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1、(10)申请公布号 CN 103123250 A(43)申请公布日 2013.05.29CN103123250A*CN103123250A*(21)申请号 201210517447.7(22)申请日 2012.09.1861/536525 2011.09.19 US13/602675 2012.09.04 USG01B 7/00(2006.01)F02D 9/08(2006.01)(71)申请人沃尔布罗发动机使用有限责任公司地址美国阿利桑那州(72)发明人 WE加尔卡 DL斯佩尔斯(74)专利代理机构中国专利代理(香港)有限公司 72001代理人周春梅(54) 发明名称具有缓冲装置的旋转位置传。
2、感器(57) 摘要一种用于确定旋转部件旋转位置的旋转位置传感器，可以包括传感器和磁体。传感器可以对随着磁场移动而改变的磁场特性做出响应。磁体可以由旋转部件携带用于随旋转部件一起旋转。缓冲装置可以围绕磁体设置以限制磁场的畸变。缓冲装置可有效阻挡通常位于使用传感器的设备区域内的物体(例如附近的部件)以及通常不在设备区域内的外来物体。(30)优先权数据(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书6页 附图5页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书6页 附图5页(10)申请公布号 CN 103123250 ACN 103123250 A1/1页21.一种用于确定。
3、旋转部件旋转位置的旋转位置传感器组件，包括：由所述旋转部件携带的用于随所述旋转部件一起旋转的磁体；对随着所述磁体旋转或被旋转而改变的磁场特性做出响应的传感器；以及被设置在所述磁体周围以限制磁场畸变的缓冲装置。2.如权利要求1所述的组件，其中，所述缓冲装置包括气隙。3.如权利要求1所述的组件，其中，所述缓冲装置包括至少一个金属或塑料材料壁。4.如权利要求1所述的组件，其中，所述缓冲装置包括气隙和材料屏障。5.如权利要求1所述的组件，其中，所述缓冲装置包括围绕所述磁体的多个壁。6.如权利要求1所述的组件，其中，所述缓冲装置将磁场减弱到所述缓冲装置外部的且重量至少为0.05克的外来物体不能仅通过所述。
4、磁场就被保持抵靠壳体的点。7.如权利要求1所述的组件，其中，所述缓冲装置在所述磁体周围形成物体无法在其中通过的缓冲区，并且所述缓冲区至少是磁体最大尺寸的0.5倍。8.如权利要求1所述的组件，其中，由所述缓冲装置外部的物体导致的磁性传感器所提供的信号的变化不大于3。9.如权利要求1所述的组件，其中，所述旋转部件是节气门且所述磁体由节气门携带用于随所述节气门一起旋转，并且所述磁体的磁场特性随着所述节气门的旋转而改变。10.如权利要求9所述的组件，其还包括携带所述节气门和所述传感器的壳体。权 利 要 求 书CN 103123250 A1/6页3具有缓冲装置的旋转位置传感器0001 对同时待决申请的引。
5、用0002 本申请要求2011年9月19日提交的美国临时申请No.61/536,525以及2012年9月4日提交的美国非临时申请No.13/602,675的权益，通过引用将其全文并入本文。技术领域0003 本公开内容总的涉及用于旋转部件(例如轴和/或气门)的位置传感器。背景技术0004 很多发动机都使用节气门以根据对发动机的要求控制或调节送往发动机的气流。这样的节气门例如可以在燃料喷射发动机系统的节气门体以及汽化式发动机系统的汽化器中使用。很多这样的节气门都包括轴上携带的气门头，轴被旋转以改变气门头相对于通道内流体流的取向，从而改变流体在通道内以及流过通道的流率。其他的应用也会使用旋转部件，并。
6、且可能会由于反馈控制或其他原因而需要获知这些部件的位置。发明内容0005 至少在一些实施方式中，一种用于确定旋转部件旋转位置的旋转位置传感器组件包括由旋转部件携带的用于随旋转部件一起旋转的磁体，对随着磁体旋转或被旋转而改变的磁场特性做出响应的传感器以及缓冲装置。缓冲装置被设置在磁体周围以限制磁场的畸变。因此，至少一些外来物体将不会充分接近传感器来改变由传感器经历的磁场。0006 至少在一些实施方式中，一种用于燃烧发动机的流体流量控制设备包括壳体，由壳体携带的节气门用于旋转以改变流体流过节气门的流量，以及由节气门携带的用于随节气门一起旋转的磁体。传感器对随着磁体旋转或被旋转而改变的磁场特性做出响。
7、应，并且缓冲装置被设置在磁体周围以限制可由缓冲装置外部的并非流体流量控制设备一部分的物体造成的磁场畸变。0007 附图简要说明0008 以下将参照附图给出对各种实施例和最佳模式的详细说明，在附图中：0009 图1是包括控制模块的节气门体的透视图，该控制模块带有磁性旋转位置传感器；0010 图2是取自节气门体的控制模块壳体的透视图；0011 图3是未装有控制模块壳体的节气门体的透视图；0012 图4是示出了一部分节气门体和控制模块壳体以及其中的旋转位置感测装置的局部截面图；0013 图5是可以与节气门体一起使用的控制模块壳体的透视图；0014 图6是可以与节气门体一起使用的控制模块壳体的透视图；。
8、0015 图7是汽化器的透视图，其中汽化器包括与节气门相关联的旋转位置传感器；0016 图8是汽化器的透视图和部分分解图，汽化器包括另一个旋转位置传感器装置；说 明 书CN 103123250 A2/6页4以及0017 图9是图8中汽化器的一部分的局部透视图。具体实施方式0018 参照附图中的更多细节，图1示出了可以在基于燃料喷射的发动机燃料输送系统中使用的流体控制设备10。在该实施方式中，流体控制设备是节气门体10，其可以包括主壳体11和节气门14(图4)，主壳体11包括通过其向发动机输送空气的空气通道12，节气门14被设置用于根据气门14开启的程度来控制流过空气通道12的空气流量。在图示的。
9、实施方式中，节气门14是蝶型气门，具有位于空气通道12内的扁平的圆盘形气门头16。气门头16由延伸穿过空气通道12并且在关闭位置(或怠速位置)和全开位置之间旋转的旋转式节气门轴18携带。气门轴18的一端可以从壳体11向外延伸，并且可以被至少部分地接收在壳体11的圆柱形凸部20(图1和图3)内。在该特定的实施例中，燃料喷射器26(图1)可以由节气门体10携带。类似地，控制模块28也可以由节气门体10携带。0019 现参照图4，控制模块28可以包括电路板30、一个或多个控制器或微处理器、主接插件32和旋转位置传感器34。参照图1和图4，控制模块28可以包括由节气门体10携带的壳体36。为了将这些部。
10、件连接在一起，壳体36可以具有围绕凸部20设置的环形裙边或凸缘38以及设置在凸部20与环形裙边或凸缘38之间的密封件40(图4)。旋转位置传感器34可以被设置在电路板30上介于壳体36和凸部20之间的连接区域内以使传感器34位于节气门轴18的末端区域内，正如以下将要更加详细介绍的那样。如果需要，电路板30可以如图所示(相对于轴18的旋转轴线42(图4)被定位成与节气门轴18的末端轴向间隔开，或者节气门轴18可以延伸超出或者穿过一部分电路板30。例如在需要接近节气门轴末端的应用中可能会希望节气门轴18延伸穿过电路板。电路板30和/或传感器34可以被设置为垂直于节气门轴18的轴线42或者任何其他的。
11、期望位置或取向。0020 转子部件44可以例如通过接插件(譬如键槽或夹具)被固定至节气门轴18并且包括用于保留磁体50的槽46。槽46可以由直立的外壁52以及从外壁52向内径向间隔开的直立内壁54构成以使槽46为环形或基本为环形。外壁52和内壁54可以如图1所示沿周向连续，或者它们可以是不连续的，也就是说它们可以包括开口或间隙或者由分散间隔开的分段、销、指状件等界定。外壁52和内壁54彼此可以根据需要轴向延伸相似或不同的距离。根据这里图示的示范性实施例，转子部件44由非磁性材料例如塑料制成，不过它也可以由包括磁性材料的任意材料或材料组合构成。转子部件44可以被键接至节气门轴18或者以使两部件能。
12、够一起旋转的一些其他方式附接。在图4所示的形式中，转子部件44包括环形杆61，具有成形在其中并且适用于与节气门轴18上成形的互补扁平段相配合的扁平部分63。0021 磁体50也能够在模制转子部件时通过转子部件44的塑料包覆成型。磁体50也能够例如通过机械或化学粘接剂而粘附、粘接或焊接至转子部件44以限制或阻止磁体相对于转子部件旋转。磁体也可以直接由气门轴携带并且防旋转结构可以接合或以其他方式与气门轴配合以保持磁体相对于气门轴的位置。在这样的装置中可能不需要有转子部件44。0022 磁体50可以是环形、局部环形或弧形或者另一种期望形状。磁体50生成分布、定位、方向和/或强度可以通过旋转位置传感器。
13、34感测并且在传感器34的指定位置根据节说 明 书CN 103123250 A3/6页5气门14的旋转位置而改变的磁场。在一个实施例中，磁体50由永磁材料制成并且是与节气门轴18同心的标准环形磁体。磁体50至少在某些应用中可以由钕材料制成，并且可以具有在8安培-米与25安培-米之间的场强，不过也可以根据需要使用其他类型的磁体以及具有其他强度的磁体。磁体50可以是单极成组磁体。磁体50和/或转子部件可以包括防旋转结构以限制或阻止磁体50相对于槽46旋转从而保持磁体的期望定位以及由此发出的稳定磁场，以有助于确定节气门14随时间变化的旋转位置。0023 在图1-4示出的示范性实施例中，旋转位置传感器。
14、34是磁阻(MR)传感器，其通过感测磁场根据节气门14的位置而改变的至少一种特性(例如方向、分布、取向、和/或强度)来确定节气门14的角位置或旋转位置。也就是说，旋转磁体50和固定传感器34之间的相互作用将变化的磁场转化为根据磁体50的旋转并因此根据节气门14的旋转而变化的输出电压。在一种形式中，传感器34随着磁体50的旋转检测变化的磁通方向。0024 旋转位置传感器34可以被安装至电路板30以使其能够与磁体50磁性交互并为控制模块28提供与节气门14的旋转位置相对应的信号。传感器34可以包括多个磁阻(MR)元件，它们可以被设置为一对成角度偏置的电阻电桥，正如在2010年10月14日公布的公开。
15、号为2010/0258099的美国专利申请中大致描述的那样。在该特定实施例中，旋转位置传感器34被安装至电路板30以使传感器表面基本平行于旋转磁场，并且传感器既不与节气门轴18的轴线42同轴也不与磁体50共面。换句话说，旋转位置传感器34可以被安装为与节气门轴18的轴线42径向间隔开并且与磁体50轴向间隔开。在至少一些实施方式中，传感器34可以与磁体轴向间隔开在约0与15mm之间的距离，并且在一些实施方式中该距离可以是3mm到15mm。在至少一种实施方式中，6mm到7mm的间隙是优选的，原因是这有助于考虑到关于磁体50位置的公差以及部件的各种尺寸公差之后的批量制造。上述轴向偏移距离从传感器34。
16、的中心线测量到磁体50的最近表面。传感器34离磁体50越近，信噪比就会越强，但是在批量制造中稳定地且接近地使传感器34相对于磁体50隔开也会越困难。0025 而且，传感器34可以从磁体50径向偏离达到约为磁体50的外径加上12mm的距离，偏移范围在磁体外径的约二分之一到四分之三之间。例如，对于外径为16mm的磁体50，径向偏移可以在0与28mm之间，对于至少一种目前测试过的传感器(例如由Zetex Semiconductors销售的ZMT32型传感器)来说优选范围是8mm到12mm。上述径向偏移距离是从传感器34的中心测量到磁体50的中心或磁体50的旋转轴线。对于不具有圆形周边的磁体50，那么。
17、偏移能够相对于磁体50的主要尺寸进行测量，其中主要尺寸是磁体50的最大尺寸(例如长度、宽度、厚度)。传感器34离磁体50越远，信号和噪音变化的可能性就越大，并且磁通线的集中就越弱。根据具体应用，可能需要将旋转位置传感器34安装在电路板30上尽可能靠近节气门轴18的轴线42的位置；这包括将传感器34安装在磁体50内径的径向内侧的位置。也就是说在此传感器34中心的偏移不远于磁体50的内半径。除了径向偏移传感器34之外或取代径向偏移传感器34，磁体50可以被安装为使其偏移但是不与节气门轴18同轴。在节气门轴18延伸穿过或超出电路板30的应用中，传感器34可以沿轴向设置在节气门头16和磁体50之间。另。
18、外，如图1、2和4所示，磁体50可以沿轴向设置在传感器34和节气门头16之间。0026 磁通量稳定的磁场有助于精确地确定节气门轴的旋转位置。改变磁场通量会使节说 明 书CN 103123250 A4/6页6气门轴位置的确定变得更加困难。作为示例，磁体50的磁场内的铁磁材料会使磁场畸变，并因此影响传感器确定节气门轴的位置。为了限制或阻止外界干扰影响磁场或使磁场畸变，可以在磁体50周围设置缓冲装置。缓冲装置可以是开放空间或气隙62、屏蔽物或屏障64、磁场控制或衰减材料或者是这些事物的任意组合。0027 如图2-6所示，为了限制或阻止这些情况的发生，节气门体凸部20围绕节气门轴18延伸穿过的孔68的。
19、环形壁66能够位于磁体50径向外侧足够远的距离，以使位于壁部66外部的部件不会使磁场变化或畸变到足以明显改变传感器34操作和输出。类似地，控制模块壳体36中匹配的环形裙边或壁部38可以具有与节气门体壁部66的直径相类似的直径以在模块28的区域内围绕磁体50提供类似的空间。在设有密封件40时，可能就不再需要围绕节气门轴18的密封件，原因在于围绕节气门轴的腔室在将模块28装到凸部20上时在环境方面被密封。0028 如果需要，磁体50可以被同心地设置在壁部38，66内以在磁体周围提供均匀的缓冲。在本示例中，缓冲装置包括围绕磁体50以及用作屏障(并因此在图4中也用附图标记64予以标注)的壁部38，66。
20、或材料层界定的环形气隙62以减弱或衰减节气门体的壳体11和控制模块壳体36外部的磁场，从而使其外部的部件不会明显影响到磁场或传感器34。因此，即使是相对较小的铁磁物体(例如小钉子)也不会被磁体50充分吸引以紧靠节气门体的壳体11或模块壳体36被保持或者明显影响磁场或传感器34。气隙62可以填充有适合用于提供进一步隔离或进一步衰减磁场的材料以将节气门体的壳体11和模块壳体36外部存在的任何磁场作用力减小至期望水平。0029 因此，缓冲装置将传感器34与(节气门体和控制模块壳体外部)可能干扰传感器34工作或可能干扰待感测磁场的其他部件隔开。缓冲装置降低了外来物体(例如钉子或其他小的铁磁物体)可被磁。
21、场吸引和/或被磁场吸附或紧靠向节气门体10保持并由此干扰或改变磁通线或磁场的可能性。0030 缓冲装置可以在磁体周围形成其中未构成节气门体或模块壳体一部分的铁磁物体不在此定位或者不受吸引的区域。该区域可以用其中心在磁体50处的球面70表示(在图4中用圆形虚线表示)。球面70的尺寸可以根据磁体的强度、磁体的形状或以上两者而改变，其中较强的磁体需要较大直径的球面，并且较弱的磁体需要较小直径的球面。当然，球面70仅仅是一种界定围绕磁体50的区域的简单方式，并且实际的缓冲区域可以根据需要具有其他的规则或不规则形状。在使用材料屏障64时，缓冲区域因为由材料屏障造成的磁场衰减而可以变得更小。0031 在一。
22、个示例中，使用的磁体具有在30-40兆高斯-奥斯特之间的磁通能量密度，并且模块壳体36和节气门体壳体11的壁部38，66的直径约为45mm。这就在磁体直径约为16mm时围绕磁体50提供了约为14-15mm的环形间隙62。对于磁通能量密度在上述范围内的磁体，已经发现磁体周边10-15mm以外的缓冲区域就足以减小对磁场的干扰并允许传感器34无错误信号输出的正确工作。该缓冲区域可以围绕磁体在所有方向上延伸。缓冲区域可以是磁体最大尺寸的0.5到1.5倍或更大，或者对于圆形磁体来说，缓冲区域可以是磁体半径的1.5倍或更大。在由该示例代表的至少一些实施方式中，计算能够表明缓冲装置以外的磁场强度在任意指定时。
23、刻都介于磁体最大磁场强度的约2与6之间。而且，在至少一些实施方式中，由缓冲装置外部的物体导致磁性传感器34提供的信号改变不大于3。说 明 书CN 103123250 A5/6页7因此，在至少一些实施方式中，缓冲装置外部存在的磁场足够低，以至于在缓冲装置外部且重量至少为0.05克的外来物体不会仅通过该磁场就紧靠壳体保持。在此，外来物体可以被认为是并不构成使用磁体和传感器的装置的一部分的物体。0032 例如，如图4所示的模块壳体36包括具有缩小高度或厚度的较薄部分72。如图2所示，较薄部分72能够在修改的壳体36中被缩小或取消以在与磁体50间隔期望距离处提供壳体36上壁74的外表面，从而在磁体和节。
24、气门体壳体11和模块壳体36的外表面之间提供期望的缓冲区域。当然，其他的因素也可能是相关的，包括壁部38，66以及节气门体和控制模块内其他壁部和结构的厚度和材料。在一种实施方式中，节气门体壳体11是铝制铸壳，控制模块壳体36是模制塑料并且壁部38，66(以及这些结构的其他壁部)约为2mm厚。0033 在图5的实施方式中，修改的模块壳体36可以包括设置在第一壁部38径向内侧处的环形第二壁部80。第二壁部80可以提供衰减磁场的进一步屏蔽，和/或第一和第二壁部38，80之间的间隙可以由另一种材料(部分或完全地)填充以为传感器34提供进一步的屏障和/或以便衰减磁体50的磁场。插件或盖帽可以设置在壁部3。
25、8，80的下端之间以阻止污染物或金属碎屑进入壁部之间的空间。内侧的第二壁部80也可以配装在修改的节气门体较窄的外径壁部上，第二壁部80在节气门体壁部66上滑动，而外侧的第一壁部38提供围绕磁体50的缓冲装置，在第一和第二壁部之间可设有或者不设置任何材料或其他部件。在图6所示模块壳体36的实施方式中，第一和第二壁部38，80的末端由下壁84连结而不是像图5中那样开口并间隔开。图6中壁部38，80之间的空间可以根据需要是开口、实心或者填充有另外的材料。该材料可以是天然或合成材料例如但不限于泡沫、塑料、木材或金属。在此，内壁80应围绕节气门体壳体11的壁部66和外壁38配装，并且壁部38，80之间的。
26、空间可以为传感器34和磁体50提供进一步的缓冲。0034 图7示出了可以使用传感器34和磁体102的另一种流体控制设备，汽化器100。汽化器100的封盖已被移除以示出磁体102和传感器34的布置。包括传感器34和电路板30的控制模块可以在汽化器100的壳体或主体106上携带并且位于封盖(未示出)下方。在该实施方式中，磁体102由固定至节气门轴18的转子部件44携带以使磁体随着节气门轴旋转而旋转。磁体102可以是环的一部分或者是任意的其他形状。如图7所示，在节气门的怠速位置，磁体102可以被定位成与汽化器100的主体106中最接近的外壁104相对。这就将磁体102定位成与汽化器主体106的外壁间。
27、隔期望距离以限制或阻止磁场由于可能定位接近汽化器主体(即使是临时性地)的其他部件或金属碎屑/物体而造成的磁场畸变。0035 图8和图9示出了用于汽化器100的另一种磁体110和转子部件112的布置，其中磁体110是环的一部分并且被接收在转子部件112的互补槽114中。在此，节气门轴18可以穿过电路板30或穿过电路板内的切口116。磁体110类似于图7中所示的磁体102，可以定位远离汽化器主体106的最接近外壁104或表面。0036 如本文中所述，缓冲装置可以包括多个壁部、构件、插件和/或气隙。传感器可以用给出的各种壁部、构件和气隙校准以使具有这些特征的传感器的操作提供对节气门(或其他旋转部件)。
28、位置的准确指示。节气门体和控制模块的壁部优选地没有磁性，不过它们也可以是有磁性的。说 明 书CN 103123250 A6/6页80037 传感器34以及各种其他电路部件(例如A/D转换器、放大器等)的操作可以根据公开号为2010/0258099的美国专利申请中所示的内容进行构造和设置。因此，本文中不再对相关电路和部件给出进一步的说明。0038 应该意识到上述的系统、电路、部件和方法在本质上仅仅是示范性的，而且可以使用多种不同替代方案中的一种。例如可以使用以下部件的任意组合：磁通或磁场影响部件，包括偏置磁体的附加磁体，霍尔效应传感器，接触型传感器，光学传感器，多块磁体，不同于弧形磁体的磁体，只。
29、有一个电阻电桥的单桥传感器，温度补偿装置，低档旋转传感器例如PIHER传感器等。当然，这些部件仅仅是可用部件的一部分。0039 替代地，也可以使用其他形式的非接触型旋转位置传感器。例如，金属浆状物(未示出)可以附接至节气门轴以紧密接近蚀刻到电路板的表面中的多组螺旋线(未示出)。这些曲线可以由载波或解调波形激励，并且当浆状物扫描圆形模型(matrix)时，控制模块能够检测两组曲线之间的波形信号差异，因为浆状物扫描与被指令的节气门位置成比例，由此提供发动机负载指示而并没有由更加昂贵和常规的电子机械或电阻式旋转位置感测设备带来的典型噪音或阶跃信号的限制。0040 尽管在本文中公开的发明形式构成了目前优选的实施例，但是多种其他的实施例也是可行的。在本文中没有意图提及本发明所有可能的等同形式或派生方案。要理解本文中使用的术语仅仅是说明性而并不是限制性的，并且可以进行各种修改而并不背离本发明的精神或范围。说 明 书CN 103123250 A1/5页9说 明 书 附 图CN 103123250 A2/5页10图4图5说 明 书 附 图CN 103123250 A10。