专利名称：旋转移动件的压力传感装置及其压力检测方法
技术领域：
本发明涉及一种旋转移动件的磁性压力传感装置，其包括至少一个连接到所述旋转移动件的电磁场源件和连接到固定件的磁场传感件，可测量由所述磁场源件产生的磁场的参数，所述磁场参数是施加到所述旋转移动件的压力的函数。
背景技术：
测量旋转移动件，如轮胎，的压力，由于不可能布置传感器到移动件上，因此一直是个难题。
例如，特别的需求是测量汽车高速行驶时的汽车轮胎压力，即便所述汽车正在移动，以实现维护和安全的目标。因此，重要的一点是使驾驶员随时知道轮胎的压力，轮胎压力可显著地影响汽车的行动。
已经知道许多测量轮胎压力和/或温度的方法。一般都使用了复杂的配线技术，以及要求设置带电源和天线的电磁波发射器和接收器。
法国专利No.2 622 289公开了一种测量轮胎压力的系统，包括与旋转件一体的产生磁场的装置，磁场作为旋转件腔室中压力的函数进行变化。当磁场在固定的传感器前面循环通过时，外部磁性传感器测量出变化的磁场。
产生变化的磁场的装置可通过线性位移来操作，线性位移作为连接到旋转件的磁铁的压力的函数，其产生了距固定件上的传感器的距离变化和其后测量的磁场强度的变化。
这种系统要求将相当复杂的传感件设置到轮胎面，以便精确地测量磁场强度变化。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够制造出轮胎的磁性压力传感装置的方案，该装置的精度很少或不受到磁场强度的检测精度的影响。
根据本发明，所述目的的实现是通过一种压力传感装置，和相应的压力检测方法。本发明提出一种旋转移动件的磁性压力传感装置，包括至少一个磁场源件，其与所述旋转移动件相连；和连接到固定件的磁场传感件，可测量所述磁场源件产生的磁场H的参数，磁场H的参数是施加到旋转移动件的压力P的函数；其特征在于，磁场源件包括机构，可使磁场H方向绕至少一个轴线转动，其中磁场方向是施加到旋转移动件的压力P的函数。
本发明还提出一种使用上述装置来测量旋转移动件的压力的方法，其中压力P的变化关联到磁场源件产生的磁场H方向的变化，可通过所述磁场传感器进行测量。
下面通过参考附图，附图提供了非限制性的示例，对本发明进行介绍。附图中图1显示了根据本发明的磁性装置的操作原理；图2A和图2B显示了图1装置的细节；图3显示了图1装置的另一可选实施例；图4显示了图1装置的第二可选实施例。
具体实施例方式
本文提出的旋转移动件的磁性压力传感器包括至少一个磁场源件，其连接到所述旋转移动件，优选的方式是设置在轮胎内部件如内部管；和连接到固定件，最好是汽车底盘，的磁场传感件，可测量所述源件产生的磁场的参数，所述磁场参数包括所述磁场的方向，该方向是所述旋转移动件的压力的函数，这可通过采用作为压力函数的适当旋转机构来实现。
图1是显示根据本发明的装置的操作原理的视图。
围绕旋转轴线12转动的轮胎11包括磁场源件13，具有自己的磁化强度，能够产生磁场H。
所述磁场源件13最好位于轮胎11内侧的内部管内。在固定件，具体是汽车的挡泥板15，设置了磁场传感器14，为了简化未整体显示。
磁场源件13在轮胎11和固定件15之间区域产生的磁场H具有场强和方向。
根据本发明，磁场源件13的磁场H可旋转，并且作为轮胎11压力的函数的场强可发生变化。磁场传感器14远距离测量磁场H，从而间接测量压力。磁场传感器14测得的信号然后送到汽车的电子单元，其也未在图1中显示，进行处理并产生信号和警告。
图2A和2B更详细地显示了连接到轮胎11的磁场源件13。
图2A显示了位于第一操作位置的磁场源件13，这时的压力P的值等于P1，而图2B显示了位于第二操作位置的磁场源件13，这时的压力P值等于P2，P2大于P1。
根据本发明的磁场源件13包括永久磁铁件21，可产生带有恒定模数和方向的磁场H。所述永久磁铁件21最好连接到旋转件22，旋转件可沿轴线25作旋转运动，其径向相对于轮胎11形成的圆周面。
如图2所示，旋转件22包括螺纹杆23，具体是螺纹件，沿轴线25设置在同轴的容器圆筒24内，圆筒能够限制轮胎11运动产生的振动。
杆23最好通过其相对轮胎11表面的远端固定到圆筒24的底部27，可根据所述底部17的轴向移动而移动，否则其可在所述圆筒24内沿螺纹作自由转动。在所述杆23自由端，即相对轮胎11表面的近端，设置了永久磁铁件21，如图2A所示，具有两个极，因此产生基本切向于轮胎11表面方向的相关磁场H。在图2A，具体地，永久磁铁21的位置确定了切向的并对准轮胎11旋转方向的磁场H。
在图2B，如上所述，磁场源件13受到的压力P2大于P1。由弹性材料制成的圆筒24的底部27由于压力上升而变形，通过螺纹26沿轴线25施加力。在图2B，永久磁铁21大致旋转90°，并在与轮胎11的旋转方向正交的方向上产生磁化强度。
显然，底部27还可以由活塞形成。
尽管未在图2A或2B显示，设置了弹簧以使杆23在压力消失后返回原始的静止位置。因此，测量的压力是压力，弹簧弹性力和厚重移动件的离心力的合成力。可使用润滑油来减少螺纹杆23和螺纹26之间的摩擦。
磁场传感器14可间接测量轮胎11的压力P，直接测量由位于旋转件22上的永久磁铁21的磁化强度决定的磁场H的方向。
磁场传感器14，可以是旋转阀传感器，对磁场方向的变化敏感，能够感觉到磁场H的方向的变化，所以能够检测压力的上升。具体地，电子单元的适当电路和微型控制器测量永久磁铁21的过去时间内的转数，例如通过简单的计数器，因此可确定轮胎17的压力。
永久磁铁21可利用大块的磁性材料或硬铁磁薄膜来生产，薄膜通过相应的薄膜镀复技术，比如溅射或电镀，形成。在这种情况下，永久磁铁21可包括单个膜或多个膜叠层，以及由铁磁颗粒构成的复合材料，各种尺寸(从纳米到毫米)和形状的铁磁颗粒结合到聚合物基体并进行磁化。颗粒可在现场或不在现场合成聚合物。
图3显示了根据本发明的传感器装置的另一可选择的实施例，其中磁场源件13包括旋转件32，旋转件包括旋转盘33，其在非磁性材料制成的容器41中通过磁悬浮作用浮起，通过永久磁铁34旋转，永久磁铁连接到可变形的弹性膜35。具体地，容器41最上面包括盘33的壳体43，下面形成空腔42，底面由膜35封闭。空腔42和壳体43被壁44分开。
空腔42外面的压力P作用到膜35，具体沿正交于盘33表面的轴线45移动，所述膜35的中心设置了所述永久磁铁34，永久磁铁包括具有相对的磁极的部分，当永久磁铁在压力P的作用下接近磁盘33时，可使磁盘转动。
当作用到膜35上的压力P下降时，永久磁铁34离开，由于存在适当的复位永久磁铁37，盘33可回复到其静止位置，复位永久磁铁的作用基本上如同磁性弹簧。
旋转盘33还包括磁性部分39，位于其最外的圆周面上。
还设置了磁性悬浮部分38，由适当的极性相反的磁铁形成，因此可互相排斥，磁铁成对地设置在盘33上和容器41上，允许盘33在没有摩擦的情况下悬浮和转动。
盘33的中心区支承有永久磁化区40，产生的磁场H可通过磁场传感器14测量。在这种情况下磁场传感器14只需对所述永久磁化区40的磁化方向变化敏感。
空腔42的内部可加压到基准压力Pref，膜35只有在压力P大于所述基准压力Pref后能够变形挠曲。
应当指出，在图3的传感器装置中，轮胎11的离心力作用在与压力P相同的方向上，因此说明所述离心力使压力读数产生误差，因此需要进行补偿。
离心力的作用可通过设置具有限定的质量尺寸比的移动件来减小，具体地，为此目的，膜35和磁性盘33分别具有较小和较大表面。实际上，压力P产生与表面正比的力，而离心力是质量的函数。
此外，在汽车轮胎11的情况下，需要时使用ABS制动控制系统，其工作需测量车轮转动速度，从测得的车轮转动速度，可计算出离心力，并通过汽车的电子单元校正各转动速度下测得的压力值。
图4显示了另外的实施例的示意图，其中位于固定件15的磁场传感器14只对磁场H的方向敏感。这种情况下的磁场源件13包括用非磁性材料制成的容器51，其形成具有参考压力Pref的单个空腔52，下部用弹性膜55，上部用壁64分隔。所述膜55支撑具有磁化方向M的永久磁铁54，该方向基本平行于膜的表面。类似于图3的装置，压力P沿轴线65施加到所述膜55的外表面。在空腔52上部的容器51的壁64设有各向异性的铁磁材料层53，其静止和未施加力时的磁化方向沿着与位于膜55上的永久磁铁54的磁化方向M直交方向的轴线。
当有压力P作用，带有永久磁铁的膜55接近各向异性的铁磁材料层53，位于膜55上的永久磁铁54的作用，使各向异性的铁磁材料层53的磁化方向转动，从而磁场H的方向转动，使其平行于自身的磁化方向。图4显示了所述操作结构，其中各向异性的铁磁材料层53产生的磁场H平行于永久磁铁54的磁化方向M，因为所述永久磁铁54在压力P的作用下移动得更靠近。
因此，在施加到膜55的压力P作用下永久磁铁54沿轴线65的移动使得各向异性的铁磁材料层53产生的磁场H转动，这可通过磁场传感器14进行测量。
所述各向异性的铁磁材料层53的磁场H的所述转动一般不会因与永久磁铁54的距离改变而突然转变，而通常是距离的连续函数，因为各向异性的铁磁层53的磁畴不是一起转变。因此可通过测量磁场H方向的角度，得到连续测量的永久磁铁54相对各向异性的铁磁材料层53的距离，因此，连续地测得施加的压力P。
各向异性的铁磁材料层53可通过结合到基体的磁性颗粒的复合结构得到。
膜55可由复合的弹性材料构成，其中结合到弹性体的定向的磁性颗粒使膜具有磁性能，对弹性性质只有很少的改变。磁性颗粒可在形成聚合物时在现场形成，或在下一步进行结合。弹性体在磁场中形成网状。因此，磁性膜的行为如同弹性的永久磁铁。
上面介绍的方案与现有技术的方案相比有相当大的优越性。
根据本发明的压力传感装置具优越性地允许压力关联到磁场方向的转动，由于可以测量转动件的转变，所以正确的确定所述磁场强度对传感器只有很小作用。
自然地，不改变本发明的原理，相对以示例方式进行的说明和显示，可对结构细节和实施例作出很大改进，这样并未脱离本发明的范围。
可以插入磁模量随压力变化很大的永久磁铁。
应当注意到，可以组合上面介绍的磁场源件的不同实施例，具体地，可以设置相同类型或不同类型的位于旋转件的多个磁场源件。一个或多个位于固定件的传感器测量的信号，代表了复合的压力信息，可方便地进行分析和处理。
可用任何数字或模拟的磁场传感器来得到磁场传感器，比如简单的螺线管、各向异性磁阻(AMR)、霍尔(Hall)、大磁阻效应(GMR)、隧道结磁阻(TMR)传感器。
上面介绍类型的压力传感装置可用于不同的要求测量压力的场合。
对于测量轮胎的压力，压力传感器可以是适当的测量单元的一部分，测量单元还包括轮胎磨损传感器和/或温度传感器，还可包括促动器或阀门，以重新建立轮胎的压力，所述单元直接位于轮胎上，利用独立地将轮胎运动时的振动能转换成的能量。
具体地，可以使用位于固定件上的传感器来检测磁场强度的变化和/或控制其他性质如温度时的其他磁场源的方向变化。
但是，很清楚，所提出的装置可应用于所有的可与磁性压力感应装置，如上面介绍的感应装置，配合进行的压力测量。所提出的装置包括包括至少一个磁场源件，其与旋转移动件相连；和连接到固定件的磁场传感件，可测量所述磁场源件产生的磁场的参数，所述磁场参数是所述旋转移动件的压力的函数。所述磁场源件包括机构，可使产生的磁场方向沿至少一个轴线转动。
权利要求
1.一种旋转移动件的磁性压力传感装置，包括至少一个磁场源件(13)，其与所述旋转移动件(11)相连；和连接到固定件(15)的磁场传感件(14)，可测量所述磁场源件(13)产生的磁场(H)的参数，所述磁场(H)的参数是施加到所述旋转移动件(11)的压力(P)的函数；其特征在于，所述磁场源件(13)包括机构(22)，可使所述磁场(H)的方向绕至少一个轴线(25)转动，所述方向是施加到所述旋转移动件(11)的压力(P)的函数。
2.根据权利要求1所述的传感装置，其特征在于，所述机构(22，32)，可使所述磁场(H)方向绕至少一个轴线(25，45)转动，其包括机构(26，27，35，55)，可将所述压力(P)沿所述轴线(25，45，65)产生的力转变成所述磁场(H)方向的转动。
3.根据权利要求1或2所述的传感装置，其特征在于，所述磁场源件(13)包括至少的第一永久磁铁(21，40，53)，用来产生所述磁场(H)。
4.根据权利要求2或3所述的传感装置，其特征在于，所述机构(25，26，35，55)，可将所述压力(P)沿所述轴线(25，45，65)产生的力转变成所述磁场(H)方向的转动，其包括机构(27，35，55)，可将所述力转变为沿所述轴线(25，45，65)的位移。
5.根据权利要求4所述的传感装置，其特征在于，可将所述力转变为沿所述轴线(25，45，65)位移的机构包括弹性膜(35，55)。
6.根据权利要求5所述的传感装置，其特征在于，所述弹性膜(35，55)连接到第二永久磁铁(34，54)。
7.根据权利要求6所述的传感装置，其特征在于，所述第一永久磁铁(40)连接到悬浮盘(33)，通过所述第二永久磁铁(34)所述悬浮盘能够旋转。
8.根据权利要求6所述的传感装置，其特征在于，所述第一永久磁铁(53)能够使磁场(H)的方向对齐所述第二永久磁铁(54)的磁化强度(M)的方向，所述磁化强度的方向是所述第一(53)和第二(54)永久磁铁之间距离的函数。
9.根据权利要求4所述的传感装置，其特征在于，所述机构(23，26，27，35，55)，可将所述压力(P)沿所述轴线(25，45，65)产生的力转变为所述磁场(H)方向的转动，其包括连接到所述第一永久磁铁(21)的螺纹(26)转动件(23)。
10.根据前面权利要求中任一项所述的传感装置，其特征在于，通过所述磁场传感件(14)测量的磁场(H)的所述参数包括磁场(H)的方向和/或强度。
11.根据前面权利要求中任一项所述的传感装置，其特征在于，所述磁场传感件(14)能够测量另外的磁场源的磁场参数，所述磁场参数可根据物理量进行变化，所述磁场源连接到所述旋转移动件，具体地所述物理量是温度。
12.根据前面权利要求中任一项所述的传感装置，其特征在于，所述旋转移动件(11)是汽车轮胎。
13.根据前面权利要求中任一项所述的传感装置，其特征在于，所述传感装置设置在测量单元，其还包括轮胎磨损传感器和/或温度传感器，还可包括促动器或阀门，来重建所述轮胎(11)的压力，所述单元可直接设置到所述轮胎(11)。
14.根据前面权利要求中任一项所述的传感装置，其特征在于，所述第一永久磁铁(21，40，53)和/或第二永久磁铁(34，54)用整块磁性材料或硬铁磁薄膜或复合材料制造，所述复合材料由结合到聚合物基体并进行磁化的铁磁颗粒构成。
15.根据权利要求5到14中任一项所述的传感装置，其特征在于，所述弹性膜(35，55)部分或全部地对应于所述第二永久磁铁(34，54)。
16.根据前面权利要求中任一项所述的传感装置，其特征在于，所述磁场传感件(14)是旋转阀装置。
17.一种使用权利要求1到16所述的装置测量旋转移动件的压力的方法，其特征在于，压力(P)的变化，其关联到所述磁场源件(13)产生的磁场(H)方向的变化，可通过所述磁场传感件(14)测量。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，压力(P)的变化，关联到所述磁场源件(13)产生的磁场(H)强度的变化，可通过所述磁场传感件(14)测量。
全文摘要
公开了一种旋转移动件的磁性压力传感装置，包括至少一个磁场源件(13)，其与所述旋转移动件(11)相连；和连接到固定件(15)的磁场传感件(14)，可测量所述磁场源件(13)产生的磁场(H)的参数，所述磁场(H)的参数是施加到所述旋转移动件(11)的压力(P)的函数。所述磁场源件(13)包括机构(22，32，53)，可使所述磁场(H)的方向绕至少一个轴线(25，45，65)转动，所述方向是施加到所述旋转移动件(11)的压力(P)的函数。
文档编号G01L1/12GK1651882SQ200510008048
公开日2005年8月10日 申请日期2005年2月5日 优先权日2004年2月6日
发明者D·普利尼 申请人:C.R.F.阿西安尼顾问公司