CN110168317B - 带有多磁体配置的旋转位置传感器 - Google Patents

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Abstract

一种旋转位置传感器(102)，包括限定内部空腔的传感器壳体(202)。第一转子(206)可位于内部空腔内并能够在内部空腔内旋转，并且第一转子包括第一磁体(326)。此外，旋转位置传感器(102)可以包括位于内部空腔内并能够在内部空腔内旋转的第二转子(208)，第二转子(208)包括第二磁体(328)。第一转子(206)和第二转子(208)可以是能够独立旋转的。

Description

带有多磁体配置的旋转位置传感器
技术领域
本公开总体上涉及传感器。特别地，本公开涉及用于感测车辆***中的控制器的位置的旋转位置传感器。
背景技术
旋转位置传感器可以用于车辆中感测加速器踏板、离合器踏板、制动器踏板、节气门体以及车辆***中的其它这样的控制器的位置。传统旋转位置传感器可使用异型磁体引导磁通到一个或多个磁效应传感器(例如，霍尔效应传感器、各向异性磁阻传感器、巨磁阻传感器和隧道磁阻传感器)，以实现车辆***中各个控制器的位置感测。
传统旋转位置传感器起到感测车辆***中的单个控制器(例如，单个加速器踏板或单个制动器踏板)的位置的作用。因此，单个传统旋转位置传感器不能够提供与多个靠近的车辆控制器相关的位置信息。更具体地，传统旋转位置传感器必须与每个车辆控制器(例如，加速器踏板、离合器踏板和制动器踏板)相关联。因此，需要提供一种能够提供与多个靠近的车辆控制器相关联的位置信息的旋转位置传感器。
另外，传统旋转位置传感器制造成本高，因为这种传统旋转位置传感器通常需要异型磁体。此外，传统旋转位置传感器缺乏操作冗余。因此，需要提供一种制造成本低并且包括旋转位置操作冗余的旋转位置传感器。
现有旋转位置传感器的其他问题将鉴于下面的公开内容而变得明显。
发明内容
提供该发明内容是为了以下面在具体实施方式中进一步描述的简化形式引入一些构思。该发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键或必要特征，该发明内容也不旨在帮助确定所要求保护的主题的范围。
根据设备的一个实施方式，该设备可以包括旋转位置传感器壳体。第一转子可以设置在旋转位置传感器壳体中，第一转子包括与其联接的第一磁体。此外，第二转子可以设置在旋转位置传感器壳体中，第二转子包括与其联接的第二磁体。该设备还可以包括邻近第一磁体设置的第一和第二传感器以及邻近第二磁体设置的第三和第四传感器。
根据设备的另一实施方式，该设备可以包括旋转位置传感器壳体。该设备还可以包括设置在旋转位置传感器壳体中的第一转子，第一转子包括与其联接的多个磁体。此外，该设备可以包括第一传感器，该第一传感器邻近联接至第一转子的所述多个磁体中的一个设置。
附图说明
图1示出了根据示例性实施方式的旋转位置传感器的示例性使用，该旋转位置传感器包括在一个壳体中的两个旋转位置传感器；
图2示出了根据示例性实施方式的旋转位置传感器的透视图；
图3示出了从图2所示的线I-I的角度观察的根据示例性实施方式的旋转位置传感器的横截面视图；
图4-8示出了根据示例性实施方式的包括磁体和传感器的配置。
具体实施方式
公开了旋转位置传感器。在一个实施方式中，旋转位置传感器包括传感器壳体。两个转子可以设置在传感器壳体中。这两个转子中的每个转子可以是在传感器壳体中能够独立地旋转的，并且这两个转子中的每个转子可以包括一个或多个磁体。在一个事实方式中，所述一个或多个磁体不是异型磁体。特别地，一个或多个磁体中的每一个可以是简单的正方形或矩形磁体。与传统旋转位置传感器相关联的制造成本相比，使用简单的正方形或矩形磁体降低了与旋转位置传感器相关联的制造成本。
图1示出了旋转位置传感器102的示例性使用，该旋转位置传感器包括在一个壳体中的两个旋转位置传感器。如图所示，旋转位置传感器102被联接在对应于第一制动器踏板的第一制动器踏板臂104与对应于第二制动器踏板的第二制动器踏板臂106之间。轴112可以至少延伸穿过与旋转位置传感器102相关联的孔或孔洞。第一制动器踏板臂104包括外扩制动器臂部分108，当第一制动器踏板被接合时，该外扩制动器臂部分被致使旋转。该外扩制动器臂部分108被联接至旋转位置传感器102的两个旋转位置传感器中的第一旋转位置传感器。第二制动器踏板臂106包括外扩制动器臂部分110，当第二制动器踏板被致动时，该外扩制动器臂部分被致使旋转。该外扩制动器臂部分110联接至旋转位置传感器102的两个旋转位置传感器中的第二旋转位置传感器。
尽管图1示出了与第一制动器踏板臂104和第二制动器踏板臂106相关的旋转位置传感器102的使用，但这是非限制性示例。特别地，旋转位置传感器102可以定位在其他可旋转元件之间，例如与离合器、节气门体和类似物相关联的可旋转元件之间。
图2示出了旋转位置传感器102的透视图。旋转位置传感器102包括旋转位置传感器壳体或传感器壳体202。传感器壳体202包括插头部分204，该插头部分实现旋转位置传感器102与电子控制单元或者其它计算机或处理器的连接。电子控制单元或者其它计算机或处理器可以与车辆***相关联，诸如汽车、农业或作业机械、或类似物。
第一转子206可以设置在传感器壳体202中。此外，第二转子208可以设置在传感器壳体202内。第一转子206和第二转子208中的每个能够独立地旋转。例如，可旋转元件(例如，外扩制动器臂部分108)可以联接至第一转子206，从而致使第一转子206旋转。此外，单独的可旋转元件(例如，外扩制动器臂部分110)可以联接至第二转子208，从而致使第二转子208旋转。如图所示，孔或孔洞214穿过至少第一转子206和第二转子208限定。该孔或孔洞214用于收容轴112。该孔或孔洞214是旋转位置传感器102的可选元件。此外，一凹口216设置在第一转子206的外表面上。类似的凹口也存在于第二转子208上。凹口216被设计成接合与外扩制动器臂部分108相关联的突出部或键。
在一个实施方式中，旋转位置传感器102包括第一盖210，该第一盖定位在第一转子206的至少一部分上。类似地，旋转位置传感器102包括第二盖212，该第二盖定位在第二转子208的至少一部分上。第二盖212的视图在随后的与本公开相关联的一个或多个附图中提供。
图3示出了从图2所示的线I-I的角度观察的旋转位置传感器102的横截面视图。如图所示，由橡胶制成的O形环302可以设置在第一转子206的面304上。因此，O形环302定位在第一盖210的内表面306和第一转子206的面304之间。O形环302设置成用以减轻水和诸如灰尘、化学物等的其它外部环境元素的侵入。
类似地，由橡胶制成的O形环308可以设置在第二转子208的面310上。因此，O形环308定位在第二盖212的内表面312和第二转子208的面310之间。O形环308设置成用以减轻水和诸如灰尘、化学物等的其它外部环境因素的侵入。
如图所示，旋转位置传感器102包括设置在旋转位置传感器102的内部空腔内的环元件304A。环元件304A可以由铁磁材料制成，例如铁或类似材料。环元件304A起到提供第一转子206和第二转子208之间的磁场间隔的作用。另外，环元件304A提供在第一转子206和第二转子208之间的分割屏障，以最小化第一转子206和第二转子208之间的摩擦。
O形环314设置在与旋转位置传感器102相关联的中央部分306的第一表面318上。O形环314可以由橡胶制成。O形环314定位在中央部分306和第一转子206的内表面316之间。O形环314设置成用以减轻水和诸如灰尘、化学物等的其它外部环境元素的侵入。O形环320设置在中央部分306的第二表面322上。O形环320可以由橡胶制成。O形环320定位在中央部分306和第二转子208的内表面324之间。O形环320设置成用以减轻水和诸如灰尘、化学物等的其它外部环境元素的侵入。
磁体326可以与第二转子208相关联。第二磁体328可以与第二转子208相关联。尽管在图3中未示出，但是多达四个磁体可以与第二转子208相关联。类似地，尽管在图3中未示出，但是多达四个磁体可以与第一转子206相关联。在一个实施方式中，磁体326和第二磁体328是简单的正方形或矩形磁体。特别地，在一种实施方式中，磁体326和第二磁体328不是异型磁体。
磁场传感器330和332可以被容纳在传感器壳体202内并且与第二转子208相关联。磁场传感器330和332可以是磁效应传感器(例如，霍尔效应传感器、各向异性磁阻传感器、巨磁阻传感器和隧道磁阻传感器)。尽管在图3中未示出，但是磁场传感器可以被容纳在传感器壳体202内并且与第一转子206相关联。
屏蔽环342和344可以与第二转子208相关联。屏蔽环342附接至第二转子208中的凹槽346。屏蔽环344联接至第二转子208的表面348。类似地，屏蔽环350和352可以与第一转子206相关联。屏蔽环342、344、350和352可以至少部分地由铁磁材料制成，例如铁或类似材料。屏蔽环342、344、350和352可以使用粘合剂、模制、机械附接装置(例如，一个或多个紧固件、螺钉或夹子)等等联接至转子206和208。屏蔽环342、344、350和352用于基本上隔离传感器壳体202内的磁场。此外，屏蔽环342、344、350和352将磁场集中在传感器壳体202内以改善旋转位置传感器102的输出信号的线性度。此外，屏蔽环342、344、350和352用于减轻进入传感器壳体202的干扰，例如磁场干扰。在一种实施方式中，屏蔽环344和352减轻可能由轴112引起的磁干扰，该轴可能由含铁材料制成。
如图3进一步所示，弹簧334设置在由第一转子206和第一盖210限定的狭槽336中。该弹簧334起到将第一转子206偏压至一预定初始位置的作用。此外，弹簧338设置在由第二转子208和第二盖212限定的狭槽340中。弹簧338起到将第二转子208偏压至一预定初始位置的作用。
磁场传感器330产生响应于磁体326的位置而变化的电输出信号。磁体326的位置将随着转子208旋转而发生变化。当由磁体326产生的磁场(即，大小/强度和极性/方向)随着转子208旋转而发生变化时，由磁场传感器330产生的电输出信号相应地发生变化，由此允许转子208的位置被确定或探知并相应地允许联接至转子208的外扩制动器臂部分110的位置被确定或探知。磁场传感器330感测随着磁体326旋转而变化的磁场(即，大小/强度和极性/方向)。在一个实施例中，由磁场传感器330产生的电信号与外扩制动器臂部分110的位置成比例。
类似地，磁场传感器332产生响应于磁体328的位置而变化的电输出信号。磁体328的位置将随着转子208旋转而发生变化。当由磁体328产生的磁场(即，大小/强度和极性/方向)随着转子208旋转而变化时，由磁场传感器332产生的电输出信号相应地发生变化，由此允许转子208的位置被确定或探知并相应地允许联接至转子208的外扩制动器臂部分110的位置被确定或探知。磁场传感器332感测随着磁体328旋转而变化的磁场(即，大小/强度和极性/方向)。在一个实施例中，由磁场传感器332产生的电信号与外扩制动器臂部分110的位置成比例。
在一个实施方式中，磁体326、328和磁场传感器330、332为转子208提供冗余旋转感测配置。尤其是，磁体326和磁场传感器330的组合提供与磁体328和磁场传感器332的组合相同的旋转数据。这种冗余设计在旋转检测配置中特别有利，该旋转检测配置应提供与转子208相关联的稳健且故障安全的旋转数据。
与转子206相关联的磁体和场传感器提供与关于磁体326和328以及磁场传感器330和332所描述的相同的功能。更特别地，当转子206旋转时，与转子206相关联的磁体和场传感器使得能够进行与转子206相关联的位置改变的计算。在一种实施方式中，外扩制动器臂108致使转子206旋转。
图4示出了包括磁体402和传感器404的装置400，传感器404可以与旋转位置传感器102的转子206和208中的一个或两个相关联。图4示出了屏蔽环342或350和344或352，以示出装置400在旋转位置传感器壳体或传感器壳体202内的相对位置。此外，示出轴112和孔或孔洞214以提供对装置400在旋转位置传感器壳体202内的相对位置的进一步澄清。传感器404与图3所示的传感器330或332类似或相同。此外，磁体402可以与图3所示的磁体326和328类似或相同。
装置400允许对转子206和/或208在-45°、-90°、-360°、-720°、+45°、+90°、+360°、和/或+720°的范围内的转子旋转确定。在另一种实施方式中，磁体402的磁极可以颠倒。此外，在另一种实施方式中，磁体402可以定位成邻近屏蔽环344或352，而不是定位成邻近屏蔽环342或350。前述内容也适用于图5-8所示的配置。在一个实施方式中，装置400是转子206的一部分。在另一种实施方式中，装置400也是转子208的一部分。尽管图4中示出了四个磁体402，但是，装置400可以用单个磁体402、两个磁体402或三个磁体402实施。
图5示出了包括磁体502和至少一个传感器504的装置500，所述传感器可以与旋转位置传感器102的转子206和208中的一个或两个相关联。图5示出了屏蔽环342或350和344或352，以示出装置500在旋转位置传感器壳体或传感器壳体202内的相对位置。此外，示出孔或孔洞214以提供对装置500在旋转位置传感器壳体202内的相对位置的进一步澄清。传感器504与图3所示的传感器330或332类似或相同。此外，磁体502可以与图3所示的磁体326和328类似或相同。
在一个实施方式中，冗余传感器506可以放置成邻近传感器504(例如，在其后面、前面或旁边)。冗余传感器506与图3所示的传感器330或332类似或相同。传感器506用于检测与传感器504相同的旋转信息。因此，在传感器504失效的情况下，传感器506可用于检测与转子206或转子208相关联的旋转信息。
图6示出了包括磁体602和至少一个传感器604的装置600，所述传感器可以与旋转位置传感器102的转子206和208中的一个或两个相关联。图6示出了屏蔽环342或350和344或352，以示出装置600在旋转位置传感器壳体或传感器壳体202内的相对位置。此外，示出孔或孔洞214以提供对装置600在旋转位置传感器壳体202内的相对位置的进一步澄清。传感器604与图3所示的传感器330或332类似或相同。此外，磁体602可以与图3所示的磁体326和328类似或相同。
在一个实施方式中，冗余传感器606可以放置成邻近传感器604(例如，在其后面、前面或旁边)。冗余传感器606与图3所示的传感器330或332类似或相同。传感器606用于检测与传感器604相同的旋转信息。因此，在传感器604失效的情况下，传感器606可用于检测与转子206或转子208相关联的旋转信息。
图6还示出了附加磁体612。该附加磁体612可以替代地位于位置608或位置610处。使用附加磁体612使得传感器606能够定位成邻近附加磁体612。
图7示出了包括多个磁体702、704和706以及至少一个传感器708的装置700，该传感器可以与旋转位置传感器102的转子206和208中的一个或两个相关联。图7示出了屏蔽环342或350和344或352，以示出装置700在旋转位置传感器壳体或传感器壳体202内的相对位置。此外，示出孔或孔洞214，以提供对装置700在旋转位置传感器壳体202内的相对位置的进一步澄清。传感器708与图3所示的传感器330或332类似或相同。此外，磁体702、704和706可以与图3所示的磁体326和328类似或相同。
在一个实施方式中，冗余传感器710可以放置成邻近传感器708(例如，其后面、前面或旁边)。冗余传感器710与图3所示的传感器330或332类似或相同。传感器710用于检测与传感器708相同的旋转信息。因此，在传感器708失效的情况下，传感器710可用于检测与转子206或转子208相关联的旋转信息。冗余传感器710可以实施为邻近磁体704或磁体706。
图8示出了包括多个磁体802、804、806和812以及至少一个传感器808的装置800，该传感器可以与旋转位置传感器102的转子206和208中的一个或两个相关联。图8示出了屏蔽环342或350和344或352，以示出装置800在旋转位置传感器壳体或传感器壳体202内的相对位置。此外，示出孔或孔洞214，以提供对装置800在旋转位置传感器壳体202内的相对位置的进一步澄清。传感器808与图3所示的传感器330或332类似或相同。此外，磁体802、804、806和812可以与图3所示的磁体326和328类似或相同。
在一个实施方式中，冗余传感器810可以放置成邻近传感器808(例如，在其后面、前面或旁边)。冗余传感器810与图3所示的传感器330或332类似或相同。传感器810用于检测与传感器808相同的旋转信息。因此，在传感器808失效的情况下，传感器810可用于检测与转子206或转子208相关联的旋转信息。可替代地，冗余传感器810可以实施为邻近磁体804、磁体806或磁体812。装置800允许对转子206和/或208在-45°、-90°、-360°、-720°、+45°、+90°、+360°、和/或+720°的范围内的转子旋转确定。
虽然公开了示例性旋转位置传感器，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本申请的权利要求的精神和范围的情况下，可以进行各种改变并且可以替换等同物。在不脱离权利要求的范围的情况下，可以进行其他修改以使特定情况或材料适应上面公开的教导。因此，权利要求不应被解释为限于所公开的特定实施例中的任一个，而是限于落入权利要求范围内的任何实施例。

Claims (6)

1.一种包括旋转位置传感器壳体的设备，所述设备还包括：
设置在所述旋转位置传感器壳体中的第一转子，所述第一转子包括联接至所述第一转子的第一磁体；
设置在所述旋转位置传感器壳体中的第二转子，所述第二转子包括联接至所述第二转子的第二磁体；
所述第一转子和所述第二转子能够彼此独立地旋转，其中，一孔穿过所述第一转子和所述第二转子限定以用于收容一轴；
设置成邻近所述第一磁体的第一传感器和第二传感器；
设置成邻近所述第二磁体的第三传感器和第四传感器；
联接至所述第一转子的第一屏蔽环和第二屏蔽环，至少所述第一磁体设置在联接至所述第一转子的所述第一屏蔽环和第二屏蔽环之间。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一转子包括联接至所述第一转子的至少一个附加磁体，并且所述第二转子包括联接至所述第二转子的至少一个附加磁体。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一传感器和第二传感器检测所述第一磁体的运动，所述第三传感器和第四传感器检测所述第二磁体的运动。
4.根据权利要求1所述的设备，还包括联接至所述第二转子的第一屏蔽环和第二屏蔽环，至少所述第二磁体设置在联接至所述第二转子的所述第一屏蔽环和第二屏蔽环之间。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一磁体和所述第二磁体中的每个是正方形磁体。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一磁体和所述第二磁体中的每个是矩形磁体。
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