專利名稱：對漏磁通敏感性較小的磁傳感單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁傳感單元，其為汽車致動器中的主要系統(tǒng)，并且安裝在致動器中。
JP-A-2000-88600中公開了一種具有磁性位置傳感器的擺動致動器。在該致動器中，當致動器電機內(nèi)部的磁路與磁通探測裝置接近時，磁通探測裝置就可探測到從磁路中泄漏的磁通。也即，存在磁通探測裝置不能準確探測傳感器磁體的磁通量的可能性。
根據(jù)本發(fā)明，磁傳感單元具有致動器電機和磁性位置傳感器。致動器電機具有磁路。磁性位置傳感器用于通過磁性方式探測致動器電機的轉(zhuǎn)動位置。磁性位置傳感器包含磁通探測裝置和磁通產(chǎn)生單元。磁通產(chǎn)生單元用于根據(jù)致動器電機的轉(zhuǎn)動位置向磁通探測裝置產(chǎn)生預(yù)定量的磁通量。磁通探測裝置被安置在磁路之外的位置和方向上，在此，磁通探測裝置對致動器電機磁路的漏磁通敏感性最小。
因此，由于磁通探測裝置被安置在這樣的位置和方向上，在此，磁通探測裝置限于探測磁路的漏磁通，從而磁性位置傳感器的以磁性方式探測的誤差也就能得到限制。
如

圖1A和1B所示，容納在致動器內(nèi)部的磁傳感單元11具有致動器電機2，致動器電機2具有眾所周知并作為其主要部分的電機結(jié)構(gòu)。致動器電機2具有圓柱形電機殼體21和電機軸22。電機軸22在殼體21的一個端面中心伸出。而且，在電機殼體21的內(nèi)部，致動器電機2具有由一對電機磁體231、232構(gòu)成的磁路。電機磁體231、232的每一橫截面均為弧形。另外，電機磁體231、232在電機軸22的圓周方向上呈對稱形式地沿著電機殼體21的內(nèi)表面布置。例如，磁體231、232由永久磁體制成。磁體231、232在電機軸22的直徑方向上彼此相對布置。電機(未示出)儲藏在被電機磁體231、232包圍著的基本上為圓柱形的空間200中。磁體231、232的相對磁性表面分別是南極和北極。
在電機殼體21的一側(cè)，驅(qū)動軸3設(shè)在與電機軸22垂直的方向上，而又沒有彼此相交。驅(qū)動軸3通過齒輪系統(tǒng)(未示出)與電機軸22嚙合，從而驅(qū)動軸3能夠在其未與電機軸22直接嚙合的情況下旋轉(zhuǎn)。
磁傳感單元11具有磁性位置傳感器12。磁性位置傳感器12包含磁通產(chǎn)生單元4(磁通產(chǎn)生裝置)，磁通產(chǎn)生單元4又包括弧形傳感器磁軛41和弧形傳感器磁體42。傳感器磁軛41和傳感器磁體42的軸線與驅(qū)動軸3的軸線對應(yīng)。傳感器磁體42緊貼在與致動器電機2相對的傳感器磁軛41的表面上。傳感器磁體42的磁極在圖1B中位于上下表面部分上。磁性變換器4與驅(qū)動軸3整體旋轉(zhuǎn)。傳感器磁體42的厚度在其一個圓周方向上逐漸增加。也即，與致動器電機2相對的傳感器磁體42的磁性表面具有螺旋形斜坡。
而且，磁性傳感器12具有用于探測磁通量的霍耳元件5(磁通探測裝置)?；舳?被安置在傳感器磁體42的下方?；舳?與傳感器磁體42的下磁性表面相對。當傳感器磁體42與驅(qū)動軸3一同旋轉(zhuǎn)時，磁體42上的與霍耳元件5相對的部位的厚度會發(fā)生變化。傳感器磁體42的較厚部位會產(chǎn)生較大的磁通量，傳感器磁體42的較薄部位會產(chǎn)生較小的磁通量。因此，當傳感器磁體42旋轉(zhuǎn)時，霍耳元件5就可通過傳感器磁體42的相對部位的厚度變化而探測磁通量大小的變化。由于霍耳元件5探測磁通量的方向與驅(qū)動軸3的軸線方向平行，所以霍耳元件5能夠有效地探測傳感器磁體42的磁通量。
總體上講，當霍耳元件5被安置在與傳感器磁體42的磁極表面的圓周面對的位置上時，霍耳元件5就能夠探測驅(qū)動軸3的轉(zhuǎn)動位置。然而，在這種致動器中，霍耳元件5被安置在穿過磁體231、232之間的間隙201、202的方向上，并位于電機軸22的直徑方向上，也即與從一個電機磁體231、232指向另一個電機磁體的方向相垂直的方向上。通過霍耳元件5的這種布置所能提供的功能將在下面給以描述。
在霍耳元件5與電機2之間，設(shè)有圓盤形電機磁軛6(隔板)。電機磁軛6與傳感器磁軛41平行。電機磁軛6的直徑比電機殼體21的直徑稍大。電機磁軛6用于收集電機磁體231、232的漏磁通ΦM，并將漏磁通ΦM重新返回給電機磁體231、232。因此，電機磁軛6能作為霍耳元件5的磁屏蔽板，從而電機磁軛6能夠減小漏磁通對霍耳元件5的影響。
電機磁軛6上的與霍耳元件5相對的部位向霍耳元件5突出而形成臺階部分61。臺階部分61充當用于引導(dǎo)傳感器磁體42的磁通量ΦS的磁軛，從而穿過霍耳元件5的磁通量能夠得到增加。因此，霍耳元件5的磁探測性能能夠得以提高。
霍耳元件5與電機磁體231、232之間的位置關(guān)系如下。如果使用上述電機2，在電機殼體21周圍的磁體231、232的漏磁通就可被探測100測量到。如圖2A和2B所示，在電機殼體21周圍的任何部分上，漏磁通都是在三個方向上測量。這三個方向是電機軸22的軸線方向X、電機軸22的圓周方向Y和電機軸22的直徑方向Z。測量結(jié)果如圖3所示。圖3中水平軸的電機位置(度)表示的是圖2B中探測器100的轉(zhuǎn)動位置，其中0°是霍耳元件5在致動器中的位置，霍耳元件5在電機2周圍的圓周位置像電機位置一樣也用水平軸表示。
在每次測量中，在方向X上測量的磁通量基本上為0。而且，在方向Y上測量的磁通量在90°和270°附近變?yōu)?，并且在其他電機位置具有與電機位置相對應(yīng)的周期性固有值。與方向Y相反，在方向Z上的磁通量在0°和180°附近變?yōu)?，并且在其他電機位置具有與電機位置相對應(yīng)的周期性固有值。此外，盡管在方向Z上測量的磁通量在90°和270°俯近具有較大的絕對值，但該絕對值比在方向Y上的磁通量的最大絕對值還要大。其原因如下所述。
磁體231、232的磁力線從它們北極(N)的磁性表面豎直產(chǎn)生，然后發(fā)生較大彎曲，最后豎直進入它們南極(S)的磁性表面。因此，在穿過磁體間隙201、202的每個方向上，也即在圖3中電機位置的0°和180°處，方向Z上的磁通量較低。在從一個磁體231、232指向另一個磁體的每個方向上，也即在圖3中電機位置的90°和270°處，磁通量較高。
而且，考慮以下原因，在穿過磁體間隙201、202的每個方向(0°和180°)上的磁通量比從一個磁體231、232指向另一個磁體的每個方向(90°和270°)上的磁通量低。磁體231、232繞著電機軸22對稱布置，并且磁體231、232相對的磁性表面為不同磁極。因此，在穿過磁體間隙201、202的方向上，電機磁體231的磁通量與電機磁體232的磁通量被相互抵消。
如上所述，在穿過磁體間隙201、202的每個方向(0°和180°)上，泄漏的磁通較小，從而霍耳元件5中的探測誤差能夠得到限制。
在穿過磁體間隙201、202的每個方向(0°和180°)上的磁通量有些變大。然而，在該致動器中，由于霍耳元件5被安置成用于探測方向Z上的磁通量，所以霍耳元件5基本上不會探測到磁通量，并且漏磁通的影響對霍耳元件5較小。
此外，方向X上的磁通量非常小，并且霍耳元件5被安置用于探測方向Z上的磁通量。因此，從磁體231、232泄漏的磁通的影響非常小。
在該致動器中，霍耳元件5被安置在穿過磁體間隙201、202的每個方向上和電機軸22的直徑方向上。然而，當霍耳元件5在與其磁性探測方向垂直的表面上移動時，漏磁通對霍耳元件5的影響是如下所述產(chǎn)生的。如果方向Y上的磁通密度定義為By，方向Z上的磁通密度定義為Bz，電機位置定義為θ(度)，則霍耳元件5探測到的磁通密度的大小等 Bz*cosθ+By*sinθ。
一個使用根據(jù)本發(fā)明磁傳感單元的致動器實施例如圖4和5所示。與圖1中描述的構(gòu)件相同的構(gòu)件將以相同附圖標記表示，并且因此也不再給以進一步的描述。在罩體71的內(nèi)部，容納有形成磁傳感單元11的電機2、齒輪系統(tǒng)72等，從而驅(qū)動軸3能夠利用電機2的轉(zhuǎn)動力旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動軸3與電機22呈橫向布置，并與電機軸22垂直，同時由軸承73支撐著。齒輪系統(tǒng)72被安置在電機2的上部和驅(qū)動軸3的內(nèi)端之間的部分中。
在齒輪系統(tǒng)72中，斜齒輪721被安裝在電機軸22上，該電機軸22在電機2的殼體21的上端面突出。第一齒輪723被安裝在齒輪軸722上。而且，斜齒輪721與第一齒輪723嚙合，從而電機軸22的旋轉(zhuǎn)能被傳遞帶著齒輪軸722旋轉(zhuǎn)。齒輪軸722與驅(qū)動軸3平行布置。除了第一齒輪723以外，第二齒輪724也與齒輪軸722嚙合，并且齒輪軸722的兩端由兩個齒輪支撐著。第二齒輪724與安裝在驅(qū)動軸3一端上的第三齒輪725嚙合。
齒輪725在圓盤形基部74的端面上突出，驅(qū)動軸3的軸線與基部74的軸線對應(yīng)。而且，在基部74的端面上，除了齒輪725以外，還設(shè)有磁軛41和弧形階梯部分741。在階梯部分741上，安裝有傳感器磁體42。階梯部分741的圓周成形得與齒輪725的圓周相同，并且基本上占一半圓周。在階梯部分741的階梯表面上，形成有弧形槽，從而磁軛41和磁體42能以這種順序裝配在該槽中。
霍耳元件5與傳感器磁體42相對設(shè)置?；舳?的磁性探測方向與驅(qū)動軸3平行。而且，霍耳元件5被安置在穿過磁體間隙201、202(圖1所示)的每個方向上和電機軸22的直徑方向上。
而且，齒輪軸722與驅(qū)動軸3之間形成了這樣的位置關(guān)系。在這種位置關(guān)系中，當驅(qū)動軸3在致動器規(guī)格中要求的預(yù)定旋轉(zhuǎn)角度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動且霍耳元件5超過傳感器磁體42的預(yù)定旋轉(zhuǎn)角度范圍時，齒輪725和齒輪724可在整個范圍內(nèi)嚙合。
霍耳元件5的不同類型的輸出特性通過不同類型的磁體42實現(xiàn)。不管磁體42的類型如何，磁傳感單元11都能用于致動器中。三種類型的磁體42如圖6A和6B、圖7A和7B及圖8A和8B中的第一至第三實例所示。每個磁體的轉(zhuǎn)動位置和對應(yīng)磁通密度之間的關(guān)系如圖9所示。
圖6A和6B中所示的作為第一實例的磁體42A(斜面弧形磁體單元)由磁體421、422(斜面弧形磁體部分)以這種方式整體構(gòu)成，即每個磁體421、422在圖6B的豎直方向上具有磁極。每個磁體421、422具有大致為90°的弧形，從而磁體42A具有大致為180°的弧形。每個磁體421、422具有向著每個面對表面逐漸變細的楔形。磁體421、422的各自厚度在每個連接部件中最小。在圖6B中，磁體42A的上表面和下表面為磁性表面。與霍耳元件5相對的磁體42A的磁性表面具有斜面。磁體421的斜面是北極，磁體422的斜面是南極。磁體421、422是基本上相等的磁體，但相同磁性卻相反布置。當磁體42A在被使用時，磁體421、422的厚度在它們的連接部件中最小，并且磁體421、422的每一磁通量在每個連接部件中均被相互抵消。因此，在一個轉(zhuǎn)動位置中，霍耳元件5所探測的磁通量變?yōu)?，并且磁通量的方向被反向。如果將磁通量被探測為0的轉(zhuǎn)動位置定義為0°，則反向過來的磁通密度就能被霍耳元件5探測為負值。在這種情況下，磁通密度被探測為0的轉(zhuǎn)動位置能被定義為標準點。在磁通量被探測為0的一點上，所探測的磁通量大小不會隨溫度變化。因此，標準點不會隨溫度而漂移，并且能實現(xiàn)致動器較高的測量精度。
如圖7A和7B所示的作為第二實例的大致為180°的弧形磁體42B(斜面弧形磁體)為楔形，其上表面和下表面為磁性表面。磁體42B的厚度從一個圓周端到另一個圓周端逐漸變薄。與霍耳元件5相對的斜面是北極或南極。因此，根據(jù)驅(qū)動軸3的轉(zhuǎn)動位置，磁通量在一個圓周方向上會被增加或降低。
如圖8A和8B所示的作為第三實例的磁體42C(弧形磁體單元)以整體方式包含磁體(弧形磁體部分)423、424。每個磁體423、424具有大致為90°的弧形，從而磁體42C具有大致為180°的弧形。與霍耳元件5相對的磁體423的一個表面是北極，與霍耳元件5相對的磁體424的一個表面是南極。磁體423、424是基本上相等的磁體，但是相同磁性卻相反。磁體423、424的厚度是固定值。當磁體42C被使用時，在它們的接部件中的磁通量會被相互完全抵消。因此，在驅(qū)動軸3的一個轉(zhuǎn)角中，霍耳元件5中所探測的磁通量就會變?yōu)?，并且磁通量的符號會被取反。除了磁通密度變?yōu)?的轉(zhuǎn)動位置以外的磁通量大小固定不變。
磁體42B的磁路的磁通量隨著驅(qū)動軸3的旋轉(zhuǎn)只會增加或降低。而且，在磁體42C的磁路中，只有磁通量的符號在預(yù)定轉(zhuǎn)動位置會被顛倒。因此，磁體42A的磁路具有比磁體42B的磁路和磁體42C的磁路更好的輸出特性。也即，在磁體42A的磁路中，除了在0°點的穩(wěn)定性以外，也能實現(xiàn)直線特性。此外，與磁體42A、42B的磁路相比，較厚部分的厚度和較薄部分的薄度相同，磁體42A磁路磁通量的變化是磁體42B磁路磁通量的變化的兩倍，從而磁體42A磁路的解析性能是磁體42B磁路的解析性能的兩倍。
而且，當磁路的磁通量的特性能夠滿足預(yù)定條件，霍耳元件5與磁路之間的磁軛就不必設(shè)置。
在該實施例中，霍耳元件5的磁性探測方向被布置在電機軸22的直徑方向，在此，磁通量在穿過磁體間隙231、232的每個方向上產(chǎn)生得最大，從而磁路的漏磁通的影響能得以最小化。然而，當漏磁通密度的特性能夠滿足預(yù)定條件，霍耳元件5的位置就不需局限于上述位置。
霍耳元件5作為磁通探測裝置，用于探測傳感器磁體42的磁通量。然而，磁通探測裝置不局限于霍耳元件5。
鑒于本發(fā)明的目的，最好將霍耳元件5布置在穿過磁體間隙201、202的每個方向上。然而，并不局限于將霍耳元件5布置在那個位置上。
而且，介紹了包括兩個磁體的磁路。然而，本發(fā)明能夠用于在磁路形成磁場的區(qū)域布置多于兩個磁體的情況。
權(quán)利要求
1.一種磁傳感單元(11)，包括致動器電機(2)，其具有磁路(23)；和磁性位置傳感器(12)，其用于通過磁性方式探測致動器電機(2)的轉(zhuǎn)動位置，磁性位置傳感器(12)包含磁通探測裝置(5)；及磁通產(chǎn)生裝置(4)，其根據(jù)致動器電機(2)的轉(zhuǎn)動位置向磁通探測裝置(5)產(chǎn)生預(yù)定大小的磁通量；磁傳感單元(11)的特征在于磁通探測裝置(5)被安置在磁路(2)之外的位置和方向上，在此，磁通探測裝置(5)對磁路(23)的漏磁通(ΦM)的敏感性最小。
2.如權(quán)利要求1所述的磁傳感單元(11)，其特征在于磁路(23)包含兩個電機磁體(231，232)，其中所述電機磁體(231，232)被分開布置，并且電機磁體(231，232)的相對表面被磁化為不同的磁極；和磁通探測裝置(5)的安置用于探測穿過電機磁體(231，232)之間的磁體間隙(201，202)并與從一個電機磁體(231，232)指向另一個電機磁體的方向相垂直的方向上的磁通量。
3.如權(quán)利要求1或2所述的磁傳感單元(11)，其特征在于磁通探測裝置(5)被這樣安置，即磁通探測裝置(5)的用于探測磁通量的方向與漏磁通(ΦM)的磁力線垂直。
4.如權(quán)利要求1至3中任一所述的磁傳感單元(11)，其特征在于磁傳感單元(11)包括隔板(6)，隔板(6)被安置在磁路(23)和磁性位置傳感器(12)之間；隔板(6)作為用于收集向著磁通探測裝置(5)泄漏的漏磁通(ΦM)的磁軛。
5.如權(quán)利要求4所述的磁傳感單元(11)，其特征在于隔板(6)具有面對并向著磁通探測裝置(5)突出的臺階部分(61)。
6.如權(quán)利要求1至5中任一所述的磁傳感單元(11)，其特征在于磁通產(chǎn)生裝置(4)包含由天然磁體制成的傳感器磁體(42)，該傳感器磁體(42)的一個磁性表面與磁通探測裝置(5)相對，并向此處產(chǎn)生磁通。
7.如權(quán)利要求6所述的磁傳感單元(11)，其特征在于傳感器磁體(42)是基本由兩個斜面弧形磁體部分(421，422)組成的斜面弧形磁體單元(42A)，其中所述弧形磁體部分(421，422)具有基本相同的形狀，且具有相同的磁化力性能；所述弧形磁體部分(421，422)中的一個在磁通探測裝置(5)的磁性探測方向上被磁化，另一個則在與磁性探測方向相反的方向上被磁化；每個斜面弧形磁體部分(421，422)分別具有與磁通探測裝置(5)相對的傾斜磁性表面，且沿圓周方向呈楔形；和所述弧形磁體部分(421，422)的最薄圓周端被成形為一體，并且形成弧形磁體單元(42A)的最薄部分。
8.如權(quán)利要求6所述的磁傳感單元(11)，其特征在于傳感器磁體(42)是斜面弧形磁體(42B)，其中所述斜面弧形磁體(42B)在磁通探測裝置(5)的磁性探測方向上被磁化；所述斜面弧形磁體(42B)具有與磁通探測裝置(5)相對的傾斜磁性表面，且沿圓周方向呈楔形。
9.如權(quán)利要求6所述的磁傳感單元(11)，其特征在于傳感器磁體(42)是主要由兩個弧形磁體部分(423，424)構(gòu)成的弧形磁體單元(42C)，其中所述弧形磁體部分(423，424)具有基本相同的形狀，且具有相同的磁化力性能；所述弧形磁體部分(423，424)中的一個在磁通探測裝置(5)的磁性探測方向上被磁化，另一個則在與磁性探測方向相反的方向上被磁化；和磁體部分(423，424)被成形為一體，并且形成弧形磁體單元(42C)。
全文摘要
一種磁傳感單元(11)包含致動器電機(2)和磁性位置傳感器(12)。致動器電機(2)具有包含電機磁體(231，232)的磁路(23)。磁性位置傳感器(12)包含傳感器磁體(42)和用于探測磁通量的霍耳元件(5)。磁體間隙(201，202)形成在電機磁體(231，232)之間?；舳?5)被安置在電機(2)的外面，用于在穿過磁體間隙(201，202)的方向上探測磁通量，該方向與從一個電機磁體(231，232)指向另一個電機磁體的方向垂直。在霍耳元件(5)的這種布置中，霍耳元件(5)探測到的從電機磁體(231，232)泄漏的磁通受到了限制。
文檔編號G01D5/18GK1469105SQ0314890
公開日2004年1月21日 申請日期2003年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月26日
發(fā)明者德永政男, 武田憲司, 神谷知充, 充, 司 申請人:株式會社電裝