感应位置传感器、谐振感应位置传感器及谐振转子制造技术

本实用新型专利技术描述了感应位置传感器、谐振感应位置传感器及谐振转子。所述感应位置传感器可包括转子、两个或更多个励磁线圈以及两个或更多个接收线圈。所述线圈中的每一者和所述转子可感应耦合。所述两个或更多个接收线圈可被配置为生成接收到的电压，可通过所述转子的位置的两倍的正弦波形函数估计所接收到的电压。所述感应位置传感器可包括谐振部件。所述谐振部件可连接到所述两个或更多个励磁线圈之一或所述转子。集成电路可被配置为基于所述两个或更多个接收到的电压来确定所述转子的所述位置。

Induction Position Sensor, Resonant Induction Position Sensor and Resonant Rotor

The utility model describes an induction position sensor, a resonant induction position sensor and a resonant rotor. The induction position sensor may include a rotor, two or more excitation coils and two or more receiving coils. Each of the coils and the rotor can be inductively coupled. The two or more receiving coils can be configured to generate the received voltage, and the received voltage can be estimated by a sinusoidal waveform function twice the position of the rotor. The inductive position sensor may include a resonant component. The resonant component can be connected to one of the two or more excitation coils or to the rotor. The integrated circuit may be configured to determine the position of the rotor based on the two or more received voltages.

【技术实现步骤摘要】
感应位置传感器、谐振感应位置传感器及谐振转子相关申请的交叉引用本申请要求以专利技术人JacquesJeanBertin的名义提交于2017年8月22日的名称为“SemiconductorandotherDevices,Apparatuses,Systems,Applications,ProcessesandMethods”(半导体和其他设备、装置、系统、应用、过程和方法)的美国临时申请62/548,941以及以专利技术人JacquesJeanBertin的名义提交于2017年11月2日的名称为“InductivePositionSensor”(感应位置传感器)的美国实用申请15/802,000的优先权。
本文所述的技术整体涉及用于确定物体的角位置和/或线性位置的设备和系统，具体地，涉及感应位置传感器、谐振感应位置传感器及谐振转子。更具体地讲，本文所述的技术整体涉及利用电磁原理(诸如感应)来确定物体的角位置和/或线性位置的电子设备和系统。
技术介绍
位置感测设备(包括感应位置传感器)如今已被广泛使用。各种用途包括但不限于汽车和其他车辆、工厂环境、个人用品等等。感应位置传感器通常用于确定物体诸如制动踏板、节气门等等，下文定义为“目标”的位置。现今，感应传感器通常包括励磁线圈，该励磁线圈被配置为在电流流过该线圈时生成电磁场；接收线圈，该接收线圈被配置为检测由流过励磁线圈的电流在接收线圈中感应的电势、电压；以及转子。转子被配置为基于转子的位置来扰动在接收线圈中感应的电势量。转子通常直接或间接附接到目标，使得当目标的位置改变时，转子的相对位置也改变。转子位置的此类变化继而独特地扰动在接收线圈中感应的电压，使得可基于在接收线圈中感应的电势的变化来确定转子的位置，从而确定目标的位置。简而言之，转子可被限定为通过数学函数(各自为“传递函数”)影响励磁线圈与接收线圈之间的感应耦合。电路连接到接收线圈以基于在接收线圈中感应的相对振幅及其变化来检测和确定转子的相对位置。已知的感应位置传感器的一个示例在美国专利9,528,858中有所描述，该专利以专利技术人JacquesBertin的名义发布于2016年12月27日，并且名称为“InductiveSensor”(感应传感器)，该专利的全部内容以引用方式并入本文。更具体地讲，感应位置传感器通常使用单匝接收线圈，该单匝接收线圈以围绕一个或多个单匝或多匝励磁线圈(统称为“定子”)的旋转对称度进行布置。如例如图1A所示，定子100通常包括具有一个或多个第一回路101a-101n的第一线圈101，以及通常仅具有多匝单回路的第二线圈102。第一线圈101和第二线圈102通常都被牵拉到单层或多层PCB104上。第一线圈101或第二线圈102中的任一者可分别被配置为励磁线圈或接收线圈。如图所示，第一线圈101通常包括被牵拉经过PCB104的一个或多个层的多个回路101a-100n。图1B提供了第一线圈101的回路100a-110n被牵拉于此的PCB106的底视图的表示。第二线圈102可以以顺时针或逆时针图案配置在顶层或第一层、第二层上，或者使用多层PCB104的多个层进行配置。如图1C所示，转子108的普通实施方案通常包括具有与第一线圈101所用的对称度类似的对称度的转子线圈110。转子线圈110通常被牵拉成使得其根据一个或多个传递函数随转子的角位置Θ来影响在第一线圈101与第二线圈102之间生成的互感。图1D中示出了感应位置传感器的电路112示意性表示。电路112包括充当励磁线圈的三个第一线圈101-1至101-3，其中每个线圈具有一个或多个回路(未示出)。第一线圈101-1至101-3通常是对称的，并且通常分别彼此偏置120度，其中每个回路转动90度。第一线圈101-1至101-3连接到交流电源(未示出)，该交流电源依次向这三个线圈中的每一者提供交流电。第一线圈101-1至101-3中的每一者的“接通”和“断开”通常使用已知的设备诸如MOSFET晶体管和振荡器(未示出)来完成。电路112还包括充当接收线圈的第二线圈102，该线圈连接到信号处理器(未示出)。信号处理器被配置为检测由第一线圈101-1至101-3在第二线圈102中感应的电压电势的振幅的变化。基于检测到的振幅及其变化，可确定转子110的相对角位置。更具体地讲，流过第一线圈101-1至101-3的交流电生成第一电磁场，该第一电磁场由第一场线114-1至114-3表示。第一电磁场受到转子线圈110的位置的影响，使得第二线圈102基于第二经调整的电磁场116-1至116-3来感应生成电压电势。转子110对第一电磁场114的影响使得接收线圈102感测第二电磁场116，这通常被定义为可在数学上表示的转子“传递函数”。虽然现今的感应位置传感器一般是可靠的，但与其他部件相比，它们通常需要过多的印刷电路板(PCB)空间。例如，现今的感应位置传感器可利用11mm2。相比之下，处理器可利用少至2-3mm2。现今的感应位置传感器也很复杂，其需要牵拉多个精密回路以形成第二线圈102。牵拉第二线圈需要附加的PCB面积，因此也需要附加的成本。随着处理器成本现在越来越接近传感器成本，需要降低感应位置传感器的形状因数和复杂性。此外，电磁兼容性要求变得越来越严格。然而，在采用常规感应位置传感器时，定子100通常容易生成或接收非期望的电磁发射。例如，当第二线圈102被配置为励磁元件时，其将充当天线并且发射非期望的电磁波。相反，当第二线圈102被配置为接收元件时，其通常容易受到外部电磁干扰的影响。此类干扰可影响传感器的准确性和灵敏性。因此，需要能解决这些和其他需求的感应位置传感器。此类需求通过本公开的一个或多个实施方案来解决。
技术实现思路
本公开的各种实施方案整体涉及感应位置传感器及其制造和使用的系统。根据本公开的至少一个实施方案，感应位置传感器包括励磁元件。励磁元件可包括电源、控制电路以及耦合到电源的第一励磁线圈。该第一励磁线圈可被配置为生成第一电磁场。感应位置传感器可包括第二励磁线圈，该第二励磁线圈耦合到电源，并且被配置为生成第二电磁场。感应位置传感器可包括第三励磁线圈，该第三励磁线圈耦合到电源，被配置为生成第三电磁场。感应位置传感器可包括控制电路，该控制电路被配置为控制来自电源的电流进入且通过第一励磁线圈、第二励磁线圈和第三励磁线圈的一个或多个配对的流动。感应位置传感器可包括转子，该转子被配置为基于目标的当前位置来耦合到第一电磁场、第二电磁场和第三电磁场中的每一者。感应位置传感器可包括接收元件。接收元件可包括信号处理器。感应位置传感器可包括具有第一接收线圈的接收元件，该第一接收线圈耦合到信号处理器，被配置用于第一电磁场、第二电磁场和第三电磁场中的至少一者以感应第一电压。感应位置传感器可包括具有第二接收线圈的接收元件，该第二接收线圈耦合到信号处理器，被配置用于第一电磁场、第二电磁场和第三电磁场中的至少一者以感应第二电压。感应位置传感器可包括具有第三接收线圈的接收元件，该第三接收线圈耦合到信号处理器，被配置用于第一电磁场、第二电磁场和第三电磁场中的至少一者以感应第三电压。感应位置传感器可包括信号处理器，该信号处理器被配置为基于接收到的电压来确定转子的当前位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种感应位置传感器，其特征在于，包括：励磁元件、转子和接收元件，所述励磁元件包括：控制电路、第一励磁线圈、第二励磁线圈和第三励磁线圈，其中，所述第一励磁线圈耦合到电源，被配置为生成第一电磁场；所述第二励磁线圈耦合到所述电源，被配置为生成第二电磁场；所述第三励磁线圈耦合到所述电源，被配置为生成第三电磁场；所述控制电路控制来自所述电源的电流进入且通过所述第一励磁线圈、所述第二励磁线圈和所述第三励磁线圈的一个或多个配对的流动；所述转子被配置为基于目标的当前位置来耦合到所述第一电磁场、所述第二电磁场和所述第三电磁场中的每一者；所述接收元件包括：信号处理器、第一接收线圈、第二接收线圈和第三接收线圈，其中，所述第一接收线圈耦合到所述信号处理器，被配置用于所述第一电磁场、所述第二电磁场和所述第三电磁场中的至少一者以感应第一电压；和所述第二接收线圈耦合到所述信号处理器，被配置用于所述第一电磁场、所述第二电磁场和所述第三电磁场中的至少一者以感应第二电压；所述第三接收线圈耦合到所述信号处理器，被配置用于所述第一电磁场、所述第二电磁场和所述第三电磁场中的至少一者以感应第三电压；并且所述信号处理器基于接收到的电压来确定所述目标的所述当前位置，其中所接收到的电压是所述第一电压、所述第二电压和所述第三电压中的一者或任意组合。...

【技术特征摘要】
2017.08.22 US 62/548,941;2017.11.02 US 15/802,0001.一种感应位置传感器，其特征在于，包括：励磁元件、转子和接收元件，所述励磁元件包括：控制电路、第一励磁线圈、第二励磁线圈和第三励磁线圈，其中，所述第一励磁线圈耦合到电源，被配置为生成第一电磁场；所述第二励磁线圈耦合到所述电源，被配置为生成第二电磁场；所述第三励磁线圈耦合到所述电源，被配置为生成第三电磁场；所述控制电路控制来自所述电源的电流进入且通过所述第一励磁线圈、所述第二励磁线圈和所述第三励磁线圈的一个或多个配对的流动；所述转子被配置为基于目标的当前位置来耦合到所述第一电磁场、所述第二电磁场和所述第三电磁场中的每一者；所述接收元件包括：信号处理器、第一接收线圈、第二接收线圈和第三接收线圈，其中，所述第一接收线圈耦合到所述信号处理器，被配置用于所述第一电磁场、所述第二电磁场和所述第三电磁场中的至少一者以感应第一电压；和所述第二接收线圈耦合到所述信号处理器，被配置用于所述第一电磁场、所述第二电磁场和所述第三电磁场中的至少一者以感应第二电压；所述第三接收线圈耦合到所述信号处理器，被配置用于所述第一电磁场、所述第二电磁场和所述第三电磁场中的至少一者以感应第三电压；并且所述信号处理器基于接收到的电压来确定所述目标的所述当前位置，其中所接收到的电压是所述第一电压、所述第二电压和所述第三电压中的一者或任意组合。2.根据权利要求1所述的感应位置传感器，其中，所述第一励磁线圈、所述第二励磁线圈和所述第三励磁线圈中的每一者以及所述第一接收线圈、所述第二接收线圈和所述第三接收线圈中的每一者环绕定子芯；并且所述第一励磁线圈、所述第二励磁线圈和所述第三励磁线圈中的每一者连接到公共励磁节点，并且被配置为三相电路；并且所述第一接收线圈、所述第二接收线圈和所述第三接收线圈中的每一者连接到公共接收节点，并且被配置为三相电路；所述第一接收线圈在所述定子芯上与所述第一励磁线圈偏置；在所述第一励磁线圈与所述转子之间存在第一励磁互感；在所述第一接收线圈与所述转子之间存在第一接收互感；所述转子在给定时间的位置引起所述第一励磁互感与所述第一接收互感的耦合，所述耦合反映在所述第一电压中。3.根据权利要求1所述的感应位置传感器，其中，所述感应位置传感器包括：第一励磁开关，所述第一励磁开关将所述第一励磁线圈耦合到所述电源；第二励磁开关，所述第二励磁开关将所述第二励磁线圈耦合到所述电源；第三励磁开关，所述第三励磁开关将所述第三励磁线圈耦合到所述电源；第一接收开关，所述第一接收开关将所述第一接收线圈耦合到所述信号处理器；第二接收开关，所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·J·伯廷，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：新型
国别省市：美国,US