微感應(yīng)傳感器的制造方法
【專利說明】微感應(yīng)傳感器
[0001]相關(guān)串請的交叉引用
[0002]本申請要求2013年5月3日提交的美國臨時申請61/819，118的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容通過引用合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明總體上涉及位置傳感器。更特別地，本發(fā)明涉及感應(yīng)位置傳感器。
【背景技術(shù)】
[0004]位置傳感器經(jīng)常用在各種機械控制系統(tǒng)中。一般的位置傳感器包括電容傳感器、電位器式傳感器和磁位置傳感器。然而，感應(yīng)傳感器是在車輛中應(yīng)用最為廣泛的位置傳感器中的一種。感應(yīng)傳感器通過測量目標(biāo)和感測線圈之間的互感來檢測目標(biāo)的位置。與其它電磁式位置傳感器相比，由于感應(yīng)傳感器不需要磁體且代替地使用電磁線圈，因此感應(yīng)傳感器更具有成本效益。
[0005]由于感應(yīng)傳感器通常更為可靠，因此還希望它代替磁式傳感器用在車輛中。隨著磁體退化，磁傳感器的性能會受損，并且磁傳感器對于周圍環(huán)境的磁干擾更為敏感。與此相反，感應(yīng)傳感器不依賴于磁體，更能承受諸如電動馬達、交流發(fā)電機等常見汽車裝置的干擾。然而，為了確保足夠的信號強度，感應(yīng)傳感器通常比傳統(tǒng)的磁傳感器大。因此，由于感應(yīng)傳感器較大的天線區(qū)域，感應(yīng)傳感器還產(chǎn)生較大量的磁場輻射。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的實施方式包括傳感器封裝件和耦合器封裝件。傳感器封裝件包括多個插針、信號處理器、集成電容器、鐵氧體層、發(fā)射線圈、分成兩部分的接收線圈和多個分立元件。耦合器封裝件包括集成電容器、鐵氧體層和耦合線圈。
[0007]傳感器封裝件中的發(fā)射線圈由外部電源激勵，其轉(zhuǎn)而激勵耦合器封裝件中的耦合線圈。然后，通過利用分成兩部分的接收線圈檢測和測量耦合線圈返回的信號，傳感器測量耦合器封裝件相對于傳感器封裝件的轉(zhuǎn)動位置。信號處理器通過比較耦合器封裝件和傳感器封裝件之間的耦合系數(shù)來計算耦合器封裝件相對于傳感器封裝件的位置。
[0008]與使用金屬件作為裝配的耦合器的傳統(tǒng)感應(yīng)傳感器形成明顯的對比，本發(fā)明使用共振器作為耦合器。使用共振器作為耦合器允許發(fā)射線圈和耦合器成為比傳統(tǒng)感應(yīng)傳感器具有更高質(zhì)量系數(shù)(Q系數(shù))的振蕩系統(tǒng)。此外，與傳統(tǒng)感應(yīng)傳感器相比，傳感器封裝件和耦合器封裝件的鐵氧體層使得線圈的尺寸明顯減小。
[0009]耦合器上的渦流是分成兩部分的接收線圈上的信號的直接來源。當(dāng)受到與傳統(tǒng)耦合器相同的磁場時，共振器耦合器將產(chǎn)生更多渦流。因此，使用相同的驅(qū)動源，與傳統(tǒng)感應(yīng)傳感器相比，將共振器用作耦合器的感應(yīng)傳感器能夠在接收線圈上產(chǎn)生更強的電磁場。
【附圖說明】
[0010]圖1示出了包括傳感器封裝件和耦合器封裝件的感應(yīng)傳感器的立體圖；
[0011]圖2示出了傳感器封裝件的底側(cè)視圖；
[0012]圖3示出了根據(jù)第一個實施例的傳感器封裝件和兩部分發(fā)射線圈的頂側(cè)視圖；
[0013]圖4示出了根據(jù)第二個實施例的傳感器封裝件和兩部分發(fā)射線圈的頂側(cè)視圖；
[0014]圖5示出了耦合器封裝件的底側(cè)視圖；以及
[0015]圖6示出了耦合器封裝件的頂側(cè)視圖。
【具體實施方式】
[0016]本發(fā)明的實施例包括傳感器封裝件10和耦合器封裝件50。傳感器封裝件10包括多個插針12、信號處理器14、集成電容器16、鐵氧體層20、發(fā)射線圈22、分成兩部分的接收線圈30和多個分立元件48。耦合器封裝件50包括集成電容器56、鐵氧體層60和耦合線圈70。傳感器封裝件10中的發(fā)射線圈22由外部電源(未示出)激勵，其轉(zhuǎn)而激勵耦合器封裝件50中的耦合線圈70。然后，通過利用兩部分接收線線圈30檢測和測量耦合線圈70返回的信號，傳感器10測量耦合器封裝件50相對于傳感器封裝件10的轉(zhuǎn)動位置。通過比較耦合器封裝件50和傳感器封裝件10之間的耦合系數(shù)，信號處理器14計算耦合器封裝件50相對于傳感器封裝件10的位置。
[0017]本發(fā)明的包括傳感器封裝件10和耦合器封裝件50的傳感器組件總體上在圖1中示出。本發(fā)明的感應(yīng)傳感器和傳感器封裝件10的特征在于，由于增強的信號強度能夠嵌入單個封裝件的最小化的設(shè)計。傳感器封裝件10具有頂側(cè)42，該頂側(cè)面向耦合器封裝件50的底側(cè)92，和相反的底側(cè)44。鐵氧體層20大致延伸至整個傳感器封裝件10并且大致為圓形，盡管根據(jù)傳感器封裝件10和線圈22、30的其它形狀也是可能的。
[0018]在鐵氧體層20的底側(cè)22，有具有多個分立元件48的集成電容器16。這些分立元件48可以包括電容器、電阻器或本領(lǐng)域已知的其它基本的電子部件。在鐵氧體層20的底部22上還可以發(fā)現(xiàn)信號處理器14。信號處理器14測量并處理由傳感器封裝件10產(chǎn)生和接收的信號。信號處理器14還連接到傳輸傳感器封裝件10的各種信號的插針12。
[0019]發(fā)射線圈22和分成兩部分的接收線圈30位于傳感器封裝件10的頂側(cè)42。圖3和圖4中示出的發(fā)射線圈22總體上為圓形，并且繞發(fā)射線圈22的軸線與鐵氧體層20同心。發(fā)射線圈22具有可在必要時根據(jù)設(shè)計參數(shù)調(diào)節(jié)的多個繞組。發(fā)射線圈22被示出為圓形，然而其它實施例也是可能的，不會脫離本發(fā)明的保護范圍。
[0020]圖3和圖4示出了分成兩部分的接收線圈30，其在傳感器封裝件10的頂側(cè)位于發(fā)射線圈22的內(nèi)徑的內(nèi)側(cè)。傳感器封裝件10的分成兩部分的接收線圈30具有第一接收線圈32和第二接收線圈36。第一接收線圈32具有沿第一方向卷繞的N個環(huán)路。在圖3示出的第一個優(yōu)選實施例中，第一接收線圈環(huán)路32a-d繞著發(fā)射線圈22的中心軸線設(shè)置并且處于發(fā)射線圈22的內(nèi)徑內(nèi)。第一接收線圈環(huán)路32a-d繞著發(fā)射線圈22的軸線間隔開360/N度。例如，如圖3所示，存在N = 4個第一接收線圈環(huán)路32a-d，因此第一接收線圈32的各環(huán)路32a-d與相鄰的第一接收線圈32的環(huán)路32a-d以90度間隔開。
[0021]第二接收線圈36也具有N個環(huán)路36a_d，N個環(huán)路36a_d沿著與第一接收線圈32相反的方向卷繞。第二接收線圈環(huán)路36a-d中的各環(huán)路繞著發(fā)射線圈22的軸線相對于相鄰的第二接收線圈環(huán)路36a-d成角度地間隔開360/N度。第二接收線圈環(huán)路36a_d也與相鄰的第一接收線圈環(huán)路32a-d以180/N度成角度地偏移，反之亦然。
[0022]更簡單地，如圖3所示，發(fā)射線圈22內(nèi)側(cè)的圓形區(qū)域成角度地被分成2N個部分。繞著發(fā)射線圈22的軸線成角度地行進，分成兩部分的接收線圈30在第一接收線圈32的環(huán)路32a-d和第二接收線圈36的環(huán)路36a-d之間交替分區(qū)。第一接收線圈32的環(huán)路32a_d沿第一方向卷繞，而第二接收線圈36的環(huán)路36a-d沿著相反的第二方向卷繞。以這種方式，第一接收線圈32的環(huán)路32a-d僅與第二接收線圈36的環(huán)路36a_d相鄰，第一接收線圈32的環(huán)路和第二接收線圈36的環(huán)路成角度地彼此偏移180/N度。
[0023]在圖4，3所示的第二優(yōu)選實施例中，存在N = 6個第一接收線圈環(huán)路32a_f，因此，第一接收線圈32的每個環(huán)路32a-f與相鄰的第一接收線圈32的環(huán)路32a_f間隔開60度。本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解，可以類似地調(diào)整第一接收線圈32和第二接收線圈36的N個環(huán)路的數(shù)目，以包括不同數(shù)目的N個部分。
[0024]耦合器封裝件50具有鐵氧體層60，鐵氧體層60具有頂側(cè)62和底側(cè)66。鐵氧體層60具有位于頂側(cè)62的集成電容器56和位于底側(cè)66的非圓形耦合線圈70。耦合器封裝件50的鐵氧體層60的底側(cè)66面向傳感器封裝件10的頂側(cè)42。圖6中示出的耦合器封裝件50的集成電容器56是圓形的，然而，該形狀是示例性的，其它配置也是可能的。非圓形耦合線圈70由多個繞組制成并且尺寸化成使得當(dāng)繞著傳感器封裝件10的發(fā)射線圈22的軸線排列時，耦合線圈70覆蓋在第一接收線圈32和第二接收線圈36 二者的環(huán)路32a-d和36a-d的至少一部分上。
[0025]圖5中示出的耦合線圈70為大致橢圓形；然而，耦合線圈70不僅限于這種形狀。當(dāng)耦合器封裝件50的耦合線圈70繞著發(fā)射線圈22和傳感器封裝件10的的軸線排列時，耦合線圈70將覆蓋在第一及第二