[发明专利]场旋转双向磁位置传感器

说明书

技术领域

本发明涉及非接触式磁位置传感器领域，其目的在于同时提供代表遵从两个方向（平移和平移、平移和旋转、旋转和旋转）的位置的两个独立的输出信号，。

从磁场中检测位置的传感器具有多种优点：

-不存在与活动部件的机械接触，因此没有磨损，

-对污垢不灵敏，

-生产成本低，

-使用寿命长。

大部分非接触式磁位置传感器都遵从单一方向（旋转或平移），但出现越来越多必须使用依据两种方向的传感器（双向传感器）的应用，例如为了检测传动构件的位置，或者在通常为旋转和平移相结合的情况下。在这样的应用中，特别重要的是获得沿一种方向的位置信息，而该位置信息不依赖于沿另一方向的位置（独立的输出信号）。

背景技术

大部分现有的双向传感器使用连接在简单或相对复杂的磁路上的永磁体，所述磁路由铁磁材料制成，用来引导和/或集中由一个或多个永磁体产生的磁通量，但其有损于传感器的成本和性能。

因此，现有技术中已知有申请人提出的专利文献FR2786266，其涉及依据两个方向的位置传感器，但这种传感器中使用的磁体的体积和表面积限制了该传感器对较长行程的实际运用。所述传感器还由于铁磁定子导致较大的磁滞，并且传感器的测量取决于剩磁感应的变化，由此剩磁感应必须被补偿。

此外，欧洲专利文献EP800055描述了线性和角位置传感器。由于是非线性的并且程度较弱，这些传感器供给的模拟信号很难被应用。这种传感器需要多个隔开的测量点，用来测量沿两个方向的相对位置。而且，需要使用导致磁滞的定子部件，而且敏感元件测量场幅度并因此对几何公差和温度敏感。

专利文献US4639667或WO9716736描述的传感器工作所依据的原理不能使其供给以两个尺度代表位置的线性且独立的信号。

还存在仅把两个独立的单向传感器端对端地配置的双向传感器，例如专利文献WO 2008138662和专利文献US6175233描述的各自测量单个方向的两个线性传感器。每个传感器都具有一个磁体和磁场检测元件，因此带来较大的体积且提高了实现成本。此外，这些传感器测量磁场幅度并且因此其本身对几何公差和温度较为敏感。

还已知现有技术中的专利文献US7421923和US7293480是由变速杆啮合带动的速度检测传感器。这些专利提出的方案用于沿2种方向检测位置，但其使用磁体且还要使用与待检测档位同样多的、设置于一定空间中的霍尔传感器。因此需要安装传感器网络以辨别唯一的位置并获得速度的数字检测。传感器的倍增使这种方案的实施成本高昂，且不能提供即时地获知位置的方法。

为了弥补上述的通过幅度测量检测位置所产生的问题，存在测量磁场的转动，也即是测量其方向而非幅度的位置传感器。然而，这种方式主要应用于单向而非双向传感器。

现有技术中已知例如申请人提出的专利文献FR2898189和FR2909170所描述的传感器，其使用磁场方向而非幅度来检测磁体和磁敏探测装置之间的相对位置。这种方向测量对温度和机械间隙不敏感且不用安装铁磁部件，因此不存在磁滞。然而，通过根据两个磁场分量计算单个的幅度比，所述传感器仅能测量唯一的磁场方向，且因此仅能按照一种方向而非两个方向来获知活动磁体相对于磁敏探测装置的相对位置。同样，专利文献和专利申请US6731108、US6960974和WO2004015375通过使用磁场方向仅能测量磁体相对于一个或多个磁敏元件的线性位移。然而，对于行程大于20-25mm的实际应用，这些传感器需要有被设置在行程的不同部分上的多个探测装置，由此增加了传感器的成本而且需要对探测装置精确定位。

然而，现有技术中还已知允许测量双向位置并使用旋转测量而非磁场幅度的技术方案，但其专门针对操纵杆（joysticks）应用的情况。因此，专利申请US20070242043或US20090062064描述了用于操纵杆的传感器，其包括沿厚度单向磁化的单个磁体，以及仅测量磁场的两个分量并由此仅能测量单个磁场方向（由两个磁场分量形成的角度）的探测装置。这种原理不能供给沿两个方向独立的线性信号。而且，操纵杆式的系统仅限于旋转而不能测量平移。此外，通过操纵杆系统可检测到的角度局限于三十度左右。如果超过该角度，则磁体将远离探测装置，探测装置不再能探测到足够的磁场以推导出位置。因此，为了实现用于大于40度角行程的实际应用，传感器需要由有设置在行程的不同部分上的多个探测装置，这增加了传感器的成本。