专利名称：测力装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测力装置，其包括转换器-传感器组件，转换器-传感器组件具有产生磁场的转换器装置以及对磁场敏感的传感器装 置，其中，转换器装置与传感器装置可由作用在测力装置上的作用力彼此相对移动。
技术背景在WO 2004/083792 Al中公开了一种测力单元，其具有用来承受 重力的可弹性变形的力转换器以及用来检测力转换器形变并将其变换 为电子称重信号的传感器布置，其中，力转换器的第一末端与安装部 相连、第二末端携带有力导入部，并且，力转换器构造为具有两个在 棒的纵向上间隔的削弱区的空^ 0棒。在WO 2004/106876 Al中公开了一种测力单元，其具有用来承受 待确定的压力或拉力的可弹性变形的薄膜力转换器，还具有用来检测 力转换器形变并将其变换为电子称重信号的传感器布置，且还具有抗 弯的多部件的外壳，外壳具有用来容纳并安装薄膜力转换器以及传感 器布置的内部，其中，外壳基本在所有的侧面上包围力转换器并具有 通道，薄膜力转换器通过该通道可以承受待确定的力，其中，薄膜力 转换器包括居中布置的力导入部，边缘区域包括在至少一个薄膜表面 上突出的边缘部，并且，在外壳的内部中设有弹性区域，力转换器的 突出边缘可以与该弹性区域确定地接合。在EP 1 335 193 A2中公开了一种测力装置，其具有至少在一些区 域中呈挠性的元件以及固定至该元件的舌形元件，还具有磁体以及对 磁场敏感的传感器，其中，舌形元件被设置在挠性元件的两个区域之
间，舌形元件在其一端处与挠性元件的区域相连，并且，在挠性元件 弹性变形的时候，舌形元件可以在其自由端处相对于另一区域偏斜， 借助磁体以及对磁场敏感的传感器可以对所述偏斜进行测量。发明内容形成本发明基础的目的是提供一种上述类型的测力装置，该测力 装置以简单的方法改善了特征值。根据本发明，利用上述测力装置实现该目的在于，转换器装置至 少包括第一永久磁体和第二永久磁体，其都在纵向上具有基本不变的 几何截面，并且，第一永久磁体与第二永久磁体彼此成角度设置。第一永久磁体与第二永久磁体的彼此成角度的设置使第一永久磁 体与第二永久磁体在转换器装置上具有V形设置。通过成角度的设置 可以实现高度的磁场聚焦。这改善了转换器-传感器组件的特征值。磁 能密度被提高，所以转换器-传感器组件对杂散磁场较不敏感。此外， 传感器装置可优选地相对于转换器装置的磁轴对齐。不必让第一永久磁体与第二永久磁体具有特别的几何形状就可以 实现上述的优点。永久磁体构成为具有在纵向上基本不变的截面，也 就是说不必设置较薄或较厚的区域。尤其，可使用传统的矩形或圆柱 形的棒形磁体。因此可以以廉价的方式实现根据发明的方案。转换器-传感器组件可以用在多个不同的测力装置或测力单元中， 而与保证传感器装置与转换器装置之间相对移动的方式无关。例如可以将根据本发明的转换器-传感器组件用在具有如WO 2004/106876 Al 或EP 1 335 193 A2所述基本结构的测力装置中。有利地，第一永久磁体与第二永久磁体为偶极磁体。相应的磁极 相对于传感器装置具体定向。由此实现高度的磁场聚焦以及较高的磁
能密度。具体而言，磁北极与磁南极在第一永久磁体的纵向上彼此跟随。 这可在传感器装置设置在其中的转换器装置前面的前区域中获得高度 的聚焦较高的磁场密度。由于同种原因，优选使磁北极与磁南极在第二永久磁体的纵向上 彼此跟随。如果第一永久磁体与第二永久磁体构造为基本相同，那么根据本 发明的测力装置可以以廉价的方法制成。在实施例中，第一永久磁体被设置在第一边界面与平行的第二边 界面之间。这种矩形磁体可以以简单的方法制成。由于同种原因，优选使第二永久磁体设置在第一边界面与平行的 第二边界面之间。.第一永久磁体的第一边界面与第二永久磁体的第一边界面彼此成 锐角是特别有利的。因此，获得第一永久磁体与第二永久磁体的V形 设置，并改善磁场的特征值和聚焦，这将导致磁通密度的提高。例如，第一永久磁体与第二永久磁体可构造为圆柱形的棒形磁体 (圆棒磁体)。如果第一永久磁体与/或第二永久磁体为方形的，那么 可以获得较高的能量密度。永久磁体的截面沿其纵向呈矩形。尤其，第一永久磁体与第二永久磁体的纵向彼此成锐角。因此， 可以在转换器装置前面的前区域中获得较高的磁场密度。该锐角优选处于5。与45。之间。在具体的实施例中，该角度处于15。的数量级。空间的需求伴随角度的变大而增加。此外，当角度过大 时，传感器装置与转换器装置之间有效的相对移动范围会变小。尤其 当角度过小时，不会改善特征值。优选地，第一永久磁体与第二永久磁体的各自的磁极指向传感器 装置。这可实现有效的磁场聚焦。尤其， 一个永久磁体的磁北极与另一永久磁体的磁南极指向传感 器装置。利用这种方法可以在转换器装置前面的前区域中获得较高的 磁场密度。如果第一永久磁体设置在转换器装置的第一容纳体中且第二永久 磁体设置在转换器装置的第二容纳体中，那么根据本发明的测力装置 可以以简单的方法制成。永久磁体因此可以以简单的方法固定至转换器装置。例如，它们可以粘附地保持在相应的容纳装置上。优选地，第一容纳体与第二容纳体彼此成角度设置。因此，可以 以有效的方式在转换器装置前面的前区域中实现磁场聚焦。也可以做下述设置，即在第一永久磁体与第二永久磁体之间设置 楔形元件。由于楔形元件，两个永久磁体可以通过夹紧在适当位置而 固定至转换器装置。因此，不再需要提供粘性的固定。例如，能够在 转换器装置上制成用于第一与第二永久磁体的容纳装置，其中，这些 容纳装置被楔形元件再分隔成用于第一永久磁体的第一容纳装置与用 于第二永久磁体的第二容纳装置。楔形元件构造为使得力可以大面积 地地施加到永久磁体上；由此可以避免永久磁体上的点式压力(磁性 材料通常非常易碎)。楔形元件例如由硅树脂制成。尤其，第一永久磁体的纵向与第二永久磁体的纵向在传感器装置 设置在其中的转换器装置前面的区域内相交。彼此相对成角度地设置
的永久磁体由此在传感器装置上定向，从而使传感器布置设置在其中 的区域中具有较高的磁场密度。优选地，传感器装置包括至少一个霍尔效应传感器。因此，可以 以简单且有效的方法检测到由于施加在测力装置上的力而产生的传感 器装置的磁场变化，并且可提供与所施加的力相当的电子称重信号。在一个实施例中，设置有弹性的力转换器，转换器装置或传感器 装置联接在该力转换器上。如果有导致力转换器形变的力施加在力转 换器上，那么转换器装置与传感器装置之间的相对位置就会发生变化。 该变化由传感器装置记录，传感器装置产生相应的电子称重信号。在 弹性的力转换器上的相应的测力装置例如描述在专利文献WO2004/083792 Al中，特别参考了该专利文献。在这种情况下，还可以做下述设置，即力转换器构造为空心棒， 空心棒具有第一削弱区和间隔的第二削弱区。通过削弱区(尤其通过 削弱空心棒的壁而获得削弱区)提供了联接点，从而为力转换器提供 平行四边形-力转换器的功能。根据本发明的测力装置可以有利地用在车辆上，尤其是机动车辆上。例如，可以将根据本发明的测力装置用在车座上，以便例如确定 与气囊控制系统有关的重量数据。
下述优选实施例连同附图一起用于更详细地说明本发明，其中 图1是采用测力单元形式的根据本发明的测力装置的示例性实施 例的透视图；图2是根据图1所示的检测装置的剖视图3根据图2的区域A的放大视图； 图4是转换器装置的示例性实施例的透视图； 图5是根据图4的转换器装置的前视图；以及 图6是沿着图5中的线6t6剖开的剖视图。
具体实施方式
图l至3所示并表示为IO的本发明所述测力装置的示例性实施例 例如构造为测量单元。测力装置10包括安装部12，安装部12保持转 换器-传感器组件16的转换器装置14 (图4至6)。
转换器-传感器组件16包括传感器装置18，传感器装置18具有至 少一个对磁场敏感的传感器20，例如霍尔效应传感器(图2)。传感 器装置18被设置在转换器装置14的前面。测力装置IO例如可以用在车辆、尤其是机动车辆上；以及例如用 于车座上。例如通过安装部12可以把测力装置10安装在车座安装件 的上轨道上。在安装部12上设有例如呈具有内部26的空心棒24形式的弹性构 造力转换器22。该空心棒24在纵向28上延伸，其中，内部26呈圆柱 形并具有与纵向28重合的轴线。力转换器22具有通过空心棒24外部上的凹部形成的第一削弱区 30与第二削弱区32。第一削弱区30与第二削弱区32在纵向28上彼 此间隔开。削弱区30、 32为环形或锥套形。通过削弱空心棒24的壁形成为 力转换器22提供平行四边形的力转换器功能的联结位置。例如，削弱区30、 32具有相对于纵向28倾斜的基部33。斜度可 以是大约3。，其中，削弱区32的深度沿着方向35减小，并且削弱区 30的深度沿着与方向35相反的方向减小。由于削弱区30、 32的基部 33关于纵向28倾斜以及彼此远离，从而可以获得用于平行四边形偏斜 的更好对称性。在放大的剖视图B (针对第二削弱区32)以及C (针对第一削弱 区30)中，放大地示出了倾斜基部(为了使视图清楚而夸大了该倾斜)。传感器20优选在第一削弱区30与第二削弱区32之间居中地设置 在内部26的轴线上。转换器装置14被设置在安装部12的圆柱形凹部34中。该凹部 34被设置在空心棒24的内部26中或指向内部26。转换器装置14被 设置在内部26中，且不与空心棒24的壁接触。安装部12具有环形的凸缘36，凸缘36具有环形的凹部38。在凹 部38中设有力导入装置40，通过力导入装置40可以将力导入力转换 器22。力导入装置40间隙地设置在凹部38中。力导入装置40为空心的圆柱形，并与力转换器22共轴布置。力 导入装置40具有力导入区域42，其保持力转换器22的自由端区域(力 转换器22通过另一末端区域保持在安装部12上)。此外，力导入装置40具有保持端区域44，该区域进入安装部12 的凹部38内并保持于该处。力导入装置40的保持端区域44间隙容纳在安装部12的凹部38 中(图2与3所示的距离未按比例绘制。)只要有可允许的力作用在力导入装置40上，那么该装置就会由于
间隙而在凹部38中无阻碍地移动。如果作用的力变得超出许可，那么设置在保持端区域44与限定凹部38的壁之间的挡环46会阻止力导入 装置40的任何的进一步移动，并因此避免损坏力转换器22。挡环46例如通过激光焊接固定在安装部12上。在这种情况下， 挡环46也可以被设置在与凹部38相邻的安装部12的相应凹部48中。力转换器22可以弹性地变形。因此它可以承受力，例如重力。在 专利文献WO 2004/083792 Al中描述了一种具有可弹性变形的力转换 器的测力单元，其中，力转换器在第一末端上与安装部相连、在其第 二末端上支承力导入装置，而且力转换器构造为具有两个沿空心棒纵 向间隔的削弱区的空心棒，特别参考了此专利文献。在该文献中也公 开了测力装置10的上述基本结构以及变型及替换方案。转换器装置14 (图4至6)包括圆柱形的保持区域50，转换器装 置14通过该区域布置在凹部34中。在保持区域50之后是环形凸缘52， 环形凸缘52与保持区域50相比具有较大的直径。在环形凸缘52之后， 转换器装置14具有用于第一永久磁体56与第二永久磁体58的容纳区 域54。为此，容纳区域54具有第一容纳体60与第二容纳体62，其中， 第一永久磁体56被设置在第一容纳体60内，第二永久磁体58被设置 在第二容纳体62内。永久磁体56与58例如被粘附地固定在相关的容 纳体60与62中。第一永久磁体56沿着第一纵向64延伸，第二永久磁体58沿着第 二纵向66延伸(图6)。永久磁体56、 58沿着相应的纵向64、 66分 别具有不变的截面(垂直于相应的纵向64、 66)。在图6中示出了截 面68a与68b。截面68a、 69b在形状与面积方面基本相同。理论上，永久磁体56与58可以是具有例如圆形截面的棒形磁体。
在优选实施例中，永久磁体56与58为方形，并因此在其相应的 纵向64、 66上具有矩形截面，其中，矩形截面在纵向64与66上的形 状与面积基本不变。尤其，第一永久磁体56与第二永久磁体58在结构上基本相同。之后第一永久磁体56例如在第一边界面70与平行的第二边界面 72之间延伸(图5)。尤其，永久磁体56与58构造为偶极磁体，并各自具有磁北极74a 与磁南极74b (第一永久磁体56)或磁北极76a与磁南极76b (第二永 久磁体58)。对于第一永久磁体56而言，磁北极74a与磁南极74b在纵向64 上彼此跟随。对于第二永久磁体58而言，磁北极76a与磁南极76b在 纵向66上彼此跟随。在这种情况下，可做下述设置，即两个永久磁体56、 58以相反的 极性设置，也就是说，第一永久磁体56的磁南极74b在前侧78，第二 磁体58的磁北极76a也在该前侧78。其中布置有传感器装置18的前区域84 (图2)位于前侧78的前 面的内部26中。尤其对于方形永久磁体56、 58而言，容纳体60与62可构造为侧 向敞开的切槽。永久磁体56、 58的第一纵向64与第二纵向66彼此成锐角80 (小 于90°)。该角度在数量级上例如处于5。与45°之间。在具体的实施例 中，该角度80约为15。。因此两个永久磁体56、 58彼此成V形地设置。因此，第一容纳体60与第二容纳体62的边界壁彼此也成相当于 角度80的锐角。此外，第一永久磁体56与第二永久磁体58的边界面70、 72彼此 也成锐角80。第一永久磁体56与第二永久磁体58分别与转换器装置14的平面 86 (图6)成半锐角(half-acute-angle)，其中该半锐角是锐角80的'一 半。平面86具体是转换器装置14的(几何的)镜面对称面。传感器20、尤其是传感器装置18的霍尔效应元件设置为使得如 果测力装置IO没有受力，那么传感器20关于平面86对称地设置在平 面86上。在第一容纳体60与第二容纳体62之间形成中间区域82。因此， 永久磁体56与58彼此不接触。中间区域82可以构造为由例如硅树脂制成的单独的楔形元件。通 过这种楔形元件可以使两个永久磁体56、 58在第一容纳体60与第二 容纳体62中保持夹紧，并因此固定在适当位置。尤其，楔形元件将形 成于转换器装置14之中的凹部再分隔成用于第一永久磁体56的第一 容纳体60与用于第二永久磁体58的第二容纳体62。传感器装置18以下述方式与力转换器22联接，即如果力通过力 导入装置40施加至力转换器22，那么传感器装置18将相对于转换器 装置14移动。因此，传感器装置18的(至少一个)传感器20产生磁 场变化。这变化以传感器信号的方式表示，传感器信号与传感器装置 18相对于转换器装置14 (也就是相对于永久磁体56与58)的位置变
化有关并因此与施加的力有关。由于传感器装置18相对于转换器装置 14的位置变化可以产生电子信号，其中，信号的强度与施加在测力装置io上的力有关。在前区域84中的(至少一个)传感器20定向至转换器装置14的 永久磁体56、 58。例如，具有(至少一个)传感器20的传感器装置 18布置为使得如果没有力通过力导入装置40施加，那么传感器装置 18与纵向28共轴。为了将传感器装置1S保持在内部26中而设置了例如空心圆柱形 的保持元件，该保持元件固定至空心棒24的末端，并在突入空心棒24 内部26的末端处保持传感器装置18。这种保持元件描述在专利文献 WO 2004/083792 Al中。特别参考了此专利文献。测力装置IO的测量原理基于传感器装置18与转换器装置14之间 与力相关的位置移动。由于对力转换器22施加了作用力，位置发生改 变。由于这两个永久磁体56与58的磁场聚焦在前区域84中，则在第 一永久磁体56与第二永久磁体彼此相对成角度设置的情况下，可以提 高转换器-传感器组件16的特征值。通过所述的聚焦，还可以优化传感 器装置18的(至少一个)传感器20相对于转换器装置、尤其相对于 转换器装置14磁轴的定向。由于在前区域84中获得了更高的能量密 度，所以测力装置IO尤其对外界的杂散磁场较不敏感。通过第一永久磁体56与第二永久磁体58的V形设置可以实现前 区域84中磁场的聚焦。聚焦可以以简单的方法形成。例如可以采用传 统的矩形永久磁体。通过设置永久磁体56与58实现聚焦，从而无须 为聚焦而使永久磁体56与58具有特殊结构。
转换器-传感器组件16具有转换器装置14，永久磁体56与58在 转换器装置14中彼此成锐角地设置并因此呈V形，这种转换器-传感 器组件16可以用在所有类型的力转换器装置中，其中，电子力信号或 称重信号由于传感器装置与转换器装置之间的位置变化而实现。例如 可以把根据本发明的转换器传感器-组件用在诸如专利文献WO 2004/106876 Al所述的测力单元中，或用在诸如专利EP 1 335 193 A2 所述的测力装置中。
权利要求
1.测力装置，其包括转换器-传感器组件(16)，该转换器-传感器组件(16)具有产生磁场的转换器装置(14)和对磁场敏感的传感器装置(18)，其中，所述转换器装置(14)与所述传感器装置(18)可在作用于所述测力装置上的力的作用下而彼此相对移动，其特征在于，所述转换器装置(14)至少包括第一永久磁体(56)与第二永久磁体(58)，其都在纵向(64；66)上具有基本不变的几何截面(68a，68b)，并且，所述第一永久磁体(56)与所述第二永久磁体(58)彼此成角度(80)设置。
2. 根据权利要求l所述的测力装置，其特征在于，所述第一永久 磁体(56)与所述第二永久磁体(58)是偶极磁体。
3. 根据权利要求l或2所述的测力装置，其特征在于，磁北极(74a) 与磁南极(74b)在所述第一永久磁体(56)的纵向(64)上彼此跟随。
4. 根据前述权利要求之一所述的测力装置，其特征在于，磁北极 (76a)与磁南极(76b)在所述第二永久磁体(58)的纵向(66)上彼此跟随。
5. 根据前述权利要求之一所述的测力装置，其特征在于，所述第 一永久磁体(56)与所述第二永久磁体(58)构造为基本相同。
6. 根据前述权利要求之一所述的测力装置，其特征在于，所述第 一永久磁体(56)形成在第一边界面(70)与平行的第二边界面(72) 之间。
7. 根据前述权利要求之一所述的测力装置，其特征在于，所述第 二永久磁体(58)形成在第一边界面与平行的第二边界面之间。
8. 根据权利要求7所述的测力装置，其特征在于，所述第一永久磁体(56)的所述第一边界面(70)与所述第二永久磁体(58)的所 述第一边界面彼此成锐角(80)。
9. 根据前述权利要求之一所述的测力装置，其特征在于，所述第 一永久磁体(56)是方形的。
10. 根据前述权利要求之一所述的测力装置，其特征在于，所述 第二永久磁体(58)是方形的。
11. 根据前述权利要求1至8之一所述的测力装置，其特征在于， 所述第一永久磁体是圆柱棒形磁体。
12. 根据权利要求1至8之一所述的测力装置，其特征在于，所 述第二永久磁体是圆柱棒形磁体。
13. 根据前述权利要求之一所述的测力装置，其特征在于，所述 第一永久磁体(56)和所述第二永久磁体(58)的所述纵向(64， 66) 彼此成锐角(S0)。
14. 根据权利要求13所述的测力装置，其特征在于，所述锐角(S0) 处于5°与45°之间。
15. 根据前述权利要求之一所述的测力装置，其特征在于，所述 第一永久磁体(56)和所述第二永久磁体(58)的各自的磁极(74b; 76a)指向所述传感器装置(18)。
16. 根据权利要求15所述的测力装置，其特征在于，所述一个永 久磁体(58)的磁北极(76a)与所述另一个永久磁体(56)的磁南极(74b)指向所述传感器装置(18)。
17. 根据前述权利要求之一所述的测力装置，其特征在于，所述 第一永久磁体(56)被设置在所述转换器装置(14)的第一容纳体(60) 中，所述第二永久磁体(58)被设置在所述转换器装置(14)的第二 容纳体(62)中。
18. 根据权利要求n所述的测力装置，其特征在于，所述第一容 纳体(60)与所述第二容纳体(62)设置为彼此成角度(80)。
19. 根据前述权利要求之一所述的测力装置，其特征在于，在所 述第一永久磁体(56)与所述第二永久磁体(58)之间放置有楔形元 件。
20. 根据前述权利要求之一所述的测力装置，其特征在于，所述 第一永久磁体(56)的纵向(64)与所述第二永久磁体(58)的纵向(66)在所述转换器装置(14)前面的区域(84)中相交，其中所述 传感器装置(18)设置在所述区域(84)中。
21. 根据前述权利要求之一所述的测力装置，其特征在于，所述 传感器装置(18)包括至少一个霍尔效应传感器(20)。
22. 根据前述权利要求之一所述的测力装置，其特征在于，设有 弹性的力转换器(22)，且所述转换器装置(14)或所述传感器装置(18)联接至所述力转换器(22)。
23. 根据权利要求22所述的测力装置，其特征在于，所述力转换 器(22)构造为具有第一削弱区(30)和间隔的第二削弱区(32)的 空心棒(24)。
24. 根据前述权利要求之一所述的测力装置在车辆中的应用。
25. 根据权利要求24所述的测力装置在车座上的应用。
全文摘要
公开了一种测力装置，其包括转换器-传感器组件，转换器-传感器组件具有产生磁场的转换器装置以及对磁场敏感的传感器装置，其中，转换器装置与传感器装置由测力装置的力而彼此相对移动。在转换器-传感器组件中，转换器装置至少具有第一永久磁体与第二永久磁体，它们各自在纵向上具有基本不变的几何截面；并且，在转换器-传感器组件中，第一永久磁体与第二永久磁体设置为彼此成角度。
文档编号G01L1/14GK101160515SQ200680011468
公开日2008年4月9日 申请日期2006年3月30日 优先权日2005年4月5日
发明者安德烈亚斯·汉佩, 斯文·绍特尔 申请人:Bag比策尔巴汽车有限责任公司