专利名称：检测曲轴角位置的集成传感器－密封模件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一个检测曲轴的角位置的集成传感器-密封模件。
背景技术：
目前有多种位置检测装置可供检测一根轴的旋转运动，包括使用多极磁编码器环(magnetic encoder ring)，可以相对一个安装在轴的罩盖上的磁阻传感器与轴一起旋转。另外，运转期间在旋转轴与该轴所穿过的孔之间的环形间隙中设置一种液密密封件的动密封也十分常见。在先的美国专利6,345,825就是一个既具密封又有位置检测功能的系统的实例，不过它所提供的位置传感器却是作为轴的罩盖的一部分而不是密封装置的一部分。在先的美国专利5,611,545公开了一种某种程度上为模块化的密封/位置检测装置，它特别适合作为轴承密封使用，但不够紧凑、坚固，也不适合这种检测装置，其编码器环具有一个径向向外的传感器表面。
发明内容
与优点根据本发明的一个方面，一种轴密封件装置包括一个支座，该支座具有打开和安装部，从而能够围绕一根旋转轴穿过的孔安装在一个罩盖上；一个轴套部件，安装在该轴上并相对支座可随轴一起旋转；一个安装在支座上的环形动密封，径向向支座开孔内部延伸；一个固定在轴套部件上并有一个径向向外的传感器表面的多极编码器环；一个安装在支座上的磁阻传感器与编码器环的传感表面连通以检测轴套部件的角位移。
本发明的优点是提供一种紧凑和坚固的模块化密封/位置传感器。
根据本发明的另一个方面，在编码器环的径向向外的传感表面与支座和传感器之间形成一种曲径式(labyrinth)密封。在这种紧凑的设计中，传感器通过占据可能为支座材料所提供的支座中的一个空间而成为曲径式密封通道的一部分，从而减少整体模块装置的尺寸和质量。
根据本发明的再一个方面，尽管是一个备选，所形成的多极编码器环优选具有至少一个空极(dead pole)。
结合附图阅读以下的详细描述，可以更容易和清楚地理解本发明的优点。其中图1-图3是根据本发明的一种集成传感器-密封模件的透视图；图4是一个侧视图，特别显示了多极编码器的各个极；图5是编码器的横截面图；图6是传感器环的透视图，显示了一个模制到多极编码器而构成一个空极的元件；图7是另一个传感器环的透视图，显示通过从传感器耐磨套中彻底地清除一种特殊化合物而形成的空极；和图8是再一个传感器环的透视图，显示通过相对其它极减少空极位置处的化合物厚度而形成空极。
具体实施例方式
参看附图，在整个附图中相同的或对应的部件使用相同的标号。密封装置或集成的传感器—密封模件通常以10表示。为了叙述起见，以下所述集成的传感器—密封模件10简称为集成模件10。该集成模件10位于车辆曲轴附近。更具体地说，集成模件10位于曲轴附近并与车辆的发动机组密封接触。正因为如此，集成模件10可防止污物渗入发动机组。曲轴和发动机组未在附图中画出。该集成模件10还可以应用于其它的轴/壳装置，其中轴伸出穿过被动密封的罩壳中的一个孔，并且轴的旋转运动将被检测。
该集成模件10用来检测曲轴的角位置。曲轴角位置的检测由于各种原因而非常重要。例如，所产生的表征曲轴角位置的信号传递到车辆的发动机控制模块(ECM)从而控制发动机在诸如燃料喷射、点火定时和发动机不点火(misfire)控制等方面的应用。
首先看图1-图3，集成模件10通常包括一个支座12，一个磁阻(MR)传感器14，和一个传感器环16。传感器环16特别地包括一个耐磨套18和一个多极编码器环20，下面将会作进一步的介绍。
支座12可以通过诸如销孔15的安装部安装在发动机组上，并确定一个与发动机组开孔对中的开孔13，旋转曲轴穿过该开孔13。一个静应力密封件与支座12相联，当支座12的安装使发动机组与支座12之间产生一个液密静密封时，静应力密封件便夹在这两者之间。一个动态轴密封件，优选为聚四氟乙烯(PTFE)密封件22，与支座12相联，并与旋转轴为运转密封啮合，从而消除润滑剂从发动机组跑出的可能性。
MR传感器14优选通过销孔15安装在支座12外周缘上，使MR传感器14保持与支座12相对固定。在这一位置上，MR传感器14与传感器环16相互作用，特别是与传感器环16的多极编码器20的径向朝外的传感器表面17作用，从而检测曲轴角位置，这在下面还要介绍。
图2和图5清楚得显示了传感器环16包括压合在曲轴上并与曲轴一起旋转的耐磨套18。正如图5-图8所示，耐磨套18包括一个基部或环形套本体24和一个外周凸缘部分26，外周凸缘部分26相对环形套本体24径向向外延伸并最终形成环形腿25，该环形腿25平行于环形套本体24轴向延伸，并优选以与基部24呈径向向外间隔开的叠置关系转向沿端部凸缘26轴向向内延伸。基部24在其油一侧端部弯折而限定一个端部凸缘27，它能有效地将耐磨套18锁定(capture)在凸缘26与27之间的密封件22上，从而使耐磨套18和支座12成为一体。动态轴密封件22优选环绕并贴合基部24的外露的外部运行表面从而形成一种动密封。多极编码器20与耐磨套18的外周凸缘部分26，特别是环形腿25相接合，从而与耐磨套18和曲轴一起旋转。包括静应力密封件22和传感器14的支座12和包括耐磨套18和多极编码器20的传感器环16共同作用构成一个整体的曲径式密封29，该密封防止污染物到达PTFE密封件22，如前所述，该PTFE密封件22与曲轴为密封接触。曲径式密封29位于支座12的空气侧A。传感器14不仅用来检测编码器20的旋转运动，而且还以如下方式成为支座12的一部分即其成为曲径式密封29的一部分。如图2和图3所清楚地显示，与编码器环20连通的传感器14的径向最内部优选与支座12在空气一侧A的开孔13的边缘基本齐平。在空气一侧A的传感器20的轴向最外表面基本与支座12的最外部表面齐平，使得所述传感器20基本没有延伸超过支座12的空气一侧A。
多极编码器20围绕耐磨套18外周凸缘部分26确定交替的北-南极。在整个说明书中，空极以标号28表示。一个空极是一个足够低的能量(或通量)极，而不能触发在一个MR传感器14的数字输出中的一个变化，优选使用空极28，但非必需。最好，将外周凸缘部分26涂上一层包括有一种聚合的或弹性的材料和磁粉的化合物。该化合物最好分布于外周凸缘部分26的周围形成北-南极，磁粉优选基于锶铁氧体(strontium ferrite)，该锶铁氧体在化合物中的体积占化合物总体积的35-65％左右，化合物的剩余部分则是聚合的或弹性的物质。
如果包括有空极，空极28相对任何其它极——如北极和南极，具有一个不同的磁化强度(magnetization)。该空极被MR传感器14识别，并被ECM 17用作多极编码器20上的一个控制参照位置，通常为发动机组汽缸中的一个特定活塞指示出一个上死点(TDC)。TDC的识别对控制各种发动机的应用至关重要。现在来看图6-图8，空极28可以以多种不同的方式引入到多极编码器20中。例如，通过专门将一个元件30模塑到具有不同磁化强度的多极编码器20中可以形成空极28(图6)。或者通过彻底地从耐磨套18外周凸缘部分26中清除化合物使耐磨套18的构成材料实际暴露出来也可形成空极28(图7)。在进一步的一个实施例中，空极28是通过减少而不是彻底清除空极28处的化合物的厚度32——相对于其它极，如北极和南极——而形成(图8)。
如前所述，MR传感器与集成模件10的传感器环16相互作用或连通。特别是，当曲轴旋转时，传感器环16，包括耐磨套18和多极编码器20也旋转。MR传感器14感测因这种旋转而产生的一个磁场中的差异。MR传感器14产生信号，而ECM可以翻译这些信号以确定本领域技术人员所理解的曲轴角位置。
本发明是以图解的方式介绍的。必须认识到，使用的术语只是按照所用词汇的本质确定的，但决不是仅限于此。很明显，按照上面的介绍，本发明还存在着许多修改和变化。因此，本发明还可以采用不同于以上特别提到的实施例进行实施。
权利要求
1.一种轴密封件装置，包括一个支座，具有一个开孔和安装部，该安装部使所述支座围绕一个由一个旋转轴所穿过的罩壳的开孔安装在罩壳上；一个环形动密封件，安装在所述支座上，径向向所述支座的开孔内部延伸；一个轴套部件，安装在所述轴上，并相对所述支座和所述动密封件与轴一起旋转；一个多极编码器环，固定在所述轴套部件上并具有一个径向向外的传感器表面；和一个磁阻传感器，安装在所述支座上并与所述编码器环的径向向外的传感器表面相连通。
2.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于所述轴套部件包括一个环形套本体、一个径向向外延伸的凸缘和一个从所述凸缘轴向伸出并且所述编码器环安装于其上的环形腿。
3.根据权利要求2所述的密封装置，还包括一个曲径式密封，所述曲径式密封具有一个至少部分由所述传感器环的传感器表面所确定的圆周连续的内部，和一个至少部分由所述传感器和所述支座所确定的圆周连续的外部。
4.根据权利要求3所述的密封装置，其特征在于所述曲径式密封位于所述密封装置的空气一侧。
5.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于所述动密封件包括一个PTFE密封件。
6.根据权利要求2所述的密封装置，其特征在于所述动密封件与所述环形套本体接合。
7.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于所述安装部包括将使所述支座销在罩盖上的销孔。
8.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于所述传感器销在所述支座上。
9.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于与所述编码器环连通的所述传感器的径向最内部与确定所述支座开孔的所述支座的环形表面齐平。
10.根据权利要求9所述的密封装置，其特征在于所述传感器轴向最外表面与位于所述支座油一侧的所述支座的轴向最外表面齐平。
11.根据权利要求2所述的密封装置，其特征在于，通过在所述密封装置空气一侧的径向向外延伸的凸缘和在所述密封装置油一侧的相对端的凸缘抵靠所述动密封件，所述轴套部件在两个方向上被轴向锁定在所述支座的所述开孔中。
12.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于所述编码器环包括至少一个空极。
全文摘要
本发明提供了一种轴密封/位置传感器模块装置，包括一个安装在一个围绕一个旋转轴所穿过的孔的轴的罩盖上的支座；一个轴套部件，安装在轴上并且携有一个具有径向向外的传感器表面的多极编码器环；和一个安装在支座上并在该位与编码器环的传感器表面连通的磁阻传感器。
文档编号F16J15/00GK101052831SQ200580019532
公开日2007年10月10日 申请日期2005年4月15日 优先权日2004年4月15日
发明者大卫·M·托特, 里奇·德瓦尔特, 巴瓦妮·特利帕斯 申请人:费德罗-莫格尔公司