集成有轴的角度传感设备制造技术

本发明专利技术涉及集成有轴的角度传感设备。传感器布置包括传感器元件和磁体模块。传感器被配置成测量磁场，并且定位于轴内。该轴被配置成对磁体模块和传感器元件进行屏蔽。磁体模块被配置成生成磁场。传感器元件至少部分地定位于轴内。

Angle sensing device integrated with shaft

The invention relates to an angle sensing device integrated with a shaft. The sensor arrangement includes a sensor element and a magnet module. The sensor is configured to measure the magnetic field and locate in the shaft. The shaft is configured to shield the magnet module and the sensor element. The magnet module is configured to generate a magnetic field. The sensor element is at least partially fixed in the shaft.

【技术实现步骤摘要】
集成有轴的角度传感设备相关的申请本申请是2014年9月2日提交给美国专利商标局的美国专利申请US14/474638的部分的继续，该申请整体地并入于此。本申请还是于2015年7月29日提交的题为“MagneticFieldSensor(磁场传感器)”的美国专利申请序号14/812,907的部分的继续，该申请是于2014年5月29日提交的题为“Magnetic-FieldSensor(磁场传感器)”的序号14/290,780的部分的继续，该申请是于2008年5月30日提交的题为“Magnetic-FieldSensor(磁场传感器)”的美国专利申请序号12/130,678的分案申请，该申请要求于2007年5月30日提交的德国专利申请号102007025000.4的优先权，该申请的所有由此通过引用并入于此。
技术介绍
传感器被用在传感系统中以检测特性，诸如光、温度、运动等等。常用的一种类型的传感器是基于磁场的角度传感器。该角度传感器测量磁场方向，并且基于磁场方向计算角度。其它的磁敏感传感器测量磁通量密度。但是，这样的基于磁性的传感器对于磁场的干扰是敏感的。许多系统在诸如汽车系统的严酷环境下操作，并且具有可对磁场产生干扰并造成错误的传感器测量结果的部件。所需要的是减轻或避免干扰的技术，以提高磁性传感器的操作，精确性和针对定位公差的鲁棒性。附图说明图1是集成的传感器系统的图，该传感器系统使用磁场而操作；图2是具有空心轴和环状磁体模块的集成有轴的传感器系统的剖面图；图3是具有空心轴和丸(pill)状磁体的集成有轴的传感器系统的剖面图；图4是具有实心轴和环状磁体模块的集成的传感器系统的剖面图；图5是具有实心轴和丸状磁体的集成的传感器系统的剖面图；图6是描绘传感器模块系统的图；图7是图示环状磁体的剖面图，该磁体可用在磁体模块，诸如上述的磁体模块中；图8是图示丸状或柱状磁体的剖面图，该磁体可用于磁体模块，比如，上述的磁体模块；图9是图示操作传感器设备的方法的流程图；图10是结合如本文描述的传感器系统可用的轴的部分的剖面视图；图11A图示用在数值模拟中的情景(scenario)；图11B图示基于图11A所示的情景而计算的模拟的一些结果；图12在剖面视图中图示嵌入到轴中的传感器的布置；图12A图示集成于轴的孔中的传感器的进一步实施例；图12B图示集成于带有套筒的轴的薄壁端部中的传感器的另一实施例；图12C图示如图10、12A和图12B的实施例中那样的轴的可磁化的薄壁端部的饱和(saturation)；图12D图示集成于带有又一套筒的轴的薄壁端部中的传感器的另一实施例；图12E图示集成于带有替代套筒的轴的薄壁端部中的传感器的另一实施例；图13图示针对带有引线的传感器的封装的设置；图14A-14D图示按照本公开的磁体和传感器布置的对称性考虑；图15A-15I图示在轴的端部处的薄壁孔内布置(多个)磁体的各种对称性；图16图示位于孔内的分离式磁体；图17图示磁体，该磁体包括嵌入到轴的孔中的槽；图18图示楔(key)，以使磁体定向位于轴的孔的内部；图19A图示位于轴的孔内的进一步磁体实施例；图19B图示位于轴的锥孔内的又一磁体布置；图20图示位于轴的孔内的另一磁体布置；图21A、21B和21C图示包括磁体布置和传感元件的孔的开口的密封(sealing)；图22A、22B图示Halbach类型磁体布置；图22C图示又一单一非均匀性的磁体布置。具体实施方式现在将参照附图，对本专利技术进行描述，其中，同样的参考标记用于通篇指代同样的元件，并且其中，所图示的结构和设备不必按照比例而绘制。公开了设备、系统和方法，其促进角度传感器，并且减轻磁场中的干扰。诸如汽车系统的严酷环境具有各种部件和条件，其对电子器件、传感器和磁场造成影响。这些干扰可造成错误的测量结果、传感器故障，并要求满足位置公差，以便在传感器的操作中获得某种精度水平。角度传感器通常被关注用于识别围绕轴线的旋转的物体的角位置。在一些应用中，可关注在仅仅180度内即半圈清楚地识别角位置。在其它的应用中，但是，可关注在对应着物体围绕轴线旋转一整圈的360度内清楚地识别角位置。图1是使用磁场而操作的集成的传感器系统100的图。该系统100以简化的形式来提供，以便促进理解。该系统100可被用在严酷环境、汽车系统、车辆系统等等中。该系统100可被制造成一个或多个设备或布置。诸如汽车系统的混合系统具有机械部件和电子部件。机械部件包括引擎、马达、车轮、流体、制动系统、促动器等等。电子部件包括传感器、处理单元、控制单元等等。机械部件可以对电子部件产生干扰。这些干扰包括功率骤增、功率损失、功率轨迹、高功率轨迹、振动、碎屑、金属片/件、流体污染、变速箱油污染(非常有侵害性)、刹车盘清洁剂、冷却液、材料、污垢等等。马达、促动器和其它的部件越多，存在的电流(current)和波动就越多。其它的方法对于干扰是敏感的，并且无法提供针对这些干扰的机构。典型地，角度传感器将跟踪轴线或轴的旋转运动。一个方法是将传感器添设于轴的端部，并且对该传感器进行封装。但是，封装使成本增加，和增加额外的处理，并且要求额外的空间。另外，这样的方法也包括将传感器元件置于轴的端部。这使轴或附着于轴的部件的总体长度增加，其要求额外的车辆/引擎空间。要求额外的安装件、连接器等等，以将传感器安装于该轴的端部。这些部件能够进一步增加所消耗的长度/空间，并且要求甚至更多的车辆/引擎空间。系统100包括可选择的传感器模块102、传感器元件104和磁体模块106。传感器模块102可处于封装的形式，或有助于放置传感器104的任何其它的形式，如在后面进一步说明的那样。系统100可将传感器模块102与形式为外壳、轴或其它的部件的屏蔽罩(shield)集成在一起，以提供自屏蔽。此外，通过集成，与其它的方法相比较，系统100消耗更少的空间。另外，系统100利用自屏蔽，以允许具有较低性能同时提供适合或经选择的精确度的部件。在一些实施方式中，传感器模块102可以是集成的部件，因为传感器模块102集成于外壳或其它的部件中。传感器模块102包括集成的传感器元件104。模块102还可包括功率调节部件、信号发生部件、存储部件等等。尽管没有示出，但可包括其它的部件，该其他的部件包括安装件、紧固件、连接件、壳体等等。在一个例子中，传感器模块102形成于具有引线框架的管芯上。传感器模块102被封闭在使用过模压塑料(overmoldedplastic)的壳体中。引线框架的连接器被提供并且引线框架的连接器提供与传感器模块102的外部连接，如在后面更详细地描述的那样。传感模块可与部件耦合，或合并到部件中，该部件诸如外壳、杆、臂、桥(axle)腿等等。传感器元件104测量磁场的方向或磁场的磁通的方向。然后，元件104或另外的部件基于场方向的测量结果来计算特性，诸如角度或轴位置。传感器元件104被配置成接收电源，提供测量结果，和/或接收控制或校准信息。在一个例子中，单个接口用于电源和传送测量结果。在另一例子中，多个电线或端口用于功率和/或通信。传感器元件104是绝对或360度型传感器，从而表明其可唯一地在整个一圈内以任何角度测量磁通。其具有适合的类型，诸如磁阻或磁敏型元件。磁体模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种传感器布置，包括：可旋转的驱动轴，沿旋转轴线延伸并且包括孔，该孔沿旋转轴线从该轴的第一端面延伸；磁体模块，被布置于该孔内并且与驱动轴耦合，该磁体模块被配置成在该孔内生成磁场；以及传感元件，被配置成响应于驱动轴的旋转感测磁场的旋转。

【技术特征摘要】
2015.07.29 US 14/812907;2016.03.02 US 15/0584971.一种传感器布置，包括：可旋转的驱动轴，沿旋转轴线延伸并且包括孔，该孔沿旋转轴线从该轴的第一端面延伸；磁体模块，被布置于该孔内并且与驱动轴耦合，该磁体模块被配置成在该孔内生成磁场；以及传感元件，被配置成响应于驱动轴的旋转感测磁场的旋转。2.根据权利要求1所述的布置，其中，传感元件具有敏感点，该敏感点被布置于孔内，并且暴露于旋转磁场。3.根据权利要求1所述的布置，还包括密封件，该密封件可与驱动轴耦合，以覆盖该孔，该密封件将布置于孔内部的传感元件与该孔的外部分离。4.根据权利要求3所述的布置，其中，密封件与驱动轴的端部的周面耦合。5.根据权利要求3所述的布置，其中，密封件与驱动轴的第一端面耦合。6.根据权利要求1所述的布置，其中，驱动轴被配置成传输至少数十牛顿米，优选的是几百牛顿米的高转矩。7.根据权利要求1所述的布置，其中，驱动轴被配置成传输旋转运动用于推进车辆。8.根据权利要求1所述的布置，其中，传感元件被实现为包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·艾希里德勒，U·奥瑟莱希纳，P·斯拉马，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE