專利名稱：采用了在旋轉(zhuǎn)臂上安裝在浮子上的旋轉(zhuǎn)角度傳感器的油位檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種油位傳感器。
背景技術(shù)：
其內(nèi)容在這里被結(jié)合的US-A-6593734披露了一種磁位置傳感器，它具有一定子和一可動部分。定子具有兩個軟磁性元件，它們限定了一氣隙，該氣隙包含有一磁敏探針例如一霍耳效應(yīng)傳感器，用于測量在氣隙中的磁感變化?？蓜硬糠职梢耘c定子的磁性元件平行地移動的由軟磁性材料形成的磁軛和部分嵌入在該磁軛中的磁體。磁體的磁極與定子的那些元件平行。磁體相對于定子的運(yùn)動改變了在氣隙中的磁場，并且磁敏探針產(chǎn)生出表示磁體相對于定子的位置的信號。
當(dāng)前使用的大多數(shù)油位傳感器使用了通過樞桿與沿著電阻條帶運(yùn)動的導(dǎo)電滑動片連接的浮子。這使得傳感器的電阻隨著滑動片的運(yùn)動而變化。經(jīng)過條帶的電流變化表示油位的變化。這些傳感器在通常安裝在包含有油泵的組件上的油箱內(nèi)操作?；瑒悠碗娮钘l帶暴露于燃油。期望油位傳感器長時間可靠地操作。但是，條帶連續(xù)受到滑動片摩擦，一些燃油具有腐蝕性，并且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)潔凈燃油加劇了磨損。還有，為了保持滑動片的觸點(diǎn)清潔并且燒掉由燃油沉積在傳感器上的薄膜，通常采用幾十個毫安的工作電流。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種具有與用于安裝在浮子上的臂連接的磁位置傳感器的油位傳感器，其中磁位置傳感器包括一定子和一可動部分，定子具有兩個軟磁性元件，它們限定了一氣隙，該氣隙包含有一磁敏探針，用于測量在氣隙中的磁感變化，可動部分包括可以與定子的磁性元件平行地移動的由軟磁性材料形成的磁軛和與該磁軛連接的磁體，磁體的磁極與可動部分相對于定子的運(yùn)動方向垂直地被極化。
優(yōu)選的是，磁體的磁極與定子的元件平行。磁體相對于定子的運(yùn)動改變了在氣隙中的磁場，并且磁敏探針產(chǎn)生出代表磁體相對于定子的位置的信號。
優(yōu)選的是，磁體部分嵌入在位于磁軛中的空腔中。
這種磁位置傳感器具有不會相互接觸的一定子和一可動部分，因此避免了由于這兩個部分的摩擦而磨損。使用具有磁敏探針例如霍耳效應(yīng)傳感器的磁性傳感器降低了電流消耗。因?yàn)闊o需提供電流來將由燃油沉積的薄膜燒掉或者保持滑動片觸點(diǎn)潔凈，所以進(jìn)一步降低了電流消耗。
油位傳感器通?？拷捅迷O(shè)置以便于在油箱中的裝配。本發(fā)明的一個特征在于，提供了對由泵電機(jī)磁場或鐵質(zhì)殼體或支撐件附近產(chǎn)生出的磁場的更強(qiáng)抗干擾性。這些磁場會影響其它感測技術(shù)，例如那些更容易依賴于磁通量方位方向并且需要額外的磁屏蔽的技術(shù)。
在一實(shí)施方案中，磁敏探針為霍耳效應(yīng)傳感器。在當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施方案中，霍耳效應(yīng)傳感器為還具有一運(yùn)算電路和一些存儲器的集成電路(IC)的一部分。
可以將IC預(yù)編程以設(shè)定最小和最大輸出，從而降低機(jī)械誤差。
在一實(shí)施方案中，IC具有兩個電源引線，它們也用作信號傳送引線以表示油位。IC將來自磁位置傳感器的位置信號轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制脈沖編碼調(diào)制信號，該信號是電源電流的調(diào)制信號，例如對于一個油位而言為5mA并且對于另一油位而言為10mA。
現(xiàn)代汽車具有至少一個用于儀表和發(fā)動機(jī)管理的計(jì)算機(jī)。在本發(fā)明的一實(shí)施方案中，汽車的計(jì)算機(jī)將來自油位傳感器的油位信號轉(zhuǎn)換成考慮了油箱形狀的儀表讀數(shù)。可選的是，霍耳傳感器形成其一部分的IC可以包括用于校準(zhǔn)油位傳感器的輸出以配合油箱形狀的裝置。這種裝置可以為可編程裝置，例如查詢表，它可以根據(jù)任意油箱的形狀進(jìn)行編程。因此，可以避免需要針對不同油箱設(shè)計(jì)不同傳感器(除了編程之外)。
IC還可以提供其它信息例如故障指示和/或部件識別。IC還可以提供其它信號處理，例如溫度補(bǔ)償。
油位傳感器的一個實(shí)施方案至少具有完全浸入在燃油中的處于外殼或封裝中的位置傳感器。至少位置傳感器可以封裝在合適的封閉劑中。合適的封閉劑的一個實(shí)施例為乙烯基酯化樹脂。
本發(fā)明還提供了包含有該油位傳感器的油箱。本發(fā)明還提供了包括油位傳感器的汽車。


為了更好地理解本發(fā)明，現(xiàn)在將以實(shí)施例的方式參照以下附圖，其中圖1為磁位置傳感器的示意圖；圖2為結(jié)合有如圖1所示的傳感器的汽車油位傳感器的示意圖；并且圖3為圖2的油位傳感器的方框圖。
具體實(shí)施例方式
圖1的傳感器設(shè)有一固定定子(1)和可以沿著方向OX運(yùn)動的部件(2)，該部件具有在其上所傳輸信號具有很大線性度的有用行程Xc。
定子設(shè)有以環(huán)扇形形式的由軟磁性材料形成的兩個定子元件(3，4)?？蓜硬糠志哂邪雸A形形式的軟鐵磁軛(5)。定子元件(3，4)和磁軛(5)在它們之間限定了一主氣隙(7)。磁軛(5)具有一空腔(6)，在其中容納有垂直于氣隙(7)或在當(dāng)前情況中沿著徑向方向磁化的磁體(8)。
定子具有兩個由間隔長度為F的副氣隙(9)分開的鐵磁性元件(3，4)，在其中設(shè)置有磁敏探針(10)。兩個定子元件(3，4)通過由例如青銅制成的非磁性元件連接，并且排列在相同圓柱面中，其軸線為可動部分的轉(zhuǎn)動軸線。
行程Xc為由可動部分在磁化部件的平均半徑Rm上行進(jìn)的圓弧寬度。磁體的行程相對于副氣隙的中央延伸±Xc/2，在該副氣隙中磁敏探針垂直于主氣隙設(shè)置。
可動部分(2)設(shè)有由軟磁性材料形成的磁軛(5)和部分嵌入在磁軛(5)中的永磁體(8)。磁體(8)徑向極化，或者換句話說垂直于OX極化?？蓜硬糠?2)以垂直于OX測量的恒定最小距離Yo平行于定子元件(3，4)移動。
永磁體(8)部分地在定子元件(3，4)側(cè)上以這樣的深度e嵌入在基本上位于可動磁軛(5)的中央處的空腔中，使得0.1L＜e＜0.9L，其中L為磁體(8)沿著極化方向的厚度。深度e按照這樣一種方式確定，從而優(yōu)化傳感器的特征。
永磁體(8)與磁軛(5)一起以恒定的最小距離E-L平行于定子元件(3，4)移動，其中E為在定子元件和空腔底部之間垂直于OX測量出的距離。磁軛(5)位于離定子最小距離為Yo＝E-e的位置處，它大于E-L。
在磁體(8)的平均半徑Rm上測量出的定子元件(3，4)的寬度Xs大于或等于Xc，優(yōu)選基本上等于Xc+2E’，以便獲得在整個行程Xc上具有很大線性度的信號，其中E’其范圍在e/4和E之間。
優(yōu)選的是，在磁體(8)的平均半徑Rm上測量出的在可動軛(5)中的空腔和磁體(8)的寬度大于或等于Xc+F，優(yōu)選基本上等于Xc+F+2E’。
根據(jù)優(yōu)選的改進(jìn)方案，在磁體(8)的平均半徑Rm上測量出的可動磁軛(5)的寬度等于至少3Xc+F+6E’。
根據(jù)一優(yōu)選改進(jìn)方案，L/E比值大于或等于0.5，并且優(yōu)選大于或等于0.75。
根據(jù)一優(yōu)選改進(jìn)方案，Xs/E比值相對較大，優(yōu)選大于8。
根據(jù)一優(yōu)選改進(jìn)方案，磁體(8)、可動磁軛(5)和鐵磁性定子元件(3，4)具有相同的沿著與磁化方向和移動方向OX垂直的軸線測量出的長度Z，并且優(yōu)選大于或等于3E。
這些優(yōu)選改進(jìn)方案使得能夠形成具有最優(yōu)幾何形狀和體積的并適用于所期望的測量范圍的磁體(8)的傳感器。
磁敏探針(10)可以為霍耳效應(yīng)探針、磁阻探針和磁性晶體管等。重要的是，所傳輸?shù)男盘柋M可能線性地取決于該元件所處的磁感應(yīng)強(qiáng)度。
水磁體(8)可以為不同類型，優(yōu)選的是將使用包括釤-鈷或NdFeB的磁體(8)或者甚至可以使用由AlNiCo或鐵氧體類型的磁體(8)等。它具有接近1的可逆磁導(dǎo)率，并且優(yōu)選小于1.2，以便使信號獲得良好線性度。優(yōu)選的是選擇具有較低溫度系數(shù)的磁體(8)。
鐵磁性定子部件和可動磁軛(5)可以由鐵-鎳、鐵-硅、純鐵等制成。
不必引入用于磁體(8)的引導(dǎo)件，因?yàn)樗苯庸潭ㄔ诳蓜哟跑?5)上。磁體(8)嵌入在磁軛(5)中也使得能夠降低傳感器對磁體(8)粘接質(zhì)量的敏感度，并且它有利于在生產(chǎn)操作期間將磁體安放在磁軛(5)上。
可以減小磁體(8)的體積或者增大磁感變化ΔB并且因此增大信噪比。
明智地選擇設(shè)在可動磁軛(5)中的空腔深度e以便在相同磁體(8)和相同整體外部尺寸的情況下與相對于沒有空腔(e＝0)的情況相比增大由磁性回路傳輸給磁敏探針(10)的磁感應(yīng)，和/或以便改善傳感器沿著行程的傳感器的線性度。
永磁體(8)的嵌入改變了泄漏磁通量的分布和幅度，并且因此使得能夠影響傳感器的線性度?？梢员砻骶€性度隨著永磁體(8)部分嵌入在其中的空腔(6)的深度變化而變化。
參照圖2，圖1的汽車油位傳感器42包括可以塑性模制出的基底框架40。該基底框架40支撐著包括磁極元件3、4的定子1，這些磁極元件限定了其中為霍耳效應(yīng)傳感器10的氣隙9?；卓蚣?0還支撐著與霍耳效應(yīng)傳感器連接的電連接器的引線框架14。磁軛5具有部分嵌入在空腔6中的磁體8。磁軛在軸承41上樞轉(zhuǎn)。磁軛與用于安裝在浮子(未示出)上的臂12連接。
參照圖3，圖1和2的油位傳感器42包括與模擬-數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器18連接的霍耳效應(yīng)傳感器10。A/D轉(zhuǎn)換器的輸出傳送給一信號處理器20，它例如為包括運(yùn)算電路和存儲器M，22的數(shù)字處理器。處理器的輸出傳送給脈沖編碼調(diào)制器24，它對在與終端T連接的電源引線28中流動的電流進(jìn)行二進(jìn)制調(diào)制。二進(jìn)制符號可以為例如5mA和10mA的電流，但是可以采用任意其它合適的數(shù)值。電源26給未受到在引線28中的電流調(diào)制影響的元件42、18、20和24提供DC。
在圖3的傳感器的另一種形式中，霍耳效應(yīng)傳感器10為IC的一部分，該IC還包括A/D轉(zhuǎn)換器18和處理器20，并且任選還包括調(diào)制器24。
存儲器22可以存儲用于以油箱形狀校準(zhǔn)霍耳效應(yīng)傳感器的輸出的查詢表LUT。處理器20根據(jù)霍耳效應(yīng)傳感器16的輸出將LUT編址并且讀出例如與在油箱中的燃油體積線性相關(guān)并且與油箱形狀無關(guān)的數(shù)值。
可選的是，汽車可以具有用于操作包括油表在內(nèi)的汽車儀表的計(jì)算機(jī)，并且它存儲有這種查詢表并且處理器通過調(diào)制器24給計(jì)算機(jī)提供霍耳效應(yīng)傳感器的“原始”輸出。
處理器20可以提供其它功能，例如故障指示、部件識別和溫度補(bǔ)償中的一個或多個。
油位傳感器42可以為油泵的一部分。
雖然圖3的實(shí)施例使用了數(shù)字信號處理，但是油位傳感器的另一個實(shí)施例提供了表示了油位的模擬信號。
至少位置傳感器42容納在不透油外殼中或封裝在封閉劑中，從而它們完全浸沒在燃油中。合適的封閉劑為乙烯基酯化樹脂。
位置傳感器42提供對外部磁場的抗干擾性。燃油傳感器是簡單的。
權(quán)利要求
1.一種油位傳感器，具有與用于安裝在浮子上的臂連接的磁位置傳感器，其中磁位置傳感器包括一定子和一可動部分，定子具有兩個軟磁性元件，它們限定了一氣隙，該氣隙包含有一磁敏探針，用于測量在氣隙中的磁感應(yīng)變化，可動部分包括可以與定子的磁性元件平行地移動的軟磁性材料的磁軛和面對著定子嵌入在該磁軛的空腔中的磁體，磁體的磁極與可動部分相對于定子的運(yùn)動方向垂直地被極化。
2.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述磁敏探針為霍耳效應(yīng)傳感器。
3.如權(quán)利要求2所述的傳感器，還包括一信號處理器，用于處理由磁位置傳感器產(chǎn)生的并且代表可動部分相對于定子的位置的信號。
4.如權(quán)利要求3所述的傳感器，其中信號處理器和磁敏探針為相同集成電路的組成部分。
5.如權(quán)利要求3或4所述的傳感器，其中所述傳感器具有兩個電源端子，并且信號處理器可操作用來輸出代表在電源端子上可動部分相對于定子的位置的信號。
6.如權(quán)利要求5所述的傳感器，其中所述信號為脈沖編碼調(diào)制信號。
7.如權(quán)利要求3、4、5或6所述的傳感器，其中信號處理器可操作用來提供故障指示和/或部件識別。
8.如權(quán)利要求3、4、5、6或7所述的傳感器，其中信號處理器可操作用來提供溫度補(bǔ)償。
9.如前面權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳感器與油泵相結(jié)合。
10.如前面權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳感器，其中至少一個磁位置傳感器封裝在封閉劑中。
11.如權(quán)利要求10所述的傳感器，其中封閉劑為乙烯基酯化樹脂。
12.如權(quán)利要求3至9中任一項(xiàng)所述的傳感器，其中所述信號處理器可編程以相對于油箱形狀校準(zhǔn)傳感器的輸出。
13.一種包括如前面權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳感器的汽車。
14.一種包括如權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的傳感器和計(jì)算機(jī)的汽車，其中所述計(jì)算機(jī)被布置成相對于汽車油箱形狀校準(zhǔn)傳感器的輸出。
15.一種基本上如前面參照附圖所述的傳感器。
16.一種包括如權(quán)利要求15所述的傳感器的汽車。
17.一種包括有如權(quán)利要求1至12和15中任一項(xiàng)所述的油位傳感器的油箱。
全文摘要
一種油位傳感器，它具有與用于安裝在浮子上的臂連接的磁位置傳感器，其中磁位置傳感器包括一定子和一可動部分，定子具有兩個軟磁性元件，它們限定了一氣隙，該氣隙包含有一磁敏探針，用于測量在氣隙中的磁感變化，可動部分包括可以與定子的磁性元件平行地移動的軟磁性材料的磁軛和面對著定子嵌入在該磁軛的空腔中的磁體，磁體的磁極與可動部分相對于定子的運(yùn)動方向垂直地被極化。
文檔編號G01F23/38GK1934429SQ200580008838
公開日2007年3月21日 申請日期2005年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月19日
發(fā)明者阿蘭·D·托馬斯, 布賴恩·約翰森 申請人:第一慣性開關(guān)有限公司