轉(zhuǎn)軸角度位置感測(cè)裝置及感測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于感測(cè)轉(zhuǎn)軸角度位置的傳感器和感測(cè)系統(tǒng)，其中轉(zhuǎn)軸上固定設(shè)置有導(dǎo)磁塊，可隨著轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，該傳感器包括磁鐵裝置和霍爾效應(yīng)感測(cè)部件，該霍爾效應(yīng)感測(cè)部件用于感測(cè)轉(zhuǎn)軸的角度位置；當(dāng)所述導(dǎo)磁塊隨著轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，所述磁鐵裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)發(fā)生變化，所述霍爾效應(yīng)感測(cè)部件隨著磁場(chǎng)的變化而產(chǎn)生電信號(hào)，所述電信號(hào)指示所述轉(zhuǎn)軸的角度位置。本發(fā)明的傳感器由于采用內(nèi)置U形背磁技術(shù)，極大的提高了傳感器的感測(cè)精度，因此采用單片設(shè)有一個(gè)霍爾效應(yīng)感測(cè)部件的IC芯片就可以滿足測(cè)量轉(zhuǎn)軸角度位置的精度要求。
【專利說(shuō)明】轉(zhuǎn)軸角度位置感測(cè)裝置及感測(cè)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般涉及轉(zhuǎn)軸的角度位置的感測(cè)裝置和感測(cè)系統(tǒng)，并且更具體地涉及利用感測(cè)磁場(chǎng)強(qiáng)度變化來(lái)探測(cè)轉(zhuǎn)軸的角度的感測(cè)裝置、感測(cè)系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]利用感測(cè)磁場(chǎng)的變化來(lái)探測(cè)轉(zhuǎn)軸的角度位置在行業(yè)中是已知的。一般來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有轉(zhuǎn)軸角度位置的感測(cè)系統(tǒng)包括磁鐵和感測(cè)電路；其中磁鐵安裝在設(shè)置在轉(zhuǎn)軸上(如齒輪箱中齒輪選擇連動(dòng)桿上)，轉(zhuǎn)軸既能繞其軸心轉(zhuǎn)動(dòng)，也能沿其軸向移動(dòng)，而感測(cè)電路分離的設(shè)置在鄰近于磁鐵的位置。這樣，隨轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)動(dòng)的磁鐵在感測(cè)電路處產(chǎn)生磁場(chǎng)強(qiáng)度變化，從而使得感測(cè)電路隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化而輸出電信號(hào)，以指示轉(zhuǎn)軸的角度位置。
[0003]雖然現(xiàn)有轉(zhuǎn)軸角度位置的感測(cè)系統(tǒng)能滿足控制設(shè)備(如控制汽車(chē))的需要，但還是有一些不足之處。第一，因?yàn)辇X輪選擇連動(dòng)桿周?chē)h(huán)境有磁場(chǎng)源，可能會(huì)干擾磁鐵在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度變化，從而影響到感測(cè)電路的感測(cè)精度和靈敏度。第二，因?yàn)榇艠O沿轉(zhuǎn)軸的軸向位移和震動(dòng)，也會(huì)影響到感測(cè)電路的感測(cè)精度和靈敏度。
[0004]另外，現(xiàn)有的感測(cè)電路中使用設(shè)置在兩個(gè)相互分離的芯片(IC)上的兩個(gè)霍爾電路提供兩路互補(bǔ)的電信號(hào)，這兩個(gè)相互分離的IC并排地設(shè)置在一個(gè)電路印刷板上。因?yàn)閮蓚€(gè)IC是并排設(shè)置的，所以兩個(gè)IC會(huì)感測(cè)到不同的磁場(chǎng)強(qiáng)度，這樣的設(shè)置會(huì)對(duì)感測(cè)系統(tǒng)的裝配公差(或公差容限)產(chǎn)生不利影響。而且，因?yàn)閮蓚€(gè)IC是并排設(shè)置的，所以要求磁鐵沿轉(zhuǎn)軸的軸向有一定的長(zhǎng)度。
[0005]因此，有必要提供一種轉(zhuǎn)軸的角度位置感測(cè)電路和感測(cè)系統(tǒng)，該感測(cè)電路和感測(cè)系統(tǒng)克服了現(xiàn)有轉(zhuǎn)軸的角度位置感測(cè)電路和感測(cè)系統(tǒng)存在的缺陷和不足。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種用于感測(cè)轉(zhuǎn)軸角度位置的傳感器和感測(cè)系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明提供一種用于感測(cè)轉(zhuǎn)軸角度位置的傳感器，所述轉(zhuǎn)軸上固定設(shè)置有導(dǎo)磁塊，可隨著轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，所述傳感器包括:磁鐵裝置；和霍爾效應(yīng)感測(cè)部件，用于感測(cè)轉(zhuǎn)軸的角度位置；當(dāng)所述導(dǎo)磁塊隨著轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，所述磁鐵裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)發(fā)生變化，所述霍爾效應(yīng)感測(cè)部件隨著磁場(chǎng)的變化而產(chǎn)生電信號(hào)，所述電信號(hào)指示所述轉(zhuǎn)軸的角度位置。
[0008]進(jìn)一步地，所述磁鐵裝置是U型磁鐵；所述霍爾效應(yīng)感測(cè)部件設(shè)置在所述U型磁鐵的零磁場(chǎng)位置。
[0009]進(jìn)一步地，所述的傳感器包括傳感器殼體和設(shè)置在所述傳感器殼體中的印刷電路板；所述霍爾效應(yīng)感測(cè)部件安裝在所述印刷電路板上并延伸出所述印刷電路板的表面，從而從U型磁鐵的一側(cè)被插入U(xiǎn)型磁鐵。
[0010]進(jìn)一步地，所述傳感器設(shè)有傳感器殼體，所述U型磁鐵的U型開(kāi)口位于所述傳感器殼體的頂端，所述霍爾效應(yīng)感測(cè)部件安裝在所述印刷電路板的頂端，使得霍爾效應(yīng)感測(cè)部件從所述U型磁鐵的U型開(kāi)口的頂端位置插入U(xiǎn)型磁鐵，從而使得所述霍爾效應(yīng)感測(cè)部件處于U型磁鐵的零磁場(chǎng)位置。
[0011]進(jìn)一步地，所述霍爾效應(yīng)感測(cè)部件設(shè)置在一個(gè)芯片(IC)上，所述IC的感測(cè)表面被設(shè)置在U型磁鐵的零磁場(chǎng)位置。
[0012]進(jìn)一步地，磁鐵裝置由三塊磁鐵組成，形成U型磁鐵。
[0013]進(jìn)一步地，所述霍爾效應(yīng)感測(cè)部件包括一個(gè)輸出口，所述輸出口分為兩個(gè)通道。
[0014]進(jìn)一步地，所述兩個(gè)通道提供兩個(gè)互補(bǔ)的輸出信號(hào)。
[0015]進(jìn)一步地，所述兩個(gè)通道中的一個(gè)通道包括和所述輸出口相連的濾波電路；所述兩個(gè)通道的另一個(gè)通道包括和所述輸出口串聯(lián)相連的穩(wěn)壓調(diào)節(jié)電路，低邊開(kāi)關(guān)電路和濾波電路。
[0016]進(jìn)一步地，所述傳感器還包括設(shè)置在轉(zhuǎn)軸上的導(dǎo)磁塊。
[0017]進(jìn)一步地，所述霍爾效應(yīng)感測(cè)部件產(chǎn)生的電信號(hào)為正弦或余弦表示的電信號(hào)。
[0018]本發(fā)明還提供一種用于感測(cè)轉(zhuǎn)軸角度位置的感測(cè)系統(tǒng)，該感測(cè)系統(tǒng)包括傳感器和設(shè)置在轉(zhuǎn)軸上的導(dǎo)磁塊，所述導(dǎo)磁塊可隨著轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)；所述傳感器包括:磁鐵裝置；和霍爾效應(yīng)感測(cè)部件，用于感測(cè)轉(zhuǎn)軸的角度位置；所述導(dǎo)磁塊分離地設(shè)置在鄰近于所述傳感器的位置，當(dāng)所述導(dǎo)磁塊隨著轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，所述導(dǎo)磁塊改變所述磁鐵裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)，所述霍爾效應(yīng)感測(cè)部件感測(cè)磁場(chǎng)的變化并產(chǎn)生電信號(hào)，所述電信號(hào)反映所述轉(zhuǎn)軸的角度位置。
[0019]進(jìn)一步地，所述傳感器設(shè)有傳感器殼體；所述磁鐵裝置和所述霍爾效應(yīng)感測(cè)部件設(shè)置在所述傳感器殼體中；所述導(dǎo)磁塊分離地設(shè)置在鄰近于與所述傳感器殼體的位置。
[0020]進(jìn)一步地，所述磁鐵裝置是U型磁鐵；所述霍爾效應(yīng)感測(cè)部件設(shè)置在所述U型磁鐵的零磁場(chǎng)位置。
[0021]進(jìn)一步地，所述傳感器包括傳感器殼體和設(shè)置在所述傳感器殼體中的印刷電路板；所述霍爾效應(yīng)感測(cè)部件安裝在所述印刷電路板上并延伸出所述印刷電路板的表面，從而從U型磁鐵的一側(cè)被插入U(xiǎn)型磁鐵。
[0022]進(jìn)一步地，所述U型磁鐵的U型開(kāi)口位于傳感器殼體的頂端，所述霍爾效應(yīng)感測(cè)部件安裝在所述印刷電路板的頂端，使得霍爾效應(yīng)感測(cè)部件從所述U型磁鐵的U型開(kāi)口的頂端位置插入U(xiǎn)型磁鐵，從而使得所述霍爾效應(yīng)感測(cè)部件處于U型磁鐵的零磁場(chǎng)位置。
[0023]進(jìn)一步地，所述霍爾效應(yīng)感測(cè)部件有兩個(gè)通道，用于提供兩個(gè)互補(bǔ)的輸出信號(hào)。
[0024]進(jìn)一步地，所述傳感器與所述導(dǎo)磁塊間分隔開(kāi)一空隙。
[0025]進(jìn)一步地，所述霍爾效應(yīng)感測(cè)部件產(chǎn)生的電信號(hào)為正弦或余弦表示的電信號(hào)。
[0026]本發(fā)明的用于感測(cè)轉(zhuǎn)軸角度位置的感測(cè)裝置、感測(cè)系統(tǒng)至少具有以下有益的技術(shù)效果:本發(fā)明的磁鐵裝置未被設(shè)置在轉(zhuǎn)軸上，避免了磁極沿轉(zhuǎn)軸的軸向位移和震動(dòng)，提高了感測(cè)電路的感測(cè)精度；進(jìn)一步地，磁鐵設(shè)置在傳感器殼體內(nèi)部，避免了齒輪連動(dòng)桿附近的磁場(chǎng)源對(duì)磁鐵所產(chǎn)生的磁場(chǎng)干擾；本發(fā)明使用U型磁鐵(具有零磁場(chǎng)位置)，磁場(chǎng)變化是從零磁場(chǎng)位置跳變，磁場(chǎng)跳變大，從而提高了感測(cè)精度和靈敏度；本發(fā)明使用一個(gè)霍爾效應(yīng)感測(cè)部件以提供兩路互補(bǔ)信號(hào)，簡(jiǎn)化了電路；本發(fā)明使用一個(gè)IC芯片(該IC芯片上設(shè)有一個(gè)霍爾效應(yīng)感測(cè)部件)，從而消除了將兩個(gè)IC芯片(包括兩個(gè)霍爾效應(yīng)感測(cè)部件)并排設(shè)置安裝時(shí)所產(chǎn)生的安裝公差，提高了感測(cè)精度，并且消除了由于軸向并列兩個(gè)芯片造成在軸邊緣區(qū)域磁場(chǎng)感應(yīng)不同造成的信號(hào)不同步，因而極大地延長(zhǎng)了轉(zhuǎn)軸軸向的使用范圍；此外，由于本發(fā)明只使用了一個(gè)設(shè)有一霍爾效應(yīng)感測(cè)元件的IC芯片(無(wú)需并排設(shè)置兩個(gè)IC芯片)，從而減小了設(shè)置在轉(zhuǎn)軸上導(dǎo)磁塊的軸向尺寸；在本發(fā)明中，設(shè)置在傳感器內(nèi)的磁鐵裝置用于產(chǎn)生磁場(chǎng)，設(shè)置在轉(zhuǎn)軸上的導(dǎo)磁塊只用于改變磁場(chǎng)(無(wú)需產(chǎn)生磁場(chǎng))，因此可顯著減小設(shè)置在轉(zhuǎn)軸上導(dǎo)磁塊的軸向尺寸。
[0027]通過(guò)提供以上傳感器和感測(cè)系統(tǒng)，本發(fā)明克服了上面所提及的現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷。本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將在閱讀下面的【具體實(shí)施方式】和附圖后對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員變得顯而易見(jiàn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0028]參考附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行描述，其中:
[0029]圖1A-1B是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的感測(cè)系統(tǒng)100的側(cè)向和軸向簡(jiǎn)要示圖；
[0030]圖2A-2C描述了將本發(fā)明的磁鐵裝置安裝入傳感器殼體的一個(gè)實(shí)施例，其中圖2A示出根據(jù)本發(fā)明的傳感器殼體的一個(gè)實(shí)施例的立體圖；圖28示出根據(jù)本發(fā)明的U型磁鐵的一個(gè)實(shí)施例的立體圖；圖2C示出裝有圖2B中的U型磁鐵的傳感器殼體的立體圖；
[0031]圖3A-3C描述了將感測(cè)電路封裝元件304安裝在PCB電路板上的一個(gè)實(shí)施例，其中圖3A示出PCB電路板的一個(gè)實(shí)施例的立體圖；圖3B示出感測(cè)電路封裝元件304的一個(gè)實(shí)施例的立體圖；而圖3C示出裝有圖3B中所示的感測(cè)電路封裝元件304的PCB電路板以形成感測(cè)裝置的一個(gè)實(shí)施例的立體圖；
[0032]圖4示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的傳感器的立體圖，其中圖2B中的U型磁鐵和圖3C中的感測(cè)裝置已安裝入傳感器殼體；
[0033]圖5A描述了根據(jù)本發(fā)明的用于感測(cè)轉(zhuǎn)軸的角度位置的感測(cè)系統(tǒng)100，示出角度位置的感測(cè)系統(tǒng)100中的轉(zhuǎn)軸102和導(dǎo)磁塊104的側(cè)視圖，其中U形磁鐵未被示出；
[0034]圖5B示出了根據(jù)本發(fā)明的用于感測(cè)轉(zhuǎn)軸的角度位置的感測(cè)系統(tǒng)100”，其中感測(cè)系統(tǒng)100”的所有部件與圖5A中的所有部件相同，但是U形磁鐵138被示出；
[0035]圖6A是本發(fā)明的U型磁鐵的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；圖6B是本發(fā)明的U型磁鐵的另一個(gè)實(shí)施例的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0036]現(xiàn)參考具體實(shí)施例，在附圖中示出其示例。在具體實(shí)施例的詳細(xì)描述中，方向性術(shù)語(yǔ)，諸如“頂部”、“底部”、“上方”、“下方”、“左邊”、“右邊”等參考附圖所描述的方向來(lái)使用。由于本發(fā)明實(shí)施例的部件可被設(shè)置成許多不同的方向，方向性術(shù)語(yǔ)被用作輔助說(shuō)明的目的而決不是限制。盡可能地，所有附圖中使用的相同或相似的標(biāo)記和符號(hào)表示相同或相似的部分。
[0037]圖1A-1B描述了根據(jù)本發(fā)明的用于感測(cè)轉(zhuǎn)軸102的角度位置的感測(cè)系統(tǒng)100，以及該感測(cè)系統(tǒng)100相對(duì)轉(zhuǎn)軸102和導(dǎo)磁塊104的安裝示意圖。
[0038]如圖1A所示，角度位置的感測(cè)系統(tǒng)100包括安裝在轉(zhuǎn)軸102上的導(dǎo)磁塊104以及傳感器200。導(dǎo)磁塊104可由鐵磁材料，鉻、鎳、鐵或其它導(dǎo)磁材料制成。導(dǎo)磁塊104被設(shè)置在所述轉(zhuǎn)軸102上并且適合于繞轉(zhuǎn)軸102的軸(或軸心)111與轉(zhuǎn)軸102 —起轉(zhuǎn)動(dòng)。傳感器200分離地設(shè)置在所述導(dǎo)磁塊104鄰近的位置并且位于導(dǎo)磁塊104的上方，在面向圖1B的方向上相互共平面，并且與導(dǎo)磁塊104分隔開(kāi)一距離D (或空隙)183。
[0039]圖1B是圖1A中所示的角度位置感測(cè)系統(tǒng)100的軸向簡(jiǎn)要示圖。圖1B中的所有部件和圖1A中的部件相同,但是圖1B示出了磁鐵裝置(或U型磁鐵)138。如圖1B所示，傳感器200包括一磁鐵裝置138和霍爾效應(yīng)感測(cè)部件112。磁鐵裝置138為一 U型磁鐵，該U型磁鐵138具有一個(gè)零磁場(chǎng)位置。為了改進(jìn)和提高傳感器200的測(cè)試精度和靈敏度，霍爾效應(yīng)感測(cè)部件112被設(shè)置在U型磁鐵138的U型槽142 (參見(jiàn)圖2B中的142)內(nèi)，并且被設(shè)置在U型磁鐵138的該零磁場(chǎng)位置。如圖1B所示，傳感器200設(shè)有磁鐵裝置138的一端設(shè)置為鄰近于導(dǎo)磁塊104，并且該U型磁鐵138的U型槽142朝向并鄰近所述導(dǎo)磁塊104。
[0040]如圖1A-1B所示，轉(zhuǎn)軸102可沿其長(zhǎng)度方向成直線地移動(dòng)，并且也可以繞其軸(心)111轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)導(dǎo)磁塊104隨著轉(zhuǎn)軸102沿其長(zhǎng)度方向成直線地移動(dòng)時(shí)，霍爾效應(yīng)感測(cè)部件112所在位置的磁場(chǎng)不產(chǎn)生變化，因?yàn)榛魻栃?yīng)感測(cè)部件112不能從轉(zhuǎn)軸102的直線運(yùn)動(dòng)中相對(duì)于導(dǎo)磁塊104探測(cè)到任何磁通密度變化和/或磁場(chǎng)變化。然而，當(dāng)轉(zhuǎn)軸102繞其軸(心)111轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，即導(dǎo)磁塊104隨著轉(zhuǎn)軸102的轉(zhuǎn)動(dòng)繞軸(心)111轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，傳感器200中的磁鐵裝置138產(chǎn)生的磁場(chǎng)發(fā)生變化，霍爾效應(yīng)感測(cè)部件112探測(cè)到磁通密度變化和/或磁場(chǎng)變化而產(chǎn)生電信號(hào)，該電信號(hào)指示所述轉(zhuǎn)軸102的角度位置。
[0041]以下結(jié)合附圖描述本發(fā)明傳感器的一個(gè)實(shí)施例。
[0042]本發(fā)明的傳感器包括傳感器殼體202，以及安裝入傳感器殼體202中的磁鐵裝置138和感測(cè)裝置306。參考圖2A-2C，本發(fā)明的磁鐵裝置138被安裝入傳感器殼體202中。如圖2A所示，傳感器殼體202包括底座206和設(shè)置在底座206上的外殼204。所述外殼204限定一凹處(容腔)205以容納磁鐵裝置138。圖2B示出一 U型磁鐵138，該U型磁鐵138具有一 U型槽142。如上文中所提及的，U型磁鐵138具有一零磁場(chǎng)位置，該零磁場(chǎng)位置形成于U型磁鐵138的U型槽142中。為了改進(jìn)和提高測(cè)試精度和靈敏度，霍爾效應(yīng)感測(cè)部件112被放置在該U型槽142中的零磁場(chǎng)位置。如圖2C所示，在將U型磁鐵138安裝入外殼204中的容腔205時(shí)，U型磁鐵138的U型槽142位于傳感器殼體202的頂端，即，遠(yuǎn)離傳感器殼體底座206的一端。當(dāng)本發(fā)明的傳感器200被安裝至帶有導(dǎo)磁塊104的轉(zhuǎn)軸102的上方時(shí)，U型磁鐵138中U型槽142的開(kāi)口朝向?qū)Т艍K104的方向，并接近導(dǎo)磁塊104。U型磁鐵138的U型槽142可用于接收霍爾效應(yīng)感測(cè)部件112，例如，設(shè)有霍爾效應(yīng)感測(cè)部件112的封裝元件304可以從U型磁鐵138的U型槽142的頂端位置被插入U(xiǎn)型磁鐵138，使得該霍爾效應(yīng)感測(cè)部件112位于U型磁鐵138的零磁場(chǎng)位置。在本發(fā)明中，磁鐵裝置138未被設(shè)置在轉(zhuǎn)軸102上，這避免了磁鐵裝置138的磁極沿著轉(zhuǎn)軸102的軸向位移和震動(dòng)，從而提高了傳感器200的感測(cè)精度。進(jìn)一步地，由于本發(fā)明的磁鐵裝置138被設(shè)置在傳感器殼體202內(nèi)部，避免了齒輪連動(dòng)桿附近的磁場(chǎng)源對(duì)磁鐵裝置所產(chǎn)生的磁場(chǎng)干擾。
[0043]圖3A-3C描述了將感測(cè)電路封裝元件304安裝到PCB電路板302上以形成感測(cè)裝置306的一個(gè)實(shí)施例。圖3A示出感測(cè)裝置306的PCB電路板302，該P(yáng)CB電路板302具有設(shè)置電子元器件線路連接的正面，和背面。在圖3A中，PCB電路板302的正面(未示出)朝向下。PCB電路板302的正面設(shè)置有用于如圖5A和圖5B中所示的感測(cè)控制電路106的線路連接，包括整流濾波電路114、濾波器116和122、穩(wěn)壓調(diào)節(jié)電路118和低邊開(kāi)關(guān)電路120。感測(cè)電路108被設(shè)置成獨(dú)立的封裝元件304 (見(jiàn)圖3B)并且被連接到PCB電路板302。圖3A中所示的PCB電路板302包括三個(gè)接入端312、314和316和四個(gè)對(duì)外接口 322、324、326和328。PCB電路板302的三個(gè)接入端312、314和316分別與圖3B中所示的感測(cè)電路封裝元件304的引出端連接；而PCB電路板302的四個(gè)對(duì)外接口 322、324、326和328分別對(duì)應(yīng)圖5A或圖5B中所示的感測(cè)控制電路106的外部輸入電源端ViruGND接地端、NPS信號(hào)輸出端152和NPS-K信號(hào)輸出端154。圖3B示出一感測(cè)電路封裝元件304，該封裝元件304具有三個(gè)引出端142、144和146，分別對(duì)應(yīng)圖5A或圖5B中所示的感測(cè)電路108的輸入端142，接地端144和輸出端146。如圖3C所示，在將感測(cè)電路封裝元件304安裝到PCB電路板302上時(shí)，感測(cè)電路封裝元件304的三個(gè)引出端142、144和146分別與PCB電路板上相對(duì)應(yīng)的器件接入端312、314和316連接，從而實(shí)現(xiàn)了如圖5A或圖5B中的感測(cè)控制電路106的元件安裝和線路連接。如圖3C所示，感測(cè)電路封裝元件304被安裝在PCB電路板302上，并且延伸出PCB電路板302的表面，以用于插入到如圖2C中所示的U型磁鐵138的U型槽142中。
[0044]圖4示出U型磁鐵138和感測(cè)裝置306裝配入傳感器殼體402之中。如上面所描述的，感測(cè)電路封裝元件304從PCB電路板的表面延伸出。在將裝有感測(cè)電路封裝元件304的PCB電路板安裝到如圖2C所示的殼體中時(shí)，從該P(yáng)CB電路板表面延伸出的感測(cè)電路封裝元件304從U型磁鐵138的U型槽142的頂端位置插入U(xiǎn)型磁鐵138，從而使該感測(cè)電路封裝元件304中的霍爾效應(yīng)感測(cè)部件112位于U型磁鐵138的零磁場(chǎng)位置。在將U型磁鐵138和感測(cè)裝置306裝配到殼體中之后，通過(guò)密封(如灌注)形成如圖1中所示的傳感器200。當(dāng)所述傳感器200被分離地設(shè)置在所述導(dǎo)磁塊104鄰近的位置并且位于導(dǎo)磁塊104的上方時(shí)，傳感器200中的PCB電路板垂直于轉(zhuǎn)軸102的軸(心)111設(shè)置，使得該U型磁鐵138的U型槽142朝向并鄰近所述導(dǎo)磁塊104。
[0045]以下結(jié)合圖5A-5B說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的感測(cè)系統(tǒng)100，100”用于感測(cè)轉(zhuǎn)軸角度位置的電路設(shè)置及工作原理，其中圖5A所示的感測(cè)系統(tǒng)100未設(shè)有U型磁鐵138，圖5B中所示的感測(cè)系統(tǒng)100”的所有部件和圖5A中的部件相同，但是圖5B示出了磁鐵裝置(或U型磁鐵)138。如圖5A和5B所示，感測(cè)控制電路106包括整流濾波電路114、感測(cè)電路108、兩個(gè)輸出通道148和149 (即，第一和第二輸出通道)。整流濾波電路114的輸入端和外部輸入電源Vin相連，對(duì)外部輸入電源Vin進(jìn)行整流濾波從而獲得平穩(wěn)的直流電，其輸出連接到感測(cè)電路108并對(duì)感測(cè)裝置306中所有電路提供電源。感測(cè)電路108包括霍爾效應(yīng)感測(cè)部件(或霍爾電路)112和處理器(或DSP) 110?；魻栃?yīng)感測(cè)部件112設(shè)置在U型磁鐵138的U型槽142 (參見(jiàn)圖2B中的142)內(nèi)并且位于該U型磁鐵138的零磁場(chǎng)位置。在一個(gè)實(shí)施例中，感測(cè)電路108 (包括霍爾效應(yīng)感測(cè)部件112)被設(shè)置在一個(gè)IC上，該IC的感測(cè)表面被設(shè)置在U型磁鐵的零磁場(chǎng)位置。感測(cè)電路108位于磁鐵裝置138的磁場(chǎng)中。
[0046]在感測(cè)轉(zhuǎn)軸102的角度位置時(shí)，感測(cè)系統(tǒng)100”中的磁鐵裝置(或U型磁鐵)138產(chǎn)生磁場(chǎng)。當(dāng)導(dǎo)磁塊104繞轉(zhuǎn)軸102的軸111與轉(zhuǎn)軸102 —起轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)磁塊104的位置相對(duì)于U型磁鐵138的位置發(fā)生變化，使得磁鐵裝置138鄰近的磁場(chǎng)產(chǎn)生跳變的磁場(chǎng)變化，從而使得霍爾效應(yīng)感測(cè)部件112隨著該跳變的磁場(chǎng)變化而產(chǎn)生電信號(hào)(以正弦Sin或余弦Cos表示的電信號(hào))；霍爾效應(yīng)感測(cè)部件112所產(chǎn)生的電信號(hào)由處理器(或DSPUlO進(jìn)一步處理，處理器(或DSP) 110在其輸出端146處輸出一指示電信號(hào)(低-高-低跳變的開(kāi)關(guān)信號(hào)或線性信號(hào))，用于指示轉(zhuǎn)軸102的角度位置。而當(dāng)導(dǎo)磁塊104隨著轉(zhuǎn)軸102沿其長(zhǎng)度方向成直線地移動(dòng)時(shí)，霍爾效應(yīng)感測(cè)部件112不能從轉(zhuǎn)軸102的直線運(yùn)動(dòng)中相對(duì)于導(dǎo)磁塊104探測(cè)到任何磁通密度變化和/或磁場(chǎng)變化，因此，處理線路110在其輸出端146保持其指示電信號(hào)不變。換句話說(shuō)，對(duì)于轉(zhuǎn)軸102的直線運(yùn)動(dòng)，處理線路110不改變?cè)谄漭敵龆?46上的輸出信號(hào)。
[0047]從處理器(或DSP) 110輸出的指不電信號(hào)被輸入到第一和第二輸出通道148和149。第一輸出通道148包括濾波電路116，該濾波電路116對(duì)處理器(或DSP) 110輸出的指示電信號(hào)進(jìn)行濾波處理，從而在輸出端152處輸出第一輸出信號(hào)'。例如，當(dāng)感測(cè)裝置306為空擋位置傳感器(NPS)時(shí)，第一輸出信號(hào)為一 NPS信號(hào)。
[0048]第二輸出通道149包括串聯(lián)連接的穩(wěn)壓調(diào)節(jié)電路118、低邊開(kāi)關(guān)電路120和濾波電路122。穩(wěn)壓調(diào)節(jié)電路118將處理器(或DSP) 110輸出的指示電信號(hào)(低-高-低跳變的開(kāi)關(guān)信號(hào)或線性信號(hào))的電壓從12V穩(wěn)壓到5V并且輸出到低邊開(kāi)關(guān)電路120。低邊開(kāi)關(guān)電路120將低-高-低開(kāi)關(guān)信號(hào)進(jìn)行反相，轉(zhuǎn)換成高-低-高開(kāi)關(guān)信號(hào)，并將轉(zhuǎn)換的高-低-高開(kāi)關(guān)信號(hào)輸出到濾波電路122。根據(jù)本發(fā)明，本領(lǐng)域的人可以將高-低-高開(kāi)關(guān)信號(hào)反相轉(zhuǎn)換成低-高-低開(kāi)關(guān)信號(hào)。濾波電路122對(duì)該高-低-高開(kāi)關(guān)信號(hào)進(jìn)行濾波處理從而在輸出端154處輸出第二輸出信號(hào)V2。例如，當(dāng)感測(cè)裝置306為空擋位置傳感器(NPS)時(shí)，第二輸出信號(hào)為一個(gè)NPS-K信號(hào)。
[0049]第一輸出信號(hào)V1與第二輸出信號(hào)V2為兩個(gè)互補(bǔ)的信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，第一輸出通道148直接與客戶側(cè)的中繼負(fù)載連接；第二輸出通道149通過(guò)外部應(yīng)用電路與客戶側(cè)的負(fù)載相連接。例如，第一輸出信號(hào)V1為50mA小電流控制信號(hào),可用于客戶端ECU ;第二輸出信號(hào)V2為200mA大電流，可直接驅(qū)動(dòng)客戶端繼電器負(fù)載，實(shí)現(xiàn)了同一個(gè)傳感器控制兩種客戶端負(fù)載接口的功能。本發(fā)明使用一個(gè)霍爾效應(yīng)感測(cè)部件112提供所需的兩路互補(bǔ)信號(hào)V1與V2，從而簡(jiǎn)化了感測(cè)裝置的電路。
[0050]圖6A和6B分別示出U型磁鐵的兩個(gè)實(shí)施例。為了便于制造，圖6A中所示的U型磁鐵600由三塊磁鐵602、604和606組成。磁鐵602、604和606的極性方向是同向設(shè)置的并且相同的磁鐵602和604被分別設(shè)置在磁鐵606的兩側(cè)從而形成一 U型磁鐵。在本發(fā)明的U型磁鐵的另一個(gè)實(shí)施例中，如圖6B所不，同樣地，由三塊磁鐵602’、604’和606’組成一 U型磁鐵600’。磁鐵602’、604’和606’的極性方向是同向設(shè)置的，并且相同的磁鐵602’和604’被分別設(shè)置在磁鐵606’之上位于磁鐵606’的兩端。磁鐵600、600’均具有零磁場(chǎng)區(qū)域，，霍爾效應(yīng)感測(cè)部件112位于磁鐵600或600’的零磁場(chǎng)區(qū)域。當(dāng)導(dǎo)磁塊104隨著轉(zhuǎn)軸102 —起轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)磁塊的位置相對(duì)于U型磁鐵138的位置變化使得磁鐵裝置138的鄰近產(chǎn)生磁場(chǎng)變化，從而霍爾效應(yīng)感測(cè)部件112所在的感測(cè)位置的磁場(chǎng)是從零磁場(chǎng)進(jìn)行跳變，使得感測(cè)元件108的感測(cè)精度和靈敏度更高。
[0051]通常，在傳統(tǒng)的角度位置感測(cè)系統(tǒng)中，由于霍爾效應(yīng)感測(cè)部件的感測(cè)精度有限，需要使用兩個(gè)霍爾效應(yīng)感測(cè)部件(分別設(shè)置在兩個(gè)相互分離的IC上)以提供兩路互補(bǔ)的電信號(hào)，通過(guò)對(duì)兩路輸出信號(hào)進(jìn)行比對(duì)從而確定準(zhǔn)確的信號(hào)跳變點(diǎn)。這兩個(gè)相互分離的IC被安裝在同一個(gè)印刷電路板上，并且該印刷電路板垂直地位于鄰近設(shè)置在轉(zhuǎn)軸上的磁鐵的位置。安裝在同一印刷電路板上的這兩個(gè)相互分離的IC相對(duì)于轉(zhuǎn)軸上的磁鐵必須并排設(shè)置。然而，在安裝IC以及電路板的過(guò)程中，不可避免地會(huì)產(chǎn)生安裝公差，從而進(jìn)一步影響了感測(cè)精度。并且，由于這兩個(gè)IC是并排設(shè)置的，所以要求對(duì)磁鐵沿轉(zhuǎn)軸的軸向有一定的長(zhǎng)度。
[0052]而在本發(fā)明的角度位置感測(cè)系統(tǒng)中，傳感器200由于采用內(nèi)置U形背磁技術(shù)，極大的提高了傳感器的感測(cè)精度，因此采用單片設(shè)有一個(gè)霍爾效應(yīng)感測(cè)部件的IC芯片就可以滿足測(cè)量轉(zhuǎn)軸角度位置的精度要求，而不需要再比對(duì)兩路IC芯片信號(hào)輸出，從而可以省去一個(gè)設(shè)有霍爾效應(yīng)感測(cè)部件的IC芯片。此外，本發(fā)明由于使用設(shè)有一個(gè)霍爾效應(yīng)感測(cè)部件的單個(gè)IC芯片，消除了軸向并列兩個(gè)IC芯片在軸邊緣區(qū)域磁場(chǎng)感應(yīng)不同所造成的信號(hào)不同步，從而極大地延長(zhǎng)了轉(zhuǎn)軸軸向的使用范圍，并且減小了設(shè)置在轉(zhuǎn)軸上的導(dǎo)磁塊的軸向尺寸。另一方面，在本發(fā)明中，設(shè)置在傳感器內(nèi)的磁鐵裝置用于產(chǎn)生磁場(chǎng)，設(shè)置在轉(zhuǎn)軸上的導(dǎo)磁塊只用于改變磁場(chǎng)(無(wú)需產(chǎn)生磁場(chǎng))，因此也可顯著減小設(shè)置在轉(zhuǎn)軸上的導(dǎo)磁塊的軸向尺寸；
[0053]對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)可以對(duì)本文所描述的實(shí)施例進(jìn)行各種改變和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍，這是顯然的。因此，本說(shuō)明書(shū)意圖覆蓋各種改變和變型，如果這樣的改變和變型在隨附的權(quán)利要求和其等同物的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于感測(cè)轉(zhuǎn)軸(102)角度位置的傳感器(200)，所述轉(zhuǎn)軸(102)上固定設(shè)置有導(dǎo)磁塊(104)，可隨著轉(zhuǎn)軸(102)的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，其特征在于所述傳感器(200)包括: 磁鐵裝置(138);和 霍爾效應(yīng)感測(cè)部件(112)，用于感測(cè)轉(zhuǎn)軸(102)的角度位置； 當(dāng)所述導(dǎo)磁塊(104)隨著轉(zhuǎn)軸(102)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，所述磁鐵裝置(138)產(chǎn)生的磁場(chǎng)發(fā)生變化，所述霍爾效應(yīng)感測(cè)部件(112)隨著磁場(chǎng)的變化而產(chǎn)生電信號(hào)，所述電信號(hào)指示所述轉(zhuǎn)軸(102)的角度位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于: 所述磁鐵裝置(138)是U型磁鐵； 所述霍爾效應(yīng)感測(cè)部件(112)設(shè)置在所述U型磁鐵(138)的零磁場(chǎng)位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的傳感器，其特征在于: 所述傳感器(200)包括傳感器殼體(206)和設(shè)置在所述傳感器殼體(206)中的印刷電路板(302)； 所述霍爾效應(yīng)感測(cè)部件(112)安裝在所述印刷電路板(302)上并延伸出所述印刷電路板(302)的表面，從而從U型磁鐵(138)的一側(cè)被插入U(xiǎn)型磁鐵(138)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的傳感器，所述傳感器(200)設(shè)有傳感器殼體(206)，其特征在于: 所述U型磁鐵(138)的U型開(kāi)口位于所述傳感器殼體(206)的頂端，所述霍爾效應(yīng)感測(cè)部件(112)安裝在所述印刷電路板(302)的頂端，使得霍爾效應(yīng)感測(cè)部件(112)從所述U型磁鐵(138)的U型開(kāi)口的頂端位置插入U(xiǎn)型磁鐵(138)，從而使得所述霍爾效應(yīng)感測(cè)部件(112)處于U型磁鐵(138)的零磁場(chǎng)位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的傳感器，其特征在于: 所述霍爾效應(yīng)感測(cè)部件(112)設(shè)置在一個(gè)芯片(IC)上，所述IC的感測(cè)表面被設(shè)置在U型磁鐵(138)的零磁場(chǎng)位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于: 磁鐵裝置(138)由三塊磁鐵(602，604，606)組成，形成U型磁鐵。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于: 所述霍爾效應(yīng)感測(cè)部件(112)包括一個(gè)輸出口(146)，所述輸出口(146)分為兩個(gè)通道(148，149)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的傳感器，其特征在于: 所述兩個(gè)通道(148，149)提供兩個(gè)互補(bǔ)的輸出信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的傳感器，其中: 所述兩個(gè)通道(148，149)中的一個(gè)通道包括和所述輸出口(146)相連的濾波電路(116)； 所述兩個(gè)通道(148，149)的另一個(gè)通道包括和所述輸出口(146)串聯(lián)相連的穩(wěn)壓調(diào)節(jié)電路(118)，低邊開(kāi)關(guān)電路(120)和濾波電路(122)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于: 所述傳感器還包括設(shè)置在轉(zhuǎn)軸(102)上的導(dǎo)磁塊(104)。
11.根據(jù)權(quán)利要求ι-?ο中任意一項(xiàng)所述的傳感器，其特征在于: 所述霍爾效應(yīng)感測(cè)部件(112)產(chǎn)生的電信號(hào)為正弦或余弦表示的電信號(hào)。
12.一種用于感測(cè)轉(zhuǎn)軸(102)角度位置的感測(cè)系統(tǒng)，其特征在于: 所述感測(cè)系統(tǒng)包括傳感器(200)和設(shè)置在轉(zhuǎn)軸(102)上的導(dǎo)磁塊(104)，所述導(dǎo)磁塊(104)可隨著轉(zhuǎn)軸(102)的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)； 所述傳感器(200)包括: 磁鐵裝置(138);和 霍爾效應(yīng)感測(cè)部件(112)，用于感測(cè)轉(zhuǎn)軸(102)的角度位置； 所述導(dǎo)磁塊(104)分離地設(shè)置在鄰近于所述傳感器(200)的位置， 當(dāng)所述導(dǎo)磁塊(104)隨著轉(zhuǎn)軸(102)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，所述導(dǎo)磁塊(104)改變所述磁鐵裝置(138)產(chǎn)生的磁場(chǎng)，所述霍爾效應(yīng)感測(cè)部件(112)感測(cè)磁場(chǎng)的變化并產(chǎn)生電信號(hào)，所述電信號(hào)反映所述轉(zhuǎn)軸(102)的角度位置。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的感測(cè)系統(tǒng)，其特征在于: 所述傳感器(200)設(shè)有傳感器殼體(206)； 所述磁鐵裝置(138)和所述霍爾效應(yīng)感測(cè)部件(112)設(shè)置在所述傳感器殼體(206)中； 所述導(dǎo)磁塊(104)分離地設(shè)置在鄰近于與所述傳感器殼體(206)的位置。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的感測(cè)系統(tǒng)，其特征在于: 所述磁鐵裝置(138)是U型磁鐵； 所述霍爾效應(yīng)感測(cè)部件(112)設(shè)置在所述U型磁鐵(138)的零磁場(chǎng)位置。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的感測(cè)系統(tǒng)，其特征在于: 所述傳感器(200)包括傳感器殼體(206)和設(shè)置在所述傳感器殼體(206)中的印刷電路板(302)； 所述霍爾效應(yīng)感測(cè)部件(112)安裝在所述印刷電路板(302)上并延伸出所述印刷電路板(302)的表面，從而從U型磁鐵(138)的一側(cè)被插入U(xiǎn)型磁鐵(138)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的感測(cè)系統(tǒng)，其特征在于: 所述U型磁鐵(138)的U型開(kāi)口位于傳感器殼體(206)的頂端，所述霍爾效應(yīng)感測(cè)部件(112)安裝在所述印刷電路板(302)的頂端，使得霍爾效應(yīng)感測(cè)部件(112)從所述U型磁鐵(138)的U型開(kāi)口的頂端位置插入U(xiǎn)型磁鐵(138)，從而使得所述霍爾效應(yīng)感測(cè)部件(112)處于U型磁鐵(138)的零磁場(chǎng)位置。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的感測(cè)系統(tǒng)，其特征在于: 所述霍爾效應(yīng)感測(cè)部件(112)有兩個(gè)通道，用于提供兩個(gè)互補(bǔ)的輸出信號(hào)。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的感測(cè)系統(tǒng)，其特征在于: 所述傳感器(200)與所述導(dǎo)磁塊(104)間分隔開(kāi)一空隙(183)。
19.根據(jù)權(quán)利要求12-17中任意一項(xiàng)所述的感測(cè)系統(tǒng)，其特征在于: 所述霍爾效應(yīng)感測(cè)部件(112)產(chǎn)生的電信號(hào)為正弦或余弦表示的電信號(hào)。
【文檔編號(hào)】G01B7/30GK104180752SQ201310188514
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2013年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月20日
【發(fā)明者】程達(dá)偉, 林斐, 何賽德-奧利弗·薩爾瓦多 申請(qǐng)人:泰科電子(上海)有限公司, 泰科電子公司