CN102235850A - 行程量检测装置 - Google Patents

Abstract

一种行程量检测装置包括：第一磁场生成构件(21，25)、第二磁场生成构件(22，26)以及磁传感器单元(7，8)。所述第一磁场生成构件(21，25)和所述第二磁场生成构件(22，26)关于垂直于行进对象的直的行进轴的方向彼此相对，并且关于垂直于所述行进轴的所述方向在相反的方向上被磁化。磁传感器单元(7，8)能够沿着直的移动轴(X)在所述第一磁场生成构件(21，25)和所述第二磁场生成构件(22，26)之间的区域移动，所述直的移动轴(X)根据所述行进对象的行进运动相对于所述第一磁场生成构件(21，25)和所述第二磁场生成构件(22，26)平行于所述直的行进轴，所述磁传感器单元(7，8)具有面向平行于所述移动轴(X)的方向的磁敏表面(5a，6a)，从而检测所述对象的行程量。

Description

行程量检测装置

技术领域

本发明涉及一种用于检测行进对象的行程的量的行程量检测装置。

背景技术

在常规的行程量检测装置中，磁传感器元件根据行进对象的线性运动相对于作为磁场生成构件的磁体移动。基于从磁传感器元件生成的输出信号来检测所述对象的行程的量。例如，对应于US6211668的JP2000-180114A和JP2008-45919A描述了用于相对于行程量改善输出信号的线性度的发明。

在JP2000-180114A描述的磁位置传感器中，锥形磁体在平行于磁传感器元件移动所沿的线的方向上彼此相对。同样地，在磁传感器元件的行程范围的两侧，例如在行程范围的第一侧和第二侧上设置相对的锥形磁体。因此，锥形磁体之间的距离，也就是说，锥形表面之间的空气间隙的宽度朝着行程范围的中间位置增加并且根据距离中间位置的距离减小。在行程范围的第一侧上的锥形磁体在相同方向上被磁化。同样地，在行程范围的第二侧上的锥形磁体在相同方向上被磁化，但是是在与第一侧上的锥形磁体的相反方向上被磁化。在这种结构中，由于磁传感器元件相对于锥形磁体移动，所以由磁性传感器元件检测到的磁通量密度以强-弱-强的方式持续改变。此外，在第一侧和第二侧之间的磁通量的方向相反。

在JP2008-45919A描述的位置检测装置中，在行程范围的两侧，例如在行程范围的第一侧和第二侧上设置磁体。此外，在行程范围的第一侧上，磁体在垂直于行程方向的方向上彼此相对。同样地，在行程范围的第二侧上，磁体在垂直于行程方向的方向上彼此相对。相对的磁体在相同的方向上被磁化，但是在第一侧上的磁体和在第二侧上的磁体是在不同的方向上被磁化。因此，在行程范围的第一侧和第二侧之间磁通量的方向相反。

在JP2000-180114A描述的磁位置传感器中，如果设置磁体使得锥形表面相对于磁传感器元件移动所沿的线由于加工误差或者安装误差导致成不平等的角度，则可能产生检测误差。

此外，在垂直于行程方向的方向上相对的磁体在相同的方向上被磁化的情况下，如同JP2000-180114A中所描述的磁位置传感器和JP2008-45919A中所描述的位置检测装置，如果磁传感器元件的位置偏离行程方向，例如在垂直于行程方向上，则检测磁通量密度改变，导致检测误差。因此，鲁棒性将不够。也就是说，系统特性抵抗设计中的误差和干扰而保持当前状态的特性将不够。

发明内容

考虑到上述问题做出本发明，并且本发明的目的在于提供一种具有足够鲁棒性的行程量检测装置。

根据本发明的一方面，一种行程量检测装置包括：第一磁场生成构件、第二磁场生成构件以及磁传感器单元。所述第二磁场生成构件关于垂直于对象沿其行进的直的行进轴的方向与所述第一磁场生成构件相对。所述第二磁场生成构件和所述第一磁场生成构件关于垂直于所述行进轴的方向在相反的方向上被磁化。磁传感器单元能够沿着直的移动轴在所述第一磁场生成构件和所述第二磁场生成构件之间的区域移动，所述直的移动轴根据对象的行进运动相对于所述第一磁场生成构件和所述第二磁场生成构件平行于所述直的行进轴。所述磁传感器单元具有面向平行于所述移动轴的方向的磁敏表面，以用于检测所述对象的行程的量。

在这种配置下，所述第一磁场生成构件和所述第二磁场生成构件在相反的方向上被磁化。也就是说，所述第一磁场生成构件和所述第二磁场生成构件被磁化，使得其相对侧具有相同的磁极。因此，在所述第一磁场生成构件和所述第二磁场生成构件之间的磁通量彼此排斥，并且因此磁通量的向量沿着移动轴，也就是说在行进方向上是均匀的。另外，磁传感器单元的磁敏表面面向沿着移动轴的方向，检测均匀的磁通量。因此，即使在垂直于移动轴的方向上设置磁传感器单元，由磁传感器单元检测到的磁通量密度不受影响。因此，行程量检测装置的鲁棒性得到改善。

根据本发明的另一方面，一种行程量检测装置包括：第一磁场生成构件、第二磁场生成构件、第三磁场生成构件、第四磁场生成构件以及磁传感器单元。所述第二磁场生成构件关于垂直于对象沿其行进的直的行进轴的方向与所述第一磁场生成构件相对。所述第一磁场生成构件和所述第二磁场生成构件关于垂直于所述行进轴的方向在相反的方向上被磁化。所述第三磁场生成构件关于平行于所述行进轴的方向与所述第一磁场生成构件间隔开预定的距离。所述第三磁场生成构件关于垂直于所述行进轴的所述方向与所述第一磁场生成构件在相同的方向上被磁化。所述第四磁场生成构件关于平行于所述行进轴的所述方向与所述第二磁场生成构件间隔开预定的距离，并且关于垂直于所述行进轴的所述方向与所述第三磁场生成构件相对。所述第四磁场生成构件关于垂直于所述行进轴的所述方向与所述第二磁场生成构件在相同的方向上被磁化。所述磁传感器单元能够沿着直的移动轴在所述第一磁场生成构件、所述第二磁场生成构件、所述第三磁场生成构件以及所述第四磁场生成构件之间的区域移动，所述直的移动轴根据所述对象的行进运动相对于所述第一磁场生成构件、所述第二磁场生成构件、所述第三磁场生成构件以及所述第四磁场生成构件平行于所述行进轴。所述磁传感器单元包括面向平行于所述移动轴的方向的磁敏表面，以用于检测所述对象的行程的量。

在这种配置下，所述第一磁场生成构件和所述第二磁场生成构件关于垂直于所述移动轴的所述方向在相反的方向上被磁化。同样地，所述第三磁场生成构件和所述第四磁场生成构件关于垂直于所述移动轴的所述方向在相反的方向上被磁化。因此，在所述第一磁场生成构件和所述第二磁场生成构件之间的磁通量彼此排斥，并且因此磁通量的向量沿着移动轴是均匀的。同样地，在所述第三磁场生成构件和所述第四磁场生成构件之间的磁通量彼此排斥，并且因此磁通量的向量沿着移动轴是均匀的。另外，磁传感器单元的磁敏表面面向沿着移动轴的方向。因此，即使在垂直于移动轴的方向上设置磁传感器单元，由磁传感器单元检测到的磁通量密度不受影响。因此，行程量检测装置的鲁棒性得到改善。

例如，通过调整第一磁场生成构件到第四磁场生成构件的布置位置，能够相对于行程的量改善通过磁传感器单元检测到的磁通量密度的线性度。也就是说，能够通过磁电路确保所述线性度。

附图说明

本发明的其它目的、特征和优点将从下面参考附图给出的具体描述中变得显而易见，在附图中类似的部件由类似的附图标记来表示。在附图中：

图1A是根据本发明的第一实施例的行程量检测装置的示意图；

图1B是沿着图1A的线1B-1B截取的截面图；

图1C是沿着图1A的线1C-1C截取的截面图；

图2是采用根据第一实施例的行程量检测装置的系统的示意图；

图3是根据第一实施例的行程量检测装置的霍尔IC芯片的电路的示意性方框图；

图4A是示出了由根据第一实施例的行程量检测装置的霍尔元件检测到的磁通量密度的曲线图；

图4B是示出了通过校正根据第一实施例的图4A中所示的检测到的磁通量密度的线性度而生成的输出的曲线图；

图5是根据本发明的第二实施例的行程量检测装置的示意图；

图6是示出了由根据第二实施例的行程量检测装置的霍尔元件检测到的磁通量密度的曲线图；

图7是根据本发明的第三实施例的行程量检测装置的示意图；

图8A是示出了由根据第三实施例的行程量检测装置的霍尔元件检测到的磁通量密度的曲线图；

图8B是示出了通过校正根据第三实施例的图8A中所示的检测到的磁通量密度的线性度生成的输出的曲线图；

图9是根据本发明的第四实施例的行程量检测装置的示意图；

图10A是示出了由根据第四实施例的行程量检测装置的霍尔元件检测到的磁通量密度的曲线图；

图10B是示出了通过校正根据第四实施例的图10A中所示的检测到的磁通量密度的线性度生成的输出的曲线图；

图11是根据本发明的第五实施例的行程量检测装置的示意图；

图12是根据第五实施例的行程量检测装置的霍尔IC芯片的电路的示意性方框图；

图13A是示出了通过根据第五实施例的行程量检测装置的霍尔元件检测到的磁通量密度的曲线图；

图13B是示出了根据第五实施例通过三角函数运算从图13A中所示的磁通量密度计算得到的计算行程量的曲线图；

图13C是示出了根据第五实施例通过校正图13B中所示的计算得到的行程量的线性度生成的输出的曲线图；

图14是根据本发明的第六实施例的行程量检测装置的示意图；

图15A是示出了通过根据第六实施例的行程量检测装置的霍尔元件检测到的磁通量密度的曲线图；

图15B是示出了根据第六实施例通过三角函数运算从图15A中所示的磁通量密度计算得到的计算行程量的曲线图；

图15C是示出了根据第五实施例通过校正图15B中所示的计算行程量的线性度生成的输出的曲线图；

图16A是根据本发明的第一变型的行程量检测装置的示意图；

图16B是根据本发明的第二变型的行程量检测装置的示意图；

图17A是根据本发明的第三变型的行程量检测装置的示意图；

图17B是根据本发明的第四变型的行程量检测装置的示意图；

图18A是根据本发明的第五变型的行程量检测装置的示意图；

图18B是作为第五变型的比较示例的行程量检测装置的示意图；

图19是作为第四实施例的比较示例的行程量检测装置的示意图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明的示例性实施例。在所有示例性实施例中通过类似的附图标记表示类似的部件，并且不再重复对部件的描述。

(第一实施例)

采用根据第一实施例的行程量检测装置以检测行进对象的行程的量。例如，采用行程量检测装置以检测诸如车辆的传动装置、加速器踏板或者刹车踏板的行进构件的行程量。

参考图2，根据第一实施例的行程量检测装置1通常包括作为第一和第二磁场生成构件的示例的第一磁体21和第二磁体22以及作为第一传感器元件的示例的霍尔元件5。霍尔元件5根据线性致动器3的行进构件3a的线性移动相对于第一磁体21和第二磁体22移动，以便检测行程量。

将检测到的行程量发送到引擎控制单元(ECU)10。ECU 10利用所检测到的行程量来执行线性制动器3的反馈控制。

接下来，将参考图1A-1C来描述行程量检测装置1的结构。

行程量检测装置1包括第一磁体21、第二磁体22、霍尔元件5以及作为磁通量传输构件的示例的磁轭30。第一磁体21和第二磁体22具有相同的形状和相同的磁特性。例如，第一磁体21和第二磁体22中的每一个具有矩形平行六面体形状。

磁轭30由诸如钢铁之类的磁性材料制成。磁轭30具有矩形框架形状，其包括第一主壁(第一壁)31、第二主壁(第二壁)32以及连接第一主壁31和第二主壁32的两个侧壁33。例如，磁轭30具有矩形截面。

第一磁体21沿着第一主壁31的内表面31a设置并且关于第一主壁31的纵向位于第一主壁31的中间位置。第二磁体22沿着第二主壁32的内表面32a设置并且关于第二主壁32的纵向位于第二主壁32的中间位置。

设置第一磁体21使得北极与内表面31a相邻。设置第二磁体22使得北极与内表面32a相邻。因此，第一磁体21的南极与第二磁体22的南极相对。也就是说，第一磁体21和第二磁体22在彼此相反的方向上被磁化。

霍尔元件5位于第一磁体21和第二磁体22之间的区域。霍尔元件5根据行进构件3a的线性移动相对于第一磁体21和第二磁体22沿着图1A的右方向和左方向移动。

在下文中，将行进构件3a以线性方式移动的方向称为行程方向。同样地，将行进构件3a移动所沿的直线称为直的行进轴。行程方向对应于图1A中沿着X轴的方向。行程方向，也就是说，沿着X轴的方向被称为X方向。同样地，垂直于行程方向的方向，也就是说，图1A中的上下方向被称为Y方向。此外，将霍尔元件5相对于第一磁体21和第二磁体22移动所沿的直线表示为X轴。X轴对应于霍尔元件5的直的行进轴或者平移轴。

将通过第一主壁31的中间位置和第二主壁32的中间位置并且与X轴垂直相交的直线称为Y轴。X轴和Y轴的相交点对应于行程量的零点，也就是说，行程量为零的点。当霍尔元件5从Y轴移动至第一侧，例如图1A中的右侧时，行程量由正值表示。当霍尔元件5从Y轴移动至第二侧，例如图1A中的左侧时，行程量由负值表示。

由于第一磁体21和第二磁体22被设置成使得其南极彼此相反，所以在Y方向上磁通量互相排斥。因此，磁通量的向量沿着X方向是均匀的。

霍尔元件5被设置成使得磁敏表面5a面向X方向。因此，磁敏表面5a检测均匀的磁通量密度。

霍尔元件5安装在作为磁传感器单元的示例的霍尔IC芯片7中。如图3所示，霍尔IC芯片7包括霍尔元件5、用于对霍尔元件5的输出信号进行放大的放大器电路11、用于将经放大的模拟信号转换至数字信号的A/D转换器电路13、用于处理数字信号的信号处理部件14以及用于将从信号处理部件14输出的数字值转换成模拟值的D/A转换器电路19等等。霍尔IC芯片7对应于半导体芯片。

信号处理部件14例如包括数字信号处理器(DSP)，并且包括偏置校正电路15、幅值校正电路16、线性度校正电路18等等。线性度校正电路18将霍尔元件5的输出信号校正成与行程量成比例。也就是说，线性度校正电路18校正霍尔元件5的输出信号的线性度，使得输出信号相对于行程的量线性地改变。线性度校正电路18用作线性度校正部分。

接下来，将描述行程量检测装置1的操作。

当霍尔元件5根据行进构件3a的线性移动相对于第一磁体21和第二磁体22移动时，由磁敏表面5a检测到的磁通量密度如图4A中的曲线所示地改变。

如图4A中的曲线所示，检测到的磁通量密度的线性度在“P+”位置和“P-”位置处恶化，所述两位置对应于行程范围的相反端。线性度校正电路18对检测到的磁通量密度的线性度进行校正，如图4B所示。图4B示出了在通过线性度校正电路18进行线性度校正之后的输出。

第一实施例实现了以下有益效果(1)到(8)：

(1)由于第一磁体21和第二磁体22的南极彼此相对，所以第一磁体21和第二磁体22之间的磁通量互相排斥。因此，磁通量的向量沿着行程方向是均匀的。此外，由于霍尔元件5的磁敏表面5a面向沿着行程方向的方向，所以霍尔元件5能够检测均匀的磁通量密度。因此，即使霍尔元件5的位置关于Y轴设置，待检测的磁通量密度很难改变。因此，行程量检测装置1的鲁棒性得到改善。

(2)霍尔元件5在与第一磁体21和第二磁体22等距离并且在该处磁通量的向量相对于第一磁体21和第二磁体22均匀的直线上移动。因此，行程量检测装置1对位移的鲁棒性进一步得到改善。

(3)由于采用了磁轭30，所以磁电路磁导增加。因此，限制了第一磁体21和第二磁体22的去磁化。此外，因为由霍尔元件5检测到的磁通量密度增加，所以SN比得到改善。此外，因为屏蔽效果改善，所以行程量检测装置1抵抗其它磁场以及磁构件的接近引起的干扰的强度得到改善。另外，磁轭30具有侧壁33。因此，与不具有侧壁33的磁轭相比，屏蔽效果进一步得到改善，并且因此抵抗干扰的强度得到改善。此外，由于磁通量的向量进一步均匀，所以行程量检测装置1的鲁棒性进一步得到改善。

(4)第一磁体21和第二磁体22关于X方向分别位于第一主壁31和第二主壁32的中间位置。此外，在第一磁体21和第二磁体22之间的中间位置处的磁通量密度为零，也就是说，在X轴和Y轴的相交点处的磁通量密度为零。磁通量密度关于零点对称的点改变，使得磁通量密度在第一侧变为正值并且在第二侧变为负值。

应当注意，检测到的磁通量密度在磁通量密度不为零的区域受温度的影响，并且在磁通量密度为零的区域不受温度的影响。因此，优选将磁通量密度为零的点作为行程量的参考点。由于第一磁体21和第二磁体22以上述方式进行设置，使得行程范围的参考点调整至磁通量密度为零的点。因此，可以有效且广泛地设置行程范围。

(5)由于第一磁体21和第二磁体22具有相同的形状和相同的磁特性，所以磁通量的向量进一步变得均匀。因此，行程量检测装置1对位移的鲁棒性得到改善。另外，考虑到部件控制和组装工艺的制造效率得到改善。

(6)第一磁体21和第二磁体22中的每一个具有矩形平行六面体形状。由于第一磁体21和第二磁体22具有简单的形状，所以加工工艺和/或组装工艺中导致的不均匀性减小。利用这个，磁通量的向量进一步变得均匀，并且对位移的鲁棒性得到改善。另外，由于第一磁体21和第二磁体22具有简单的形状，所以制造成本降低。

(7)线性度校正电路18对霍尔元件5检测到的磁通量密度的线性度进行校正。换句话说，在由霍尔元件5检测到的磁通量密度中不必高度要求线性度。因此，能够简化第一磁体21和第二磁体22的形状和布置。

(8)霍尔元件5和线性度校正电路18包括在单个霍尔IC芯片7中。因此，磁传感器单元的整体尺寸减小，并且因此磁传感器单元的可安装性得到改善。

(第二实施例)

将参考图5和6来描述第二实施例。

参考图5，根据第二实施例的行程量检测装置1具有第一磁体25和第二磁体26，取代第一实施例的第一磁体21和第二磁体22。第一磁体25和第二磁体26中的每一个具有中间凹下的形状，包括薄部分25a、26a以及位于薄部分25a、26a的相对侧处的厚部分25b、26b。

薄部分25a设置在行程范围的中间位置，也就是说，在包括Y轴的范围中。厚部分25b关于行程方向设置在薄部分25a的相对侧。厚部分25b的每一个的厚度关于Y方向大于薄部分25a的厚度。因此，厚部分25b和表面和X轴之间的距离小于薄部分25a的表面和X轴之间的距离。

同样地，薄部分26a设置在行程范围的中间位置，也就是说，在包括Y轴的范围中。厚部分26b关于行程方向设置在薄部分26a的相对侧。厚部分26b的每一个的厚度关于Y方向大于薄部分26a的厚度。因此，厚部分26b的表面和X轴之间的距离小于薄部分26a和X轴之间的距离。

通过图6中的实线示出了第二实施例的霍尔元件5检测到的磁通量密度。在第一实施例中，例如在诸如“P+”部分和“P-”部分的行程范围的末端部分，检测到的磁通量密度的线性度恶化，如图6中的虚线所示。

在第二实施例中，另一方面，与对应于厚部分25b、26b(等于或低于“P-”部分的范围以及等于或高于“P+”部分的范围)的磁通量密度相比，能够降低对应于薄部分25a、26a(“P-”部分和“P+”部分之间的弯曲部分)的磁通量密度的曲率。也就是说，通过调整薄部分25a、26a的范围和/或薄部分25a、26a与厚部分25b、26b之间的厚度差异，能够如图6中的实线所示地线性地调整磁通量密度相对于行程量中的改变。换句话说，能够通过磁电路确保线性度。

在第二实施例中，也能够实现类似于第一实施例的有益效果。

(第三实施例)

将参考图7、8A和8B来描述第三实施例。在根据第三实施例的行程量检测装置1中，如图7所示，第一磁体21和第二磁体22偏离Y轴至行程方向的负侧，也就是说，偏离至图7中的左侧。

例如，在将行进对象的行程范围从参考点朝着负侧偏置的情况下，第一磁体21和第二磁体22被设置在负侧上以与行程范围的中心相邻。因此，因为以磁通量密度为零的点为中心，所以能够选择性地利用精确的范围。

在图7中，箭头Le代表其中能够通过霍尔元件5检测到的磁通量密度的可检测范围(检测适用范围)并且箭头Lu代表其中不能通过霍尔元件5检测到磁通量密度的不可检测范围。如图8A所示，检测到的磁通量密度在不可检测范围Lu中不改变。如图8B所示，在可检测范围Le中检测到的磁通量密度的线性度得到校正。

在第三实施例中，也能够实现类似于第一实施例的有益效果。

(第四实施例)

将参考图9、10A和10B来描述本发明的第四实施例。

参考图9，第四实施例的行程量检测装置1包括四个磁场生成元件，例如第一磁体21、第二磁体22、第三磁体23以及第四磁体24。四个磁体21到24具有相同的形状和相同的磁特性。例如，磁体21到24中的每一个具有矩形平行六面体形状。

第一磁体21和第二磁体22设置在X方向的负侧上，也就是说，设置在图9中的Y轴的左侧上。关于X轴对称地设置第一磁体21和第二磁体22，使得第一磁体21的南极与第二磁体22的南极相对。

第三磁体23和第四磁体24设置在X方向的正侧上，也就是说，设置在图9中的Y轴的右侧上。关于X轴对称地设置第三磁体23和第四磁体24，使得第三磁体23的南极与第四磁体24的南极相对。

第三磁体23与第一磁体21在X方向上间隔开预定的距离。第四磁体24与第二磁体在X方向上间隔开预定的距离。第一磁体21到第四磁体24关于平行于Y轴的方向上与X轴距离相等。

由诸如钢铁之类的磁性材料制成的磁轭30具有第一壁31和第二壁32。第一壁31和第二壁32平行于X轴。第一磁体21和第三磁体23沿着第一壁31的内表面31a被设置成与第一壁31的相对末端相邻。第一磁体21和第三磁体23关于Y轴对称设置。第二磁体22和第四磁体24沿着第二壁32的内表面32a被设置成与第二壁32的相对末端相邻。第二磁体22和第四磁体24关于Y轴对称设置。Y轴对应于关于行程方向穿过第一壁31的中间位置以及关于行程方向穿过第二壁的中间位置的直线。

霍尔元件5根据行进构件3a的线性移动相对于第一磁体21到第四磁体24沿着X轴移动。霍尔元件5在面向沿着行程方向的方向的一侧上设置有磁敏表面5a，以便检测行进构件的行程量。

通过第四实施例实现以下有益效果(1)到(6)：

(1)第一磁体21和第二磁体22被设置成使得其南极彼此相对。同样地，第三磁体23和第四磁体24被设置成使得其南极彼此相对。因此，第一磁体21和第二磁体22之间以及第三磁体23和第三磁体24之间的磁通量互相排斥，并且因此，磁通量的向量在行程方向上是均匀的。此外，霍尔元件5的磁敏表面5a被设置成面向沿着行程方向的方向。因此，能够检测均匀的磁通量密度。因此，即使霍尔元件5的位置关于Y轴设置，磁通量密度很难改变。因此，行程量检测装置1的鲁棒性得到改善。

另外，如图10A所示，与第一实施例的结构相比，通过调整四个磁体21到24的布置位置，有效地改善了检测到的磁通量密度相对于行程量的线性度。也就是说，由磁电路确保了线性度。

(2)霍尔元件5在相对于第一磁体21到第四磁体24与第一磁体21、第二磁体22以及第三磁体23、第四磁体24等距离的直线上移动。因此，行程量检测装置1对位移的鲁棒性进一步得到改善。

(3)由于采用了磁轭30，所以磁电路磁导增加。利用这些，限制了第一磁体21到第四磁体24的去磁化。同样地，由霍尔元件5检测到的磁通量密度增加。因此，SN比得到改善。此外，因为屏蔽效果改善，所以行程量检测装置1抵抗其它磁场以及磁构件的接近引起的干扰的强度得到增强。

(4)第一磁体21到第四磁体24关于Y轴对称设置并且与磁轭30的第一和第二壁31、32的末端相邻。关于Y方向，在第一磁体21和第二磁体22之间以及在第三磁体23和第四磁体24之间磁通量互相排斥。关于X方向，在第一磁体21和第三磁体23以及在第二磁体22和第四磁体24之间磁通量互相排斥。因此，在第一磁体21到第四磁体24的中心处磁通量密度为零，也就是说，在X轴和Y轴之间的相交点处磁通量密度为零。磁通量密度以磁通量在行程范围的一侧上变为正值并且在行程范围的另一侧变为负值的对称方式发生改变。

在磁通量密度不为零的区域，检测到的磁通量密度不受温度的影响。另一方面，在磁通量密度为零的点处，磁通量密度不受温度的影响。因此，优选将磁通量为零的点设置成行程量的参考点。通过以上述方式来设置第一磁体21到第四磁体24，将行程范围的参考点调整至磁通量密度为零的点。因此，可以有效且广泛地设置行程范围。

(5)第一磁体21到第四磁体24具有相同的形状和相同的磁特性，因此，磁通量的向量进一步变得均匀。并且行程量检测装置1对位移的鲁棒性得到改善。因此，考虑到部件控制和组装工艺的制造效率得到改善。

(6)第一磁体21到第四磁体24中的每一个具有矩形平行六面体形状。由于第一磁体21到第四磁体24具有简单的形状，所以加工工艺和/或组装工艺中导致的不均匀性减小。因此，磁通量的向量进一步变得均匀，并且行程检测装置1对位移的鲁棒性得到改善。由于第一磁体21到第四磁体24具有简单的形状，所以制造成本降低。

(比较示例)

接下来，将参考图19描述比较示例。

在图19中所示的比较示例中，将第一磁体291、第二磁体292、第三磁体293以及第四磁体294设置成与两平行壁391、392的末端相邻，与第四实施例类似，所述两平行壁391、392由磁性材料制成。然而，第一磁体21到第四磁体24与第四实施例的第一磁体21到第四磁体24不同地被磁化，并且霍尔元件5的磁敏表面5a以与第四实施例不同的方式进行设置。

具体而言，被设置在壁391、392左端的第一磁体291和第二磁体292在相同的方向上被磁化。被设置在壁391、392右端的第三磁体293和第四磁体294在相同的方向上被磁化，但是在与第一磁体291和第二磁体292相反的方向上被磁化。也就是说，第一磁体291和第二磁体292被磁化使得其上部分对应于北极，并且第三磁体293和第四磁体294被磁化使得其上部分对应于南极。设置霍尔元件5使得磁敏表面5a面向沿着Y方向的方向。

在图19中所示的比较示例中，未生成排斥的磁通量。在相反的方向上生成Y轴的左侧上的磁通量和Y轴的右侧上的磁通量。同样地，在相反的方向上生成X轴上方的磁通量以及X轴下方的磁通量。

在这种配置下，如果沿着Y方向设置霍尔元件5，则改变磁通量密度的强度和向量。因此，磁通量密度的向量持续改变，并且不均匀。因此，如果在Y方向上相对于第一磁体291到第四磁体294设置霍尔元件5的位置，则改变由霍尔元件5检测到的磁通量密度，并且因此难以保持检测特性。也就是说，鲁棒性不足。

在第四实施例中，另一方面，通过设置磁体具有相反的极性来利用磁通量的排斥。也就是说，关于X轴和Y轴直线对称地生成磁通量。因此，沿着行程方向磁通量的向量是均匀的。除此之外，由于霍尔元件5的磁敏表面5a面向沿着行程方向的方向，所以行程量检测装置对位移的鲁棒性得到改善。因此，第四实施例提供了通过比较示例不能实现的有效的有益效果。

(第五实施例)

将参考图11到13C来描述第五实施例。

参考图11，在根据第五实施例的行程量检测装置1中，磁传感器单元具有两个霍尔元件。其它结构与第一实施例的类似。

例如，单个霍尔IC芯片8包括作为第一传感器元件的示例的第一霍尔元件5以及作为第二传感器元件的示例的第二霍尔元件6。第一霍尔元件5和第二霍尔元件6在X方向上彼此间隔开预定的距离。第一霍尔元件5的磁敏表面5a以及第二霍尔元件6的磁敏表面6a都面向沿着X方向的方向。霍尔IC芯片8对应于半导体芯片。

参考图12，霍尔IC芯片8包括第一霍尔元件5、第二霍尔元件6、用于对第一霍尔元件5的输出信号进行放大的第一放大器电路11、用于对第二霍尔元件6的输出信号进行放大的第二放大器电路12、用于将两经放大的模拟信号转换成数字信号的A/D转换电路13、用于对通过A/D转换器13转换的两数字信号进行处理的信号处理部件14、用于将从信号处理单元14输出的数字值转换成模拟值的D/A转换器电路19等等。

信号处理单元14例如包括数字信号处理器(DSP)，并且包括偏置校正电路15、幅值校正电路16、用于通过对第一霍尔元件5和第二霍尔元件6的输出信号进行三角函数运算生成计算行程量的计算电路17、用于相对于行程量对通过计算电路17生成的计算行程量的线性度进行校正的线性度校正电路18等等。计算电路17用作计算部分。

接下来，将描述通过计算电路17进行的三角函数运算。

首先，数字定义如下，并且其中“(t)”意味着相对于环境温度t具有温度特性：

V1：第一霍尔元件5的输出电压(mV)

V2：第二霍尔元件6的输出电压(mV)

K(t)：霍尔系数(-)

I(t)：霍尔电流(mA)

B(t)：可检测的磁通量密度的最大值(正弦波的幅值的1/2)(mT)

B1(t)：由第一霍尔元件5检测到的磁通量密度(mT)

B2(t)：由第二霍尔元件6检测到的磁通量密度(mT)

L：行程量(mm)

e：第一霍尔元件5和第二霍尔元件6之间的相位差(mm)(第一霍尔元件5和第二霍尔元件6之间的元件距离)

d：参考行程量(mm)

参考行程量d(mm)是对应于正弦波的周期的1/2的行程量，即，π(孤度)。如果在-d和+d(mm)之间的范围中调整行程范围，则每角度单位的行程范围在-π和+π(弧度)之间的范围内。基于这种关系，行程量L(mm)被转换为πL/d(弧度)。

第一霍尔元件5的输出电压V1和第二霍尔元件6的输出电压V2表示为以下表达式(1)和(2)：

V1＝K(t)·I(t)·B1(t)＝K(t)·I(t)·B(t)·sin(πL/d)    (1)

V2＝K(t)·I(t)·B2(t)＝K(t)·I(t)·B(t)·sin(π(L-e)/d)(2)

通过这种方式，第一霍尔元件5的输出电压V1和第二霍尔元件6的输出电压V2取决于环境温度t。因此，为了通过测量环境温度t基于霍尔系数K(t)、霍尔电流I(t)、磁通量密度B(t)的温度特性来校正输出电压V1、V2，复杂的校正电路是必须的。

因此，消除取决于环境温度t的项以消除下述表达式(3)、(4)表示的温度特性，下述表达式(3)、(4)从表达式(1)、(2)引入：

L＝(d/π)·arctan{cot(πe/2d)·Cv}    (3)

Cv＝(V1-V2)/(V1+V2)                   (4)

特别地，在e＝d/2的情况下，引入以下表达式(5)：

L＝(d/π)·arctan(V1/V2)              (5)

由上述表达式通过添加根据元件距离e的偏置量至计算结果来获得计算行程量。

图13A示出了分别通过第一霍尔元件5和第二霍尔元件6检测到的磁通量密度B1、B2。在图13A中所示的示例中，调整元件距离e至大约4mm。通过第二霍尔元件6检测到的磁通量密度B2近似为正弦波，所述正弦波从通过第一霍尔元件5检测到的磁通量密度B1延迟对应于元件距离e(mm)的角度πe/d(弧度)。

如图13B所示，基于所检测的磁通量密度B1、B2，计算电路17对计算行程量进行计算。线性校正电路18对计算行程量的线性度进行校正以生成如图13C所示的经线性校正的输出。

在第五实施例中，除了第一实施例的有益效果(1)到(6)之外，实现了以下有益效果(7)和(8)。

(7)磁传感器单元具有两个霍尔元件5、6，并且计算电路17执行三角函数运算。因此，由于能够消除输出电压V1、V2的温度特性，所以能够利用简单的结构改善检测精度。另外，线性度校正电路18对计算行程量的线性度进行校正。因此，因为通过霍尔元件5、6检测到的磁通量密度不高度要求线性度，所以第一磁体21和第二磁体22的形状和布置能够得到简化。

(8)第一霍尔元件5、第二霍尔元件6、计算电路17和线性度校正电路18包括在单个霍尔IC芯片8中。利用这些，由于第一霍尔元件5和第二霍尔元件6被设置成彼此相邻，所以使得在第一霍尔元件5和第二霍尔元件6之间由于诸如环境温度t和其它磁场的效应引起的磁特性相等。因此，检测精度进一步得到改善。另外，磁传感器单元的整体尺寸减小，并且可安装性得到改善。

(第六实施例)

将参考图14来描述第六实施例。

在根据第六实施例的行程量检测装置1中，第一磁体21到第四磁体24以与第四实施例类似的方式设置，并且类似于第五实施例，磁传感器单元包括两个霍尔元件5、6。因此，霍尔IC芯片8的结构类似于第五实施例的结构。

图15A示出了分别由第一霍尔元件5和第二霍尔元件6检测到的磁通量密度B1、B2。在图15A中所示的示例中，元件距离e被调整直大约4mm。由第二霍尔元件6检测到的磁通量密度B2接近于正弦波，所述正弦波从通过第一霍尔元件5检测到的磁通量密度B1延迟对应于元件距离e(mm)的角度πe/d(弧度)。

如图15B所示，基于所检测的磁通量密度B1、B2，计算电路17对计算行程量进行计算。线性校正电路18对计算行程量的线性度进行校正以生成如图15C所示的经线性校正的输出。

因此，在第六实施例中，实现了类似于第五实施例的有益效果。

(其它实施例)

(i)在第一、第二、第三和第五实施例中，设置第一磁体21和第二磁体22，使得其南极彼此相对。或者，如图16中所示，可以设置第一磁体21和第二磁体22，使得其北极彼此相对。在这种情况下，尽管磁通量的方向不同于第一、第二、第三和第五实施例的磁通量的方向，但是磁通量彼此排斥并且在行进方向上磁通量的向量是均匀的。因此，能够实现类似的有益效果。

同样在具有四个磁体的结构中，也就是说，在第四和第六实施例的结构中，能够在相反的方向上设置磁体。例如，在第四实施例中，能够设置第一磁体21和第二磁体22，使得其北极彼此相对，并且能够设置第三磁体23和第四磁体24，使得其北极彼此相对。同样在这种结构中，能够实现类似的有益效果。

(ii)在上述实施例中，每个磁场生成构件由单个磁体构成。或者，如图16B所示，每个磁场生成构件能够由包括多个磁体27、28的磁体组构成。每个磁体组的多个磁体27、28在相同的方向上被磁化。也就是说，在每个磁体组中，设置多个磁体，使得相同的磁特性彼此相邻。通过这种方式，能够采用标准尺寸的小磁体适当地调整磁场生成构件的尺寸，并且因此容易处理行程范围中的变化。相应地，设计灵活性得到改善。

同样在采用四个磁场生成构件的情况下，与第四和第六实施例一样，四个磁场生成构件中的每一个能够由包括多个磁体27、28的磁体组构成。并且在这种情况下，能够实现类似的有益效果。

(iii)在采用两个磁场生成构件作为磁场生成构件的实施例中，磁轭30的截面形状并不限于矩形形状。例如，如图17A中所示，磁轭30能够仅由第一壁31和第二壁32构成。作为另一示例，如图17B所示，磁轭30能够由U形部件构成，其每个具有主壁31、32以及从主壁31、32的端部延伸的侧壁34。每个侧壁34的长度小于第一主壁31和第二主壁32之间的距离的一半。设置两U形部件，使得其侧壁彼此对齐。在这种情况下，由于侧壁不存在于X轴上，所以即使霍尔元件5在X方向上产生不期望的过行程，霍尔元件5也不与磁轭30的侧壁34发生碰撞。因此，降低了对霍尔元件5的损坏。

(iv)在采用四个磁体的实施例中，磁轭30并不限于仅由两个壁31、32构成的形状。例如，如图18A所示，磁轭30能够具有矩形框形状。在这种情况下，第一磁体21到第四磁体24需要与侧壁33间隔开预定的距离。如果如图18B所示，第一磁体21到第四磁体24与侧壁33相邻，则磁通量短路通过侧壁33。因此，在这种情况下，难以生成足以通过霍尔元件5检测到的磁通量。

对于本领域技术人员来说，容易想到其它优点和变型。本发明在其宽泛的意义上并不限于特定的细节、代表性设备以及所示和所描述的示意性示例。能够通过以各种其它方式组合示意性实施例来实施本发明。

Claims (26)

1.一种用于检测对象的行程的量的行程量检测装置，所述对象沿着直的行进轴行进，所述装置包括：

第一磁场生成构件(21，25)；

第二磁场生成构件(22，26)，所述第二磁场生成构件(22，26)关于垂直于所述直的行进轴的方向与所述第一磁场生成构件(21，25)相对，所述第二磁场生成构件(22，26)和所述第一磁场生成构件(21，25)关于垂直于所述直的行进轴的所述方向在相反的方向上被磁化；以及

磁传感器单元(7，8)，所述磁传感器单元(7，8)能够沿着直的移动轴(X)在所述第一磁场生成构件(21，25)和所述第二磁场生成构件(22，26)之间的区域移动，所述直的移动轴(X)根据所述对象的行进运动而相对于所述第一磁场生成构件(21，25)和所述第二磁场生成构件(22，26)平行于所述直的行进轴，所述磁传感器单元(7，8)包括面向平行于所述移动轴(X)的方向的磁敏表面(5a，6a)，从而检测所述对象的行程的量。

2.根据权利要求1所述的行程量检测装置，其中

所述移动轴(X)与所述第一磁场生成构件(21，25)和所述第二磁场生成构件(22，26)距离相等。

3.根据权利要求1或2所述的行程量检测装置，还包括：

磁通量传输构件(30)，所述磁通量传输构件(30)由磁性材料制成并且包括第一壁(31)和第二壁(32)，其中

所述第一壁(31)和所述第二壁(32)设置在所述移动轴(X)的相反侧，

沿着所述第一壁(31)的内表面(31a)设置所述第一磁场生成构件(21，25)，以及

沿着所述第二壁(32)的内表面(32a)设置所述第二磁场生成构件(22，26)。

4.根据权利要求3所述的行程量检测装置，其中

所述第一壁(31)和所述第二壁(32)被设置成平行于所述移动轴(X)。

5.根据权利要求4所述的行程量检测装置，其中

所述磁通量传输构件(30)包括位于所述第一壁(31)和所述第二壁(32)中的每一个的相对侧处的侧壁(33，34)，以及

所述侧壁(33，34)垂直于所述移动轴(X)。

6.根据权利要求3所述的行程量检测装置，其中

所述第一磁场生成构件(21，25)关于平行于所述移动轴(X)的方向被设置在所述第一壁(31)的中间位置，以及

所述第二磁场生成构件(22，26)关于平行于所述移动轴(X)的方向被设置在所述第二壁(32)的中间位置。

7.根据权利要求3所述的行程量检测装置，其中

所述第一磁场生成构件(21，25)和所述第二磁场生成构件(22，26)具有相同的形状和相同的磁特性。

8.根据权利要求7所述的行程量检测装置，其中

所述第一磁场生成构件(21)和所述第二磁场生成构件(22)中的每一个具有矩形平行六面体形状。

9.根据权利要求7所述的行程量检测装置，其中

所述第一磁场生成构件(25)和所述第二磁场生成构件(26)中的每一个具有中间凹下的形状，所述中间凹下的形状关于平行于所述移动轴(X)的方向包括位于中间的薄部分(25a，26a)以及位于所述薄部分(25a，26a)的相对侧的厚部分(25b，26b)，使得关于垂直于所述移动轴(X)的方向所述薄部分(25a，26a)和所述移动轴(X)之间的距离大于所述厚部分(25b，26b)和所述移动轴(X)之间的距离。

10.根据权利要求3所述的行程量检测装置，其中

所述第一磁场生成构件(21，25)和所述第二磁场生成构件(22，26)中的每一个由包括多个磁体(27，28)的磁体组构成，并且

每个磁体组中的所述多个磁体(27，28)关于垂直于所述移动轴(X)的方向在相同的方向上被磁化。

11.一种用于检测对象的行程的量的行程量检测装置，所述对象沿着直的行进轴行进，所述装置包括：

第一磁场生成构件(21)；

第二磁场生成构件(22)，所述第二磁场生成构件(22)关于垂直于所述行进轴的方向与所述第一磁场生成构件(21)相对，所述第一磁场生成构件(21)和所述第二磁场生成构件(22)关于垂直于所述行进轴的方向在相反的方向上被磁化；

第三磁场生成构件(23)，所述第三磁场生成构件(23)关于平行于所述行进轴的方向与所述第一磁场生成构件(21)间隔开预定的距离，所述第三磁场生成构件(23)关于垂直于所述行进轴的所述方向与所述第一磁场生成构件(21)在相同的方向上被磁化，

第四磁场生成构件(24)，所述第四磁场生成构件(24)关于平行于所述行进轴的所述方向与所述第二磁场生成构件(22)间隔开预定的距离，并且所述第四磁场生成构件(24)关于垂直于所述行进轴的所述方向与所述第三磁场生成构件(23)相对，所述第四磁场生成构件(24)关于垂直于所述行进轴的所述方向与所述第二磁场生成构件(22)在相同的方向上被磁化；以及

磁传感器单元(7，8)，所述磁传感器单元(7，8)能够沿着直的移动轴(X)在所述第一磁场生成构件(21)、所述第二磁场生成构件(22)、所述第三磁场生成构件(23)以及所述第四磁场生成构件(24)之间的区域移动，所述直的移动轴(X)根据所述对象的行进运动相对于所述第一磁场生成构件(21)、所述第二磁场生成构件(22)、所述第三磁场生成构件(23)以及所述第四磁场生成构件(24)平行于所述行进轴，所述磁传感器单元(7，8)包括面向平行于所述移动轴(X)的方向的磁敏表面(5a，6a)，从而检测所述对象的行程的量。

12.根据权利要求11所述的行程量检测装置，其中

所述移动轴(X)与所述第一磁场生成构件(21)、所述第二磁场生成构件(22)、所述第三磁场生成构件(23)以及所述第四磁场生成构件(24)距离相等。

13.根据权利要求11或12所述的行程量检测装置，还包括：

磁通量传输构件(30)，所述磁通量传输构件(30)由磁性材料制成并且包括第一壁(31)和第二壁(32)，其中

所述第一壁(31)和所述第二壁(32)设置在所述移动轴(X)的相反侧，并且平行于所述移动轴(X)，

沿着所述第一壁(31)的内表面(31a)设置所述第一磁场生成构件(21)和所述第三磁场生成构件(23)，并且

沿着所述第二壁(32)的内表面(32a)设置所述第二磁场生成构件(22)和所述第四磁场生成构件(24)。

14.根据权利要求13所述的行程量检测装置，其中

所述第一磁场生成构件(21)和所述第三磁场生成构件(23)关于直线(Y)对称设置，并且与所述第一壁(31)的相对端相邻，所述直线(Y)穿过所述第一壁(31)的中间位置和所述第二壁(32)的中间位置，并且

所述第二磁场生成构件(22)和所述第四磁场生成构件(23)关于所述直线(Y)对称设置并且与所述第二壁(32)的相对端相邻。

15.根据权利要求13所述的行程量检测装置，其中

所述磁通量传输构件(30)包括位于所述第一壁(31)和所述第二壁(32)中的每一个的相对端处的侧壁(34)，

所述侧壁(34)垂直于所述移动轴(X)，并且

所述第一磁场生成构件(21)、所述第二磁场生成构件(22)、所述第三磁场生成构件(23)以及所述第四磁场生成构件(24)中的每一个在平行于所述移动轴(X)的所述方向上与相应侧壁(34)间隔开预定的距离。

16.根据权利要求11所述的行程量检测装置，其中

所述第一磁场生成构件(21)、所述第二磁场生成构件(22)、所述第三磁场生成构件(23)以及所述第四磁场生成构件(24)具有相同的形状和相同的磁特性。

17.根据权利要求16所述的行程量检测装置，其中

所述第一磁场生成构件(21)、所述第二磁场生成构件(22)、所述第三磁场生成构件(23)以及所述第四磁场生成构件(24)中的每一个具有矩形平行六面体形状。

18.根据权利要求16或17所述的行程量检测装置，其中

所述第一磁场生成构件(21)、所述第二磁场生成构件(22)、所述第三磁场生成构件(23)以及所述第四磁场生成构件(24)中的每一个由包括多个磁体(27，28)的磁体组构成，并且

每个磁体组中的所述多个磁体(27，28)关于垂直于所述移动轴(X)的方向在相同的方向上被磁化。

19.根据权利要求1或11所述的行程量检测装置，其中

所述磁传感器单元(7，8)包括第一传感器元件(5)，所述第一传感器元件(5)根据在相对于所述第一磁场生成构件(21)和所述第二磁场生成构件(22)移动时引起的磁场的变化来输出信号。

20.根据权利要求19所述的行程量检测装置，其中

所述磁传感器单元(7，8)包括用于对所述第一传感器元件(5)检测到的磁通量密度的线性度进行校正的模块，使得所述第一传感器元件(5)检测到的所述磁通量密度相对于所述对象的行程的量线性地改变。

21.根据权利要求20所述的行程量检测装置，其中

所述第一传感器元件(5)和用于校正所述磁通量密度的所述线性度的所述模块包括在单个半导体芯片(7，8)中。

22.根据权利要求19所述的行程量检测装置，其中

所述第一传感器元件(5)是霍尔元件。

23.根据权利要求19所述的行程量检测装置，其中

所述磁传感器单元(8)还包括：

第二传感器元件(6)，所述第二传感器元件(6)在平行于所述移动轴(X)的所述方向上与所述第一传感器元件(5)间隔开预定的距离，并且所述第二传感器元件(6)与所述第一传感器元件(5)具有相同的磁特性；以及

用于基于所述第一传感器元件(5)和所述第二传感器元件(6)的输出信号而通过三角函数运算生成计算行程量的模块。

24.根据权利要求23所述的行程量检测装置，其中

所述磁传感器单元(8)还包括用于校正所述计算行程量的线性度以使得所述计算行程量相对于所述对象的行程的量线性地改变的模块。

25.根据权利要求24所述的行程量检测装置，其中

所述第一传感器元件(5)、所述第二传感器元件(6)、用于生成所述计算行程量的所述模块以及用于校正所述计算行程量的所述线性度的所述模块包括在单个半导体芯片中。

26.根据权利要求23所述的行程量检测装置，其中

第一传感器元件(5)和所述第二传感器元件(6)分别是霍尔元件。

Images