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CN101025358A - 用于测定物体的轴向位置和/或角度位置的装置 - Google Patents

用于测定物体的轴向位置和/或角度位置的装置 Download PDF

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CN101025358A CN 200710005991 CN200710005991A CN101025358A CN 101025358 A CN101025358 A CN 101025358A CN 200710005991 CN200710005991 CN 200710005991 CN 200710005991 A CN200710005991 A CN 200710005991A CN 101025358 A CN101025358 A CN 101025358A
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Abstract

本发明建议一种用于测定在一壳体(10、11)中相对于该壳体可运动的物体的轴向位置、和/或角度位置的装置，该物体支承着一永磁系统(15)。在该壳体(10、11)之上或者在其中，在永磁系统(15)的磁场作用范围中设置一磁场敏感的传感器系统(17)。该物体(12)围绕它的纵轴线可转动地设置在壳体(10、11)中，并且在一确定的旋转角位置上支承着永磁系统(15)。传感器系统(17)由多个环形地围绕着该物体(12)设置的传感器构成。这样就可以简单地且与物体(12)的各角度位置无关地测定所述轴向位置、和/或角度位置。

Description

用于测定物体的轴向位置和/或角度位置的装置
技术领域
本发明涉及一种用于测定在一个壳体中相对于该壳体可运动的物体的轴向位置、和/或角度位置的装置，所述物体支承着一个永磁系统，具有一个在壳体之上或者在壳体之中、在永磁系统的磁场作用范围中所设置的磁场敏感的传感器系统。
背景技术
EP0695879B1公开的这种类型的装置用于测定工作缸的活塞杆的轴向位置。为此，一个在活塞杆上沿纵向方向设置的永磁系统从缸盖中的一个磁场传感器旁边经过。为了在活塞杆运动时使永磁系统保持在磁场传感器的检测区域中，这个活塞杆必须是不旋转的。这点是通过形成具有方形横截面的活塞杆达到的。然而制造方形的活塞杆和也具有方形截面的相应的导向机构很是费事，而且成本也高，其中此外还需要一种可旋转性。
发明内容
本发明的任务是提供一种本文开头所述类型的装置，在该装置中即使可运动的物体在转动时也能精确地测定位置。
根据本发明这个任务是通过下述措施完成的，即物体围绕它的纵向轴线可转动地设置在壳体中，并且在一定的旋转角位置处支承着永磁系统；所述传感器系统由多个环形地围绕该物体设置的传感器构成。
根据本发明的装置的优点特别是在于，无论是在物体转动时的角度位置还是轴向位置均可与相应的转动无关地进行精确测定。在这种情况中，该装置可以仅用于角度位置测定，或者仅用于轴向位置的测定，或者用于这二者。该物体例如可旋转对称地进行设计，这导致简单和成本有利的生产。在测量轴向位置时不再要求不转动。
通过在从属权利要求中所列举出的措施可对在权利要求1中所说明的装置进行有利的改进和完善。
为了连续地测定轴向位置，所述永磁系统由一列沿物体的纵向方向延伸的、且具有依次交替极性的单个磁铁或者磁化区域而构成，其中，该物体也纵向可移动地设置在壳体中。在这种情况中，每个单磁铁或者磁化区域沿该物体的圆周方向的宽度基本与传感器沿圆周方向的距离相应。通过这一措施保证：与活塞杆的转动无关地总是有至少一个传感器可以探测所述位置。
在一种优选的方案中，传感器系统由传感器对构成，其中，每对传感器由两个传感器组成，用于测定永磁系统的磁场的轴向和径向的磁场分量。通过这一措施也可测定物体的运动方向，这样，例如也能可靠地测定、并且在分析时也能考虑运动方向的变化。为此，每个单个磁铁或者磁化区域沿物体的纵向方向的长度基本上相应于一对传感器的传感器的两倍距离，以保证总有一对传感器位于永磁系统的磁场的作用区域之中。
所述传感器系统的每个传感器最好与一个用于测定物体的角度位置、和/或纵向位置的分析机构相连接，其中，优选地该分析机构包括一个多路复用器和一个微控制器。通过这一措施可通过多路复用器将单个的传感器对的信号读入到微控制器中，其中在那里选择对位置测量有关的传感器对。
在一种有利的方案中，所述物体设计成一个在一个构成为圆筒壳体的壳体中可移动的活塞的活塞杆。在这种情况中特别是壳体的缸盖适合用于容纳传感器系统。
所述传感器系统的传感器以有利的方式设计成霍耳传感器，特别是二维霍耳传感器、和/或MR传感器(magnetoresistive Sensoren-磁阻传感器)。
附图说明
在附图中示出本发明的一种实施例。在下述描述中对该实施例进行详细说明。这些附图是：
图1：一个在图2中示出的工作缸的缸盖的沿剖面线A-A的截面图；
图2：工作缸的部分俯视图。
具体实施方式
在图1和图2所示的实施例中，对于所述根据本发明的装置在一工作缸10中的使用情况进行了说明，该装置用于测定在一壳体中相对于该壳体可运动的物体的轴向位置、和/或角度位置。工作缸10在一侧通过一个缸盖11进行封闭，其中，未示出的对置侧也可具有一个缸盖。一个设置有活塞杆12的活塞13在工作缸10中可轴向、或者可纵向移动地被导向。在这种情况中，活塞杆12穿过缸盖11的一个相应的通孔14。活塞13和活塞杆12为旋转对称设计，也就是说，除了轴向运动外也可作旋转运动。
活塞杆12在它的外圆周的一个部位处沿纵向方向支承着一个纵长延伸的永磁系统15。该永磁系统由多个接连排列的单个磁铁16构成。这些单个磁铁沿活塞杆12的纵向方向被磁化。通过这些单个磁铁16如此方式的相应的接连排列：即各相同的极紧靠设置，就得到一种沿纵向方向具有交替的北极和南极的磁化。当然也可替代地采用一种相应磁化的带形的整体的永磁系统。
传感器系统17定位在缸盖11中。该传感器系统由多个单个的磁场敏感的传感器18构成。它们围绕通孔14设置，并且因此环形地包围着活塞杆12。这些传感器18最好是二维霍耳传感器，然而也可使用其它已公开的磁场敏感的传感器，例如一维霍耳传感器、MR-传感器等。
围绕通孔14设置的传感器18分别成对地设置，也就是每两个传感器沿活塞杆12的纵向方向一个接一个地设置。在这种情况中，其中一个传感器用于测定轴向场分量，而另一传感器用于测定永磁系统15的磁场的径向场分量。在使用二维霍耳传感器时一对传感器的两个传感器分别通过这样一种传感器形成。为了保证总是有至少一对传感器、或者一个二维霍耳传感器来检测活塞杆的位置，每单个磁铁16沿活塞杆12的纵向方向的长度a基本上相应于每对传感器的两个传感器18的两倍的距离p’。此外，每单个磁铁16在活塞杆12的圆周方向上的宽度b基本上大于所述传感器对在圆周方向上的距离p。为了简化图示，在附图中这些尺寸数据没有相应地重复给出。同样，这些尺寸参数也是看作优选的尺寸数据。
为了进行计算，传感器系统17的每个传感器对的每个传感器18与一个分析机构19相连接。这个分析机构19用于求出活塞杆12的轴向位置、和/或角度位置，以及因此求出活塞13的相应位置。为此，分析机构19例如包括一个多路复用器。通过该多路复用器将单个的传感器对的信号读入到计算机19的微控制器中。通过这一措施识别出正好和永磁系统15相对置的那对传感器，这样从中可求出活塞杆12的角度位置。通过这种方式选择出的传感器对的信号也用于测定轴向位置。当活塞杆12沿纵向方向运动时，每对传感器在经过一个单个的磁铁或者磁极时产生一个与轴向场分量以及一个与径向场分量相对应的信号。这些信号相应于正弦曲线或者余弦曲线，并且可通过形成反正切(arctan-Bildung)而计算出。通过这两个信号的组合可以十分精确地确定所述位置，并且特别是也可以确定永久磁铁是在传感器系统的右边还是在其左边。通过对如此接收的信号所进行的上行计数或者下行计数可求出相应的角度位置。
在一种更为简单的方案中、或者在一种只应测定角度位置的方案中，也可以放弃传感器对，也就是说，那么就环形地围绕通孔14或者活塞13只设置单个传感器，或者可将一对传感器的两个传感器集成在一个传感器中，或者如已提到的设计成二维传感器。
当然，根据本发明的用于测定位置的装置并不局限在工作缸中的应用，而是凡是一个物体在一个壳体中或者在一个壳体式的支座中轴向运动、和/或转动的地方均可应用。在这种情况中，根据本发明的装置既可与相应的角度位置无关地仅测定轴向位置，也可以单独地测定角度位置；或者既测定轴向位置也测定角度位置。若只需测定角度位置，则可替代纵长延伸的永磁系统15也可使用一种短的永磁系统。这种永磁系统例如只具有一个唯一的单个磁铁。
代替在图中所示的作为在缸盖11中集成的系统或者所使用的系统的环形的传感器系统17的布局，也可将传感器系统17设置在缸盖11上，或者设置在它环形地包围活塞杆12的其它部位上。在这种情况中，所述传感器对的角度测定范围必须总是大于永磁系统15的漏泄磁场的角度范围。

Claims (13)

1.用于测定在一壳体中相对于该壳体可运动的物体的轴向位置、和/或角度位置的装置，所述物体支承着一个永磁系统，具有在壳体上或者在壳体中在永磁系统的磁场作用范围里设置的磁场敏感的传感器系统，其特征在于，该物体(12)围绕它的纵轴线可转动地设置在壳体(10、11)中，并且在一确定的旋转角位置上支承着永磁系统(15)；并且传感器系统(17)由多个环形地围绕该物体(12)设置的传感器(18)组成。
2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，永磁系统(15)由一列沿物体(12)的纵向方向延伸的单个磁铁(16)或者磁化区域构成，这些磁铁或磁化区域具有依次交替的极性；并且物体(12)也可纵向移动地设置在壳体(10、11)中。
3.按照权利要求2所述的装置，其特征在于，每个单个磁铁(16)沿物体(12)的圆周方向的宽度(b)基本上与传感器(18)在圆周方向上的距离(p)相同，或者大于该距离(p)。
4.按照权利要求2或3所述的装置，其特征在于，传感器系统(17)由传感器(18)对构成，其中，每对由两个传感器(18)或者由一个二维传感器构成，用于测定永磁系统(15)的磁场的轴向和径向的磁场分量。
5.按照权利要求4所述的装置，其特征在于，每个单磁铁(16)或者磁化区域在物体(12)的纵向方向上的长度(a)基本上相应于一个传感器对的传感器(18)的两倍的距离(p’)。
6.按照前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，传感器系统(17)的每个传感器(18)的角度测定区域比永磁系统(15)的漏泄磁场的角度区域要大。
7.按照前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，传感器系统(17)的每个传感器(18)与用于测定物体(12)角度位置、和/或轴向位置(纵向位置)的分析机构(19)相连接。
8.按照权利要求7所述的装置，其特征在于，所述分析机构(19)包括一个多路复用器和一个微控制器。
9.按照前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，该物体(12)是旋转对称的。
10.按照前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，物体(12)是一个在一个构成为圆筒壳体的壳体(10、11)中可移动的活塞(13)的活塞杆。
11.按照权利要求10所述的装置，其特征在于，传感器系统(17)设置在壳体(10、11)的圆筒盖(11)之上或者之中。
12.按照前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，传感器系统(17)的传感器(18)是霍耳传感器、和/或MR-传感器。
13.按照权利要求12所述的装置，其特征在于，霍耳传感器是二维霍耳传感器。
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