CN111295536A - 磁场传感器和用于安装磁体的方法 - Google Patents

磁场传感器和用于安装磁体的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种磁场传感器，其具有产生具有磁场轴线(f)的磁场的磁体(M1)，所述磁体具有磁体轴线(a)并且容纳在具有构件轴线(b)的可围绕至少一个轴线运动的构件(4)中。本发明还涉及一种用于安装磁场传感器的磁体(M1)的方法。提出，将磁体(M1)容纳在构件(4)中，使得磁场轴线(f)尽可能与构件轴线(b)重合。还提出，测量磁场轴线(f)与磁体轴线(a)的偏差并且在将磁体(M1)安装在构件(4)中时校正偏差角(α)。

Description

磁场传感器和用于安装磁体的方法
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的磁场传感器、一种根据权利要求13的前序部分的方法以及一种根据权利要求14的前序部分的用于执行方法的设备。
背景技术
磁场传感器还作为位置传感器已知，其尤其也用于测量角位置。磁场传感器由两个传感器元件、即构成为永磁体且起信号发生器作用的第一传感器元件，和构成为磁场敏感的传感器元件且起信号接收器作用的第二传感器元件。第二传感器元件例如能够构成为霍尔元件。
通过本申请人的申请号为10 2017 208 410.3的早期申请已知一种磁场传感器，其由作为信号发生器的永磁体和作为信号接收器的传感器元件构成，所述磁场传感器构建在球形铰链中。在此，永磁体处于凹部中，尤其球轴颈的盲孔钻孔中，而第二传感器元件、即信号接收器设置在容纳球轴颈的壳体中。在球轴颈相对于壳体角运动时，第二传感器元件记录磁场的变化。通过评估该变化信号能够推断出角位置。
这种磁场传感器的问题在于，由磁体产生的磁场存在公差并且会具有与理论状态的偏差、尤其磁场的轴线的错位。当磁场的轴线和设置在可移动构件中的磁体的轴线不重合而是彼此间形成角度时，存在这种错位。于是，显示具有这种错误的磁场的角位置同样存在误差或偏差。
发明内容
本发明的目的在于，改进开始提出类型的磁场传感器的测量精度。
本发明包括独立权利要求1、13和14的特征。从从属权利要求中得出有利的设计方案。
根据本发明的第一方面，在具有磁体、磁体轴线、磁场和磁场轴线的磁场传感器中提出，磁体容纳在可移动的构件中，使得磁场轴线尽可能与构件轴线重合。将磁体轴线理解为磁体主体的几何轴线。磁体产生磁场，所述磁场具有磁场轴线，所述磁场轴线形成磁场的场线的对称轴。构件轴线应理解为可移动的构件的轴线，所述轴线为构件相对于向一侧或向另一侧的角运动的零位的基准轴线。市售的磁体通常具有磁场轴线相对于磁体的几何轴线、即磁体轴线的偏差，其中偏差能够处于正/负5°的范围中。为了精确地尽可能无误差地测量构件离开零位的角偏转需要使磁场轴线与基准轴线、即零位中的构件轴线重合。借此实现，磁场或磁场轴线向两侧或沿相反方向与构件运动相同的角度值。
根据一个优选的实施方式，磁体构成为圆柱体并且磁体轴线构成为圆柱轴线。具有圆柱形状的磁体主体能够简单地制造，即成形和磁化，其中得到具有径向对称设置的场线的径向对称的磁场。
根据另一优选的实施方式，磁体轴线相对于构件轴线倾斜地设置，更确切地说倾斜程度使得磁场轴线与构件轴线重合。优选地，磁体轴线倾斜偏差角的值。偏差角从对于要安装到构件中的磁体的磁体轴线和磁场轴线之间的错位中得出。
根据另一优选的实施方式，磁体轴线轴向平行地相对于构件轴线偏移地设置，更确切地说以如下尺寸或偏移量偏移，使得磁场轴线与构件轴线重合。轴线偏移量优选地适配于磁体轴线和磁场轴线之间的偏差角。通过轴线偏移量，磁体移动得更靠近构件凹部的壁部，这引起磁场轴线倾斜或移位。通过磁体偏心地设置在构件的容纳开口中能够不对称地影响磁场，使得补偿偏差角。
根据另一优选的实施方式，磁体、优选圆柱形磁体同轴地、即中央地设置在构件的容纳开口中。为了补偿磁场的偏差或磁场轴线的错位，将补偿体设置在圆周区域中。由导磁材料构成的且仅局部地设置在圆周上的补偿体具有如下作用，磁场以如下方式被改变，使得磁场轴线的位置改变并且移位到构件轴线中。
根据另一优选的实施方式，磁体由环形的塑料壳体包围，在所述塑料壳体中能够将补偿体存放在圆周的不同部位处。塑料壳体因此为储库，所述储库仅装配在圆周的部分上，优选相对于磁场轴线的偏差的位置对角线地装配。
根据另一优选的实施方式，补偿体构成为销或金属嵌芯，由此能够实现精细地计量以影响磁场。
根据另一优选的实施方式，构件构成为球形铰链的球轴颈或构成为球轴套铰链的球轴套。在这两种情况下，磁场传感器用于测量角度。在球轴颈的情况下，构件轴线对应于球轴颈的纵轴线。在球轴套的情况下，构件轴线垂直于球轴套的纵轴线伸展。
根据另一优选的实施方式，球形铰链或球轴套铰链分别具有铰链壳体，在所述铰链壳体中将磁场敏感的传感器元件设置在磁场的作用区域中。因此，球或球轴套的角运动在传感器元件中产生信号进而产生角显示。
根据本发明的另一方面，在用于安装磁场传感器的磁体的方法中提出，首先，设有市售的磁体用于装入构件中，其中磁体通常具有磁场轴线相对于磁体轴线的偏差。在随后的方法步骤中，对磁体检查偏差，必要时检查偏差的位置和大小，即一方面检查周角并且另一方面检查磁体轴线和磁场轴线之间的偏差角。在下一方法步骤中，由安装设备容纳磁体并且定位在构件中，即定位在设置在构件中的容纳开口中，其中同时执行偏差角的校正，使得磁场轴线与构件轴线重合。因此，在将磁体装入构件中时检测磁体处的错位和随后校正错位在一个工序中执行，而无需中间步骤。
根据本发明的另一方面，用于执行安装方法的设备具有转动臂，所述转动臂具有铰链式设置的第一支腿和相对于第一支腿弯曲的第二支腿，所述第二支腿具有用于容纳磁体的夹持头。经由铰链式的设置能够在装入磁体时校正偏差角，并且通过夹持头抓住磁体并且定位在构件中，使得校正偏差角并且使磁场轴线与构件轴线重叠。
附图说明
在附图中示出本发明的实施例并且在下文中详细描述，其中从说明书和/或附图中能够得出其他的特征和/或优点。附图示出：
图1a示出理论状态下的具有磁场的磁体，
图1b示出具有磁场的磁体，所述磁场具有磁场轴线的错位，
图2a示出用于测量磁体的磁体轴线和磁场轴线之间的角偏差(场角误差)的设备，
图2b示出以校正场角误差的方式将磁体安装在构件中的倾斜位置中，
图3a示出用于测量场角误差的根据图2a的设备，
图3b示出以校正场角误差的方式将磁体安装在构件中的轴平行的偏心的位置中，
图4a示出磁体的场角误差的测量，和
图4b示出借助通过塑料壳体中的金属嵌芯校正场角误差来安装磁体。
具体实施方式
图1a示出具有磁体轴线a的磁体M，其中磁体M优选圆柱形地构成并且磁体轴线a对应于圆柱轴线。原则上，磁体轴线a是磁体M的几何轴线。磁体M产生磁场F，所述磁场的场线走向相对于磁体轴线a对称地设置，即磁场轴线与磁体轴线a重合。磁场F和磁体M的视图因此对应于对于磁场传感器所要求的理论状态。
图1b示出具有磁体轴线a的市售的磁体M’，所述磁体轴线如上面阐述的那样对应于磁体M’的几何轴线。磁体M’产生磁场F’，所述磁场具有磁场轴线f，所述磁场轴线相对于磁体轴线a倾斜偏差角α。因此，磁场F’相对于磁体轴线a不对称地设置，使得磁体轴线a和磁场轴线f分开。偏差角α在下文中也称作为场角误差α。在市售的磁体M’中，因制造所决定出现正/负5°范围中的场角误差。如果将具有场角误差的这种磁体安装在用于角度测量的磁场传感器中，则测量结果存在角误差。本发明意图避免这种测量误差。
图2a示出用于容纳、测量和安装磁体M1的设备1，所述磁体产生存在场角误差α的磁场F1。圆柱形构造的磁体M1的几何轴线、即磁体轴线a与磁场F1的轴线、即磁场轴线f形成偏差角α，也称作场角误差α。设备1具有传感器元件2，所述传感器元件检测场角误差α。设备1经由铰链3可转动地设置并且具有在附图中大致水平伸展的第一支腿1a以及在附图中大致竖直伸展的第二支腿1b，将传感器元件2设置在所述第二支腿中。第二支腿1b在端侧具有夹持头1c，磁体M1容纳在所述夹持头中。
图2b示出在将磁体M1安装在构件4中时的可转动的设备1，所述构件具有用于磁体M1的容纳开口4a。构件4优选能够构成为球形铰链的球轴颈4，如其例如从本申请人的DE 102004 039 781 A1中已知。构件4或球轴颈4具有构件轴线b或球轴颈轴线b。如从视图中可见，设备1与图2a相比进行了转动，使得磁体轴线a相对于构件轴线b倾斜，更确切地说倾斜场角误差α。这引起，磁场轴线f与构件轴线b重合。因此，在视图中，磁场轴线f和构件轴线b竖直地设置。磁体M1的倾斜的位置能够通过将磁体M1与构件4粘贴来固定。除了倾斜之外，也能够经由设备1、尤其第二支腿1b的夹持头1c来设定径向偏移。
图3a示出在安装磁体M2时用于补偿场角误差的本发明的另一实施方式。图3a对应于图2a并且示出借助于铰链3可转动设置的用于测量场角误差α的设备1。磁体轴线设有附图标记a并且磁场轴线设有附图标记f。场角误差α、即磁场的倾斜经由传感器元件2检测。
图3b示出借助于设备1将磁体M2安装在构件4或球轴颈4的开口4a中，所述构件或球轴颈具有轴颈轴线或构件轴线b。从视图中可见，磁体轴线a相对于构件轴线b轴向平行地偏移，更确切地说偏移了偏移量e。因此，磁体M2偏心地设置在构成为具有轴线b的盲孔钻孔4a的容纳开口中。该实施方式相对于根据图2b的实施方式的优点在于，磁体M2平面地平放在容纳开口4a的底部上。
图4a示出具有磁场F的磁体M3，所述磁场的磁场轴线f相对于磁体轴线a倾斜并且具有场角误差α，所述场角误差通过传感器元件2检测。在图4a的右侧上示出磁体M3的俯视图并且设置在环形的塑料壳体5中，所述塑料壳体具有多个设置在圆周上的、圆柱形构成的腔5a。在这些腔5a的一些中(在视图中为三个腔)装入补偿体6，其构成为销或金属嵌芯6。补偿体6由导磁材料、优选由钢制成。钢销6具有将根据图4a的磁场F歪曲进而校正场角误差α的作用。
图4b示出具有塑料壳体5包括补偿体6的磁体M3，所述磁体装入具有构件轴线b的构件4的容纳开口4a中。从视图中可见，磁场F相对于构件轴线b对称地设置并且磁场轴线f以及磁体轴线a与构件轴线b重合。该实施方式的优点是，磁体M3中央地且平面地构建或者在需要时能够径向地以偏移量校正。
构件4也能够构成为球轴套铰链的球轴套，如其例如从本申请人的DE 103 58 763A1中已知。
附图标记列表
1 设备
1a 第一支腿
1b 第二支腿
1c 夹持头
2 传感器元件
3 铰链
4 构件/球轴颈
5 塑料壳体
5a 腔
6 补偿体/钢销
a 磁轴
b 构件轴
e 轴偏移
f 磁场轴
F 磁场
F' 具有错位的磁场
M 磁体
M' (市售的)磁体
M1 磁体
M2 磁体
M3 磁体
α 偏差角/场角误差

Claims (14)

1.一种磁场传感器，其具有磁体(M)，所述磁体产生具有磁场轴线(f)的磁场(F)，所述磁体具有磁体轴线(a)并且容纳在具有构件轴线(b)的、能围绕至少一个轴线运动的构件(4)中，其特征在于，所述磁体(M1，M2，M3)容纳在所述构件(4)中，使得所述磁场轴线(f)尽可能与所述构件轴线(b)重合。
2.根据权利要求1所述的磁场传感器，其特征在于，所述磁体(M)为圆柱体(M1，M2，M3)并且所述磁体轴线(a)为圆柱轴线(a)。
3.根据权利要求1或2所述的磁场传感器，其特征在于，所述磁体(M1)的所述磁体轴线(a)相对于所述构件轴线(b)倾斜地设置。
4.根据权利要求3所述的磁场传感器，其特征在于，所述磁场轴线(f)和所述磁体轴线(a)形成偏差角(α)，并且所述磁体轴线(a)相对于所述构件轴线(b)倾斜所述偏差角(α)。
5.根据权利要求1所述的磁场传感器，其特征在于，所述磁体(M2)的所述磁体轴线(a)轴向平行地以相对于所述构件轴线(b)的偏移量(e)设置。
6.根据权利要求5所述的磁场传感器，其特征在于，所述磁场轴线(f)和所述磁体轴线(a)形成偏差角(α)，并且所述偏移量(e)适配于所述偏差角(α)。
7.根据权利要求1所述的磁场传感器，其特征在于，所述磁体(M3)的所述磁体轴线(a)与所述构件轴线(b)重合，并且在所述磁体(M3)的圆周区域中设置有由导磁材料构成的补偿体(6)。
8.根据权利要求7所述的磁场传感器，其特征在于，所述磁体(M3)设置在环形的塑料壳体(5)中，在所述塑料壳体中能够存放所述补偿体(6)。
9.根据权利要求8所述的磁场传感器，其特征在于，所述塑料壳体(5)具有与所述磁体轴线(a)轴向平行地设置的、在圆周上分布的腔(5a)，所述腔用于容纳所述补偿体(6)。
10.根据权利要求7、8或9所述的磁场传感器，其特征在于，所述补偿体(6)是销或金属嵌芯。
11.根据上述权利要求中任一项所述的磁场传感器，其特征在于，所述构件为球形铰链的球轴颈(4)或为球轴套铰链的球轴套。
12.根据权利要求11所述的磁场传感器，其特征在于，所述球形铰链或球轴套铰链具有铰链壳体，并且在所述铰链壳体中将磁场敏感的传感器元件设置在所述磁体(M)的所述磁场(F)的区域中。
13.一种用于安装根据上述权利要求中任一项所述的磁场传感器的磁体(M)的方法，其特征在于，该方法具有如下方法步骤：
a)提供市售的磁体(M1，M2，M3)；
b)检查所述磁体(M1，M2，M3)由制造所引起的偏差，测量磁场轴线(f)与磁体轴线(a)的可能的偏差，并且确定偏差角(α)；
c)借助安装设备(1)容纳所述磁体(M1，M2，M3)并且在校正所述偏差角(α)的同时在所述构件(4)中定位所述磁体(M1，M2，M3)；和
d)将所述磁体(M1，M2，M3)紧固在所述构件(4)中，使得所述磁场轴线(f)与所述构件轴线(b)重合。
14.一种用于执行根据权利要求13所述的方法的设备，其特征在于，该设备设有转动臂(1)，所述转动臂具有铰链式设置的第一支腿(1a)和相对于所述第一支腿弯曲的第二支腿(1b)，所述第二支腿在端侧具有用于容纳所述磁体(M1，M2，M3)的夹持头(1c)。
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