专利名称：旋转位置传感器的制作方法
技术领域：
本发明总的涉及位置传感器，尤其涉及使用霍尔效应器件产生指示位置信息信号的传感器。
背景技术：
位置传感器被用于以电子方式监控机械部件的位置或移动。位置传感器产生随部件位置的变化而变化的电信号。电气的位置传感器被包括到很多产品中。例如，位置传感器可使得各种机动部件的状态被以电子方式监控和控制。由于位置传感器必须基于所测得的位置给出适当的电信号，因此位置传感器需要精确，如果不精确的话，位置传感器可能潜在地干扰被监控部件位置的合适的评估和控制。一般地还需要位置传感器的测量充分地精确。然而，所需的位置测量精确度显然随着特定的使用环境而发生变化。为了某些目的，仅需要粗略的指示；例如，阀门主要是开还是主要是关的指示。在其他的应用中，可能会需要更精确的位置指示。位置传感器应该对于其放置的环境来说足够耐用。例如，用于机动车阀门的位置传感器在汽车工作过程中几乎是经历持续的运动。这种位置传感器应该由这样的机械和电气部件构造，其不论较大的机械振动还是热极端和热梯度都足以使该传感器在其设计寿命之内保持精确和准确性。过去，位置传感器一般为“接触”型。接触型位置传感器要产生电信号需要物理接触。接触型位置传感器一般由电位计构成，该电位计产生随着部件位置的变化而变化的电信号。接触型位置传感器一般较为精确和准确。不幸的是，由于接触型位置传感器在运动过程中的磨损，使得该传感器的耐用性受到限制。接触产生的摩擦力还会降低部件的操控性。另外，水进入电位传感器会使传感器失效。非接触型位置传感器的发展是传感器技术的一个重要的进步。非接触型位置传感器(“NPS”)不需要信号发生器和传感元件之间的物理接触。而是NPS利用磁体产生随位置的变化而变化的磁场，并利用器件来检测变化的磁场以测量被测部件的位置。通常利用霍尔效应器件来产生电信号，该电信号取决于器件上的磁通量的大小和极性。霍尔效应器件可以物理地接附到被测部件上，从而在部件移动时相对于固定的磁体而移动。相反地，可固定霍尔器件，而使磁体贴附到被测部件上。在任一情况下，被测部件的位置可通过由霍尔器件产生的电信号来确定。相比于使用接触型位置传感器，使用NPS具有一些明显的优点。因为NPS不需要信号发生器和传感元件之间的物理接触，因此在操作过程中的物理磨损较少，从而增强传感器的耐用性。使用NPS具有优点还因为被测物与传感器自身之间无任何物理接触而导致阻力降低。尽管NPS的使用具有一些优点，但是在许多应用中为了使NPS成为令人满意的位置传感器也需要克服一些不利条件。磁体的不规则性或非理想性会降低NPS的准确和精确性。NPS的准确和精确性还会受到传感器可能经受的大量机械振动和扰动的影响。因为被测物和传感器之间没有物理接触，因此这种振动和扰动可能会使他们被碰撞得失去对准。 未对准可导致任何特定位置所测得的磁场不是初始对准时应该测得的磁场。因为测得的磁场不同于正确对准时所测得的磁场，因此感测到的位置也是不正确的。还应考虑到磁场强度和导致的信号的线性度。现有技术中的器件还需要特殊的电子器件来解决磁场随温度的变化。由磁体产生的磁场随温度变化，传感器必须能够区分温度的改变和位置的改变。
发明内容
本发明的特征在于提供一种用于感测耦合到轴上的可移动物体的位置的传感器， 在一个实施例中，包括以偏心的关系耦合到可移动物体的轴上的磁体。该轴和磁体适于旋转，且该磁体适于产生具有垂直于磁体表面中的至少一个表面的方向的磁通量场；以及传感器被保持在外壳中，靠近该磁体。该磁体和传感器可相对于彼此移动，且该传感器适于感测该通量场的方向，并产生指示该通量场方向、轴的位置以及耦合到该轴的可移动物体的位置的电信号。在一个实施例中，传感器组件包括外壳，以及外壳中的转子，所述转子限定适于接收可移动物体的轴的钻孔。磁体位于转子中的空腔中。在一个实施例中，转子包括套环以及空腔偏离于该套环。转子和传感器以至少部分重叠的方式位于外壳中。在一个实施例中，转子的套环紧靠着形成在外壳中的套环。在一个实施例中，转子包括至少部分地围绕套环的外壳，该外壳为磁体限定该空腔，并限定至少一个狭槽，该狭槽将该外壳分成第一部分和第二部分，其中第二部分适于独立于第一部分而响应温度改变而弯曲。在另一实施例中，该外壳限定由内部壁隔开的第一和第二腔体，转子和传感器以至少部分重叠且隔开的方式分别位于该第一和第二腔体中。第一和第二板分别覆盖第一和第二腔体。在一个实施例中，轴延伸到外壳中以及转子的套环和钻孔中。在一个实施例中，磁体为半圆形，包括竖直表面，且磁场的方向大致垂直于该磁体的竖直表面。通过以下对本发明的一个实施例的详细描述、附图和所附权利要求书，将更容易明白本发明的其它的优点和特征。
在形成本说明书的一部分的附图中，相似的数字在所有的图上被用来表示相似的部件图1为根据本发明的旋转位置传感器的顶部透视图2为图1所示的旋转位置传感器的底部透视图，其中以分解的形式示出了需测量旋转位置的部件的轴；图3为图1和图2中的旋转位置传感器的分解简化透视图；图4是根据本发明的旋转位置传感器的沿图1所示的4-4线的简化水平剖视图；图5A至5C为通量示意图，示出了由本发明的旋转位置传感器的磁体产生的在三个不同的测量角度/磁体位置下的通量；图6为根据本发明的旋转位置传感器的又一个实施例的顶部透视图；图7是图6所示的旋转位置传感器的底面透视图；图8为图6和图7中所示的旋转位置传感器的简化分解透视图；图9为转子和相关的将磁体过压成型于内的磁体外壳的放大的、部分透视图；图10是旋转位置传感器的沿图6所示的10-10线的简化水平剖视图；图IlA至IlC为通量示意图，示出了由图6至图10的旋转位置传感器的磁体产生的在三个不同的测量角度/磁体位置下的通量。
具体实施例方式图1至图4示出了根据本发明的旋转位置传感器组件20的第一个实施例，包括外壳22、转子80、磁体100(图3)以及电路板传感器组件120(图3和图4)等元件。外壳22包括各个相对的顶表面25和底表面28，并限定一大致圆形的基底或转子部分23和大致方形的传感器部分四，该传感器部分四与基底或转子部分23为一体并相邻接。连接器部分M(图1和图2、从传感器部分四的一侧向外一体地延伸。安装凸缘或支架27J8形成在外壳22相对的斜角上并从斜角向外突出。支架27从传感器部分四的一侧向外突出，支架38从转子部分23的一侧向外突出。外壳可由注入成型塑料形成。外壳22限定两部分，腔体或壳体。具体地，外壳22的基底部分23限定转子腔体 32 (图3)，其罩住转子80，传感器部分四限定传感器或电子器件腔体42 (图4)，其罩住电路板组件120。转子腔体32大致为圆柱形，且位于并限定在外壳22的侧表面沈上。传感器腔体 42 (图4)大致为方形，且限定在外壳22的相对侧表面25上，因此各个腔体32、42以部分重叠的关系定位在外壳22的相对侧上。转子腔体32(图3和图4)由圆形内部垂直周边壁34和内部水平壁或表面36共同限定。壁34在表面沈上限定外部周边圆周边缘40。限定中心钻孔或通孔37的套环或圆柱形壁35被限定在水平表面36中且在外壳表面25的方向上从水平表面36延伸。由圆周性延伸的内部垂直侧壁44、套环壁35以及垂直于侧壁44的内部底部壁或表面48共同限定传感器腔体42 (图4)。侧壁44在表面25顶部限定圆周外部边缘52 (图4)。外壳22的内部形成有基本水平的隔离壁54 (图4)，其与垂直的套环壁35 —起将传感器腔体42和转子腔体32分开并且隔离。隔离壁M与转子腔体壁34和传感器腔体壁44为一体，并与转子腔体壁34和传感器腔体壁44基本垂直。转子腔体32的底表面36位于隔离壁M的一侧，传感器腔体42 的底表面48位于隔离壁M的另一侧。一对椭圆形穿孔或通孔56(图1至图4)被限定在外壳22相应的凸缘27、28中，并穿过相应的凸缘27、28。通过压配合等方式将椭圆形封闭的金属插入物160(图1至图 4)安装到穿孔56中。紧固件(未示出)适于穿过每个穿孔56和插入物160以将外壳22 接附到其他物体。连接器部分或外壳M(图2、从传感器外壳部分四的其中一侧向外延伸。线束66 被连接到连接器部分对。端子150(图幻适于定位在连接器部分M中并与线束66相匹配。线束66将传感器组件20电连接到其他的电路。图2至图4中示出了基本圆形的转子80，其包括中心板或圆盘82，该中心板或圆盘82具有水平上表面83、水平下表面84以及这两者之间的外部圆周垂直表面或壁85。转子80可由注入成型塑料形成。第一圆柱形套环87从圆盘82的上表面83垂直地向外延伸，并限定中心轴钻孔或通孔92。第二圆柱形套环93从圆盘82的下表面84垂直地向外延伸。轴钻孔或通孔92延伸穿过转子80，更具体地，接连穿过套环87、圆盘82和套环93。套环93被细长的大致垂直的狭槽99分为四个部分或四个片段97。片段97以分离并平行的关系围绕壁93圆周地延伸。通过内部侧壁89和垂直于侧壁89的底部壁90共同在转子80的圆盘82中限定偏心或偏轴或离轴(off-axis)的磁体凹陷或空腔88。磁体空腔88被限定在圆盘的偏心部分，位于中心钻孔92和外部圆周壁85之间。磁体100被容纳且位于空腔88中。圆周的凹陷96 (图4)被限定在且位于套环93的外表面。金属锁紧环98 (图3和图4)围绕套环93，且位于凹陷96中，适于在转子80和外壳套环壁35之间提供密封，还使得转子80保持与外壳22垂直的关系。转子80的钻孔92接收需要测量其旋转位置的物体的轴170，在所示的实施例中， 轴170具有匹配的形状，诸如矩形端部172(图2、。轴170还具有相对的圆柱形端部171。轴 170从外壳基本垂直地向外延伸，且可被接附到任何类型的需要测量其旋转位置的物体。轴的矩形端部172延伸穿过转子钻孔92并进入套环93的内部。套环93的片段 97相对于轴170的矩形端部172的外表面向内压缩和挠曲，以将轴170固定到转子80上。如图3、4、5所示，磁体100大致上为半圆形或月亮形，且适于以相对于转子80的钻孔92偏移或偏轴的关系安装到限定在转子80的圆盘82中的空腔88中，并用热熔柱(未示出)固定在空腔中，或者可替代地，被压配合于此。在所示的实施例中，空腔88与磁体 100具有大致相同的形状。磁体100为永磁体，其被极化的方式在于其限定北极104和南极 105(图5A至5C)。磁体100可由几种不同磁性材料制成，例如但不限于铁氧体、钐钴或钕铁硼。磁体100限定水平顶表面101、与表面101平行相对且分开的水平底表面102 ；弯曲的半圆形垂直侧表面103 ；与半圆形表面103相对的垂直竖直侧面106 ；以及一对相对的端部垂直侧表面107和109，在表面103和106之间的端部延伸。转子80位于并支撑在转子腔体32中，以在其中进行旋转运动，其中转子80的套环93延伸穿过腔体32中的穿孔37并进入外壳22中的套环35中，转子80的圆盘82位于转子腔体32中。盖板110(图2至图4)被安装到外壳22的表面沈和边缘40上，覆盖腔体32，从而将转子80罩在其中。盖110限定中心穿孔111和周边螺钉穿孔112。一环形狭槽或凹陷113被限定在盖板110中，围绕轴穿孔111并与轴穿孔111隔开。环或面密封114被压配合到狭槽113中。紧固件或螺钉115穿过对应的穿孔111以将盖板110接附到壳体22。面密封114形成与传感器外壳22适于被安装到的其他安装表面(未示出)的密封。转子80的套环延伸穿过板110中的穿孔111。图3和图4描述了位于并安装在被限定在外壳部分四中的传感器腔体42中的电路板传感器组件120，包括大致矩形的印刷电路板122，该印刷电路板122具有顶表面124、 紧贴隔离壁讨的底面(floor) 125的底表面125、延伸穿过顶表面IM和底表面125之间的通孔130。印刷电路板122可以为FR4材料形成的传统印刷电路板。传感器121，例如磁场传感器通过传统的电子装配技术被安装到顶表面124，例如焊接。磁场传感器121可以为来自比利时Melexis Corporationof 1印er公司的型号为 MLX90316的霍尔效应集成电路，其适于测量由磁体100产生的磁场或磁通量的大小及方向。包括例如电容器、电阻器、电感和其他类型的调节、放大和滤波器件的其他的电子部件 126(图4)通过传统的电子装配技术被安装到顶表面124。传感器121优选地位于腔体42中的板120上，与位于腔体32中的转子80的凹陷 88中的磁体100重叠。例如硅树脂凝胶体的封装化合物136(图4)被施加到印刷电路板122、传感器121 以及表面IM上的其他部件126，以密封印刷电路板122、传感器121和元件1 使其与外
部环境隔离。多个大致为L形的导电材料端子150(图3)也延伸穿过外壳壁中的一个，一端连接连接器24，另一端连接印刷电路板122。具体地，端子150限定端部151和152，他们相互成大约90度角弯曲。尽管没有详细的示出或描述，但应该理解的是，端子端部151被焊接到印刷电路板122上相应的通孔130中，端子端部152延伸出外壳22并进入连接器部分对，在此连接到线束66。另一盖板138(图1、图3和图4)坐落在外壳部分四的边缘52上，以覆盖其内的腔体42和印刷电路板122。盖板138通过紧固件或螺钉139被接附到外壳22的外壳部分 29的边缘52。旋转位置传感器组件20被用于确定旋转的或移动的物体的位置，该物体例如为轴170，其如上文所述包括第一端部172，延伸穿过盖板110中的穿孔111并穿过转子80 中的钻孔92 ；以及相对的端部171，适于连接到多种旋转或移动物体，包括例如车辆传动装置。如图4和图5A至5C所示，当轴170旋转时，转子80和磁体100也相对于固定的传感器121旋转，如上文所述，该传感器与磁体100隔开且重叠。内部水平外壳壁M和印刷电路板122将传感器121与磁体100隔离。由磁体100产生的磁场通量穿过内部外壳壁 54和印刷电路板122，且通过传感器121感测磁场通量的大小/强度和方向/极性。特别地，应该理解的是，磁场可根据磁体100的位置以及磁体参数(通量线)被测量的位置而发生大小/强度和极性/方向的变化。传感器121产生响应于磁体100的位置和轴170的位置而变化的电输出信号。因为磁体100产生的磁场(即大小/强度和极性/方向)随轴170和转子80的旋转而改变， 传感器121产生的电输出信号也因此发生改变，从而能够确定或探测轴170的位置。传感器121在磁体100旋转时感测改变的磁场(即大小/强度和极性/方向)。在一个实施例中，由传感器121产生的电信号与轴170的位置成比例。图5A至5C描述了位于磁体100上方的水平平面内磁场/通量线210的位置和取向，该磁场/通量线210在三个不同的轴和磁体的旋转角或位置穿过磁通量传感器121，即 0度(图5A)、45度(图5B)和90度(图5C)。更具体地，磁体100产生的通量线210指向磁体100的北极表面103，并以大致上垂直于磁体表面105的方位和关系，从磁体100顶部弯曲的北极表面103和磁体100的相对的底部竖直南极表面105在宽度方向上大致径直穿过该宽度流出在，。在轴和磁体的旋转或位置角度为0度时(图5A)，通量线或矢量210的通量方向大致从磁通量传感器121的左上角对角地指向右下角，即通量线或矢量相对于传感器的每个侧面呈45度角。传感器121感测磁场210的该方向，并产生代表该通量的方向、磁体100 的位置、转子80的位置、轴170的位置以及最终耦合到轴170上的物体的位置的电信号。在轴和磁体的旋转或位置角度为45度时(图5B)，通量线或矢量210的通量方向大致从磁通量传感器121的顶部径直地指向底部，即通量线或矢量的取向平行于传感器的两个侧表面并垂直于传感器的另两个侧表面。传感器121感测磁场通量线210的该方向， 并同上所述产生代表该通量的方向、以及由此代表磁体100和轴170的位置的电信号。在轴和磁体的旋转或位置角度为90度时(图5C)，通量线或矢量210的通量方向大致从磁通量传感器121的右上角对角地指向左下角，即通量线或矢量相对于传感器的每个侧表面呈45度角。图5C中的通量线210的角度方向和取向与图5A中的通量线210的角度方向和取向正相反。本发明具有若干优点。使用延伸穿过转子80的中心钻孔92，且将转子80中的磁体100临近轴170且偏心放置，这使得轴170的端部172能够完整地穿过钻孔92和转子 80，这使得传感器组件20可用在轴170的长度必须与该传感器组件相适应的应用中。另外，将转子80和磁体100安装在与电子部件(霍尔效应传感器)腔体42分开的外壳部分或腔体32中，这能够实现更紧凑的设计，并使得腔体42中的电子部件被更好的绝缘、保护以及密封，使其与周围环境相隔离。这使得传感器组件20能够应用于高温、高湿度的要求更高的应用中。另外，使用MLX90316型集成电路霍尔效应传感器可降低或消除对温度补偿电子器件的需要，这是因为MLX90318型器件测量正交轴上的磁场矢量的方向，并利用该信息计
算位置。进一步地，半圆形或月亮型的磁体提供了穿过其的均勻通量的场，无论磁体100 的角度或位置，磁体产生的场的方向总是大致垂直穿过磁体100的宽度和底部表面105定向和延伸，从而确保提供线性的均勻信号输出。图6至图10描述了根据本发明的旋转位置传感器300的另一个实施例，如下文详细描述的，包括外壳322、转子380、磁体400以及印刷电路板传感器组件420等元件。外壳322大致为半椭圆形，由塑料制成，并包括周边外圆周垂直壁324，其包括一对相对且分离并大致平行的径直部分32 和324b ；弯曲部分32 ，将两个径直部分32 和324b在其端部连接在一起；以及径直部分3Md，与弯曲部分32 相对，并将两径直部分 324a和324b相对的端部连接在一起。外壳322还包括底部表面或底面326，其与壁3M — 起限定内部外壳腔体332。外壳壁3M还限定圆周周边边缘325 (图8)。
圆形穿孔334(图8和图9)被限定在外壳322的底面326中，临近并与外壳壁部分324d隔开。穿孔334被套环336环绕，该套环336从底面326向外突出至腔体332中。 一对互相分离的柱或止挡336、338从套环336和外壳壁324的边缘的内部表面向外突出。 弯曲壁340从外壳322的底面326向外突出，临近且与套环336隔开。一对径直壁341和 343也从底面326向外突出。壁341在外壳壁部分324C内部和壁341之间延伸。壁343在壁340和套环336之间延伸。成角度安装的凸缘或支架342从外壳322的壁部分324b的外部表面向外突出和延伸。成角度安装的凸缘或支架344从外壳322的壁部分32 的外侧表面向外突出和延伸。在示出的实施例中，支架344比支架342的长度长。支架342和344中的每一个限定接收圆形闭合插入物348的圆形穿孔或通孔346。紧固件(未示出)适于穿过各个穿孔346 和相关的插入物348的每个以将旋转位置传感器300安装和固定到其他结构。中空连接器部分或外壳348从外壳322的壁部分32 的外侧表面向外延伸和突出。多个连接器端子350(图8和图9)延伸穿过各个限定在外壳322的壁32 中的穿孔 327并进入外壳322的腔体332。转子380(图6至图10)包括细长的、大致圆柱形的中心套环382，其限定一内部的大致圆柱形通孔或穿孔384。一大致半圆形或月亮形磁体外壳386以偏心、离轴或偏移的方式被耦合到套环382的外侧表面的下部，并从该下部向外延伸。磁体外壳386包括水平上表面388以及与上表面388平行且分离的水平下表面 390，上表面388与下表面390 —起限定具有两者间开放的内部腔体392 (图8)的外壳386。 磁体外壳388，特别是其顶表面388和底表面390中的每一个，包括周边细长的半圆形外侧边缘389，其与中心套环382相分离，并与中心套环382的曲线和形状相一致。多个柱391 在上表面388的边缘389和下表面390的边缘389之间以相互分离且大致平行的关系延伸。磁体外壳386，更具体地其顶表面388和底表面390中的每一个，还限定一对完全相反的大致泪滴状狭槽395和397，其将磁体外壳386限定并分隔成中心基底部分399和一对完全相反的周边弯曲的细长指状物或翼状物部分401和403，其中中心基底部分399耦合至套环382并从套环382的外侧表面向外延伸，指状或翼状部分401和403 —体地从基底399的相对侧向外延伸，并部分地由各个上表面388和下表面390的外侧边缘389限定。 指状物401、403中的每一个在套环382的方向上弯曲，由于通过各自的狭槽395和397与基底399相分离，而适于如下文所述根据温度的改变而朝基底399弯曲或折曲，或弯曲或折曲远离基底399。指状物401和403终止在相应的垂直末端壁387a和387b (图8)，垂直末端壁387a和387b与外壳顶表面388和底表面390 —起限定出每个指状物401和403的端部的末端闭合空腔405。磁体400(图8和图9)大致为半圆形或月亮形，由与磁体100相同的材料制成， 包括相对的且相互分离并平行的顶表面402和底表面404 ；第一周边弯曲侧表面406，在顶表面402和底表面404之间大致垂直的延伸，并限定磁体的北极；第二周边竖直侧表面 408，与第一弯曲侧表面406相对，并限定磁体的南极；以及第三和第四直接相对的竖直周边侧表面410和412在弯曲的侧表面406和竖直侧表面408的端部之间延伸。如图9所示，磁体外壳386由被过压成型在磁体400周围的塑料材料制成，其中磁体外壳386的上表面388，尤其是磁体外壳386的基底399的顶表面邻接磁体400的顶表面402 ；磁体外壳386的底表面390，尤其是外壳386的基底399的底表面邻接磁体400的底表面404 ；磁体外壳386的柱391邻接磁体400弯曲的周边表面406的外侧面；以及磁体 400的端部410和412延伸到相应的被限定在磁体外壳388的每个相应的柔性指状物401 和403的末端的空腔405中，并被该空腔405包围。根据本发明，磁体外壳388的形状以及柔性结构和构造可避免构成磁体外壳388 的塑料材料在经历温度变化时破裂或损坏。特别地，应该理解的是磁性材料随温度变化而发生的尺寸改变一般较小，而用于过压成型的塑料的尺寸一般会随温度而发生较大变化。 因此，如果磁体400在整个覆盖的塑料材料被过压成型且被暴露于汽车应用所需的极限温度或温度循环的情况下，尺寸改变的不同，即磁体400较小的改变和塑料材料较大的改变会导致塑料材料的破裂或破损，因此会导致过压成型在其中的磁体400的移动或移位。因为磁体400的位置被用于感测和测量轴170的位置，磁体400的移动或移位必定是不希望的。磁体外壳386的弯曲形状与其中的由基底399和被相应的狭槽395、397分隔的指状物401和403形成的组合一起构成磁体外壳386，其中指状物401和403根据温度的改变以及其导致的磁体400和外壳386尺寸的改变，能够使得基底399独立地折曲或弯曲，以最小化磁体外壳386的表面388和390的应力，这能够消除磁体外壳386破裂和损坏的风险， 从而避免过压成型在磁体外壳386中的磁体400的移动或移位。印刷电路板组件420 (图8和图10)包括印刷电路板422，该印刷电路板422具有大致矩形的端子或基底部分424以及与基底部分4M —体的顶侧传感器部分426。端子部分似4限定多个互相分离的共线的镀金属端子插座或通孔428，传感器部分似6包括固定并安装到其顶表面的传感器430。狭缝432被分别限定在电路板422中、端子和传感器部分 424和似6之间的。尽管未详细示出或描述，但是应该理解的是，印刷电路板组件420位于外壳322的腔体332中，紧靠外壳322的底面326的外表面并邻接套环336，其中印刷电路板422的端子部分424的端部被楔入外壳壁340和341之间，印刷电路板422的传感器部分似6被楔入在外壳壁340和套环336之间。各个端子350的端部由限定在电路板422中的相应的端子插座4 所接收。如图8和图10所示，转子380位于外壳322的腔体332中，其中转子380的套环 382的底部位于限定在腔体332中的套环336的边缘顶部，限定在外壳322中的套环336中的钻孔384与限定在转子380套环382中的钻孔334对准。转子380上的磁体外壳386的下表面390邻接外壳腔体332中的壁340的顶部边缘部分，平行于且与外壳322的表面332隔开，与电路板组件420的传感器部分422隔开且重叠，特别是，与安装到电路板组件420顶部上的传感器430重叠且与传感器430隔开。磁体外壳386的每个指状物401和403的端部处的端部邻接表面或壁387a、387b 适于接触并紧靠着外壳腔体332中的止挡336、338，以将转子380在外壳腔体332中的旋转限制在总共90度以内，特别是限制转子380的磁体外壳386的旋转。盖板450 (图6、图8和图10)位于外壳322的壁324的边缘325上，以覆盖并封闭腔体332以及特别是覆盖罩在腔体332中的电路板组件420和转子380。板450的轮廓大致为半椭圆形，并与外壳322的半椭圆形状大致一致。板450限定一大致圆形的穿孔452，并包括大致圆形的垂直内部壁454，其围绕并与穿孔452隔开并在板450中围绕穿孔452限定凹陷456。板450被耦合到外壳322，其中转子380的套环382的顶部延伸穿过板450的穿孔 452并进入凹陷456。密封环458位于凹陷458中、转子380套环382和盖板450的壁妨4 之间，以提供板450和转子380之间的密封。尽管此处未详细示出或描述，但是应该理解的是，与之前示出并描述的关于旋转位置传感器20的轴170相类似的轴适于延伸到传感器组件300中，特别是延伸穿过外壳 322的底面326中的穿孔334，并穿过转子380的套环382的中的钻孔384。另外，尽管也未详细描述，但是也应该理解的是传感器组件300的操作方式与传感器20基本相同，并提供与上述传感器组件20相同的优点，因此关于传感器组件300，对传感器组件20的操作和优点的描述通过引用被结合于此。特别地，当轴170旋转时，转子380和磁体400也相对于固定的传感器430旋转， 其中固定的传感器430与磁体400隔开并重叠在磁体400上。通过传感器430感测由磁体 400产生的磁场，且更具体地，至少感测磁体400的磁场的方向。更特别地，如上关于传感器组件20的所述，应该理解的是磁场的大小/强度和极性/方向可根据磁体参数(通量线) 被测量的位置和区域而改变。传感器430产生响应于磁体400的位置而变化的电输出信号。因为磁体400产生的磁场(即大小和极性/方向)随轴170和转子480的旋转而改变，传感器430产生的电输出信号也因此发生改变，从而能够确定或探测轴170的位置。传感器430在磁体400旋转时感测改变的磁场(即改变的大小和极性/方向)。图IlA至IlC描述了位于磁体400上方的水平平面内磁场/通量线450的位置和取向，该磁场/通量线450在三个不同的轴和磁体的旋转角或位置穿过磁通量传感器430， 即0度(图11A)、45度(图11B)和90度(图11C)。更具体地，磁体400产生的通量线450指向磁体100顶部弯曲的北极表面406并以大致上垂直于磁体表面408的方向和方位，从磁体100顶部弯曲的北极表面406和磁体 400的相对的底部竖直南极表面408在宽度方向上大致径直穿过该宽度流出，。在轴和磁体的旋转或位置角度为0度时(图11A)，通量线或矢量450的通量方向大致从磁通量传感器430的左上角对角地指向右下角，即通量线或矢量相对于传感器的每个侧面呈45度角。传感器430感测磁场210的该方向，并产生代表该方向、以及由此代表磁体400和轴170的位置的电信号。在轴和磁体的旋转或位置角度为45度时(图11B)，通量线或矢量450的通量方向大致从磁通量传感器430的顶部径直地指向底部，即通量线或矢量的取向平行于传感器的两个侧表面并垂直于传感器的另两个侧表面。传感器430感测磁场210的该方向，并产生代表该方向、以及由此代表磁体400和轴170的位置的电信号。在轴和磁体的旋转或位置角度为90度时(图11C)，通量线或矢量450的通量方向大致从磁通量传感器430的右上角对角地指向左下角，即通量线或矢量相对于传感器的每个侧表面呈45度角。图IlC中的通量线450的角度方向和取向与图IlA中的通量线450 的角度方向和取向正相反。尽管已参照两个实施例对本发明进行了教导，但本领域技术人员将认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可对形式和细节作出多种改变。应当认为所描述的实施例在各个方面仅是说明性的，而不是限定性的。因此，本发明的范围被所附的权利要求而不是上述的描述指示。在权利要求的等同内容的含义和范围内的所有改变被包含在权利要求的范围内。
权利要求
1.用于感测耦合到轴上的可移动物体的位置的传感器组件，该传感器组件包括磁体，以偏心的关系耦合到可移动物体的轴，该轴和该磁体适于旋转，且该磁体适于产生具有垂直于磁体表面中的至少一个表面的方向的磁通量场；以及传感器，被保持在外壳中，靠近该磁体，该磁体和传感器可相对于彼此移动，且该传感器适于感测该通量场的方向，并产生指示该通量场方向、轴的位置以及耦合到该轴的可移动物体的位置的电信号。
2.根据权利要求1所述的传感器组件，还包括外壳，外壳中的转子，限定适于接收可移动物体的轴的钻孔，所述磁体位于转子中的空腔中。
3.根据权利要求2所述的传感器组件，其中外壳限定由内部壁隔开的第一和第二腔体，转子和传感器以至少部分重叠且隔开的方式分别位于该第一和第二腔体中。
4.根据权利要求2所述的传感器组件，其中转子和磁体以至少部分重叠且隔开的方式被保持在外壳中。
5.用于感测可移动物体的位置的传感器组件，包括外壳，限定第一和第二腔体；壁，隔开第一和第二腔体；第一腔体中的转子，该转子限定钻孔和从该钻孔偏离的空腔，该转子适于与该可移动物体相耦合；转子中的空腔中的磁体，该磁体适于产生磁场；以及第二腔体中的传感器，该传感器和转子可相对于彼此移动，且该传感器适于感测该磁场，并产生指示磁体的位置和可移动物体的位置的电信号。
6.根据权利要求5所述的传感器组件，其中轴延伸到外壳中以及转子的钻孔中。
7.根据权利要求5所述的传感器组件，其中第一和第二板分别覆盖第一和第二腔体。
8.根据权利要求5所述的传感器组件，其中第一和第二腔体至少部分地相互重叠，且可从外壳的相对侧接近该第一和第二腔体。
9.根据权利要求5所述的传感器组件，其中由磁体产生的磁场的通量方向垂直于磁体表面中的至少一个表面。
10.根据权利要求9所述的传感器组件，其中磁体包括至少第一弯曲表面和至少第二竖直表面，通量方向垂直于该第二竖直表面。
11.根据权利要求10所述的传感器组件，其中磁体大致为半圆形。
12.用于感测可移动物体的位置的传感器组件，包括外壳，限定内部腔体，并包括限定穿孔的壁；该腔体中的传感器；该腔体中的转子，该转子包括套环和空腔，该套环与外壳的壁中的穿孔对准，该空腔至少部分地与该传感器重叠；转子的空腔中的磁体，该磁体产生磁场；以及磁体和传感器可相对于彼此移动，且该传感器适于感测该磁场，并响应于由传感器感测的磁场而产生电信号。
13.根据权利要求12所述的传感器组件，还包括固定到外壳且覆盖该腔体的板，该板限定对准于转子的套环的穿孔。
14.根据权利要求12所述的传感器组件，其中外壳限定一内部套环，且转子上的套环紧邻外壳中的套环并相对于外壳中的套环旋转。
15.根据权利要求12所述的传感器组件，其中转子包括至少部分地围绕该套环且为磁体限定空腔的外壳，该外壳限定至少一个狭槽，该狭槽将该外壳分成第一部分和第二部分， 该第二部分适于独立于第一部分而在温度改变时弯曲。
全文摘要
用于感测可移动物体的传感器组件(20，300)，在一个实施例中，该传感器组件(20，300)包括限定内部腔体的外壳(322)。转子(380)被保持在该腔体中。该转子限定一中心钻孔(384)，并且磁体(400)被安装到由转子限定的偏心空腔(405)中。该转子耦合到需测量其位置的可移动物体的轴(170)。传感器(430)还以与磁体(400)至少部分重叠的关系被保持在该腔体中，并适于至少感测由磁体产生的磁场的方向以产生指示可移动物体的位置的电信号。在另一实施例中，转子(80)和传感器(121)安装到由内部外壳壁(54)隔开的、分开的外壳内部腔体(32，42)中。
文档编号G01D5/14GK102326053SQ201080008126
公开日2012年1月18日 申请日期2010年2月16日 优先权日2009年2月17日
发明者K·库克, K·沃尔施莱格, R·纽曼 申请人:Cts公司