CN118057114A - 行程传感器及具备其的行程传感器组件 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种行程传感器。行程传感器(3)检测直线运动的移动体(2)的位置。行程传感器(3)具有：磁场产生体(10A、10B)；支撑部(7)，其支撑磁场产生体(10A、10B)；以及磁场检测元件(12)，其检测磁场产生体(10A、10B)产生的磁场。支撑部(7)将移动体(2)的相对于磁场检测元件(12)的第1相对移动转换为磁场产生体(10A、10B)的相对于磁场检测元件(12)的第2相对移动。第1相对移动沿着第1直线路径(P1)进行，第2相对移动沿着第2直线路径(P2)进行，第2直线路径(P2)以与第1直线路径(P1)不同的角度延伸。

Description

行程传感器及具备其的行程传感器组件

技术领域

本申请基于作为2022年11月21日申请的日本申请的特愿2022-185841以及作为2023年3月3日申请的日本申请的特愿2023-032431，并且要求基于该申请的优先权。该申请的整体通过参照引用并入到本申请。

本公开涉及一种行程传感器(stroke sensor)及具备其的行程传感器组件。

背景技术

已知检测直线运动的移动体的位置的行程传感器。在日本专利第5013146号说明书中，公开了具有磁场检测元件和隔开间隔地安装于移动体的多个磁铁的行程传感器。通过移动体移动，多个磁铁在磁场检测元件的位置产生的磁场变化。磁场检测元件通过检测该磁场的变化，检测多个磁铁相对于磁场检测元件的相对位置，即移动体的位置。

发明内容

本公开的行程传感器检测直线运动的移动体的位置。行程传感器具有：磁场产生体；支撑部，其支撑磁场产生体；以及磁场检测元件，其检测磁场产生体产生的磁场。支撑部将移动体的相对于磁场检测元件的第1相对移动转换为磁场产生体的相对于磁场检测元件的第2相对移动。第1相对移动沿着第1直线路径进行，第2相对移动沿着第2直线路径进行，第2直线路径以与第1直线路径不同的角度延伸。

根据参照例示本申请的附图的以下所述的详细说明，上述的和其他的本申请的目的、特征和优点将变得足够清楚。

附图说明

图1是本公开的第1实施方式的行程传感器组件的概略立体图。

图2是示出图1所示的行程传感器组件和移动体的容纳体的概略立体图。

图3是图1所示的行程传感器组件的支撑部和元件搭载部的概略截面图。

图4～图5是示出图1所示的行程传感器组件的行程传感器与移动体的相对移动的概念图。

图6A～图6B是示出图1所示的行程传感器组件的第1及第2直线路径和指引路径的概念图。

图7是示出比较例的行程传感器组件的第1及第2直线路径和指引路径的概念图。

图8是示出图1所示的行程传感器组件的移动体的位置与传感器输出的关系的图表的一个例子。

图9是本公开的变形例的行程传感器组件的支撑部和元件搭载部的概略截面图。

图10是示出本公开的另一变形例的行程传感器组件的行程传感器与移动体的相对移动的概念图。

图11是示出图10所示的行程传感器组件的第1及第2直线路径和指引路径的概念图。

图12是本公开的另一变形例的行程传感器组件的支撑部和元件搭载部的概略截面图。

图13是图12所示的行程传感器组件的支撑部和元件搭载部的概略截面图。

图14A～图14C是示出图12所示的行程传感器组件的支撑部的相对移动的概念图。

具体实施方式

在日本专利第5013146号说明书公开的行程传感器中，由于多个磁铁隔开间隔地设置，因此在移动体的移动范围大的情况下磁铁的间隔扩大。由此，多个磁铁产生的磁场的强度不足，有时移动体的位置检测性能降低。通过提高磁场强度，能够抑制移动体的位置检测性能的降低，但需要磁铁的大型化或矫顽力高的磁性材料的使用等，有磁铁和行程传感器的成本增加的可能性。

根据本公开，能够提供一种能够确保移动范围大的移动体的位置检测性能并控制成本的行程传感器。

下面参照附图，对本公开的行程传感器组件和行程传感器的实施方式进行说明。本实施方式的行程传感器组件1和行程传感器3的用途并不限定，能够适用于汽车、二轮车等车辆、工业机械等，特别地，能够适用于移动范围大的移动体的位置检测。在以下的说明和附图中，X方向是移动体2的移动方向，Y方向是与设置有指引路径P3的面正交的方向，与X方向正交。Z方向是与X方向和Y方向正交的方向。虽然在以下的说明中使用相对移动这样的术语，但是以上下文判断2个构件中的哪一个移动。例如，构件A相对于构件B相对移动这样的记载，在构件A固定的情况下解释为构件B移动，在构件B固定的情况下解释为构件A移动。

【第1实施方式】

图1示出行程传感器组件1的概略立体图，图2示出行程传感器组件1和其容纳体4的概略立体图。行程传感器组件1具有直线运动的移动体2和检测移动体2的位置的行程传感器3。如图2所示，移动体2容纳于壳体(housing)等容纳体4，能够在容纳体4的内部沿着X方向滑动(slide)。即，移动体2具有与X方向平行的第1直线路径P1，移动体2沿着第1直线路径P1在X方向上移动。容纳体4固定于车辆或机械的主体(未图示)。第1直线路径P1与移动体2的X方向的中心线C1大致一致。移动体2的一端2A设置于容纳体4的外部，与驱动机构(未图示)连结。行程传感器3大部分设置于容纳体4的外部。在移动体2的与行程传感器3相对的面固定有具备狭缝(slit)6的指引板5，如后述那样，行程传感器3通过狭缝6与移动体2连接。

图3示出行程传感器3的概略截面图。行程传感器3具有：支撑部7，其支撑2个磁场产生体10A、10B；以及元件搭载部11，其具备磁场检测元件12。磁场产生体10A、10B是磁铁，与磁场检测元件12相对的面的磁极相互反向(即，一个为N极，另一个为S极)。磁场产生体10A、10B与磁轭(yoke)16连接。磁轭16具有提高磁场产生体10A、10B的磁通密度，抑制磁场产生体10A、10B的尺寸的增加的功能。磁铁的数量不限于2个，也能够配置3个以上的磁铁。在配置3个以上的磁铁的情况下，3个以上的磁铁配置为相互相邻的磁铁的磁极相互反向。另外，也能够只设置一个磁铁。在该情况下，磁铁的磁化方向可以是Y方向、Z方向中的任一者。

支撑部7由树脂或非磁性的金属构成，支撑部7与磁场产生体10A、10B以嵌合、粘接、嵌件(insert)成形等适当的方法一体化。或者，也可以使用塑磁(plastic magnet)一体形成支撑部7和磁场产生体10A、10B。支撑部7具有大致T字型的形状。支撑部7具有：第1引导(guide)部8，其与狭缝6嵌合并由狭缝6指引；以及第2引导部9，其嵌合于元件搭载部11的槽14。第1引导部8是大致圆筒状的构件。第2引导部9具有与槽14相同的截面形状，在X方向上具有细长的形状(图5)，但第2引导部9的形状并不限定。

元件搭载部11由树脂或非磁性的金属构成，固定于容纳体4。元件搭载部11也可以固定于车辆或机械的主体(未图示)。元件搭载部11大致为长方体。元件搭载部11具有指引第2引导部9的槽14。槽14构成以与第1直线路径P1(参照图6A～6B)不同的角度延伸的第2直线路径P2(参照图6A～6B)。由于槽14与元件搭载部11的相互相对的2个面平行地设置，因此能够抑制元件搭载部11的容积的增加。在本实施方式中，第1直线路径P1(移动体2的移动路径)或其延长线与第2直线路径P2(槽14延伸的路径)或其延长线正交。即，槽14沿着Z方向延伸。支撑部7能够经由槽14相对于元件搭载部11或磁场检测元件12沿着Z方向相对移动。

磁场检测元件12检测由磁场产生体10A、10B产生的磁场。磁场检测元件12的结构没有特别限定，能够使用磁阻效应元件(例如AMR元件、TMR元件、GMR元件)或霍尔元件。磁场检测元件12搭载于基板13，通过基板13进行与外部的信号的收发。磁场检测元件12检测由磁场产生体10A、10B形成的Y方向的磁场和Z方向的磁场，根据这些合成磁场所成的角度检测相对于磁场产生体10A、10B的相对位置。

图4示出移动体2(指引板5)相对于行程传感器3相对移动的样子。行程传感器3位于固定的位置。在图4的(A)中，行程传感器3位于狭缝6的对应区间S2(参照图6A～6B)的右端，在图4的(B)中，行程传感器3位于狭缝6的对应区间S2的中央部，在图4的(C)中，行程传感器3位于狭缝6的对应区间S2的左端。图5是与图4同样的图，但为了方便，以移动体2固定且行程传感器3移动的方式进行描绘。图6A是将图5示意化的图，第1及第2直线路径P1、P2和指引路径P3由这些中心线表示。

如上述那样，移动体2具有狭缝6。狭缝6构成指引支撑部7的指引路径P3，支撑部7沿着狭缝6相对于移动体2相对移动。通常时，移动体2沿着X方向移动特定的范围(以下称为通常移动范围S1)。因此，支撑部7的第1引导部8在对应于通常移动范围S1的区间(以下称为对应区间S2)与狭缝6卡合。如后述那样，狭缝6在对应区间S2的外侧具备附加区间S4，但通常时第1引导部8不会侵入到附加区间S4。在对应区间S2中，指引路径P3在X-Z面沿着从X轴稍微倾斜的方向直线状地延伸。指引路径P3不限于直线，例如也可以是正弦波状，但从狭缝6的加工成本的观点出发能够是直线状。移动体2的通常移动范围S1根据行程传感器组件1的应用例而不同，小的情况下为几十mm，大的情况下为几百mm。狭缝6的宽度在其全长上恒定，设定为比第1引导部8的直径稍大的值。

行程传感器3如下进行动作。首先，假设移动体2沿着X方向移动。由于行程传感器3的元件搭载部11固定，因此移动体2向X方向的移动与相对于元件搭载部11或磁场检测元件12的X方向的相对移动等价。将该相对移动称为第1相对移动。移动体2的第1相对移动沿着与X轴平行的第1直线路径P1进行。

行程传感器3的支撑部7或磁场产生体10A、10B相对于移动体2沿着狭缝6相对移动。即，行程传感器3的支撑部7相对于移动体2沿着X方向和Z方向这2个方向相对移动。但是，由于支撑部7或磁场产生体10A、10B由元件搭载部11的槽14在X方向上限制，因此相对于元件搭载部11或磁场检测元件12只沿着Z方向相对移动。将该相对移动称为第2相对移动。第2相对移动沿着第2直线路径P2进行。这样，支撑部7将移动体2相对于磁场检测元件12的第1相对移动转换为磁场产生体10A、10B相对于磁场检测元件12的第2相对移动。

第2直线路径P2比第1直线路径P1更短。如果将L1设为沿着第1直线路径P1的移动体2的通常移动范围S1的长度，将L2设为第2直线路径P2的对应于L1的长度，即移动体2的通常移动时支撑部7沿着第2直线路径P2的移动范围的长度，则L1>L2。在将第1直线路径P1与指引路径P3的对应区间S2所成的角度设为θ时，比率L2/L1等于tanθ。

假设在沿着第1直线路径P1设置有磁场检测元件12和磁场产生体10A、10B的情况下，为了在沿着第1直线路径P1的通常移动范围S1的整个区域得到需要的磁场强度，需要提高磁场产生体10A、10B的磁场强度。但是，这牵涉到磁场产生体10A、10B的大型化或行程传感器3的成本增加。在本实施方式中，由于将第1直线路径P1转换为第2直线路径P2，因此磁场产生体10A、10B的移动范围缩短，能够抑制磁场产生体10A、10B的大型化和行程传感器3的成本增加。另一方面，如果长度L2过短，则行程传感器3的分辨率降低，因此长度L2能够设定为适当的范围。比率L2/L1能够由角度θ调整。

指引路径P3具有在移动体2的对应区间S2的外侧与对应区间S2连接的至少一个附加区间S4。在本实施方式中，在对应区间S2的两侧设置有附加区间S4。2个附加区间S4的长度相同，但也可以不同。在第1直线路径P1中，在通常移动范围S1的两侧也设置有对应于附加区间S4的区间S3。将通常移动范围S1和2个区间S3合并的区间相当于移动体2能够物理移动的范围。

由于附加区间S4设置于对应区间S2的外侧，因此通常支撑部7的第1引导部8不会侵入到附加区间S4。但是，在第1引导部8由于某些理由向对应区间S2的外侧移动的情况下，如果没有附加区间S4，则第1引导部8或狭缝6有破损的可能性。另外，在制造行程传感器3时，为了检查或调整等目的，也有使第1引导部8移动到对应区间S2的外侧的可能性。在这些情况下，附加区间S4能够容纳第1引导部8。在第1引导部8动作时或制造时，在只向对应区间S2的一端的外侧移动的可能性高的情况等，附加区间S4也可以只设置于对应区间S2的一侧。

附加区间S4将对应区间S2的端部作为起点并沿着与第1直线路径P1平行的方向延伸。图7示出比较例的附加区间S4。如果将与第1直线路径P1平行且通过对应区间S2的重心或中心的直线设为基准直线C2(参照图5，在图7中与P1一致)，则附加区间S4从对应区间S2的端部沿着接近基准直线C2的方向延伸。移动体2有在通常移动范围S1的任意的位置停止的可能性，但如果之后移动体2移动，则施加于磁场检测元件12的磁场发生变化，因此能够知道移动体2的移动方向。但是，在移动体2在通常移动范围S1的端部停止之后移动的情况下，无论移动体2沿着哪个方向移动，支撑部7都沿着相同的方向(沿着朝向基准直线C2的方向)移动。其结果，由于磁场产生体10A、10B也沿着相同的方向移动，因此磁场检测元件12不能够检测移动体2的移动方向。

在本实施方式中，在移动体2从通常移动范围S1的端部向通常移动范围S1的内部移动的情况下，磁场产生体10A、10B相对于磁场检测元件12移动。因此，磁场检测元件12检测的磁场变化。与此相对，在移动体2从通常移动范围S1的端部向通常移动范围S1的外部移动的情况下，支撑部7沿着指引路径P3在X方向上平行移动。由于磁场产生体10A、10B相对于磁场检测元件12不相对移动，因此磁场检测元件12检测的磁场恒定。基于这些差异，能够检测移动体2的移动方向。

由此能够理解，附加区间S4只要不将对应区间S2的端部作为起点并沿着接近基准直线C2的方向延伸即可，因此也可以沿着离开基准直线C2的方向延伸。例如，如图6B所示，附加区间S4也可以与对应区间S2的延长线一致。在该情况下，狭缝6在两端间成为直线状，因此加工容易。另外，在移动体2从通常移动范围S1的端部向通常移动范围S1的内部移动的情况和向外部移动的情况下，磁场检测元件12检测的磁场不同，因此在本变形例中也能够检测移动体2的移动方向。

狭缝6的宽度能够在其全长上恒定。即，附加区间S4的宽度能够与对应区间S2的宽度大致相同。当附加区间S4的宽度大于对应区间S2的宽度时，在附加区间S4的内部第1引导部8的Z方向的位置不稳定，有产生与上述的同样的问题的可能性。

图8示出计算本实施方式中的行程传感器3的位置检测特性，即移动体2的位置与传感器输出的关系的结果的一个例子。移动体2的位置与传感器输出的关系大致为线性，得到良好的特性。此外，由于线性度能够通过修正传感器输出来改善，因此即使传感器输出的线性度稍差也不会成为大的问题。

【变形例】

虽然对本公开的实施方式进行说明，但不限于本公开的该实施方式。例如，指引路径P3不限于狭缝6。图9示出本实施方式的变形例。指引路径P3是槽15。即，指引路径P3在指引板5的厚度方向的途中结束。虽然省略了图示，但是指引路径P3也可以是轨道(rail)那样的细长的突起。或者，也能够设置多个指引路径P3。

图10和图11示出指引路径P3的另一结构。图10对应于图5，图11对应于图6A。指引路径P3的对应区间S2或对应区间S2的延长线与第2直线路径P2’或第2直线路径P2’的延长线正交。由此，能够使第2直线路径P2’较第1实施方式更长。具体而言，如果将L2’设为第2直线路径P2’的对应于L1的长度，即移动体2的通常移动时支撑部7的沿着第2直线路径P2’的移动范围的长度，则L2’>L2。由此，与第1实施方式相比，能够提高行程传感器3的分辨率。

【另一变形例】

图12～14示出本实施方式的另一变形例。图12是对应于图3的图，示出从X方向观察的行程传感器3的概略截面。图13是沿着图12的A-A线的截面图，示出从Y方向观察的行程传感器3的概略截面。图13中一并示出狭缝6。参照图13，第2引导部9在支撑磁场产生体10A、10B的部分的Y方向侧具有弹性构件21的容纳部22。容纳部22具有第1环状槽23。元件搭载部11具有与第1环状槽23相对的第2环状槽24。在第1环状槽23和第2环状槽24支撑有由螺旋弹簧构成的弹性构件21的两端部。弹性构件21由作为固定部的第2环状槽24支撑，对作为可动部的第1环状槽23的底部施加弹力。其结果，总是对支撑部7施加-Z方向的力。换言之，弹性构件21将第1引导部8相对于狭缝6在-Z方向上付势。

图13示出第1引导部8和狭缝6的位置关系。虽然在图中夸张地表示，但在第1引导部8和狭缝6之间设置有间隙(gap)G。由于第1引导部8嵌合于狭缝6，因此如果考虑制作误差，则难以消除间隙G。第1引导部8相对于狭缝6双向(+Z方向和-Z方向)地相对移动。假设没有弹性构件21的付势力。第1引导部8随着向狭缝6的+X方向的移动，一边抵接于狭缝6的一个面6B，一边向+Z方向移动。第1引导部8随着向狭缝6的-X方向的移动，一边抵接于狭缝6的另一个面6A，一边向-Z方向移动。其结果，当第1引导部8相对于狭缝6位于X方向的某个特定的相对位置时，第1引导部8相对于狭缝6的Z方向的相对位置根据移动方向偏移间隙G的量。由此，第1引导部8的X方向的位置与Z方向的位置的关系不是一对一的，而是描绘滞后现象(hysteresis)。滞后现象成为行程传感器3的误差的一个原因。另外，由于第1引导部8在安装了行程传感器3的车辆等发生振动或冲击时与狭缝6碰撞而受到振动或冲击，因此在长时间使用时也成为行程传感器3的故障的一个原因。

在图14A～14C中示出行程传感器组件1的支撑部7的相对移动。在图14A中，支撑部7位于槽14的一端侧，在图14B中，支撑部7位于槽14的中间，在图14C中，支撑部7位于槽14的另一端侧。弹性构件21在支撑部7的Z方向的整个移动范围被压缩(产生-Z方向的付势力)。无论支撑部7位于槽14的哪个位置，弹性构件21都将第1引导部8相对于狭缝6在-Z方向上付势，因此，与第1引导部8的移动方向无关，第1引导部8抵接于狭缝6的相同的面。因此，能够抑制上述的滞后现象的发生。

在本变形例中，由于第1引导部8仅抵接于狭缝6的面6B(参照图13)，因此能够省略狭缝6的面6A。例如，在图14A～14C中，能够省略指引板5的半部5A，只要设置半部5B就足够。在该情况下，指引板5可以不是图1所示的矩形，而是例如用其对角线分割该矩形而得到的三角形那样的形状，因此能够减少物量。即，在本变形例中，指引路径P3也可以是狭缝6或槽15，但只要至少具有第1引导部8抵接的平面部(在本变形例中为斜坡(slope)状的面6B)即可。

第1环形槽23的中心线和第2环形槽24的中心线可以位于沿着Z方向延伸的一个直线上。换言之，弹性构件21的弹性变形轴，即螺旋弹簧的中心轴可以与第2直线路径P2(Z方向)平行。由此，能够降低第1引导部8相对于狭缝6滑动时的摩擦力。在本变形例中，示出了指引路径为狭缝6的例子，但即使指引路径为槽，也能够具有同样的结构。

虽然详细示出和说明了本发明的一些优选的实施方式，但是应当理解的是，可以在不脱离所附权利要求的精神或范围的情况下进行各种改变和修改。

符号的说明

1…行程传感器组件，2…移动体，3…行程传感器，6…狭缝，7…支撑部，8…第1引导部，9…第2引导部，10A、10B…磁场产生体，11…元件搭载部，12…磁场检测元件，14…槽，P1…第1直线路径，P2、P2’…第2直线路径，P3…指引路径，S1…通常移动范围，S2…对应区间，S4…附加区间。

Claims (16)

1.一种行程传感器，其中，

是检测直线运动的移动体的位置的行程传感器，

所述行程传感器具有：

磁场产生体；

支撑部，其支撑所述磁场产生体；以及

磁场检测元件，其检测所述磁场产生体产生的磁场，

所述支撑部将所述移动体的相对于所述磁场检测元件的第1相对移动转换为所述磁场产生体的相对于所述磁场检测元件的第2相对移动，

所述第1相对移动沿着第1直线路径进行，所述第2相对移动沿着第2直线路径进行，所述第2直线路径以与所述第1直线路径不同的角度延伸。

2.根据权利要求1所述的行程传感器，其中，

所述第2直线路径比所述第1直线路径更短。

3.根据权利要求1或2所述的行程传感器，其中，

所述移动体具有指引所述支撑部的指引路径，所述支撑部沿着所述指引路径，相对于所述移动体相对移动。

4.根据权利要求3所述的行程传感器，其中，

具有：元件搭载部，其具备所述磁场检测元件，

所述元件搭载部具有所述第2直线路径，所述支撑部沿着所述第2直线路径，相对于所述磁场检测元件相对移动。

5.根据权利要求4所述的行程传感器，其中，

所述指引路径是狭缝或槽，

所述支撑部具有嵌合于所述狭缝或所述槽的第1引导部。

6.根据权利要求4所述的行程传感器，其中，

所述指引路径具有平面部，

所述支撑部具有将所述第1引导部相对于所述平面部付势的弹性构件。

7.根据权利要求6所述的行程传感器，其中，

所述弹性构件的弹性变形轴与所述第2直线路径平行。

8.根据权利要求4～7中任一项所述的行程传感器，其中，

所述第2直线路径是槽，

所述支撑部具有嵌合于所述槽的第2引导部。

9.根据权利要求3所述的行程传感器，其中，

所述指引路径的对应于所述移动体的通常移动范围的对应区间为直线状。

10.根据权利要求9所述的行程传感器，其中，

所述指引路径在所述对应区间的外侧具有与所述对应区间连接的至少一个附加区间，所述至少一个附加区间将所述对应区间的端部作为起点并沿着与所述第1直线路径平行的方向延伸。

11.根据权利要求9所述的行程传感器，其中，

所述指引路径在所述对应区间的外侧具有与所述对应区间连接的至少一个附加区间，所述至少一个附加区间将所述对应区间的端部作为起点并沿着离开与所述第1直线路径平行且通过所述对应区间的中心的直线的方向延伸。

12.根据权利要求11所述的行程传感器，其中，

所述附加区间与所述对应区间的延长线一致。

13.根据权利要求10～12中任一项所述的行程传感器，其中，

所述附加区间的宽度与所述对应区间的宽度大致相同。

14.根据权利要求1所述的行程传感器，其中，

所述第1直线路径或其延长线与所述第2直线路径或其延长线正交。

15.根据权利要求9所述的行程传感器，其中，

所述指引路径的所述对应区间或所述对应区间的延长线与所述第2直线路径或所述第2直线路径的延长线正交。

16.一种行程传感器组件，其中，

具有：

权利要求1～15中任一项所述的行程传感器；以及

所述移动体。