專利名稱：行程量檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于檢測行進對象的行程的量的行程量檢測裝置。
背景技術：
在常規的行程量檢測裝置中，磁傳感器元件根據行進對象的線性運動相對于作為磁場生成構件的磁體移動。基于從磁傳感器元件生成的輸出信號來檢測所述對象的行程的量。例如，對應于US6211668的JP2000-180114A和JP2008-45919A描述了用于相對于行程量改善輸出信號的線性度的發明。在JP2000-180114A描述的磁位置傳感器中，錐形磁體在平行于磁傳感器元件移動所沿的線的方向上彼此相對。同樣地，在磁傳感器元件的行程范圍的兩側，例如在行程范圍的第一側和第二側上設置相對的錐形磁體。因此，錐形磁體之間的距離，也就是說，錐形表面之間的空氣間隙的寬度朝著行程范圍的中間位置增加并且根據距離中間位置的距離減小。在行程范圍的第一側上的錐形磁體在相同方向上被磁化。同樣地，在行程范圍的第二側上的錐形磁體在相同方向上被磁化，但是是在與第一側上的錐形磁體的相反方向上被磁化。在這種結構中，由于磁傳感器元件相對于錐形磁體移動，所以由磁性傳感器元件檢測到的磁通量密度以強-弱-強的方式持續改變。此外，在第一側和第二側之間的磁通量的方向相反。在JP2008-45919A描述的位置檢測裝置中，在行程范圍的兩側，例如在行程范圍的第一側和第二側上設置磁體。此外，在行程范圍的第一側上，磁體在垂直于行程方向的方向上彼此相對。同樣地，在行程范圍的第二側上，磁體在垂直于行程方向的方向上彼此相對。相對的磁體在相同的方向上被磁化，但是在第一側上的磁體和在第二側上的磁體是在不同的方向上被磁化。因此，在行程范圍的第一側和第二側之間磁通量的方向相反。在JP2000-180114A描述的磁位置傳感器中，如果設置磁體使得錐形表面相對于磁傳感器元件移動所沿的線由于加工誤差或者安裝誤差導致成不平等的角度，則可能產生檢測誤差。此外，在垂直于行程方向的方向上相對的磁體在相同的方向上被磁化的情況下， 如同JP2000-180114A中所描述的磁位置傳感器和JP2008-45919A中所描述的位置檢測裝置，如果磁傳感器元件的位置偏離行程方向，例如在垂直于行程方向上，則檢測磁通量密度改變，導致檢測誤差。因此，魯棒性將不夠。也就是說，系統特性抵抗設計中的誤差和干擾而保持當前狀態的特性將不夠。
發明內容
考慮到上述問題做出本發明，并且本發明的目的在于提供一種具有足夠魯棒性的行程量檢測裝置。根據本發明的一方面，一種行程量檢測裝置包括第一磁場生成構件、第二磁場生成構件以及磁傳感器單元。所述第二磁場生成構件關于垂直于對象沿其行進的直的行進軸的方向與所述第一磁場生成構件相對。所述第二磁場生成構件和所述第一磁場生成構件關于垂直于所述行進軸的方向在相反的方向上被磁化。磁傳感器單元能夠沿著直的移動軸在所述第一磁場生成構件和所述第二磁場生成構件之間的區域移動，所述直的移動軸根據對象的行進運動相對于所述第一磁場生成構件和所述第二磁場生成構件平行于所述直的行進軸。所述磁傳感器單元具有面向平行于所述移動軸的方向的磁敏表面，以用于檢測所述對象的行程的量。在這種配置下，所述第一磁場生成構件和所述第二磁場生成構件在相反的方向上被磁化。也就是說，所述第一磁場生成構件和所述第二磁場生成構件被磁化，使得其相對側具有相同的磁極。因此，在所述第一磁場生成構件和所述第二磁場生成構件之間的磁通量彼此排斥，并且因此磁通量的向量沿著移動軸，也就是說在行進方向上是均勻的。另外，磁傳感器單元的磁敏表面面向沿著移動軸的方向，檢測均勻的磁通量。因此，即使在垂直于移動軸的方向上設置磁傳感器單元，由磁傳感器單元檢測到的磁通量密度不受影響。因此，行程量檢測裝置的魯棒性得到改善。根據本發明的另一方面，一種行程量檢測裝置包括第一磁場生成構件、第二磁場生成構件、第三磁場生成構件、第四磁場生成構件以及磁傳感器單元。所述第二磁場生成構件關于垂直于對象沿其行進的直的行進軸的方向與所述第一磁場生成構件相對。所述第一磁場生成構件和所述第二磁場生成構件關于垂直于所述行進軸的方向在相反的方向上被磁化。所述第三磁場生成構件關于平行于所述行進軸的方向與所述第一磁場生成構件間隔開預定的距離。所述第三磁場生成構件關于垂直于所述行進軸的所述方向與所述第一磁場生成構件在相同的方向上被磁化。所述第四磁場生成構件關于平行于所述行進軸的所述方向與所述第二磁場生成構件間隔開預定的距離，并且關于垂直于所述行進軸的所述方向與所述第三磁場生成構件相對。所述第四磁場生成構件關于垂直于所述行進軸的所述方向與所述第二磁場生成構件在相同的方向上被磁化。所述磁傳感器單元能夠沿著直的移動軸在所述第一磁場生成構件、所述第二磁場生成構件、所述第三磁場生成構件以及所述第四磁場生成構件之間的區域移動，所述直的移動軸根據所述對象的行進運動相對于所述第一磁場生成構件、所述第二磁場生成構件、所述第三磁場生成構件以及所述第四磁場生成構件平行于所述行進軸。所述磁傳感器單元包括面向平行于所述移動軸的方向的磁敏表面，以用于檢測所述對象的行程的量。在這種配置下，所述第一磁場生成構件和所述第二磁場生成構件關于垂直于所述移動軸的所述方向在相反的方向上被磁化。同樣地，所述第三磁場生成構件和所述第四磁場生成構件關于垂直于所述移動軸的所述方向在相反的方向上被磁化。因此，在所述第一磁場生成構件和所述第二磁場生成構件之間的磁通量彼此排斥，并且因此磁通量的向量沿著移動軸是均勻的。同樣地，在所述第三磁場生成構件和所述第四磁場生成構件之間的磁通量彼此排斥，并且因此磁通量的向量沿著移動軸是均勻的。另外，磁傳感器單元的磁敏表面面向沿著移動軸的方向。因此，即使在垂直于移動軸的方向上設置磁傳感器單元，由磁傳感器單元檢測到的磁通量密度不受影響。因此，行程量檢測裝置的魯棒性得到改善。例如，通過調整第一磁場生成構件到第四磁場生成構件的布置位置，能夠相對于行程的量改善通過磁傳感器單元檢測到的磁通量密度的線性度。也就是說，能夠通過磁電路確保所述線性度。
本發明的其它目的、特征和優點將從下面參考附圖給出的具體描述中變得顯而易見，在附圖中類似的部件由類似的附圖標記來表示。在附圖中圖IA是根據本發明的第一實施例的行程量檢測裝置的示意圖；圖IB是沿著圖IA的線1B-1B截取的截面圖；圖IC是沿著圖IA的線1C-1C截取的截面圖；圖2是采用根據第一實施例的行程量檢測裝置的系統的示意圖；圖3是根據第一實施例的行程量檢測裝置的霍爾IC芯片的電路的示意性方框圖；圖4A是示出了由根據第一實施例的行程量檢測裝置的霍爾元件檢測到的磁通量密度的曲線圖；圖4B是示出了通過校正根據第一實施例的圖4A中所示的檢測到的磁通量密度的線性度而生成的輸出的曲線圖；圖5是根據本發明的第二實施例的行程量檢測裝置的示意圖；圖6是示出了由根據第二實施例的行程量檢測裝置的霍爾元件檢測到的磁通量密度的曲線圖；圖7是根據本發明的第三實施例的行程量檢測裝置的示意圖；圖8A是示出了由根據第三實施例的行程量檢測裝置的霍爾元件檢測到的磁通量密度的曲線圖；圖8B是示出了通過校正根據第三實施例的圖8A中所示的檢測到的磁通量密度的線性度生成的輸出的曲線圖；圖9是根據本發明的第四實施例的行程量檢測裝置的示意圖；圖IOA是示出了由根據第四實施例的行程量檢測裝置的霍爾元件檢測到的磁通量密度的曲線圖；圖IOB是示出了通過校正根據第四實施例的圖IOA中所示的檢測到的磁通量密度的線性度生成的輸出的曲線圖；圖11是根據本發明的第五實施例的行程量檢測裝置的示意圖；圖12是根據第五實施例的行程量檢測裝置的霍爾IC芯片的電路的示意性方框圖；圖13A是示出了通過根據第五實施例的行程量檢測裝置的霍爾元件檢測到的磁通量密度的曲線圖；圖1 是示出了根據第五實施例通過三角函數運算從圖13A中所示的磁通量密度計算得到的計算行程量的曲線圖；圖13C是示出了根據第五實施例通過校正圖1 中所示的計算得到的行程量的線性度生成的輸出的曲線圖；圖14是根據本發明的第六實施例的行程量檢測裝置的示意圖；圖15A是示出了通過根據第六實施例的行程量檢測裝置的霍爾元件檢測到的磁通量密度的曲線圖15B是示出了根據第六實施例通過三角函數運算從圖15A中所示的磁通量密度計算得到的計算行程量的曲線圖；圖15C是示出了根據第五實施例通過校正圖15B中所示的計算行程量的線性度生成的輸出的曲線圖；圖16A是根據本發明的第一變型的行程量檢測裝置的示意圖；圖16B是根據本發明的第二變型的行程量檢測裝置的示意圖；圖17A是根據本發明的第三變型的行程量檢測裝置的示意圖；圖17B是根據本發明的第四變型的行程量檢測裝置的示意圖；圖18A是根據本發明的第五變型的行程量檢測裝置的示意圖；圖18B是作為第五變型的比較示例的行程量檢測裝置的示意圖；圖19是作為第四實施例的比較示例的行程量檢測裝置的示意圖。
具體實施例方式在下文中，將參考附圖描述本發明的示例性實施例。在所有示例性實施例中通過類似的附圖標記表示類似的部件，并且不再重復對部件的描述。(第一實施例)采用根據第一實施例的行程量檢測裝置以檢測行進對象的行程的量。例如，采用行程量檢測裝置以檢測諸如車輛的傳動裝置、加速器踏板或者剎車踏板的行進構件的行程量。參考圖2，根據第一實施例的行程量檢測裝置1通常包括作為第一和第二磁場生成構件的示例的第一磁體21和第二磁體22以及作為第一傳感器元件的示例的霍爾元件5。 霍爾元件5根據線性致動器3的行進構件3a的線性移動相對于第一磁體21和第二磁體22 移動，以便檢測行程量。將檢測到的行程量發送到引擎控制單元(ECU) 10。ECU 10利用所檢測到的行程量來執行線性制動器3的反饋控制。接下來，將參考圖1A-1C來描述行程量檢測裝置1的結構。行程量檢測裝置1包括第一磁體21、第二磁體22、霍爾元件5以及作為磁通量傳輸構件的示例的磁軛30。第一磁體21和第二磁體22具有相同的形狀和相同的磁特性。例如，第一磁體21和第二磁體22中的每一個具有矩形平行六面體形狀。磁軛30由諸如鋼鐵之類的磁性材料制成。磁軛30具有矩形框架形狀，其包括第一主壁(第一壁)31、第二主壁(第二壁)32以及連接第一主壁31和第二主壁32的兩個側壁33。例如，磁軛30具有矩形截面。第一磁體21沿著第一主壁31的內表面31a設置并且關于第一主壁31的縱向位于第一主壁31的中間位置。第二磁體22沿著第二主壁32的內表面3 設置并且關于第二主壁32的縱向位于第二主壁32的中間位置。設置第一磁體21使得北極與內表面31a相鄰。設置第二磁體22使得北極與內表面3 相鄰。因此，第一磁體21的南極與第二磁體22的南極相對。也就是說，第一磁體21 和第二磁體22在彼此相反的方向上被磁化。霍爾元件5位于第一磁體21和第二磁體22之間的區域。霍爾元件5根據行進構件3a的線性移動相對于第一磁體21和第二磁體22沿著圖IA的右方向和左方向移動。在下文中，將行進構件3a以線性方式移動的方向稱為行程方向。同樣地，將行進構件3a移動所沿的直線稱為直的行進軸。行程方向對應于圖IA中沿著X軸的方向。行程方向，也就是說，沿著X軸的方向被稱為X方向。同樣地，垂直于行程方向的方向，也就是說， 圖IA中的上下方向被稱為Y方向。此外，將霍爾元件5相對于第一磁體21和第二磁體22 移動所沿的直線表示為X軸。X軸對應于霍爾元件5的直的行進軸或者平移軸。將通過第一主壁31的中間位置和第二主壁32的中間位置并且與X軸垂直相交的直線稱為Y軸。X軸和Y軸的相交點對應于行程量的零點，也就是說，行程量為零的點。當霍爾元件5從Y軸移動至第一側，例如圖IA中的右側時，行程量由正值表示。當霍爾元件 5從Y軸移動至第二側，例如圖IA中的左側時，行程量由負值表示。由于第一磁體21和第二磁體22被設置成使得其南極彼此相反，所以在Y方向上磁通量互相排斥。因此，磁通量的向量沿著X方向是均勻的。霍爾元件5被設置成使得磁敏表面5a面向X方向。因此，磁敏表面5a檢測均勻的磁通量密度。霍爾元件5安裝在作為磁傳感器單元的示例的霍爾IC芯片7中。如圖3所示，霍爾IC芯片7包括霍爾元件5、用于對霍爾元件5的輸出信號進行放大的放大器電路11、用于將經放大的模擬信號轉換至數字信號的A/D轉換器電路13、用于處理數字信號的信號處理部件14以及用于將從信號處理部件14輸出的數字值轉換成模擬值的D/A轉換器電路19 等等。霍爾IC芯片7對應于半導體芯片。信號處理部件14例如包括數字信號處理器(DSP)，并且包括偏置校正電路15、幅值校正電路16、線性度校正電路18等等。線性度校正電路18將霍爾元件5的輸出信號校正成與行程量成比例。也就是說，線性度校正電路18校正霍爾元件5的輸出信號的線性度， 使得輸出信號相對于行程的量線性地改變。線性度校正電路18用作線性度校正部分。接下來，將描述行程量檢測裝置1的操作。當霍爾元件5根據行進構件3a的線性移動相對于第一磁體21和第二磁體22移動時，由磁敏表面5a檢測到的磁通量密度如圖4A中的曲線所示地改變。如圖4A中的曲線所示，檢測到的磁通量密度的線性度在“P+”位置和“P-”位置處惡化，所述兩位置對應于行程范圍的相反端。線性度校正電路18對檢測到的磁通量密度的線性度進行校正，如圖4B所示。圖4B示出了在通過線性度校正電路18進行線性度校正之后的輸出。第一實施例實現了以下有益效果(1)到⑶(1)由于第一磁體21和第二磁體22的南極彼此相對，所以第一磁體21和第二磁體22之間的磁通量互相排斥。因此，磁通量的向量沿著行程方向是均勻的。此外，由于霍爾元件5的磁敏表面5a面向沿著行程方向的方向，所以霍爾元件5能夠檢測均勻的磁通量密度。因此，即使霍爾元件5的位置關于Y軸設置，待檢測的磁通量密度很難改變。因此， 行程量檢測裝置1的魯棒性得到改善。(2)霍爾元件5在與第一磁體21和第二磁體22等距離并且在該處磁通量的向量相對于第一磁體21和第二磁體22均勻的直線上移動。因此，行程量檢測裝置1對位移的魯棒性進一步得到改善。
(3)由于采用了磁軛30，所以磁電路磁導增加。因此，限制了第一磁體21和第二磁體22的去磁化。此外，因為由霍爾元件5檢測到的磁通量密度增加，所以SN比得到改善。此外，因為屏蔽效果改善，所以行程量檢測裝置1抵抗其它磁場以及磁構件的接近引起的干擾的強度得到改善。另外，磁軛30具有側壁33。因此，與不具有側壁33的磁軛相比， 屏蔽效果進一步得到改善，并且因此抵抗干擾的強度得到改善。此外，由于磁通量的向量進一步均勻，所以行程量檢測裝置1的魯棒性進一步得到改善。(4)第一磁體21和第二磁體22關于X方向分別位于第一主壁31和第二主壁32 的中間位置。此外，在第一磁體21和第二磁體22之間的中間位置處的磁通量密度為零，也就是說，在X軸和Y軸的相交點處的磁通量密度為零。磁通量密度關于零點對稱的點改變， 使得磁通量密度在第一側變為正值并且在第二側變為負值。應當注意，檢測到的磁通量密度在磁通量密度不為零的區域受溫度的影響，并且在磁通量密度為零的區域不受溫度的影響。因此，優選將磁通量密度為零的點作為行程量的參考點。由于第一磁體21和第二磁體22以上述方式進行設置，使得行程范圍的參考點調整至磁通量密度為零的點。因此，可以有效且廣泛地設置行程范圍。(5)由于第一磁體21和第二磁體22具有相同的形狀和相同的磁特性，所以磁通量的向量進一步變得均勻。因此，行程量檢測裝置1對位移的魯棒性得到改善。另外，考慮到部件控制和組裝工藝的制造效率得到改善。(6)第一磁體21和第二磁體22中的每一個具有矩形平行六面體形狀。由于第一磁體21和第二磁體22具有簡單的形狀，所以加工工藝和/或組裝工藝中導致的不均勻性減小。利用這個，磁通量的向量進一步變得均勻，并且對位移的魯棒性得到改善。另外，由于第一磁體21和第二磁體22具有簡單的形狀，所以制造成本降低。(7)線性度校正電路18對霍爾元件5檢測到的磁通量密度的線性度進行校正。換句話說，在由霍爾元件5檢測到的磁通量密度中不必高度要求線性度。因此，能夠簡化第一磁體21和第二磁體22的形狀和布置。(8)霍爾元件5和線性度校正電路18包括在單個霍爾IC芯片7中。因此，磁傳感器單元的整體尺寸減小，并且因此磁傳感器單元的可安裝性得到改善。(第二實施例)將參考圖5和6來描述第二實施例。參考圖5，根據第二實施例的行程量檢測裝置1具有第一磁體25和第二磁體26， 取代第一實施例的第一磁體21和第二磁體22。第一磁體25和第二磁體26中的每一個具有中間凹下的形狀，包括薄部分25a、26a以及位于薄部分25a、26a的相對側處的厚部分25b、 26b。薄部分25a設置在行程范圍的中間位置，也就是說，在包括Y軸的范圍中。厚部分 25b關于行程方向設置在薄部分25a的相對側。厚部分25b的每一個的厚度關于Y方向大于薄部分25a的厚度。因此，厚部分25b和表面和X軸之間的距離小于薄部分25a的表面和X軸之間的距離。同樣地，薄部分26a設置在行程范圍的中間位置，也就是說，在包括Y軸的范圍中。 厚部分26b關于行程方向設置在薄部分26a的相對側。厚部分26b的每一個的厚度關于Y 方向大于薄部分26a的厚度。因此，厚部分26b的表面和X軸之間的距離小于薄部分26a和X軸之間的距離。通過圖6中的實線示出了第二實施例的霍爾元件5檢測到的磁通量密度。在第一實施例中，例如在諸如“P+”部分和“P-”部分的行程范圍的末端部分，檢測到的磁通量密度的線性度惡化，如圖6中的虛線所示。在第二實施例中，另一方面，與對應于厚部分25b、26b (等于或低于“P-”部分的范圍以及等于或高于“P+”部分的范圍)的磁通量密度相比，能夠降低對應于薄部分25a、
“P-”部分和“P+”部分之間的彎曲部分)的磁通量密度的曲率。也就是說，通過調整薄部分25aJ6a的范圍和/或薄部分25a、26a與厚部分25b、26b之間的厚度差異，能夠如圖6中的實線所示地線性地調整磁通量密度相對于行程量中的改變。換句話說，能夠通過磁電路確保線性度。在第二實施例中，也能夠實現類似于第一實施例的有益效果。(第三實施例)將參考圖7、8A和8B來描述第三實施例。在根據第三實施例的行程量檢測裝置1 中，如圖7所示，第一磁體21和第二磁體22偏離Y軸至行程方向的負側，也就是說，偏離至圖7中的左側。例如，在將行進對象的行程范圍從參考點朝著負側偏置的情況下，第一磁體21和第二磁體22被設置在負側上以與行程范圍的中心相鄰。因此，因為以磁通量密度為零的點為中心，所以能夠選擇性地利用精確的范圍。在圖7中，箭頭Le代表其中能夠通過霍爾元件5檢測到的磁通量密度的可檢測范圍(檢測適用范圍)并且箭頭Lu代表其中不能通過霍爾元件5檢測到磁通量密度的不可檢測范圍。如圖8A所示，檢測到的磁通量密度在不可檢測范圍Lu中不改變。如圖8B所示， 在可檢測范圍Le中檢測到的磁通量密度的線性度得到校正。在第三實施例中，也能夠實現類似于第一實施例的有益效果。(第四實施例)將參考圖9、IOA和IOB來描述本發明的第四實施例。參考圖9，第四實施例的行程量檢測裝置1包括四個磁場生成元件，例如第一磁體 21、第二磁體22、第三磁體23以及第四磁體對。四個磁體21到M具有相同的形狀和相同的磁特性。例如，磁體21到M中的每一個具有矩形平行六面體形狀。第一磁體21和第二磁體22設置在X方向的負側上，也就是說，設置在圖9中的Y 軸的左側上。關于X軸對稱地設置第一磁體21和第二磁體22，使得第一磁體21的南極與第二磁體22的南極相對。第三磁體23和第四磁體M設置在X方向的正側上，也就是說，設置在圖9中的Y 軸的右側上。關于X軸對稱地設置第三磁體23和第四磁體對，使得第三磁體23的南極與第四磁體M的南極相對。第三磁體23與第一磁體21在X方向上間隔開預定的距離。第四磁體M與第二磁體在X方向上間隔開預定的距離。第一磁體21到第四磁體M關于平行于Y軸的方向上與X軸距離相等。由諸如鋼鐵之類的磁性材料制成的磁軛30具有第一壁31和第二壁32。第一壁 31和第二壁32平行于X軸。第一磁體21和第三磁體23沿著第一壁31的內表面31a被設置成與第一壁31的相對末端相鄰。第一磁體21和第三磁體23關于Y軸對稱設置。第二磁體22和第四磁體M沿著第二壁32的內表面3 被設置成與第二壁32的相對末端相鄰。第二磁體22和第四磁體M關于Y軸對稱設置。Y軸對應于關于行程方向穿過第一壁 31的中間位置以及關于行程方向穿過第二壁的中間位置的直線。霍爾元件5根據行進構件3a的線性移動相對于第一磁體21到第四磁體M沿著 X軸移動。霍爾元件5在面向沿著行程方向的方向的一側上設置有磁敏表面5a，以便檢測行進構件的行程量。通過第四實施例實現以下有益效果(1)到(6)(1)第一磁體21和第二磁體22被設置成使得其南極彼此相對。同樣地，第三磁體23和第四磁體M被設置成使得其南極彼此相對。因此，第一磁體21和第二磁體22之間以及第三磁體23和第三磁體M之間的磁通量互相排斥，并且因此，磁通量的向量在行程方向上是均勻的。此外，霍爾元件5的磁敏表面如被設置成面向沿著行程方向的方向。因此，能夠檢測均勻的磁通量密度。因此，即使霍爾元件5的位置關于Y軸設置，磁通量密度很難改變。因此，行程量檢測裝置1的魯棒性得到改善。另外，如圖IOA所示，與第一實施例的結構相比，通過調整四個磁體21到M的布置位置，有效地改善了檢測到的磁通量密度相對于行程量的線性度。也就是說，由磁電路確保了線性度。(2)霍爾元件5在相對于第一磁體21到第四磁體M與第一磁體21、第二磁體22 以及第三磁體23、第四磁體M等距離的直線上移動。因此，行程量檢測裝置1對位移的魯棒性進一步得到改善。(3)由于采用了磁軛30，所以磁電路磁導增加。利用這些，限制了第一磁體21到第四磁體M的去磁化。同樣地，由霍爾元件5檢測到的磁通量密度增加。因此，SN比得到改善。此外，因為屏蔽效果改善，所以行程量檢測裝置1抵抗其它磁場以及磁構件的接近引起的干擾的強度得到增強。(4)第一磁體21到第四磁體M關于Y軸對稱設置并且與磁軛30的第一和第二壁 31、32的末端相鄰。關于Y方向，在第一磁體21和第二磁體22之間以及在第三磁體23和第四磁體M之間磁通量互相排斥。關于X方向，在第一磁體21和第三磁體23以及在第二磁體22和第四磁體24之間磁通量互相排斥。因此，在第一磁體21到第四磁體M的中心處磁通量密度為零，也就是說，在X軸和Y軸之間的相交點處磁通量密度為零。磁通量密度以磁通量在行程范圍的一側上變為正值并且在行程范圍的另一側變為負值的對稱方式發生改變。在磁通量密度不為零的區域，檢測到的磁通量密度不受溫度的影響。另一方面，在磁通量密度為零的點處，磁通量密度不受溫度的影響。因此，優選將磁通量為零的點設置成行程量的參考點。通過以上述方式來設置第一磁體21到第四磁體M，將行程范圍的參考點調整至磁通量密度為零的點。因此，可以有效且廣泛地設置行程范圍。(5)第一磁體21到第四磁體M具有相同的形狀和相同的磁特性，因此，磁通量的向量進一步變得均勻。并且行程量檢測裝置1對位移的魯棒性得到改善。因此，考慮到部件控制和組裝工藝的制造效率得到改善。(6)第一磁體21到第四磁體M中的每一個具有矩形平行六面體形狀。由于第一磁體21到第四磁體24具有簡單的形狀，所以加工工藝和/或組裝工藝中導致的不均勻性減小。因此，磁通量的向量進一步變得均勻，并且行程檢測裝置1對位移的魯棒性得到改善。由于第一磁體21到第四磁體24具有簡單的形狀，所以制造成本降低。(比較示例)接下來，將參考圖19描述比較示例。在圖19中所示的比較示例中，將第一磁體291、第二磁體292、第三磁體293以及第四磁體294設置成與兩平行壁391、392的末端相鄰，與第四實施例類似，所述兩平行壁 391、392由磁性材料制成。然而，第一磁體21到第四磁體24與第四實施例的第一磁體21 到第四磁體24不同地被磁化，并且霍爾元件5的磁敏表面5a以與第四實施例不同的方式進行設置。具體而言，被設置在壁391、392左端的第一磁體291和第二磁體292在相同的方向上被磁化。被設置在壁391、392右端的第三磁體293和第四磁體294在相同的方向上被磁化，但是在與第一磁體291和第二磁體292相反的方向上被磁化。也就是說，第一磁體291 和第二磁體292被磁化使得其上部分對應于北極，并且第三磁體293和第四磁體294被磁化使得其上部分對應于南極。設置霍爾元件5使得磁敏表面5a面向沿著Y方向的方向。在圖19中所示的比較示例中，未生成排斥的磁通量。在相反的方向上生成Y軸的左側上的磁通量和Y軸的右側上的磁通量。同樣地，在相反的方向上生成X軸上方的磁通量以及X軸下方的磁通量。在這種配置下，如果沿著Y方向設置霍爾元件5，則改變磁通量密度的強度和向量。因此，磁通量密度的向量持續改變，并且不均勻。因此，如果在Y方向上相對于第一磁體291到第四磁體294設置霍爾元件5的位置，則改變由霍爾元件5檢測到的磁通量密度， 并且因此難以保持檢測特性。也就是說，魯棒性不足。在第四實施例中，另一方面，通過設置磁體具有相反的極性來利用磁通量的排斥。 也就是說，關于χ軸和Y軸直線對稱地生成磁通量。因此，沿著行程方向磁通量的向量是均勻的。除此之外，由于霍爾元件5的磁敏表面5a面向沿著行程方向的方向，所以行程量檢測裝置對位移的魯棒性得到改善。因此，第四實施例提供了通過比較示例不能實現的有效的有益效果。(第五實施例)將參考圖11到13C來描述第五實施例。參考圖11，在根據第五實施例的行程量檢測裝置1中，磁傳感器單元具有兩個霍爾元件。其它結構與第一實施例的類似。例如，單個霍爾IC芯片8包括作為第一傳感器元件的示例的第一霍爾元件5以及作為第二傳感器元件的示例的第二霍爾元件6。第一霍爾元件5和第二霍爾元件6在X方向上彼此間隔開預定的距離。第一霍爾元件5的磁敏表面5a以及第二霍爾元件6的磁敏表面6a都面向沿著X方向的方向。霍爾IC芯片8對應于半導體芯片。參考圖12，霍爾IC芯片8包括第一霍爾元件5、第二霍爾元件6、用于對第一霍爾元件5的輸出信號進行放大的第一放大器電路11、用于對第二霍爾元件6的輸出信號進行放大的第二放大器電路12、用于將兩經放大的模擬信號轉換成數字信號的A/D轉換電路 13、用于對通過A/D轉換器13轉換的兩數字信號進行處理的信號處理部件14、用于將從信號處理單元14輸出的數字值轉換成模擬值的D/A轉換器電路19等等。信號處理單元14例如包括數字信號處理器(DSP)，并且包括偏置校正電路15、幅值校正電路16、用于通過對第一霍爾元件5和第二霍爾元件6的輸出信號進行三角函數運算生成計算行程量的計算電路17、用于相對于行程量對通過計算電路17生成的計算行程量的線性度進行校正的線性度校正電路18等等。計算電路17用作計算部分。接下來，將描述通過計算電路17進行的三角函數運算。首先，數字定義如下，并且其中“(t) ”意味著相對于環境溫度t具有溫度特性Vl 第一霍爾元件5的輸出電壓(mV)V2 第二霍爾元件6的輸出電壓(mV)K(t)霍爾系數(-)I(t)霍爾電流(mA)B(t)可檢測的磁通量密度的最大值(正弦波的幅值的1/2) (mT)Bl (t)由第一霍爾元件5檢測到的磁通量密度(mT)B2 (t)由第二霍爾元件6檢測到的磁通量密度(mT)L 行程量(mm)e 第一霍爾元件5和第二霍爾元件6之間的相位差(mm)(第一霍爾元件5和第二霍爾元件6之間的元件距離)d:參考行程量(mm)參考行程量d(mm)是對應于正弦波的周期的1/2的行程量，即，π (孤度)。如果在-d和+d(mm)之間的范圍中調整行程范圍，則每角度單位的行程范圍在-π和+π (弧度)之間的范圍內。基于這種關系，行程量L (mm)被轉換為JiL/d(弧度)。第一霍爾元件5的輸出電壓Vl和第二霍爾元件6的輸出電壓V2表示為以下表達式⑴和⑵Vl = K(t) · I(t) · Bl(t) = K(t) · I(t) · B(t) · sin(JiL/d) (1)V2 = K(t) · I (t) · B2 (t) = K (t) · I (t) · B (t) · sin ( π (L_e) /d) (2)通過這種方式，第一霍爾元件5的輸出電壓Vl和第二霍爾元件6的輸出電壓V2 取決于環境溫度t。因此，為了通過測量環境溫度t基于霍爾系數K(t)、霍爾電流I (t)、磁通量密度B (t)的溫度特性來校正輸出電壓VI、V2，復雜的校正電路是必須的。因此，消除取決于環境溫度t的項以消除下述表達式(3)、(4)表示的溫度特性，下述表達式⑶、⑷從表達式⑴、⑵引入L= (d/ π ) ‘ arctan {cot ( π e/2d) ‘ Cv} (3)Cv = (V1-V2)/(V1+V2)(4)特別地，在e = d/2的情況下，引入以下表達式(5)L= (d/ii) ‘ arctan (V1/V2)(5)由上述表達式通過添加根據元件距離e的偏置量至計算結果來獲得計算行程量。圖13A示出了分別通過第一霍爾元件5和第二霍爾元件6檢測到的磁通量密度 B1、B2。在圖13A中所示的示例中，調整元件距離e至大約4mm。通過第二霍爾元件6檢測到的磁通量密度B2近似為正弦波，所述正弦波從通過第一霍爾元件5檢測到的磁通量密度 Bl延遲對應于元件距離e (mm)的角度π e/d (弧度)。
如圖13B所示，基于所檢測的磁通量密度Bi、B2，計算電路17對計算行程量進行計算。線性校正電路18對計算行程量的線性度進行校正以生成如圖13C所示的經線性校正的輸出。在第五實施例中，除了第一實施例的有益效果(1)到(6)之外，實現了以下有益效果(7)和(8)。(7)磁傳感器單元具有兩個霍爾元件5、6，并且計算電路17執行三角函數運算。因此，由于能夠消除輸出電壓V1、V2的溫度特性，所以能夠利用簡單的結構改善檢測精度。另外，線性度校正電路18對計算行程量的線性度進行校正。因此，因為通過霍爾元件5、6檢測到的磁通量密度不高度要求線性度，所以第一磁體21和第二磁體22的形狀和布置能夠得到簡化。(8)第一霍爾元件5、第二霍爾元件6、計算電路17和線性度校正電路18包括在單個霍爾IC芯片8中。利用這些，由于第一霍爾元件5和第二霍爾元件6被設置成彼此相鄰，所以使得在第一霍爾元件5和第二霍爾元件6之間由于諸如環境溫度t和其它磁場的效應引起的磁特性相等。因此，檢測精度進一步得到改善。另外，磁傳感器單元的整體尺寸減小，并且可安裝性得到改善。(第六實施例)將參考圖14來描述第六實施例。在根據第六實施例的行程量檢測裝置1中，第一磁體21到第四磁體24以與第四實施例類似的方式設置，并且類似于第五實施例，磁傳感器單元包括兩個霍爾元件5、6。因此，霍爾IC芯片8的結構類似于第五實施例的結構。圖15A示出了分別由第一霍爾元件5和第二霍爾元件6檢測到的磁通量密度Bi、 B2。在圖15A中所示的示例中，元件距離e被調整直大約4mm。由第二霍爾元件6檢測到的磁通量密度B2接近于正弦波，所述正弦波從通過第一霍爾元件5檢測到的磁通量密度Bl 延遲對應于元件距離e (mm)的角度π e/d (弧度)。如圖15B所示，基于所檢測的磁通量密度Bi、B2，計算電路17對計算行程量進行計算。線性校正電路18對計算行程量的線性度進行校正以生成如圖15C所示的經線性校正的輸出。因此，在第六實施例中，實現了類似于第五實施例的有益效果。(其它實施例)(i)在第一、第二、第三和第五實施例中，設置第一磁體21和第二磁體22，使得其南極彼此相對。或者，如圖16中所示，可以設置第一磁體21和第二磁體22，使得其北極彼此相對。在這種情況下，盡管磁通量的方向不同于第一、第二、第三和第五實施例的磁通量的方向，但是磁通量彼此排斥并且在行進方向上磁通量的向量是均勻的。因此，能夠實現類似的有益效果。同樣在具有四個磁體的結構中，也就是說，在第四和第六實施例的結構中，能夠在相反的方向上設置磁體。例如，在第四實施例中，能夠設置第一磁體21和第二磁體22，使得其北極彼此相對，并且能夠設置第三磁體23和第四磁體24，使得其北極彼此相對。同樣在這種結構中，能夠實現類似的有益效果。(ii)在上述實施例中，每個磁場生成構件由單個磁體構成。或者，如圖16B所示，每個磁場生成構件能夠由包括多個磁體27、28的磁體組構成。每個磁體組的多個磁體27、 28在相同的方向上被磁化。也就是說，在每個磁體組中，設置多個磁體，使得相同的磁特性彼此相鄰。通過這種方式，能夠采用標準尺寸的小磁體適當地調整磁場生成構件的尺寸，并且因此容易處理行程范圍中的變化。相應地，設計靈活性得到改善。同樣在采用四個磁場生成構件的情況下，與第四和第六實施例一樣，四個磁場生成構件中的每一個能夠由包括多個磁體27、28的磁體組構成。并且在這種情況下，能夠實現類似的有益效果。(iii)在采用兩個磁場生成構件作為磁場生成構件的實施例中，磁軛30的截面形狀并不限于矩形形狀。例如，如圖17A中所示，磁軛30能夠僅由第一壁31和第二壁32構成。作為另一示例，如圖17B所示，磁軛30能夠由U形部件構成，其每個具有主壁31、32以及從主壁31、32的端部延伸的側壁34。每個側壁34的長度小于第一主壁31和第二主壁 32之間的距離的一半。設置兩U形部件，使得其側壁彼此對齊。在這種情況下，由于側壁不存在于X軸上，所以即使霍爾元件5在X方向上產生不期望的過行程，霍爾元件5也不與磁軛30的側壁34發生碰撞。因此，降低了對霍爾元件5的損壞。(iv)在采用四個磁體的實施例中，磁軛30并不限于僅由兩個壁31、32構成的形狀。例如，如圖18A所示，磁軛30能夠具有矩形框形狀。在這種情況下，第一磁體21到第四磁體24需要與側壁33間隔開預定的距離。如果如圖18B所示，第一磁體21到第四磁體 24與側壁33相鄰，則磁通量短路通過側壁33。因此，在這種情況下，難以生成足以通過霍爾元件5檢測到的磁通量。對于本領域技術人員來說，容易想到其它優點和變型。本發明在其寬泛的意義上并不限于特定的細節、代表性設備以及所示和所描述的示意性示例。能夠通過以各種其它方式組合示意性實施例來實施本發明。
權利要求
1.一種用于檢測對象的行程的量的行程量檢測裝置，所述對象沿著直的行進軸行進， 所述裝置包括第一磁場生成構件(21，25)；第二磁場生成構件(22，26)，所述第二磁場生成構件(22，26)關于垂直于所述直的行進軸的方向與所述第一磁場生成構件(21，25)相對，所述第二磁場生成構件(22，26)和所述第一磁場生成構件(21，25)關于垂直于所述直的行進軸的所述方向在相反的方向上被磁化；以及磁傳感器單元(7，8)，所述磁傳感器單元(7，8)能夠沿著直的移動軸(X)在所述第一磁場生成構件(21，25)和所述第二磁場生成構件(22，26)之間的區域移動，所述直的移動軸 (X)根據所述對象的行進運動而相對于所述第一磁場生成構件(21，25)和所述第二磁場生成構件(22，26)平行于所述直的行進軸，所述磁傳感器單元(7，8)包括面向平行于所述移動軸(X)的方向的磁敏表面(5a，6a)，從而檢測所述對象的行程的量。
2.根據權利要求1所述的行程量檢測裝置，其中所述移動軸(X)與所述第一磁場生成構件(21，25)和所述第二磁場生成構件(22，26)距離相等。
3.根據權利要求1或2所述的行程量檢測裝置，還包括磁通量傳輸構件(30)，所述磁通量傳輸構件(30)由磁性材料制成并且包括第一壁 (31)和第二壁(32)，其中所述第一壁(31)和所述第二壁(32)設置在所述移動軸(X)的相反側，沿著所述第一壁(31)的內表面(31a)設置所述第一磁場生成構件(21，25)，以及沿著所述第二壁(32)的內表面(32a)設置所述第二磁場生成構件(22，26)。
4.根據權利要求3所述的行程量檢測裝置，其中所述第一壁(31)和所述第二壁(32)被設置成平行于所述移動軸(X)。
5.根據權利要求4所述的行程量檢測裝置，其中所述磁通量傳輸構件(30)包括位于所述第一壁(31)和所述第二壁(32)中的每一個的相對側處的側壁(33，34)，以及所述側壁(33，34)垂直于所述移動軸(X)。
6.根據權利要求3所述的行程量檢測裝置，其中所述第一磁場生成構件(21，25)關于平行于所述移動軸(X)的方向被設置在所述第一壁(31)的中間位置，以及所述第二磁場生成構件(22，26)關于平行于所述移動軸(X)的方向被設置在所述第二壁(32)的中間位置。
7.根據權利要求3所述的行程量檢測裝置，其中所述第一磁場生成構件(21，25)和所述第二磁場生成構件(22，26)具有相同的形狀和相同的磁特性。
8.根據權利要求7所述的行程量檢測裝置，其中所述第一磁場生成構件(21)和所述第二磁場生成構件(22)中的每一個具有矩形平行六面體形狀。
9.根據權利要求7所述的行程量檢測裝置，其中所述第一磁場生成構 件(25)和所述第二磁場生成構件(26)中的每一個具有中間凹下的形狀，所述中間凹下的形狀關于平行于所述移動軸(X)的方向包括位于中間的薄部分 (25a, 26a)以及位于所述薄部分(25a，26a)的相對側的厚部分(25b，26b)，使得關于垂直于所述移動軸(X)的方向所述薄部分(25a，26a)和所述移動軸(X)之間的距離大于所述厚部分(25b，26b)和所述移動軸(X)之間的距離。
10.根據權利要求3所述的行程量檢測裝置，其中所述第一磁場生成構件(21，25)和所述第二磁場生成構件(22，26)中的每一個由包括多個磁體(27，28)的磁體組構成，并且每個磁體組中的所述多個磁體(27，28)關于垂直于所述移動軸(X)的方向在相同的方向上被磁化。
11.一種用于檢測對象的行程的量的行程量檢測裝置，所述對象沿著直的行進軸行進， 所述裝置包括第一磁場生成構件(21)；第二磁場生成構件(22)，所述第二磁場生成構件(22)關于垂直于所述行進軸的方向與所述第一磁場生成構件(21)相對，所述第一磁場生成構件(21)和所述第二磁場生成構件(22)關于垂直于所述行進軸的方向在相反的方向上被磁化；第三磁場生成構件(23)，所述第三磁場生成構件(23)關于平行于所述行進軸的方向與所述第一磁場生成構件(21)間隔開預定的距離，所述第三磁場生成構件(23)關于垂直于所述行進軸的所述方向與所述第一磁場生成構件(21)在相同的方向上被磁化，第四磁場生成構件(24)，所述第四磁場生成構件(24)關于平行于所述行進軸的所述方向與所述第二磁場生成構件(22)間隔開預定的距離，并且所述第四磁場生成構件(24) 關于垂直于所述行進軸的所述方向與所述第三磁場生成構件(23)相對，所述第四磁場生成構件(24)關于垂直于所述行進軸的所述方向與所述第二磁場生成構件(22)在相同的方向上被磁化；以及磁傳感器單元(7，8)，所述磁傳感器單元(7，8)能夠沿著直的移動軸(X)在所述第一磁場生成構件(21)、所述第二磁場生成構件(22)、所述第三磁場生成構件(23)以及所述第四磁場生成構件(24)之間的區域移動，所述直的移動軸(X)根據所述對象的行進運動相對于所述第一磁場生成構件(21)、所述第二磁場生成構件(22)、所述第三磁場生成構件(23) 以及所述第四磁場生成構件(24)平行于所述行進軸，所述磁傳感器單元(7，8)包括面向平行于所述移動軸(X)的方向的磁敏表面(5a，6a)，從而檢測所述對象的行程的量。
12.根據權利要求11所述的行程量檢測裝置，其中所述移動軸(X)與所述第一磁場生成構件(21)、所述第二磁場生成構件(22)、所述第三磁場生成構件(23)以及所述第四磁場生成構件(24)距離相等。
13.根據權利要求11或12所述的行程量檢測裝置，還包括磁通量傳輸構件(30)，所述磁通量傳輸構件(30)由磁性材料制成并且包括第一壁 (31)和第二壁(32)，其中所述第一壁(31)和所述第二壁(32)設置在所述移動軸(X)的相反側，并且平行于所述移動軸⑴，沿著所述第一壁(31)的內表面(31a)設置所述第一磁場生成構件(21)和所述第三磁場生成構件(23)，并且沿著所述第二壁(32)的內表面(32a)設置所述第二磁場生成構件(22)和所述第四磁場生成構件(24)。
14.根據權利要求13所述的行程量檢測裝置，其中所述第一磁場生成構件(21)和所述第三磁場生成構件(23)關于直線(Y)對稱設置， 并且與所述第一壁(31)的相對端相鄰，所述直線(Y)穿過所述第一壁(31)的中間位置和所述第二壁(32)的中間位置，并且所述第二磁場生成構件(22)和所述第四磁場生成構件(23)關于所述直線(Y)對稱設置并且與所述第二壁(32)的相對端相鄰。
15.根據權利要求13所述的行程量檢測裝置，其中所述磁通量傳輸構件(30)包括位于所述第一壁(31)和所述第二壁(32)中的每一個的相對端處的側壁(34)，所述側壁(34)垂直于所述移動軸(X)，并且所述第一磁場生成構件(21)、所述第二磁場生成構件(22)、所述第三磁場生成構件 (23)以及所述第四磁場生成構件(24)中的每一個在平行于所述移動軸(X)的所述方向上與相應側壁(34)間隔開預定的距離。
16.根據權利要求11所述的行程量檢測裝置，其中所述第一磁場生成構件(21)、所述第二磁場生成構件(22)、所述第三磁場生成構件 (23)以及所述第四磁場生成構件(24)具有相同的形狀和相同的磁特性。
17.根據權利要求16所述的行程量檢測裝置，其中所述第一磁場生成構件(21)、所述第二磁場生成構件(22)、所述第三磁場生成構件 (23)以及所述第四磁場生成構件(24)中的每一個具有矩形平行六面體形狀。
18.根據權利要求16或17所述的行程量檢測裝置，其中所述第一磁場生成構件(21)、所述第二磁場生成構件(22)、所述第三磁場生成構件 (23)以及所述第四磁場生成構件(24)中的每一個由包括多個磁體(27，28)的磁體組構成， 并且每個磁體組中的所述多個磁體(27，28)關于垂直于所述移動軸(X)的方向在相同的方向上被磁化。
19.根據權利要求1或11所述的行程量檢測裝置，其中所述磁傳感器單元(7，8)包括第一傳感器元件(5)，所述第一傳感器元件(5)根據在相對于所述第一磁場生成構件(21)和所述第二磁場生成構件(22)移動時引起的磁場的變化來輸出信號。
20.根據權利要求19所述的行程量檢測裝置，其中所述磁傳感器單元(7，8)包括用于對所述第一傳感器元件(5)檢測到的磁通量密度的線性度進行校正的模塊，使得所述第一傳感器元件(5)檢測到的所述磁通量密度相對于所述對象的行程的量線性地改變。
21.根據權利要求20所述的行程量檢測裝置，其中所述第一傳感器元件(5)和用于校正所述磁通量密度的所述線性度的所述模塊包括在單個半導體芯片(7，8)中。
22.根據權利要求19所述的行程量檢測裝置，其中所述第一傳感器元件( 是霍爾元件。
23.根據權利要求19所述的行程量檢測裝置，其中所述磁傳感器單元(8)還包括第二傳感器元件(6)，所述第二傳感器元件(6)在平行于所述移動軸(X)的所述方向上與所述第一傳感器元件(5)間隔開預定的距離，并且所述第二傳感器元件(6)與所述第一傳感器元件( 具有相同的磁特性；以及用于基于所述第一傳感器元件( 和所述第二傳感器元件(6)的輸出信號而通過三角函數運算生成計算行程量的模塊。
24.根據權利要求23所述的行程量檢測裝置，其中所述磁傳感器單元(8)還包括用于校正所述計算行程量的線性度以使得所述計算行程量相對于所述對象的行程的量線性地改變的模塊。
25.根據權利要求M所述的行程量檢測裝置，其中所述第一傳感器元件(5)、所述第二傳感器元件(6)、用于生成所述計算行程量的所述模塊以及用于校正所述計算行程量的所述線性度的所述模塊包括在單個半導體芯片中。
26.根據權利要求23所述的行程量檢測裝置，其中第一傳感器元件( 和所述第二傳感器元件(6)分別是霍爾元件。
全文摘要
一種行程量檢測裝置包括第一磁場生成構件(21，25)、第二磁場生成構件(22，26)以及磁傳感器單元(7，8)。所述第一磁場生成構件(21，25)和所述第二磁場生成構件(22，26)關于垂直于行進對象的直的行進軸的方向彼此相對，并且關于垂直于所述行進軸的所述方向在相反的方向上被磁化。磁傳感器單元(7，8)能夠沿著直的移動軸(X)在所述第一磁場生成構件(21，25)和所述第二磁場生成構件(22，26)之間的區域移動，所述直的移動軸(X)根據所述行進對象的行進運動相對于所述第一磁場生成構件(21，25)和所述第二磁場生成構件(22，26)平行于所述直的行進軸，所述磁傳感器單元(7，8)具有面向平行于所述移動軸(X)的方向的磁敏表面(5a，6a)，從而檢測所述對象的行程量。
文檔編號G01D5/12GK102235850SQ20111009029
公開日2011年11月9日 申請日期2011年4月8日 優先權日2010年4月8日
發明者本多仁美, 松本光一郎, 河野禎之 申請人:株式會社電裝