專利名稱：霍爾效應(yīng)測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及霍爾效應(yīng)測量裝置。更具體地，本發(fā)明涉及機動車發(fā)動機罩下的霍爾效應(yīng)測量裝置，該裝置包括 - 夕卜殼；
“霍爾效應(yīng)傳感器；以及 “鐵磁靶。在該裝置中
“ 所述傳感器通常包括有孔磁體和電子芯片，下文中稱“芯片”。該芯片固定到該磁體，并且被放置于所述磁體的高斯零點處。所述磁體，通常是大致圓柱體形的，被穿有同心的圓柱形孔；
"所述鐵磁靶包括測量表面；
" 所述芯片固定到所述磁體，也就是說所述芯片的可能運動與所述磁體的可能運動相一致，并且所述芯片定義測量平面；
" 所述霍爾效應(yīng)傳感器和所述鐵磁靶能夠被致動進行一個相對于另一個的相對運動；以及
"所述傳感器被置于所述外殼中，并且構(gòu)造成沿垂直于所述測量平面的測量軸，在所述芯片的垂線上( 1' aplomb de la puce)，測量所述磁體的磁場值。這種裝置對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是已知的。然而，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，這種裝置在其使用方面限制于測量旋轉(zhuǎn)速度或者頻率，尤其是由切換型霍爾效應(yīng)傳感器(所謂的“開關(guān)”型) 所限制，其中的靶是圓形的并且包括多個齒；這主要允許獲得增量傳感器。本發(fā)明的目標在于提出一種該種裝置的替代?；谶@個目標，根據(jù)本發(fā)明的裝置，除符合前文所引用的前序部分外，其特征還在于
霍爾效應(yīng)傳感器1是線性的；
所述裝置包括基準位置，該基準位置與芯片20和鐵磁靶50的給定相對位置對應(yīng)； 相對運動具有二個自由度，其中一個和另一個分別對應(yīng)于平移運動或者旋轉(zhuǎn)運動； 所述裝置構(gòu)造成檢測距離所述基準位置的偏差；
根據(jù)一種相對運動的鐵磁靶50的形狀和/或尺寸分別與根據(jù)另一種相對運動的鐵磁靶50的形狀和/或尺寸不同。在一個實施例中，根據(jù)本發(fā)明的裝置還包括用于通過測量距離d的測量來測量隨所述相對運動變化的距基準位置的偏差的裝置。得益于這樣的構(gòu)造，根據(jù)本發(fā)明的裝置可被用于測量位置，與檢測距所述基準位
置的偏差互補。
為此，所述裝置構(gòu)造成測量鐵磁靶和傳感器的相對位置。在本案中，根據(jù)本發(fā)明的裝置包括用于根據(jù)測量距離來推導鐵磁靶和傳感器的相對位置的裝置。優(yōu)選地，至少所述鐵磁靶的測量表面的朝向和形狀是相對運動類型的函數(shù)，以使得在移動裝置的作用下測量距離d在所述相對運動期間變化，所述移動裝置為此作用于所述芯片和所述測量表面的相對位置。在一個實施例中，所述傳感器和所述鐵磁靶之間沿測量軸的相對偏差是不變的。 也就是說，在所述相對運動分別是旋轉(zhuǎn)運動或者平移運動的情況下，測量平面與旋轉(zhuǎn)軸或者平移平面之間的偏差是不變的。
優(yōu)選地，所述平移相對運動在與所述測量平面平行的平面中實行。在一個實施例中，鐵磁靶的測量表面是平的并且不與所述測量平面平行。優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)相對運動圍繞平行于所述測量平面、并且經(jīng)過所述芯片的垂線的旋轉(zhuǎn)軸而實行。優(yōu)選地，所述傳感器的輸出信號與所述磁體的磁場變化成比例。根據(jù)本發(fā)明的另一個目的，本發(fā)明涉及包括根據(jù)本發(fā)明的裝置的變速器。得益于本發(fā)明，可以，例如，確定固定于速度選擇軸上的靶的位置，以及確定變速器的控制是否處于“空檔點”，該空檔點在本案中構(gòu)成所述的基準位置。根據(jù)本發(fā)明的傳感器，取決于其是定位在變速桿處還是變速器處，提供變速桿和/ 或檔位選擇器的位置信息。根據(jù)本發(fā)明裝置的優(yōu)點在于其能夠很容易地適應(yīng)于各種變速器只需使靶適應(yīng)于運動和所期望的信息；傳感器保持不變。因此，得益于本發(fā)明，鐵磁靶的測量表面可以構(gòu)造成使得測量距離隨相對運動而變化，尤其當傳感器和鐵磁靶之間沿測量軸的相對偏差不變時。通過閱讀接下來的示例性而非限制性地給出并參照附圖進行的描述，本發(fā)明的其他特征及優(yōu)點將更加清晰，其中
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圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的一種霍爾效應(yīng)傳感器； -圖2A示出了無鐵磁靶情況下霍爾效應(yīng)測量裝置的工作原理； -圖2B示出了有鐵磁靶情況下霍爾效應(yīng)測量裝置的工作原理； -圖3A示出了根據(jù)本發(fā)明裝置的一個實施例，其中相對運動是相對于測量平面偏移的平移運動；
-圖3B示出了根據(jù)本發(fā)明裝置的一個實施例，其中相對運動是與測量平面平行的平移運動；
-圖3C示出了根據(jù)本發(fā)明裝置的又一實施例，其中相對運動是與測量平面平行的平移運動；
-圖4A示出了根據(jù)本發(fā)明裝置的一個實施例，其中相對運動是圍繞與測量平面平行的軸的旋轉(zhuǎn)運動；
-圖4B示出了根據(jù)本發(fā)明裝置的又一實施例，其中相對運動是圍繞與測量平面平行的軸的旋轉(zhuǎn)運動；
-圖5示出了以相應(yīng)于旋轉(zhuǎn)和平移的相對運動為函數(shù)的磁體場變化的測量圖。在本發(fā)明中采用的傳統(tǒng)霍爾效應(yīng)傳感器1如圖1所示。其包括，被布置于外殼30 (未示出)中的磁體10和固定到該磁體的芯片20，所述芯片構(gòu)造成用于測量磁體10的磁場， 在本案中，測量該磁場的豎直分量Bz，如圖2A和圖2B所示，其中磁體20示例性地被構(gòu)造為南極面S在上，北極面N在下。磁體10是穿有孔的。優(yōu)選地，磁體的孔11是圓形的，磁體呈現(xiàn)唱片形的橫截面。
在如圖所示的實現(xiàn)方式中，磁體10具有圍繞軸線Z (例如豎直的)的回轉(zhuǎn)對稱性， 以使磁體和孔是圓形并且同心的。芯片優(yōu)選地位于孔11的對面，孔11表征傳感器1的敏感區(qū)域。對于根據(jù)本發(fā)明的裝置，存在一個稱作磁體的高斯零點的點，在該點磁體磁場的所有分量(Bx，By, Bz)均為零。高斯零點的優(yōu)點在于其在時域是相對穩(wěn)定的并且相對獨立于溫度，而采用完整的磁體會導致測量的磁場發(fā)生偏移，該偏移需要隨后進行補償。此外，該偏移受溫度影響很大。根據(jù)本發(fā)明，芯片20有利地放置于磁體10的高斯零點處。對于采用線性霍爾效應(yīng)傳感器測量位置來說，高斯零點的穩(wěn)定性是關(guān)鍵的，這個特征在“開關(guān)”型霍爾效應(yīng)傳感器中是可忽略的，因其無需精確的距離測量(通常，該種類型的傳感器被用于二元模式(mode binaire)中，并且可以告知靶是否在傳感器對面)。對于偏差的檢測或位置的測量，通常在外殼30對面放置鐵磁器件50(稱為靶)。工作時，靶50以及外殼30被賦予相對運動，傳感器1構(gòu)造成測量該運動的幅度，也就是說，靶和傳感器表面之間的相對位置。圖2A示出了霍爾效應(yīng)測量裝置在鐵磁靶在傳感器1前面通過之前(或者之后)的
工作原理。圖2B示出了霍爾效應(yīng)測量裝置在鐵磁靶在傳感器1前面通過時的工作原理。通過對比這兩幅圖可見，磁體的場線14由于靶50的出現(xiàn)而明顯偏移了。磁體10 的磁場分量Bz被改變，由芯片20測量，并且傳感器輸出表征該測量的輸出信號(見圖5)。根據(jù)本發(fā)明，這樣的測量裝置允許確定位置，并且有利地被應(yīng)用于機動車的變速器中。例如，可以將傳感器1或者布置于變速桿處，或者直接布置于變速器處，比如，用于確定檔位選擇器的位置。靶50的定位依賴于傳感器的定位，并且靶以及相應(yīng)傳感器在變速器中的定位取決于變速器的類型。
根據(jù)本發(fā)明，在本案中，變速器以及檔位選擇器可以是用于在相對運動中改變測量距離d的裝置。然而，根據(jù)變速器的類型，尤其是涉及手動或自動變速器時，變速桿以及檔位選擇器之間的機械連接可能是復(fù)雜的。通常，變速桿通過連桿系統(tǒng)被連接到變速器，以使得變速桿的運動引起速度比選擇軸的平移型和/或旋轉(zhuǎn)型運動。對于某些手動變速器，連桿系統(tǒng)的間隙及容差可以導致根據(jù)所期望的精確度優(yōu)選地將傳感器定位在速度選擇軸處或者在變速桿處。對于自動變速器，通常，變速桿線性運動。本發(fā)明允許知道變速桿的位置，以提供該位置信息，例如，至變速器的操縱系統(tǒng)。然而，無論何種類型變速器，值得注意的一個位置是被稱為“空檔點”、對應(yīng)于通常為大致中央的位置的位置。本發(fā)明優(yōu)選地被實施以檢測該空檔點位置或者測量相對于該空檔點的位置，尤其因為如下原因。本發(fā)明優(yōu)選地應(yīng)用于配有“停止及啟動”系統(tǒng)的機動車，由于該系統(tǒng)，發(fā)動機在機動車暫停時自動停止，并且在駕駛員踩踏油門踏板時自動重啟(扭矩需求)。為此，有必要確定檔位選擇器的位置。事實上，由于發(fā)動機自動重啟，必須使離合器踏板踩到底和/或變速桿在空檔點，否則機動車可能有向前方或者后方“躍進”的危險。 機動車的計算機因此需要被告知檔位選擇器的位置，得益于本發(fā)明這是可能的。根據(jù)本發(fā)明，鐵磁靶50的測量表面51的形狀與相對運動的類型相匹配。
圖5示出了磁體的場B以轉(zhuǎn)動角度R (° )和縱向位移X (mm)為函數(shù)的變化。場B的強度是測量距離d的值的函數(shù)，該距離d是芯片20和靶的測量表面51之間沿著芯片垂線上的測量軸Z的距離。圖5對應(yīng)于一種實施方式，其中基準位置對應(yīng)于變速器的空檔點，對于該基準位置，場B最大(芯片20和靶50沿測量軸Z對齊時)。在這種實施方式中，霍爾效應(yīng)傳感器1和鐵磁靶50能夠被致動而進行一個相對于另一個的具有二個自由度的相對運動，其中一個對應(yīng)于平移運動，另一個對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)運動。在這種實施方式中，靶50具有非對稱的形狀，在本案中為尺寸是5X3mm的矩形。 因此根據(jù)一個或者另一個自由度(在本案中為平移或者旋轉(zhuǎn)相對運動)可以得到不同的響應(yīng)。當場B的值不再是最大時，可以得出變速器不再位于空檔點的結(jié)論，并且據(jù)此發(fā)出例如一個信號。因此可以檢測出距離基準位置“空檔點”的偏差。此外，在另外的實施方式中，根據(jù)本發(fā)明的裝置可以包括不僅用于檢測還用于測量距基準位置的偏差的裝置。為此，以相對運動為函數(shù)的磁體的磁場B的值可以被存儲于存儲器中。例如圖5 可以示出一種繪圖法。對于給定的相對運動，磁場B的瞬時值依賴于測量距離d，以此可以推出芯片20和靶50之間的相對偏差。例如，圖3A、3B和3C中的每個示出了根據(jù)本發(fā)明裝置的一種實施方式，其中霍爾效應(yīng)傳感器1和鐵磁靶50之間的相對運動是以雙箭頭表示的、沿平移平面22進行的平移運動。在一種實施方式中，如圖3A所示，平移運動相對于軸X或者相對于測量平面21偏移角度α。在另外的實施方式中，如圖3Β和3C所示，平移運動平行于軸X，也就是說平行于平面21，因此傳感器1和靶50之間沿測量軸Z的相對偏差不變?！皞鞲衅?和靶50之間的相對偏差不變”，應(yīng)該理解為例如它們各自重心之間的沿測量軸Z的相對偏差不變。因此，對于旋轉(zhuǎn)相對運動，傳感器(測量平面21)與旋轉(zhuǎn)軸R之間的沿軸Z的偏差不變。對于平移相對運動，該平移優(yōu)選地在與測量平面21平行的平移平面22內(nèi)進行(圖
3B、3C)。因此傳感器(測量平面21)與平移平面22之間的沿軸Z的偏差不變。當該平移在
與測量平面21相交的平移平面22內(nèi)進行時(圖3A)，需要對由角度α引起的偏移進行補 m
te ο鐵磁靶50的測量表面51可以呈平面(圖3A、3B、4A)或者非平面(圖3C、4B)，在本案中為漸變的(graduelle)。根據(jù)本發(fā)明，在鐵磁靶50于傳感器1前方連續(xù)移動期間，測量距離d的變化為單增函數(shù)或者為零(或者分別為單減函數(shù)或者為零，取決于移動的方向)。如圖:3B和圖3C所示，鐵磁靶50可以為大致三角形截面的形狀。其也可以是平行六面體形狀的并且相對于傳感器傾斜，或者可以是其它任何形狀，只要測量表面51在相對運動期間并非持續(xù)平行于測量平面21。圖4A和圖4B分別示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的實施方式，其中，霍爾效應(yīng)傳感器1 和鐵磁靶50之間的相對運動類型為旋轉(zhuǎn)運動，在本例中，圍繞與平面XOZ垂直的旋轉(zhuǎn)軸R 進行。與有關(guān)平移相對運動的實施方式類似，對于旋轉(zhuǎn)相對運動(圖4A、圖4B)，測量表面51可以是漸變的(progressive)，也就是說為蝸牛形的(圖4A)或者是階梯形的(圖4B)。本案中，本發(fā)明不能使用具有周期性形狀的測量表面51的鐵磁靶50，通常如齒輪。相反地，如圖3C或4B所示，鐵磁靶50的測量表面51是階梯形的，其中，在本案中，每個階梯在測量時與測量平面21平行，并且一個階梯與另一個階梯的相應(yīng)測量距離d互不相同。對于階梯形(圖3C、4B)，根據(jù)本發(fā)明的裝置有利地構(gòu)造成使每個階梯或者階臺分別對應(yīng)于檔位選擇器或者變速桿的相應(yīng)特定位置。為了確定鐵磁靶50和傳感器1的相對位置，根據(jù)本發(fā)明的裝置有利地包括用于推導所述相對位置的裝置，在本案中，該裝置呈由傳感器測得的磁場B的值與檔位選擇器或者變速桿的相應(yīng)特定位置之間的對應(yīng)表格的形式。位置信息之后通過通信裝置被發(fā)送到例如機動車的計算機。
權(quán)利要求
1.一種機動車發(fā)動機罩下的霍爾效應(yīng)測量裝置，該裝置包括 -外殼(30)；-霍爾效應(yīng)傳感器(1)，包括有孔磁體(10)和置于所述磁體(10)的高斯零點處的芯片 (20)；以及-鐵磁靶(50)，包括測量表面(51)； 其中-所述芯片(20 )固定到所述磁體(10 )，并且定義測量平面(21)； -所述霍爾效應(yīng)傳感器(1)和所述鐵磁靶(50)能夠被致動進行一個相對于另一個的相對運動；-所述傳感器(1)被置于所述外殼(30)中，并且構(gòu)造成沿垂直于所述測量平面(21)的測量軸(Z)，在所述芯片(20)的垂線上，測量所述磁體(10)的磁場(B)的值； 其特征在于 所述霍爾效應(yīng)傳感器(1)是線性的； 所述裝置包括基準位置，所述基準位置對應(yīng)于所述芯片(20 )和所述靶(50 )的給定相對位置； 所述相對運動具有二個自由度，其中一個和另一個分別對應(yīng)于平移運動或者旋轉(zhuǎn)運動； 所述裝置構(gòu)造成檢測距所述基準位置的偏差； 根據(jù)一種相對運動的靶(50)的形狀和/或尺寸分別與根據(jù)另一種相對運動的靶(50) 的形狀和/或尺寸不同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，還包括用于測量距所述基準位置的偏差的裝置。
3.根據(jù)前述任何一項權(quán)利要求的裝置，其中，至少所述鐵磁靶(50)的測量表面(51) 的朝向和形狀是相對運動類型的函數(shù)，以使得在移動裝置的作用下測量距離(d)在所述相對運動期間變化，所述移動裝置為此作用于所述芯片(20)和所述測量表面(51)的相對位置。
4.根據(jù)前述任何一項權(quán)利要求的裝置，其中，所述傳感器(1)和所述靶(50)之間的沿所述測量軸(Z)的相對偏差是不變的。
5.根據(jù)前述任何一項權(quán)利要求的裝置，其中，所述傳感器(1)的輸出信號與所檢測到的所述磁體(10)的磁場變化成比例。
6.一種變速器，包括根據(jù)前述任一項權(quán)利要求的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種機動車發(fā)動機罩下的霍爾效應(yīng)測量裝置，該裝置包括外殼(30)；霍爾效應(yīng)傳感器(1)，其包括有孔磁體(10)和置于所述磁體(10)高斯零點處的芯片(20)；以及-鐵磁靶(50)，其包括測量表面(51)；其中，芯片(20)固定到磁體(10)，并且定義測量平面(21)；傳感器(1)和鐵磁靶(50)能夠被致動進行一個相對于另一個的相對運動；-傳感器(1)被置于外殼(30)中，并且構(gòu)造成沿垂直于測量平面(21)的測量軸(Z)，在芯片(20)的垂線上，測量磁體(10)的磁場(B)的值；其特征在于傳感器(1)是線性的；所述裝置包括基準位置，其對應(yīng)于芯片(20)和靶(50)的給定相對位置；所述相對運動具有二個自由度，其中一個和另一個分別對應(yīng)于平移運動或者旋轉(zhuǎn)運動；所述裝置構(gòu)造成檢測距所述基準位置的偏差；根據(jù)一種相對運動的靶(50)的形狀和/或尺寸分別與根據(jù)另一種相對運動的靶(50)的形狀和/或尺寸不同。
文檔編號G01R33/07GK102177414SQ200980140034
公開日2011年9月7日 申請日期2009年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月10日
發(fā)明者E·塞維爾, M·范德金斯特, Y·多爾代 申請人:法國歐陸汽車公司