專利名稱：用于測定物體的軸向位置和/或角度位置的裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于測定在一個殼體中相對于該殼體可運動的物體的軸向位置、和/或角度位置的裝置，所述物體支承著一個永磁系統，具有一個在殼體之上或者在殼體之中、在永磁系統的磁場作用范圍中所設置的磁場敏感的傳感器系統。
背景技術：
EP0695879B1公開的這種類型的裝置用于測定工作缸的活塞桿的軸向位置。為此，一個在活塞桿上沿縱向方向設置的永磁系統從缸蓋中的一個磁場傳感器旁邊經過。為了在活塞桿運動時使永磁系統保持在磁場傳感器的檢測區域中，這個活塞桿必須是不旋轉的。這點是通過形成具有方形橫截面的活塞桿達到的。然而制造方形的活塞桿和也具有方形截面的相應的導向機構很是費事，而且成本也高，其中此外還需要一種可旋轉性。
發明內容
本發明的任務是提供一種本文開頭所述類型的裝置，在該裝置中即使可運動的物體在轉動時也能精確地測定位置。
根據本發明這個任務是通過下述措施完成的，即物體圍繞它的縱向軸線可轉動地設置在殼體中，并且在一定的旋轉角位置處支承著永磁系統；所述傳感器系統由多個環形地圍繞該物體設置的傳感器構成。
根據本發明的裝置的優點特別是在于，無論是在物體轉動時的角度位置還是軸向位置均可與相應的轉動無關地進行精確測定。在這種情況中，該裝置可以僅用于角度位置測定，或者僅用于軸向位置的測定，或者用于這二者。該物體例如可旋轉對稱地進行設計，這導致簡單和成本有利的生產。在測量軸向位置時不再要求不轉動。
通過在從屬權利要求中所列舉出的措施可對在權利要求1中所說明的裝置進行有利的改進和完善。
為了連續地測定軸向位置，所述永磁系統由一列沿物體的縱向方向延伸的、且具有依次交替極性的單個磁鐵或者磁化區域而構成，其中，該物體也縱向可移動地設置在殼體中。在這種情況中，每個單磁鐵或者磁化區域沿該物體的圓周方向的寬度基本與傳感器沿圓周方向的距離相應。通過這一措施保證與活塞桿的轉動無關地總是有至少一個傳感器可以探測所述位置。
在一種優選的方案中，傳感器系統由傳感器對構成，其中，每對傳感器由兩個傳感器組成，用于測定永磁系統的磁場的軸向和徑向的磁場分量。通過這一措施也可測定物體的運動方向，這樣，例如也能可靠地測定、并且在分析時也能考慮運動方向的變化。為此，每個單個磁鐵或者磁化區域沿物體的縱向方向的長度基本上相應于一對傳感器的傳感器的兩倍距離，以保證總有一對傳感器位于永磁系統的磁場的作用區域之中。
所述傳感器系統的每個傳感器最好與一個用于測定物體的角度位置、和/或縱向位置的分析機構相連接，其中，優選地該分析機構包括一個多路復用器和一個微控制器。通過這一措施可通過多路復用器將單個的傳感器對的信號讀入到微控制器中，其中在那里選擇對位置測量有關的傳感器對。
在一種有利的方案中，所述物體設計成一個在一個構成為圓筒殼體的殼體中可移動的活塞的活塞桿。在這種情況中特別是殼體的缸蓋適合用于容納傳感器系統。
所述傳感器系統的傳感器以有利的方式設計成霍耳傳感器，特別是二維霍耳傳感器、和/或MR傳感器(magnetoresistive Sensoren-磁阻傳感器)。
在附圖中示出本發明的一種實施例。在下述描述中對該實施例進行詳細說明。這些附圖是圖1一個在圖2中示出的工作缸的缸蓋的沿剖面線A-A的截面圖；圖2工作缸的部分俯視圖。
具體實施例方式
在圖1和圖2所示的實施例中，對于所述根據本發明的裝置在一工作缸10中的使用情況進行了說明，該裝置用于測定在一殼體中相對于該殼體可運動的物體的軸向位置、和/或角度位置。工作缸10在一側通過一個缸蓋11進行封閉，其中，未示出的對置側也可具有一個缸蓋。一個設置有活塞桿12的活塞13在工作缸10中可軸向、或者可縱向移動地被導向。在這種情況中，活塞桿12穿過缸蓋11的一個相應的通孔14。活塞13和活塞桿12為旋轉對稱設計，也就是說，除了軸向運動外也可作旋轉運動。
活塞桿12在它的外圓周的一個部位處沿縱向方向支承著一個縱長延伸的永磁系統15。該永磁系統由多個接連排列的單個磁鐵16構成。這些單個磁鐵沿活塞桿12的縱向方向被磁化。通過這些單個磁鐵16如此方式的相應的接連排列即各相同的極緊靠設置，就得到一種沿縱向方向具有交替的北極和南極的磁化。當然也可替代地采用一種相應磁化的帶形的整體的永磁系統。
傳感器系統17定位在缸蓋11中。該傳感器系統由多個單個的磁場敏感的傳感器18構成。它們圍繞通孔14設置，并且因此環形地包圍著活塞桿12。這些傳感器18最好是二維霍耳傳感器，然而也可使用其它已公開的磁場敏感的傳感器，例如一維霍耳傳感器、MR-傳感器等。
圍繞通孔14設置的傳感器18分別成對地設置，也就是每兩個傳感器沿活塞桿12的縱向方向一個接一個地設置。在這種情況中，其中一個傳感器用于測定軸向場分量，而另一傳感器用于測定永磁系統15的磁場的徑向場分量。在使用二維霍耳傳感器時一對傳感器的兩個傳感器分別通過這樣一種傳感器形成。為了保證總是有至少一對傳感器、或者一個二維霍耳傳感器來檢測活塞桿的位置，每單個磁鐵16沿活塞桿12的縱向方向的長度a基本上相應于每對傳感器的兩個傳感器18的兩倍的距離p’。此外，每單個磁鐵16在活塞桿12的圓周方向上的寬度b基本上大于所述傳感器對在圓周方向上的距離p。為了簡化圖示，在附圖中這些尺寸數據沒有相應地重復給出。同樣，這些尺寸參數也是看作優選的尺寸數據。
為了進行計算，傳感器系統17的每個傳感器對的每個傳感器18與一個分析機構19相連接。這個分析機構19用于求出活塞桿12的軸向位置、和/或角度位置，以及因此求出活塞13的相應位置。為此，分析機構19例如包括一個多路復用器。通過該多路復用器將單個的傳感器對的信號讀入到計算機19的微控制器中。通過這一措施識別出正好和永磁系統15相對置的那對傳感器，這樣從中可求出活塞桿12的角度位置。通過這種方式選擇出的傳感器對的信號也用于測定軸向位置。當活塞桿12沿縱向方向運動時，每對傳感器在經過一個單個的磁鐵或者磁極時產生一個與軸向場分量以及一個與徑向場分量相對應的信號。這些信號相應于正弦曲線或者余弦曲線，并且可通過形成反正切(arctan-Bildung)而計算出。通過這兩個信號的組合可以十分精確地確定所述位置，并且特別是也可以確定永久磁鐵是在傳感器系統的右邊還是在其左邊。通過對如此接收的信號所進行的上行計數或者下行計數可求出相應的角度位置。
在一種更為簡單的方案中、或者在一種只應測定角度位置的方案中，也可以放棄傳感器對，也就是說，那么就環形地圍繞通孔14或者活塞13只設置單個傳感器，或者可將一對傳感器的兩個傳感器集成在一個傳感器中，或者如已提到的設計成二維傳感器。
當然，根據本發明的用于測定位置的裝置并不局限在工作缸中的應用，而是凡是一個物體在一個殼體中或者在一個殼體式的支座中軸向運動、和/或轉動的地方均可應用。在這種情況中，根據本發明的裝置既可與相應的角度位置無關地僅測定軸向位置，也可以單獨地測定角度位置；或者既測定軸向位置也測定角度位置。若只需測定角度位置，則可替代縱長延伸的永磁系統15也可使用一種短的永磁系統。這種永磁系統例如只具有一個唯一的單個磁鐵。
代替在圖中所示的作為在缸蓋11中集成的系統或者所使用的系統的環形的傳感器系統17的布局，也可將傳感器系統17設置在缸蓋11上，或者設置在它環形地包圍活塞桿12的其它部位上。在這種情況中，所述傳感器對的角度測定范圍必須總是大于永磁系統15的漏泄磁場的角度范圍。
權利要求
1.用于測定在一殼體中相對于該殼體可運動的物體的軸向位置、和/或角度位置的裝置，所述物體支承著一個永磁系統，具有在殼體上或者在殼體中在永磁系統的磁場作用范圍里設置的磁場敏感的傳感器系統，其特征在于，該物體(12)圍繞它的縱軸線可轉動地設置在殼體(10、11)中，并且在一確定的旋轉角位置上支承著永磁系統(15)；并且傳感器系統(17)由多個環形地圍繞該物體(12)設置的傳感器(18)組成。
2.按照權利要求1所述的裝置，其特征在于，永磁系統(15)由一列沿物體(12)的縱向方向延伸的單個磁鐵(16)或者磁化區域構成，這些磁鐵或磁化區域具有依次交替的極性；并且物體(12)也可縱向移動地設置在殼體(10、11)中。
3.按照權利要求2所述的裝置，其特征在于，每個單個磁鐵(16)沿物體(12)的圓周方向的寬度(b)基本上與傳感器(18)在圓周方向上的距離(p)相同，或者大于該距離(p)。
4.按照權利要求2或3所述的裝置，其特征在于，傳感器系統(17)由傳感器(18)對構成，其中，每對由兩個傳感器(18)或者由一個二維傳感器構成，用于測定永磁系統(15)的磁場的軸向和徑向的磁場分量。
5.按照權利要求4所述的裝置，其特征在于，每個單磁鐵(16)或者磁化區域在物體(12)的縱向方向上的長度(a)基本上相應于一個傳感器對的傳感器(18)的兩倍的距離(p’)。
6.按照前述權利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，傳感器系統(17)的每個傳感器(18)的角度測定區域比永磁系統(15)的漏泄磁場的角度區域要大。
7.按照前述權利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，傳感器系統(17)的每個傳感器(18)與用于測定物體(12)角度位置、和/或軸向位置(縱向位置)的分析機構(19)相連接。
8.按照權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述分析機構(19)包括一個多路復用器和一個微控制器。
9.按照前述權利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，該物體(12)是旋轉對稱的。
10.按照前述權利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，物體(12)是一個在一個構成為圓筒殼體的殼體(10、11)中可移動的活塞(13)的活塞桿。
11.按照權利要求10所述的裝置，其特征在于，傳感器系統(17)設置在殼體(10、11)的圓筒蓋(11)之上或者之中。
12.按照前述權利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，傳感器系統(17)的傳感器(18)是霍耳傳感器、和/或MR-傳感器。
13.按照權利要求12所述的裝置，其特征在于，霍耳傳感器是二維霍耳傳感器。
全文摘要
本發明建議一種用于測定在一殼體(10、11)中相對于該殼體可運動的物體的軸向位置、和/或角度位置的裝置，該物體支承著一永磁系統(15)。在該殼體(10、11)之上或者在其中，在永磁系統(15)的磁場作用范圍中設置一磁場敏感的傳感器系統(17)。該物體(12)圍繞它的縱軸線可轉動地設置在殼體(10、11)中，并且在一確定的旋轉角位置上支承著永磁系統(15)。傳感器系統(17)由多個環形地圍繞著該物體(12)設置的傳感器構成。這樣就可以簡單地且與物體(12)的各角度位置無關地測定所述軸向位置、和/或角度位置。
文檔編號G01B7/30GK101025358SQ20071000599
公開日2007年8月29日 申請日期2007年2月25日 優先權日2006年2月18日
發明者T·萊寧杰 申請人:費斯托合資公司