带集成电位计的旋转位置传感器

技术领域

本公开总体上涉及位置传感器。更具体地，本发明涉及带集成电位计的旋转位置传感器，该电位计生成代表致动器轴的旋转位置或角位置的信号。

背景技术

旋转致动器具有许多应用。例如，在汽车行业中，旋转致动器可以用在用于切换通过散热系统的流体路径以冷却车辆的各种发热部件的阀中。旋转致动器还可用于控制通过用于加热和冷却车辆乘员舱的通风系统的气流。在上述应用中，电驱动的致动器电机使轴旋转，该轴移动连接到该轴的受控设备的部件。例如，旋转阀可连接到致动器轴以在流体阀的入口和多个出口之间切换流体流。致动器电机被操作以移动旋转阀部件，从而使用从控制电路发送至致动器的控制信号来切换入口与一个或多个出口之间的流体流动。旋转位置传感器可用于产生信号并将其发送回控制电路作为确认致动器位置的反馈。

发明内容

本公开涉及带集成电位计的旋转位置传感器，其生成表示致动器轴的旋转或角位置的信号。

在第一实施例中，公开了一种与旋转轴一起使用的位置传感器。所述位置传感器包括壳体和旋转地安装在所述壳体中的筒体，所述筒体联接到所述旋转轴并且可通过所述旋转轴定位在所述壳体中。电位计部件安装至所述筒体，并且安装至所述壳体的电气子组件电连接到所述电位计部件。

在第二实施例中，公开了一种用于测量旋转轴的位置的组件，所述组件包括：上壳体；下壳体，该下壳体布置成附接到所述上壳体；和筒体，该筒体能旋转地安装至附接后的上壳体和下壳体并联接到所述旋转轴。所述筒体可通过旋转轴定位在附接后的上壳体和下壳体内。电位计部件安装至所述筒体，并且电气子组件安装至所述第二壳体并且电连接到所述电位计部件，所述电位计部件测量所述筒体的位置并作为响应而生成位置信号。

在第三实施例中，公开了一种用于测量旋转轴的位置的旋转位置传感器组件，其包括下壳体和安装至所述旋转轴并放置在下壳体中的筒体。上壳体附接到所述下壳体，从而将所述筒体可旋转地支承在所述上壳体和下壳体之间。电位计部件安装在所述筒体上并可随所述筒体一起旋转。电气子组件安装至所述下壳体并且电连接到电位计部件，当所述筒体由所述旋转轴旋转时，它们一起生成测量筒体的位置的位置信号。

根据以下附图、描述和权利要求，其他技术特征对于本领域技术人员而言可能是显而易见的。

附图说明

为了更完整地理解本公开，现在参考以下结合附图进行的描述，在附图中：

图1是根据本公开的一个实施例的处于未组装状态的带集成电位计的旋转位置传感器的透视图；

图2是根据本公开的一个实施例的处于未组装状态的图1的带集成电位计的旋转位置传感器的透视图；

图3是根据本公开的一个实施例的图2的带集成电位计的旋转位置传感器沿着剖面线B-B的剖视图；

图4是根据本公开的一个实施例的带集成电位计的旋转位置传感器的电气子组件的透视图；

图5是图2的带集成电位计的旋转位置传感器的电气子组件的透视图，其中第一盖部和第二盖部被移除以示出根据本公开的一个实施例的电气子组件的布置；和

图6是根据本公开的另一个实施例的处于未组装状态的带集成电位计的旋转位置传感器的透视图。

具体实施方式

下面讨论的附图以及本专利文件中用于描述本发明原理的各种实施例仅作为说明，不应以任何方式解释为限制本发明的范围。本领域的技术人员将理解，本发明的原理可以在任何类型的适当布置的设备或系统中实施。

本发明的图1-6提供了与机械或电力驱动的旋转装置例如致动器的旋转轴一起使用的旋转位置传感器10。旋转位置传感器10在附接到致动器(未示出)的轴上时用于感测轴的旋转位置或角位置并使用指示其位置的集成电位计来生成电信号。控制电路(未示出)接收位置信号作为确认轴位置的反馈信号。使用旋转致动器的应用的一个示例包括使用电致动器来切换通过阀门的流体流动的旋转阀。阀致动器操作以移动旋转阀部件，从而使用来自控制电路的控制信号来切换通过阀中的多个通路的流体流动。然而，应当注意的是，本发明具有广泛的适用性并且不仅限于刚刚描述的应用。

附图中的图1示出了本公开的示例性的旋转位置传感器10的第一实施例。旋转位置传感器10由具有上壳体15、筒体30、下壳体40和电气子组件50的组件组成。上壳体15、筒体30和下壳体40可以使用适于将使用传感器10的应用的任何热塑性材料作为一体的结构形成。例如，如果传感器用于使用冷却剂流体的热传递应用，则使用耐乙二醇的热塑性材料。

上壳体15的横截面大体上为圆筒形并且包括具有顶部表面17和底部表面18的环形顶部部分14。顶部部分14绕居中地定位的开口19的周缘延伸，该开口19穿过顶部表面17延伸到底部表面18。开口19还包括绕开口19延伸的肩部13。第一弧形外壁26从顶部表面17的外周边缘延伸。第二弧形外壁16从顶部表面17的外周边缘沿着与第一弧形外壁26相对的边缘延伸。弧形内壁28从位于第二弧形外壁16和第一弧形外壁26内侧且位于第二弧形外壁16和第一弧形外壁26之间的顶部部分14的底部表面18延伸。在第二弧形外壁16和第一弧形外壁26的内表面与弧形内壁28的内表面之间限定了空腔29。空腔29穿过上壳体15轴向延伸到开口19。第一弧形外壁26和第二弧形外壁16的下部部分包括延伸穿过每个外壁16和26的闩锁开口27。弧形内壁28包括从该弧形内壁28的外表面延伸的楔形的闩锁构件21。顶部部分14的顶部表面17包括开孔88，用于接纳从中穿过的导线57。

下壳体40的横截面大体上为圆筒形并且包括具有顶部表面47和底部表面45的环形底部部分。底部表面45绕穿过顶部表面47延伸到底部表面45的居中地定位的开口49的周缘延伸。开口49还包括绕开口49延伸的肩部41。第一对弧形外壁47和48从底部部分的顶部表面47的外周边缘延伸。每个外壁47和48都沿底部部分的相对边缘定位。第二对弧形内壁46从位于第一对弧形外壁47和48的内侧并位于第一对弧形外壁47和48之间的底部部分的顶部表面47延伸。外壁48的上部部分包括延伸穿过外壁48的闩锁开口42。外壁47包括开口43，该开口43延伸穿过外壁47并且布置成接纳从中穿过的电气子组件50的多个部分。每个内壁46都包括从每个壁46的外表面延伸的楔形的闩锁构件44。

筒体30包括具有外表面34和内表面33的圆柱形壁32。内表面33包围轴向延伸穿过筒体30的通路81。筒体30包括绕筒体30的外表面34周向延伸的凸起的圆筒形的电位计部件35。电位计部件35位于筒体30上，从而形成上裙部82和下裙部85。电位计部件35的上部部分形成在径向上垂直于上裙部82的上承载表面36。电位计部件35的下部部分形成在径向上垂直于下裙部85的下承载表面37。电位计部件35布置成具有绕其外表面周向附接的导电带和电阻带。这些带包括导电带56和58以及电阻带57。电阻带57经由端部接线55和59电连接到导电带56和58。带56、57和58以彼此间隔开的关系放置在电位计部件上，并通过端部接线55和59相互电连接。导电带56通过端部接线59电连接到电阻带57，而导电带58经由端部接线55电连接到电阻带57。当对导电带56施加正电位并对导电带58施加负电位时，电流将从导电带56和端部接线59经电阻带57和端部接线55流到导电带58。

导电带56和58可以由导电膜形成并使用合适的粘合剂附接到部件35上。类似地，电阻带57可以由电阻膜形成并且也使用合适的粘合剂附接到电位计部件35。端部接线55、59使用任何适当的电桥接技术附接到导电带56和57以及电阻带57，例如，附接金属化膜或使用焊料以在电阻带57与导电带56、58之间形成电桥。带56、57和58以及端部接线59、55也可以通过使用膜沉积工艺将导电墨水和电阻墨水直接沉积在电位计部件35的外表面上而直接形成在电位计部件35上。

参考图1、图4和图5，本公开的电气子组件50包括第一盖部60，第一盖部60具有包括端子安装块54的内表面。端子安装块54布置成接收金属端子触头51、52和53并将其安装在端子安装块54上。端子触头51、52和53各自都包括从平面安装部分72延伸的两端分开的电刷部分71。每个端子触头51、52和53的安装部分72使用桩61附接到端子安装块54，桩61从安装块54延伸并且通过每个安装部分72上的孔74被接纳。通过使每个桩61变形来将每个端子触头51、52和53保持在安装块54上，使用本领域中任何已知的方法使每个桩61在其相应的孔74上方膨胀以使桩61的膨胀材料将安装部分72捕获并保持到安装块54上。在将端子触头安装到安装块54时，电刷部分71定向成向上并远离安装块54。第二盖部68从第一盖部60的一端延伸并且包括通过壁段65形成在其内表面上的线槽。壁段65形成单独的隔室，其容纳导线57并将每一根导线引导至相应的端子触头。通过在每个隔室的底部表面上施加保持材料(例如粘合剂或灌封化合物)并且将每个导线铺设或嵌入在保持材料中，可以将每个导线进一步固定到每个单独的隔室。每一根导线57都使用用于将导线安装至电端子的任何合适的技术(例如压接套筒)连接到单独的安装部分72。第一盖部60还包括一对安装孔62，其延伸穿过第一盖部以将一对桩59接纳在其中，该一对桩59从下壳体的外壁47延伸。第一盖部60和第二盖部68、端子安装块54、桩61和壁段65使用合适的热塑性材料形成。

参考图1-图3，旋转位置传感器10的组装方式如下：将筒体30安装至具有下裙部85的下壳体40中，穿过开口49，直到下承载表面37搁置在肩部41上。当承载表面37搁置在肩部41上时，下裙部85延伸穿过开口49和底部表面45。然后，通过将上壳体15的外壁26和16与下壳体40的内壁46对准来将上壳体15与下壳体40对准。如图1和图3所示，上壳体15的外壁26和16布置成在下壳体40的内壁46上滑动。另外，下壳体40的外壁48在内壁28上滑动，从而将外壁26和16嵌套至内壁46并将外壁48嵌套至内壁28。

将上壳体15推入下壳体40中，直到相应的闩锁开口27与相应的闩锁构件44完成卡扣配合式捕获。类似地，闩锁开口42与闩锁构件21进行卡扣配合式捕获。当完全安装时，筒体30的顶部承载表面36抵靠肩部13的底部表面旋转地移动/行进，而上裙部82抵靠肩部13受到支承。下承载表面37抵靠下壳体40的肩部41的顶部表面旋转地移动，如图3所示。上裙部82将筒体30居中地定位在开口19中。上裙部82延伸穿过开口19，圆柱形壁32被定位成与顶部表面17齐平。每个壁26和16的底部表面搁置在下壳体40的表面47上，而外壁47和48的顶部表面搁靠在上壳体的5的底部表面18上。旋转位置传感器10的组装后的上壳体15、筒体30和下壳体40在图2和图3的剖面图中被示出。

如图2所示，筒体30被定位成能在安装后的上壳体15和下壳体40内沿着轴线A在方向D上自由旋转。例如通过将致动器的轴安装到通路81的内表面33上而施加到筒体30的下裙部85的旋转力将使筒体30随着致动器轴旋转而旋转。还可以通过将下裙部85的外表面34插入到管状轴中来将下裙部85安装到中空或管状轴(未示出)中。在下裙部85上设置有凹口87以接纳从致动器轴延伸的键构件(未示出)。凹口在其中接纳键构件以识别致动器轴上的已知位置。

参考图5，示出了安装到组装好的上壳体15和下壳体40中的电气子组件50。图5示出了盖部60和68被移除以示出电气子组件在外壁47的开口43内的定位。安装块54和端子触头51、52和53穿过开口43朝向电位计部件35的筒体30延伸。每个端子触头51和53的每个电刷部分71与电位计部件35的相应带形成机械接触和电接触。例如，端子触头52的电刷部分71与导电带56形成电接触，端子触头53的电刷部分71与导电带58形成电接触，并且端子触头51的电刷部分71与电阻带57形成电接触。由于每个端子触头51、52和53的电刷部分71被朝向其各自的带偏置，所以电刷部分71将机械弹簧压力施加到带，从而在筒体30旋转时保持端子触头与其相应带之间的一致电连接。具有导线57的第二盖部68安装在靠近内壁46的区域88上。导线57穿过上壳体15离开开孔88。通过使延伸穿过第一盖部60的孔62的桩59变形来将第一盖部60及其附接的第二盖部68保持到上壳体。

电位计部件35的带56、57和58分别与端子触头52、51和53一起起作用，以产生感测旋转轴的位置的角度或旋转电位计。经由电导线57施加至端子触头52、53的直流(DC)基准电压分别经由它们的电刷部分71耦合到导电带56和58。DC基准电压经由如上所述的端部接线55和59电连接到电阻带57。输出电压信号由电阻带57产生，电阻带57经由其电刷部分71电耦合至端子触头51。筒体30的旋转位移引起由两个端部接线55、59之间的端子触头51感测到的电阻值改变。由端子触头51感测到的电阻在电阻带57上的端子触头51的实际位置与电阻值之间具有比例关系。电阻值作为反馈信号输出到控制电路，指示筒体30的位置，并因此指示附接到旋转位置传感器10上的致动器的轴的位置。

参考图6，示出了用于将上壳体15附接到下壳体40上的一个替代实施例。在第二实施例中，多个安装桩120从壁146的顶部表面125延伸出来。与安装桩120轴向对齐的多个安装孔130位于上壳体15的顶部部分16上。安装孔130从顶部表面17穿过顶部部分16延伸到底部表面18。筒体30如上所述安装在下壳体40中并且上壳体15的外壁26和16与下壳体40的内壁146对齐。上壳体15的外壁26和16在下壳体40的内壁146上滑动。另外，下壳体40的外壁48在内壁28上滑动，从而将外壁26和16嵌套至内壁146并且将外壁48嵌套至内壁28。

将上壳体15推入下壳体40中，直到相应的安装桩120被相应的安装孔130接纳并延伸穿过相应的安装孔130。然后使用工具或通过施加热量使安装桩120部分变形，从而将下壳体40附接并保持至上壳体15。接下来可以如上所述安装电气子组件50以完成旋转位置传感器10。

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虽然本公开已经描述了某些实施例和通常相关联的方法，但是这些实施例和方法的变更和排列对于本领域技术人员来说将是显而易见的。因此，以上对示例性实施例的描述不限定或限制本公开。在不脱离通过所附权利要求限定的本公开的精神和范围的情况下，其他变更、替换和变化也是可能的。