用於確定軸的位移的傳感器裝置的製作方法

2023-10-19 17:13:12 6

本發明涉及一種用於確定軸沿其縱向軸線的位移的傳感器裝置。

背景技術：

DE 697 07 536 T2描述了感應型的線性位置檢測裝置，所述裝置藉助於單相交流電信號基於激勵生成交流電信號，並且應對待檢測的線性位置輸出指示多相振幅函數特性的所述信號。出於此目的，線性位置檢測裝置具有圓筒形繞組部段和以合適的距離布置在所述繞組部段的繞組之間的杆形可變磁耦合部段。

DE 201 15 060 U1描述了一種致動器，其不具有凸輪軸，且其目的在於用以振蕩方式運動並聯接到提升閥的挺杆激活內燃發動機的提升閥，其中，靶環附接到挺杆的外周，所述靶環至少被開槽一次且被實現為由基於FE的材料或鐵素體材料組成的獨立的、預製零件。提供環繞挺杆並在低頻率下感應地操作的傳感器，以便確定挺杆的位置。

DE 41 20 643 A1涉及機動車輛的摩擦離合器，其具有：離合器板，其能夠被夾持在兩個部件之間並以旋轉地固定的方式安置在傳動軸上；用於夾持的離合器彈簧，其位於兩個部件之間的離合器板中；離合器激活裝置，其具有靠近離合器的從屬裝置；主裝置，其遠離離合器；以及傳動裝置，其布置在它們之間，其中，布置在從屬缸之中或之上的行程傳感器被布置在靠近離合器的從屬裝置中。出於對行程信號的能力檢測（capacity detection）的目的，環形活塞在其外周上設有導電塗層。環形活塞被容納在突起中，所述突起與活塞的塗層形成電容器。

DE 10 2006 031 139 A1涉及一種用於用在從10 mm到200 mm的範圍中的設備元件、機器元件或激活元件的平面線圈非接觸式且無磨損地測量絕對線性位置的裝置，其中，這種元件自身能夠執行轉子的功能。在兩個平面三角形線圈上測量由於轉子中的渦流產生的電磁場損耗，所述三角形線圈差異性地布置在平面中。這些損耗與由轉子所覆蓋的三角形線圈的面積成比例，且因此與絕對位置成比例。第二對線圈布置在第二平面中，其補償距離轉子的距離的變化。

DE 10 2013 214 358 A1涉及一種用於手動換檔變速器的測量裝置，其用於感測換檔軸相對於殼體的位置，其包括傳感器布置和傳感器靶，其中，所述傳感器布置包括感應傳感器，藉助於所述感應傳感器檢測所述感應傳感器與傳感器靶之間的距離，且傳感器靶由傳導性材料製成，其中，傳感器靶的形狀被配置成使得感應傳感器與傳感器靶之間的距離隨換檔軸相對於殼體的位置而變化。

US 4 623 840 A描述了一種致動器，其包括圓筒形主體，線圈形成於所述主體的外表面上，且用作核心的活塞被布置在所述主體中。由於活塞的位移引起的線圈感應的變化，能夠藉助於檢測電路來檢測活塞的位移。

技術實現要素：

本發明的目標在於提供一種用於確定軸沿其縱向軸線的位移的傳感器裝置，其準許位移確定的高度準確性和可靠性。

所述目標藉助於獨立專利權利要求的特徵實現。有利的發展的特徵在從屬權利要求中。

根據第一方面，本發明以一種用於確定軸沿其縱向軸線的位移的傳感器裝置為特徵，所述傳感器裝置包括徑向地布置在距縱向軸線第一距離處的傳感器單元。所述軸能夠沿縱向軸線相對於傳感器單元位移。

傳感器裝置還包括布置在軸與傳感器單元之間的檢測元件。所述檢測元件在徑向地距縱向軸線第二距離處固定地聯接到軸。背向縱向軸線的檢測元件的側面相對於垂直於縱向軸線的平面凸出，使得檢測元件與傳感器單元之間的間隙距離在傳感器單元的範圍內垂直於縱向軸線且獨立於軸的傾斜角度變化。

傳感器單元被設計成生成軸位移信號，所述信號取決於檢測元件沿縱向軸線相對於傳感器單元的位移。

檢測元件的凸出構造具有以下優點：相比於檢測元件的平面實施例，軸的傾斜角度對通過使檢測元件與傳感器單元的任何部分重疊所圍封的體積的影響都是小的。以這種方式，使得可能高度準確和可靠地確定位移。由於傳感器裝置的高度準確性，因此即使在軸傾斜大約該傾斜角度的情況下，例如限制傾斜角度的引導軸的手段仍僅是任選的。因此，例如能夠插入圓形軸，並且結果是有助於簡單且成本有效地製造傳感器裝置。另外，在圓形軸的情況下，帶有有效密封件（相比於環境介質）的軸承的可用性有助於傳感器裝置的高度可靠性。

因此，軸位移信號表示軸沿縱向軸線相對於傳感器單元的位移。具體地，相比於在檢測元件的非凸出實施例的情況中的情形，軸位移信號相對於實際位移更加精確。

在根據第一方面的一個有利實施例中，背向縱向軸線的檢測元件的側面的曲率體現在垂直於縱向軸線的平面中，以便基本上等於該平面中的環的曲率，所述環的半徑對應於檢測器元件距縱向軸線的第二距離。

帶有圍繞縱向軸線基本上旋轉對稱的表面曲率的檢測元件的凸出式實施例具有以下優點：檢測元件與討論中的傳感器單元的部分重疊所圍封的體積基本上獨立於軸的傾斜角度，並且結果是，位移確定的高度準確性和可靠性變得可能。

在根據第一方面的進一步的有利實施例中，檢測元件被體現為片層件（lamellar）。

在片層件經受磁場的情況中，磁場由於片層件所經歷的阻尼表示檢測元件相對於傳感器單元的位移。

另外，例如，變換性反饋（transformatory feedback）表示檢測元件相對於傳感器單元的位移。因此，使得可能簡單地確定軸沿其縱向軸線的位移。

出於該目的，例如，由傳導性材料來實現片層件。

在根據第一方面的進一步的有利實施例中，檢測元件被實現為導體迴路（conductor loop）。

在導體迴路經受磁場的情況中，變換性反饋表示檢測元件相對於傳感器單元的位移。因此，使得可能簡單地確定軸沿其縱向軸線的位移。

出於該目的，例如，由傳導性材料來實現導體迴路，使得導體迴路的導體環繞檢測元件的至少一部分。

在根據第一方面的進一步的有利實施例中，傳感器單元包括激勵線圈和至少一個接收線圈。所述激勵線圈和所述至少一個接收線圈實現為使得由激勵線圈生成的磁場根據檢測元件相對於傳感器單元的位移在所述至少一個接收線圈中感應出相應的電壓。

此類布置準許成本有效地和準確地確定軸沿其縱向軸線的位移。

傳感器單元被設計成生成隨相應電壓而變的軸位移信號。

在根據第一方面的進一步的有利實施例中，檢測元件被實現為永久磁鐵。傳感器單元包括霍爾傳感器，所述霍爾傳感器根據永久磁鐵相對於傳感器單元的位移被由永久磁鐵帶來的磁場穿透。

此類實施例具有以下優點：為了確定軸沿其縱向軸線的位移，所有必須的工作是確定永久磁鐵的磁場，並且結果在於有助於簡單地製造傳感器裝置。

傳感器單元被設計成生成隨霍爾傳感器的霍爾電壓而變的軸位移信號。

在根據第一方面的進一步的有利實施例中，檢測元件被實現為永久磁鐵。傳感器單元包括磁阻傳感器元件，所述磁阻傳感器元件根據永久磁鐵相對於傳感器單元的位移被由永久磁鐵帶來的磁場所穿透。

此類實施例具有以下優點：為了確定軸沿其縱向軸線的位移，所有必須的工作就是確定永久磁鐵的磁場，並且結果是有助於簡單地節約空間地製造傳感器裝置。

傳感器單元被設計成生成隨磁阻傳感器元件的電阻而變的軸位移信號。

磁阻傳感器元件被實現為，例如，各向異性磁電阻（AMR）、巨磁電阻（GMR）或穿隧磁電阻（TMR）。

在根據第一方面的進一步的有利實施例中，檢測元件被實現為電容器的至少第一電極。傳感器單元包括電容器的至少第二電極。

傳感器單元被設計成生成隨電容器的電容而變的軸位移信號。

根據第二方面，本發明以廢氣再循環閥為特徵，所述廢氣再循環閥布置在內燃發動機的廢氣系（exhaust gas train）中以便控制廢氣流。

廢氣再循環閥包括入口和出口。

另外，廢氣再循環閥包括帶有閥盤的閥座，所述閥盤聯接到被實現為閥杆的軸，並且結果是能夠藉助於軸沿其縱向軸線的位移調整所述閥盤相對於閥座的位置。

廢氣再循環閥被設計成根據閥盤相對於閥座的位置控制從入口到出口的廢氣流。

廢氣再循環閥還包括用於根據第一方面確定軸的位移的傳感器裝置。

由於使得可能準確地和可靠地確定軸的位移並且使得可能準確地進行廢氣再循環，由此有助於有效地操作內燃發動機。

附圖說明

下文關於示意性附圖解釋本發明的示例性實施例，附圖中：

圖1示出用於確定軸沿其縱向軸線的位移的傳感器裝置的第一示例性實施例的前視圖，

圖2以平面圖示出根據圖1的傳感器裝置，

圖3示出用於確定軸沿其縱向軸線的位移的傳感器裝置的第二示例性實施例的前視圖，

圖4以平面圖示出根據圖3的傳感器裝置，以及

圖5示出用於確定軸沿其縱向軸線的位移的傳感器裝置的第三示例性實施例的平面圖。

在所有附圖中，帶有相同設計或功能的元件設有相同的附圖標記。

具體實施方式

圖1和圖2中的每一個都從不同角度示出用於確定軸3沿其縱向軸線L的位移T的傳感器裝置1。圖1圖示傳感器裝置1的前視圖，並且其中縱向軸線L垂直於附圖的平面。

傳感器裝置1包括用於確定軸3的位移T的傳感器單元5，其相對於縱向軸線L徑向地位於第一距離A處。例如，相對於垂直於縱向軸線L的平面，面向縱向軸線L的傳感器單元5的側面被布置成相對於環成切向，其中所述環的半徑對應於第一距離A。

另外，檢測元件7布置在傳感器單元5與軸3之間，所述檢測元件7在相對於縱向軸線L徑向地距離第二距離R處被固定地聯接到軸（例如，用聯接元件9）。聯接元件9被實現為例如塑料圓頂件，其例如將軸3與檢測元件7電氣地分隔開。

例如，檢測元件7在其面向縱向軸線L的側面上具有至少一個凹部，所述凹部被設計成以形狀鎖定（positively locking）的方式聯接到聯接元件9。出於該目的，通過注塑成型將檢測元件7封裝在例如聯接元件9上。

在軸3的中間位置中，例如，在垂直於縱向軸線L的平面中，軸線通過檢測元件7的中心點且縱向軸線L垂直於傳感器單元5，或這個軸線與傳感器單元5的表面法線之間的軸3的傾斜角度α為零度的情況中，檢測元件7被布置成例如平行於傳感器單元5。

在垂直於縱向軸線L的平面中，在檢測元件7（處於軸3的中間位置中）與傳感器單元5的重疊的區域W中，背向縱向軸線L的檢測元件7的側面與面向縱向軸線L的傳感器單元5的側面之間的間隙距離B是恆定的。

圖2以平面圖示出根據第一示例性實施例的傳感器裝置1，並且其中縱向軸線L平行於附圖的平面。傳感器單元5被設計成生成軸位移信號，所述信號取決於檢測元件7沿縱向軸線L相對於傳感器單元5的位移。在軸3的中間位置中，軸位移信號表示軸3沿縱向軸線L相對於傳感器單元5的位移T。

例如，由於傳感器裝置1的振動或傾斜，因此軸3的傾斜角度α能夠採取不同於零的值。在這種情況下，背向縱向軸線L的檢測元件7的側面與面向縱向軸線L的傳感器單元5的側面之間的間隙距離B取決於區域W中的傾斜角度α。具體地，軸位移信號以這種方式經受例如測量誤差。

因此，就檢測元件7的實施例而言，第二示例性實施例（圖3）不同於根據圖1的第一示例性實施例。檢測元件7被實現為在其背向縱向軸線L的側面上，相對於垂直於縱向軸線L的平面凸出。具體地，在垂直於縱向軸線L的平面中，背向縱向軸線L的檢測元件的側面的曲率等於在該平面中半徑對應於檢測元件7距縱向軸線L的第二距離R的環的曲率。以這種方式，在區域W中，間隙距離B有利地獨立於傾斜角度α。

檢測元件7被實現為例如傳導性片層件。傳感器單元5包括例如激勵線圈11以及兩個接收線圈13、15，所述線圈被印製於例如印刷電路板上。

例如，交流電流流動通過激勵線圈11。由激勵線圈11生成的磁場經歷隨檢測元件7的位移而變的阻尼（例如，由於片層件中的渦流）。藉助於激勵線圈13、15生成軸位移信號，其中在每種情況下，通過由激勵線圈11生成的磁場感應電壓。

例如，為了補償軸3在垂直於縱向軸線L的平面中的位移，在每種情況下，接收線圈13、15的導體在平行於傳感器單元5的平面中的區域W中同時具有垂直於縱向軸線L的部件和平行於縱向軸線L的部件（圖4）。

以這種方式，也能夠有利地例如藉助於接收線圈13、15的差異信號以特別高的解析度來確定軸位移信號。具體地，由於檢測元件7的側面以凸出方式實現，使得接收線圈13、15的導體的此類實施例及因此位移T的準確確定基本上獨立於軸3的傾斜角度α成為可能。

由於傳感器單元以兩個電極面16、17實現的事實，所以第三示例性實施例（圖5）不同於第二示例性實施例。這些電極面藉助於實現為傳導性片層件的檢測元件7電容性地耦合，且它們形成取決於檢測元件7沿縱向軸線L相對於傳感器單元5的位移的電容器。結合橋元件181、182、183，產生全橋18，其對角電壓（能夠藉助於電壓表184測量）取決於檢測元件7的位移，其中，橋元件181、182中的每一個都被實現為電阻器並產生電阻半橋，且橋元件183被實現為固定值電容器。另外，橋電源185聯接到全橋18。

這具有以下優點：不必與檢測元件7形成電氣接觸且因此不必須安裝運動線（moving line）。另外，檢測元件7在其背向縱向軸線L的側面上相對於垂直於縱向軸線L的平面以凸出方式實現，並且結果是對角電壓表示軸3沿縱向軸線L相對於傳感器單元5的位移T，其基本上獨立於傾斜角度α。取決於橋元件181、182、183的尺寸，對角電壓僅具有可忽略的振幅的偏移，這準許以很少的誤差進行進一步處理（例如，藉助於差分放大器）。