位置傳感器和用其制成的測量裝置的制造方法
【專利摘要】為了借助磁場敏感式傳感器(1)來在液箱(60)中進行液位測量或者確定活塞在工作缸(50)中的位置而簡化傳感器裝置(1)的裝配，尤其是維護和更換，并避免對其造成損傷，本發明提出，將桿形的傳感器裝置(1)安置在可磁化壁部(51)的外表面，而將由多個組合磁體(5a，5b，5c)或組合區段(2a，2b，2c)構成的、尤其為旋轉對稱的磁體組合(4)安置在缸體或液箱(60)的內部，即視需要安置在該缸體或液箱所含的液體(如液壓油)中。通過相應地選擇各組合磁體(5a，5b，5c)或組合區段(2a，2b，2c)的極方向(6a，6b，6c)，使得所述磁體組合的有效磁場的強度足以穿透可磁化的壁部(51)并到達傳感器裝置。
【專利說明】
位置傳感器和用其制成的測量裝置
技術領域
[0001]本發明涉及用于磁場敏感式傳感器，例如位置傳感器，尤其是缸體或液體容器，尤其工作缸中的位置傳感器的傳感磁體。
【背景技術】
[0002]磁場敏感式傳感器對相對真正意義上的傳感器活動布置的傳感磁體的磁場做出響應，該傳感磁體通常是永磁體或包含永磁體，在例外情況下也可以是電磁體。
[0003]其中，僅探測傳感磁體所產生的磁場的一部分，即在有效方向上向傳感器裝置發出的有效磁場，而不需要探測傳感磁體向所有其他方向(即散射方向)發出的散射磁場，相反地，該散射磁場視具體朝向和作用范圍甚至可能對測量結果產生負面影響。
[0004]對于線性傳感器，在線性方向上相對于基準位置以無接觸的方式確定傳感磁體的位置或運動，而對于轉向角傳感器則在圓周方向上進行確定。
[0005]對于這種位置傳感器，例如可固定在活動的機器元件上的傳感磁體的作用是產生磁彈性壓縮波(MEDW)，磁彈性壓縮波在位于傳感器中的波導體，例如金屬線中傳播，并在與之間隔的探測位置由傳感器裝置被檢測到，例如采用磁致伸縮式位置傳感器時的情形。
[0006]磁場例如可由一或多個霍爾傳感器或XMR傳感器直接確定，或者可間接地、例如通過磁芯(永磁線性無接觸位移傳感器-PLCD)的飽和度來確定。
[0007]MEDW的產生和其在與之間隔的波導體的探測位置上的探測之間的時間間隔用作確定位置的測量參數。
[0008]這種位置傳感器的具體工作原理已廣為認知，此處不再詳述。
[0009]特別是對于所有由磁體，尤其是永磁體操縱的傳感器而言，并且對于本發明具有特殊意義的是，傳感器特性很大程度上由傳感磁體(=位置磁體)的磁場類型確定，即不但由磁場的最大場強和主朝向，而且也由其局部的形狀和傳播確定。
[0010]對于場強較高的位置磁體，例如位置磁體和傳感器之間的間距和/或磁屏蔽可以大于場強較低的磁體。
[0011]另一方面，場強局部大幅度受限的位置磁體可導致傳感器的局部解析度更好。
[0012]根據位置傳感器的具體設計，可采用磁定向平行于傳感器的測量方向(所謂的軸向定向)或例如垂直于傳感器的軸(徑向定向)的磁體。
[0013]有關用于磁性位置傳感器的位置磁體的特性改善已提出了諸多建議。
[0014]例如在US5 514 961中提出，為桿形的傳感器使用朝向軸向、圍繞傳感器桿的環形磁體，在環形磁體的端面上裝有鋼環。
[0015]該鋼環由單一的可磁化鋼，鋼作為流導體在磁體環的一段上導引磁流線。
[0016]磁場線在此部位集中并以較垂直的角度射到傳感器桿上，導致較強、較尖銳的磁脈沖，進而導致傳感器功能的改善。
[0017]然而軸向磁體的缺點在于，磁場的傳播不獨立于磁體的安裝位置，從而傳感器的特性取決于位置磁體的朝向。因而無法以通用的方式應用位置磁體。
[0018]另一缺點在于，軸向磁體的磁場強由于其朝向而有較高比例的磁流線平行于傳感器桿，這在磁體朝向錯誤時導致較強的遠距作用。
[0019]位置磁體這樣的遠距作用例如在位置磁體位于波導體的探測位置附近時，可能對傳感器特性造成負面影響。
[0020]US 6 271 660中提出了另一建議，即通過專門的布置來提高磁體的有效信號。
[0021]其中采用了磁定向指向位置傳感器(徑向定向)的位置磁體，并將該磁體與另外兩個磁體組合，磁體布置在相同的方向(同樣徑向)上并平行于第一磁體，但朝向相反，從而一個磁體的北極緊鄰另一磁體的南極(對極布置)。
[0022]通過這種布置使單個磁體的傳感器信號在磁致伸縮式傳感器中在設計上如此地疊加，從而增強信號的極值，并由此提高傳感器信號的轉換速率。但其中對向磁場不進行有針對性的疊加。
[0023]如此實現了磁體和傳感器之間的較大間距。這樣的布置導致磁體的寬度較大，因為要實現各脈沖的最佳疊加，其寬度應幾乎相同。
[0024]通過MEDW在波導體中的傳播時間來確定單個磁體的間距，而這需要針對具體的應用情況進行調整。
[0025]此外，應在單個磁體之間設置非磁性間距，因為否則會導致對極磁體的磁性“短路”，造成可用的場強減弱。
[0026]此外，場強單邊增強的效應也得到了應用，如最初由J.C.Mal Iinson所公開(J.C.Ma11 inson,One-Sided Fluxes A Magnetic Cur1sity，JEEE Transact1ns onMagnets，9，第678-682頁,1973)ο
[0027]已知將磁體與分別朝彼此偏置90°定向的磁化裝置組合的做法，亦稱海爾貝克陣列，用于導引粒子束(K Halbach,Nuclear Instruments and Methods，169，I，1980)。
[0028]后來，海爾貝克陣列被尤其用于產生較強的磁場。
[0029]還已知采用筒形或球形的磁體裝置，以便在筒或球的中心產生高得多的場強。
[0030]由DE10 2010 010 388已知不同磁體排列形式的傳感磁體。
[0031 ]磁場敏感式位置傳感器的典型應用有確定工作缸，例如液壓缸中活塞的位置，或確定液體箱中浮子的垂直位置以確定液位。
[0032]其中存在安裝在內部，即液體中的傳感器裝置的電氣部件由于液體的侵入而受到損壞，并且為了檢查或更換傳感器裝置，即傳感器桿，必須完全拆卸周圍的裝置，例如液壓缸，從而經常導致相關機器較長時間停機的問題。

【發明內容】

[0033]a)技術目的
[0034]本發明的目的是提供一種用于所述用途的位置傳感器和測量裝置，以便克服現有技術的上述缺點。
[0035]b)目的的解決方案
[0036]本發明用以達成上述目的的解決方案為權利要求1和12的特征。有利的實施方式參閱從屬權利要求。
[0037]在位置傳感器方面，所述目的的解決方案為，所述作為傳感磁體使用的磁體組合具有多個在測量方向上或橫向于測量方向，尤其在測量方向的圓周方向上彼此連接的單個組合磁體或包括多個組合區段的單體式組合磁體，所述組合區段的極方向不同，并且如此緊靠彼此地進行布置，從而使其磁場相互影響彼此。
[0038]徑向定向:
[0039]優選地，所述組合區段在所述磁體組合軸向的測量方向上前后疊置布置，并且極方向沿磁體組合的所有組合磁體的測量方向觀察指向外部，尤其以點對稱，尤其旋轉對稱的方式朝向所述組合磁體沿軸向觀察的中間定向。
[0040]由此產生在多個甚至所有徑向方向上相同的磁場，從而將所述傳感器裝置布置在哪個面上，即在哪個徑向方向上都不重要。
[0041]從而可以以十分通用的方式使用所述磁體組合，并顯著簡化了后期的裝配和傳感器裝置和磁體組合相對彼此的定向。
[0042]通過所述多個組合磁體或組合區段的相互影響的磁場，以如此的方式通過所述組合磁體或組合區段的極方向的巧妙布置實現了相互影響，從而提高了所述磁體組合在所需的有效方向，即徑向向外的場強。優選地，由此應降低沿不使用的其他散射方向的散射場。
[0043]優選地，所述磁體組合由至少三個，尤其是僅三個組合磁體或組合區段構成，其中中間的組合磁體或組合區段具有從其中心相對于測量方向徑向向外延伸的極方向。在所述中間組合磁體或組合區段的端面，即軸向端面的端上各設有另一組合磁體或組合區段，其極方向沿軸向，或最多沿與軸向成最大45°角的方向延伸，其中所述兩個外組合磁體或組合區段的極方向彼此相對朝向。
[0044]通過這種布置，一方面可以制造在軸向上十分短的磁體組合，從而大大簡化了在活動構件中的安置。
[0045]通過這種極方向布置更實現了最優的有效場，具體方式是通過所述兩個外組合磁體或組合區段的與之相反的磁場線來壓縮從中間的組合磁體或組合區段向外發散的磁場線，由此在其向外延伸過程中朝彼此靠近，從而從所述中間的組合磁體或組合區段的中間徑向指向外部，但優選在所有徑向方向上產生較強的有效場。
[0046]在測量方向的切面上由此產生螺線管形的磁場，所述磁場尤其在對于環形磁體或區段的情況下，在端面的外組合磁體或組合區段連同其極方向略微傾斜地指向外部時，徑向向外輻射較廣的范圍。
[0047]優選地，所述三個組合磁體沿軸向觀察具有圓形的外輪廓，并且優選在中心具有沿軸向貫穿所述組合磁體的、優選同樣為圓形的穿孔，從而產生環形的組合磁體。
[0048]優選地，所述環形的形狀對于所有三個組合磁體，同樣對于單體式、由多個組合區段構成的磁體組合而言在質和量上是相同的。
[0049]由此能夠十分方便地將所述三個組合磁體裝配在中心貫穿所述穿孔的桿或管上，其中要么在各組合磁體之間在軸向上設置間隔墊片，尤其是彈性中間軸承，要么所述組合磁體直接彼此相接。
[0050]切向定向
[0051]沿測量方向觀察，所述組合區段或組合磁體也可以在環繞測量方向的圓周方向上上下疊置布置，其中在圓周方向上由至少一組組合區段或組合磁體。這樣的組可以覆蓋任意的圓周角，也可以有多個這樣的組在圓周方向上彼此相連。
[0052]在每個組中，所述中間扇形體的極方向徑向指向外部，而所述兩個相鄰的扇形體分別具有沿圓周方向或與圓周方向相切的方向延伸、彼此相對的極方向。
[0053]對于這樣的結構，主要在每個組的中間扇形體的圓周部位上，即根據具體的設計，沿所述圓周僅在圓周的一個或少數幾個部位上有較強的有效磁場。
[0054]不論如何定向，可以以形狀配合的方式，即例如通過軸向的加固，或通過簡單的對所述組合磁體的粘接來確保組合磁體相對彼此的固定。
[0055]在所述磁體組合的外表面和/或內表面和/或一個或兩個端面上還可以布置套筒形的磁絕緣的絕緣體，這樣做尤其在將所述磁體組合固定在軟磁構件上的情況下是有益的。
[0056]借助這樣的位置傳感器能夠以十分方便的方式制造一方面包括所述的位置傳感器，另一方面在所述傳感器裝置與位置傳感器的傳感磁體裝置之間設有由軟磁材料構成的壁部的測量裝置，其中在所述壁部的一面上存在液體，而所述磁體組合布置在所述壁部的液體面上，但所述傳感器裝置可以布置在所述壁部的相對的、通常為干燥的面上，從而提高了其使用壽命，大大簡化了其維護和更換。
[0057]通過所述磁體組合的高度集中、徑向在所有方向上指向外部的磁場，傳感磁體裝置與傳感器裝置之間的壁部能夠被磁場克服，即便所述壁部由軟磁材料，如鐵或鋼構成，其中將所述可磁化的壁部進行磁飽和處理，然后所述傳感器的磁場穿透所述壁部，但不到達所述傳感器裝置。
[0058]單一的組合磁體作為傳感磁體將無法施加如此強的磁場或至少為此需要更大的尺寸，并且采購成本顯著提高。重要的是，在此情況下測量精度將降低，因為即使更大、更強的磁體也不具有如此集中的有效磁場。
[0059]優選地，其中采用上文所述的環形組合磁體或組合區段，所述組合磁體或組合區段能夠穿在活塞的活塞桿上，或活塞的與活塞桿相對的面上、優選以中心的方式沿軸向從活塞突出的突起上，所述突起僅用于容置和固定所述磁體組合。
[0060]由此可以根據帶安裝的磁體組合的要求來自由選擇所述突起的大小，即長度、直徑、材料和/或橫截面構造(空心或實心)，因為所述突起無需具備和所述活塞桿一樣高的穩定性。
[0061]其中，所述突起通過由軟磁材料構成，可以同時用作布置在所述組合磁體中心的流導體元件，并且所述環形的組合磁體可以借助被旋擰到具有外螺紋的所述突起的自由端上的螺母沿軸向以形狀配合的方式固定，所述螺母同樣由軟磁材料構成。
[0062]當所述止擋，例如所述組合磁體朝其靠近或甚至被按壓的活塞底面同樣至少局部由軟磁材料構成時，則也可用作端面的第二流導體元件。
[0063]其中，所述環形組合磁體，以及需要時一個或兩個端面流導體元件的外徑優選略小于所述活塞的內徑，以便避免相對缸壁的摩擦，從而避免力損失。
[0064]為了使所述突起保持在中心，所述旋擰在突起的遠離活塞的自由端上的螺母可以具有由能夠滑動的材料制成的圓周邊緣，或者套上單獨的、能夠滑動的導引環，所述導引環抵靠在所述缸壁部的內表面上，從而將所述突起在其整個長度上保持處于中心，由此確保缸壁部與所述組合磁體之間所需的較小間距。
[0065]通過將所述組合磁體，以及由此將所述磁體組合布置在與活塞桿相對的面上，盡管大大簡化了磁體組合的裝配，但另一方面在活塞應在其中執行一定的沖程時，如此會導致周圍的缸的結構長度變大。
[0066]由于通常出于足夠密封性的目的，活塞必須具有較大的軸向長度，從而為了盡可能減小所述額外的缸長度，可以將所述磁體組合全部或至少部分地安置在一環形的、在軸向上朝遠離活塞桿的面打開的槽體中，以便最大限度地減小該額外長度。
[0067]作為將所述活塞在其整個長度上由軟磁材料制成，從而實現在所述磁體組合的一個端面上用作流導體元件功能的替代方案，徑向外部的密封邊緣也可以由不可磁化的材料制成。由此可以實現作為流導體元件的突起與周圍的壁部之間的理想的徑向間距。
[0068]優選借助兩個在軸向上間隔、并能夠在圓周方向上環繞所述缸轉動的固定件將所述桿形的傳感器裝置布置在壁部的外表面，從而能夠將所述傳感器裝置定位在缸的任意圓周部位上，根據將缸體裝配在周圍的構件上的裝配情形，這是較大的優點。
[0069]當所述桿形的傳感器裝置還額外地貫穿軸向上的兩個固定器，能夠在其中移動，并能例如通過埋頭螺釘固定在一定的軸向位置中時，由此能夠以十分簡單的方式設置所述傳感器裝置的零點。
[0070]根據所述傳感器裝置的內部結構，可能有利的是，為所述桿形的傳感器裝置配備圓形的外橫截面，并且所述傳感器裝置能夠在所述固定器的相應的圓形通孔中轉動，以便能夠在所述桿形傳感器的轉動位置方面，在固定之前相對于傳感磁體裝置對傳感器裝置中所含的波導體進行最優的定向，例如借助所述的埋頭螺釘。
[0071]在用作液箱中的液位傳感器的情況下，所述磁體組合必須同樣在垂直方向，即浮子的運動方向上牢固地固定在浮子上。
[0072]—種方案在于將所述磁體組合固定在浮子的一面上，而不管浮子的形狀如何，并且由于浮子是空心體，如此地對浮子進行定向，從而使得固定在其中的磁體組合構成最低點，即總是將浮子保持在一定的位置中，從而升液管或單一的繩子即足以用于垂直的導引。
[0073]為了將浮子盡可能近地保持在液箱的壁部上，浮子通常在周圍的導引裝置中運動，不論是在升液管中或者是在由間隔的桿構成的垂直導引裝置中，或者浮子以垂直活動的方式在固定的導引桿上得到導引，在所述導引桿上能夠方便地固定所述磁體組合，只要其具有通孔。
[0074]由于裝配得到簡化，也可以將所述磁體組合布置在浮子內，并且由此不會受到周圍液體的影響。
[0075]這與所述浮子以及所述磁體組合是否在中心北導引桿貫穿無關，因為在此情況下整個浮子連同位于其中的、環形磁體的磁體組合可以被安置在密封的套筒形外殼中。
[0076]另一種方案在于，如此地構造所述浮子在俯視觀察下的大小，從而使其覆蓋液箱的整個橫截面。
[0077]但這種做法僅在液箱的內輪廓以及浮子的外輪廓為非圓形的情況下有益，因為由此可避免浮子圍繞豎軸的轉動，并將所述磁體組合牢固地布置在浮子外周上的指定部位上，從而所述磁體組合在液箱的俯視圖中觀察總是被定為在液箱的圓周的相同部位上。
【附圖說明】
[0078]下面示例性地對本發明的實施方式進行進一步的說明。
[0079]圖la，圖1b為所述傳感器在工作缸中的應用圖；
[0080]圖2a_圖2c為根據圖1a-圖1b的不同安裝變形方案的縱切面圖；
[0081 ]圖3a，圖3b為所述傳感器作為液箱中液位傳感器的應用圖；
[0082]圖4a_圖4c為所述磁體組合的變形方案圖；以及
[0083]圖5a，圖5b為所述磁體組合的其他變形方案。
【具體實施方式】
[0084]圖1a示出配有本發明的位置傳感器20的工作缸單元50的第一設計形式的切開的透視圖，圖1b示出部分切開的側視圖，而圖2c示出從突出的活塞桿53的面向軸向10，即位置傳感器20的測量方向觀察的視圖。
[0085]工作缸單元50由通常為管件的缸的壁部51構成，在所述管件端面，以密閉的方式在一面上放置頭部件59a，在另一面上以密封的方式放置腳部件59b，所述頭部件和腳部件各具有用于將工作介質注入缸體51的接頭。
[0086]在缸體51的內部，S卩在壁部51的液體面5Ia上，活塞52以密封地抵靠在缸體51的內表面上的方式活動地布置在軸向10上，所述活塞在其一個端面上與活塞桿53連接，所述活塞桿在軸向10上通過頭部件59a向外延伸并通常在那里驅動未示出的待移動的部件。
[0087]與此處所述的工作缸單元50的基本形式不同的是，活塞52在此情況下額外地在遠離活塞桿53的面上具有同樣在中心沿軸向10延伸的突起54，并且由三個環形的、軸向彼此連接的組合磁體5b、5a、5 c構成的磁體組合4位于所述突起54和壁部51的內表面之間的徑向環形腔中，而一環形的導引環56位于磁體組合4的遠離活塞52的面上。
[0088]突起54軸向從所述磁體組合4上突出，并在其外圓周上具有外螺紋17，螺母55被旋擰在所述外螺紋上，以便將磁體組合4和導引環56通過按壓的方式保持在活塞52的底面上的軸向固定位置上。
[0089]在此情況下約為桿形、同樣沿軸向10，即所述傳感器裝置的測量方向延伸的傳感器裝置I位于工作缸單元50的外部，即工作缸單元50的干燥面51b上。
[0090]如圖1b所示，需要時，所述缸的腳部件59b具有指向內腔的中心凹槽，所述凹槽足夠大，以便容置突起54的自由端，從而減小了整個缸，尤其是壁部51的結構長度。
[0091 ]圖1a和圖1b以抽象，即未連接的方式示出了工作缸單元50旁邊的傳感器裝置I，但所述傳感器裝置能夠以合理的方式與工作缸單元連接，而圖2c示例性地示出適于所述連接的固定器19沿縱向10觀察的視圖。
[0092]所述固定器由密封地圍繞壁部51的外周、在一圓周部位上開槽的環構成，所述環在槽口的部位上具有指向外部的彎頭，以便能將所述兩個自由端沿圓周方向夾在一起，從而將環形的固定器19在缸體51的外周上夾緊。
[0093]在環形固定器19的優選與所述開槽部位相對的圓周部位上，環形固定器19具有徑向向外突出的突出部19a，所述突出部具有徑向的通孔18，所述傳感器裝置I精確地配入所述通孔，并能夠在其中借助例如貫穿突出部19a的壁部延伸的夾緊螺釘13固定在理想的軸向位置中。
[0094]當傳感器裝置I具有圓形的外周，并且貫穿固定器19的軸向通孔18同樣具有相應的圓形的內周時，可以將傳感器裝置I在固定前，借助夾緊螺釘13移動到理想的轉動位置中。如圖2c中的橫截面圖所示，當傳感器裝置I的中心中所示的波導線不位于中心，而是偏心時，該設計十分有利，因為此時可以通過將所述波導體盡可能靠近地定位在工作缸單元50來改善測量結果。
[0095]如圖2a和圖2b的縱切面圖所示，優選以軸向間隔的方式設置兩個這樣的固定器19，以便將傳感器裝置I在缸體51上固定在至少兩個軸向分離的部位上。
[0096]圖2a和圖2b所示的所述工作缸單元在活塞52的區域的縱切面圖示出了在活塞52上構造和布置磁體組合4的多種方案。
[0097]對于圖2a中的解決方案，在活塞52上設有所述的、與活塞桿53相對的突起54，在其外周上設有用于旋擰螺母55的外螺紋17。
[0098]在圖2a的下半部分中示出對應圖1a至圖1c的安裝方案，并優選構造為環繞軸向，即測量方向1旋轉對稱:
[0099]其中，活塞52具有相對較大的軸向延伸長度，以便將多個活塞環16以軸向間隔、前后疊置的方式布置在其中。
[0100]三個環形的組合磁體5a、5b、5c或組合區段2a、2b、2c以沿突起54與活塞52軸向連接的方式布置在突起54上，所述突起貫穿其中心穿孔7延伸。
[0101]同樣為環形的導引環56以在活塞桿54的自由端方向上連接的方式被套在突起54上。借助被旋擰到突起54的外螺紋17上的螺母55將導引環56和由三個組合磁體5a、5b、5c構成的磁體組合4軸向朝活塞52的遠離活塞桿53的背面按壓并固定在此位置中。
[0102]活塞52和突起54通常由相同的、通常為軟磁性的材料構成，并優選以彼此一體式的方式構造，并且螺母55同樣由軟磁材料，如鋼構成。
[0103]此時，活塞52、突起54和螺母55均用作流導體，以便以所需的方式來捆扎場線，從而實現較強、定向且徑向指向外部的有效磁場。
[0104]如要避免周圍的鋼或鐵元件作為流導體的作用，則必須在所述材料和磁體組合4之間布置磁絕緣材料，但在所需的較小的層厚度中本身無所述磁絕緣材料，而是只能通過矯頑場強不同的材料的次序來初步實現。
[0105]在本情況下，與之不同的是，彈性墊片12位于磁體組合4的徑向內表面和朝向活塞52的端面上，而在相對的端面上，導引環56可由相應的材料構成，以便避免在軸向超彼此按壓時損傷所述組合磁體。
[0106]其中，組合磁體5a、5b、5c的外周略小于缸體51的內徑，從而活塞52的雙向運動不會在所述內表面上滑磨。
[0107]圖2a的上半部分示出一種解決方案，其中在活塞52的遠離活塞桿53的端面中布置環形的槽體57，環形的組合磁體5a、5b、5c或單體式的磁體組合4借助其不同的組合區段配入所述槽體。
[0108]與之相反，導引環56具有較大的外周，并在壁部51的內表面上滑動，以便在缸體51中，在此區域中以中心的方式導引突起54，因此至少導引環56的外表面，優選整個導引環56由能夠良好滑動的材料，如塑料構成。所述導引環通常由不可磁化的材料構成。
[0109]由于磁體組合4由此優選軸向完全被容置在槽體57中，與圖2a的下半部分的解決方案不同的是，無需導引環56，而是可以將螺母55直接安裝到最后一個組合磁體5c上，從而減小了所述裝置的總長度。
[0110]當槽體57在軸向上被構造得如此深，以至于其能夠容置整個磁體組合4時，活塞52優選地自然在其外周的整個軸向延伸上配有活塞環16，從而改善活塞52相對壁部51的密封。
[0111]環繞磁體組合4的活塞52的徑向環形區域可由和活塞52—樣的材料構成并優選以一體式的方式與其構造在一起，但通常由軟磁材料，例如鋼構成。如此的缺點在于磁體組合4的磁場除了壁部51外，還必須穿透活塞52的該區域的徑向厚度。
[0112]如要避免這一點，則可選擇根據圖2b的上半部分的解決方案:
[0113]其中示出了對應圖2a的上半部分中的裝置，但區別在于，徑向外部環繞磁體裝置4的滑動套筒14設在組合磁體5a、5b、5c和壁部51的內周之間，所述壁部優選由不可磁化的材料，如塑料構成，從而不以一體式的方式與活塞52—起構造，但可在其外表面上具有活塞環。
[0114]活塞52具有優選徑向在突起54旁邊的平面底面，而滑動套筒14的等于或略大于磁體組合4。借助同樣設有的螺母55可以，可以將滑動套筒14借助旋擰的螺母55軸向朝活塞52的底面嚴密地按壓，并可選擇在螺母55和滑動套筒14之間插放所示的導引環56。
[0115]該解決方案的優點在于，保持了足夠大的軸向密封長度，但磁場15無需在徑向上由內向外穿透除壁部51外的額外可磁化材料，圖2a在一個部位上示例性的示出了所述磁場的場線。
[0116]優選地，在此解決方案中，同樣在磁體組合4的內表面上和/或一個或兩個端面上布置彈性墊片12。
[0117]但這樣在活塞52的相對的面上造成了無法在其中測量位置的死區，尤其在必須更換磁體組合4時使其難以更換，因為端面自由的突起54在需要時的可達性大于活塞桿53，所述活塞桿在其與活塞52相對的端上與其他元件耦合。
[0118]圖中所示的所有磁體組合4都以圍繞軸向10，即測量方向旋轉對稱構造。
[0119]與圖2a的下半部分不同的是，在圖2b的下半部分中，用作流導體元件的螺母55以直接軸向連接磁體組合4的方式布置，并將組合磁體5a、5b、5c(此處無彈性墊片12)軸向朝活塞52按壓，而例如由塑料構成的導引環56在突起54的自由端方向上與其連接，例如通過導引環56自身在其內周上具有與突起54的外螺紋17相配的內螺紋并可旋擰到其上的方式進行所述連接。
[0120]該解決方案的優點在于，在兩個端面上直接或通過位于其間的彈性墊片12間接地以抵靠在磁體組合4上的方式布置流導體元件，一方面以活塞52和突起54的形式，另一方面以螺母55的形式。
[0121]在所有情況下，也可以將突起54從其端部鉆空，從而使其在磁體組合4的區域中具有套筒形狀，進而額外地促進了作為流導體元件的作用。
[0122]可以理解的是，圖2a和圖2b中所示的磁體組合4的所有構造方式以及其他可想到的構造方式
[0123]-可以圍繞測量方向10旋轉對稱的方式構造，并且/或者
[0124]-不布置在突起54上，而是相對地布置在活塞桿53上。
[0125]圖3b示出位置傳感器20的布置的垂直切面圖，其由液箱60上的傳感器裝置I和磁體組合4構成，而圖3a示出其俯視圖。
[0126]其中，磁體組合4布置在隨液面垂直運動的空心浮子61的內部，所述浮子自然除了磁體組合4外還必須具有足夠空余的體積，以便在液箱60中所存放的液體中具有浮力。
[0127]但磁體組合4也可通過與之牢固連接的方式布置在浮子61的外部。
[0128]重要的僅在于橫向于浮子61的運動方向，即軸向10，同時也是傳感器裝置I的測量方向10，磁體組合4從上方觀察總是位于浮子61的相同部位上，并且當磁體組合4從上方觀察相對于浮子61以非中心的方式布置時，浮子61無法圍繞垂直方向轉動。其中自然在計算真實的液位時必須考慮磁體組合4在垂直方向上的中心與浮子的浸入高度之間的高度差。
[0129]在圖中所示的實施方式中，浮子61由空心長方體構成，傳感磁體裝置3被固定地定位在其內部。
[0130]方形的浮子61從圖3a的俯視圖觀察總是被保持在液箱60內的相同部位上，在所述液箱中，其通過相應的垂直走向的導引裝置被沿橫向于垂直方向的方向導引。
[0131]在此情況下，浮子61被布置在液箱60的壁部51的角中，并且被保持在浮子61的水平橫截面的其他兩個矩形面上，具體做法是通過在一面上，導引壁64從外壁向內伸入，同樣地，在角的另一面上，這樣的導引壁64從外壁部51向內伸入。
[0132]兩個導引壁64之一在此是外壁51的從外指向內部的凹陷63的一部分，如清楚地由圖3b所示，所述凹陷從上方觀察在液箱的大體上整個高度上延伸。
[0133]凹陷63的寬度如此設計，從而使傳感器裝置I的傳感器桿Ia能夠在其中以在液箱60的高度上延伸的方式得到固定地定位，從而以充分保護的方式得到安置。
[0134]如圖3a中以虛線作為替代方案所示，傳感器桿I自然也可以被布置在外表面的任意部位上的直線、連續的外壁51上，即在液箱60的干燥面51b上。
[0135]根據傳感器桿Ia的布置位置，從上方觀察的磁體組合4被定為在液箱60中從上方觀察的如此部位上，并在所示的本情況下在浮子61的內部，從而使其盡可能地靠近傳感器桿la。但其中必須確保磁體組合4到環繞其的軟磁材料，例如導引通道的由金屬板構成、形成液箱的壁的間距徑向在所有方向上一樣遠，以便避免磁吸附到所述導引通道的某一面上，而如此將阻礙沿測量方向10的自由運動。
[0136]當傳感器桿Ia位于凹陷63中時，磁體組合4被盡可能近地布置在浮子61的朝向傳感器桿Ia的面上，并自然也在橫向上盡可能地靠近傳感器桿la。
[0137]在本情況下，從上方觀察，浮子61被構造為矩形，而組合磁體5a、5b、5c從上方觀察具有環形的形狀，其中組合磁體5a、5b、5c的外周遠小于浮子61的內徑，以便使浮子61仍具有足夠大的浮力。
[0138]組合磁體5a、5b、5c因此被插在垂直從浮子的底部在指定的位置上突起的導引桿62上，而在導引桿62的向上伸出的具有外螺紋的端部上旋擰螺母55用于固定。
[0139]因為通常浮子61由不可磁化的材料，如塑料構成，首先在導引桿62上套上由軟磁材料制成的導引板，所述導引板從而位于最下面的組合磁體5c的下方，并優選大約具有螺母55的形狀和外部尺寸，所述螺母優選同樣由軟磁材料構成，并在其上端部用作流導體元件。如果螺母55由不可磁化的材料，如塑料構成，則如圖3b所示，在旋擰螺母55之前，同樣也在最上面的組合磁體5b上放置一這樣的導引板。
[OMO]作為補充方案，可以在導引桿62和組合磁體5a、5b、5c之間設置由軟磁材料制成的套筒作為徑向的內流導體元件。
[0141]通過這種方式，磁體組合4從上方觀察被布置在浮子61平面圖的特定部位上，并且浮子61從上方觀察也無法在其導引裝置中轉動。
[0142]如果相反地，浮子61被構造為圓形，并從而能在其垂直導引裝置中轉動，則磁體組合4優選被布置在浮子61的平面圖的中心，并優選完全填充其橫截面。
[0143]在圖4a、圖4b所示的磁體組合4中，各組合磁體或組合區段在軸向，即測量方向10上彼此前后相接，而在圖5a、圖5b所示的解決方案中，所述組合磁體或組合區段在橫向于測量方向的方向上，尤其在環繞測量方向的圓周方向上彼此前后相接。
[0144]圖4a示出環形磁體組合4的軸向切面圖，所述磁體組合在圖的左半部分作為單體式的磁體組合4連同組合區段2a_2c示出，而在圖的右半部分則由端面甚至不接觸的各環形組合磁體5a、5b、5c構成。
[0145]不管是何種情況，中間的組合磁體5a或組合區段2a的極方向均徑向指向外部，而在兩側端面，即沿軸向10抵靠在其上的側面組合磁體5b、5c或組合區段2b、2c具有分別沿測量方向10延伸的極方向6b、6c，但所述兩個極方向彼此相對。
[0146]圖4c示出沿測量方向10觀察，根據左圖的磁體組合4的外輪廓可以是圓形的外輪廓，根據中圖則可是多邊形，此處為六角形的外輪廓。后者的優點在于，由于外輪廓為非圓形，通過相應地將導引元件從外部放置在一個或甚至多個外表面上可避免磁體組合4圍繞縱軸10的轉動，這一點尤其在極方向被構造為非旋轉對稱，而是僅在一個或各徑向方向上發射較強的有效磁場的情況下是必需的。
[0147]從而例如圖4c示出這樣的磁體組合4，所述磁體組合僅為環繞測量方向10的扇形體，因此同樣使得能夠例如在此視線方向上在所述側面或角上布置導引元件，以便避免所述扇形體式的磁體組合圍繞測量方向1的轉動。
[0148]圖4b示出同樣包含中心穿孔7的筒形磁體組合的縱切面圖，其中各組合磁體5a、5b、5c無需構造為環盤形，而是可以通過簡單的方式將其作為例如桿形磁體5a、5b、5c推入例如可由塑料或其他不可磁化的材料構成的基體3的相應凹槽，從而降低了制造成本:
[0149]如此，中間的組合磁體5a被方便地推入徑向延伸、朝側面打開的、匹配的凹槽，需要時沿圓周方向以規則的角距推入。
[0150]沿測量方向10在其兩側布置的組合磁體5b、5c被推入分別朝向端面打開的、軸向延伸的相應匹配的凹槽，所述凹槽在圖的右半部分中沿測量方向10延伸，而在圖的左半部分中相對其傾斜延伸，并從基體3中的端面開口徑向指向外部。
[0151]所述凹槽和組合磁體5b、5c也可優選布置在圓周方向上的多處位置，具體根據需要有效場的圓周部位的數量。
[0152]各組合磁體5a、b例如可設計為具有任意，尤其是圓形或四邊形橫截面的單一桿形磁體。
[0153]此外，對于圖4a_圖4c，主要用于在周圍的構件上進行固定的中心穿孔的橫截面形狀同樣對于本發明無關緊要，但出于簡化的目的通常選擇圓形。
[0154]圖5a示出沿測量方向10觀察的磁體組合4，所述磁體組合由兩個組合磁體5a、5b、5c或組合區段2a、2b、2c的三件組構成，所述組合磁體或組合區段在圓周方向上彼此連接。每個三件組在此情況下在圓周的180°上延伸，從而兩個這樣的三件組產生360°的完整圓周，但這一點不論在組的角延伸方面還是在組的數量方面對于本發明都不具有重要性，而是取決于相應的應用情況。
[0155]對于每個組，組的中間扇形體的極方向6a都徑向指向外部，而位于旁邊的相鄰扇形體，即組合磁體5b、5c或組合區段2b、2c的極方向6b、6c指向相應扇形體的圓周方向或與所述圓周方向相切，但朝向中間扇形體6a。
[0156]圖5a中，所述組合磁體不具有中心穿孔7，這一點對于磁體組合4的所有其他構造方式也是可行的。
[0157]圖5b示出沿測量方向10觀察再次為圓環形的磁體組合，其包含同樣為圓形的中心穿孔7，以及如圖5a的在圓周方向上彼此連接的組合磁體或組合區段的三件組。
[0158]但在此情況下四個這樣的三件組，從而間隔90°各有一個徑向指向外部的極方向。
[0159]在圖5b的情況下，所述中間的組合區段2a或組合磁體5b具有在此視線方向上保持不變的寬度，而其他組合區段或組合磁體具有大約圓拱形、徑向向外越來越寬的形狀。
[0160]在圖5b的下半部分中，在各扇形體之間布置有彈性墊片12，以便防止損傷相互抵靠、在此情況下的各組合磁體5a、5b、5c。
[0161]附圖標記列表
[0162]I傳感器裝置
[0163]2a-2c組合區段
[0164]3基體
[0165]4磁體組合
[0166]5a、5b、5c 組合磁體
[0167]5’外輪廓
[0168]6a、6b、6c 極方向
[0169]7穿孔
[0170]8場線
[0171]9接觸面
[0172]10軸向，測量方向
[0173]11橫向平面
[0174]12彈性墊片
[0175]13夾緊螺栓
[0176]14滑動套筒
[0177]15場線
[0178]16活塞環
[0179]17外螺紋
[0180]18軸向通孔
[0181]19固定器
[0182]19a突出部
[0183]20位置傳感器
[0184]21磁絕緣體
[0185]50工作缸單元
[0186]51缸體，壁部
[0187]51a液體面
[0188]51b干燥面
[0189]52活塞
[0190]53活塞桿
[0191]54突起
[0192]55螺母
[0193]56導引環
[0194]57槽體
[0195]58邊緣
[0196]59a頭部件
[0197]59b腳部件
[0198]60液箱
[0199]61浮子
[0200]62導引桿
[0201]63凹陷
[0202]64導引壁
【主權項】
1.一種沿測量方向(10)測量的磁場敏感式位置傳感器(20)，其特征在于，其包括: 尤其沿測量方向(1)延伸的傳感器裝置(I)，以及 在測量方向(10)上能夠相對于所述傳感器裝置(I)運動的磁體組合(4)，所述磁體組合在測量方向(10)上的位置能夠由所述傳感器裝置(I)探測，其中 所述磁體組合(4)要么由多個組合區段(2a，2b，2c)以一體式的方式構成，要么由多個組合磁體(5a，5b，5c)以多部分的方式構成， 所述組合區段(2a，2b，2c)或組合磁體(5a，5b，5c)的極方向(6a，b)不同，并且所述組合磁體(5a，5b，5c)或組合區段(2a，2b，2c)以如此的間距，尤其是彼此接觸的方式布置，從而使其磁場疊加。2.根據權利要求1所述的位置傳感器(20)， 其特征在于， 所述組合區段(2a，2b，2c)在測量方向(10)，即所述磁體組合(4)的軸向(10)上前后疊置布置，并且所述極方向(6a，b)沿所述磁體組合(4)的所有組合磁體(5a，5b，5c)的測量方向(10)觀察徑向指向外部，尤其以點對稱，尤其旋轉對稱的方式朝向所述組合磁體(2a，b)沿軸向觀察的中間定向。3.根據上述權利要求中任一項所述的位置傳感器(20)， 其特征在于， 所述磁體組合(4)包括三個組合磁體(5a，5b，5c)或組合區段(2a，2b，2c)，其中中間的組合磁體或組合區段具有從其中心相對于軸向(10)徑向指向外部的極方向(6a)，并且在所述中間組合磁體(5a)或組合區段(2a)兩端相對于軸向(10)的端面各設有另一組合磁體(5b，5c)或組合區段(2b，2c)，其極方向(6b，6c)沿軸向，或最多沿與軸向(10)成最大45°角的方向延伸，其中所述兩個外組合磁體(5b，5c)或組合區段(2b，2c)的極方向彼此相對朝向。4.根據上述權利要求中任一項所述的位置傳感器(20)， 其特征在于， 沿軸向(1)觀察，所述三個組合磁體(5a，5b，5c)或組合區段(2a，2b，2c)具有圓形的外輪廓(5)，并且尤其在中心具有同樣為圓形的穿孔(7)，從而構造為環形。5.根據上述權利要求中任一項所述的位置傳感器(20)， 其特征在于， 對于構造為環形的組合磁體(5a，5b，5 c )，所述磁體組合(4)的所有組合磁體(5a，5b)上的中心穿孔(7)的直徑相等。6.根據上述權利要求中任一項所述的位置傳感器(20)， 其特征在于， 所述組合磁體(5a，5b，5c)布置在，尤其是插入基體(3)的相應凹槽。7.根據上述權利要求中任一項所述的位置傳感器(20)， 其特征在于， 所述組合磁體(5a，5b，5c)端面彼此相粘接或以形狀配合的方式結合在一起。8.根據上述權利要求中任一項所述的位置傳感器(20)， 其特征在于， 沿測量方向(10)觀察，所述組合區段(2a，2b，2c)或磁體(5a，5b，5c)在環繞測量方向(10)的圓周方向上作為扇形體彼此疊置布置，其中尤其分別一個扇形段具有徑向指向外部的極方向(6a)，并且所述兩個相鄰的扇形段，具有在圓周方向上或相切于圓周方向延伸的極方向(6b，6c)，所述極方向相對于所述兩個相鄰的扇形段彼此相對并朝向所述中間扇形區段。9.根據上述權利要求中任一項所述的位置傳感器(20)， 其特征在于， 在所述扇形段之間布置有彈性墊片(12)。10.根據上述權利要求中任一項所述的位置傳感器(20)， 其特征在于， 在所述磁體組合(4)的外表面、內表面和/或端面上布置尤其為套筒形的磁絕緣的絕緣體(21)。11.根據上述權利要求中任一項所述的位置傳感器(20)， 其特征在于， 在所述磁體組合(4)的組合磁體(5a，5b，5c)之間，布置有在橫向于軸向(1)的橫向平面(11)中延伸、尤其由不可磁化的材料，尤其是塑料制成的板形彈性墊片(12)。12.一種測量裝置，其特征在于，其包括 根據上述權利要求中任一項所述的位置傳感器(20)， 在所述傳感器裝置(I)與所述磁體組合(4)之間由軟磁材料制成的壁部(51)，其中在所述壁部(51)的液體面(51a)上存在液體， 其特征在于， 所述磁體組合(4)布置在所述壁部(51)的液體面(51a)上，所述傳感器裝置(I)布置在所述壁部(51)的相對的干燥面(51b)上。13.根據權利要求12所述的測量裝置， 其特征在于， 所述壁部(51)是一個工作缸單元(50)的缸體。14.根據上述權利要求中任一項所述的測量裝置， 其特征在于， 在所述工作缸單元(50)中，所述工作缸單元(50)的活塞(52)軸向牢固地與所述磁體組合(4)連接。15.根據上述權利要求中任一項所述的測量裝置， 其特征在于， 所述構造為環形的組合磁體(5a，5b，5c)被所述活塞桿(53)或在背離所述活塞桿(53)的面上被所述活塞(52)的軸向突起(54)軸向貫穿。16.根據上述權利要求中任一項所述的測量裝置， 其特征在于， 所述活塞(52)和/或所述活塞桿(53)和/或突起(54)由軟磁材料構成，在所述磁體組合(4)與該軟磁材料之間布置一磁絕緣體(21)。17.根據上述權利要求中任一項所述的測量裝置， 其特征在于， 所述磁體組合(4)，尤其是所述組合磁體(5a，5b，5c)的外輪廓(5)略小于所述活塞(52)的外周，因此，尤其所述組合磁體(5a，5b，5c)的在其外側面上不會接觸所述缸體(51)的內表面。18.根據上述權利要求中任一項所述的測量裝置， 其特征在于， 所述傳感磁體裝置(3)布置在尤其由不可磁化的材料構成的活塞(52)的軸向暴露的槽體(57)中。19.根據上述權利要求中任一項所述的測量裝置， 其特征在于， 所述傳感器裝置(I)借助至少兩個軸向間隔的固定器(19)被固定在所述缸體(51)的外周上，所述固定器分別具有一軸向的通孔(18)，所述傳感器裝置(I)能夠尤其借助夾緊螺栓(13)被配入并固定在所述通孔內。20.根據上述權利要求中任一項所述的測量裝置， 其特征在于， 所述傳感器裝置(I)在所述通孔(18)中既能沿軸向，也能在其轉動位置中定位和固定，并尤其具有圓形的外周，所述通孔(18)具有大小與之相配的圓形的內輪廓。21.根據上述權利要求中任一項所述的測量裝置， 其特征在于， 所述壁部(51)是液箱(60)的用于液體的壁部，具體方式是，與所述磁體組合(4)牢固連接的浮子(61)浮在所述液體的表面上，所述傳感器裝置(I)在垂直方向上布置在所述液箱(60)的外表面。22.根據上述權利要求中任一項所述的測量裝置， 其特征在于， 所述磁體組合(4)如此地布置在浮子(61)中，使得所述磁體組合(4)能夠最多環繞一個豎直軸轉動，且所述浮子(61)在導引裝置中沿垂直方向運動。23.根據上述權利要求中任一項所述的測量裝置， 其特征在于， 所述傳感器裝置(I)以在凹陷(63)中受到保護的方式布置在所述液箱(60)的外表面中。
【文檔編號】G01B7/00GK105889174SQ201610018686
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年1月11日
【發明人】克勞斯·曼弗雷德·施泰尼希
【申請人】Asm自動化傳感器測量技術有限公司