专利名称：致动器和传感器组件的制作方法
技术领域：
本发明总的涉及一种致动器和传感器组件，尤其涉及一种耦合到致动器的非接触式线性位置传感器。
背景技术：
位置传感被用于电子地监控机械部件的位置或移动。位置传感器耦合到致动器并适于产生随被关注部件位置的变化而变化的电信号。致动器和传感器组件可包含在多种产品中。例如，致动器和传感器组件可电子地监测并控制各种汽车部件的状态。位置传感器需要很精确，其必须根据所测量到的位置给出合适的电信号。如果不精确，位置传感器可能会妨碍被监测部件的位置的评估和控制。通常，还需要位置传感器在其进行测量时足够精准。但是，位置测量中所需的精度明显地随着具体使用环境而改变。对于一些目的，仅需要粗略的位置指示即可；例如，指示阀门主要处于打开还是关闭。在其他应用中，需要更精准的位置指示。位置传感器还应该对于其放置的环境足够耐用。例如，用在汽车阀门上的位置传感器在汽车操作过程中几乎经历不断的运动。这种位置传感器应该由即使是在较大的机械振动和热极端及热梯度的情况下，也足以使传感器在其预计寿命期间保持充分精度和准确度的机械和电子部件组成。过去，位置传感器通常为“接触”型。接触式位置传感器需要物理接触以产生电信号。接触式位置传感器通常包括电位计，该电位计产生随部件位置而变化的电信号。接触式位置传感器通常较为精确和精准。不幸的是，由于运动过程中的接触而产生的磨损限制了其耐用性。另外，接触产生的摩擦会使部件的运行被削弱。另外，电位传感器中的水侵入现象会使传感器失效。传感器技术的一个进步是非接触式位置传感器的发展。非接触式位置传感器(“NPS”)不需要信号发生器和传感元件之间的物理接触。NPS使用一个或多个磁体来产生随位置变化的磁场，并采用一个或多个装置来探测改变的磁场，从而测量出被监测部件的位置。通常，霍尔效应装置被用于产生电信号，该电信号依赖于入射到装置的磁通量的大小、极性或方向。霍尔效应装置可物理地接附于被监测部件，这样当部件移动时该霍尔效应装置相对于静止磁体而移动。相反地，霍尔效应装置可以是静止的，而使磁体直接或间接地贴附到被监测的部件，在这两种情况中，都可以通过霍尔效应装置产生的电信号来确定被监测部件的位置。尽管目前可获得的致动器和NPS组件被证明为令人满意的，但是仍需要继续发展一种低成本的致动器和NPS组件。
发明内容
本发明的一个实施例涉及一种致动器和 传感器组件，该致动器和传感器组件包括传感器外壳，其包括限定腔室的壁；以及连接组件，其包括传感器并适于耦合到所述传感器外壳，且耦合的关系为使所述传感器延伸到所述传感器外壳的所述壁限定的所述腔室中。所述组件还包括致动器外壳，该致动器外壳包括限定孔的基部，且所述传感器外壳和所述致动器外壳耦合在一起并限定内部腔。活塞位于所述内部腔中，其可在所述内部腔中移动且限定接收部。磁体位于所述活塞的接收部中，且磁体产生磁场。所述传感器适于感测磁场响应于所述活塞和所述磁体相对于所述传感器的移动而发生的改变。所述组件还包括致动器轴，所述致动器轴包括耦合到所述活塞的第一端部和延伸穿过所述致动器外壳中的所述孔并与可移动物体呈耦合关系的第二端部。在一个实施例中，所述致动器和传感器组件还包括柔性隔板，所述柔性隔板位于所述内部腔中，所述活塞坐落在所述柔性隔板上。弹簧也位于所述内部腔中，靠着所述活塞，并将所述活塞偏置到第一位置中。增压源耦合到所述传感器外壳或致动器外壳中的一个，并与所述内部腔流体流通，以调节所述内部腔中的压强并致使所述活塞移动。在一个实施例中，致动器和传感器组件还另包括位于所述传感器外壳或所述致动器外壳的其中一个上的多个夹子以及位于所述传感器外壳或所述致动器外壳中的另一个上的凸缘。所述多个夹子接合于所述凸缘以将所述传感器外壳和所述致动器外壳耦合在一起。另外，在一个实施例中，所述磁体包括至少第一和第二由不同磁性材料制成的堆叠部分。在一个实施例中，所述第一部分由NdFeB材料制成，所述第二部分由铁或钢材料制成。进一步地，在一个实施例中，所述致动器外壳的所述基部限定多个腔，所述致动器和传感器组件还包括多个安装销钉，所述多个安装销钉包括各自延伸到所述致动器外壳的所述基部中的所述多个腔中的头部。在一个实施例中，所述致动器外壳的所述基部还限定中心腔，隔板位于所述中心腔中并限定中心通孔，所述致动器轴延伸穿过所述隔板的所述中心孔。根据下面本发明的优选实施例的详细描述、附图和所附权利要求，本发明的其他优点和特征将更加显而易见。
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I为根据本发明的致动器和传感器组件的透视图；图2为图I中所示的致动器和传感器组件的断面垂直截面图；图3为图I的致动器和传感器组件的分解透视图；图4为图I至图3中的致动器和传感器组件的传感器外壳和连接组件的片断透视图；图5为图I至图3中所示的致动器和传感器组件的连接组件、传感器外壳以及活塞/磁体承载组件的垂直截面图； 图6为位于图I至图3中所示的致动器和传感器组件的隔板中的活塞/磁体承载组件的顶面透视图；图7为图I至图3中所示的致动器和传感器组件的致动器外壳的顶面透视图；图8为图I至图3中所示的致动器和传感器组件的致动器外壳的垂直截面图；图9为图I至图3中所示的致动器和传感器组件的磁体组件的第一可替换实施例的简化透视图；图10为描述图9中的磁体组件所产生的磁场的简化示意图；图11为图I至图3中所示的致动器和传感器组件的磁体组件的第二可替换实施例的简化透视图；和图12为图I至图3中所示的致动器和传感器组件的磁体组件的第三可替换实施例的简化透视图。
具体实施例方式图I至图3示出了根据本发明的致动器和传感器组件200。致动器和传感器组件200首先包括上部或顶部传感器外壳或罩构件22 (图1、2、
3、4)以及下部或底部致动器罩或外壳构件210 (图1、2、3、7、8)，两者相互耦合并一同限定一用于多个元件的内部腔体或封闭空间或室，这些元件包括下文将详细描述的活塞/磁体组合承载组件100 (图2、3、5、6)以及弹簧150 (图2和图3)。在所示实施例中，可由任意合适的注模塑料制成的传感器外壳或罩22大致为穹顶形，且包括圆形的顶壁或顶27 (图2、3、5)以及具有内表面24和外表面25的整体向下延伸的周边外壁或裙状部分23 (图2、3、5)。顶27和裙状部分23—起限定一内部传感器腔(cavity)或室(chamber)26。顶27还包括穹顶29 (图2、3、5)，该穹顶29限定一与腔26共轴并向腔26敞开的内部孔或腔28。穹顶29还限定一内部周边凹槽30 (图2、3)以及围绕该凹槽30的套环32。细长的、大致圆柱形空心管31 (图1、3、5)从顶27的一部分大致垂直向外且向上地延伸，并限定一与腔26的内部能流体流通的内部端口或通道33 (图5)。管子31可连接到诸如空气的气动流体源。周边延伸的肩部或套环44a (图2和图5)从顶27的内表面的一部分向下延伸到腔26中。周边凹槽或沟槽34被限定在顶27的内表面的一部分中并围绕套环44a。细长的周边延伸的壁36 (图4、5)从壁或顶27的内表面的另一部分整体向下地延伸到腔26中。壁36包括第一对空间分离且大致平行的竖直取向的侧壁部分36a和36b，第二对空间分离且大致平行的竖直取向的壁部分36c (图4中仅示出了一个)，以及连接竖直壁部分36a、36b和36c的下部末梢外围端部的、底部大致水平的壁或底部38。因此壁36，具体地，其壁部分36a、36b、36c和36d —起限定一传感器/基底腔或腔室40(图5)，该传感器/基底腔或腔室40可通过由壁36在外壳构件22的顶27中限定的一个开口 41 (图5)进入。因此壁36，具体地，其壁部分36a、36b、36c和36d将腔室40从腔26中分离或隔离，即腔室40由各个壁36a、36b、36c和36d的各自内表面限定并包围，且各个壁36a、36b、36c和36d的各自外表面面向腔26。多个大致L形的柔性细长夹子或指状物42 (图2、3、5)从外壳构件22的裙状部分23的外侧表面向外突出。每个夹子42包括末端43 (图2和图5)，该末端43向下地凸出或延伸越过裙部23的周边末梢边缘，并终止在向内 凸出的末梢肋或突出部或肩部44中。同样可以由任意合适的注模塑料制成的连接组件50 (图1、2、3、5)被安装并耦合到外壳构件22的顶27上，更具体地，安装到外壳构件22的顶27的穹顶29上。连接组件50包括主体51和从主体51 —体地延伸的罩体52,罩体52空间分离并大致平行于外壳22的顶壁。罩体52限定一敞开的内部空间53 (图5)。锁定突片54位于罩体52的顶部外表面上且从该表面向外突出。一电连接器(未示出)适于耦合到罩体52的端部并通过锁定突片54固定到罩体52。该电连接器(未示出)可被连接到线束(未示出)。连接组件50还包括环形末梢周边凸缘56 (图2、3、5)，其从主体51的末梢外围周边边缘向外大致垂直并一体地延伸和凸出。连接组件50耦合到并覆盖外壳构件22的顶部，具体地，以如下关系耦合到并覆盖外壳构件22的壁27和36 :其中连接组件50的凸缘56位于外壳构件22的凹槽30中，并被外壳构件22的套环32围绕，且通过热熔、超声焊接或类似的手段或方法被固定到外壳构件22。主体51还限定一内部凹槽57 (图5)，该凹槽能够允许连接组件50位于由外壳构件22的壁/顶27限定的穹顶29上。连接组件50的主体51还包括向下凸出的一体臂58，当连接组件50位于外壳构件22的顶部上并耦合到外壳构件22的顶部时，该臂58穿过壁36中的开口 41延伸并部分地到达由外壳构件22的壁36限定的室40中。多个大致L形的导电端子84 (图5中仅示出一个)被嵌入式模制到连接组件50的主体51中并穿过连接组件50的主体51。端子84通过主体51的内部被固定，并穿过该主体51的内部至臂58上。每个端子84限定各自相对的末端85和86。端子的端部85延伸到由罩体52限定的内部腔53中，并适于连接到电连接器(未示出)。端子的端部86在壁58的末端上延伸并通过压配合、焊接、焊线或其他类似的手段或方法耦合到基底80 (图5)。基底80可以为传统的由FR4或类似材料形成的印刷电路板。基底80末端以大致垂直于罩体52的关系大致共面地从壁58向外延伸。传感器82 (图5)安装到基底80的其中一个外表面上。传感器82可以为磁场传感器,诸如霍尔效应装置。在一个实施例中，传感器82为从比利时伊珀尔的Melexis公司获得的集成电路，其适于感测并测量由磁体产生的磁场至少在方向上的改变。尽管未示出，但可以理解的是，其他电子部件，例如电容器、电阻器、电感器和其他信号调节部件被安装到基底80的其中一个外表面上，或在两个外表面上均安装。另外，可以理解的是，一个或多个电路线(未示出)也位于并限定在基底80上或其中，用于将传感器82以及其上的其他电子部件电连接到连接组件50的臂58上的各个端子84的端部86。如图5所示，当连接组件50耦合到外壳或罩22的顶27的顶部时，连接组件50的臂58的一部分以及耦合到该臂58的末端的基底80延伸到外壳的腔室40中，其中该腔室40被连接组件50的周边壁36限定在外壳构件22的顶27中。致动器组件200还包括下部或底部致动器罩或外壳构件210，其也可以由适合的注模塑料制成。外壳构件210包括大致圆形的底部壁或底部或基部214 (图2、8)以及从底部214的周边边缘大致一体向上地延伸的周边侧壁216。壁214和216 —起限定杯状外壳构件210，该杯状外壳构件210限定一内部腔或室212 (图2、3、7、8)。侧壁216的上部终端部分限定一周边延伸并向外凸出的凸缘或套环或突出部或唇部218 (图2、3、7、8)。中心通孔222 (图2、8)限定一进入腔或室212的入口，并延伸穿过外壳构件210的底部。第一内部周边延伸的壁223 ( 图2、3、7、8)从外壳构件210的底部214的内表面的中心部分大致垂直地一体向上凸出。壁223围绕于限定在外壳构件210的底部214中的中心孔222并与其空间分离。底部214和壁223 —起限定了用于万向架226 (图2、3、7、8)的室或腔225 (图2、8)。万向架226限定一中心通孔227 (图3、7、8)和外部表面,该外部表面限定一适于接收0形环229 (图2、3、8)的周边凹槽228 (图2、8)，该0形环229可在外壳构件210的壁223的内表面与万向架226之间提供灵活的支承。外壳构件210的底部214还限定至少三个大致圆柱形的从底部214的内表面向外凸出并限定各自的内部腔的中空外围头部230 (图2、8)。每个头部230在外壳构件210的底部中限定一开口和大致环形的沟槽或肩部230a (图2和图8)。致动器组件200还包括多个安装螺钉或安装销钉234 (图2、3、8)，它们被嵌入式模制到限定在外壳构件210的底部214中的各个头部中的各自腔中。特别地，每个销钉234包括被嵌入式模制到外壳构件210的底部214中的各个头部230中的头部234b，以及围绕该头部234b并延伸到与形成在外壳构件210的基底214中的相应环形沟槽230a呈对接关系的环或凸缘234a。每个销钉234还包括适于延伸穿过支撑架(未示出)的对应开口的腿部234c (图2、3、8)，该支撑架被紧固到车辆引擎或引擎部件，例如涡轮增压器。对应的外壳构件22和210如图2所示被搭扣配合或夹在一起。具体地，尽管任一图中并未示出，但可以理解的是，当对应的外壳构件22和210在组装工艺中结合到一起时，外壳构件210上的凸缘218与对应凸起44的外部倾斜侧壁相对接，该凸起44在形成于外壳构件22上的对应柔性夹子42的末端43的内表面上形成，其能够使夹子42先向外弯曲然后在外壳构件210上的凸缘218越过对应的凸起44形成图2中所示的关系后向内折返，其中凸缘218的下表面坐靠于对应夹子42上的每个对应的凸起44的上表面，外壳构件22的壁23的终止末端与外壳构件210的壁216的终止末端相对且大致共面地放置。致动器和传感器组件200还包括柔性橡胶活塞或隔板240 (图2、3、6)，特别地如图2所示，其位于外壳构件210的腔212中。在如图2、3、6所示的结构中，隔板240的形状为具有底部环形的壁或底或基部242 (图2、3、5、6)以及外围周边延伸侧壁241 (图2、3、5、6)的杯状，侧壁241包括末梢向外凸出且周边延伸的凸缘或套环或唇部243 (图2、3、5、6)。底部242还限定一中心开口 244 (图3、5)。在图2、3和6的结构中，壁241和底部242 —起限定一内部腔或凹槽246 (图3)。如图2所示，隔板240的套环或凸缘243被楔入并固定到外壳构件210的凸缘218的顶部外表面与外壳构件22的壁23的终止外端面之间，与各个外壳构件22和210形成率禹合和搭扣在一起的关系。致动器和传感器组件200还包括限定一中心孔337 (图3和5)的环形活塞垫圈336 (图2、3、5)。活塞垫圈336位于组件200内部中紧靠外壳构件210的壁223的顶部外表面，其中，其中心孔337与限定在外壳构件210的底部214中的中心孔222对准。致动器和传感器组件200还包括细长 的活塞杆或致动器轴270 (图1、2、3、5、6)，该致动器轴270包括相对的端部272和273 (图3、5)。轴270可被接附到各种线性位置需要调节或测量的物体，例如接附到引擎上的涡轮增压器的旁通阀或放气阀。轴270的端部272还限定一头部275 (图3、5)，该头部与下文将详细描述的活塞嵌入物133的顶部套环138相接靠。轴270的端部272还限定了位于周边的且向内延伸的肩部或凹槽271。活塞杆或轴调节器400 (图1、3)耦合到轴270的下端部273。调节器400限定一容纳球接头404 (图3)的孔402 (图3)。也可由任意合适的注模塑料制成的活塞/磁体承载组件100 (图2、3、5、6)位于组件200的内部中，特别地，位于下文将详细描述的外壳构件22和210的各自的腔26和212中。活塞/磁体承载组件100大致为杯状，并包括环形周边延伸的环状基部102和从基部102的外围周边边缘大致垂直向上地一体地延伸的周边侧壁110。基部102具有顶部部分或面104以及底部部分或面106。活塞/磁体承载组件100还包括中空管子或接收部120 (图2、3、5、6)，在所示实施例中，其大致为圆柱形，并从基部102的顶部部分104以大致垂直于基部102的关系沿中心一体向上延伸。管子120由限定内圆柱表面124的周边圆柱壁而限定。管子120，尤其是其内表面124，限定细长的磁体接收孔或室或接收部，后者相应地在管120的顶部和活塞/磁体承载组件100的基部102中分别限定中心通孔127和129。管子120的内表面124还限定一相邻但空间分离于基部102的周边凹槽或沟槽131 (图5)。基部102，尤其是其底面106限定一中心环状凹槽或沟槽132 (图5)，该沟槽132围绕中心开口 129并空间分离且平行于限定在管子120中的凹槽或沟槽131。活塞嵌入物133 (图2、3、5)装配在管子120的内部中。嵌入物133包括圆柱形中空颈部134 (图2、3、5)，该颈部134包括相对的末端，末端分别终止在从颈部134的外表面向外凸出的环形套环135和136中。套环135比套环136更宽。在组装过程中，嵌入物133通过嵌入式模制或其他手段被装配在管子120的下端，其中嵌入物133的颈部134的外侧表面与管子120的内表面124紧邻并接靠，且套环135和136分别装配到管子120以及活塞/磁体承载组件100的基部102中的分别对应的凹槽或沟槽132和131中。另外，在组装过程中，如图2和图6所示，隔板240围绕在活塞/磁体承载组件100的外部周围(即活塞/磁体承载组件100位于隔板240中并坐靠于隔板240)。然后垫圈336与隔板240的外表面相接靠，其中垫圈336的中心孔337与隔板240的中心孔244共线放置。此外，在组装过程中，轴270，尤其是其端部272，被插入并继而延伸穿过垫圈336和隔板240中分别对应的孔337和244，然后穿过活塞嵌入物133的内部，其中围绕轴270的端部272延伸的周边肩部271接靠于垫圈336的外表面，且轴270的端部272的末梢端面从活塞嵌入物133的套环136向外凸出并穿过套环136。另外，在组装过程中，通过焊接或类似方法，使轴270的头部275穿过管子120的开口顶部然后被形成在轴270的端部272的末梢端面上，以固定轴270的端部272，因此将轴270固定到活塞/磁体承载组件100。此外，在组装过程中，细长的磁体140 (图2、3、5)穿过管子120的顶部被插入到活塞/磁体承载组件100的内部，并通过形成在管子120的顶端上的热熔物112(图5和图6)固定于此。可替代地，磁体140可被压配合到管子120中。磁体140为被极化为限定北极和南极(图2、5)的永磁体。在一个实施例中，磁体140可由几种不同磁性材料中的任意一种制成，例如但不限于铁氧体磁铁或钐钴或钕铁硼。磁体140可以为如图所示的圆柱形，或者可以为任意其他所需形状或结构，诸如方形，因此也可以进一步理解的是，管子120也可被成型并构造 成接收或罩住任意其他不同地成形或构成的磁体，诸如方形管子，以接收或罩住方形磁体。其后，仍然是组装过程中，具有耦合到其上的隔板240和轴270的活塞/磁体承载组件100被安装在外壳构件210的腔212的内部，安装关系如图2所示，其中活塞/磁体承载组件100坐靠于外壳构件210的壁223的顶部，且轴220顺序延伸穿过分别限定在外壳构件210中的万向架226和基部214中开口 227和222。组件200还包括螺旋状金属盘绕弹簧150(图2、3)，该螺旋状金属盘绕弹簧150也位于组件200的内部中，尤其是位于并安装在一端由外壳构件22的顶壁27的内表面界定且另一端由活塞/磁体承载体组件100的基部102界定的内部腔26的区域中。盘绕的弹簧150具有相对的端部152和154 (图2)。端部152位于并靠在限定在外壳构件22的顶壁27的内表面中的沟槽34中，端部154坐靠于活塞/磁体承载体组件100的基部102的顶表面。弹簧150围绕并空间分离于管子120。尽管在任何图中并没有示出，但是弹簧150也围绕壁36和传感器室40延伸并与二者空间分离。因此室40位于磁体承载管子120与弹簧150之间。弹簧150将活塞/磁体承载组件100偏置并保持在如图2中所示的第一位置中，靠着外壳构件210的壁223的顶部并取向为使得弹簧150可沿着活塞/磁体承载组件100的运动轴而被压缩或下压。尽管此处未详细示出或描述，但是可以理解的是管子31连接到真空源，诸如引擎进气歧管或真空罐(未示出)。管子31中的真空度的增加使组件200内部中的气压下降，并导致活塞/磁体承载组件100从其图2所示的第一位置线性向上运动到组件200的内部中的多个中间线性位置，这些线性位置包括，例如，如图5所示的第二位置，其中活塞/磁体承载组件100完全位于由外壳构件22限定的内部室26中，而管子120至少部分地延伸到由外壳构件22的穹顶29限定的腔28中。在该第二位置，为了简单起见，被压缩的弹簧150在图5中以断裂的形式示出。管子31中的真空度的下降使组件200内部，尤其是外壳构件22和210分别限定的内部腔26和212中的气压上升，并导致活塞/磁体承载组件100在腔体或腔212中从其图5所示的第二位置线性向下地移动回到其图2所示的偏置的第一位置，其中耦合到活塞/磁体承载组件100的底部的片336接靠至外壳构件210的壁223的顶部，弹簧150处于其完全伸展的位置。因此活塞/磁体承载组件100能够在组件200的内部相对于霍尔效应传感器82线性地移动，所述霍尔效应传感器相对于磁体140以大致相对、临近且隔离的关系位于室40内。传感器82通过室壁36与磁体140分开、间隔并隔离。磁体140产生的磁场穿过壁36，由传感器82感测该壁处的磁场的大小和/或方向。由于磁体140在组件200的内部相对于传感器82线性地移动，北极和南极改变相对于传感器82的位置，因此造成磁场大小和/或方向的改变。可通过传感器82在两个坐标轴上感测磁场的方向和/或大小的改变。传感器82产生电信号，该电信号响应于磁体140的位置而变化，因此也响应于轴270的位置的改变而变化。传感器82产生的电信号可指示磁体140和活塞/磁体承载组件100的位置。由于磁体140产生的磁场随轴270的移动而变化，因此传感器82产生随之改变的电输出信号，从而确定轴270的位置以及耦合到轴270的物体的位置。进一步地，如图5中所示，描述了活塞/磁体承载组件 100在外壳构件22的腔26中位于其完全伸展的线性位置，可以理解的是，活塞/磁体承载组件100还适于响应于轴270的倾斜、往返运动而进行前后运动、倾斜、上下式运动，进而允许管子120的倾斜、侧向运动。图9和图10描述了作为第一可替换简化实施例的磁体组件1140，根据本发明，该磁体组件1140可取代图2、3和5中示出的磁体组件140。非接触式位置传感器的成本部分取决于其每个组成部件的成本，包括其磁体组件的成本，磁体组件的成本又取决于完全由NdFeB (钕/铁/硼)或类似的高强度磁性材料制成的磁体140的材料的成本。然而，相比于诸如铁或钢的其他磁性材料，NdFeB或其他类似的高强度磁性材料是一种价格较为昂贵的材料。在磁体组件1140中，其一个或多个部位被替换成一个或多个由铁或钢或其他类似的下文将详细描述的低成本铁磁材料构成的极性块或极性部分。特别地，在图9和图10中，磁体组件1140的形式为细长圆柱体，且包括由NdFeB材料或类似的高强度磁性材料制成的中心圆柱形磁体部分1120以及相对的圆柱形端部极性块或极性部分1122和1124，端部极性块或极性部分1122和1124被耦合并堆叠到中心部分1120的各自相对的端部上，且由任意合适的低成本的可传导并导向磁场的铁磁材料制成，例如铁或钢。在所示实施例中，极性块1122和1124的长度相等，但是均比中心磁体部分1120的长度短。如图10所示，图9的磁体组件1140可产生磁通量场1116，其从中心NdFeB磁体部分1120和两个端部极性块或极性部分1122和1124的内部向内延伸穿过，然后以大致辐射的图案向外延伸并传播穿过上文中描述的适于感测磁通量1116的至少方向/极性/相位角的霍尔效应传感器82,以产生取决于磁通量场1116的极性/方向/相位角的电信号。因此，使用由低成本磁性材料制成的端部极性块或极性部分1122和1124可有益地增加磁体1140的有效长度，从而可增加堆叠的磁体组件1140的内部和外部的磁通量场1116的有效路径和长度，磁体组件1140的成本低于目前可获得的磁体组件的成本。图11描述了作为第二可替代实施例的磁体组件2140，包括中心的细长形、大致圆柱形的极性块或极性部分2130以及两个端部磁块或磁性部分2132和2134，其中极性块或极性部分2130由任意合适铁磁材料制成，例如铁或钢，两个端部磁块或磁性部分2132和2134被耦合并堆叠到中心极性块2130的相对的末端，且均由NdFeB材料或类似的高强度磁性材料制成。在所示实施例中，每个端部磁块或磁性部分2132、2134具有相同的长度，但是其长度小于中心极性块或部分2130的长度的一半。图12描述了作为另一可替代实施例的磁体组件3140，包括被端对端地耦合并堆叠在一起的两个细长的大致圆柱形部分，即由NdFeB或类似的高强度磁性材料制成的磁体部分3240，和由诸如铁或钢的任意合适的低成本铁磁材料制成的极性块或极性部分3243。在所不实施例中，每个部分3240、3243具有相同的长度。尽管此处未详细描述，但是可以理解的是，磁体组件2140和3140适于以图11和图12中总的指定为Y的相同的上下方向上线性地移动，并产生类似于磁体组件1140产生的用于被霍尔效应传感器82 (图11和12)感 测的磁通量场1116的磁通量场，其中该霍尔器件以空间分离并平行于相应的磁体组件2140和3140的方式定位。因此，如上所述，本发明还涉及一种适于使用不同磁体组件实施例的致动器和传感器组件200，所述实施例可以为任何所需的形状和结构，包括圆柱形或方形，其中磁体组件的由NdFeB或类似高强度但高成本磁性材料制成的一个或多个磁体部分被一个或多个相应的由诸如铁或钢的铁磁材料制成的极性块或极性部分代替，以降低磁体组件的整体成本但不影响磁体的整体有效长度、磁体组件产生的磁场的强度或磁体组件的性能。虽然已经特别参考所示实施例而教导了本发明，本领域内的技术人员可以认识至IJ，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行改变。应当认为所描述的实施例在各个方面仅是说明性的，并且不是限定性的。
权利要求
1.一种致动器和传感器组件，包括 传感器外壳，其包括限定腔室的壁； 连接组件，其包括传感器，该连接组件适于耦合到所述传感器外売，且耦合的关系为使所述传感器延伸到由所述传感器外壳的所述壁限定的所述腔室中； 致动器外売，其包括限定孔的基部，所述传感器外壳和所述致动器外壳被耦合在一起并限定内部腔； 位于所述内部腔中并可在所述内部腔中移动的活塞，其限定接收部； 位于所述活塞的所述接收部中的磁体，所述磁体产生磁场，所述传感器适于感测该磁场响应于所述活塞和所述磁体相对于所述传感器的移动而发生的改变；以及 致动器轴，其包括耦合到所述活塞的第一端部和延伸穿过所述致动器外壳中的所述孔并与可移动物体呈耦合关系的第二端部。
2.根据权利要求I所述的致动器和传感器组件，还包括柔性隔板，其位于所述内部腔中，所述活塞坐落在所述柔性隔板上； 弹簧，其位于所述内部腔中，靠着所述活塞并将所述活塞偏置在第一位置中；以及 增压源，其耦合到所述传感器外壳或致动器外壳中的ー个，并与所述内部腔流体连通，以调节所述内部腔中的压强并致使所述活塞移动。
3.根据权利要求I所述的致动器和传感器组件，还包括位于所述传感器外壳或所述致动器外壳的其中一个上的多个夹子以及位于所述传感器外壳或所述致动器外壳中的另ー个上的凸缘，所述多个夹子接合于所述凸缘以将所述传感器外壳和所述致动器外壳耦合在一起。
4.根据权利要求I所述的致动器和传感器组件，其中所述磁体包括由不同磁性材料制成的至少第一和第二堆叠部分。
5.根据权利要求4所述的致动器和传感器组件，其中所述第一部分由NdFeB材料制成，所述第二部分由铁或钢材料制成。
6.根据权利要求I所述的致动器和传感器组件，其中所述致动器外壳的所述基部限定多个腔，所述致动器和传感器组件还包括多个安装销钉，所述安装销钉包括各自分别延伸进入所述致动器外壳的所述基部中的所述多个腔的头部。
7.根据权利要求I所述的致动器和传感器组件，其中所述致动器外壳的基部限定中心腔，所述致动器和传感器组件还包括位于所述中心腔中且限定中心通孔的万向架，所述致动器轴延伸穿过所述万向架的所述中心孔。
8.ー种传感器组件，包括 传感器外壳，其包括限定开口和腔室的壁； 连接器，其包括传感器，该连接器耦合到所述传感器外売，且耦合关系为使所述传感器延伸穿过所述开ロ并进入到由所述传感器外壳的所述壁限定的所述腔室中；以及 磁体，其相邻于所述腔室并适于相对于所述腔室中的所述传感器移动，所述传感器适于感测由所述磁体产生的磁场响应于所述磁体相对于所述传感器的移动而发生的改变。
9.根据权利要求8所述的传感器组件，其中所述连接器包括多个耦合到基底的端子，所述传感器安装在所述基底上，且所述基底延伸到由所述传感器外壳的所述壁限定的所述腔室中。
10.根据权利要求8所述的传感器组件，还包括 致动器外売，其包括限定孔的基部，所述致动器外壳被耦合到所述传感器外壳并一起限定内部室； 位于所述内部室中的活塞，所述活塞限定用于所述磁体的承载体； 柔性隔板，其位于所述内部室中，并包括楔入所述传感器外壳和所述致动器外壳之间的外围边缘，所述活塞坐靠于所述柔性隔板； 致动器轴，其包括耦合到所述活塞的第一端部和延伸穿过所述致动器外壳的所述基部中的所述孔并与可移动物体呈耦合关系的相反端部；以及 增压源，其耦合到所述传感器外壳或致动器外壳并与所述内部室相连通，以调节所述内部室中的压强并致使所述活塞、活塞上的所述磁体、所述致动器轴以及耦合至所述致动器轴的所述可移动物体移动。
11.根据权利要求10所述的传感器组件，还包括 所述活塞中的中空嵌入物，所述致动器轴延伸穿过所述嵌入物且所述致动器轴包括坐靠于所述嵌入物的顶部的头部； 限定在所述致动器外壳的基部中的第一中心腔和多个第二外围腔； 中空万向架，其位于所述第一中心腔中，所述致动器轴延伸穿过所述中空万向架；以及多个安装销钉，其包括各自延伸进入限定在所述致动器外壳的基部中的多个第二外围腔中的头部。
12.根据权利要求8所述的传感器组件，其中所述磁体包括由不同磁性材料制成的至少第一和第二堆叠部分。
13.一种致动器和传感器组件，包括 传感器外壳，其包括限定开ロ、腔室以及周边延伸的裙部的壁； 包括基底的连接组件，其中所述基底上安装有传感器，该连接组件被耦合到所述传感器外壳的顶部上，且耦合关系为使所述基底和所述传感器延伸穿过所述开ロ并进入到由所述传感器外壳的所述壁限定的所述腔室中； 致动器外壳，其包括限定中心孔和周边延伸的侧壁的基部，所述传感器外壳的所述裙部或所述致动器外壳的所述侧壁中的ー个包括多个夹子，所述传感器外壳的所述裙部或所述致动器外壳的所述侧壁中的另ー个包括唇部，所述多个夹子与所述唇部相接合，以将所述传感器外壳耦合到所述致动器外壳，所述传感器和致动器外壳一起限定内部腔； 柔性隔板，其位于所述内部腔中，并包括楔入所述传感器外壳的所述裙部和所述致动器外壳的所述侧壁之间的外围部分； 磁体承载组件，其位于所述内部腔中，并坐靠于所述柔性隔板，所述磁体承载组件包括用于磁体的接收部，所述磁体承载组件适于在所述内部腔中从临近所述致动器外壳的所述基部的第一位置线性移动到远离所述致动器外壳的所述基部的第二位置，所述磁体的位置与容纳所述传感器的所述腔室相对、空间分离且隔离； 致动器轴，其包括耦合到所述磁体承载组件且位于所述内部腔中的第一端部和延伸穿过所述致动器外壳的所述基部中的所述孔并耦合到可移动物体的第二端部； 所述内部腔中的弹簧，该弹簧在所述传感器外壳的壁与所述磁体承载组件之间延伸，所述弹簧将所述磁体承载组件偏置在临近所述致动器外壳的所述基部的所述第一位置中；以及 增压源，其被耦合到所述传感器外壳或所述致动器外壳中的ー个，以调节所述内部腔中的压强并致使所述磁体承载组件移动，所述磁体承载组件的移动使得磁体所产生的被所述传感器感测的磁场发生改变。
14.据权利要求13所述的致动器和传感器组件，其中所述连接组件包括臂和延伸穿过该连接组件的多个端子，所述多个端子在臂上延伸，且所述基底从所述臂延伸并电连接到所述多个端子，所述传感器外壳的所述壁限定穹顶且所述连接组件坐靠于所述穹顶。
15.根据权利要求13所述的致动器和传感器组件，其中所述致动器外壳的所述基部限定一第一中心腔和多个外围第二腔，所述致动器和传感器组件还包括限定通孔的万向架和多个安装销钉，其中所述多个安装销钉包括各自的头部，所述万向架位于限定在所述致动器外壳的所述基部中的所述第一中心腔中，且所述致动器轴延伸穿过所述万向架的所述孔，所述安装销钉各自的头部延伸到对应的限定在所述致动器外壳的所述基部中的外围第ニ腔中。
16.根据权利要求13所述的致动器和传感器组件，还包括位于所述磁体承载组件的接收部中的中空嵌入物，所述致动器轴的所述第一端部延伸穿过所述嵌入物且包括与所述嵌入物的顶部相接靠的头部。
17.根据权利要求13所述的致动器和传感器组件，其中所述磁体包括由不同磁性材料制成的至少第一和第二堆叠部分。
全文摘要
一种致动器和传感器组件，包括限定一内部室的对应的传感器和致动器外壳。传感器外壳上的夹子结合到致动器外壳，以将传感器和致动器外壳耦合到一起。传感器外壳包括限定腔室的壁。具有传感器的连接器耦合到传感器外壳，其中耦合关系为使传感器延伸到传感器外壳的腔室中。可移动的活塞位于内部室中，且活塞上的管子限定一用于磁体的接收部，该磁体与腔室相邻。活塞坐落在柔性隔板上。致动器轴包括耦合到活塞的一端和耦合到可移动物体的相反一端。致动器外壳中的多个销钉将所述组件安装到支撑架上。传感器感测磁场响应于所述磁体相对于所述传感器的位置改变而发生的改变。
文档编号G01D5/14GK102753942SQ201080063465
公开日2012年10月24日 申请日期2010年12月8日 优先权日2009年12月9日
发明者B·巴宾, K·沃尔施莱格, R·纽曼, W·斯托瑞 申请人:Cts公司