使用有角度的采集器的位置测量的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及使用磁传感器的位置测量。尤其，本发明的实施例涉及可重复的位置测量，其通过检测磁铁相对于多个有角度的通量采集器的位置实现。
【背景技术】
[0002]存在很多已知类型的位置传感器，包括许多磁性位置传感器。典型的磁传感器中，磁铁被连接或另外地被耦接到移动的元件。当元件移动时，磁铁随之移动。一般而言，由于磁铁移动引起的磁场变化可以和位置相关联。相对于其它技术，磁感应有很多优点，包括当使用市场上可得到的感应集成电路(IC)(例如，基于霍尔的传感器和磁阻传感器)时，不受“污浊”环境的影响，并且相对简单。
【发明内容】
[0003]当前磁传感器的一个挑战或缺点在于，当使用其最大线性尺寸是测量范围的一小部分的磁铁(例如，当使用只有6mm长的圆柱体磁铁在50mm范围内进行可重复的测量)时，它们不能测量长范围。
[0004]在一个实施例中，本发明提供了基于磁性的位置传感器。传感器包括磁铁、第一采集器、第二采集器和磁敏元件。磁铁至少具有两个极，并且沿着路径移动。第一采集器具有第一端和第二端，并且被配置成采集磁通量。此外，第一采集器放置成关于平行于路径并且垂直于磁铁延伸的轴线成角度。第二采集器被配置成采集磁通量，并且被放置成关于平行于路径并且垂直于磁铁延伸的轴线成角度，并且平行于第一采集器。磁敏元件耦接到第一采集器和第二采集器。第一采集器和第二采集器采集磁通量，并且采集的磁通量随着磁铁沿着路径移动而变化，从而由第一采集器和第二采集器采集的磁通量指示了磁铁沿着路径的位置。
[0005]在另一实施例中，本发明提供了基于磁性的位置传感器，包括磁铁、至少一个磁敏元件、第一采集器、第二采集器和通用采集器。至少一个磁敏元件磁性耦接到磁铁的第一极。第一采集器耦接到至少一个磁敏元件中的一个，并且固定在恰当的位置上。第二采集器耦接到至少一个磁敏元件中的一个，并且固定在恰当的位置上。通用采集器被配置成沿着路径移动，并且具有磁性耦接至磁铁的第二极的第一端，以及第二端，第二端有角度以使当通用采集器放置在路径的第一端时，通用采集器的第二端只放置在第一采集器的上方，并且当通用采集器放置在路径的第二端(和路径的第一端相对)时，通用采集器只放置在第二采集器的上方。
[0006]通过考虑详细的描述和附图，本发明的其它方面将变得更清楚。
【附图说明】
[0007]图1是具有呈角度的采集器的位置测量系统的示意图；
[0008]图2是图1的位置测量系统的示意图，其示出了磁铁的移动；
[0009]图3是图1的位置测量系统的示意图，其示出了磁铁的移动；
[0010]图4是图1的位置测量系统的示意图，其示出了磁铁的移动；
[0011]图5是图1的位置测量系统的输出的曲线图；
[0012]图6是可替代的位置测量系统的示意图；
[0013]图7A是图6的位置测量系统的示意图，其示出了磁铁的移动；
[0014]图7B是图7A中示出的位置测量系统的示意性的侧视图；
[0015]图8A是图6的位置测量系统的示意图，其示出了磁铁的移动；
[0016]图8B是图8A中示出的位置测量系统的示意性的侧视图；
[0017]图9A是图6的位置测量系统的示意图，其示出了磁铁的移动；
[0018]图9B是图9A中示出的位置测量系统的示意性的侧视图；
[0019]图10是图1的位置测量系统的输出曲线图；
[0020]图1lA是另一位置测量系统的示意图；
[0021]图1lB是图1lA的位置测量系统的俯视图；
[0022]图12A和图12B示出了图1lA和图1lB的位置测量系统的通用采集器的移动；
[0023]图13是图11A、11B、12A和12B的位置测量系统的输出的比率的曲线图；
[0024]图14A是图1lA的位置测量系统的替代实施例的示意图；
[0025]图14B是图14A的位置测量系统的俯视图。
【具体实施方式】
[0026]在详细讲解本发明的任何实施例之前，将理解的是，本发明在其应用时不限制于以下描述中陈述的或以下附图中示出的构件的结构和布置的细节。本发明能涵盖其它实施例，并且可以采用不同方式实践或实施。此外，没有一个元件或特征应该仅仅被认为是不可缺少的或必要的，因为它被描述成这里讲解或陈述的特定实施例或示例的部分。
[0027]图1采用位置测量系统100的形式示出了本发明的实施例。系统100包括磁敏元件(例如，霍尔效应传感器)105、顶部采集器110、底部采集器115和磁铁120。箭头122指示磁铁120的移动路径。箭头122还表示关于磁铁120的轴线。顶部采集器110和底部采集器115彼此平行地，并且关于轴线122呈角度地放置。虽然图示出了采集器110和115精确地彼此平行，但是他们不是必须要精确地平行。因此，说明书和权利要求书中的术语“平行”的使用旨在描述一般关系而不是意指采集器110和115精确地彼此平行。此外，虽然图中将移动路径和轴线122显示成垂直于磁铁130，但是对于移动路径和轴线122来说不是必须要和磁铁130垂直(例如，可以使磁铁130倾斜)。图中描绘的采集器110和115之间的区域(即，间隙)表示采集器110和115之间的边界线，当磁铁130沿着路径移动时，磁铁130的极经过边界线。可以想到，当从磁铁130看时，采集器110和115被放置在偏移的平面中，并且实际上重叠。在这种情况下，边界线将难以区分，但是边界线将仍然存在，以使磁铁130的极穿过。
[0028]采集器110和115放置成使得磁铁的通量的主要部分流过磁路元件125和126，以及磁敏元件105。采集器110和115以及磁路元件125和126由磁导率相对高的材料制成。在示出的实施例中，磁铁120是永久磁铁，磁铁120在它的中间处具有北极，在上端130和下端135处具有南极。磁铁120沿着这样的路径移动:该路径垂直于磁铁120的长度，平行于采集器I1和115的平面，并且和采集器110和115的平面相距一固定距离。箭头140指示磁铁120的移动方向。如图2所示，当磁铁120大致在它的移动范围的中间时，在磁敏元件105处存在很少或不存在通量。当磁铁在第一方向上从中间移动时，北极移动越过顶部采集器110，并且下部南极135移动越过底部采集器115 (见图3)。当磁铁120在这个方向上移动时，通量从顶部采集器110流向底部采集器115，这期间通量的量不断增加并且磁敏元件105的输出变得更正向。相反地，当磁铁在第二放向上从中间移动时，北极移动越过底部采集器115并且上部南极135移动越过顶部采集器110 (参见图4)。当磁铁120在这个方向上移动时，通量从底部采集器115流向顶部采集器110，在这期间通量的量不断增加并且磁敏元件105的输出变得更负向。图5示出了磁敏元件105的基于磁铁120位置的可能的输出曲线图。
[0029]图6采用位置测量系统200的形式示出了本发明的另一实施例。系统200包括磁角度传感器205、顶部采集器210、中上部采集器215、中下部采集器220、底部采集器225和磁铁230。采集器210、215、220和225放置成彼此平行并且关于磁铁230有角度。再次，采集器210、215、220和225以及磁路元件235由磁导率相对高的材料制成。在示出的实施例中，磁铁230是永久磁铁，其具有单个极对-北极240和南极245。磁铁230可以是包括多个磁铁和/或极片的磁铁组件。
[0030]磁铁230这样移动:垂直于磁铁230的长度，平行于采集器210、215、220和225的平面，并且与采集器210、215、220和225的平面相距一固定距离。箭头250指示磁铁230的移动方向。如图7A所示，当磁铁230在其移动范围的第一端260处，磁角度传感器205检测到第一通量角度265 (例如，270° )。当磁铁230大致在其移动范围的中间270时，磁角度传感器205检测到第二通量角度275 (例如225°或和第一通量角度265相距45°左右)(参见图8)。当磁铁230在其移动范围的第二端280时，磁角度传感器205检测到第三通量角度285 (例如180°或和第一通量角度265相距90° )(参见图9A)。
[0031]图7B、8B和9B分别示出了 U型磁铁205在第一端260、中间270和第二端280处相对于采集器210、215、220和225的位置。当磁铁230放置在第一端260时(例如，图7A和7B)，磁通量从中上部采集器215移动到底部采集器225。当磁铁230从第一端260移动到中间270时，磁通量移动越过多个路径(例如，从顶部采集器210和中上部采集器215到中下部采集器220和底部采集器225)。当磁铁230放置在第二端280时(例如，图9A和9B)，磁通量从顶部采集器210移动到中下部采集器220。通量角度随着磁铁230的移动路线相对线性地变化。图10示出了磁角度传感器205的基于磁铁230的位置的可能的输出曲线图。
[0032]当磁铁230改变位置时，传感器205处的通量角度发生单调变化。如果磁铁230和采集器210、215、220和225之间的间隙改变，测量到的角度不显著改变。传感器205处的通量密度的大小可以改变，但是沿着每个磁路路径的通量比率大致保持相同。通常认为相对于位置测量系统100，测量系统200中的角度单调变化提供了磁铁位置的更精确测定。
[0033]图1lA和IlB不出了本发明的又一可替代实施例-位置测量系统400。系统400包括通用采集器405、第一采集器410、第二采集器415、第一磁传感器420(耦接至第一采集器410)、第二磁传感器425 (耦接至第二采集器415)、磁铁430、以及磁路元件435。如图所示，第一采集器410和第二采集器415、磁铁430、传感器420和425、以及磁路元件435彼此相对放置。为了增加检测到的磁通量，传感器420和425分别定位在采集器410和415的附近(即，邻近采集器410和415)。通用采集器405包括下降元件440，下降元件440成角度放置(即，磁性特征)从而下降元件440的第一端450和第一采集器410共享轴线455，并且下降元件440的第二端460和第二采集器415共享轴线465。通用采集器405在由箭头470示出的方向上移动。当通用采集器405在其移动范围的第一端时(参见图12A)，与第一采集器410的磁性耦合发生。当通用采集器