这样的结构，主要在每个组的中间扇形体的圆周部位上，即根据具体的设计，沿所述圆周仅在圆周的一个或少数几个部位上有较强的有效磁场。
[0054]不论如何定向，可以以形状配合的方式，即例如通过轴向的加固，或通过简单的对所述组合磁体的粘接来确保组合磁体相对彼此的固定。
[0055]在所述磁体组合的外表面和/或内表面和/或一个或两个端面上还可以布置套筒形的磁绝缘的绝缘体，这样做尤其在将所述磁体组合固定在软磁构件上的情况下是有益的。
[0056]借助这样的位置传感器能够以十分方便的方式制造一方面包括所述的位置传感器，另一方面在所述传感器装置与位置传感器的传感磁体装置之间设有由软磁材料构成的壁部的测量装置，其中在所述壁部的一面上存在液体，而所述磁体组合布置在所述壁部的液体面上，但所述传感器装置可以布置在所述壁部的相对的、通常为干燥的面上，从而提高了其使用寿命，大大简化了其维护和更换。
[0057]通过所述磁体组合的高度集中、径向在所有方向上指向外部的磁场，传感磁体装置与传感器装置之间的壁部能够被磁场克服，即便所述壁部由软磁材料，如铁或钢构成，其中将所述可磁化的壁部进行磁饱和处理，然后所述传感器的磁场穿透所述壁部，但不到达所述传感器装置。
[0058]单一的组合磁体作为传感磁体将无法施加如此强的磁场或至少为此需要更大的尺寸，并且采购成本显著提高。重要的是，在此情况下测量精度将降低，因为即使更大、更强的磁体也不具有如此集中的有效磁场。
[0059]优选地，其中采用上文所述的环形组合磁体或组合区段，所述组合磁体或组合区段能够穿在活塞的活塞杆上，或活塞的与活塞杆相对的面上、优选以中心的方式沿轴向从活塞突出的突起上，所述突起仅用于容置和固定所述磁体组合。
[0060]由此可以根据带安装的磁体组合的要求来自由选择所述突起的大小，即长度、直径、材料和/或横截面构造(空心或实心)，因为所述突起无需具备和所述活塞杆一样高的稳定性。
[0061]其中，所述突起通过由软磁材料构成，可以同时用作布置在所述组合磁体中心的流导体元件，并且所述环形的组合磁体可以借助被旋拧到具有外螺纹的所述突起的自由端上的螺母沿轴向以形状配合的方式固定，所述螺母同样由软磁材料构成。
[0062]当所述止挡，例如所述组合磁体朝其靠近或甚至被按压的活塞底面同样至少局部由软磁材料构成时，则也可用作端面的第二流导体元件。
[0063]其中，所述环形组合磁体，以及需要时一个或两个端面流导体元件的外径优选略小于所述活塞的内径，以便避免相对缸壁的摩擦，从而避免力损失。
[0064]为了使所述突起保持在中心，所述旋拧在突起的远离活塞的自由端上的螺母可以具有由能够滑动的材料制成的圆周边缘，或者套上单独的、能够滑动的导引环，所述导引环抵靠在所述缸壁部的内表面上，从而将所述突起在其整个长度上保持处于中心，由此确保缸壁部与所述组合磁体之间所需的较小间距。
[0065]通过将所述组合磁体，以及由此将所述磁体组合布置在与活塞杆相对的面上，尽管大大简化了磁体组合的装配，但另一方面在活塞应在其中执行一定的冲程时，如此会导致周围的缸的结构长度变大。
[0066]由于通常出于足够密封性的目的，活塞必须具有较大的轴向长度，从而为了尽可能减小所述额外的缸长度，可以将所述磁体组合全部或至少部分地安置在一环形的、在轴向上朝远离活塞杆的面打开的槽体中，以便最大限度地减小该额外长度。
[0067]作为将所述活塞在其整个长度上由软磁材料制成，从而实现在所述磁体组合的一个端面上用作流导体元件功能的替代方案，径向外部的密封边缘也可以由不可磁化的材料制成。由此可以实现作为流导体元件的突起与周围的壁部之间的理想的径向间距。
[0068]优选借助两个在轴向上间隔、并能够在圆周方向上环绕所述缸转动的固定件将所述杆形的传感器装置布置在壁部的外表面，从而能够将所述传感器装置定位在缸的任意圆周部位上，根据将缸体装配在周围的构件上的装配情形，这是较大的优点。
[0069]当所述杆形的传感器装置还额外地贯穿轴向上的两个固定器，能够在其中移动，并能例如通过埋头螺钉固定在一定的轴向位置中时，由此能够以十分简单的方式设置所述传感器装置的零点。
[0070]根据所述传感器装置的内部结构，可能有利的是，为所述杆形的传感器装置配备圆形的外横截面，并且所述传感器装置能够在所述固定器的相应的圆形通孔中转动，以便能够在所述杆形传感器的转动位置方面，在固定之前相对于传感磁体装置对传感器装置中所含的波导体进行最优的定向，例如借助所述的埋头螺钉。
[0071]在用作液箱中的液位传感器的情况下，所述磁体组合必须同样在垂直方向，即浮子的运动方向上牢固地固定在浮子上。
[0072]—种方案在于将所述磁体组合固定在浮子的一面上，而不管浮子的形状如何，并且由于浮子是空心体，如此地对浮子进行定向，从而使得固定在其中的磁体组合构成最低点，即总是将浮子保持在一定的位置中，从而升液管或单一的绳子即足以用于垂直的导引。
[0073]为了将浮子尽可能近地保持在液箱的壁部上，浮子通常在周围的导引装置中运动，不论是在升液管中或者是在由间隔的杆构成的垂直导引装置中，或者浮子以垂直活动的方式在固定的导引杆上得到导引，在所述导引杆上能够方便地固定所述磁体组合，只要其具有通孔。
[0074]由于装配得到简化，也可以将所述磁体组合布置在浮子内，并且由此不会受到周围液体的影响。
[0075]这与所述浮子以及所述磁体组合是否在中心北导引杆贯穿无关，因为在此情况下整个浮子连同位于其中的、环形磁体的磁体组合可以被安置在密封的套筒形外壳中。
[0076]另一种方案在于，如此地构造所述浮子在俯视观察下的大小，从而使其覆盖液箱的整个横截面。
[0077]但这种做法仅在液箱的内轮廓以及浮子的外轮廓为非圆形的情况下有益，因为由此可避免浮子围绕竖轴的转动，并将所述磁体组合牢固地布置在浮子外周上的指定部位上，从而所述磁体组合在液箱的俯视图中观察总是被定为在液箱的圆周的相同部位上。
【附图说明】
[0078]下面示例性地对本发明的实施方式进行进一步的说明。
[0079]图la，图1b为所述传感器在工作缸中的应用图；
[0080]图2a_图2c为根据图1a-图1b的不同安装变形方案的纵切面图；
[0081 ]图3a，图3b为所述传感器作为液箱中液位传感器的应用图；
[0082]图4a_图4c为所述磁体组合的变形方案图；以及
[0083]图5a，图5b为所述磁体组合的其他变形方案。
【具体实施方式】
[0084]图1a示出配有本发明的位置传感器20的工作缸单元50的第一设计形式的切开的透视图，图1b示出部分切开的侧视图，而图2c示出从突出的活塞杆53的面向轴向10，即位置传感器20的测量方向观察的视图。
[0085]工作缸单元50由通常为管件的缸的壁部51构成，在所述管件端面，以密闭的方式在一面上放置头部件59a，在另一面上以密封的方式放置脚部件59b，所述头部件和脚部件各具有用于将工作介质注入缸体51的接头。
[0086]在缸体51的内部，S卩在壁部51的液体面5Ia上，活塞52以密封地抵靠在缸体51的内表面上的方式活动地布置在轴向10上，所述活塞在其一个端面上与活塞杆53连接，所述活塞杆在轴向10上通过头部件59a向外延伸并通常在那里驱动未示出的待移动的部件。
[0087]与此处所述的工作缸单元50的基本形式不同的是，活塞52在此情况下额外地在远离活塞杆53的面上具有同样在中心沿轴向10延伸的突起54，并且由三个环形的、轴向彼此连接的组合磁体5b、5a、5 c构成的磁体组合4位于所述突起54和壁部51的内表面之间的径向环形腔中，而一环形的导引环56位于磁体组合4的远离活塞52的面上。
[0088]突起54轴向从所述磁体组合4上突出，并在其外圆周上具有外螺纹17，螺母55被旋拧在所述外螺纹上，以便将磁体组合4和导引环56通过按压的方式保持在活塞52的底面上的轴向固定位置上。
[0089]在此情况下约为杆形、同样沿轴向10，即所述传感器装置的测量方向延伸的传感器装置I位于工作缸单元50的外部，即工作缸单元50的干燥面51b上。
[0090]如图1b所示，需要时，所述缸的脚部件59b具有指向内腔的中心凹槽，所述凹槽足够大，以便容置突起54的自由端，从而减小了整个缸，尤其是壁部51的结构长度。
[0091 ]图1a和图1b以抽象，即未连接的方式示出了工作缸单元50旁边的传感器装置I，但所述传感器装置能够以合理的方式与工作缸单元连接，而图2c示例性地示出适于所述连接的固定器19沿纵向10观察的视图。
[0092]所述固定器由密封地围绕壁部51的外周、在一圆周部位上开槽的环构成，所述环在槽口的部位上具有指向外部的弯头，以便能将所述两个自由端沿圆周方向夹在一起，从而将环形的固定器19在缸体51的外周上夹紧。
[0093]在环形固定器19的优选与所述开槽部位相对的圆周部位上，环形固定器19具有径向向外突出的突出部19a，所述突出部具有径向的通孔18，所述传感器装置I精确地配入所述通孔，并能够在其中借助例如贯穿突出部19a的壁部延伸的夹紧螺钉13固定在理想的轴向位置中。
[0094]当传感器装置I具有圆形的外周，并且贯穿固定器19的轴向通孔18同样具有相应的圆形的内周时，可以将传感器装置I在固定前，借助夹紧螺钉13移动到理想的转动位置中。如图2c中的横截面图所示，当传感器装置I的中心中所示的波导线不位于中心，而是偏心时，该设计十分有利，因为此时可以通过将所述波导体尽可能靠近地定位在工作缸单元50来改善测量结果。
[0095]如图2a和图2b的纵切面图所示，优选以轴向间隔的方式设置两个这样的固定器19，以便将传感器装置I在缸体51上固定在至少两个轴向分离的部位上。
[0096]图2a和图2b所示的所述工作缸单元在活塞52的区域的纵切面图示出了在活塞52上构造和布置磁体组合4的多种方案。
[0097]对于图2a中的解决方案，在活塞52上设有所述的、与活塞杆53相对的突起54，在其外周上设有用于旋拧螺母55的外螺纹17。
[0098]在图2a的下半部分中示出对应图1a至图1c的安装方案，并优选构造为环绕轴向，即测量方向1旋转对称:
[0099]其中，活塞52具有相对较大的轴向延伸长度，以便将多个活塞环16以轴向间隔、前后叠置的方式布置在其中。
[0100]三个环形的组合磁体5a、5b、5c或组合区段2a、2b、2c以沿突起54与活塞52轴向连接的方式布置在突起54上，所述突起贯穿其中心穿孔7延伸。
[0101]同样为环形的导引环56以在活塞杆54的自由端方向上连接的方式被套在突起54上。借助被旋拧到突起54的外螺纹17上的螺母55将导引环56和由三个组合磁体5a、5b、5c构成的磁体组合4轴向朝活塞52的远离活塞杆53的背面按压并固定在此位置中。
[0102]活塞52和突起54通常由相同的、通常为软磁性的材料构成，并优选以彼此一体式的方式构造，并且螺母55同样由软磁材料，如钢构成。
[0103]此时，活塞52、突起54和螺母55均用作流导体，以便以所需的方式来捆扎场线，从而实现较强、定向且径向指向外部的有效磁场。
[0104]如要避免周围的钢或铁元件作为流导体的作用，则必须在所述材料和磁体组合4之间布置磁绝缘材料，但在所需的较小的层厚度中本身无所述磁绝缘材料，而是只能通过矫顽场强不同的材料的次序来初步实现。
[0105]在本情况下，与之不同的是，弹性垫片12位于磁体组合4的径向内表面和朝向活塞52的端面上，而在相对的端面上，导引环56可由相应的材料构成，以便避免在轴向超彼此按压时损伤所述组合磁体。
[0106]其中，组合磁体5a、5b、5c的外周略小于缸体51的内径，从而活塞52的双向运动不会在所述内表面上滑磨。
[0107]图2a的上半部分示出一种解决方案，其中在活塞52的远离活塞杆53的端面中布置环形的槽体57，环形的组合磁体5a、5b、5c或单体式的磁体组合4借助其不同的组合区段配入所述槽体。
[0108]与之相反，导引环56具有较大的外周，并在壁部51的内表面上滑动，以便在缸体51中，在此区域中以中心的方式导引突起54，因此至少导引环56的外表面，优选整个导引环56由能够良好滑动的材料，如塑料构成。所述导引环通常由不可磁化的材料构成。
[0109]由于磁体组合4由此优选轴向完全被容置在槽体57中，与图2a的下半部分的解决方案不同的是，无需导引环56，而是可以将螺母55直接安装到最后一个组合磁体5c上，从而减小了所述装置的总长度。
[0110]当槽体57在轴向上被构造得如此深，以至于其能够容置整个磁体组合4时，活塞52优选地自然在其外周的整个轴向延伸上配有活塞环16，从而改善活塞52相对壁部51的密封。
[0111]环绕磁体组合4的活塞52的径向环形区域可由和活塞52—样的材料构成并优选以一体式的方式与其构造在一起，但通常由软磁材料，例如钢构成。如此的缺点在于磁体组合4的磁场除了壁部51外，还必须穿透活塞52的该区域的径向厚度。
[0112]如要避免这一点，则可选择根据图2b的上半部分的解决方案:
[0113]其中示出了对应图2a的上半部分中的装置，但区别在于，径向外部环绕磁体装置4的滑动套筒14设在组合磁体5a、5b、5c和壁部51的内周之间，所述壁部优选由不可磁化的材料，如塑料构成，从而不以一体式的方式与活塞52—起构造，但可在其外表面上具有活塞环。
[0114]活塞52具有优选径向在突起54旁边的平面底面，而滑动套筒14的等于或略大于磁体组合4。借助同样设有的螺母55可以，可以将滑动套筒14借助旋拧的螺母55轴向朝活塞52的底面严密地按压，并可选择在螺母55和滑动套筒14之间插放所示的导引环56。
[0115]该解决方案的优点在于，保持了足够大的轴向密封长度，但磁场15无需在径向上由内向外穿透除壁部51外的额外可磁化材料，图2a在一个部位上示例性的示出了所述磁场的场线。
[0116]优选地，在此解决方案中，同样在磁体组合4的内表面上和/或一个或两个端面上布置弹性垫片12。
[0117]但这样在活塞52的相对的面上造成了无法在其中测量位置的死区，尤其在必须更换磁体组合4时使其难以更换，因为端面自由的突起54在需要时的可达性大于活塞杆53，所述活塞杆在其与活塞52相对的端上与其他元件耦合。
[0118]图中所示的所有磁体组合4都以围绕轴向10，即测量方向旋转对称构造。
[0119]与图2a的下半部分不同的是，在图2b的下半部分中，用作流导体元件的螺母55以直接轴向连接磁体组合4的方式布置，并将组合磁体5a、5b、5c(此处无弹性垫片12)轴向朝活塞52按压，而例如由塑料构成的导引环56在突起54的自由端方向上与其连接，例如通过导引环56自身在其内周上具有与突起54的外螺纹17相配的内螺纹并可旋拧到其上的方式进行所述连接。
[0120]该解决方案的优点在于，在两个端面上直接或通过位于其间的弹性垫片12间接地以抵靠在磁体组合4上的方式布置流导体元件，一方面以活塞52和突起54的形式，另一方面以螺母55的形式。
[0121]在所有情况下，也可以将突起54从其端部钻空，从而使其在磁体组合4的区域中具有套筒形状，进而额外地促进了作为流导体元件的作用。
[0122]可以理解的是，图2a和图2b中所示的磁体组合4的所有构造方式以及其他可想到的构造方式
[0123]-可以围绕测量方向10旋转对称的方式构造，并且/或者
[0124]-不布置在突起54上，而是相对地布置在活塞杆53上。
[0125]图3b示出位置传感器20的布置的垂直切面图，其由液箱60上的传感器装置I和磁体组合4构成，而图3a示出其俯视图。
[0126]其中，磁体组合4布置在随液面垂直运动的空心浮子61的内部，所述浮子自然除了磁体组合4外还必须具有足够空余的体积，以便在液箱60中所存放的液体中具有浮力。
[0127]但磁体组合4也可通过与之牢固连接的方式布置在浮子61的外部。
[0128]重要的仅在于横向于浮子61的运动方向，即轴向10，同时也是传感器装置I的测量方向10，磁体组合4从上方观察总是位于浮子61的相同部位上，并且当磁体组合4从上方观察相对于浮子61以非中心的方式布置时，浮子61无法围绕垂直方向转动。其中自然在计算真实的液位时必须考虑磁体组合4在垂直方向上的中心与浮子的浸入高度之间的高度差。
[0129]在图中所示的实施方式中，浮子61由空心长方体构成，传感磁体装置3被固定地定位在其内部。
[0130]方形的浮子61从图3a的俯视图观察总是被保持在液箱60内的相同部位上，在所述液箱中，其通过相应的垂直走向的导引装置被沿横向于垂直方向的方向导引。
[0131]在此情况下，浮子61被布置在液箱60的壁部51的角中，并且被保持在浮子61的水平横截面的其他两个矩形面上，具体做法是通过在一面上，导引壁64从外壁向内伸入，同样地，在角的另一面上，这样的导引壁64从外壁部51向内伸入。
[0132]两个导引壁64之一在此是外壁51的从外指向内部的凹陷63的一部分，如清楚地由图3b所示，所述凹陷从上方观察在液箱的大体上整个高度上延伸。
[0133]凹陷63的宽度如此设计，从而使传感器装置I的传感器杆Ia能够在其中以在液箱60的高度上延伸的方式得到固定地定位，从而以充分保护的方式得到安置。
[0134]如图3a中以虚线作为替代方案所示，传感器杆I自然也可以被布置在外表面的任意部位上的直线、连续的外壁51上，即在液箱60的干燥面51b上。
[0135]根据传感器杆Ia的布置位置，从上方观察的磁体组合4被定为在液箱60中从上方观察的如此部位上，并在所示的本情况下在浮子61的内部，从而使其尽可能地靠近传感器杆la。但其中必须确保磁体组合4到环绕其的软磁材料，例如导引通道的由金属板构成、形成液箱的壁的间距径向在所有方向上一样远，以便避免磁吸附到所述导引通道的某一面上，而如此将阻碍沿测量方向10的自由运动。
[0136]当传感器杆Ia位于凹陷63中时，磁体组合4被尽可能近地布置在浮子61的朝向传感器杆Ia的面上，并自然也在横向上尽可能地靠近传感器杆la。
[0137]在本情况下，从上方观察，浮子61被构造为矩形，而组合磁体5a、5b、5c从上方观察具有环形的形状，其中组合磁体5a、5b、5c的外周远小于浮子61的内径，以便使浮子61仍具有足够大的浮力。
[0138]组合磁体5a、5b、5c因此被插在垂直从浮子的底部在指定的位置上突起的导引杆62上，而在导引杆62的向上伸出的具有外螺纹的端部上旋拧螺母55用于固定。
[0139]因为通常浮子61由不可磁化的材料，如塑料构成，首先在导引杆62上套上由软磁材料制成的导引板，所述导引板从而位于最下面的组合磁体5c的下方，并优选大约具有螺母55的形状和外部尺寸，所述螺母优选同样由软磁材料构成，并在其上端部用作流导体元件。如果螺母55由不可磁化的材料，如塑料构成，则如图3b所示，在旋拧螺母55之前，同样也在最上面的组合磁体5b上放置一这样的导引板。
[OMO]作为补充方案，可以在导引杆62和组合磁体5a、5b、5c之间设置由软磁材料制成的套筒作为径向的内流导体元件。
[0141]通过这种方式，磁体组合4从上方观察被布置在浮子61平面图的特定部位上，并且浮子61从上方观察也无法在其导引装置中转动。
[0142]如果相反地，浮子61被构造为圆形，并从而能在其垂直导引装置中转动，则磁体组合4优选被布置在浮子61的平面图的中心，并优选完全填充其横截面。
[0143]在图4a、图4b所示的磁体组合4中，各组合磁体或组合区段在轴向，即测量方向10上彼此前后相接，而在图5a、图5b所示的解决方案中，所述组合磁体或组合区段在横向于测量方向的方向上，尤其在环绕测量方向的圆周方向上彼此前后相接。
[0144]图4a示出环形磁体组合4的轴向切面图，所述磁体组合在图的左半部分作为单体式的磁体组合4连同组合区段2a_2c示出，而在图的右半部分则由端面甚至不接触的各环形组合磁体5a、5b、5c构成。
[0145]不管是何种情况，中间的组合磁体5a或组合区段2a的极方向均径向指向外部，而在两侧端面，即沿轴向10抵靠在其上的侧面组合磁体5b、5c或组合区段2b、2c具有分别沿测量方向10延伸的极方向6b、6c，但所述两个极方向彼此相对。
[0146]图4c示出沿测量方向10观察，根据左图的磁体组合4的外轮廓可以是圆形的外轮廓，根据中图则可是多边形，此处为六角形的外轮廓。后者的优点在于，由于外轮廓为非圆形，通过相应地将导引元件从外部放置在一个或甚至多个外表面上可避免磁体组合4围绕纵轴10的转动，这一点尤其在极方向被构造为非旋转对称，而是仅在一个或各径向方向上发射较强的有效磁场的情况下是必需的。
[0147]从而例如图4c示出这样的磁体组合4，所述磁体组合仅为环绕测量方向10的扇形体，因此同样使得能够例如在此视线方向上在所述侧面或角上布置导引元件，以便避免所述扇形体式的磁体组合围绕测量方向1的转动。
[0148]图4b示出同样包含中心穿孔7的筒形磁体组合的纵切面图，其中各组合磁体5a、5b、5c无需构造为环盘形，而是可以通过简单的方式将其作为例如杆形磁体5a、5b、5c推入例如可由塑料或其他不可磁化的材料构成的基体3的相应凹槽，从而降低了制造成本:
[0149]如此，中间的组合磁体5a被方便地推入径向延伸、朝侧面打开的、匹配的凹槽，需要时沿圆周方向以规则的角距推入。
[0150]沿测量方向10在其两侧布置的组合磁体5b、5c被推入分别朝向端面打开的、轴向延伸的相应匹配的凹槽，所述凹槽在图的右半部分中沿测量方向10延伸，而在图的左半部分中相对其倾斜延伸，并从基体3中的端面开口径向指向外部。
[0151]所述凹槽和组合磁体5b、5c也可优选布置在圆周方向上的多处位置，具体根据需要有效场的圆周部位的数量。
[0152]各组合磁体5a、b例如可设计为具有任意，尤其是圆形或四边形横截面的单一杆形磁体。
[0153]此外，对于图4a_图4c，主要用于在周围的构件上进行固定的中心穿孔的横截面形状同样对于本发明无关紧要，但出于简化的目的通常选择圆形。
[0154]图5a示出沿测量方向10观察的磁体组合4，所述磁体组合由两个组合磁体5a、5b、5c或组合区段2a、2b、2c的三件组构成，所述组合磁体或组合区段在圆周方向上彼此连接。每个三件组在此情况下在圆周的180°上延伸，从而两个这样的三件组产生360°的完整圆周，但这一点不论在组的角延伸方面还是在组的数量方面对于本发明都不具有重要性，而是取决于相应的应用情况。
[0155]对于每个组，组的中间扇形体的极方向6a都径向指向外部，而位于旁边的相邻扇形体，即组合磁体5b、5c或组合区段2b、2c的极方向6b、6c指向相应扇形体的圆周方向或与所述圆周方向相切，但朝向中间扇形体6a。
[0156]图5a中，所述组合磁体不具有中心穿孔7，这一点对于磁体组合4的所有其他构造方式也是可行的。
[0157]图5b示出沿测量方向10观察再次为圆环形的磁体组合，其包含同样为圆形的中心穿孔7，以及如图5a的在圆周方向上彼此连接的组合磁体或组合区段的三件组。
[0158]但在此情况下四个这样的三件组，从而间隔90°各有一个径向指向外部的极方向。
[0159]在图5b的情况下，所述中间的组合区段2a或组合磁体5b具有在此视线方向上保持不变的宽度，而其他组合区段或组合磁体具有大约圆拱形、径向向外越来越宽的形状。
[0160]在图5b的下半部分中，在各扇形体之间布置有弹性垫片12，以便防止损伤相互抵靠、在此情况下的各组合磁体5a、5b、5c。
[0161]附图标记列表
[0162]I传感器装置
[0163]2a-2c组合区段
[0164]3基体
[0165]4磁体组合
[0166]5a、5b、5c 组合磁体
[0167]5’外轮廓
[0168]6a、6b、6c 极方向
[0169]7穿孔
[0170]8场线
[0171]9接触面
[0172]10轴向，测量方向
[0173]11横向平面
[0174]12弹性垫片
[0175]13夹紧螺栓
[0176]14滑动套筒
[0177]15场线
[0178]16活塞环
[0179]17外螺纹
[0180]18轴向通孔
[0181]19固定器
[0182]19a突出部
[0183]20位置传感器
[0184]21磁绝缘体
[0185]50工作缸单元
[0186]51缸体，壁部
[0187]51a液体面
[0188]51b干燥面
[0189]52活塞
[0190]53活塞杆
[0191]54突起
[0192]55螺母
[0193]56导引环
[0194]57槽体
[0195]58边缘
[0196]59a头部件
[0197]59b脚部件
[0198]60液箱
[0199]61浮子
[0200]62导引杆
[0201]63凹陷
[0202]64导引壁
【主权项】
1.一种沿测量方向(10)测量的磁场敏感式位置传感器(20)，其特征在于，其包括: 尤其沿测量方向(1)延伸的传感器装置(I)，以及 在测量方向(10)上能够相对于所述传感器装置(I)运动的磁体组合(4)，所述磁体组合在测量方向(10)上的位置能够由所述传感器装置(I)探测，其中 所述磁体组合(4)要么由多个组合区段(2a，2b，2c)以一体式的方式构成，要么由多个组合磁体(5a，5b，5c)以多部分的方式构成， 所述组合区段(2a，2b，2c)或组合磁体(5a，5b，5c)的极方向(6a，b)不同，并且所述组合磁体(5a，5b，5c)或组合区段(2a，2b，2c)以如此的间距，尤其是彼此接触的方式布置，从而使其磁场叠加。2.根据权利要求1所述的位置传感器(20)， 其特征在于， 所述组合区段(2a，2b，2c)在测量方向(10)，即所述磁体组合(4)的轴向(10)上前后叠置布置，并且所述极方向(6a，b)沿所述磁体组合(4)的所有组合磁体(5a，5b，5c)的测量方向(10)观察径向指向外部，尤其以点对称，尤其旋转对称的方式朝向所述组合磁体(2a，b)沿轴向观察的中间定向。3.根据上述权利要求中任一项所述的位置传感器(20)， 其特征在于， 所述磁体组合(4)包括三个组合磁体(5a，5b，5c)或组合区段(2a，2b，2c)，其中中间的组合磁体或组合区段具有从其中心相对于轴向(10)径向指向外部的极方向(6a)，并且在所述中间组合磁体(5a)或组合区段(2a)两端相对于轴向(10)的端面各设有另一组合磁体(5b，5c)或组合区段(2b，2c)，其极方向(6b，6c)沿轴向，或最多沿与轴向(10)成最大45°角的方向延伸，其中所述两个外组合磁体(5b，5c)或组合区段(2b，2c)的极方向彼此相对朝向。4.根据上述权利要求中任一项所述的位置传感器(20)， 其特征在于， 沿轴向(1)观察，所述三个组合磁体(5a，5b，5c)或组合区段(2a，2b，2c)具有圆形的外轮廓(5)，并且尤其在中心具有同样为圆形的穿孔(7)，从而构造为环形。5.根据上述权利要求中任一项所述的位置传感器(20)， 其特征在于， 对于构造为环形的组合磁体(5a，5b，5 c )，所述磁体组合(4)的所有组合磁体(5a，5b)上的中心穿孔(7)的直径相等。6.根据上述权利要求中任一项所述的位置传感器(20)， 其特征在于， 所述组合磁体(5a，5b，5c)布置在，尤其是插入基体(3)的相应凹槽。7.根据上述权利要求中任一项所述的位置传感器(20)， 其特征在于， 所述组合磁体(5a，5b，5c)端面彼此相粘接或以形状配合的方式结合在一起。8.根据上述权利要求中任一项所述的位置传感器(20)， 其特征在于， 沿测量方向(10)观察，所述组合区段(2a，2b，2c)或磁体(5a，5b，5c)在环绕测量方向(10)的圆周方向上作为扇形体彼此叠置布置，其中尤其分别一个扇形段具有径向指向外部的极方向(6a)，并且所述两个相邻的扇形段，具有在圆周方向上或相切于圆周方向延伸的极方向(6b，6c)，所述极方向相对于所述两个相邻的扇形段彼此相对并朝向所述中间扇形区段。9.根据上述权利要求中任一项所述的位置传感器(20)， 其特征在于， 在所述扇形段之间布置有弹性垫片(12)。10.根据上述权利要求中任一项所述的位置传感器(20)， 其特征在于， 在所述磁体组合(4)的外表面、内表面和/或端面上布置尤其为套筒形的磁绝缘的绝缘体(21)。11.根据上述权利要求中任一项所述的位置传感器(20)， 其特征在于， 在所述磁体组合(4)的组合磁体(5a，5b，5c)之间，布置有在横向于轴向(1)的横向平面(11)中延伸、尤其由不可磁化的材料，尤其是塑料制成的板形弹性垫片(12)。12.一种测量装置，其特征在于，其包括 根据上述权利要求中任一项所述的位置传感器(20)， 在所述传感器装置(I)与所述磁体组合(4)之间由软磁材料制成的壁部(51)，其中在所述壁部(51)的液体面(51a)上存在液体， 其特征在于， 所述磁体组合(4)布置在所述壁部(51)的液体面(51a)上，所述传感器装置(I)布置在所述壁部(51)的相对的干燥面(51b)上。13.根据权利要求12所述的测量装置， 其特征在于， 所述壁部(51)是一个工作缸单元(50)的缸体。14.根据上述权利要求中任一项所述的测量装置， 其特征在于， 在所述工作缸单元(50)中，所述工作缸单元(50)的活塞(52)轴向牢固地与所述磁体组合(4)连接。15.根据上述权利要求中任一项所述的测量装置， 其特征在于， 所述构造为环形的组合磁体(5a，5b，5c)被所述活塞杆(53)或在背离所述活塞杆(53)的面上被所述活塞(52)的轴向突起(54)轴向贯穿。16.根据上述权利要求中任一项所述的测量装置， 其特征在于， 所述活塞(52)和/或所述活塞杆(53)和/或突起(54)由软磁材料构成，在所述磁体组合(4)与该软磁材料之间布置一磁绝缘体(21)。17.根据上述权利要求中任一项所述的测量装置， 其特征在于， 所述磁体组合(4)，尤其是所述组合磁体(5a，5b，5c)的外轮廓(5)略小于所述活塞(52)的外周，因此，尤其所述组合磁体(5a，5b，5c)的在其外侧面上不会接触所述缸体(51)的内表面。18.根据上述权利要求中任一项所述的测量装置， 其特征在于， 所述传感磁体装置(3)布置在尤其由不可磁化的材料构成的活塞(52)的轴向暴露的槽体(57)中。19.根据上述权利要求中任一项所述的测量装置， 其特征在于， 所述传感器装置(I)借助至少两个轴向间隔的固定器(19)被固定在所述缸体(51)的外周上，所述固定器分别具有一轴向的通孔(18)，所述传感器装置(I)能够尤其借助夹紧螺栓(13)被配入并固定在所述通孔内。20.根据上述权利要求中任一项所述的测量装置， 其特征在于， 所述传感器装置(I)在所述通孔(18)中既能沿轴向，也能在其转动位置中定位和固定，并尤其具有圆形的外周，所述通孔(18)具有大小与之相配的圆形的内轮廓。21.根据上述权利要求中任一项所述的测量装置， 其特征在于， 所述壁部(51)是液箱(60)的用于液体的壁部，具体方式是，与所述磁体组合(4)牢固连接的浮子(61)浮在所述液体的表面上，所述传感器装置(I)在垂直方向上布置在所述液箱(60)的外表面。22.根据上述权利要求中任一项所述的测量装置， 其特征在于， 所述磁体组合(4)如此地布置在浮子(61)中，使得所述磁体组合(4)能够最多环绕一个竖直轴转动，且所述浮子(61)在导引装置中沿垂直方向运动。23.根据上述权利要求中任一项所述的测量装置， 其特征在于， 所述传感器装置(I)以在凹陷(63)中受到保护的方式布置在所述液箱(60)的外表面中。
【文档编号】G01B7/00GK105889174SQ201610018686
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年1月11日
【发明人】克劳斯·曼弗雷德·施泰尼希
【申请人】Asm自动化传感器测量技术有限公司