專利名稱：變速器軸轉速傳感器的制作方法
在為了結合進一種可靠的輸出軸轉速傳感器而盡量減小對汽車標準變速器的重新設計的嘗試中，本發明人研制成一種幾乎不額外地占用變速器輸出軸殼體內空間的新穎變速器輸出軸轉速傳感器。
在汽車發動機、懸架裝置和傳動系統技術取得重大的機械方面進步的同時，過去十年里汽車工業的特征在于產生了一場電子革命。
電子控制裝置(ECU)可存貯來自傳感器的信息并控制當代汽車的許多重要功能的動作。電子控制裝置已在以下四個主要方面顯著地迅速滲透進來，即(1)發動機，(2)變速器，(3)懸架裝置和(4)防抱死制動/牽引控制裝置。在所有這些情況下，構件的轉動或位置變化的信號都輸入給ECU，ECU將這些信號與對運行狀態是理想的計算值或變換值作比較，然后使受控功能開始變化以便減小與理想狀態的偏差。為了使此系統能夠有效地工作，需要有各種具有高可靠性，良好的分辨率而又經濟的傳感器系統。
為檢測汽車的運動/位置狀態，已發展出四種不同類型的系統(1)無源傳感器或可變磁阻傳感器，(2)有源傳感器，如霍耳效應傳感器，(3)光學傳感器，(4)加速度計。在用于輪速檢測的防抱死制動系統(ABS)中和在自動變速器輸出軸轉速檢測方面，可變磁阻傳感器的使用一直占有優勢。霍耳效應傳感器則主要用在點火系統中，而光學傳感器和加速度計則用在懸架裝置控制系統中。
本發明主要涉及用來檢測汽車變速器的輸出軸轉速的傳感器。目前，可變磁阻傳感器都是用來檢測變速器輸出軸轉速的。這些傳感器一般是測定當鐵磁勵磁器環或齒輪通過探測器時磁場強度的變化。也就是說，勵磁器環的動齒改變可變磁阻探測器即線圈和磁鐵附近的磁通量，從而感應了電流脈沖。從線圈中輸出的傳感電流是正弦波電流，其幅值與勵磁器環轉速成正比。該檢測器信號的頻率用來計算變速器的轉速。
授予西田的美國專利第3716788號描述了一種傳統的可變磁阻傳感器，它附加在車輪軸承組件上用以測定軸速。齒形轉子是在一個與固定在固定式外軸承環上的齒形定子相對的可轉動內軸承環上形成的。外軸承環還支承著電磁式傳感器或探測器，該傳感器根據轉動過程中轉子的齒和定子的齒相互對正所感應的磁通變化產生一電壓值。所產生的交變電流的頻率與軸的轉速成正比。
在授予安塞爾米諾的美國專利第3826933號中，公開了一種類似的速度傳感器。這種速度傳感器有一個電磁感應線圈即探測器，它固定在軸承的固定環上，而一個具有鐵磁齒的齒輪則固定在滾子軸承的可轉動環上。
與使用可變磁阻傳感器測定變速器輸出軸轉速相關聯的問題涉及到目前在變速器輸出軸上提供獨立的勵磁器環或多齒齒輪的作法問題，這些可變磁阻傳感器需要給變速器加上額外獨立的勵磁器環，從而占用了寶貴的空間，增加了生產成本，也增加了變速器的總重量。一般情況下，除非專門設計加有傳感器的全新變速器，否則不可能在傳統可變磁阻傳感器系統獲得所需要的空間。例如，在一般的后輪驅動小客車中，為使傳感器適合于裝在變速器內，在考慮增加勵磁器環所需空間時，就必須考慮以犧牲諸如總尺寸等的某些其他重要設計特征作為代價。
與使用獨立的勵磁器環的可變磁阻傳感器有關的另一問題是勵磁器環的運動會造成磁場測量值不精確。
汽車設計人員認為，任何能夠減少系統的機械方面重新設計并能滿足性能要求、可靠性和成本要求的傳感器是最理想的。因此，本發明的目的是研制一種變速器輸出軸轉速傳感器，這種傳感器只需要少許或幾乎不需要在變速器中為其留有備用空間，而其可靠性高且成本又低廉。
本發明涉及一種重新設計的帶有一個可變磁阻傳感器的整體式推力軸承組件和一種帶有霍耳效應傳感器的推力軸承組件的應用問題。盡管如授予桑托斯等人的美國專利第4875785號中所公開的那樣已知具有采用霍耳效應傳感器和可變磁阻傳感器的推力軸承，但本發明仍獨特地重新設計了汽車變速器的推力軸承組件，以便使該組件既可結合霍耳效應傳感器也可結合整體式可變磁阻傳感器。
根據下文的描述，將會清楚理解本發明的其它優點。
一種新穎的變速器輸出軸轉速傳感器，它包括配置在圍繞汽車變速器的推力軸承組件處的一個霍耳效應傳感器或者一個可變磁阻傳感器。
該推力軸承組件一般安裝在圍繞具有與變速器輸出軸相同轉速而轉動的差速器殼處，并包括一個配置在一第一止推片和一第二止推片之間的推力軸承。第二止推片可相對于第一止推片作相對轉動。此外，第二止推片徑向延伸，從而可以為推力軸承提供一條滾道，并且還以其徑向部分支承著一個提供永久磁場的磁場發生裝置。在該磁場發生裝置的對面設置一個探測器，以便檢測該磁場。該磁場發生裝置最好具有多個設置在第二止推片徑向部分的整個周邊上永久磁化的扇形磁極段。本發明這一個最佳實施例中用以檢測磁場的探測器是霍耳效應探測器。
另一方面，第二止推片可徑向延伸并具有環繞其徑向部分周邊等間隔排列的多個槽溝。開槽止推片配置在探測器的對面，該探測器可以檢測通過開槽止推片感應的磁場的變化。從而免去使用獨立的齒輪。該第二止推片一般由一種鐵磁材料制成。傳感元件或探測器既可以是可變磁阻探測器也可以是渦流式探測器。
另一種可取的選擇，位于圍繞第二止推片的開槽端的齒可由探測器彎折開，以便提高磁場強度。
通過參照以下詳細的描述和對同樣的零部件標以同樣標號的附圖，即可對本發明以及本發明的許多優點取得進一步的理解。


圖1 是具有一個推力軸承組件的變速器裝置的剖面示意圖，該推力軸承組件包括一個用以產生由本發明的霍耳效應探測器檢測的磁場的裝置;
圖2 是本發明另一實施例的剖面示意圖，其中推力軸承組件的一個開槽止推片感生出磁場變化，而該磁場的變化由一個可變磁阻探測器進行檢測;
圖3 也是本發明另一實施例的剖面示意圖，其中一止推片具有折彎的齒;
圖4 是圖2中區域A的放大圖，示出了一個可變磁阻探測器和一個開槽止推片;
圖5 是圖4中所示開槽止推片的側視圖;
圖6 是圖3中區域A′的放大圖，示出了一個可變磁阻探測器和一個折彎的齒的開槽止推片;
圖7 是圖6所示帶折彎齒的開槽止推片的俯視平面圖;
圖8 是圖7所示帶折彎齒的開槽止推片的側視圖。
本發明的新穎變速器輸出軸轉速傳感器需要插入該合適的探測器和將用以產生磁場的裝置與設置在圍繞汽車變速器的差速器殼的滾針推力軸承組件結合成一體，從而避免對變速器自身作結構上的改動。
本發明人過去在采用霍耳效應傳感器測定變速器輸出軸轉速時，變更了轉動止推片或推力軸承組件的內滾道，以便裝納多極磁鐵。然后，在變速器殼體內可替換地安裝一個傳感器探頭。傳感器探頭的設計應能在整個“氣隙”范圍內保持良好的尺寸公差，該傳感器探頭裝納一個能產生“接近零轉速”的轉速感測能力和數字式輸出的霍耳芯片。在許多情況下，由于滾針推力軸承為自動變速器的標準元件，故安裝霍耳效應傳感器時，只需對變速箱作出稍許設計改動而絕對不需要進行縱軸方向尺寸的改動。
霍耳效應傳感器的工作過程如下當每一交變磁極扇形段通過傳感器元件或探測器時，該磁場的極性和強度的變化使探測器感生電信號。這一電壓信號可進一步由電路進行處理，以便產生表示一角位移的增量單位的輸出信號。增量角位移單位等于每一扇形極段內的弧的度數。
根據探測器的電子信號波形修整電子電路類型，該輸出信號可以是模擬信號或數字信號。該輸出信號大小的變化表示增量角位移。角位移輸出信號可進一步由探測器內的集成電路進行處理，以便產生一個位置信號、一個轉速信號或一個加速度信號。將轉動件磁化成大量的扇形段便可獲得很高的分辨率。
另一種可取的選擇，本發明提供采用可變磁阻傳感器以測定變速器的輸出軸轉速。根據本發明在采用可變磁阻傳感器時，需要對轉動止推片或推力軸承組件內滾道進行改動，以便在圍繞轉動的止推片的徑向部分設置槽溝。開槽止推片是由鐵磁材料制成的，從而可以使永久磁場發生變化。在變速器殼體內可替換地安裝一個可變磁阻探測器，即一個磁鐵和線圈。此外，由于在輸出位置處的推力軸承組件是自動變速器的標準元件，因此安裝帶有開槽止推片的可變磁阻探測器時，只需對探測器作稍許再設計，而絕對不需要進行縱軸方向尺寸的改動。
本發明的可變磁阻傳感器的工作過程如下傳感器元件或探測器一般是在鐵磁開槽止推片通過該探測器時測定磁場強度的變化。也就是說，止推片的開槽構形導致槽溝處磁場強度較低而齒部處磁場強度較高。探測器信號的頻率用以計算附裝在變速器軸上的開槽止推片的轉速。
另一實施例圍繞開槽止推片提供以折彎的齒。據信，這可增大由開槽止推片產生的磁場強度，從而可增加檢測的準確性。
參照附圖，更具體地說參照圖1。用一個推力軸承傳感器檢測一變速器裝置1的輸出轉速，該變速器裝置1包括一根變速器軸2、一個差速器構件3、差速傳動機構4、一個差速器殼5、一個變速器殼體6和一設置在圍繞差速器殼5的推力軸承組件。該推力軸承組件包括一個設置在第一止推片8和能相對于第一止推片8作相對轉動的第二止推片9之間的滾針推力軸承7。第二止推片9徑向延伸，以便為推力軸承7提供一條滾道，同時還能以其徑向部分支承一個用以提供永久磁場的磁場發生裝置10。一個裝納在可替換的傳感器探頭12內的探測器11設置在磁場發生裝置10的正對面，以便當磁場發生裝置10通過探測器11時檢測所產生的磁場。
探測器11最好是霍耳效應探測器。將霍耳效應探測器11裝納在傳感器探頭12內，使其能位于由磁場發生裝置10產生的磁場的范圍內。
用于永久性地提供磁場的磁場發生裝置10一般是配置在第二止推片9的徑向部分的整個周邊上的多個永久磁化的扇形磁極段。每一扇形磁極段都有-N極和-S極，該扇形段這樣安置，使每一磁極都處在具有相反磁性的兩個磁極之間。磁場發生裝置10最好是一個由鑲在止推片9內的鐵磁材料制成的環，從而避免了需要一個獨立的磁場發生裝置元件，也避免了對變速器1進行再設計的必要。
變速器1還包括密封件13和滑動軸承14。傳感器探頭12經過一固定裝置或螺釘15可替換地安裝在變速器殼體6內。
圖2示出本發明的另一個實施例，其中采用一個可變磁阻推力軸承傳感器檢測變速器裝置1的輸出軸轉速。變速器1包括一個變速輸出軸2、一個差速器構件3、差速器傳動機構4、一個差速器殼5、一個變速器殼體6、和一個配置在圍繞差速器殼5的推力軸承組件。該推力軸承組件包括一個配置在第一止推片20和能相對于第一止推片20作相對轉動的第二止推片21之間的推力軸承7。第二止推片21徑向延伸并且具有設置在圍繞其徑向部分的槽溝。傳感器元件或探測器22配置在傳感器探頭23上并定位在與第二止推片21的槽溝相對的位置處，以便檢測由該槽溝感生的磁場;從而不需要使用獨立的齒輪。
開槽的第二止推片21是由鐵磁材料制成的，并且可使磁場產生變化，這種磁場變化可由傳感器元件或探測器22測定的。探測器22最好采用可變磁阻傳感元件或者采用渦流式傳感元件。探測器22與開槽第二止推片21之間的關系顯示在圖4中。圖5是開槽的第二止推片21的局部側視圖，并示出位于齒41之間的槽溝40。
如圖3所示，開槽第二止推片30可任選地包括由探測器22彎折開的齒。這樣做是為在開槽第二止推片30通過探測器22時可以增強磁場的檢測效果考慮的。圖6顯示出探測器22和帶有折彎齒的開槽第二止推片30之間的關系。圖7是圖6是所示開槽第二止推片30的俯視平面圖，并示出折彎的齒50。圖8為示出折彎的齒50的圖7所示開槽第二止推片30的局部側視圖。
有時，止推滾道可能不是由最佳鐵磁材料制造的，而且它的固有尺寸在導致磁場發生變化方面也可能不是最優的。為供傳感器性能而優化止推滾道，可在止推片上嵌以一種具有優良鐵磁特性和適宜尺寸的材料。
本發明人示出和描述了根據本發明的幾個實施例，顯然可以理解到，對于熟習本專業技術的人員來說可對這些實施例作出各種變化和改進。因此，本發明人不希望被限定于所示出和描述的細節，而是希望示出落入權利要求范圍內的所有變化和改進。
權利要求
1.一種用于檢測在動力變速器裝置中一個軸的轉速的推力軸承傳感器，該變速器裝置包括一變速器軸、一變速器殼體和一個配置在圍繞所述變速器軸并且帶有一個設置在一第一止推片和一可相對于該第一止推片作相對轉動的第二止推片之間的推力軸承的推力軸承組件，其特征在于所述第二止推片徑向延伸，以便為所述推力軸承提供一滾道，并且還能以其徑向部分支承著一個用以提供永久磁場的磁場發生裝置；一個傳感器元件設置在用以產生永久磁場的磁場發生裝置的正對面，以便檢測該磁場。
2.如權利要求1所述的推力軸承傳感器，其特征還在于所述傳感器元件是霍耳效應探測器。
3.如權利要求1所述的推力軸承傳感器，其特征還在于提供永久磁場的磁場發生裝置為配置在圍繞所述第二止推片徑向部分的多個永久磁化扇形磁極段。
4.如權利要求3所述的推力軸承傳感器，其特征還在于每一扇形磁極段都有-N極和-S極，該扇形段安排成每一個磁極處在兩個具有與其極性相反的磁極之間。
5.一種用于檢測在動力變速器裝置中一個軸的轉速的推力軸承傳感器，該變速器裝置包括一變速器軸、一變速器殼體和一設置在圍繞所述變速器軸并具有一個設置在一第一止推片和一可相對于該第一止推片作相對轉動的第二止推片之間的推力軸承的推力軸承組件，其特征在于所述第二止推片徑向延伸并且具有設置在圍繞其徑向部分的槽溝;一個傳感器元件設置在所述第二止推片的槽溝的正對面，以便檢測由所述第二止推片感生的磁場，從而可以避免使用獨立的齒輪。
6.如權利要求5所述的推力軸承傳感器，其特征還在于所述第二止推片由鐵磁材料制成。
7.如權利要求6所述的推力軸承傳感器，其特征還在于所述傳感器元件是一個可變磁阻式探測器。
8.如權利要求6所述的推力軸承傳感器，其特征在于所述傳感器元件是一個渦流式探測器。
9.如權利要求5所述的推力軸傳感器，其特征還在于位于圍繞所述第二止推片開槽端的齒是由所述傳感器元件彎折開的。
10.一種用于檢測變速器裝置輸出軸轉速的推力軸承傳感器，該變速器裝置包括一變速器軸、一差速器構件、一差速器傳動機構、一差速器殼、一變速器殼體和一個配置在圍繞所述變速器軸并且帶有一個設置在一第一止推片和一可相對于該第一止推片作相對轉動的第二止推片之間的推力軸承的推力軸承組件，其特征在于所述第二止推片徑向延伸，以便為所述推力軸承提供一滾道，并且還能以其徑向部分支承著一個用以提供永久磁場的磁場發生裝置;一個傳感器元件設置在用以產生永久磁場的磁場發生裝置的正對面，以便檢測該磁場。
11.如權利要求10所述的推力軸承傳感器，其特征還在于所述傳感器元件是霍耳效應探測器。
12.如權利要求10所述的推力軸承傳感器，其特征還在于提供永久磁場的磁場發生裝置為配置在圍繞所述第二止推片徑向部分的多個永久磁化扇形磁極段。
13.如權利要求12所述的推力軸承傳感器，其特征還在于每一扇形磁極段都有-N極和-S極，該扇形段安排成每一個磁極處在兩個具有與其極性相反的磁極之間。
14.一種用于檢測變速器裝置輸出軸轉速的推力軸承傳感器，該變速器裝置包括一變速器軸、一差速器構件、一差速器傳動機構、一差速器殼、一變速器殼體和一設置在圍繞所述變速器軸并具有一個設置在一第一止推片和一可相對于該第一止推片作相對轉動的第二止推片之間的推力軸承的推力軸承組件，其特征在于所述第二止推片徑向延伸并且具有設置在圍繞其徑向部分的槽溝;一個傳感器元件設置在所述第二止推片的槽溝的正對面，以便檢測由所述第二止推片感生的磁場，從而可以避免使用獨立的齒輪。
15.如權利要求14所述的推力軸承傳感器，其特征還在于所述第二止推片由鐵磁材料制成。
16.如權利要求15所述的推力軸承傳感器，其特征還在于所述傳感器元件是一個可變磁阻式探測器。
17.如權利要求15所述的推力軸承傳感器，其特征在于所述傳感器元件是一個渦流式探測器。
18.如權利要求14所述的推力軸承傳感器，其特征還在于位于圍繞所述第二止推片開槽端的齒是由所述傳感器元件彎折開的。
全文摘要
一種變速器軸轉速傳感器，它包括一個霍耳效應傳感元件或可變磁阻傳感元件和一個用以產生永久性磁場的磁場發生裝置，該些裝置結合到一個位于圍繞汽車變速器的差速器殼的推力軸承組件內，從而避免了對變速器本身進行結構上的改動。
文檔編號G01P3/44GK1054316SQ90109108
公開日1991年9月4日 申請日期1990年11月9日 優先權日1990年2月20日
發明者詹姆斯·A·希爾比, 羅伯特·盧戈西 申請人:托林頓公司