专利名称：非接触式旋转位置传感器系统的制作方法
技术领域：
本实用新型主要涉及旋转位置传感器，并且更具体地涉及非接触式旋转位置传感器系统。
背景技术：
位置传感器被用于多种环境中，包括汽车和各种工业控制环境。例如，很多汽车都包括位置传感器以感测变速器挡位控制轴的各种旋转位置。通常，用于这种应用的位置传感器类型为接触式传感器。对于这种类型的位置传感器，表示控制轴位置的信号是在机械开关部件接合和脱离时生成的。尽管接触式传感器通常都效果良好并且通常都很安全，但是这些类型的开关也可能要承受一些缺点。例如，机械开关部件的寿命可能会由于重复使用而缩短。接触式传感器可能结构复杂，增加了其成本。另外，由接触式传感器生成的电信号在车辆经历振动时可能不够稳定。因此，对于能够测量对象例如变速器挡位控制轴的旋转位置并且缓和了一种或多种上述缺点的传感器存在需求。也就是说，一种传感器，其经重复使用仍表现出适合寿命和/或相对不太复杂且便宜和/或在车辆经历振动时表现出充分的信号生成稳定性。本实用新型致力于满足这些需求中的一种或多种。
实用新型内容在一个实施例中，提供了一种用于测量旋转主体的旋转位置的传感器系统，旋转主体被设置为至少在第一固定位置和第二固定位置之间旋转，其中第二固定位置与第一固定位置沿第一旋转方向径向间隔预定的径向距离。传感器系统包括磁体载架、第一磁体、第二磁体和双极磁体。磁体载架被设置为安装在旋转主体上并由此在第一固定位置和第二固定位置之间旋转。第一磁体具有第一磁极和第二磁极。第一磁体被耦合至磁体载架并且具有内表面和弯曲的外表面，第一磁体的第一磁极径向面向内，第一磁体的第二磁极径向面向外，并且第一磁体的弯曲外表面具有第一弧长。第二磁体具有第一磁极和第二磁极。第二磁体被I禹合至磁体载架并且与第一磁体径向间隔开。第二磁体具有内表面和弯曲的外表面，第二磁体的第一磁极径向面向外，第二磁体的第二磁极径向面向内，并且第二磁体的弯曲外表面具有大于第一弧长的第二弧长。双极磁性传感器被不可移动地安装在靠近磁体载架的位置并且被设置为响应于该位置处磁场强度和极性的变化而在第一状态和第二状态之间切换。双极磁性传感器在磁体载架位于第一固定位置时处于第一状态，并且至少在磁体载架位于第二固定位置时处于第二状态。在另一个实施例中，提供了一种用于测量旋转主体的旋转位置的传感器系统，旋转主体被设置为在第一固定位置、第二固定位置和第三固定位置之间旋转，其中第二固定位置与第一固定位置沿第一旋转方向径向间隔预定的径向距离，并且第三固定位置与第一固定位置沿与第一旋转方向相反的第二旋转方向径向间隔预定的径向距离。传感器系统包括磁体载架、第一磁体、第二磁体、第三磁体和双极磁性传感器。磁体载架被设置为安装在旋转主体上并由此在第一固定位置、第二固定位置和第三固定位置之间旋转。具有第一磁极和第二磁极的第一磁体被耦合至磁体载架并且具有内表面和弯曲的外表面。第一磁体的第一磁极径向面向内，第一磁体的第二磁极径向面向外，并且第一磁体的弯曲外表面具有第一弧长。具有第一磁极和第二磁极的第二磁体被耦合至磁体载架并且与第一磁体径向间隔开。第二磁体具有内表面和弯曲的外表面，第二磁体的第一磁极径向面向外，第二磁体的第二磁极径向面向内，并且第二磁体的弯曲外表面具有大于第一弧长的第二弧长。具有第一磁极和第二磁极的第三磁体被耦合至磁体载架并且与第一磁体径向间隔开。第三磁体具有内表面和弯曲的外表面，第三磁体的第一磁极径向面向外，第三磁体的第二磁极径向面向内，并且第三磁体的弯曲外表面具有第二弧长。双极磁性传感器被不可移动地安装在靠近磁体载架的位置并且被设置为响应于该位置处磁场强度和极性的变化而在第一状态和第二状态之间切换。第一磁体沿径向位于第二磁体和第三磁体之间。双极磁性传感器在磁体载架位于第一固定位置时处于第一状态，并且双极磁性传感器至少在磁体载架位于第二固定位置或第三固定位置时处于第二状态。在又一个实施例中，一种旋转位置传感器系统包括控制轴、磁体载架、第一磁体、 第二磁体、第三磁体和双极磁性传感器。控制轴被设置为在第一固定位置、第二固定位置和第三固定位置之间旋转。第二固定位置与第一固定位置沿第一旋转方向径向间隔预定的径向距离，并且第三固定位置与第一固定位置沿与第一旋转方向相反的第二旋转方向径向间隔预定的径向距离。磁体载架被耦合至控制轴以与其一起在第一固定位置和第二固定位置之间旋转。具有第一磁极和第二磁极的第一磁体被耦合至磁体载架并且具有内表面和弯曲的外表面。第一磁体的第一磁极径向面向内，第一磁体的第二磁极径向面向外，并且第一磁体的弯曲外表面具有第一弧长。具有第一磁极和第二磁极的第二磁体被耦合至磁体载架并且与第一磁体径向间隔开。第二磁体具有内表面和弯曲的外表面，第二磁体的第一磁极径向面向外，第二磁体的第二磁极径向面向内，第二磁体的弯曲外表面具有大于第一弧长的第二弧长。具有第一磁极和第二磁极的第三磁体被耦合至磁体载架并且与第一磁体径向间隔开。第三磁体具有内表面和弯曲的外表面，第三磁体的第一磁极径向面向外，第三磁体的第二磁极径向面向内，并且第三磁体的弯曲外表面具有第二弧长。双极磁性传感器被不可移动地安装在靠近磁体载架的位置并且被设置为响应于该位置处磁场强度和极性的变化而在第一状态和第二状态之间切换。第一磁体沿径向位于第二磁体和第三磁体之间，双极磁性传感器在磁体载架位于第一固定位置时处于第一状态，并且双极磁性传感器至少在磁体载架位于第二固定位置或第三固定位置时处于第二状态。此外，旋转位置传感器的其他可取功能和特征将根据随后结合附图和以上背景技术进行理解的详细说明和所附权利要求而变得显而易见。
以下结合附图介绍本实用新型，其中相似的附图标记表示相似的元件，并且其中图I示出了被设置用于测量旋转轴旋转位置的非接触式旋转位置传感器系统中一部分的平面图；[0011]图2和图3分别示出了可以被用于实现图I中旋转位置传感器系统的磁体载架和磁体的俯视图和平面图；图4示出了当图I所示传感器系统中的磁体载架位于第一位置时存在的磁通线；图5示出了当图I所示传感器系统中的磁体载架已经沿第一方向被旋转并且位于第二固定位置时存在的磁通线；以及图6同时不出了表不磁性传感器的输出对图I中磁性传感器系统旋转角的第一曲线图以及表示在磁性传感器的位置处的磁场强度对图I中传感器系统的磁体载架的旋转角的第二曲线图。
具体实施方式
以下的详细说明本质上仅仅是示范性的而并不是为了限制本实用新型或本实用新型的应用和用途。此外，本实用新型不应受到在先前的技术领域、背景技术、摘要或以下 的详细说明中给出的任何明示或隐含理论的约束。如本文中所用，词语“示范性”是指“用作示例、实例或例证”。因此，本文中描述为“示范性”的实施例并非必须被解读为相对于其他实施例优选或有利。本文中介绍的所有实施例都是提供用于使本领域技术人员能够实现或利用本实用新型的示范性实施例，而并不是为了限制由权利要求确定的本实用新型的范围。而且，关系术语例如第一和第二等可以仅仅被用于将一个实体或动作与另一个实体或动作加以区分而并非必须要求或者暗示在这些实体或动作之间有任何实际的这种关系或顺序。除非由权利要求中的语言具体定义，否则数字顺序例如“第一”、“第二”、“第三”等只是简单地表示多数中的不同单个个体而并不暗示任何的顺序或次序。除非由权利要求中的语言具体定义，否则在任何一项权利要求中的文字次序都不暗示过程步骤必须要以根据该次序的时间或逻辑顺序执行。过程步骤可以被互换为任意顺序而并不背离本实用新型的保护范围，只要这样的互换不与权利要求的语言相抵触并且不是在逻辑上无意义即可。此外，根据上下文，用于描述不同元件之间关系的词语例如“连接”或“耦合至”并不暗示必须在这些元件之间形成直接的物理连接。例如，两个元件可以通过一个或多个附加元件彼此物理连接、电连接、逻辑连接或者以任意其他的方式连接。而且，两个元件也可以简单地彼此接触。现参照
图1，示出了非接触式旋转位置传感器系统100中一部分的平面图。位置传感器系统100被设置用于测量控制轴102的旋转位置，并且包括磁体载架104、多块磁体106(图I中只有一块可见)以及双极磁性传感器108。控制轴102被设置为至少在第一固定位置、第二固定位置和第三固定位置之间旋转。第一固定位置例如可以相当于汽车变速器中的空档位置，而第二和第三固定位置可以相当于其他的汽车变速器挡位位置例如倒挡和驱动挡。在任何情况下，第二固定位置都与第一固定位置沿第一旋转方向103径向间隔预定的径向距离，并且第三固定位置都与第一固定位置沿与第一旋转方向相反的第二旋转方向105径向间隔相同预定的径向距离。磁体载架104被耦合至控制轴102并由此与其一起在第一固定位置、第二固定位置和第三固定位置之间旋转。磁体载架104可以以各种不同的方式构造，但是在图示的实施例中，如图2和图3中更加清楚示出的那样，磁体载架104包括主体202、接合凸缘204和磁体安装结构206。主体202通常为圆柱形截面并且具有内表面208，内表面208界定出延伸穿过主体202的开口 212。如图I所示，控制轴102完全延伸穿过开口 212。如图I进一步所示，接合凸缘204优选地接合成形在控制轴102上的配合凸缘112。一个或多个接合翼片212 (图I中仅示出了一个)从接合凸缘204垂直伸出并且延伸穿过成形在配合凸缘112中的狭槽。磁体安装结构206从主体202和接合凸缘204两者伸出，并且具有大致为扇形的截面。磁体安装结构206包括外表面214，外表面214具有多个成形在其中的磁体安装狭槽216。磁体安装狭槽216的数量、尺寸和间距可以改变，但是在图示的实施例中设有三个磁体安装狭槽216 :第一磁体安装狭槽216-1、第二磁体安装狭槽216-2和第三磁体安装狭槽216-3。正如以下将要进一步介绍的那样，磁体安装狭槽216的尺寸和间距取决于例如所选磁体106的尺寸。磁体106被--对应地设置在不同的磁体安装狭槽216内。与磁体安装狭槽216 一样,磁体106的数量可以改变，但是图示的实施例中包括三块磁体第一磁体106-1、第二磁体106-2和第三磁体106-3。第一磁体106-1被安装在第一磁体安装狭槽216-1内，第二磁体106-2被安装在第二磁体安装狭槽216-2内，并且第三磁体106-3被安装在第三磁体安装狭槽216-3内。第一磁体106-1因此沿径向被设置在第二磁体106-2和第三磁体106-3之间并且与第二磁体106-2和第三磁体106-3等距地径向间隔开。每一块磁体106都具有内表面和外表面。更具体地，第一磁体106-1具有内表面218和弯曲的外表面222，第二磁体106-2具有内表面224和弯曲的外表面226，并且第三磁体106-3类似地具有内表面228和弯曲的外表面232。第一磁体106-1的弯曲外表面222具有第一弧长(α 1)，而第二磁体106-2和第三磁体106-3的弯曲外表面226和232分别均具有大于第一弧长(Ci1)的第二弧长(α2)。在图示的实施例中，每一块磁体106的内表面218，224，228也是弯曲的。但是应该意识到内表面也可以是不同的形状和结构。另外还应该意识到第一和第二弧长可以改变，并且第一磁体106-1与第二磁体106-2和第三磁体106-3之间的径向距离也可以改变。在一个特定的实施例中，第一弧长约为2. 5毫米，第二弧长约为4. 5晕米，并且第二磁体和第三磁体均与第一磁体径向间隔开约I晕米的弧长。每一块磁体106都具有第一磁极和第二磁极。在图不的实施例中，第一磁体极性为磁北极(N)并且第二磁体极性为磁南极(S)。但是应该意识到磁极也可以相反地设置。在图不的实施例中，第一磁体106-1被设置在第一磁体安装狭槽216-1内以使其第一磁极径向面向内并使其第二磁极径向面向外。相反地，第二和第三磁体106-2，106-3被设置在第二和第三磁体安装狭槽216-2，216-3内以使其第一磁极径向面向外并使其第二磁极径向面向内。再次参照图I，双极磁性传感器108被不可移动地安装在靠近磁体载架104的位置。双极磁性传感器108可以有各种不同的实现方式，但是在一个特定的实施例中，使用双极霍尔效应传感器来实现双极磁性传感器108。无论具体实施方式
如何，双极磁性传感器108均被设置为响应于其安装位置处的磁场强度和磁极性的变化而在第一状态和第二状态之间切换。在这方面，对于图示的装置来说，双极磁性传感器108被设置和配置为在磁体载架104位于第一固定位置时处于第一状态，并且至少在磁体载架104位于第二固定位置或第三固定位置时处于第二状态。[0025]参照图4-6可以更加轻易地理解非接触式旋转位置传感器系统100的操作。具体地，图4示出了当控制轴102和磁体载架104位于上述第一位置时存在的磁通线，图5示出了当控制轴102和磁体载架104已经沿第一方向103被旋转并且位于上述第二固定位置时存在的磁通线，并且图6同时不出了表不磁性传感器108的输出对磁体载架104旋转角(Θ )的第一曲线图602，以及表示在磁性传感器108的位置处的磁场强度(B)对磁体载架104旋转角(Θ)的第二曲线图404。如图4和图6所示，当控制轴102和磁体载架104位于第一固定位置时，磁性传感器108处于第一状态(例如其输出为非零值或相对较高的值)。如果控制轴102和磁体载架104沿第一旋转方向103或第二旋转方向105旋转离开第一固定位置，那么磁性传感器108对于在-Θ i到+ Θ i之间的旋转角仍保持其第一状态。但是，如图5和图6中所示，当控制轴102和磁体载架104旋转至+ Θ i或-Θ i的旋转角(这分别对应于第二固定位置和第三固定位置)或超出时，磁性传感器108就切换至第二状态(例如其输出为零或相对较低的值)。应该意识到磁性传感器108如上所述的第一状态和第二状态可以改变。例如，在 某些实施例中，磁性传感器108在其处于第一状态时的输出可以为零或相对较低的值，而在其处于第二状态时的输出则为非零值或相对较高的值。另外应该意识到对应于第二和第三固定位置的具体旋转角可以改变，并且磁体106的大小、尺寸、间距和相对极性，仅列举一些变量，均可改变以实现所需的结果。另外，磁体106尺寸被成形为使得旋转位置传感器系统100的旋转精度对于其沿着轴102的旋转轴线的平移是相对不敏感的。尽管已经在以上对本实用新型的详细说明中给出了至少一个示范性实施例，但是应该意识到存在大量的变形。还应该意识到一个或多个示范性实施例仅仅是示例，而并不是为了以任何方式限制本实用新型的保护范围、可应用性或结构。而且，以上的详细说明可以为本领域技术人员提供用于实现本实用新型示范性实施例的便捷指引。应该理解可以对示范性实施例中介绍的元件的功能和设置进行各种修改而并不背离本实用新型由所附权利要求所述的保护范围。
权利要求1.一种用于测量旋转主体的旋转位置的传感器系统，旋转主体被设置为在至少第一固定位置和第二固定位置之间旋转，第二固定位置与第一固定位置沿第一旋转方向径向间隔预定的径向距离，所述传感 器系统包括 磁体载架，所述磁体载架被设置为安装在旋转主体上并由此在第一固定位置和第二固定位置之间旋转； 具有第一磁极和第二磁极的第一磁体，所述第一磁体被耦合至磁体载架并且具有内表面和弯曲的外表面，第一磁体的第一磁极径向面向内，第一磁体的第二磁极径向面向外，并且第一磁体的弯曲外表面具有第一弧长； 具有第一磁极和第二磁极的第二磁体，所述第二磁体被耦合至磁体载架并且与第一磁体径向间隔开，第二磁体具有内表面和弯曲的外表面，第二磁体的第一磁极径向面向外，第二磁体的第二磁极径向面向内，第二磁体的弯曲外表面具有大于第一弧长的第二弧长；以及 双极磁性传感器，所述双极磁性传感器被不可移动地安装在靠近磁体载架的位置并且被设置为响应于所述位置处磁场强度和极性的变化而在第一状态和第二状态之间切换， 其中双极磁性传感器在磁体载架位于第一固定位置时处于第一状态，并且至少在磁体载架位于第二固定位置时处于第二状态。
2.如权利要求I所述的传感器系统，其中第一磁体极性为磁北极并且第二磁体极性为磁南极。
3.如权利要求I所述的传感器系统，其中双极磁性传感器包括双极霍尔效应传感器。
4.如权利要求I所述的传感器系统，其中 第一弧长约为2. 5毫米；并且 第二弧长约为4. 5毫米。
5.如权利要求I所述的传感器系统，其中 旋转主体被进一步设置为在第一固定位置和第三固定位置之间旋转，第三固定位置与第一固定位置沿与第一旋转方向相反的第二旋转方向径向间隔所述预定的径向距离； 传感器系统进一步包括具有第一磁极和第二磁极的第三磁体，所述第三磁体被耦合至磁体载架并且与第一磁体径向间隔开，第三磁体具有内表面和弯曲的外表面，第三磁体的第一磁极径向面向外，第三磁体的第二磁极径向面向内，第三磁体的弯曲外表面具有所述第二弧长； 第一磁体沿径向位于第二磁体和第三磁体之间。
6.如权利要求5所述的传感器系统，其中双极磁性传感器至少在磁体载架位于第三固定位置时处于第二状态。
7.如权利要求5所述的传感器系统，其中第二磁体和第三磁体与第一磁体等距地径向间隔开。
8.如权利要求7所述的传感器系统，其中 第一弧长约为2. 5毫米； 第二弧长约为4. 5毫米；并且 第二磁体和第三磁体均与第一磁体径向间隔开约I毫米的弧长。
9.如权利要求5所述的传感器系统，其中第一磁体极性为磁北极并且第二磁体极性为磁南极。
10.如权利要求5所述的传感器系统，其中双极磁性传感器包括双极霍尔效应传感器。
11.一种用于测量旋转主体的旋转位置的传感器系统，旋转主体被设置为在第一固定位置、第二固定位置和第三固定位置之间旋转，第二固定位置与第一固定位置沿第一旋转方向径向间隔预定的径向距离，第三固定位置与第一固定位置沿与第一旋转方向相反的第二旋转方向径向间隔所述预定的径向距离，所述传感器系统包括 磁体载架，所述磁体载架被设置为安装在旋转主体上并由此在第一固定位置、第二固定位置和第三固定位置之间旋转； 第一磁体，具有第一磁极和第二磁极，第一磁体被稱合至磁体载架并且具有内表面和弯曲的外表面，第一磁体的第一磁极径向面向内，第一磁体的第二磁极径向面向外，第一磁体的弯曲外表面具有第一弧长； 第二磁体，具有第一磁极和第二磁极，第二磁体被耦合至磁体载架并且与第一磁体径向间隔开，第二磁体具有内表面和弯曲的外表面，第二磁体的第一磁极径向面向外，第二磁体的第二磁极径向面向内，第二磁体的弯曲外表面具有大于第一弧长的第二弧长； 第三磁体，具有第一磁极和第二磁极，第三磁体被稱合至磁体载架并且与第一磁体径向间隔开，第三磁体具有内表面和弯曲的外表面，第三磁体的第一磁极径向面向外，第三磁体的第二磁极径向面向内，第三磁体的弯曲外表面具有所述第二弧长；以及 双极磁性传感器，所述双极磁性传感器被不可移动地安装在靠近磁体载架的位置并且被设置为响应于所述位置处磁场强度和极性的变化而在第一状态和第二状态之间切换， 其中第一磁体沿径向位于第二磁体和第三磁体之间，双极磁性传感器在磁体载架位于第一固定位置时处于第一状态，并且双极磁性传感器至少在磁体载架位于第二固定位置或第三固定位置时处于第二状态。
12.如权利要求11所述的传感器系统，其中第二磁体和第三磁体与第一磁体等距地径向间隔开。
13.如权利要求12所述的传感器系统，其中 第一弧长约为2. 5毫米； 第二弧长约为4. 5毫米；并且 第二磁体和第三磁体均与第一磁体径向间隔开约I毫米的弧长。
14.如权利要求11所述的传感器系统，其中第一磁体极性为磁北极并且第二磁体极性为磁南极。
15.如权利要求11所述的传感器系统，其中双极磁性传感器包括双极霍尔效应传感器。
16.—种旋转位置传感器系统,包括 控制轴，所述控制轴被设置为在第一固定位置、第二固定位置和第三固定位置之间旋转，第二固定位置与第一固定位置沿第一旋转方向径向间隔预定的径向距离，第三固定位置与第一固定位置沿与第一旋转方向相反的第二旋转方向径向间隔所述预定的径向距离； 磁体载架，所述磁体载架被耦合至控制轴以与其一起在第一固定位置和第二固定位置之间旋转；第一磁体，具有第一磁极和第二磁极，第一磁体被稱合至磁体载架并且具有内表面和弯曲的外表面，第一磁体的第一磁极径向面向内，第一磁体的第二磁极径向面向外，第一磁体的弯曲外表面具有第一弧长； 第二磁体，具有第一磁极和第二磁极，第二磁体被耦合至磁体载架并且与第一磁体径向间隔开，第二磁体具有内表面和弯曲的外表面，第二磁体的第一磁极径向面向外，第二磁体的第二磁极径向面向内，第二磁体的弯曲外表面具有大于第一弧长的第二弧长； 第三磁体，具有第一磁极和第二磁极，第三磁体被稱合至磁体载架并且与第一磁体径向间隔开，第三磁体具有内表面和弯曲的外表面，第三磁体的第一磁极径向面向外，第三磁体的第二磁极径向面向内，第三磁体的弯曲外表面具有所述第二弧长；以及 双极磁性传感器，所述双极磁性传感器被不可移动地安装在靠近磁体载架的位置并且被设置为响应于所述位置处磁场强度和极性的变化而在第一状态和第二状态之间切换， 其中第一磁体沿径向位于第二磁体和第三磁体之间，双极磁性传感器在磁体载架位于第一固定位置时处于第一状态，并且双极磁性传感器至少在磁体载架位于第二固定位置或第三固定位置时处于第二状态。
17.如权利要求16所述的旋转位置传感器系统,其中第二磁体和第三磁体与第一磁体等距地径向间隔开。
18.如权利要求17所述的旋转位置传感器系统，其中 第一弧长约为2. 5毫米； 第二弧长约为4. 5毫米；并且 第二磁体和第三磁体均与第一磁体径向间隔开约I毫米的弧长。
19.如权利要求16所述的旋转位置传感器系统，其中第一磁体极性为磁北极并且第二磁体极性为磁南极。
20.如权利要求16所述的旋转位置传感器系统，其中双极磁性传感器包括双极霍尔效应传感器。
专利摘要本实用新型涉及非接触式旋转位置传感器系统。提供了一种旋转位置传感器系统并且该系统包括磁体载架、径向间隔开的第一磁体和第二磁体以及双极磁性传感器。磁体载架被设置为安装在旋转主体上并与其一起在第一固定位置和第二固定位置之间旋转。均具有第一磁极和第二磁极以及弯曲外表面的第一磁体和第二磁体被耦合至磁体载架。第一磁体的弯曲外表面具有第一弧长，并且第二磁体的弯曲外表面具有大于第一弧长的第二弧长。双极磁性传感器被靠近磁体载架安装并且被设置为从磁体载架位于第一固定位置时的第一状态切换至磁体载架位于第二固定位置时的第二状态。
文档编号G01B7/00GK202692930SQ20112052855
公开日2013年1月23日 申请日期2011年12月16日 优先权日2011年7月21日
发明者X.徐, X.赵, M.李 申请人:霍尼韦尔传感控制(中国)有限公司