專利名稱：旋轉(zhuǎn)移動(dòng)件的磁性壓力傳感裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)移動(dòng)件的磁性壓力傳感裝置，其包括至少一個(gè)連接到所述旋轉(zhuǎn)移動(dòng)件的電磁場(chǎng)源件和連接到固定件的磁場(chǎng)傳感件，可測(cè)量由所述磁場(chǎng)源件產(chǎn)生的磁場(chǎng)的參數(shù)，所述磁場(chǎng)參數(shù)是施加到所述旋轉(zhuǎn)移動(dòng)件的壓力的函數(shù)。
背景技術(shù)：
測(cè)量旋轉(zhuǎn)移動(dòng)件，如輪胎，的壓力，由于不可能布置傳感器到移動(dòng)件上，因此一直是個(gè)難題。 例如，特別的需求是測(cè)量汽車高速行駛時(shí)的汽車輪胎壓力，即便所述汽車正在移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)維護(hù)和安全的目標(biāo)。因此，重要的一點(diǎn)是使駕駛員隨時(shí)知道輪胎的壓力，輪胎壓力可顯著地影響汽車的行動(dòng)。 已經(jīng)知道許多測(cè)量輪胎壓力和/或溫度的方法。 一般都使用了復(fù)雜的配線技術(shù)，以及要求設(shè)置帶電源和天線的電磁波發(fā)射器和接收器。 法國(guó)專利No. 2622289公開了一種測(cè)量輪胎壓力的系統(tǒng)，包括與旋轉(zhuǎn)件一體的產(chǎn)生磁場(chǎng)的裝置，磁場(chǎng)作為旋轉(zhuǎn)件腔室中壓力的函數(shù)進(jìn)行變化。當(dāng)磁場(chǎng)在固定的傳感器前面循環(huán)通過時(shí)，外部磁性傳感器測(cè)量出變化的磁場(chǎng)。 產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)的裝置可通過線性位移來操作，線性位移作為連接到旋轉(zhuǎn)件的磁鐵的壓力的函數(shù)，其產(chǎn)生了距固定件上的傳感器的距離變化和其后測(cè)量的磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化。 這種系統(tǒng)要求將相當(dāng)復(fù)雜的傳感件設(shè)置到輪胎面，以便精確地測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠制造出輪胎的磁性壓力傳感裝置的方案，該裝置的精度很少或不受到磁場(chǎng)強(qiáng)度的檢測(cè)精度的影響。 根據(jù)本發(fā)明，所述目的的實(shí)現(xiàn)是通過一種旋轉(zhuǎn)移動(dòng)件的磁性壓力傳感裝置，其包括與所述旋轉(zhuǎn)移動(dòng)件相連的至少一個(gè)磁場(chǎng)源件；和，連接到固定件的磁場(chǎng)傳感件，用以測(cè)量所述磁場(chǎng)源件產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向。所述磁場(chǎng)的方向是施加到所述旋轉(zhuǎn)移動(dòng)件的壓力的函數(shù)。所述磁場(chǎng)源件包括各向異性的鐵磁材料層，用來產(chǎn)生所述磁場(chǎng)；形成空腔的容器，所述各向異性的鐵磁材料層連接到所述空腔的壁部；彈性膜，所述彈性膜在下部封閉所述空腔并且將所述壓力轉(zhuǎn)變?yōu)檠剌S線的位移；和，永久磁鐵，所述永久磁鐵連接到所述彈性膜，通過所述永久磁鐵使所述磁場(chǎng)的方向繞所述軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。


下面通過參考附圖，附圖提供了非限制性的示例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行介紹。附圖中
圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的磁性裝置的操作原理；
圖2A和圖2B顯示了圖1裝置的細(xì)節(jié)；
圖3顯示了圖1裝置的另一可選實(shí)施例；
圖4顯示了圖1裝置的第二可選實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
本文提出的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)件的磁性壓力傳感器包括至少一個(gè)磁場(chǎng)源件，其連接到所述旋轉(zhuǎn)移動(dòng)件，優(yōu)選的方式是設(shè)置在輪胎內(nèi)部件如內(nèi)部管；和連接到固定件，最好是汽車底盤，的磁場(chǎng)傳感件，可測(cè)量所述源件產(chǎn)生的磁場(chǎng)的參數(shù)，所述磁場(chǎng)參數(shù)包括所述磁場(chǎng)的方向，該方向是所述旋轉(zhuǎn)移動(dòng)件的壓力的函數(shù)，這可通過采用作為壓力函數(shù)的適當(dāng)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。 圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的裝置的操作原理的視圖。 圍繞旋轉(zhuǎn)軸線12轉(zhuǎn)動(dòng)的輪胎11包括磁場(chǎng)源件13，具有自己的磁化強(qiáng)度，能夠產(chǎn)生磁場(chǎng)H。 所述磁場(chǎng)源件13最好位于輪胎11內(nèi)側(cè)的內(nèi)部管內(nèi)。在固定件，具體是汽車的擋泥板15，設(shè)置了磁場(chǎng)傳感器14，為了簡(jiǎn)化未整體顯示。 磁場(chǎng)源件13在輪胎11和固定件15之間區(qū)域產(chǎn)生的磁場(chǎng)H具有場(chǎng)強(qiáng)和方向。
根據(jù)本發(fā)明，磁場(chǎng)源件13的磁場(chǎng)H可旋轉(zhuǎn)，并且作為輪胎11壓力的函數(shù)的場(chǎng)強(qiáng)可發(fā)生變化。磁場(chǎng)傳感器14遠(yuǎn)距離測(cè)量磁場(chǎng)H，從而間接測(cè)量壓力。磁場(chǎng)傳感器14測(cè)得的信號(hào)然后送到汽車的電子單元，其也未在圖1中顯示，進(jìn)行處理并產(chǎn)生信號(hào)和警告。
圖2A和2B更詳細(xì)地顯示了連接到輪胎11的磁場(chǎng)源件13。 圖2A顯示了位于第一操作位置的磁場(chǎng)源件13，這時(shí)的壓力P的值等于P1，而圖2B
顯示了位于第二操作位置的磁場(chǎng)源件13，這時(shí)的壓力P值等于P2， P2大于Pl。 根據(jù)本發(fā)明的磁場(chǎng)源件13包括永久磁鐵件21，可產(chǎn)生帶有恒定模數(shù)和方向的磁
場(chǎng)H。所述永久磁鐵件21最好連接到旋轉(zhuǎn)件22，旋轉(zhuǎn)件可沿軸線25作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其徑向相
對(duì)于輪胎ll形成的圓周面。 如圖2所示，旋轉(zhuǎn)件22包括螺紋桿23，具體是螺紋件，沿軸線25設(shè)置在同軸的容器圓筒24內(nèi)，圓筒能夠限制輪胎11運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)。 桿23最好通過其相對(duì)輪胎11表面的遠(yuǎn)端固定到圓筒24的底部27，可根據(jù)所述底部27的軸向移動(dòng)而移動(dòng)，否則其可在所述 筒24內(nèi)沿螺紋作自由轉(zhuǎn)動(dòng)。在所述桿23自由端，即相對(duì)輪胎11表面的近端，設(shè)置了永久磁鐵件21，如圖2A所示，具有兩個(gè)極，因此產(chǎn)生基本切向于輪胎11表面方向的相關(guān)磁場(chǎng)H。在圖2A，具體地，永久磁鐵21的位置確定了切向的并對(duì)準(zhǔn)輪胎11旋轉(zhuǎn)方向的磁場(chǎng)H。 在圖2B，如上所述，磁場(chǎng)源件13受到的壓力P2大于Pl。由彈性材料制成的圓筒24的底部27由于壓力上升而變形，通過螺紋26沿軸線25施加力。在圖2B，永久磁鐵21大致旋轉(zhuǎn)90° ，并在與輪胎11的旋轉(zhuǎn)方向正交的方向上產(chǎn)生磁化強(qiáng)度。
顯然，底部27還可以由活塞形成。
盡管未在圖2A或2B顯示，設(shè)置了彈簧以使桿23在壓力消失后返回原始的靜止位置。因此，測(cè)量的壓力是壓力，彈簧彈性力和厚重移動(dòng)件的離心力的合成力?？墒褂脻?rùn)滑油來減少螺紋桿23和螺紋26之間的摩擦。 磁場(chǎng)傳感器14可間接測(cè)量輪胎11的壓力P，直接測(cè)量由位于旋轉(zhuǎn)件22上的永久磁鐵21的磁化強(qiáng)度決定的磁場(chǎng)H的方向。 磁場(chǎng)傳感器14，可以是旋轉(zhuǎn)閥傳感器，對(duì)磁場(chǎng)方向的變化敏感，能夠感覺到磁場(chǎng)H的方向的變化，所以能夠檢測(cè)壓力的上升。具體地，電子單元的適當(dāng)電路和微型控制器測(cè)量永久磁鐵21的過去時(shí)間內(nèi)的轉(zhuǎn)數(shù)，例如通過簡(jiǎn)單的計(jì)數(shù)器，因此可確定輪胎17的壓力。
永久磁鐵21可利用大塊的磁性材料或硬鐵磁薄膜來生產(chǎn)，薄膜通過相應(yīng)的薄膜鍍復(fù)技術(shù)，比如濺射或電鍍，形成。在這種情況下，永久磁鐵21可包括單個(gè)膜或多個(gè)膜疊層，以及由鐵磁顆粒構(gòu)成的復(fù)合材料，各種尺寸(從納米到毫米)和形狀的鐵磁顆粒結(jié)合到聚合物基體并進(jìn)行磁化。顆?？稍诂F(xiàn)場(chǎng)或不在現(xiàn)場(chǎng)合成聚合物。 圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置的另 一可選擇的實(shí)施例，其中磁場(chǎng)源件13包括旋轉(zhuǎn)件32，旋轉(zhuǎn)件包括旋轉(zhuǎn)盤33，其在非磁性材料制成的容器41中通過磁懸浮作用浮起，通過永久磁鐵34旋轉(zhuǎn)，永久磁鐵連接到可變形的彈性膜35。具體地，容器41最上面包括盤33的殼體43，下面形成空腔42，底面由膜35封閉。空腔42和殼體43被壁44分開。
空腔42外面的壓力P作用到膜35，具體沿正交于盤33表面的軸線45移動(dòng)，所述膜35的中心設(shè)置了所述永久磁鐵34，永久磁鐵包括具有相對(duì)的磁極的部分，當(dāng)永久磁鐵在壓力P的作用下接近磁盤33時(shí)，可使磁盤轉(zhuǎn)動(dòng)。 當(dāng)作用到膜35上的壓力P下降時(shí)，永久磁鐵34離開，由于存在適當(dāng)?shù)膹?fù)位永久磁鐵37，盤33可回復(fù)到其靜止位置，復(fù)位永久磁鐵的作用基本上如同磁性彈簧。
旋轉(zhuǎn)盤33還包括磁性部分39，位于其最外的圓周面上。 還設(shè)置了磁性懸浮部分38，由適當(dāng)?shù)臉O性相反的磁鐵形成，因此可互相排斥，磁鐵
成對(duì)地設(shè)置在盤33上和容器41上，允許盤33在沒有摩擦的情況下懸浮和轉(zhuǎn)動(dòng)。 盤33的中心區(qū)支承有永久磁化區(qū)40，產(chǎn)生的磁場(chǎng)H可通過磁場(chǎng)傳感器14測(cè)量。
在這種情況下磁場(chǎng)傳感器14只需對(duì)所述永久磁化區(qū)40的磁化方向變化敏感。 空腔42的內(nèi)部可加壓到基準(zhǔn)壓力P^，膜35只有在壓力P大于所述基準(zhǔn)壓力Pref
后能夠變形撓曲。 應(yīng)當(dāng)指出，在圖3的傳感器裝置中，輪胎11的離心力作用在與壓力P相同的方向上，因此說明所述離心力使壓力讀數(shù)產(chǎn)生誤差，因此需要進(jìn)行補(bǔ)償。 離心力的作用可通過設(shè)置具有限定的質(zhì)量尺寸比的移動(dòng)件來減小，具體地，為此目的，膜35和磁性盤33分別具有較小和較大表面。實(shí)際上，壓力P產(chǎn)生與表面正比的力，而離心力是質(zhì)量的函數(shù)。 此外，在汽車輪胎11的情況下，需要時(shí)使用ABS制動(dòng)控制系統(tǒng)，其工作需測(cè)量車輪轉(zhuǎn)動(dòng)速度，從測(cè)得的車輪轉(zhuǎn)動(dòng)速度，可計(jì)算出離心力，并通過汽車的電子單元校正各轉(zhuǎn)動(dòng)速度下測(cè)得的壓力值。 圖4顯示了另外的實(shí)施例的示意圖，其中位于固定件15的磁場(chǎng)傳感器14只對(duì)磁場(chǎng)H的方向敏感。這種情況下的磁場(chǎng)源件13包括用非磁性材料制成的容器51，其形成具有參考?jí)毫ref的單個(gè)空腔52，下部用彈性膜55，上部用壁64分隔。所述膜55支撐具有磁化方向M的永久磁鐵54，該方向基本平行于膜的表面。類似于圖3的裝置，壓力P沿軸線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設(shè)有各向異性的鐵磁材料層 53，其靜止和未施加力時(shí)的磁化方向沿著與位于膜55上的永久磁鐵54的磁化方向M直交 方向的軸線。 當(dāng)有壓力P作用，帶有永久磁鐵的膜55接近各向異性的鐵磁材料層53，位于膜55 上的永久磁鐵54的作用，使各向異性的鐵磁材料層53的磁化方向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而磁場(chǎng)H的方向 轉(zhuǎn)動(dòng)，使其平行于自身的磁化方向。圖4顯示了所述操作結(jié)構(gòu)，其中各向異性的鐵磁材料層 53產(chǎn)生的磁場(chǎng)H平行于永久磁鐵54的磁化方向M，因?yàn)樗鲇谰么盆F54在壓力P的作用 下移動(dòng)得更靠近。 因此，在施加到膜55的壓力P作用下永久磁鐵54沿軸線65的移動(dòng)使得各向異性 的鐵磁材料層53產(chǎn)生的磁場(chǎng)H轉(zhuǎn)動(dòng)，這可通過磁場(chǎng)傳感器14進(jìn)行測(cè)量。
所述各向異性的鐵磁材料層53的磁場(chǎng)H的所述轉(zhuǎn)動(dòng)一般不會(huì)因與永久磁鐵54的 距離改變而突然轉(zhuǎn)變，而通常是距離的連續(xù)函數(shù)，因?yàn)楦飨虍愋缘蔫F磁層53的磁疇不是一 起轉(zhuǎn)變。因此可通過測(cè)量磁場(chǎng)H方向的角度，得到連續(xù)測(cè)量的永久磁鐵54相對(duì)各向異性的 鐵磁材料層53的距離，因此，連續(xù)地測(cè)得施加的壓力P。 各向異性的鐵磁材料層53可通過結(jié)合到基體的磁性顆粒的復(fù)合結(jié)構(gòu)得到。
膜55可由復(fù)合的彈性材料構(gòu)成，其中結(jié)合到彈性體的定向的磁性顆粒使膜具有 磁性能，對(duì)彈性性質(zhì)只有很少的改變。磁性顆?？稍谛纬删酆衔飼r(shí)在現(xiàn)場(chǎng)形成，或在下一步 進(jìn)行結(jié)合。彈性體在磁場(chǎng)中形成網(wǎng)狀。因此，磁性膜的行為如同彈性的永久磁鐵。
上面介紹的方案與現(xiàn)有技術(shù)的方案相比有相當(dāng)大的優(yōu)越性。 根據(jù)本發(fā)明的壓力傳感裝置具優(yōu)越性地允許壓力關(guān)聯(lián)到磁場(chǎng)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，由于可
以測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)件的轉(zhuǎn)變，所以正確的確定所述磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)傳感器只有很小作用。 自然地，不改變本發(fā)明的原理，相對(duì)以示例方式進(jìn)行的說明和顯示，可對(duì)結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)
和實(shí)施例作出很大改進(jìn)，這樣并未脫離本發(fā)明的范圍。 可以插入磁模量隨壓力變化很大的永久磁鐵。 應(yīng)當(dāng)注意到，可以組合上面介紹的磁場(chǎng)源件的不同實(shí)施例，具體地，可以設(shè)置相同 類型或不同類型的位于旋轉(zhuǎn)件的多個(gè)磁場(chǎng)源件。 一個(gè)或多個(gè)位于固定件的傳感器測(cè)量的信 號(hào)，代表了復(fù)合的壓力信息，可方便地進(jìn)行分析和處理。 可用任何數(shù)字或模擬的磁場(chǎng)傳感器來得到磁場(chǎng)傳感器，比如簡(jiǎn)單的螺線管、各向
異性磁阻(AMR)、霍爾(Hall)、大磁阻效應(yīng)(GMR)、隧道結(jié)磁阻(TMR)傳感器。 上面介紹類型的壓力傳感裝置可用于不同的要求測(cè)量壓力的場(chǎng)合。 對(duì)于測(cè)量輪胎的壓力，壓力傳感器可以是適當(dāng)?shù)臏y(cè)量單元的一部分，測(cè)量單元還
包括輪胎磨損傳感器和/或溫度傳感器，還可包括促動(dòng)器或閥門，以重新建立輪胎的壓力，
所述單元直接位于輪胎上，利用獨(dú)立地將輪胎運(yùn)動(dòng)時(shí)的振動(dòng)能轉(zhuǎn)換成的能量。 具體地，可以使用位于固定件上的傳感器來檢測(cè)磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化和/或控制其他
性質(zhì)如溫度時(shí)的其他磁場(chǎng)源的方向變化。 但是，很清楚，所提出的裝置可應(yīng)用于所有的可與磁性壓力感應(yīng)裝置，如上面介紹 的感應(yīng)裝置，配合進(jìn)行的壓力測(cè)量。所提出的裝置包括至少一個(gè)磁場(chǎng)源件，其與旋轉(zhuǎn)移動(dòng)件 相連；和連接到固定件的磁場(chǎng)傳感件，可測(cè)量所述磁場(chǎng)源件產(chǎn)生的磁場(chǎng)的參數(shù)，所述磁場(chǎng)參數(shù)是所述旋轉(zhuǎn)移動(dòng)件的壓力的函數(shù)。所述磁場(chǎng)源件包括機(jī)構(gòu)，可使產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向沿至少 一個(gè)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。
權(quán)利要求
一種旋轉(zhuǎn)移動(dòng)件的磁性壓力傳感裝置，包括至少一個(gè)磁場(chǎng)源件(13)，其與所述旋轉(zhuǎn)移動(dòng)件(11)相連；和連接到固定件(15)的磁場(chǎng)傳感件(14)，用以測(cè)量所述磁場(chǎng)源件(13)產(chǎn)生的磁場(chǎng)(H)的方向，所述磁場(chǎng)(H)的方向是施加到所述旋轉(zhuǎn)移動(dòng)件(11)的壓力(P)的函數(shù)；所述磁場(chǎng)源件(13)包括各向異性的鐵磁材料層(53)，用來產(chǎn)生所述磁場(chǎng)(H)；形成空腔(52)的容器(51)，所述各向異性的鐵磁材料層(53)連接到所述空腔(52)的壁部(64)；彈性膜(55)，所述彈性膜(55)在下部封閉所述空腔(52)并且將所述壓力(P)轉(zhuǎn)變?yōu)檠剌S線(65)的位移；永久磁鐵(54)，所述永久磁鐵(54)連接到所述彈性膜(55)，通過所述永久磁鐵(54)使所述磁場(chǎng)(H)的方向繞所述軸線(65)轉(zhuǎn)動(dòng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的傳感裝置，其特征在于，所述各向異性的鐵磁材料層(53)能夠使磁場(chǎng)(H)的方向?qū)R所述永久磁鐵(54)的磁化強(qiáng)度(M)的方向，所述磁化強(qiáng)度的方向是所述各向異性的鐵磁材料層(53)和永久磁鐵(54)之間距離的函數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的傳感裝置，其特征在于，所述磁場(chǎng)傳感件(14)能夠測(cè)量另外的磁場(chǎng)源的磁場(chǎng)參數(shù)，所述磁場(chǎng)參數(shù)可根據(jù)物理量進(jìn)行變化，所述磁場(chǎng)源連接到所述旋轉(zhuǎn)移動(dòng)件，所述物理量是溫度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的傳感裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)移動(dòng)件(11)是汽車輪胎。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的傳感裝置，其特征在于，所述傳感裝置設(shè)置在測(cè)量單元，所述測(cè)量單元還包括輪胎磨損傳感器和/或溫度傳感器，還可包括促動(dòng)器或閥門，來重建所述汽車輪胎的壓力，所述單元可直接設(shè)置到所述汽車輪胎。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的傳感裝置，其特征在于，所述永久磁鐵(54)用整塊磁性材料或硬鐵磁薄膜或復(fù)合材料制造，所述復(fù)合材料由結(jié)合到聚合物基體并進(jìn)行磁化的鐵磁顆粒構(gòu)成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的傳感裝置，其特征在于，所述彈性膜(55)部分或全部地對(duì)應(yīng)于所述永久磁鐵(54)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的傳感裝置，其特征在于，所述磁場(chǎng)傳感件(14)是旋轉(zhuǎn)閥裝置。
全文摘要
公開了一種旋轉(zhuǎn)移動(dòng)件的磁性壓力傳感裝置，包括至少一個(gè)磁場(chǎng)源件(13)，其與所述旋轉(zhuǎn)移動(dòng)件(11)相連；和連接到固定件(15)的磁場(chǎng)傳感件(14)，可測(cè)量所述磁場(chǎng)源件(13)產(chǎn)生的磁場(chǎng)(H)的參數(shù)，所述磁場(chǎng)(H)的參數(shù)是施加到所述旋轉(zhuǎn)移動(dòng)件(11)的壓力(P)的函數(shù)。所述磁場(chǎng)源件(13)包括機(jī)構(gòu)(22，32，53)，可使所述磁場(chǎng)(H)的方向繞至少一個(gè)軸線(25，45，65)轉(zhuǎn)動(dòng)，所述方向是施加到所述旋轉(zhuǎn)移動(dòng)件(11)的壓力(P)的函數(shù)。
文檔編號(hào)G01L1/12GK101712265SQ20091025290
公開日2010年5月26日 申請(qǐng)日期2005年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月6日
發(fā)明者D·普利尼 申請(qǐng)人:C.R.F.阿西安尼顧問公司