专利名称：具有自适应阈电路的磁性传感器轴承的制作方法
技术领域：
本发明涉及一轴承，该轴承上设置有电路，用来提供一种对固体磁性传感器的输出信号产生影响的外部因素进行补偿的措施。具体言之，本发明是一轴承，它具有可补偿温度、外界压力、外界磁场和其它外部因素的补偿电路。这种补偿作用使固体磁性传感器的输出信号在相对较低的强度水平可满意地被检测到，且可靠性较高。磁场强度可受多种因素影响。本发明所考虑的两种重要因素是传感器与磁化的编码磁环间实际的贴近程度;以及编码磁环所产生的磁通量密度。
本发明很适于和磁性轴承的速度传感器结合使用，上述的速度传感器利用霍尔效应传感器，或磁控电阻传感器，或磁控晶体管传感器，尤其是止推轴承和径向轴承更适合。在本发明中，结合使用变速箱和反锁定的制动系统(ABS)非常合适。
一些现有技术的磁性轴承传感器具有线性输出信号。上述线性输出信号通常在处理前先经过放大。放大了的信号随后与一设定的参考信号，如一阈电压电平进行比较，从而得到由传感器检测到的所需信息。这种类型的现有技术的传感器信号处理的主要问题在于磁性传感器的输出信号，往往会对于时间产生显著的变化。这种变化完全是由外部因素如温度、压力、外界磁场等引起的。在很大程度上，这种变化是因上述的外部因素对磁性传感器的影响而产生的。各种各样技术方案被用来补偿这些外部因素，方法如将两个霍尔效应传感器差分联接，可以从输出中消除随机噪声和其它“杂散”电势。这种类型的现有技术轴承的例子，包括在美国专利3，932，813号中。该专利申请于1976年1月13日以乔治A。盖伦特(GeofgeA.Gallant)的名义公开，其名称为“涡流传感器”。其它的现有技术专利中，采用低通滤波器和比较器及类似的电气、电子器件，来补偿非归零(NRZ)信号，以及因误差，或因正被测量的低信号电平或高信号电平引起的误差而存在过渡响应信号时，对信号中的直流成分进行补偿。这些类型现有技术线路的例子包括在美国专利第4，339，727号中，其名称是“波形转换线路”，该专利申请于1982年7月13日以KouzouKage和IKioYoshida的名义公开。
根据本发明的具有自适应阈电路的磁性传感器轴承可以补偿上述外部因素及其影响。该轴承具有这样的能力，即从被检测的编码磁环中检测出相对较弱的磁信号。当传感器老化时，其灵敏度及与其相关的信号处理电路灵敏度大体保持恒定。与现有技术中通常采用的固定的阈处理电路相比，本发明的阈电路可适于精确地处理这种传感器输出信号，即该传感器输出信号的峰-峰值可比现有技术中所需的最小峰-峰值低一个数量级。
简而言之，具有自适应阈电路的磁性传感器轴承包括一轴承，该轴承具有一个固体磁性传感器产生一输出信号供比较器处理，该比较器具有预定的滞后带宽，并有两个输入信号。自适应阈电路可以全部或部分地集成于集成电路(IC)芯片。输入信号之一是来自固体磁性传感器的原始输出信号，另一个输入信号由与第一输入信号线路并列的线路产生。第二输入信号的线路是一低通滤波器(RC)线路，用来从固体磁性传感器中取出原始输出信号，并滤出在预定频率之上的所有成分。随后，第二输入信号与第一输入信号在比较器中进行比较，以确定其相对电压值。若第一输入信号的幅值大于第二输入信号的幅值，则产生一正的比较器输出信号。若第一输入信号的幅值小于第二输入信号的幅值，则产生一负的比较器输出信号。比较器的输出信号即方波(“通”-“断”或“O-l”)可被用于所需数字处理。这种处理与本人的一个未决美国专利申请相关，该申请流水号是120，406，名称是“具有磁场探测器的轴承”，于1987年11月13日提交。
参照下面的详细描述和附图，可以更好地理解本发明，附图中
图1是已装入止推轴承的、本发明实施例的断开的侧视剖面图;
图2是图1中止推挡板的正视图，该止推挡板上装有磁传感器;
图3是图1中止推轴承的承磁性止推挡板的正视图;
图4是安装在旋转轴上并装入径向轴承的本发明第二实施例的局部侧视剖面图;
图5是图4中所示的径向轴承磁化环部分的透视图;
图6是图4中所示径向轴承外圈的透视图;
图7是本发明的自适应的阈电路原理图;
图8是用于处理传感器电输出信号的典型现有技术的电路原理图;
图9a，9b，和9c绘出了图7和图8中表示出的电路的输出信号对于时间的曲线，以便比较两个不同的输出信号。
参照附图，特别是附图1至附图3，图中表示了根据本发明优选实施例的轴承10，它具有一固体磁性传感器组件30整体接附于其上。传感器组件30包括霍尔效应或类似的磁性传感器，并包括具有输出信号处理线路的集成电路(IC)芯片。轴承10是止推轴承，它有两个轴向间隔的止推挡板，即环状的第一止推挡板12和环状的第二止推挡板14。止推挡板12在一侧表面有一径向延伸的座圈16，止推挡板14也在一侧表面有径向延伸的座圈18。止推挡板12还有永久磁性的磁极区域20，该磁极区域位于止推挡板12的径向外圈部分22上。磁极区域20按图3所示的交替间隔的形式排列，即每个北极处于两个南极之间，而每个南极又处于两个北极之间。止推挡板12上磁化的磁极区域20的数量越多，从传感器30出来的、输出信号的清晰度就越高。固体磁性传感器组件30整体安装于环状塑料的传感器支座24上，支座24上有一平底孔26用于容纳上述第二环状的止推挡板14。
一环形法兰状外周环壁28整体接附于止推挡板14上，并与平底孔26的外径表面形成密配合。壁28的轴向边缘的一端折成大约90度角，形成一径向向内延伸的凸出部分32，以便轴向限制含有多个滚柱36的滚柱保持架34。滚柱保持架34和滚柱36在相对配置的座圈16和18之间轴向排列放置。
一径向槽38从平头孔26到支座24的外径边缘贯穿通过。固体磁性传感器组件30通过树脂40或类似材料安装于槽38中，如图2所示。这样的安装确定了传感器组件30的位置，以使传感器组件30与磁极扇形区域20沿轴向调准并贴近。下面将详细描述的信号处理线路100集成于一集成电路(IC)芯片上，芯片与传感器组件30形成一整体。较理想情况是，除了电容109(见图7)和电容122(当使用时)外，线路100的所有主要元件全都包括在IC芯片上。
图2中表示的可选择使用的磁通集中器42与传感器组件30沿周向并置安放。磁通量集中器42的作用是在紧靠传感器组件30处提供一阻抗较小的磁通的通道。由于磁通有在磁阻较小的区域集中的趋势，故磁通集中器42提高了由磁性传感器组件30检测到的磁通量的强度。
参照附图4至附图6，可旋转轴50安装在轴承圈60内。轴50的外表面上的一部分具有周向环绕的座圈52。轴承圈60内表面的一部分上也具有座圈62(见图4)，座圈62与座圈52在轴向对准。轴承圈60也有一平底孔64;该平底孔64位于座圈62轴向向外的端部。多个滚柱66排列在座圈52和62之间，并在轴向被两个环形法兰68和70限定位置，环形法兰68和70从轴承圈60沿径向向内延伸而成。法兰68内侧的台肩72及法兰70上与上述侧面相对侧的台肩74，用来防止滚柱66沿轴向偏离座圈52和62。
与附图1至附图3中所述的传感器组件30类似的一个固体磁性传感器组件80固定在一个传感器支座82上，支座82又附接于平底孔64的内表面84上。传感器组件80也由霍尔效应或类似的磁性传感器和具有输出信号处理线路的集成电路(IC)芯片组成。
磁环90(如图5所示)提供一永久磁场。磁环90和同心的环状固定圈92一起接于轴50上。
磁环90具有永久的磁性，在磁环90的整个圆周上形成多个磁极区域94。磁极区域94以交替间隔的形式排列，类似附图3中磁极区域20的排列方式，这样，每个南极均处于两个北极之间，而每个北极则处于两个南极之间。
现参照附图7，固体磁性传感器101(如模拟霍尔效应传感器，或磁控电阻传感器，或磁控晶体管传感器或类似磁性传感器)产生一原始哪Ｄ獯衅魇涑鲂藕 02。见本人的未决的美国专利申请中，有关由磁性传感器或检测器产生输出信号的方法的描述，上述专利申请的流水号为120，406，该专利申请于1987年11月13日提交。信号102由自适应阈电路进行处理。该电路的大部分集成于一集成电路(IC)芯片上，并与传感器组件30或80形成一整体。信号102传送至根据本发明的自适应阈电路100，在作为第一输入信号直接进入比较器104之前，信号102先经过一个电阻103(阻值为R1)。图7中还可看到，信号102恰在电阻R1前分开并通过作为低通滤波器的一个并联分支电路。信号102经过降压电阻107(阻值为R2)，跨过滤波电容109(电容值为C1)作为第二输入信号108进入比较器104。这个低通滤波器大幅度地衰减了信号102中大于预设阈值的所有频率分量。输入信号108是信号106“平滑”后的形式，并且信号108被有效地均化以减弱信号102幅值的大幅度瞬间变化，从而消除信号幅度对于时间的不连续性。
比较器104接收输入信号106和108，并判断它们的相对值以产生一方波形的比较器输出信号110。当信号106和108的相对电压值反向时，信号110也改变极性。具体地说，当输入信号106的幅值大于输入信号108的幅值时，产生的输出信号110为正值;相反，当输入信号108的幅值大于输入信号106的幅值时，比较器的输出信号110改变极性而为负值。可选择使用的电容器112(电容值为C2)用于减少输入信号106和108中的高频噪声对比较器104的误触发。电阻114(阻值为R3)与电阻103一起形成比较器的滞后带宽。电阻116(阻值为R4)是输出信号110的上拉(pull-up)电阻。导线118为线路100提供电源，可选择使用的电容122(电容值为C3)可提供更理想的电源。导线120用作公共线或地线。电容109和可选择使用的电容122，如图7中所示，是仅有的未集成入传感器组件30或80的集成电路(IC)芯片中的两个电气元件。
可以被比较器104借助于线路100精确测出的、信号102的峰-峰极小值的极限大约比现有技术中典型设置的阈处理电路所要求的值小一个数量级。
图8说明了一典型的现有技术的信号处理电路，该电路不能补偿前述的外部因素的影响。来自磁性传感器的原始输出信号102作为输入比较器的两个输入信号之一，直接送入比较器104。该第一输入信号126与经过电阻132(电阻值为R5)的第二输入信号128进行比较。电阻132是两个分压电阻之一，另一分压电阻是134(电阻值是R6)。信号128还经过一个电阻138(电阻值是R8)，该电阻控制滞后带宽。电阻136(电阻值是R7)作为比较器输出信号110的上拉电阻。电容139(电容值为C4)连接在电源导线118和地线120之间，以减小电源供给信号中的杂散干扰，电容139的作用类似于其它现有技术中相应电容的作用，以用来更好地调整电源。
参照附图9a至9c进一步说明本发明的优点。图9a表示了相对于设定的参考信号140(如设定的参考电压)，原始输出信号102对于时间的常见的漂移，并表示了两个漂移参考信号142和144。图9b和9c分别表示了经图8所示的现有技术电路和图7所示本发明电路所处理的对于时间的输出信号130和110，上述输出信号均为图9a中表示的原始输出信号的结果。图9b表示了响应传感器输出信号102(图9a)，相对于设定的参考信号140而得的比较器输出信号130(图8)。当磁性传感器受外部因素影响，导致信号102向上漂移，传感器输出信号的交替波形不再在参考信号的上下对称变化。信号102在波形周期的大部分时间，而不只是该周期的50%时间，其值大于参考信号的值。结果使得方波输出信号130的“通”状态多于一半时间，而信号的“断”状态则相应地减少(如图9b所示)。信号102漂移一个周期后，比较器输出信号130不再是“方波”信号，而更多地成为“通”信号，尽管此时磁性传感器所实际产生的输出信号仅在一半的时间处于“通”状态。相反，根据本发明的磁性传感器轴承而得的比较器输出信号110，在信号102向上漂移时仍保持其方形波形。这是由于在“断”阈信号电平142漂移的同时，还存在有由图7线路产生的“通”阈信号电平144的漂移。滞后带宽146保持一恒定值，该恒定值被电阻114和电阻103的阻值R3和R1所控制。电路100所进行的信号处理，在由磁性传感器所检测到的状态与比较器的最终处理输出信号110之间，提供了精确的相关对比。
权利要求
1.一种与轴承和旋转轴配用的速度传感器组件，所述传感器的特征在于包括一个提供与所述旋转轴的转速成比例的模拟输出信号的磁性传感器；安装在所述旋转轴上的轴承；将所述传感器装配于所述轴承上的装置；以及一自适应阈电路糜诖硭龃衅鞯氖涑鲂藕牛蕴峁┯胨鲂嶙俪杀壤氖中藕牛勉械缏肪哂胁钩サ贾滤龃衅魇涑鲂藕牌频耐獠恳蛩氐挠跋斓淖爸茫勉械缏坊咕哂写硐喽越先醯拇衅魇涑鲂藕诺淖爸谩
全文摘要
一磁性传感器的轴承利用一自适应的阈电路进行信号处理，用来补偿外部因素，例如温度、应力、老化和外界磁场等的影响，上述外部因素均影响比较器中一设定的参考信号。当磁性传感器的输出信号由于上述的外部因素而漂移时，自适应的阈电路使参考信号以互补的方式漂移，从而使得磁性传感器的轴承仍能正常工作而不受外部因素的影响。
文档编号F16C19/30GK1037380SQ89100779
公开日1989年11月22日 申请日期1989年2月13日 优先权日1988年4月4日
发明者A·约翰·桑托斯 申请人:托林顿公司