[发明专利]用于确定目标的位置和方向的磁传感器

说明书

技术领域

本发明涉及非接触式磁传感器的技术领域，该非接触式磁传感器适用于确定可移动部件的位置，所述可移动部件结合线性运动和旋转运动沿特定轨迹移动。

背景技术

本发明在汽车领域发现一种尤为有利但非专用性的应用，所述汽车用于配备具有有限线性和旋转运动并且需要得知其位置的各种部件。

本发明在用于汽车变速箱(gearbox)的位置传感器的技术领域发现一种尤为有利的应用。

在现有技术中，例如，从专利申请FR 2 904 394可知，用于汽车变速箱的位置传感器包括将被固定到变速箱的变速致动器棒杆(gear-change actuator rod)上的磁化目标(magnetized target)。所述致动器棒杆在旋转和平移方向是可移动的，并根据变速杆(gear-change stick)的运动来移动。所述传感器还包括霍尔效应元件(Hall-effect component)，其适用于测量三个正交方向上的磁场从而以一视角确定目标在空间中的位置和方向，以便由此推断出所述变速杆的位置。

考虑到获得可靠的以下测量的难度，上述磁传感器的缺陷涉及其准确性的缺乏，所述测量包括：不管目标的任何平移运动来测量目标的旋转运动，以及不管目标的任何旋转运动来测量目标的平移运动。此外，所获得的测量对空气间隙(air gap)的变化(即，对目标与霍尔效应测量元件之间的距离的变化)是非常敏感的。

专利FR 2 786 266描述了一种用于确定在平移和旋转方向可移动的部件的位置的传感器。根据一个特征，这种传感器包括在两个内部铁磁定子和两个外部铁磁定子之间可移动的径向磁化半环(radially magnetized half-ring)。两个内部定子是半月形的，且在它们之间限定了第一空气间隙；而两个外部定子是环的形式，且限定了第二空气间隙。霍尔效应探头(probe)被安装在这些空气间隙中的每一个内。当磁化环在旋转和平移方向移动时，其使两个次级(secondary)空气间隙的每一个中的磁场发生变化。这种传感器能够根据通过两个霍尔效应探头测量到的磁场振幅来确定部件的位置。这种传感器需要使用多个铁磁部件，导致了整体尺寸的限制。此外，这种传感器的准确性与探头的正确布置有关。

以类似方式，专利FR 2 829 574描述了一种用于确定在平移和旋转方向可移动的物体的位置的传感器。这种传感器包括接合在同轴圆柱场组件(coaxial cylindrical field assembly)内部的圆柱磁铁(cylindrical magnet)，该圆柱磁铁限定两个磁路，每个磁路限定一空气间隙，在所述空气间隙中设置有对磁场振幅敏感的传感器。这种传感器能够根据通过设置在所述空气间隙中的传感器测量到的磁场振幅来确定磁场组件及磁铁的轴相对位置和角相对位置。铁磁场组件的使用导致了这种位置传感器生产的整体尺寸限制。此外，该位置传感器的缺陷涉及到与其探头正确布置有关的准确性的缺乏。

发明内容

因此，本发明目的在于通过提供一种能够确定部件位置的新型磁传感器来弥补现有技术的缺陷，所述部件在线性和旋转方向是可移动的，该磁传感器在所述部件的整个行进期间，甚至在面对测量空气间隙的相对较大变化时，都具有高准确性。

为了实现这个目的，本发明提供一种磁传感器，用于确定部件的位置，该部件首先凭借旋转运动在有限角行程的旋转中为可移动的，其次沿平移轴且在有限线性行程的平移中为可移动的；所述传感器包括磁化目标及系统，所述磁化目标安装并固定到所述可移动部件上，且表现为径向磁化部分圆柱体的形式，该部分圆柱体具有与所述平移轴一致的对称轴，所述系统用于测量所述磁化目标的磁场以确定所述目标在三维空间中的所述位置。

根据本发明，为了确定所述目标的位置和方向，所述系统在单点处作用以测量所述磁场在两个正交平面中的方向，所述两个正交平面中的一个平面垂直于所述旋转运动，且所述两个正交平面中的另一个平面垂直于平移运动。

本发明还涉及具有一个或多个如下特征的磁传感器：

·所述测量系统处理测量信号及测量信号，所述测量信号与所述磁场在垂直于所述旋转运动的所述平面中的方向成比例，所述测量信号与所述磁场在垂直于所述平移运动的所述平面中的方向成比例；

·所述测量系统包括对所述磁场的方向敏感的测量装置；

·所述测量系统包括霍尔效应单元，该霍尔效应单元对所述磁场沿三个相互正交轴的分量敏感；