专利名称：通过霍尔效应来测量位置的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过霍尔效应来测量位置的装置。
背景技术：
传统地，这种装置包括箱盒和置于所述箱盒中的霍尔效应传感器。所述传感器一般包括磁体和芯片。芯片固定到磁体，并且通常形状是大致圆柱形 的磁体沿与其底部垂直的轴线穿有贯穿孔，使得其包括外周界和内周界。这种测量装置特别地在机动车的变速箱中使用，例如为了确定速度选择器的位置。一般地，变速杆通过连杆系统与变速箱连接，使得其运动引起速度比选择轴的平 移和旋转。通常，连杆系统中的间隙和公差使得把传感器优选地置于速度选择轴处，而不是 变速杆处。变速箱的“空档”位置对应于一般为中心的位置，而传感器的功能是确定固定在 速度选择轴上的靶的位置，并因此确定变速箱的控制是否处于“空档”。然而，变速箱包括齿轮，所述齿轮会磨损并将铁锉屑释放到油中。然而，由于传感器包括磁体，该磁体吸引存在于油中的锉屑，而该锉屑具有在传感 器下方聚集的趋势(由于磁化方向所致)，这会干扰甚至禁止测量。为了减少存在于油中的锉屑的量，已知的做法是将一个或多个磁体置于变速箱的 底部以回收锉屑(参见FR 1 039 119)。因此避免了锉屑固定在传感器下方。然而，这种解 决方案具有额外的成本，并且由于这样添加的磁体的有限的“作用范围”而不允许回收所有 的锉屑。

发明内容
因此，本发明的目的在于，通过提出不需要额外磁体的解决方案来弥补这些不足。为了这个目的，根据本发明的、并如以上前序所述的装置的主要特征在于，磁体的 内周界相对于机械约束是最大的，并且磁体的孔的面积大于或等于芯片的面积，以消除铁 锉屑在芯片对面的存在。借助于该特征，铁锉屑不会被吸引到芯片的对面，因此，其不会干扰测量。在一个实施例中，磁体的外周界相对于箱盒中可用的空间是最大的。借助于该特征，铁锉屑被吸引向传感器的外面(外面部分)，即被吸引在装置的侧 面上，而不是在装置的底面上。最大的外周界还允许获得最大的内周界，同时遵循机械约
束ο在一个实施例中，外周界和/或内周界包括至少一个平面。在一个实施例中，外周界和/或内周界是回转圆柱。在一个实施例中，外周界和内周界的比率是2:1。优选地，外周界和内周界的比率使得磁体环的厚度可以机械地实现，即使得其能够遵循其用途的机械约束。在这种情况下，磁体环的最小厚度(当磁体大致是空心的回转圆 柱时)优选地至少等于2mm。在一个实施例中，外直径为10mm，而内直径为5mm。在一个实施例中，根据本发明的装置还包括铁磁靶，该靶被非铁磁元件所围绕，其 中所述非铁磁元件对聚集在传感器下方的锉屑进行机械清扫。当铁磁靶靠近传感器时，靶通过反应而被磁化。因此，锉屑能够固定在靶上。借助 于非铁磁元件，锉屑不那么趋向于固定在靶上，特别地与其厚度有关。另外，当靶和传感器相对运动时，非铁磁元件还有利地具有机械清扫的作用，这允 许清扫掉可能聚集在传感器下方的锉屑。非铁磁元件的形状优选地适于靶和传感器的相对运动，在该情况下，对于平移运 动为平表面，对于旋转运动为曲形表面。优选地，非铁磁元件尽可能靠近传感器布置，即尽可能靠近芯片，即传感器的敏感 表面。在一个实施例中，非铁磁元件是由塑料制成的，在该例中，为装合在靶上的塑料塞。在一个有利的实施例中，芯片相对于磁体的高斯零点偏移，在该例中，芯片被布置 高斯零点的上方。


阅读以下仅示例性地而非限制性地、参照附图而给出的描述之后，本发明的其他 特征和优点将变得显而易见。在这些附图中
-图1示出了根据现有技术的霍尔效应传感器； -图加示出了没有铁磁靶的霍尔效应测量装置的工作原理； -图2b示出了具有铁磁靶的霍尔效应测量装置的工作原理； -图3以剖视图示出了锉屑在传感器下方的聚集； -图如也以剖视图示出了根据现有技术的、锉屑在传感器下方的聚集； -图4b以剖视图示出了根据本发明的、锉屑在传感器周围的聚集； -图如示出了根据现有技术的、在没有锉屑的情况下磁体的场随着靶相对于所述磁 体的平移和旋转的变化；
-图恥示出了根据现有技术的、在有锉屑的情况下磁体的场随着靶相对于所述磁体 的平移和旋转的变化；
-图6a示出了根据本发明的、在没有锉屑的情况下磁体的场随着靶相对于所述磁体 的平移和旋转的变化；
-图6b示出了根据本发明的、在有锉屑的情况下磁体的场随着靶相对于所述磁体的 平移和旋转的变化；
-图7a示出了根据现有技术的、在没有锉屑的情况下磁体的场随着靶相对于所述磁 体的平移的变化；
-图7b示出了根据现有技术的、在有锉屑的情况下磁体的场随着靶相对于所述磁体 的平移的变化；以及-图8示出了根据本发明的装置的一个实施例。
具体实施例方式在本发明中所使用的传统霍尔效应传感器1在图1中示出。该传感器包括磁体10 和固定到磁体的芯片20，其中所述芯片被配置为用于测量磁体10的磁场，在该例中，即测 量该磁场的竖直分量Bz，如图加和图2b所示，在这两个图中，磁体10示例地被配置为南极 面S在上并且北极面N在下。芯片20优选地被置于孔11的对面，孔11表示传感器1的敏感区域。磁体10是穿有孔的。磁体10因此包括外周界12和内周界13。优选地，磁体的孔 11是圆形的。在所示出的实施例中，磁体是围绕轴线Z (竖直的)回转对称的，使得其外周界12 和其内周界13是圆形并且同心的。图加示出了不包括铁磁靶的霍尔效应测量装置的工作原理。图2b示出了包括铁磁靶50的霍尔效应测量装置的工作原理。对比这两个图，磁体的磁场线14明显地由于靶50的存在而偏斜。磁体10的磁场 的分量Bz因此被改变，并由芯片20测量。如图3所示，传感器置于箱盒30中。图3还示出了本发明旨在解决的问题，即聚集在箱盒30下方的锉屑40。然而，如前所述，锉屑的存在会非常强地干扰磁场线，因此会非常强地干扰测量。为此，根据本发明，外周界12和内周界13中的至少一个是最大的。如图如所示，如果内周界13太小，则锉屑会固定到芯片20的对面，在敏感区域 上，并且有干扰测量的风险。相反地，通过使内周界(即在该例中，为直径)最大化，则锉屑保 持在敏感区域之外。外周界12的影响如图4b所示外周界的增大也使磁场线14向传感器外偏移。因 此，锉屑被吸引向外部，即箱盒30的侧面。因此，尽管由于经济原因趋向于减小磁体尺寸，然而根据本发明出人意料的是，相 反地，使内周界和外周界最大化才是合适的。在一个优选的实施例中，内周界13的尺寸被确定为使得磁体10的孔11的面积大 于或至少等于芯片20的面积。至于磁体在其内周界和外周界之间的厚度，则必须符合使用传感器的机械约束， 在该例中，至少为2mm。外周界12被箱盒30的尺寸和芯片20的连接件的通过这一约束所限制。外周界 和/或内周界的形状可以是圆形的或卵形的。所述形状还可有利地包括平面。为了示出本发明的原理，可以根据现有技术(图4a)限定穿有孔的圆柱形磁体，所 述孔也是圆柱形和同心的。圆柱形磁体10具有外直径Dext_0ld和内直径Dint_old。所述磁体插在箱盒30 中，其中所述箱盒的外尺寸被直径DboX_old所限制。根据本发明，对于外尺寸被与DboX_old相等的直径Dbox_neW所限制的同一箱盒， 磁体10的尺寸则使得外直径Dext_new大于直径Dext_0ld，并且内直径Dint_new大于直径Dint_olcL本领域的技术人员将会容易地将上述原理移用于圆柱形以外的磁体的其他形状。进行了在根据本发明和现有技术的装置的实施例之间的比较测量，并在图fe、5b、 6a和6b中示出。图fe、5b、6a和6b中的每个均示出了对于相似尺寸的箱盒，随着相同的靶相对于 所述磁体的平移X (mm)和旋转R (° )而变化的磁体磁场测量值B (mT)。图如和恥示出了使用根据现有技术的装置(即磁体)的结果，在该例中，所述装置 为外直径为7mm、内直径为3mm的环形磁体，在这两个图中，图fe为“正常”配置(无锉屑)下 的传感器的响应，图恥为有锉屑的情况下(在该例中，为0. 2至0. 3g的锉屑)的传感器的响 应。由图fe和恥清楚地可见，锉屑的存在削低并摊平测量信号，这使得传感器无效。图6a和6b示出了根据本发明的装置(即磁体)，在该例中，所述装置为外直径为 10mm、内直径为5mm的环形磁体，在这两个图中，图6a为“正常”配置(无锉屑)下的传感器 的响应，图6b为有锉屑的情况下(在该例中，为2至3g的锉屑，即图恥中的情况的10倍) 的传感器的响应。由图6a和6b清楚地可见，根据本发明的装置允许限制锉屑的存在的影响实际 上，锉屑的存在几乎不改变传感器的响应。通过现有技术(图恥)和本发明(图6b)的对比，注意到本发明允许在锉屑质量大 几乎十倍的情况下获得可靠的结果。另外，在这种根据本发明的装置中，存在磁体的所谓“高斯零点，，的点，在该点上， 磁体的磁场的所有分量(Bx、By、Bz)均为零。该高斯零点的优点在于，其在时间上相对稳定，并且相对地独立于温度。为了测量位置，如上所见，通常将所谓“靶”的铁磁件50布置在箱盒30的对面。在 运行中，靶50和箱盒30进行相对运动，并且传感器1被配置为用于测量该运动的幅度，即 靶和传感器的相对位置。当靶50移动时，磁体10的磁场被靶吸引而偏斜，并且当靶50移动到磁体对面时， 存在大的磁场变化。另外，为了限制对测量的干扰，已知的做法是最初将霍尔效应传感器的芯片置于 高斯零点(在放置靶之前，在有靶的情况下高斯零点的位置会偏斜)。图7a能够例如与图如在给定维度上的投影对应，并且与无锉屑时使用的装置对 应。根据靶的移动，磁场强度的测量信号大致为高斯形首先为负并且相对恒定，然后为正 并且增大，当靶和传感器对齐时通过最大值。在最大值之后，信号变为逐渐下降的正值，然 后为负并且相对恒定。图7b能够例如与图fe在给定维度上的投影对应，并且对应于在有锉屑的情况下 所使用的用于图7a所示结果的装置，图7b在相同比例下绘制。锉屑的存在有扩宽高斯形的效果(因此干扰测量)和使信号向正值偏移的效果，其 结果是增大最大值，尤其是增大最小值。然而，最小值越接近零，在开关模式下的传感器不 切换(在通过零时)的风险就越大。根据本发明，与现有技术相反地，有利地最初将靶50以相对于磁体10的高斯零点偏移的方式放置，在该例中，布置在高斯零点上方十分之几毫米处。借助于该配置，特别地能够减小在芯片20对面的敏感表面上的磁场水平，从而进 一步减小传感器对于锉屑的吸引。另外，这种配置允许获得磁偏移，因此允许获得传感器1在被锉屑更小地影响的 区域中的响应。这在传感器1的开关(英文为“Switch”)类型的运行模式(由靶50的形状 所限定)下尤其有利。对于传感器1的这种类型的运行，所述传感器1的输出处的信号仅具 有两个值“高”值和“低”值。对于所确定的、通常(但不一定)选为零的磁场值，进行从一 个值到另一个值的切换。根据本发明的实施例允许不产生由锉屑的存在所造成的偏移(英 语为“offset”)，因此允许保证传感器1的良好运行。根据本发明的另一个实施例，还可以通过围绕靶50放置非铁磁件60 (图8)，来改 善传感器1对于锉屑的抗扰性。借助于该配置，锉屑40不固定在杆50上。另外，该配置允许清洁传感器1的敏感表面。测量空间e (或在箱盒30的下表面 和靶50的上表面之间的空间，通常称为“气隙”，英语为“airgap”，法语为“entrefer”)越 小，清洁就越有效。因此，当靶移动的时候，非铁磁部分60将锉屑推到传感器1的侧面上， 远离芯片20。靶50每次在箱盒30前经过时，所述设有非铁磁件60的靶50就像挡风玻璃 上作用于水滴的刮水器那样推开锉屑。当然，测量空间e使得小比例的锉屑还是能够留在 与箱盒30接触的位置，但量已被减少。另外，完全可以考虑，使非铁磁件60与箱盒30直接 接触，而不因此改变在靶50和所述箱盒30之间的气隙。通过将该实施例和根据本发明的磁体的尺寸设计相结合，由此得到的传感器的性 能大大高于现有技术的性能。
权利要求
1.一种通过霍尔效应来测量位置的装置，所述装置包括 -箱盒(30)；-霍尔效应传感器(1 )，其包括圆柱形磁体(10)和芯片(20)； 其中-所述芯片(20)固定到所述磁体(10)；-所述磁体(10)沿垂直于其底部的轴线穿有贯穿孔(11)，并且包括外周界(12)和内 周界(13)；-所述传感器(1)置于所述箱盒(30)中， 所述装置的特征在于-所述内周界(13)相对于所述磁体(10)的机械约束是最大的；并且 -所述孔(11)的面积大于或等于所述芯片(12)的面积，以消除铁锉屑在所述芯片 (20)对面的存在。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述外周界(12)相对于所述箱盒(30)中的可用空 间是最大的。
3.如上述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述外周界(12)和/或所述内周界 (13)包括至少一个平面。
4.如权利要求3所述的装置，其中，所述外周界(12)和所述内周界(13)的比率是2:1。
5.如上述权利要求中任一项所述的装置，所述装置还包括铁磁靶(50)，其中，所述靶 (50)被非铁磁元件(60)围绕，所述非铁磁元件对聚集在所述传感器下方的锉屑进行机械清扫。
6.如权利要求5所述的装置，其中，所述非铁磁元件(60)尽可能靠近所述芯片(20)布置。
7.如权利要求5或6中任一项所述的装置，其中，所述非铁磁元件(60)是由塑料制成的。
8.如权利要求5至7中任一项所述的装置，其中，所述非铁磁元件(60)的形状适于所 述靶(50)和所述霍尔效应传感器(1)的相对运动。
9.如上述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述芯片(20)相对于所述磁体(10)的高斯零点偏移。
全文摘要
本发明涉及一种通过霍尔效应来测量位置的装置，所述装置包括箱盒(30)；霍尔效应传感器(1)，其包括圆柱形磁体(10)和芯片(20)，其中所述芯片(20)固定到所述磁体(10)；所述磁体(10)沿垂直于其底部的轴线穿有贯穿孔(11)，并且包括外周界(12)和内周界(13)；所述传感器(1)置于所述箱盒(30)中。根据本发明，所述装置的显著之处在于所述内周界(13)相对于所述磁体(10)的机械约束是最大的；并且所述孔(11)的面积大于或等于所述芯片(20)的面积，以消除铁锉屑在所述芯片(20)对面的存在。
文档编号G01D5/14GK102066878SQ200980122870
公开日2011年5月18日 申请日期2009年6月12日 优先权日2008年6月19日
发明者塞韦尔 E., 范德甘斯特 M., 蒙泰尔 Y. 申请人:法国欧陆汽车公司