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CN101896822A - 磁场传感元件 - Google Patents

磁场传感元件 Download PDF

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CN101896822A
CN101896822A CN2008801205904A CN200880120590A CN101896822A CN 101896822 A CN101896822 A CN 101896822A CN 2008801205904 A CN2008801205904 A CN 2008801205904A CN 200880120590 A CN200880120590 A CN 200880120590A CN 101896822 A CN101896822 A CN 101896822A
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Abstract

本发明涉及一种传感单元(5)，所述传感单元具有至少一个磁场传感元件(6)、至少一个ASIC(7)和至少一个引线框架(24)上的至少一个磁体(9)，其中所有元件都设置在一囊状壳体(20)内，此壳体被一传感器包覆注射件(18)包围，此传感单元要能以较小的尺寸、用较少的费用、同时位置精确地定位在包覆注射模具内。为此按照本发明设想，囊状壳体(20)具有一定数量的在其外观尺寸方面与配设于传感器包覆注射件(18)的注模成型模具相匹配的辅助固定件(22)。

Description

磁场传感元件
技术领域
本发明涉及一种具有至少一个ASIC和在至少一个引线框架上的至少一个磁体的传感单元，其中所有元件都设置在一囊状/密封舱式壳体内，此壳体被一传感器包覆注射件/传感器包覆成型件包围。
背景技术
磁场传感元件的应用领域之一例如是机动车辆，在此领域中其任务是用在空气弹簧中以便在高度测量装置/水平测量装置中确定车辆的高度/水平。对此DE10023622B4介绍了利用永磁体的由磁场传感元件感测到的磁场强度来确定高度/水平。
同样，磁场传感元件也可用于控制通常用在机动车辆中的往复活塞式发动机。DE102005035881A1以及EP1310634公开了利用磁场传感元件来检测凸轮轴的转角位置，由此可算出用于相对于曲轴调整凸轮轴的必需值。
磁场传感元件也可作为安全装置的组成部分用于检测机动车辆的环境。在此，如DE102112483A1中所述，可以摄录和评判包括机动车辆的环境、例如位置固定的物体和/或可运动的物体和/或道路使用者在内的图像信息，其中所述评判可以导致根据机动车辆内的座位占用情况而释放一个或多个气囊。还可和驻车系统相连接。
磁场传感元件例如用于确定轮速，也即车轮的转速。此时它是一种所谓的轮速传感器。
通常通过使用三种元件来确定所述转速：
-带有感应头的传感器
-磁迹(编码器)
-所述两种硬件元件之间的气隙
由其构造方式所决定，磁场传感元件只具有一小的作用范围。因此为了具有良好的功能，磁场传感元件应尽可能靠近进行摄录的磁迹、即所谓的编码器进行定位。
轮速传感器通常与两种不同类型的编码器一起工作：
-铁磁编码器
铁磁编码器影响由传感元件的磁体产生的磁场。
-磁化编码器
磁化编码器产生其自己的磁场。它通常由具有所谓的填充剂的弹性体组成，该填充剂具有20％的铁素体含量。
磁化编码器的优点在于，它可以方便地内置在其他机械部件和/或组件内、优选车轮轴承的密封件内。但是它也可以承担额外的、作为车轮轴承密封件的独立的功能。用于磁化编码器的传感元件由于其工艺而只需小的空间，因此感应头可以特别小。
轮速传感器是公知的，其被包裹的磁场传感元件亦即桥路、芯片、ASIC、磁体、引线框架用环氧树脂包覆注射/包覆成型，并安装在预制的塑料镶装件或塑料-金属镶装件内、亦即所谓的支架内，或安装在一执行所述任务的预包覆注射件内、即所谓的预模制件内，以进行位置精确的定位。
这种支架或预模制件为了带有磁场传感元件(读数头)的传感单元而位置精确地保持在包覆注射模具/包覆成型模具内，以便在包覆注射以形成完工了的传感器时保证传感元件的位置精度。这里传感器在支架保持点区域内的必要的密封性通过用于包覆注射传感单元的塑料材料化合物来实现，以及通过在保持点处形成一定数量的熔化筋来实现。
发明内容
本发明的目的是，提供一种开头所述类型的预制的磁场传感元件，该磁场传感元件能以较小的尺寸、用较少的费用、同时位置精确地定位在包覆注射模具内。
按照本发明，这个目的通过使囊状壳体具有在外观尺寸方面与配设于传感器包覆注射件的注模成型模具相匹配的一定数量的辅助固定件来实现。
本发明有利的设计方案是从属权利要求的内容。
本发明基于这样的考虑，即对于传感元件的最终包覆注射，辅助固定件是必要的，所述辅助固定件通过支撑在用于传感元件的最终包覆注射的模具内来确保传感元件的精确位置。
为了实现尽可能经济的制造，应该节省不必要的中间工步或用于定位被包裹的传感元件的部件。一标准部件、如用于精确定位的支架可以这样来代替，使得通过有利地将一定数量的辅助固定件布置在囊状壳体上而将整个传感单元固定在包覆注射模具内，所述一定数量的辅助固定件包括至少一个用于最终包覆注射的密封元件。
为了在制造传感单元时可以采用不设有辅助固定件的标准部件，从而降低所发生的费用，有利地这些辅助固定件能随后以壳对的方式放在或粘接在囊状壳体上。
为了能对传感单元采用标准部件，进而能节省费用和/或在可能出现的空间问题方面不会与被包裹的传感元件的预定设计相联系，辅助固定件有利地不设置在囊状壳体本身上，而是设置在与囊状壳体连接的引线框架上。
为了在机动车辆中提高磁场传感元件与相配设的电子装置之间的电缆连接装置的寿命，并在很大程度上避免例如在维修时由于拉力载荷或在道路交通中由于外界影响而造成的接触负荷，以及为了提供用于包覆注射的任选固定(装置)，用于传感器插接件销子的连接的电缆和/或引线框架有利地包括一拉力卸载装置，这里它也可以是一做成拉力卸载装置的辅助固定件。
为了能在囊状壳体的覆层与囊状壳体以后的包覆注射物之间实现密封连接，并在接触面上不渗入湿气，对于囊状壳体的覆层和对于传感器包覆注射件有利地采用同样的材料，其中这种材料适宜于是PA(聚酰胺)、PU(聚氨酯)或PBT。
本发明的优点特别在于，囊状壳体可以由内置的辅助定位件、在不用其他辅助结构(所述其他辅助结构可包括附加部件和/或在模具侧的支承元件)或相应的中间包覆注射(件)的情况下直接且位置精确地定位在传感器包覆注射模具中，并因此可以采用尺寸小的传感器。此外，通过内置的辅助定位件还为传感器的密封性提供良好的前提条件，因为传感器通过包覆注射被完全密封，并且被包覆的传感单元与外部包覆注射件的模具轮廓的接触面特别小。因此不需要防潮和/或防污的外部防护装置。还可以不拆除车轮轴承地进行维护和/或修理工作以及进行更换。
附图说明
借助于附图详细说明本发明的一种实施例，附图中示出：
图1以不同的示意图示出常用结构类型的轮速传感器和感应头的结构，
图2以剖视图示出带辅助定位件的(本发明的)传感元件，
图3以剖视图示出所述元件的一种可选布置结构，
图4以剖视图示出引线框架的一种可选固定装置，
图5以剖视图示出带感应头的轮速传感器。
具体实施方式
在所有附图中相同的零部件用同样的附图标记来表示。
图1a)-c)以不同的视图示意性示出常用结构形式的示例性的轮速传感器系统1。在可做成磁化编码器或铁磁编码器的编码器2与感应头4之间存在一气隙8，该感应头4具有传感单元5，该传感单元5包括磁场传感元件6(读数头)和ASIC 7(ASIC＝专用集成电路(英语为application specificintegrated circuit)，一做成集成电路的电子线路)。因为传感单元6仅具有有限的作用范围，所以它应该定位在离磁迹、亦即编码器2尽可能近的地方。
其中在图1a)中举例示出一标准结构形式的感应头4。感应头4包括：带一磁场传感元件6的传感单元5；一定数量的来自/通向磁场传感元件6的导电体12，所述导电体12在一防护罩14中从感应头4中引出；以及一支架16，所述支架16要确保磁场传感元件6在感应头4中的位置精确的定位。
通常做成电缆的导电体12例如通过压接触头10连接在支架16上。由此实现拉力卸载，因为即使在从感应头4中引出的导电体12例如在维护和/或更换时受到拉力载荷的情况下，也不会有力作用在传感单元5上，而是在支架16上便已拦截掉这些力。
传感单元5连同磁场传感元件6、支架16和所述一定数量的导电体12被一包覆注射件18包围，该包覆注射件用于保护感应头4和传感单元5不受潮气和污物的影响。
在将围护材料注入用于包覆注射传感单元5的模具内时，重要的是使传感单元5在感应头4内精确地定位。如图2所示，感应头4固定在支架16上。但是支架16在用于包覆注射的模具中也需要辅助定位件，以保证传感单元5相对于编码器2的位置精度。为此，按照现有技术，支架16在包覆注射期间通过销子19保持，这些销子19在进行包覆注射后拔出。
图2示出传感单元5是怎样在感应头4内定位的。但与在图1a)-c)中所示的现有技术方案不同，这种感应头4已经是按本发明的、具有内置在感应头4内的磁场传感元件6和ASIC 7的方案。
传感单元5位于一囊状壳体20内，传感单元5通常包括一定数量的传感元件、ASIC、引线框架、磁体以及对于一定的应用场合还有电容器，其中此囊状壳体20位置精确地定位在感应头4内，以便为了读数而尽可能最佳地设定位于这里未画出的编码器2与传感单元5的磁场传感元件6(读数头)之间的距离。为此，在壳体20上设置辅助固定件22。辅助固定件22可以被注模成型在囊状壳体20上，亦即在用于制造壳体20的同一道工序中被设置。
作为另一种选择，辅助固定件22也可作为壳对形式的单独的壳体件粘接在壳体20上，或者作为镶装件设置在用于包覆注射传感单元5的注模成型模具内。
为了在机动车辆运行时实现包覆注射件18相对于外部影响的密封性，囊状壳体20连同所设置的辅助固定件22应该用合适的材料、例如用PU进行覆层。这是因为囊状壳体20通常由环氧树脂组成，因此为了实现囊状壳体20与由热塑性材料组成的包覆注射件18之间的密封性，后续的包覆注射需要对囊状壳体20进行覆层。这种覆层优选由与以后的包覆注射件18相同的或比以后的包覆注射件18软的材料组成，从而可以实现这两种材料之间的一种熔接。
此外，包覆注射件18以一在辅助固定件22的外端部与包覆注射件18的边界之间的最多为2/10mm的间隙或以包覆注射件18相对于辅助固定件22的非常小的富余量来这样包围辅助固定件22，使得避免在包覆注射模具闭合时传感单元5受到压力或被压挤。为此也可以将辅助固定件22设置成一锥形的、朝外逐渐变细的形状轮廓，使得对外的接触部位保持尽可能小。这是因为否则强的压挤可能损坏或破坏包覆注射件内部的灵敏的电子装置。
此外，在辅助固定件22与包覆注射模具之间存在间隙时确保，至少在囊状壳体20的一侧上保证包括辅助固定件22的包覆注射在内的完全的包覆注射，并在这个部位通过包覆注射件18实现例如防止潮气侵入的密封性。
在相对的一侧上，辅助固定件22可以通过在包覆注射时在压力作用下引入模具中的包覆注射材料压靠在模具壁上，由此在这个部位可以形成与模具的接触，进而形成不密封部位。因此，对于这种情况，覆层同样是有利的。
用于通过对囊状壳体20的覆层来确保之后的整个构件的密封性的合适的方法可以是：
-通过浸渍或喷涂用PU(聚氨酯)覆层。
-安装PU外壳或软管形式(的外壳)，或
-作为网状物/编织物进行安装，
其中这里未示出使用PU外壳的两种变型，或
-采用以后用于传感单元5的包覆注射件18的材料来代替PU作为覆层材料，例如聚酰胺。
除了设置在囊状壳体20上的辅助固定件22之外或代替设置在囊状壳体20上的辅助固定件22，可以在引线框架24上设置一辅助固定件26。这种辅助固定件26可以作为完工部件被设置或者可以被注模成型、粘接或卡夹上。为此，它可以例如从侧面被套装上。通过将辅助固定件26布置在引线框架24上，即使不具有设置在囊状壳体20上的辅助固定件22，也可以为囊状壳体20选择经济的标准包覆注射。因为引线框架24与传感单元5的囊状壳体20固定连接，所以辅助固定件26满足对于传感单元5在感应头4中的位置精确的定位所需的前提条件。
此外还可设想在引线框架24上的辅助固定件28。辅助固定件28同样可以通过注模成型、粘接或卡夹而安装在引线框架24上，其中优选在一道工序中连同传感单元5一起注模成型。辅助固定件28的几何结构满足两个要求：其一是辅助固定件28成形为具有用于模具销30的接纳部；对于包覆注射过程，辅助固定件28通过所述模具销30位置精确地被保持。模具销30在完成包覆注射后重新拔出。
此外，在进行外部包覆注射后，即使在从感应头4中引出的电缆馈线12和/或引线框架24上受到拉力时，辅助固定件28也确保卸载拉力。即使引线框架24为了连接在机动车辆系统上而配备有一接触插接件，在维护和/或更换时会造成沿引线框架24纵向的拉力和压力载荷，也可以通过形成辅助固定件28而使所述载荷远离传感单元5。
图3示出所述各部件的一种可作为图2中所示布置结构的可选形式的布置结构，其中也可设想其他实施形式或布置形式。
在图4中示出了一种用于布置在引线框架24上的、可代替辅助固定件28的辅助固定件34。在包覆注射模具内设置有凸起32，所述凸起32在包覆注射时在包覆注射件18内造成凹陷部。在图4中所示的辅助固定件34确保通过包覆注射模具的凸起32使引线框架24进而传感单元5定位、并在包覆注射过程中位置精确地横向于引线框架24纵向地被保持。
图5示意示出各个元件的相互作用/配合的关系。感应头4定位成使得它与编码器2通过尺寸合适地选择的气隙8隔开。传感单元5通过辅助固定件22合适地定位在囊状壳体上。引线框架24上的辅助固定件28确保在制造过程中位置精确地定位以及在完工部件上卸载拉力。
然而，在从包覆注射件18中拔出模具销30后，在辅助固定件28与模具销30之间的接触部位处可能形成一不密封性。因此，要通过传感单元5的覆层使所述接触部位实现密封。对于这种覆层没有实现密封的情况，由于引导模具销30而形成的开口40应通过合适的措施来封闭。
附图标记列表：
  1轮速传感器系统   2编码器
  4传感器(感应头)   5传感单元
  6磁场传感元件(读数头)   7ASIC
  8气隙   9磁体
  10压接触头   12导电体
  14防护罩   16支架
  18传感器包覆注射件   19销子
  20囊状壳体   22囊状壳体在Y和Z方向上的辅助固定件
  24引线框架   26引线框架I上的沿Y和Z方向的辅助固定件
  28引线框架II上的辅助固定件   30模具销
  32模具的凸起   34引线框架III上的沿Y和Z方向的辅助固定件
  36无源电子附装部件   38覆层

Claims (13)

1.一种传感单元(5)，该传感单元(5)具有至少一个磁场传感元件(6)、至少一个ASIC(7)和在至少一个引线框架(24)上的至少一个磁体(9)，其中所有元件都布置在一囊状壳体(20)内，所述囊状壳体(20)被一传感器包覆注射件(18)包围，其特征为：
所述囊状壳体(20)具有在外观尺寸方面与配设于所述传感器包覆注射件(18)的注模成型模具相匹配的一定数量的辅助固定件(22)。
2.按权利要求1所述的传感单元(5)，其特征为：所述传感单元(5)的所述辅助固定件(22)成形在所述囊状壳体(20)上。
3.按权利要求1所述的传感单元(5)，其特征为：所述传感单元(5)的所述辅助固定件(22)以壳对的方式置靠在所述囊状壳体(20)上。
4.按权利要求1所述的传感单元(5)，其特征为：所述传感单元(5)的所述辅助固定件(22)以壳对的方式粘接在所述囊状壳体(20)上。
5.按权利要求1至4之至少一项所述的传感单元(5)，其特征为：在至少一个通入所述囊状壳体(20)中的引线框架(24)上设置有一定数量的不与所述囊状壳体(20)连接或设置在所述囊状壳体(20)上的辅助固定件(26、28、34)。
6.按权利要求1至5之至少一项所述的传感单元(5)，其特征为：所述传感单元(5)的所述辅助固定件(22、26、28、34)设计成弹性的。
7.按权利要求1至6之至少一项所述的传感单元(5)，其特征为：在一通入所述囊状壳体(20)中的引线框架(24)上设置一压力卸载装置和/或拉力卸载装置。
8.按权利要求7所述的传感单元(5)，其特征为：所述传感单元(5)的所述拉力卸载装置和压力卸载装置沿X轴方向设置。
9.按权利要求1至8之至少一项所述的传感单元(5)，其特征为：在所述辅助固定件(26、28)的一个或多个上设置一压力卸载装置和/或拉力卸载装置。
10.按权利要求1至9之至少一项所述的传感单元(5)，其特征为：设有所述囊状壳体(20)的覆层。
11.按权利要求10所述的传感单元(5)，其特征为：采用与所述传感器包覆注射件(18)相同的材料作为用于所述囊状壳体(20)的所述覆层的材料。
12.按权利要求5至11之至少一项所述的传感单元(5)，其特征为：设有用于一定数量的辅助固定件(22、26、28、34)的覆层。
13.按权利要求12的传感单元(5)，其特征为：采用与所述传感器包覆注射件(18)相同的材料作为用于所述辅助固定件(20、26、28、34)的所述覆层的材料。
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