旋轉移動件的溫度傳感裝置及其溫度檢測方法
2023-05-15 12:58:31
專利名稱：旋轉移動件的溫度傳感裝置及其溫度檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種旋轉移動件的磁性溫度傳感裝置，其包括至少一個連接到所述旋轉移動件的電磁場源件和連接到固定件的磁場傳感件，可測量由所述磁場源件產生的磁場的參數，所述磁場參數是所述旋轉移動件的溫度的函數。
背景技術：
測量旋轉件，如轉動件或軸，的溫度，由於不可能布置傳感器到轉動件上，因此一直是個難題。
例如，特別的需求是測量汽車高速運行時的汽車輪胎溫度，即便所述汽車正在移動，以實現維護和安全的目標。因此，重要的一點是駕駛員隨時知道輪胎的溫度，輪胎溫度可顯著影響汽車的行為。
已經知道許多測量輪胎壓力和溫度的方法。一般都使用了複雜的配線技術，或者要求設置帶電源和天線的電磁波發射器和接收器。
美國專利No.4,570,152公開了一種輪胎的溫度測量系統，其中多個磁性釘插入輪胎的胎面的預定位置。磁場傳感器然後設置到車輛的非傳動件上接近輪胎的位置，用於檢測多個旋轉磁性釘產生的磁脈衝。如果輪胎溫度上升，所產生的熱量使得磁性釘產生的磁場強度減少。
這樣的系統要求插入外部物體到輪胎面，傳感件非常接近輪胎面，以精確的方式檢測磁場強度的變化。
發明內容
本發明的目的是提供一種能夠製造出輪胎的磁性溫度傳感裝置的方案，該裝置的精度很少或不受到磁場強度的檢測精度的影響。
根據本發明，所述目的的實現是通過一種溫度傳感裝置，和相應的溫度檢測方法。本發明提出一種旋轉移動件的磁性溫度傳感裝置，包括至少一個磁場源件，其與所述旋轉移動件相連；和連接到固定件的磁場傳感件，可測量所述磁場源件產生的磁場H的參數，磁場H的參數是旋轉移動件的溫度T的函數；其特徵在於，磁場源件包括機構，可使磁場H方向繞至少一個軸線轉動，其中磁場方向是旋轉移動件的溫度T的函數。
本發明還提出一種使用上述裝置來測量旋轉移動件的溫度的方法，其中溫度T的變化，其關聯到磁場源件產生的磁場H方向的變化，可通過所述磁場傳感件進行測量。
下面通過參考附圖，附圖提供了非限制性的示例，對本發明進行介紹。附圖中圖1顯示了根據本發明的磁性裝置的操作原理；圖2A和圖2B顯示了圖1裝置的細節；圖3是涉及由圖1裝置測得的數量的示意圖。
具體實施例方式
本發明的旋轉移動件的磁性溫度傳感器包括至少一個磁場源件，其連接到所述旋轉移動件，優選的方式是設置在輪胎內部件如內部管；和連接到固定件，最好是汽車底盤，的磁場傳感件，可測量所述源件產生的磁場的參數，所述磁場參數包括所述磁場的方向，該方向是所述旋轉移動件的溫度的函數，這可通過採用作為溫度函數的適當旋轉機構來實現。
圖1是顯示根據本發明的裝置的操作原理的視圖。
圍繞旋轉軸線12轉動的輪胎11包括磁場源件13，具有自己的磁化強度，能夠產生磁場H。
所述磁場源件13最好位於輪胎11內側的內部管內。在固定件上，具體是汽車的擋泥板15，設置了磁場傳感器14，為了簡化未整體顯示。
磁場源件13在輪胎11和固定件15之間區域產生的磁場H具有場強和方向。
磁場源件13的磁場H可旋轉，並且作為輪胎11溫度的函數的場強可發生變化。磁場傳感器14遠距離測量磁場H，從而間接測量溫度。磁場傳感器14測得的信號然後送到汽車的電子單元，其也未在圖1中顯示，進行處理並產生信號和警告。
圖2A和2B更詳細地顯示了連接到輪胎11的磁場源件13。
圖2A顯示了位於第一操作位置的磁場源件13，這時的溫度T的值等於T1，而圖2B顯示了位於第二操作位置的磁場源件13，這時的溫度T值等於T2，T2大於T1。
根據本發明的磁場源件13包括永久磁鐵件21，可產生帶有恆定模數和方向的磁場H。所述永久磁鐵件21最好連接到旋轉件22，旋轉件可沿軸線25作旋轉運動，其徑向相對輪胎11形成的圓周面。所述旋轉件22，根據本發明的優選實施例，是形狀記憶材料件，例如可由鎳-鈦合金或其他形狀記憶合金(SMAs)製成，當溫度變化時可沿其主軸線扭曲。如圖2所示，旋轉件22包括形狀記憶材料杆23，沿軸線25設置在同軸的容器圓筒24內，圓筒能夠限制輪胎11運動產生的振動。
杆23最好通過其相對輪胎11表面的遠端固定到圓筒24的底部27，否則其可在所述圓筒24內自由扭曲。在所述杆23自由端，即相對輪胎11表面的近端，設置了永久磁鐵件21，如圖2A所示，其具有兩個極，因此產生基本切向於輪胎11表面方向的相關磁場H。在圖2A，具體地，永久磁鐵21的位置確定了切向的並對準輪胎11旋轉方向的磁場H。
在圖2B，如上所述，磁場源件13承受的溫度T2大於T1。由形狀記憶材料製成的杆23由於溫度上升而扭曲，使其支承永久磁鐵21的近端繞軸線25轉動。在圖2B，永久磁鐵21大致旋轉90°，並在與輪胎11的旋轉方向正交的方向上產生磁化強度。
磁場傳感器14可間接測量輪胎11的溫度T，直接測量由位於旋轉件22上的永久磁鐵21的磁化強度決定的磁場H的方向。
磁場傳感器14，可以是旋轉閥傳感器，對磁場方向的變化敏感，能夠感覺到磁場H的方向的變化，所以能夠檢測出溫度的上升。具體地，電子單元的適當電路和微型控制器用於測量永久磁鐵21的過去時間內的轉數，例如通過簡單的計數器，因此可確定輪胎17的溫度。
永久磁鐵21可利用成塊的磁性材料或硬鐵磁薄膜來生產，薄膜通過相應的薄膜沉積技術，比如濺射或電沉積，進行沉積。在這種情況下，永久磁鐵21可包括單個膜或多個膜疊層，以及由鐵磁顆粒構成的複合材料，各種尺寸(從納米到毫米)和形狀的鐵磁顆粒結合到聚合物基體並進行磁化。顆粒可在現場或不在現場合成聚合物。在本文介紹的實施例中，永久磁鐵21的磁化強度不會因溫度變化而發生變化。
在任何情況下，已知的多種磁性材料的性能都適用於上面介紹的場合，即，只要磁化強度在-40℃到300℃的溫度範圍內不一定為線性方式的反應具有顯著的變化。在這方面，圖3顯示了適合形成永久磁鐵21的材料的作為溫度T函數的磁化強度絕對值的曲線形狀。很容易看到，磁化強度在補償溫度Tcomp和居裡溫度Tcurie有最小的絕對值。
上面介紹的方案與現有技術的方案相比有相當大的優越性。
根據本發明的溫度傳感裝置具優越性地允許溫度關聯到磁場方向的轉動，由於可以測量轉動件的轉變，所以正確確定所述磁場的強度對傳感器只有很小影響。
具體地，本文提出的磁性溫度傳感裝置的旋轉件採用形狀記憶材料，其對溫度變化很敏感。
很自然，不改變本發明的原理，根據以示例方式進行的說明和顯示，可對結構細節和實施例作出很大改進，這樣並未脫離本發明的範圍。
旋轉件還可以設置成可沿軸線25向前移動的螺紋型或螺旋，例如通過在圓筒和形狀記憶材料杆適當設置螺紋。通過這樣的方式，溫度變化轉變為磁場的轉動，和其強度的變化。這些參數可通過磁場傳感器同時測量，使測得的溫度有更好的精度。
此外，可作為溫度的函數進行轉動的旋轉件可通過與上面以優選實施例介紹的形狀記憶材料杆不同的的方式形成。例如，可利用含有氣體的單元的體積變化來得到機械位移，該位移再轉變為磁性件的旋轉運動。
可用任何數字或模擬的磁場傳感器來得到磁場傳感器，比如簡單螺線管、各向異性磁阻(AMR)、霍爾(Hall)、大磁阻效應(GMR)、隧道結磁阻(TMR)傳感器。
上面介紹類型的溫度傳感裝置可用於要求測量溫度的不同場合。
對於測量輪胎溫度，溫度傳感器可以是適當的測量單元的一部分，測量單元還包括輪胎磨損傳感器和/或壓力傳感器，還可包括促動器或閥門，以重新建立輪胎的溫度，所述單元直接位於輪胎上，可利用將輪胎運動時的振動能獨立轉換成的能量。
具體地，可以使用位於固定件上的傳感器來檢測磁場強度的變化和/或控制其他性質，如壓力，條件下的其他磁場源的方向變化。
但是，很清楚，所提出的裝置可應用於所有的可與磁性溫度傳感裝置，如上面介紹的傳感裝置，配合進行的溫度測量。所提出的裝置包括至少一個磁場源件，其與旋轉移動件相連；和連接到固定件的磁場傳感件，可測量所述磁場源件產生的磁場的參數，所述磁場參數是所述旋轉移動件的溫度的函數。所述磁場源件包括機構，可使產生的磁場方向沿至少一個軸線轉動。
權利要求
1.一種旋轉移動件的磁性溫度傳感裝置，包括至少一個磁場源件(13)，其與所述旋轉移動件(11)相連；和連接到固定件(15)的磁場傳感件(14)，可測量所述磁場源件(13)產生的磁場(H)的參數，所述磁場(H)的參數是所述旋轉移動件(11)的溫度(T)的函數；其特徵在於，所述磁場源件(13)包括機構(22)，可使所述磁場(H)的方向繞至少一個軸線(25)轉動，所述方向是所述旋轉移動件(11)的溫度(T)的函數。
2.根據權利要求1所述的傳感裝置，其特徵在於，所述機構(22)，可使所述磁場(H)方向繞至少一個軸線(25)轉動，其包括作為溫度(T)的函數進行轉動的件(23)，和永久磁鐵(21)。
3.根據權利要求2所述的傳感裝置，其特徵在於，所述轉動件(23)包括形狀記憶材料，尤其是鎳-鈦合金，製成的元件。
4.根據權利要求2或3所述的傳感裝置，其特徵在於，所述機構(22)，可使所述磁場(H)方向繞至少一個軸線(25)轉動，其還能夠使所述永久磁鐵(21)沿所述軸線(25)移動，所述移動是溫度(T)的函數。
5.根據權利要求4所述的傳感裝置，其特徵在於，所述磁場傳感件(14)測量的所述磁場(H)的所述參數包括磁場(H)的方向和/或強度。
6.根據權利要求5所述的傳感裝置，其特徵在於，所述磁場傳感件(14)能夠測量另外的磁場源的磁場參數，其根據物理量進行變化，所述磁場源連接到所述旋轉移動件，具體地，所述物理量是壓力。
7.根據前面權利要求中任一項所述的傳感裝置，其特徵在於，所述旋轉移動件(11)是汽車輪胎。
8.根據權利要求7所述的傳感裝置，其特徵在於，所述傳感裝置設置在測量單元，其還包括輪胎磨損傳感器和/或壓力傳感器，還可包括促動器或閥門，來重建所述輪胎(11)的溫度，所述單元可直接設置到所述輪胎(11)。
9.根據前面權利要求中任一項所述的傳感裝置，其特徵在於，所述永久磁鐵(21)用成塊磁性材料或硬鐵磁薄膜或複合材料製造，所述複合材料由結合到聚合物基體並進行磁化的鐵磁顆粒構成。
10.根據前面權利要求中任一項所述的傳感裝置，其特徵在於，所述磁場傳感件(14)是旋轉閥裝置。
11.一種使用權利要求1到10所述的裝置測量旋轉移動件的溫度的方法，其特徵在於，溫度(T)的變化，關聯到所述磁場源件(13)產生的磁場(H)方向的變化，可通過所述磁場傳感件(14)測量。
12.根據權利要求11所述的方法，其特徵在於，溫度(T)的變化，還關聯到所述磁場源件(13)產生的磁場(H)強度的變化，可通過所述磁場傳感件(14)測量。
全文摘要
公開了一種旋轉移動件的磁性溫度傳感裝置，包括至少一個磁場源件(13)，其與所述旋轉移動件(11)相連；和連接到固定件(15)的磁場傳感件(14)，可測量所述磁場源件(13)產生的磁場(H)的參數，所述磁場(H)的參數是所述旋轉移動件(11)的溫度(T)的函數。所述磁場源件(13)包括機構(22)，可使所述磁場(H)的方向繞至少一個軸線(25)轉動，所述方向是所述旋轉移動件(11)的溫度(T)的函數。
文檔編號G01K13/00GK1651879SQ20051000804
公開日2005年8月10日 申請日期2005年2月5日 優先權日2004年2月6日
發明者D·普利尼 申請人:C.R.F.阿西安尼顧問公司