磁角度传感器及其系统及检测径向磁化磁体角位置的方法技术方案

本发明专利技术提出了一种磁角度传感系统及检测径向磁化磁体的角度位置的方法。所述磁角度传感系统将磁角度传感器置于磁体轴侧、平行于旋转轴且磁体平面下方某处，其传感平面平行于旋转轴且垂直于轴和传感器之间的半径。传感器芯片内部包括两个空间上互成90°的垂直集成霍尔器件，采用一定的接线方案顺序以产生模拟正弦波的霍尔电压阶梯波形，经过滤波单元和相位检测单元得到该波形的相位，即为所要检测的磁角度位置。所述磁角度传感系统及检测径向磁化磁体的角度位置的方法有效解决了实际应用中有时轴端无法安装角度传感器的问题，实现了更灵活、更便于安装的磁角度传感系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及传感器，尤其但不局限于涉及具有安装于轴侧的传感器的磁角度传感系统。
技术介绍
在许多应用中，需检测圆柱形磁体或环形磁体这种沿径向磁化的磁体的角位置，例如汽车动力系统。图1给出了一项现有技术，涉及沿直径径向磁化的圆柱形磁体10。放置于磁体10中央正下方的磁传感器11用来检测圆柱形磁体10所产生的磁场分量B的角度方位。在这种传感配置中，磁场分量B与磁体10从北极N到南极S的磁化方向完全相反(旋转180度)。因此，通过检测磁体10正下方的磁场分量B的角度方位，与此角度方位相关的磁体10磁化方向也可得到。
技术实现思路
本专利技术的目标之一是为实现更灵活、更便于安装的传感系统而提供的磁角度传感系统及相应的检测方法。为实现上述与其他目标，根据本专利技术一实施例，提供了一种磁角度传感系统，包括：径向磁化的磁体(10)，其所在平面为xy，磁化方向由磁体(10)的北极(N)到南极(S)，北极(N)和南极(S)在平面xy上相反的两端，磁体(10)可绕垂直于平面xy的z轴旋转；磁角度传感器(40)具有一个平行于z轴且垂直于处在z轴与磁角度传感器(40)之间的半径r的传感平面tz′，磁角度传感器(40)同平面xy异面，并检测位于传感平面tz′上平行于z轴的第一检测方向z′的、由磁体(10)所产生的磁场矢量(B)的轴向磁场分量(Bz)，以及检测位于传感平面上垂直于半径r与z轴的第二检测方向t的、磁场矢量(B)的正切磁场分量(Bt)，以提供一个表示磁角位置的角度信号DA。根据本专利技术的实施例，磁角度传感系统(400)进一步包括了实现函数β＝Arctan(Bt/Bz)的计算电路，其中β表示磁角度传感器(40)处的磁场矢量在传感平面tz′上投影的方位角，Bt表示正切磁场分量，Bz表示轴向磁场分量。磁体(10)的角位置α由计算出的方位角β得到。根据本专利技术的实施例，其中磁角度传感器(40、600)包括：第一霍尔器件(61)，检测第一检测方向z′；第二霍尔器件(62)，检测第二检测方向t；第一处理单元(63)耦接到第一霍尔器件(61)和第二霍尔器件(62)，并配置成提供第一角度信号DB，DB表示磁角度传感器(40)处的磁场矢量在传感平面tz′上投影的方位角β；第二处理单元(64)耦接到第一处理单元(63)的输出，并根据第一角度信号DB，提供表示磁体角位置α的第二角度信号DA。根据本专利技术的实施例，其中磁角度传感器(40、600)包括：检测第一检测方向z′的第一霍尔器件(61)，包括两对连接头；检测第二检测方向t的第二霍尔器件(62)，包括两对连接头；电流源(2)，其输出提供一定的电流；滤波单元(F)，具有一个输入和一个输出；接线单元(W)，具有多个耦接到电流源(2)输出端、第一与第二霍尔器件(61、62)的连接头以及滤波单元输入端的节点，其选择性地将第一与第二霍尔器件(61、62)各自的一对连接头耦接到电流源(2)以使得电流流经第一与第二霍尔器件(61、62)，同时将第一与第二霍尔器件(61、62)各自的另一对连接头耦接到滤波单元(F)的输入端以提供第一霍尔电压信号；控制单元，其按照以下方式对接线单元(W)进行控制：一个时间周期Tf内，在第一个0.5Tf的持续时期中，前0.25Tf期间令T1接线方案施于第一霍尔器件，后0.25Tf期间令Z1接线方案施于第二霍尔器件，在紧接着的第二个0.5Tf的持续时期中，前0.25Tf期间令-T2方案施于第一霍尔器件，后0.25Tf期间令-Z2施于第二霍尔器件，这其中-T2、-Z2各自与T1、Z1正交且反向；进一步地，包括输出单元(4)，其耦接到滤波单元(F)的输出端，提供表示磁体(10)角位置的角度信号DA；其中，一个接线方案中一对连接到电流源的连接头在另一个接线方案中连接到滤波单元，这两个接线方案被称作是正交的；一个接线方案中霍尔电压信号同另一个接线方案中霍尔电压信号的方向相反，这两个接线方案被称作是互为反向的。根据本专利技术的实施例，其中输出单元(4)包括：比较器(3)，具有耦接到滤波单元(F)的第一输入端与接地的第二输入端；相位检测单元(5)，具有耦接到比较器(3)输出端的第一输入端(EN)、接收PWM信号的第二输入端(RST)、接收时钟信号的第三输入端(CLK)及提供表征磁体(10)角位置的角度信号DA的输出端。根据本专利技术的实施例，其中相位检测单元(5)包括：锁存电路，具有耦接到比较器输出端的置位输入端，和接收PWM信号的复位输入端，以及输出端；计数器，具有耦接到锁存电路输出端的输入端，以及提供表示磁体(10)角位置的与磁化方向(M)相关的角度信号的输出端。根据本专利技术的实施例，磁角度传感系统(400)进一步包括：第三霍尔器件(131)，其平行于第一霍尔器件(61)且相对于第一霍尔器件旋转了180度，包括两对连接头；第四霍尔器件(132)，其平行于第二霍尔器件(62)且相对于第二霍尔器件旋转了180度，包括两对连接头；第二接线单元(W′)，具有多个耦接到电流源(2)的输出端、第三与第四霍尔器件(131、132)连接头的节点，其选择性地将第三与第四霍尔器件(131、132)各自的一对连接头耦接到电流源(2)以使得电流流经第一与第二霍尔器件(131、132)，第三与第四霍尔器件(131、132)各自的另一对连接头提供第二霍尔电压，施于第三与第四霍尔器件的接线方案和施于第一与第二霍尔器件的接线方案相同；减法单元(5)，具有接收第一霍尔电压信号的第一输入端、接收第二霍尔电压信号的第二输入端以及耦接到滤波单元输入端的输出端。根据本专利技术的实施例，其中第一与第二霍尔器件在某时期内各自连接到电流源的那一对连接头在相应的时期到来之前已经连好，并在此时期内维持连接；同时另一对连接到滤波单元的连接头在此时期内连接，并在该时期之后继续维持连接一小段时间。为实现上述及其他目标，根据本专利技术的实施例，提供了一种用于传感系统的磁角度传感器，所述传感系统包括沿径向磁化的磁体，该磁体可绕垂直于自身所在平面xy的z轴旋转，所述磁角度传感器具有平行于z轴且垂直于处在z轴与磁角度传感器之间的半径r的传感平面tz′，并与磁体所在平面xy异面，包括：第一霍尔器件，检测位于传感平面tz′上平行于z轴的第一检测方向z′的、由磁体所产生的磁场矢量的轴向磁场分量；第二霍尔器件，检测位于传感平面上tz′上垂直于半径r与z轴的第二检测方向t的、磁场矢量的正切磁场分量；以及处理单元，根据轴向磁场分量和正切磁场分量提供表示磁体角位置d的角度信号DA。根据本专利技术的实施例，其中所述第一霍尔器件与第二霍尔器件分别具有两对连接头，所述处理单元包括：电流源，输出端提供一定的电流；滤波单元，具有一个输入端和一个输出端，所述滤波单元根据周期Tf＝1/f滤出基波频率为f的正弦波；控制单元，控制第一接线单元，使得第一与第二霍尔器件各自的一对连接头接收电流，同时第一与第二霍尔器件各自的另一对连接头提供第一霍尔电压信号，所述第一霍尔电压信号传至滤波单元；以及输出单元，输出单元，耦接到滤波单元的输出端，提供表示磁体角位置的角度信号DA。根据本专利技术的实施例，其中所述输出单元包括：比较器，具有第一输入端与第二输入端，所述第一输入端耦接到滤波单元，所述第二输入端接地电位；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁角度传感系统，包括：磁体，沿径向磁化，其所在平面为xy，所述磁化方向由磁体的北极到南极，北极和南极在xy平面上相反的两端，所述磁体可绕垂直于平面xy的z轴旋转；以及磁角度传感器，具有传感平面tz′，所述传感平面tz′平行于z轴且垂直于处在z轴与磁角度传感器之间的半径r，所述磁角度传感器同平面xy异面，检测位于传感平面tz′上平行于z轴的第一检测方向z′的、磁体所产生磁场矢量的轴向磁场分量，以及位于传感平面tz′上垂直于半径r与z轴的第二检测方向t的、磁场矢量的正切磁场分量，以提供表示磁角位置α的角度信号DA。

【技术特征摘要】
2015.09.16 EP 15185514.51.一种磁角度传感系统，包括：磁体，沿径向磁化，其所在平面为xy，所述磁化方向由磁体的北极到南极，北极和南极在xy平面上相反的两端，所述磁体可绕垂直于平面xy的z轴旋转；以及磁角度传感器，具有传感平面tz′，所述传感平面tz′平行于z轴且垂直于处在z轴与磁角度传感器之间的半径r，所述磁角度传感器同平面xy异面，检测位于传感平面tz′上平行于z轴的第一检测方向z′的、磁体所产生磁场矢量的轴向磁场分量，以及位于传感平面tz′上垂直于半径r与z轴的第二检测方向t的、磁场矢量的正切磁场分量，以提供表示磁角位置α的角度信号DA。2.如权利要求1所述的磁角度传感系统，还包括：实现函数β＝Arctan(Bt/Bz)的计算电路，所述β表示磁角度传感器处的磁场矢量在传感平面tz′上投影的方位角，磁体的角位置α由计算出的方位角β得到。3.如权利要求1所述的磁角度传感系统，其中，所述磁角度传感器包括：第一霍尔器件，检测第一检测方向z′；第二霍尔器件，检测第二检测方向t；第一处理单元，耦接到第一霍尔器件和第二霍尔器件，并提供第一角度信号DB，所述DB表示磁角度传感器处的磁场矢量在传感平面tz′上投影的方位角β；以及第二处理单元，耦接到第一处理单元的输出，根据第一角度信号DB，提供表示磁体角位置α的第二角度信号DA。4.如权利要求1所述的磁角度传感系统，其中，所述磁角度传感器包括：第一霍尔器件，检测第一检测方向z′，包括两对连接头；第二霍尔器件，检测第二检测方向t，包括两对连接头；电流源，输出端提供一定的电流；滤波单元，具有一个输入端和一个输出端，所述滤波单元根据周期Tf＝1/f滤出基波频率为f的正弦波；接线单元，具有多个节点，所述节点耦接到电流源输出端、第一与第二霍尔器件的连接头以及滤波单元输入端，所述接线单元选择性地将第一与第二霍尔器件各自的一对连接头耦接到电流源，以使得电流流经第一与第二霍尔器件，同时将第一与第二霍尔器件各自的另一对连接头耦接到滤波单元的输入端以提供第一霍尔电压信号；控制单元，按照以下方式对接线单元进行控制：一个时间周期Tf内，在第一个0.5Tf的持续时期中，前0.25Tf期间令T1接线方案施于第一霍尔器件，后0.25Tf期间令Z1接线方案施于第二霍尔器件，在紧接着的第二个0.5Tf的持续时期中，前0.25Tf期间令-T2方案施于第一霍尔器件，后0.25Tf期间令-Z2施于第二霍尔器件，这其中-T2、-Z2各自与T1、Z1正交且反向；以及输出单元，耦接到滤波单元的输出端，提供表示磁体角位置的角度信号DA；其中，一个接线方案中一对连接到电流源的连接头在另一个接线方案中连接到滤波单元，这两个接线方案被称作是正交的；以及一个接线方案中霍尔电压信号同另一个接线方案中霍尔电压信号的方向相反，这两个接线方案被称作是互为反向的。5.如权利要求4所述的磁角度传感系统，其中，所述输出单元包括：比较器，具有第一输入端与第二输入端，所述第一输入端耦接到滤波单元，所述第二输入端接地电位；锁存电路，具有置位输入端、复位输入端和输出端，所述置位输入端耦接到比较器输出端，所述复位输入端接收PWM信号；以及计数器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端耦接到锁存电路输出端，所述第二输入端接收时钟信号，所述输出端提供表示磁体角位置的角度信号DA。6.如权利要求4所述的磁角度传感系统，还包括：第三霍尔器件，平行于第一霍尔器件且相对于第一霍尔器件旋转了180度，包括两对连接头；第四霍尔器件，平行于第二霍尔器件且相对于第二霍尔器件旋转了180度，包括两对连接头；第二接线单元，具有多个节点，所述节点耦接到电流源的输出端、第三与第四霍尔器件连接头，所述第二接线单元其选择性地将第三与第四霍尔器件各自的一对连接头耦接到电流源以使得电流流经第三与第四霍尔器件，第三与第四霍尔器件各自的另一对连接头提供第二霍尔电压，施于第三与第四霍尔器件的接线方案和施于第一与第二霍尔器件的接线方案相同；以及减法单元，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端接收第一霍尔电压信号，所述第二输入端接收第二霍尔电压信号，所述输出端耦接到滤波单元输入端。7.如权利要求4所述的磁角度传感系统，其中第一与第二霍尔器件在某时期内...

【专利技术属性】
技术研发人员：塞尔吉·雷蒙德，
申请(专利权)人：成都芯源系统有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51