专利名称：磁性线性位置传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及磁性传感器。更具体地，本发明涉及磁性线性位置传感器。
背景技术：
本部分中的陈述仅提供了与本公开相关的背景信息，并可能构成或可能不构成现有技术。通常在机动车中采用了许多类型的传感器。例如，在许多机动车变速器中，离合器位置传感器被用于通过读取来自活塞磁体的高斯场来确定离合器位置。另外，叉形位置传感器读取从叉形磁体辐射的高斯场以确定离合器的挡位状态。不过，与叉形位置传感器相关的磁体通常干涉由离合器位置传感器读取的信号。为了减少这种干涉，已经采用了用于叉形磁体的护板，但是这些护板已经被证明不是非常有效。在其它的布置中，离合器位置传感器的磁体的尺寸已经被增加，或者叉形磁体和离合器位置传感器磁体之间的距离已经被增加。不过，这些布置又引入了显著的重新设计和封装问题。因此，本领域中需要一种最优化的磁性线性位置传感器，其具有最小的磁量，以产生对周围环境的最小的磁性干涉。

发明内容
磁性线性位置传感器包括N个磁体的阵列。该磁体阵列被沿着直线分布，从而形成沿着该条直线的磁场中继设备，该磁体阵列包括第一组NI个磁体和第二组N2个磁体，其中N = NI + N2。第一组NI个磁体被定位在磁体阵列的中心的一侧，而第二组N2个磁体被定位在磁体阵列的中心的另一侧。磁体的尺寸从磁体阵列的两侧朝着磁体阵列的中心递减。磁性线性位置传感器还包括与磁体阵列间隔开并定位在其上的磁场传感器。磁场传感器在磁体阵列之上来回移动以感测磁体阵列的磁场。磁性线性位置传感器的各种实施例可包括下面益处中的一个或多个。该传感器的最优化可最小化磁量。该传感器产生了对周围环境的最小的磁性干涉。该传感器的性能具有非常高的线性性和非常长的感测距离。可从本文提供的描述易于理解其它的特征、优点、和应用领域。应当理解的是，描述和具体的示例都是仅用于说明目的而不是用于限制本发明的范围。本发明还提供了如下方案:
方案1.一种磁性线性位置传感器，其包括:
N个磁体的阵列，所述磁体沿着直线分布以形成沿着该直线的磁场中继设备，所述磁体阵列包括第一组NI个磁体和第二组N2个磁体，其中N = NI + N2，第一组NI个磁体被定位在磁体阵列的中心的一侧，而第二组N2个磁体被定位在磁体阵列的中心的另一侧，磁体的尺寸从磁体阵列的两侧朝着磁体阵列的中心递减；以及磁场传感器，其与磁体阵列间隔开并定位在其上方，
其中，磁场传感器在磁体阵列之上来回移动以感测磁体阵列的磁场。
方案2.如方案I所述的磁性线性位置传感器，其特征在于，所述磁场传感器是霍尔元件。方案3.如方案I所述的磁性线性位置传感器，其特征在于，每个磁体的尺寸由相应的宽度、长度和高度定义。方案4.如方案3所述的磁性线性位置传感器，其特征在于，磁体的长度从阵列的两侧朝着阵列的中心递减。方案5.如方案3所述的磁性线性位置传感器，其特征在于，磁体的宽度从阵列的两侧朝着阵列的中心递减。方案6.如方案I所述的磁性线性位置传感器，其特征在于，NI =N2且N是偶数。方案7.如方案I所述的磁性线性位置传感器，其特征在于，N是奇数。方案8.如方案I所述的磁性线性位置传感器,其特征在于，N ^ 3ο方案9.如方案I所述的磁性线性位置传感器,其特征在于，N = 6。方案10.如方案I所述的磁性线性位置传感器，其特征在于，磁性线性位置传感器是机动车变速器中的叉形位置传感器。方案11.一种最优化磁性线性位置传感器的方法，所述方法包括:
设置N个磁体阵列的初始值，初始值包括每个`磁体的长度、宽度、高度和位置，N个磁体阵列被沿着直线分布以形成沿着该直线的磁场中继设备，磁体阵列包括第一组NI个磁体和第二组Ν2个磁体，其中N = NI + Ν2，第一组NI个磁体被定位在磁体阵列的中心的一侧，而第二组Ν2个磁体被定位在磁体阵列中心的另一侧；
模拟磁性线性位置传感器的性能，模拟包括磁场传感器被定位在磁体阵列上方并与之间隔开，磁场传感器被定位在磁体阵列上方并与之间隔开，磁场传感器在磁体阵列上方来回移动以感测磁体阵列的磁场；
比较磁性线性位置传感器的性能模拟与传感器设计目标；
如果模拟结果满足了传感器设计目标，则设置磁体阵列的最优化构造；以及用每个磁体的一组新的长度、宽度、高度和位置来最优化磁体阵列，并用每个磁体的该组新的长度、宽度、高度和位置来重置磁体阵列的初始值。方案12.如方案11所述的方法，其特征在于，传感器性能包括感测范围、磁体线性性、每个磁体的尺寸、和传感器信号范围。方案13.如方案12所述的方法，其特征在于，比较模拟结果与设计目标包括确定感测范围是否超出最小范围，线性性是否小于最大允许值，传感器信号范围是否超出最小值且小于最大值，以及总磁体尺寸是否小于最大值。方案14.如方案11所述的方法，其特征在于，磁体阵列中磁体的尺寸和位置是沿着所述直线对称的，磁体的尺寸从磁体阵列的两侧朝着磁体阵列的中心递减。方案15.如方案11所述的方法，其特征在于，磁体的长度从阵列的两侧朝着阵列的中心递减。方案16.如方案15所述的方法，其特征在于，磁体的宽度从阵列的侧面朝着阵列的中心递减。方案17.如方案11所述的方法，其特征在于，NI = Ν2且N是偶数。方案18.如方案11所述的方法，其特征在于，N彡3。
方案19.如方案11所述的方法，其特征在于，N = 6。方案20.如方案11所述的方法，其特征在于，所述磁性线性位置传感器是机动车变速器中的叉形位置传感器。


本文描述的附图仅用于说明目的，并且决不是意在限制本发明的范围。附图中的部件不一定是按比例的，相反，重点应该放在对本发明的原理的说明。而且，在附图中，相同的附图标记指示在所有附图中对应的部分。附图中:
图1A是根据本发明原理的磁性线性位置传感器的磁体阵列的俯视 图1B是图1的磁性线性位置传感器的侧视 图2是图示了该线性位置传感器的性能的曲线图；和 图3是最优化磁性线性位置传感器的流程图。
具体实施例方式下面的描述本质上仅仅是示例性的，并非用于限定本发明、应用或使用。现在参照图1A和1B，示出了并用10标记了磁性线性位置传感器。该磁性线性位置传感器的主要部件包括磁体12、14、16,18,20和22和在磁体12、14、16,18,20和22之上并与之间隔开的磁场传感器30。传感器30可以是例如霍尔元件，其如双箭头32所示地在磁体的顶部上来回移动。磁体12、14、16、18、20和22具有宽度、长度和高度Wi, Li, Iii，其中对于磁体12、14、16、18、20和22，i分别等于1、2、3、4、5、6。磁体12和22的中心间隔开距离Cl1，磁体14和20的中心间隔开距离d2，而磁体16和18的中心间隔开距离d3。磁体12和14、磁体14和16、磁体18和20、以及磁体20和22的中心之间的间距分别是S1' S2, S3、和S4。在图1A和IB示出的特定布置中，磁体的数量N是六。不过，通常来说，N可以是二或者多于六。而且，当N小于或大于六时，第一 NI的磁场与第二 N2相反。因此，在图1A和IB示出的布置中，Ν1=Ν2=Ν/2，其中磁体12、14和16与磁体18,20和22的磁场相反。通常，磁体的尺寸和位置可以沿着中心线11对称或者也可以不对称。对于图1A和 IB 中示出的布置，L1=L6, , W1=W6, Ii1=Ii6 ；L2=L5, W2=W5, h2=h5 ；以及 L3=L4, W3=W4, h3=h4。并且，S1=S4以及S2=S3。另外，对于图1A和IB中示出的特定布置，注意到磁体的高度都是相同的，而它们的长度和宽度从阵列的两侧朝着中心递减，即，L1W, L6>L5>L4,寧具，ff6>ff5>ff4,以及 hehfhfhfhphj；。为了确定磁体12、14、16、18、20和22的合适尺寸和位置，改变这些尺寸和位置以使得它们被最优化从而形成磁场强度(在上-下方向上)与磁场传感器30沿着其在图2中示出的路径32的位置的线性关系。现在参照图3，示出了用于最优化磁性线性位置传感器10的磁体的尺寸和它们的位置的过程100。在步骤102中，设定磁体长度、宽度、厚度或高度以及它们的位置的初始值。在步骤104中，过程100采用模拟算法来模拟针对在步骤102中选择的初始值的磁性线性位置传感器10的性能。然后在步骤106中，过程100产生步骤104的模拟分析的结果。具体来说，性能结果包括磁性传感器10的感测范围、传感器10的线性性，例如，如图2中所示、磁体的尺寸、传感器10的信号范围。
接着，在决定步骤108中，过程比较步骤106的模拟结果和步骤110的传感器设计目标。设计目标例如可以要求:感测范围超过范围L ;线性性小于值K ;传感器信号范围大于最小值BO且小于最大值BI ;并且磁体的尺寸被最小化，即磁体的尺寸不超过最大尺寸。如果在步骤108中，步骤106的传感器性能结果满足了步骤110中规定的传感器设计目标，那么过程100前进到步骤116，以说明已经实现了最优化的传感器设计。但是，如果步骤106的结果没有满足步骤110的目标，那么过程100前进到步骤112。在步骤112中，过程100采用最优化算法以在步骤114中建议新的传感器设计。此时该过程使用步骤114中所建议的磁体长度、宽度、厚度和位置，并将这些新值用作初始值并将其作为输入在步骤102中提供给过程100。过程100进行如上所述的几个步骤，直到在步骤116中提供了用于磁性线性位置传感器10的最优化传感器设计。因此，过程100最优化了磁体的尺寸和它们之间的距离，从而最小化了在磁性线性位置传感器10中所采用的总磁量。另外，最优化的尺寸和距离将该传感器的线性性提高到如图2所示的非常高的水平，并且可利用最小量的磁量实现非常长的感测距离。本发明的描述本质上仅仅是示例性的并且不脱离本发明精神的改变也认为在本发明的范围内。这种改变不应被认为是脱离本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种磁性线性位置传感器，其包括: N个磁体的阵列，所述磁体沿着直线分布以形成沿着该直线的磁场中继设备，所述磁体阵列包括第一组NI个磁体和第二组N2个磁体，其中N = NI + N2，第一组NI个磁体被定位在磁体阵列的中心的一侧，而第二组N2个磁体被定位在磁体阵列的中心的另一侧，磁体的尺寸从磁体阵列的两侧朝着磁体阵列的中心递减；以及 磁场传感器，其与磁体阵列间隔开并定位在其上方， 其中，磁场传感器在磁体阵列之上来回移动以感测磁体阵列的磁场。
2.如权利要求1所述的磁性线性位置传感器，其特征在于，所述磁场传感器是霍尔元件。
3.如权利要求1所述的磁性线性位置传感器，其特征在于，每个磁体的尺寸由相应的宽度、长度和高度定义。
4.如权利要求3所述的磁性线性位置传感器，其特征在于，磁体的长度从阵列的两侧朝着阵列的中心递减。
5.如权利要求3所述的磁性线性位置传感器，其特征在于，磁体的宽度从阵列的两侧朝着阵列的中心递减。
6.如权利要求1所述的磁性线性位置传感器，其特征在于，NI=N2且N是偶数。
7.如权利要求1所述的磁性线性位置传感器，其特征在于，N是奇数。
8.如权利要求1所述的磁性线性位置传感器，其特征在于，N> 3。
9.如权利要求1所述的磁性线性位置传感器，其特征在于，N= 6。
10.一种最优化磁性线性位置传感器的方法，所述方法包括: 设置N个磁体阵列的初始值，初始值包括每个磁体的长度、宽度、高度和位置，N个磁体阵列被沿着直线分布以形成沿着该直线的磁场中继设备，磁体阵列包括第一组NI个磁体和第二组N2个磁体，其中N = NI + N2，第一组NI个磁体被定位在磁体阵列的中心的一侧，而第二组N2个磁体被定位在磁体阵列中心的另一侧； 模拟磁性线性位置传感器的性能，模拟包括磁场传感器被定位在磁体阵列上方并与之间隔开，磁场传感器被定位在磁体阵列上方并与之间隔开，磁场传感器在磁体阵列上方来回移动以感测磁体阵列的磁场； 比较磁性线性位置传感器的性能模拟与传感器设计目标； 如果模拟结果满足了传感器设计目标，则设置磁体阵列的最优化构造；以及 用每个磁体的一组新的长度、宽度、高度和位置来最优化磁体阵列，并用每个磁体的该组新的长度、宽度、高度和位置来重置磁体阵列的初始值。
全文摘要
本发明涉及磁性线性位置传感器。磁性线性位置传感器包括N个磁体的阵列。磁体阵列沿着直线分布以形成沿着该直线的磁场中继设备。磁体阵列中磁体的尺寸和位置是沿着所述直线对称的，磁体的尺寸从磁体阵列的两侧朝着磁体阵列的中心递减。磁性线性位置传感器还包括与磁体阵列间隔开并定位在其上的磁场传感器。磁场传感器在磁体阵列之上来回移动以感测磁体阵列的磁场。
文档编号G01D5/12GK103175548SQ20121055721
公开日2013年6月26日 申请日期2012年12月20日 优先权日2011年12月20日
发明者X.周, Q.牛, K.J.约翰斯顿, C.G.本森, D.J.史密斯, E.T.卡尔森, M.恩迪亚耶 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司