用于节流阀位置传感器中的磁体保持器、用于角位传感器中的磁体保持器及它们的制造方法

摘要

一种用于模拟或数字节流阀位置传感器中的磁体保持器（10），所述模拟或数字节流阀位置传感器用于感测内燃发动机的燃料供应单元中的蝶形阀的角度，所述磁体保持器（10）包括适于固定至蝶形阀的轴且承载至少一个磁体（17）的节流杆元件（11）。在节流杆元件（11）中设置用于磁体（17）或若使用多于一个磁体则用于每个磁体的凹槽（12），磁体（17）位于凹槽（12）内或若使用多于一个磁体则多个磁体位于所述多个凹槽内，并且位于凹槽（12）的入口或位于多个凹槽的多个入口周围的节流杆元件材料（18）被分别压固至磁体（17）或多个磁体上，以充分覆盖每个磁体（17）而将其保持在其相关的凹槽（12）内。因此，磁体/多个磁体（17）将被牢固保持在磁体保持器（10）内，并且所述保持器的制造方法可被用于生产，尤其是大量如大规模生产。

说明书

描述

技术领域

本发明涉及一种制造模拟或数字节流阀位置传感器中的磁体保持器 的方法，所述模拟或数字节流阀位置传感器用于感测内燃发动机中燃料供 应单元中的蝶形阀的角度，所述方法包括：

a）制造节流杆元件，所述节流杆元件适合于被固定至所述蝶形阀的 轴；和

b）将至少一个磁体附接至所述节流杆元件。

本发明还涉及一种用于模拟或数字节流阀位置传感器中的磁体保持 器，所述模拟或数字节流阀位置传感器用于感测内燃发动机中燃料供应单 元中的蝶形阀的角度，所述磁体保持器包括节流杆元件，所述节流杆元件 适合于固定至所述蝶形阀的轴并且承载至少一个磁体。

本发明还涉及一种制造用于角位传感器的磁体保持器的方法，所述方 法包括：

a）制造所述角位传感器的旋转元件，所述旋转元件被构造成固定至 轴并且适合于与所述轴一起旋转；和

b）将至少一个磁体附接至所述旋转元件；

本发明还涉及一种用于角位传感器中的磁体保持器，所述角位传感器 包括旋转元件，所述旋转元件适合于固定至轴并且被构造成与所述轴一起 旋转，并且所述旋转元件被构造成承载至少一个磁体。

背景技术

专利文件EP 2 290 217 A2披露了这种方法和这种磁体保持器。内燃 发动机的燃料供应单元（例如，汽化器或低压喷射系统）包括具有主空气 道的主体，所述主空气道具有安装在其内的节流阀并且所述节流阀包括在 所述主体的两个相对定位的轴侧之间延伸的节流阀轴。用于燃料供应的控 制模块被安装至所述轴侧中的一个，所述控制模块包括用于监测节流阀的 位置的节流阀位置检测装置，和用于控制供应至所述主空气道的燃料供应 的燃料阀装置。所述节流阀位置检测装置包括：至少一个磁体或类似的磁 通量发生装置，所述至少一个磁体或类似的磁通量发生装置可安装在盘形 承载件上，所述盘形承载件固定至节流阀轴以随其旋转；和至少一个模拟 霍尔效应传感器或相似的磁通量密度传感器件，所述至少一个模拟霍尔效 应传感器或相似的磁通量密度传感器件可相对于所述燃料供应单元的主 体固定。霍尔传感器产生与节流阀轴和蝶形阀的旋转大小成近似线性关系 的输出电压。因此，在部分节流范围内可得到节流阀的位置精确值。没有 讨论如何将单个磁体或多个磁体牢固地固定至承载件的问题。

现有技术公开了与使用磁体来得到关于蝶形阀在汽化器中的位置的 信息有关的多个建议。US6,522,038B2披露了位置感应磁体，所述位置感 应磁体牢固地周向安装在输出轴的外表面周围并且延伸出输出轴的端部 以外以定义凹槽，所述凹槽由所述位置感应磁体以及由所述凹槽一端处的 输出轴的端面周向地界定。

US7,032.617B2公开了一种用于发动机的进气控制设备，能够抑制 来自外界的外部磁通量的影响从而防止由于外部磁通量导致的旋转角度 检测传感器的输出变化。将永磁体设置在轴的端部处。旋转角度检测传感 器以相对于永磁体间隔平行的关系放置，并且具有磁阻元件，用于检测永 磁体磁通量的方向的变化进而检测节流阀的旋转角度。旁通元件被设置成 包围旋转角度检测传感器，其靠近永磁体的侧部被穿孔以形成开口表面， 旁通元件由磁性材料制成，所述磁性材料适于形成用于来自永磁体的磁通 量的旁路。所述磁体位于凹槽内，但并没有其他东西将其稳固保持在凹槽 内。

US7,036,791B2公开了一种位置检测装置，其包括磁体，所述磁体被 设置在蝶形阀轴的第一端处。所述磁体沿直径方向被磁化并且以环的形式 表现为一个件。传感器被设置成与蝶形阀轴的旋转轴线对准，位于环的中 心中。

US7,111,602B2公开了一种用于进气歧管调节阀的致动器以调节内 燃发动机的进气歧管中的气流。所述致动器包括马达、控制电路和传感器， 以上均安装在一外壳内，所述外壳具有开口，输出轴延伸通过开口。所述 输出轴承载用于输出轴旋转的从动齿轮，并承载当致动器组装到位时位于 进气歧管内的阀片（valve blade）。传感器设置有控制电路，具有指示阀片 位置的反馈数据并且该数据允许致动器自身使用从发动机的电控单元接 收的致动器命令提供阀片位置的闭环控制。所述从动齿轮的一侧部附接有 大体弧形的磁体。所述磁体被用于与位置传感器联合并且通过多个塑料指 形件固定至齿轮，所述塑料指形件从所述从动齿轮的侧部横向延伸以便被 接收在磁体表面中的通孔中。所述指形件被热压固以将磁体固定至从动齿 轮的侧部，但所述磁体不位于保护槽内。

US7,210,451B2披露了一种节流阀控制装置，其包括耦接至节流阀轴 的马达，以便当马达被驱动时所述节流阀旋转以打开和关闭进气气道。检 测装置用于检测节流阀的打开程度并且包括传感器和一对弧形磁体。所述 磁体通过磁体承载件被安装至节流阀并且被定位成横过节流阀轴的旋转 轴线彼此相对以产生均匀的磁场。所述传感器被安装至节流阀体并且用于 检测由磁体产生的磁场的方向，以使得所述检测装置输出代表节流阀的打 开程度的信号。节流阀齿轮具有基本圆柱形管形部分，所述基本圆柱形管 形部分定位成延伸出节流阀轴的端面以外。所述管形部分与所述节流阀轴 共轴。通过管形部分的插入模制工艺，轭状件与管形部分的内周面整体形 成。所述轭状件由磁性材料制成并且具有基本围绕节流阀轴的旋转轴线的 环形结构。一对磁体（永磁体）被附接至所述轭状件的内周面。所述磁体 被定位成关于节流阀轴的旋转轴线彼此对称地相向。

US2008/0296804Al披露了一种制造设置有磁体的轴的方法，所述磁 体用于内燃发动机中的气体流速调节阀。所述方法包括以下步骤：设置第 一模具，所述第一模具负向复制（negatively reproduce）轴的形状并且决 定用于磁体的基座的形成；将熔融塑性材料喷射到所述模具内以通过喷射 模塑法形成带有用于磁体的基座的轴；设置第二模具，所述第二模具围绕 用于磁体的基座；并且将熔融磁性聚合物注射在所述第二模具中以通过喷 射模塑法形成所述磁体。因此，所述磁体是环形的并且位于与所述轴共轴 的凹槽内，但没有东西将其稳固保持在凹槽内。

咬合紧固法早已经被用于将磁体固定在承载件中，但已经证明相比于 需要的程度还不够坚固，此外，需要使用胶接法。该方法不适合于生产， 尤其是不适于大量（例如大规模）生产。需要使用适合这种生产的方式将 磁体固定。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁体保持器及其制造方法，所述磁体保持器 适用于生产，尤其是大量（例如大规模）生产，并且将牢固地支撑所述磁 体。

在上面第一段所述的这种方法中，该目的是根据本发明的优选实施例 实现的，其中：

c）在步骤b）之前，在节流杆元件中提供用于所述磁体的凹槽或者如 果使用多于一个的磁体则提供用于每个磁体的凹槽；

d）接着将所述磁体插入到所述凹槽中或者如果使用多于一个的磁体 则将所述多个磁体插入到所述多个凹槽中；和

e）通过压固放置在一通向其相关凹槽的入口周围或通向其相关多个 凹槽的多个入口周围的节流杆元件材料以充分覆盖每个磁体从而将所述 磁体保持在其相关凹槽内而附接所述磁体或多个磁体。

相似的，在上面第二段所述类型的磁体保持器内，该目标是根据本发 明的优选实施例实现的，其中，用于所述磁体或者如果使用多于一个磁体 则用于每个磁体的凹槽被设置在节流杆元件中，所述磁体位于所述凹槽 内，或如果如果使用多于一个磁体则所述多个磁体位于所述多个凹槽内， 并且将位于通向所述凹槽的入口或通向所述多个凹槽的多个入口周围的 节流杆元件材料分别压固至所述磁体或多个磁体上，以充分覆盖每个磁 体，从而将其保持在其相关凹槽内。

相似的，在如上述第三段所述的方法中，该目标通过以下步骤实现：

c）在步骤b）之前，在旋转元件中提供用于所述磁体的凹槽或如果使 用多于一个磁体则提供用于每个磁体的凹槽；

d）接着将所述磁体插入到所述凹槽中或者如果使用多于一个的磁体 则将多个磁体插入到所述多个凹槽中；和

e）通过将加热工具应用至位于一通向其相关凹槽的入口周围或通向 其相关多个凹槽的多个入口周围的旋转元件材料以充分覆盖每个磁体而 将所述磁体保持在其相关凹槽内而固定所述磁体或所述多个磁体。

相似的，在上面第四段所述类型的磁体保持器内，该目标是根据本发 明的实施例实现的，用于所述磁体的凹槽或如果使用多于一个磁体则用于 每个磁体的凹槽设置在旋转元件中，所述磁体位于所述凹槽内，或如果使 用多于一个磁体则多个磁体位于所述多个凹槽内，并且将位于一通向其相 关凹槽的入口周围或通向其相关多个凹槽的多个入口周围的旋转元件材 料分别压固至所述磁体或多个磁体上，以充分覆盖每个磁体而将其保持在 其相关凹槽内。

因此，所述磁体保持器适用于生产，尤其是大量（例如大规模）生产， 并且将牢固地支撑所述磁体或多个磁体。

优选的，所述节流杆元件通过喷射模塑法制造并且具有通过整体横向 连接部互相连接的三个平行管形元件。它们中的两个平行管形元件与第三 个平行管形元件等距间隔隔开并且具有底部且构成两个凹槽，所述第三个 平行管形元件较大并且适合于接收蝶形阀的轴。可替换的，所述节流杆元 件通过喷射模塑法制造并且具有互相连接并且彼此间隔的两个管形元件。 它们中的一个管形元件具有底部并且构成凹槽，另一个较大并且适合于接 收蝶形阀的轴。这种节流杆元件很适用于生产，尤其是大量（例如大规模） 生产。

为了得到节流阀的位置的精确值，所述磁体或多个磁体适合于以如下 半径和角度设置，所述半径和角度适于蝶形阀的运动以及磁力传感器的定 位，并且如果节流阀位置传感器中使用多于一个磁体，则朝向其它一个或 多个磁体设置。当使用两个磁体时，它们适当的彼此分开约90°的旋转角。 此外，其它布置方式也是可能的。

所述节流杆元件可由适当的轻质合金以及任何形式的金属（例如，铸 造或薄片金属）制成，但出于制造工艺的原因，它适合由热塑性树脂材料 制成。

可通过多种方式进行所述压固，但合适的，它包括应用加热或超声波 振动来软化所述材料。在一些情形中，甚至优选地熔融所述材料。为了在 使用所述磁体保持器的过程中保护磁体，甚至优选地，在压固后，使所述 磁体完全嵌入到所述节流杆元件的材料中。

附图说明

在下文中，将结合优选实施例和附图更详细地阐述本发明。

图1是燃料供应单元的主体的示意性立体图，所述主体具有带有节流 阀的主空气道，所述节流阀包括节流阀轴并且设置有现有技术的节流阀位 置传感器。

图2是根据本发明优选实施例的节流杆元件的立体图，两个磁体被固 定在所述节流杆元件中。

图3是示出了图2中的节流杆元件的相似立体图，示出了磁体安装于 所述节流杆元件之前。

图4是图3中的节流杆元件的俯视图。

图5是沿图4中的线V-V得到的截面图，示出了用于容纳磁体的空凹 槽。

图6是与图5相似的截面图，但示出了插入有磁体后的凹槽。

图7是与图5和6相似的截面图，但示出了每个凹槽的入口周围的材 料以便向下压固在磁体上以将它们固定在凹槽中之后的结果。

图8是示出了图7中的部分的放大图。

图9a是节流杆元件的第一替换实施例的立体图，示出了磁体插入于 所述节流杆元件中之前。

图9b是图9a中的节流杆元件的截面图。

图10a是节流杆元件的第二替换实施例的立体图，示出了磁体插入于 所述节流杆元件中之前。

图10b是图10a中的节流杆元件的截面图。

图11a是节流杆元件的第三替换实施例的立体图，示出了磁体插入于 所述节流杆元件中之前。

图11b是图11a中的节流杆元件的截面图。

图12a是用于进行压固的具有锥形尖槽22的工具20的示例的示意性 截面图。

图12b是用于进行压固的具有锥形尖槽22的工具20的另一个示例的 示意性截面图，其中的尖槽22大于图12a中的尖槽22。

图12c是用于进行压固的具有尖槽22的工具20的示例的示意性截面 图，所述尖槽22具有像球形的一部分的形状。

图12d是用于进行压固的具有尖槽22的工具20的示例的示意性截面 图。

具体实施方式

图1示出了内燃发动机中的燃料供应单元，例如汽化器或低压喷射系 统。所述示意性示出的燃料供应单元包括具有主空气道2的主体1，所述 主空气道2内安装有蝶形的节流阀3，并且所述节流阀3包括在主体1的 两个相对定位的轴侧之间延伸的节流阀轴4。用于所述燃料供应的控制模 块（未示出）被安装至所述轴侧中的一个，所述控制模块包括：用于监测 节流阀3的位置的节流阀位置检测装置5；以及用于控制供应到所述主空 气道2的燃料供应的燃料阀装置（未示出）。所述节流阀位置检测装置5 包括：至少一个磁体6或类似的磁通量发生装置，在图1中所示的现有技 术实施例中，所述至少一个磁体或类似的磁通量发生装置安装在盘形承载 件7上，所述盘形承载件固定至节流阀轴4以随其旋转；以及至少一个模 拟或数字霍尔效应传感器8或相似的磁通量密度传感器件，所述至少一个 相似的霍尔效应传感器或相似的磁通量密度传感器件相对于所述燃料供 应单元的主体固定。霍尔传感器8产生与节流阀轴4和蝶形阀3的旋转大 小成近似线性关系的输出电压。因此，在部分节流范围内可得到节流阀3 的位置的精确值。所述霍尔效应传感器的输出信号也可以是非线性的，来 自于数字霍尔效应传感器的数字输出也是一样。

为了提供适用于生产且尤其是大量（例如大规模）生产并且将牢固地 保持磁体的磁体保持器，研发出了图2中所示的磁体保持器10来替换图1 中带有磁体6的盘形承载件7。所述磁体保持器10包括节流杆元件11， 所述节流杆元件具有用于接收永磁体的至少一个凹槽12。当使用单个磁体 时，所述磁体是长的并且弓形的，但在优选示出的实施例中，提供了用于 两个磁体的两个凹槽。当然，如果需要，能够提供两个以上的磁体。为了 将磁体固定在其凹槽内，将其相关的凹槽的入口周围的节流杆元件材料进 行压固以充分覆盖磁体，从而将所述磁体保持在其相关的凹槽内。在图2 中，未示出磁体，因为它们被压固的材料所覆盖。此外，所述两个磁体适 当地彼此间隔约90°的旋转角度。为了得到节流阀的位置的精确值，如果 节流阀位置传感器中使用多于一个磁体，所述磁体或多个磁体适当地设置 有适于蝶形阀的运动和磁力传感器的定位以及朝向其它磁体或多个磁体 的半径和角度。

图3-5示出了将磁体插入凹槽12之前的节流杆元件11。节流杆元件 11被设计成通过喷射模塑法制造。使用的材料可以是轻质合金，以及任何 形式的金属（例如，铸造或薄片金属），但适合使用热塑性树脂。所述热 塑性树脂优选是聚氧化甲烯（POM），具有高硬度，低摩擦和出色的尺寸 稳定性。所述节流杆元件11具有通过一体横向连接部互相连接的三个平 行管形元件13-15。它们中的两个13、14与第三个15等距间隔并且具有 底部（图5）并且构成两个凹槽12。所述第三个15的长度和直径较大并 且适合于接收蝶形阀的轴。

在图6中，示出了磁体17被插入到凹槽12的底部。所述磁体是圆柱 形的，其长度可基本等于圆柱的直径，优选约为3mm，但对所述磁体来 说，与直径不同的其他长度或其它直径也是可能的。图6还示出了凹槽12 的深度大于圆柱形磁体17的长度，使得凹槽12的入口周围的节流杆元件 材料18可被压固以充分覆盖磁体17，以将磁体保持在其相关的凹槽12 内。优选的，在凹槽12的入口处，被压固的材料18的量达到如下程度是 适当的，即，使得磁体17被压固的材料完全覆盖，如图7和8中所示， 在压固操作后磁体17被完全嵌入到节流杆元件11的材料18内。所述压 固优选是热塑压固并且包括应用加热或超声波振动以软化材料18。如果需 要，能够应用的能量达到使材料18熔融并且在磁体17的暴露表面上流动 以覆盖磁体17。

图7还示出了两个磁体17的极性关系方向彼此相反，以便形成通过 霍尔效应传感器的霍尔元件的磁通量密度，基本与磁体保持器10和节流 阀轴的旋转大小成比例。因此，模拟或数字霍尔传感器产生与节流阀轴和 节流阀的旋转大小基本成线性关系的输出电压。使用这种霍尔效应装置， 在部分节流范围内可得到节流阀的位置精确值。

图9a和9b示出了在将磁体插入凹槽112前，节流杆元件111的第一 替换实施例。与上面所述相似，节流杆元件111被设计成通过喷射模塑法 制造。使用的材料可以是轻质合金，以及任何形式的金属（例如，铸造或 薄片金属），优选使用热塑性树脂，优选使用聚氧化甲烯（POM）。节流杆 元件111具有彼此间隔并且通过一体横向连接部互相连接的两个管形元件 113、115。它们中的一个113具有底部（图9b）并且构成凹槽112。另一 个115的长度和直径较大并且适合于接收蝶形阀的轴。如上面所述，凹槽 112的深度大于将要插入凹槽内的磁体的长度，使得凹槽112的入口周围 的材料118可被压固以充分覆盖磁体，从而将磁体保持在其相关的凹槽 112内。

所述两个管形元件不必平行，而且可彼此间可形成任何角度。例如在 图10a和10b所示的实施例中，所述角度是45°，而在图11a和11b中， 所述角度是90°。当使用两个磁体时，取代平行于适于接收节流阀轴的第 三个管形元件，用于接收磁体的两个管形元件可径向向外延伸并且与第三 个管形元件形成任何需要的角度。磁体或多个磁体的方向和位置在很大程 度上与最优放置霍尔效应传感器的位置有关。

所述节流杆元件11的制造，将磁体17插入到凹槽12内，并且热塑 地压固凹槽12的入口周围的节流杆元件材料18以充分覆盖磁体17从而 将磁体17保持在其相关的凹槽内的操作可应用于生产，尤其是大量（例 如大规模）生产。因此，通过使用本发明的方法，能够以低成本生产本发 明的磁体保持器10。

应当理解，磁体保持器10不限于用于节流阀位置传感器中，而是可 应用于具有承载至少一个磁体的旋转元件11的任何角位传感器内。在所 述其它角位传感器中，旋转元件11优选等效于节流杆元件11。对于所述 角位传感器的应用可以是检测节流阀以外的其它阀（例如阻风阀）的位置， 或打开度。而其它的应用可为用于校准、精确测量或测试等设备。

因此，本发明提供了一种制造用于角位传感器的磁体保持器10的方 法，包括：

a）制造角位传感器的旋转元件11，所述旋转元件11被构造成固定至 轴并且适于与所述轴一起旋转；

b）将至少一个磁体17附接至所述旋转元件11；

c）在步骤b）之前，在旋转元件11中提供用于所述磁体17（或如果 使用多于一个磁体，用于每个磁体的）凹槽12；

d）接着将磁体17插入到凹槽12中，或者如果使用多于一个的磁体 则将所述磁体插入到所述多个凹槽中；和

e）通过将加热工具20应用至位于与所述磁体17相关的凹槽12的入 口或与所述多个磁体相关的凹槽的多个入口周围的旋转元件11的材料18 以充分覆盖每个磁体17，而将所述磁体保持在其相关的凹槽12内的方式 固定所述磁体17或所述多个磁体。

适当的，工具20（优选是热探针）具有倾斜部分21，其包括尖槽22， 尖槽相对于倾斜部分21的周围表面23凹陷，并且步骤e）包括使倾斜部 分21按压与磁体相关的凹槽12的入口（或与多个磁体相关的多个凹槽的 多个入口）周围的旋转元件11的材料。优选的，尖槽22具有图12a和12b 中所示的锥形部分。当然，锥形的相对尺寸是可改变的。此外，尖槽的形 状可具有各种其它形状，例如球形的一部分，如图12c中所示。当应用时， 尖槽22便于引导材料18，优选通过自动机械将工具20压按在旋转元件的 材料18上，使得材料18径向向内受力或被引导以覆盖磁体17的至少一 部分。此外，当倾斜部分21被应用至材料18时，所述倾斜部分具有高于 旋转元件11的材料18的熔点的温度。图12d以立体图描绘了工具20，其 中工具20具有凹槽，凹槽在与工具20的倾斜部分21的周表面平行的平 面中具有圆环形状的周边。

根据本发明的实施例，提供了在角位传感器中使用的磁体保持器10， 所述磁体保持器10包括旋转元件11，所述旋转元件11适于固定至轴并且 被构造成与所述轴一起旋转并且支撑至少一个磁体17。此外，在旋转元件 11中提供用于所述磁体17的凹槽12或如果使用多于一个磁体，提供用于 每个磁体的凹槽；磁体17位于所述凹槽12内或如果使用多于一个磁体， 则多个磁体位于多个凹槽内，并且位于凹槽12的入口或多个凹槽的多个 入口周围的旋转元件材料18被分别压固在所述磁体17上或多个磁体上以 充分覆盖每个磁体将所述磁体保持在其相关的凹槽12内。

工业应用

本发明适用于磁体保持器的生产，尤其是大量（例如大规模）生产， 所述磁体保持器用在内燃发动机的燃料供应单元中的节流阀位置监控系 统中。