致動器和傳感器組件的製作方法

2023-04-23 11:03:41 3

專利名稱：致動器和傳感器組件的製作方法
技術領域：
本發明總的涉及一種致動器和傳感器組件，尤其涉及一種耦合到致動器的非接觸式線性位置傳感器。
背景技術：
位置傳感被用於電子地監控機械部件的位置或移動。位置傳感器耦合到致動器並適於產生隨被關注部件位置的變化而變化的電信號。致動器和傳感器組件可包含在多種產品中。例如，致動器和傳感器組件可電子地監測並控制各種汽車部件的狀態。位置傳感器需要很精確，其必須根據所測量到的位置給出合適的電信號。如果不精確，位置傳感器可能會妨礙被監測部件的位置的評估和控制。通常，還需要位置傳感器在其進行測量時足夠精準。但是，位置測量中所需的精度明顯地隨著具體使用環境而改變。對於一些目的，僅需要粗略的位置指示即可；例如，指示閥門主要處於打開還是關閉。在其他應用中，需要更精準的位置指示。位置傳感器還應該對於其放置的環境足夠耐用。例如，用在汽車閥門上的位置傳感器在汽車操作過程中幾乎經歷不斷的運動。這種位置傳感器應該由即使是在較大的機械振動和熱極端及熱梯度的情況下，也足以使傳感器在其預計壽命期間保持充分精度和準確度的機械和電子部件組成。過去，位置傳感器通常為「接觸」型。接觸式位置傳感器需要物理接觸以產生電信號。接觸式位置傳感器通常包括電位計，該電位計產生隨部件位置而變化的電信號。接觸式位置傳感器通常較為精確和精準。不幸的是，由於運動過程中的接觸而產生的磨損限制了其耐用性。另外，接觸產生的摩擦會使部件的運行被削弱。另外，電位傳感器中的水侵入現象會使傳感器失效。傳感器技術的一個進步是非接觸式位置傳感器的發展。非接觸式位置傳感器(「NPS」)不需要信號發生器和傳感元件之間的物理接觸。NPS使用一個或多個磁體來產生隨位置變化的磁場，並採用一個或多個裝置來探測改變的磁場，從而測量出被監測部件的位置。通常，霍爾效應裝置被用於產生電信號，該電信號依賴於入射到裝置的磁通量的大小、極性或方向。霍爾效應裝置可物理地接附於被監測部件，這樣當部件移動時該霍爾效應裝置相對於靜止磁體而移動。相反地，霍爾效應裝置可以是靜止的，而使磁體直接或間接地貼附到被監測的部件，在這兩種情況中，都可以通過霍爾效應裝置產生的電信號來確定被監測部件的位置。儘管目前可獲得的致動器和NPS組件被證明為令人滿意的，但是仍需要繼續發展一種低成本的致動器和NPS組件。

發明內容
本發明的一個實施例涉及一種致動器和 傳感器組件，該致動器和傳感器組件包括傳感器外殼，其包括限定腔室的壁；以及連接組件，其包括傳感器並適於耦合到所述傳感器外殼，且耦合的關係為使所述傳感器延伸到所述傳感器外殼的所述壁限定的所述腔室中。所述組件還包括致動器外殼，該致動器外殼包括限定孔的基部，且所述傳感器外殼和所述致動器外殼耦合在一起並限定內部腔。活塞位於所述內部腔中，其可在所述內部腔中移動且限定接收部。磁體位於所述活塞的接收部中，且磁體產生磁場。所述傳感器適於感測磁場響應於所述活塞和所述磁體相對於所述傳感器的移動而發生的改變。所述組件還包括致動器軸，所述致動器軸包括耦合到所述活塞的第一端部和延伸穿過所述致動器外殼中的所述孔並與可移動物體呈耦合關係的第二端部。在一個實施例中，所述致動器和傳感器組件還包括柔性隔板，所述柔性隔板位於所述內部腔中，所述活塞坐落在所述柔性隔板上。彈簧也位於所述內部腔中，靠著所述活塞，並將所述活塞偏置到第一位置中。增壓源耦合到所述傳感器外殼或致動器外殼中的一個，並與所述內部腔流體流通，以調節所述內部腔中的壓強並致使所述活塞移動。在一個實施例中，致動器和傳感器組件還另包括位於所述傳感器外殼或所述致動器外殼的其中一個上的多個夾子以及位於所述傳感器外殼或所述致動器外殼中的另一個上的凸緣。所述多個夾子接合於所述凸緣以將所述傳感器外殼和所述致動器外殼耦合在一起。另外，在一個實施例中，所述磁體包括至少第一和第二由不同磁性材料製成的堆疊部分。在一個實施例中，所述第一部分由NdFeB材料製成，所述第二部分由鐵或鋼材料製成。進一步地，在一個實施例中，所述致動器外殼的所述基部限定多個腔，所述致動器和傳感器組件還包括多個安裝銷釘，所述多個安裝銷釘包括各自延伸到所述致動器外殼的所述基部中的所述多個腔中的頭部。在一個實施例中，所述致動器外殼的所述基部還限定中心腔，隔板位於所述中心腔中並限定中心通孔，所述致動器軸延伸穿過所述隔板的所述中心孔。根據下面本發明的優選實施例的詳細描述、附圖和所附權利要求，本發明的其他優點和特徵將更加顯而易見。


在形成本說明書的一部分的附圖中，相似的數字在所有的圖上被用來表示相似的部件
圖I為根據本發明的致動器和傳感器組件的透視圖；圖2為圖I中所示的致動器和傳感器組件的斷面垂直截面圖；圖3為圖I的致動器和傳感器組件的分解透視圖；圖4為圖I至圖3中的致動器和傳感器組件的傳感器外殼和連接組件的片斷透視圖；圖5為圖I至圖3中所示的致動器和傳感器組件的連接組件、傳感器外殼以及活塞/磁體承載組件的垂直截面圖； 圖6為位於圖I至圖3中所示的致動器和傳感器組件的隔板中的活塞/磁體承載組件的頂面透視圖；圖7為圖I至圖3中所示的致動器和傳感器組件的致動器外殼的頂面透視圖；圖8為圖I至圖3中所示的致動器和傳感器組件的致動器外殼的垂直截面圖；圖9為圖I至圖3中所示的致動器和傳感器組件的磁體組件的第一可替換實施例的簡化透視圖；圖10為描述圖9中的磁體組件所產生的磁場的簡化示意圖；圖11為圖I至圖3中所示的致動器和傳感器組件的磁體組件的第二可替換實施例的簡化透視圖；和圖12為圖I至圖3中所示的致動器和傳感器組件的磁體組件的第三可替換實施例的簡化透視圖。
具體實施例方式圖I至圖3示出了根據本發明的致動器和傳感器組件200。致動器和傳感器組件200首先包括上部或頂部傳感器外殼或罩構件22 (圖1、2、
3、4)以及下部或底部致動器罩或外殼構件210 (圖1、2、3、7、8)，兩者相互耦合併一同限定一用於多個元件的內部腔體或封閉空間或室，這些元件包括下文將詳細描述的活塞/磁體組合承載組件100 (圖2、3、5、6)以及彈簧150 (圖2和圖3)。在所示實施例中，可由任意合適的注模塑料製成的傳感器外殼或罩22大致為穹頂形，且包括圓形的頂壁或頂27 (圖2、3、5)以及具有內表面24和外表面25的整體向下延伸的周邊外壁或裙狀部分23 (圖2、3、5)。頂27和裙狀部分23—起限定一內部傳感器腔(cavity)或室(chamber)26。頂27還包括穹頂29 (圖2、3、5)，該穹頂29限定一與腔26共軸並向腔26敞開的內部孔或腔28。穹頂29還限定一內部周邊凹槽30 (圖2、3)以及圍繞該凹槽30的套環32。細長的、大致圓柱形空心管31 (圖1、3、5)從頂27的一部分大致垂直向外且向上地延伸，並限定一與腔26的內部能流體流通的內部埠或通道33 (圖5)。管子31可連接到諸如空氣的氣動流體源。周邊延伸的肩部或套環44a (圖2和圖5)從頂27的內表面的一部分向下延伸到腔26中。周邊凹槽或溝槽34被限定在頂27的內表面的一部分中並圍繞套環44a。細長的周邊延伸的壁36 (圖4、5)從壁或頂27的內表面的另一部分整體向下地延伸到腔26中。壁36包括第一對空間分離且大致平行的豎直取向的側壁部分36a和36b，第二對空間分離且大致平行的豎直取向的壁部分36c (圖4中僅示出了一個)，以及連接豎直壁部分36a、36b和36c的下部末梢外圍端部的、底部大致水平的壁或底部38。因此壁36，具體地，其壁部分36a、36b、36c和36d —起限定一傳感器/基底腔或腔室40(圖5)，該傳感器/基底腔或腔室40可通過由壁36在外殼構件22的頂27中限定的一個開口 41 (圖5)進入。因此壁36，具體地，其壁部分36a、36b、36c和36d將腔室40從腔26中分離或隔離，即腔室40由各個壁36a、36b、36c和36d的各自內表面限定並包圍，且各個壁36a、36b、36c和36d的各自外表面面向腔26。多個大致L形的柔性細長夾子或指狀物42 (圖2、3、5)從外殼構件22的裙狀部分23的外側表面向外突出。每個夾子42包括末端43 (圖2和圖5)，該末端43向下地凸出或延伸越過裙部23的周邊末梢邊緣，並終止在向內 凸出的末梢肋或突出部或肩部44中。同樣可以由任意合適的注模塑料製成的連接組件50 (圖1、2、3、5)被安裝並耦合到外殼構件22的頂27上，更具體地，安裝到外殼構件22的頂27的穹頂29上。連接組件50包括主體51和從主體51 —體地延伸的罩體52,罩體52空間分離並大致平行於外殼22的頂壁。罩體52限定一敞開的內部空間53 (圖5)。鎖定突片54位於罩體52的頂部外表面上且從該表面向外突出。一電連接器(未示出)適於耦合到罩體52的端部並通過鎖定突片54固定到罩體52。該電連接器(未示出)可被連接到線束(未示出)。連接組件50還包括環形末梢周邊凸緣56 (圖2、3、5)，其從主體51的末梢外圍周邊邊緣向外大致垂直並一體地延伸和凸出。連接組件50耦合到並覆蓋外殼構件22的頂部，具體地，以如下關係耦合到並覆蓋外殼構件22的壁27和36 :其中連接組件50的凸緣56位於外殼構件22的凹槽30中，並被外殼構件22的套環32圍繞，且通過熱熔、超聲焊接或類似的手段或方法被固定到外殼構件22。主體51還限定一內部凹槽57 (圖5)，該凹槽能夠允許連接組件50位於由外殼構件22的壁/頂27限定的穹頂29上。連接組件50的主體51還包括向下凸出的一體臂58，當連接組件50位於外殼構件22的頂部上並耦合到外殼構件22的頂部時，該臂58穿過壁36中的開口 41延伸並部分地到達由外殼構件22的壁36限定的室40中。多個大致L形的導電端子84 (圖5中僅示出一個)被嵌入式模製到連接組件50的主體51中並穿過連接組件50的主體51。端子84通過主體51的內部被固定，並穿過該主體51的內部至臂58上。每個端子84限定各自相對的末端85和86。端子的端部85延伸到由罩體52限定的內部腔53中，並適於連接到電連接器(未示出)。端子的端部86在壁58的末端上延伸並通過壓配合、焊接、焊線或其他類似的手段或方法耦合到基底80 (圖5)。基底80可以為傳統的由FR4或類似材料形成的印刷電路板。基底80末端以大致垂直於罩體52的關係大致共面地從壁58向外延伸。傳感器82 (圖5)安裝到基底80的其中一個外表面上。傳感器82可以為磁場傳感器,諸如霍爾效應裝置。在一個實施例中，傳感器82為從比利時伊珀爾的Melexis公司獲得的集成電路，其適於感測並測量由磁體產生的磁場至少在方向上的改變。儘管未示出，但可以理解的是，其他電子部件，例如電容器、電阻器、電感器和其他信號調節部件被安裝到基底80的其中一個外表面上，或在兩個外表面上均安裝。另外，可以理解的是，一個或多個電路線(未示出)也位於並限定在基底80上或其中，用於將傳感器82以及其上的其他電子部件電連接到連接組件50的臂58上的各個端子84的端部86。如圖5所示，當連接組件50耦合到外殼或罩22的頂27的頂部時，連接組件50的臂58的一部分以及耦合到該臂58的末端的基底80延伸到外殼的腔室40中，其中該腔室40被連接組件50的周邊壁36限定在外殼構件22的頂27中。致動器組件200還包括下部或底部致動器罩或外殼構件210，其也可以由適合的注模塑料製成。外殼構件210包括大致圓形的底部壁或底部或基部214 (圖2、8)以及從底部214的周邊邊緣大致一體向上地延伸的周邊側壁216。壁214和216 —起限定杯狀外殼構件210，該杯狀外殼構件210限定一內部腔或室212 (圖2、3、7、8)。側壁216的上部終端部分限定一周邊延伸並向外凸出的凸緣或套環或突出部或唇部218 (圖2、3、7、8)。中心通孔222 (圖2、8)限定一進入腔或室212的入口，並延伸穿過外殼構件210的底部。第一內部周邊延伸的壁223 ( 圖2、3、7、8)從外殼構件210的底部214的內表面的中心部分大致垂直地一體向上凸出。壁223圍繞於限定在外殼構件210的底部214中的中心孔222並與其空間分離。底部214和壁223 —起限定了用於萬向架226 (圖2、3、7、8)的室或腔225 (圖2、8)。萬向架226限定一中心通孔227 (圖3、7、8)和外部表面,該外部表面限定一適於接收0形環229 (圖2、3、8)的周邊凹槽228 (圖2、8)，該0形環229可在外殼構件210的壁223的內表面與萬向架226之間提供靈活的支承。外殼構件210的底部214還限定至少三個大致圓柱形的從底部214的內表面向外凸出並限定各自的內部腔的中空外圍頭部230 (圖2、8)。每個頭部230在外殼構件210的底部中限定一開口和大致環形的溝槽或肩部230a (圖2和圖8)。致動器組件200還包括多個安裝螺釘或安裝銷釘234 (圖2、3、8)，它們被嵌入式模製到限定在外殼構件210的底部214中的各個頭部中的各自腔中。特別地，每個銷釘234包括被嵌入式模製到外殼構件210的底部214中的各個頭部230中的頭部234b，以及圍繞該頭部234b並延伸到與形成在外殼構件210的基底214中的相應環形溝槽230a呈對接關係的環或凸緣234a。每個銷釘234還包括適於延伸穿過支撐架(未示出)的對應開口的腿部234c (圖2、3、8)，該支撐架被緊固到車輛引擎或引擎部件，例如渦輪增壓器。對應的外殼構件22和210如圖2所示被搭扣配合或夾在一起。具體地，儘管任一圖中並未示出，但可以理解的是，當對應的外殼構件22和210在組裝工藝中結合到一起時，外殼構件210上的凸緣218與對應凸起44的外部傾斜側壁相對接，該凸起44在形成於外殼構件22上的對應柔性夾子42的末端43的內表面上形成，其能夠使夾子42先向外彎曲然後在外殼構件210上的凸緣218越過對應的凸起44形成圖2中所示的關係後向內折返，其中凸緣218的下表面坐靠於對應夾子42上的每個對應的凸起44的上表面，外殼構件22的壁23的終止末端與外殼構件210的壁216的終止末端相對且大致共面地放置。致動器和傳感器組件200還包括柔性橡膠活塞或隔板240 (圖2、3、6)，特別地如圖2所示，其位於外殼構件210的腔212中。在如圖2、3、6所示的結構中，隔板240的形狀為具有底部環形的壁或底或基部242 (圖2、3、5、6)以及外圍周邊延伸側壁241 (圖2、3、5、6)的杯狀，側壁241包括末梢向外凸出且周邊延伸的凸緣或套環或唇部243 (圖2、3、5、6)。底部242還限定一中心開口 244 (圖3、5)。在圖2、3和6的結構中，壁241和底部242 —起限定一內部腔或凹槽246 (圖3)。如圖2所示，隔板240的套環或凸緣243被楔入並固定到外殼構件210的凸緣218的頂部外表面與外殼構件22的壁23的終止外端面之間，與各個外殼構件22和210形成率禹合和搭扣在一起的關係。致動器和傳感器組件200還包括限定一中心孔337 (圖3和5)的環形活塞墊圈336 (圖2、3、5)。活塞墊圈336位於組件200內部中緊靠外殼構件210的壁223的頂部外表面，其中，其中心孔337與限定在外殼構件210的底部214中的中心孔222對準。致動器和傳感器組件200還包括細長 的活塞杆或致動器軸270 (圖1、2、3、5、6)，該致動器軸270包括相對的端部272和273 (圖3、5)。軸270可被接附到各種線性位置需要調節或測量的物體，例如接附到引擎上的渦輪增壓器的旁通閥或放氣閥。軸270的端部272還限定一頭部275 (圖3、5)，該頭部與下文將詳細描述的活塞嵌入物133的頂部套環138相接靠。軸270的端部272還限定了位於周邊的且向內延伸的肩部或凹槽271。活塞杆或軸調節器400 (圖1、3)耦合到軸270的下端部273。調節器400限定一容納球接頭404 (圖3)的孔402 (圖3)。也可由任意合適的注模塑料製成的活塞/磁體承載組件100 (圖2、3、5、6)位於組件200的內部中，特別地，位於下文將詳細描述的外殼構件22和210的各自的腔26和212中。活塞/磁體承載組件100大致為杯狀，並包括環形周邊延伸的環狀基部102和從基部102的外圍周邊邊緣大致垂直向上地一體地延伸的周邊側壁110。基部102具有頂部部分或面104以及底部部分或面106。活塞/磁體承載組件100還包括中空管子或接收部120 (圖2、3、5、6)，在所示實施例中，其大致為圓柱形，並從基部102的頂部部分104以大致垂直於基部102的關係沿中心一體向上延伸。管子120由限定內圓柱表面124的周邊圓柱壁而限定。管子120，尤其是其內表面124，限定細長的磁體接收孔或室或接收部，後者相應地在管120的頂部和活塞/磁體承載組件100的基部102中分別限定中心通孔127和129。管子120的內表面124還限定一相鄰但空間分離於基部102的周邊凹槽或溝槽131 (圖5)。基部102，尤其是其底面106限定一中心環狀凹槽或溝槽132 (圖5)，該溝槽132圍繞中心開口 129並空間分離且平行於限定在管子120中的凹槽或溝槽131。活塞嵌入物133 (圖2、3、5)裝配在管子120的內部中。嵌入物133包括圓柱形中空頸部134 (圖2、3、5)，該頸部134包括相對的末端，末端分別終止在從頸部134的外表面向外凸出的環形套環135和136中。套環135比套環136更寬。在組裝過程中，嵌入物133通過嵌入式模製或其他手段被裝配在管子120的下端，其中嵌入物133的頸部134的外側表面與管子120的內表面124緊鄰並接靠，且套環135和136分別裝配到管子120以及活塞/磁體承載組件100的基部102中的分別對應的凹槽或溝槽132和131中。另外，在組裝過程中，如圖2和圖6所示，隔板240圍繞在活塞/磁體承載組件100的外部周圍(即活塞/磁體承載組件100位於隔板240中並坐靠於隔板240)。然後墊圈336與隔板240的外表面相接靠，其中墊圈336的中心孔337與隔板240的中心孔244共線放置。此外，在組裝過程中，軸270，尤其是其端部272，被插入並繼而延伸穿過墊圈336和隔板240中分別對應的孔337和244，然後穿過活塞嵌入物133的內部，其中圍繞軸270的端部272延伸的周邊肩部271接靠於墊圈336的外表面，且軸270的端部272的末梢端面從活塞嵌入物133的套環136向外凸出並穿過套環136。另外，在組裝過程中，通過焊接或類似方法，使軸270的頭部275穿過管子120的開口頂部然後被形成在軸270的端部272的末梢端面上，以固定軸270的端部272，因此將軸270固定到活塞/磁體承載組件100。此外，在組裝過程中，細長的磁體140 (圖2、3、5)穿過管子120的頂部被插入到活塞/磁體承載組件100的內部，並通過形成在管子120的頂端上的熱熔物112(圖5和圖6)固定於此。可替代地，磁體140可被壓配合到管子120中。磁體140為被極化為限定北極和南極(圖2、5)的永磁體。在一個實施例中，磁體140可由幾種不同磁性材料中的任意一種製成，例如但不限於鐵氧體磁鐵或釤鈷或釹鐵硼。磁體140可以為如圖所示的圓柱形，或者可以為任意其他所需形狀或結構，諸如方形，因此也可以進一步理解的是，管子120也可被成型並構造 成接收或罩住任意其他不同地成形或構成的磁體，諸如方形管子，以接收或罩住方形磁體。其後，仍然是組裝過程中，具有耦合到其上的隔板240和軸270的活塞/磁體承載組件100被安裝在外殼構件210的腔212的內部，安裝關係如圖2所示，其中活塞/磁體承載組件100坐靠於外殼構件210的壁223的頂部，且軸220順序延伸穿過分別限定在外殼構件210中的萬向架226和基部214中開口 227和222。組件200還包括螺旋狀金屬盤繞彈簧150(圖2、3)，該螺旋狀金屬盤繞彈簧150也位於組件200的內部中，尤其是位於並安裝在一端由外殼構件22的頂壁27的內表面界定且另一端由活塞/磁體承載體組件100的基部102界定的內部腔26的區域中。盤繞的彈簧150具有相對的端部152和154 (圖2)。端部152位於並靠在限定在外殼構件22的頂壁27的內表面中的溝槽34中，端部154坐靠於活塞/磁體承載體組件100的基部102的頂表面。彈簧150圍繞並空間分離於管子120。儘管在任何圖中並沒有示出，但是彈簧150也圍繞壁36和傳感器室40延伸並與二者空間分離。因此室40位於磁體承載管子120與彈簧150之間。彈簧150將活塞/磁體承載組件100偏置並保持在如圖2中所示的第一位置中，靠著外殼構件210的壁223的頂部並取向為使得彈簧150可沿著活塞/磁體承載組件100的運動軸而被壓縮或下壓。儘管此處未詳細示出或描述，但是可以理解的是管子31連接到真空源，諸如引擎進氣歧管或真空罐(未示出)。管子31中的真空度的增加使組件200內部中的氣壓下降，並導致活塞/磁體承載組件100從其圖2所示的第一位置線性向上運動到組件200的內部中的多個中間線性位置，這些線性位置包括，例如，如圖5所示的第二位置，其中活塞/磁體承載組件100完全位於由外殼構件22限定的內部室26中，而管子120至少部分地延伸到由外殼構件22的穹頂29限定的腔28中。在該第二位置，為了簡單起見，被壓縮的彈簧150在圖5中以斷裂的形式示出。管子31中的真空度的下降使組件200內部，尤其是外殼構件22和210分別限定的內部腔26和212中的氣壓上升，並導致活塞/磁體承載組件100在腔體或腔212中從其圖5所示的第二位置線性向下地移動回到其圖2所示的偏置的第一位置，其中耦合到活塞/磁體承載組件100的底部的片336接靠至外殼構件210的壁223的頂部，彈簧150處於其完全伸展的位置。因此活塞/磁體承載組件100能夠在組件200的內部相對於霍爾效應傳感器82線性地移動，所述霍爾效應傳感器相對於磁體140以大致相對、臨近且隔離的關係位於室40內。傳感器82通過室壁36與磁體140分開、間隔並隔離。磁體140產生的磁場穿過壁36，由傳感器82感測該壁處的磁場的大小和/或方向。由於磁體140在組件200的內部相對於傳感器82線性地移動，北極和南極改變相對於傳感器82的位置，因此造成磁場大小和/或方向的改變。可通過傳感器82在兩個坐標軸上感測磁場的方向和/或大小的改變。傳感器82產生電信號，該電信號響應於磁體140的位置而變化，因此也響應於軸270的位置的改變而變化。傳感器82產生的電信號可指示磁體140和活塞/磁體承載組件100的位置。由於磁體140產生的磁場隨軸270的移動而變化，因此傳感器82產生隨之改變的電輸出信號，從而確定軸270的位置以及耦合到軸270的物體的位置。進一步地，如圖5中所示，描述了活塞/磁體承載組件 100在外殼構件22的腔26中位於其完全伸展的線性位置，可以理解的是，活塞/磁體承載組件100還適於響應於軸270的傾斜、往返運動而進行前後運動、傾斜、上下式運動，進而允許管子120的傾斜、側向運動。圖9和圖10描述了作為第一可替換簡化實施例的磁體組件1140，根據本發明，該磁體組件1140可取代圖2、3和5中示出的磁體組件140。非接觸式位置傳感器的成本部分取決於其每個組成部件的成本，包括其磁體組件的成本，磁體組件的成本又取決於完全由NdFeB (釹/鐵/硼)或類似的高強度磁性材料製成的磁體140的材料的成本。然而，相比於諸如鐵或鋼的其他磁性材料，NdFeB或其他類似的高強度磁性材料是一種價格較為昂貴的材料。在磁體組件1140中，其一個或多個部位被替換成一個或多個由鐵或鋼或其他類似的下文將詳細描述的低成本鐵磁材料構成的極性塊或極性部分。特別地，在圖9和圖10中，磁體組件1140的形式為細長圓柱體，且包括由NdFeB材料或類似的高強度磁性材料製成的中心圓柱形磁體部分1120以及相對的圓柱形端部極性塊或極性部分1122和1124，端部極性塊或極性部分1122和1124被耦合併堆疊到中心部分1120的各自相對的端部上，且由任意合適的低成本的可傳導並導向磁場的鐵磁材料製成，例如鐵或鋼。在所示實施例中，極性塊1122和1124的長度相等，但是均比中心磁體部分1120的長度短。如圖10所示，圖9的磁體組件1140可產生磁通量場1116，其從中心NdFeB磁體部分1120和兩個端部極性塊或極性部分1122和1124的內部向內延伸穿過，然後以大致輻射的圖案向外延伸並傳播穿過上文中描述的適於感測磁通量1116的至少方向/極性/相位角的霍爾效應傳感器82,以產生取決於磁通量場1116的極性/方向/相位角的電信號。因此，使用由低成本磁性材料製成的端部極性塊或極性部分1122和1124可有益地增加磁體1140的有效長度，從而可增加堆疊的磁體組件1140的內部和外部的磁通量場1116的有效路徑和長度，磁體組件1140的成本低於目前可獲得的磁體組件的成本。圖11描述了作為第二可替代實施例的磁體組件2140，包括中心的細長形、大致圓柱形的極性塊或極性部分2130以及兩個端部磁塊或磁性部分2132和2134，其中極性塊或極性部分2130由任意合適鐵磁材料製成，例如鐵或鋼，兩個端部磁塊或磁性部分2132和2134被耦合併堆疊到中心極性塊2130的相對的末端，且均由NdFeB材料或類似的高強度磁性材料製成。在所示實施例中，每個端部磁塊或磁性部分2132、2134具有相同的長度，但是其長度小於中心極性塊或部分2130的長度的一半。圖12描述了作為另一可替代實施例的磁體組件3140，包括被端對端地耦合併堆疊在一起的兩個細長的大致圓柱形部分，即由NdFeB或類似的高強度磁性材料製成的磁體部分3240，和由諸如鐵或鋼的任意合適的低成本鐵磁材料製成的極性塊或極性部分3243。在所不實施例中，每個部分3240、3243具有相同的長度。儘管此處未詳細描述，但是可以理解的是，磁體組件2140和3140適於以圖11和圖12中總的指定為Y的相同的上下方向上線性地移動，並產生類似於磁體組件1140產生的用於被霍爾效應傳感器82 (圖11和12)感 測的磁通量場1116的磁通量場，其中該霍爾器件以空間分離並平行於相應的磁體組件2140和3140的方式定位。因此，如上所述，本發明還涉及一種適於使用不同磁體組件實施例的致動器和傳感器組件200，所述實施例可以為任何所需的形狀和結構，包括圓柱形或方形，其中磁體組件的由NdFeB或類似高強度但高成本磁性材料製成的一個或多個磁體部分被一個或多個相應的由諸如鐵或鋼的鐵磁材料製成的極性塊或極性部分代替，以降低磁體組件的整體成本但不影響磁體的整體有效長度、磁體組件產生的磁場的強度或磁體組件的性能。雖然已經特別參考所示實施例而教導了本發明，本領域內的技術人員可以認識至IJ，在不偏離本發明的精神和範圍的情況下，可以在形式和細節上進行改變。應當認為所描述的實施例在各個方面僅是說明性的，並且不是限定性的。
權利要求
1.一種致動器和傳感器組件，包括 傳感器外殼，其包括限定腔室的壁； 連接組件，其包括傳感器，該連接組件適於耦合到所述傳感器外売，且耦合的關係為使所述傳感器延伸到由所述傳感器外殼的所述壁限定的所述腔室中； 致動器外売，其包括限定孔的基部，所述傳感器外殼和所述致動器外殼被耦合在一起並限定內部腔； 位於所述內部腔中並可在所述內部腔中移動的活塞，其限定接收部； 位於所述活塞的所述接收部中的磁體，所述磁體產生磁場，所述傳感器適於感測該磁場響應於所述活塞和所述磁體相對於所述傳感器的移動而發生的改變；以及 致動器軸，其包括耦合到所述活塞的第一端部和延伸穿過所述致動器外殼中的所述孔並與可移動物體呈耦合關係的第二端部。
2.根據權利要求I所述的致動器和傳感器組件，還包括柔性隔板，其位於所述內部腔中，所述活塞坐落在所述柔性隔板上； 彈簧，其位於所述內部腔中，靠著所述活塞並將所述活塞偏置在第一位置中；以及 增壓源，其耦合到所述傳感器外殼或致動器外殼中的ー個，並與所述內部腔流體連通，以調節所述內部腔中的壓強並致使所述活塞移動。
3.根據權利要求I所述的致動器和傳感器組件，還包括位於所述傳感器外殼或所述致動器外殼的其中一個上的多個夾子以及位於所述傳感器外殼或所述致動器外殼中的另ー個上的凸緣，所述多個夾子接合於所述凸緣以將所述傳感器外殼和所述致動器外殼耦合在一起。
4.根據權利要求I所述的致動器和傳感器組件，其中所述磁體包括由不同磁性材料製成的至少第一和第二堆疊部分。
5.根據權利要求4所述的致動器和傳感器組件，其中所述第一部分由NdFeB材料製成，所述第二部分由鐵或鋼材料製成。
6.根據權利要求I所述的致動器和傳感器組件，其中所述致動器外殼的所述基部限定多個腔，所述致動器和傳感器組件還包括多個安裝銷釘，所述安裝銷釘包括各自分別延伸進入所述致動器外殼的所述基部中的所述多個腔的頭部。
7.根據權利要求I所述的致動器和傳感器組件，其中所述致動器外殼的基部限定中心腔，所述致動器和傳感器組件還包括位於所述中心腔中且限定中心通孔的萬向架，所述致動器軸延伸穿過所述萬向架的所述中心孔。
8.ー種傳感器組件，包括 傳感器外殼，其包括限定開口和腔室的壁； 連接器，其包括傳感器，該連接器耦合到所述傳感器外売，且耦合關係為使所述傳感器延伸穿過所述開ロ並進入到由所述傳感器外殼的所述壁限定的所述腔室中；以及 磁體，其相鄰於所述腔室並適於相對於所述腔室中的所述傳感器移動，所述傳感器適於感測由所述磁體產生的磁場響應於所述磁體相對於所述傳感器的移動而發生的改變。
9.根據權利要求8所述的傳感器組件，其中所述連接器包括多個耦合到基底的端子，所述傳感器安裝在所述基底上，且所述基底延伸到由所述傳感器外殼的所述壁限定的所述腔室中。
10.根據權利要求8所述的傳感器組件，還包括 致動器外売，其包括限定孔的基部，所述致動器外殼被耦合到所述傳感器外殼並一起限定內部室； 位於所述內部室中的活塞，所述活塞限定用於所述磁體的承載體； 柔性隔板，其位於所述內部室中，並包括楔入所述傳感器外殼和所述致動器外殼之間的外圍邊緣，所述活塞坐靠於所述柔性隔板； 致動器軸，其包括耦合到所述活塞的第一端部和延伸穿過所述致動器外殼的所述基部中的所述孔並與可移動物體呈耦合關係的相反端部；以及 增壓源，其耦合到所述傳感器外殼或致動器外殼並與所述內部室相連通，以調節所述內部室中的壓強並致使所述活塞、活塞上的所述磁體、所述致動器軸以及耦合至所述致動器軸的所述可移動物體移動。
11.根據權利要求10所述的傳感器組件，還包括 所述活塞中的中空嵌入物，所述致動器軸延伸穿過所述嵌入物且所述致動器軸包括坐靠於所述嵌入物的頂部的頭部； 限定在所述致動器外殼的基部中的第一中心腔和多個第二外圍腔； 中空萬向架，其位於所述第一中心腔中，所述致動器軸延伸穿過所述中空萬向架；以及多個安裝銷釘，其包括各自延伸進入限定在所述致動器外殼的基部中的多個第二外圍腔中的頭部。
12.根據權利要求8所述的傳感器組件，其中所述磁體包括由不同磁性材料製成的至少第一和第二堆疊部分。
13.一種致動器和傳感器組件，包括 傳感器外殼，其包括限定開ロ、腔室以及周邊延伸的裙部的壁； 包括基底的連接組件，其中所述基底上安裝有傳感器，該連接組件被耦合到所述傳感器外殼的頂部上，且耦合關係為使所述基底和所述傳感器延伸穿過所述開ロ並進入到由所述傳感器外殼的所述壁限定的所述腔室中； 致動器外殼，其包括限定中心孔和周邊延伸的側壁的基部，所述傳感器外殼的所述裙部或所述致動器外殼的所述側壁中的ー個包括多個夾子，所述傳感器外殼的所述裙部或所述致動器外殼的所述側壁中的另ー個包括唇部，所述多個夾子與所述唇部相接合，以將所述傳感器外殼耦合到所述致動器外殼，所述傳感器和致動器外殼一起限定內部腔； 柔性隔板，其位於所述內部腔中，並包括楔入所述傳感器外殼的所述裙部和所述致動器外殼的所述側壁之間的外圍部分； 磁體承載組件，其位於所述內部腔中，並坐靠於所述柔性隔板，所述磁體承載組件包括用於磁體的接收部，所述磁體承載組件適於在所述內部腔中從臨近所述致動器外殼的所述基部的第一位置線性移動到遠離所述致動器外殼的所述基部的第二位置，所述磁體的位置與容納所述傳感器的所述腔室相對、空間分離且隔離； 致動器軸，其包括耦合到所述磁體承載組件且位於所述內部腔中的第一端部和延伸穿過所述致動器外殼的所述基部中的所述孔並耦合到可移動物體的第二端部； 所述內部腔中的彈簧，該彈簧在所述傳感器外殼的壁與所述磁體承載組件之間延伸，所述彈簧將所述磁體承載組件偏置在臨近所述致動器外殼的所述基部的所述第一位置中；以及 增壓源，其被耦合到所述傳感器外殼或所述致動器外殼中的ー個，以調節所述內部腔中的壓強並致使所述磁體承載組件移動，所述磁體承載組件的移動使得磁體所產生的被所述傳感器感測的磁場發生改變。
14.據權利要求13所述的致動器和傳感器組件，其中所述連接組件包括臂和延伸穿過該連接組件的多個端子，所述多個端子在臂上延伸，且所述基底從所述臂延伸並電連接到所述多個端子，所述傳感器外殼的所述壁限定穹頂且所述連接組件坐靠於所述穹頂。
15.根據權利要求13所述的致動器和傳感器組件，其中所述致動器外殼的所述基部限定一第一中心腔和多個外圍第二腔，所述致動器和傳感器組件還包括限定通孔的萬向架和多個安裝銷釘，其中所述多個安裝銷釘包括各自的頭部，所述萬向架位於限定在所述致動器外殼的所述基部中的所述第一中心腔中，且所述致動器軸延伸穿過所述萬向架的所述孔，所述安裝銷釘各自的頭部延伸到對應的限定在所述致動器外殼的所述基部中的外圍第ニ腔中。
16.根據權利要求13所述的致動器和傳感器組件，還包括位於所述磁體承載組件的接收部中的中空嵌入物，所述致動器軸的所述第一端部延伸穿過所述嵌入物且包括與所述嵌入物的頂部相接靠的頭部。
17.根據權利要求13所述的致動器和傳感器組件，其中所述磁體包括由不同磁性材料製成的至少第一和第二堆疊部分。
全文摘要
一種致動器和傳感器組件，包括限定一內部室的對應的傳感器和致動器外殼。傳感器外殼上的夾子結合到致動器外殼，以將傳感器和致動器外殼耦合到一起。傳感器外殼包括限定腔室的壁。具有傳感器的連接器耦合到傳感器外殼，其中耦合關係為使傳感器延伸到傳感器外殼的腔室中。可移動的活塞位於內部室中，且活塞上的管子限定一用於磁體的接收部，該磁體與腔室相鄰。活塞坐落在柔性隔板上。致動器軸包括耦合到活塞的一端和耦合到可移動物體的相反一端。致動器外殼中的多個銷釘將所述組件安裝到支撐架上。傳感器感測磁場響應於所述磁體相對於所述傳感器的位置改變而發生的改變。
文檔編號G01D5/14GK102753942SQ201080063465
公開日2012年10月24日 申請日期2010年12月8日 優先權日2009年12月9日
發明者B·巴賓, K·沃爾施萊格, R·紐曼, W·斯託瑞 申請人:Cts公司