轴外磁性角度感测系统技术方案

在磁体组件以及包括有此类磁体组件的用于检测旋转轴的旋转角度的角度检测系统中，安装在轴上的相应磁体部分具有带有各种对称特征的几何形状和相应磁化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】轴外磁性角度感测系统
本专利技术涉及轴（shaft）外磁性角度感测系统。
技术介绍
在许多应用中，期望通过检测旋转的角度来监测轴或轮轴（axle）围绕该轴或轮轴的纵向轴线（axis）的旋转。已知，使用固定到该轴或轮轴以便与其同步旋转的磁体组件来检测旋转的角度。此类磁体组件产生磁场，所述磁场沿着与该轴或轮轴的旋转轴线同心的圆旋转。为了检测旋转的角度，已知的角度传感器测量磁场分量（例如x-y-分量）并且比较测得的磁场分量来提供旋转角度的值，通常通过使用两个分量的比值的几何函数。因此，角度传感器系统能够根据至少两个磁场分量来唯一地确定在轴线的每个旋转角度位置处的旋转角度（在0°和360°之间），其例如区别于利用例如仅能够确定分数角度量的增量的极轮的速度传感器。在同轴线角度检测系统中，非旋转对称按钮磁体可被放置在轴的端部处。靠近旋转轴线放置的磁性传感器可被用来检测旋转的角度。然而，对于某些应用来说，通常由于空间限制或旋转轴的环境中的其他因素，这种已知布置是不合适的。此外，一个或多个场检测器可能位于旋转轴或轮轴周围在所谓的读取半径（读取圆）上或内，以便检测旋转磁体组件的磁场，并且因此识别旋转磁场在检测位置处的幅度。此类角度传感器被称为“离轴线”角度传感器、或轴外角度传感器，因为传感器元件没有位于轴或轮轴的旋转轴线上。在这两种类型的角度感测系统中，为了检测磁场以及其取向，可使用霍尔探头或磁阻式（MR）传感器。在美国专利号8,779,760中描述了此类传感器的示例。总的来说，已知的离轴线角度检测系统不如已知的同轴线系统那么精确。对同轴线系统来说通常能够以小于1°的误差检测角度，然而已知的离轴线系统通常具有近似5°的检测误差。离轴线系统的较低精度的主要原因是此类系统对制造容差的敏感性。此类制造容差包括几何容差，诸如轴上磁体的位置误差以及读取电路的传感器元件的相应位置，二者都是相对于轴或轮轴的径向位置和倾斜。传感器元件它们自己固有的误差（诸如调零（校准）误差、增益和线性度误差）也可能贡献于较低的精度，以及当在感测布置中使用多个传感器时对于精确地使各个传感器的敏感性彼此匹配的无力。
技术实现思路
为了提供更准确的轴外角度感测，本文中描述的实施例提供供确定可旋转轴的旋转角度使用的磁体组件，包括：第一磁体部分，其被配置成被安装在轴上用于围绕旋转轴线与轴同步旋转；第二磁体部分，其被配置成被安装在轴上用于围绕旋转轴线与轴同步旋转；并且第一和第二磁体部分具有使得在第一和第二磁体部分之间形成径向凹槽的相应几何配置，其中第一和第二磁体部分在几何上被布置成关于垂直于旋转轴线取向的平面镜像对称。第一和第二磁体部分可具有相应的磁化，其组合产生关于垂直于旋转轴线取向的平面镜像对称或镜像反对称的磁场。在第一平面中，该第二磁体部分的几何形状可以是关于该第一平面中的点与第一磁体部分的几何形状中心对称的，其中该第一平面被取向成包括旋转轴线。对于被取向成包括旋转轴线的至少第二平面，第二磁体部分的几何形状可能不是关于第二平面中的任何点与第一磁体部分的几何形状中心对称的，其中第一和第二平面是不同的平面。在一些实施例中，在第一平面中，该第二磁体部分的几何形状是关于垂直于旋转轴线取向的平面与第一磁体部分的几何形状镜像对称的，其中该第一平面被取向成包括旋转轴线。在一些实施例中，第一和第二磁体部分组合产生磁场，以使得在第一和第二磁体部分外面，该磁场包括第一磁场矢量，其在垂直于旋转轴线取向的平面中具有磁场矢量的第一分量的最大幅度，以使得第一磁场矢量的第一分量的幅度是第一磁场矢量的第二分量的幅度的至少10倍，第二分量垂直于第一分量，其中第一分量和第二分量中的一个是在旋转轴线的方向上的分量。该凹槽可包围旋转轴线并且其中凹槽在平行于旋转轴线的方向上的间隔距离变化。当沿着与旋转轴线同心的至少一个圆移动时，该凹槽的间隔距离可连续变化。当沿着至少一个圆移动时，该间隔距离可包括第一局部极大值和第二局部极大值，第一和第二局部极大值关于旋转轴线对径（diametrical）定位。对于第一和第二磁体部分中的至少一个，在平行于旋转轴线的方向上取得的厚度可变化。该凹槽可以是间隙，其中该间隙至少沿着垂直于旋转轴线的平面延伸。根据一些实施例，在被取向成包括旋转轴线的第一平面中，第二磁体部分在第一平面中的点处的磁化关于第一平面中的第一对称点与第一磁体部分在第一平面中的点处的磁化或反向磁化中的一个中心对称。根据一些实施例，该第一磁体部分包括被适配成使轴穿过第一磁体部分的第一通孔，并且该第二磁体部分包括被适配成使轴穿过第二磁体部分的第二通孔。第一磁体部分和第二磁体部分可被配置成被安装在至少部分包围轴的圆周的套筒上。该套筒可包括软磁材料。该套筒可包括用以使套筒的角位置和轴向位置中的至少一个关于轴对准的结构。根据一些实施例，第一磁体部分和第二磁体部分可被配置成彼此邻近接触地安装在轴上由此在轴上形成整体结构，或者在第一和第二磁体部分之间具有间隙的情况下安装在轴上。根据一些实施例，该第一磁体部分具有第一平面以下的第一区段和第一平面以上的第二区段，其中该第一平面被取向成将旋转轴线包括在第一平面内，其中关于第一平面，该第二区段的磁化被取向成与第一区段的磁化镜像反对称。根据一些实施例，磁体部分在垂直于旋转轴线取向的平面中的圆的所有点上产生平行于旋转轴线的磁场。根据一些实施例，磁体部分在垂直于旋转轴线取向的平面中的圆的所有点上产生垂直于旋转轴线的磁场。根据一些实施例，第一和第二磁体部分在围绕旋转轴线的圆的点上产生具有平行于旋转轴线的磁场分量的磁场，其中该磁场在围绕旋转轴线的圆上的点处具有对平行于旋转轴线的分量的方位位置的不为零的一阶导数和对平行于旋转轴线的分量的径向位置的为零的一阶导数。根据一些实施例，第一和第二磁体部分在围绕旋转轴线的圆的点上产生具有垂直于旋转轴线的磁场分量的磁场，其中该磁场在圆上的点处具有以下各项中的一个或多个：-对垂直于旋转轴线的磁场分量的径向位置的为零的一阶导数；-对垂直于旋转轴线的磁场分量的轴向位置的为零的一阶导数；-对垂直于旋转轴线的磁场分量的径向位置的为零的二阶或更高阶导数；以及-对垂直于旋转轴线的磁场分量的轴向位置的为零的二阶或更高阶导数。根据一些实施例，第一和第二磁体部分包括沿着被取向成包括旋转轴线的平面中的同心椭圆路径具有至少四个不同磁化方向的磁化，其中该至少四个不同磁化矢量具有按顺时针次序对准或者按逆时针次序对准的磁化方向。本文中描述的实施例还提供一种供在磁性角度检测系统中使用来确定可旋转轴围绕旋转轴线的旋转角度的磁体组件，该磁体组件包括：第一磁体部分，其被配置成被安装在轴上用于与轴同步旋转；第二磁体部分，其被配置成被安装在轴上用于与轴同步旋转；安装结构，其用来将第一和第二磁体部分安装在可旋转轴上；并且其中第一和第二磁体部分被安装在该安装结构上以使得协作产生磁场，其中至少在沿着且靠近与旋转轴线同心的圆的各位置处，所产生的磁场关于垂直于轴的旋转轴线取向的平面是镜像对称或镜像反对称的。根据一些实施例，该第一磁体部分包括第一磁化且第二磁体部分包括第二磁化，其中在包括旋转轴线的至少一个平面中，关于该至少一个平面中的第一对称点，第二磁化到该至少一个平面中的投影与第一磁化和反向第一磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于供确定可旋转轴的旋转角度使用的磁体组件，包括：第一磁体部分，其被配置成被安装在轴上用于围绕旋转轴线与轴同步旋转；第二磁体部分，其被配置成被安装在轴上用于围绕旋转轴线与轴同步旋转；并且第一和第二磁体部分具有使得在第一和第二磁体部分之间形成径向凹槽的相应几何配置，其中第一和第二磁体部分在几何上被布置成关于垂直于旋转轴线取向的平面镜像对称。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.01.23 US 62/1073011.一种用于供确定可旋转轴的旋转角度使用的磁体组件，包括：第一磁体部分，其被配置成被安装在轴上用于围绕旋转轴线与轴同步旋转；第二磁体部分，其被配置成被安装在轴上用于围绕旋转轴线与轴同步旋转；并且第一和第二磁体部分具有使得在第一和第二磁体部分之间形成径向凹槽的相应几何配置，其中第一和第二磁体部分在几何上被布置成关于垂直于旋转轴线取向的平面镜像对称。2.根据权利要求1所述的磁体组件，其中第一和第二磁体部分具有相应的磁化，其组合产生关于垂直于旋转轴线取向的平面镜像对称或镜像反对称的磁场。3.根据权利要求1或2所述的磁体组件，其中，在第一平面中，该第二磁体部分的几何形状是关于该第一平面中的点与第一磁体部分的几何形状中心对称的，其中该第一平面被取向成包括旋转轴线。4.根据权利要求3所述的磁体组件，其中对于被取向成包括旋转轴线的至少第二平面，第二磁体部分的几何形状不是关于第二平面中的任何点与第一磁体部分的几何形状中心对称的，其中第一和第二平面是不同的平面。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的磁体组件，其中，在第一平面中，该第二磁体部分的几何形状是关于垂直于旋转轴线取向的平面与第一磁体部分的几何形状镜像对称的，其中该第一平面被取向成包括旋转轴线。6.根据权利要求1至5中的任一项所述的磁体组件，其中第一和第二磁体部分组合产生磁场，以使得在第一和第二磁体部分外面，该磁场包括第一磁场矢量，其在垂直于旋转轴线取向的平面中具有磁场矢量的第一分量的最大幅度，以使得第一磁场矢量的第一分量的幅度是第一磁场矢量的第二分量的幅度的至少10倍，第二分量垂直于第一分量，其中第一分量和第二分量中的一个是在旋转轴线的方向上的分量。7.根据权利要求1至6中的任一项所述的磁体组件，其中该凹槽包围旋转轴线并且其中凹槽在平行于旋转轴线的方向上的间隔距离变化。8.根据权利要求7所述的磁体组件，其中当沿着与旋转轴线同心的至少一个圆移动时，该凹槽的间隔距离连续变化。9.根据权利要求8所述的磁体组件，其中当沿着至少一个圆移动时该间隔距离包括第一局部极大值和第二局部极大值，第一和第二局部极大值关于旋转轴线对径定位。10.根据权利要求9所述的磁体组件，其中，对于第一和第二磁体部分中的至少一个，在平行于旋转轴线的方向上取得的厚度变化。11.根据权利要求1至10中的任一项所述的磁体组件，其中该凹槽是间隙，其中该间隙至少沿着垂直于旋转轴线的平面延伸。12.根据权利要求1至11中的任一项所述的磁体组件，其中，在被取向成包括旋转轴线的第一平面中，第二磁体部分在第一平面中的点处的磁化关于第一平面中的第一对称点与第一磁体部分在第一平面中的点处的磁化或反向磁化中的一个中心对称。13.根据权利要求1至12中的任一项所述的磁体组件，其中，该第一磁体部分包括被适配成使轴穿过第一磁体部分的第一通孔，并且该第二磁体部分包括被适配成使轴穿过第二磁体部分的第二通孔。14.根据权利要求1至13中的任一项所述的磁体组件，其中，第一磁体部分和第二磁体部分被配置成被安装在至少部分包围轴的圆周的套筒上。15.根据权利要求14所述的磁体组件，其中该套筒包括软磁材料。16.根据权利要求14或15所述的磁体组件，其中该套筒包括用以使套筒的角位置和轴向位置中的至少一个关于轴对准的结构。17.根据权利要求1至16中的任一项所述的磁体组件，其中第一磁体部分和第二磁体部分被配置成彼此邻近接触地安装在轴上由此在轴上形成整体结构，或者在第一和第二磁体部分之间具有间隙的情况下安装在轴上。18.根据权利要求1至17中的任一项所述的磁体组件，其中该第一磁体部分具有第一平面以下的第一区段和第一平面以上的第二区段，其中该第一平面被取向成将旋转轴线包括在第一平面内，其中关于第一平面，该第二区段的磁化被取向成与第一区段的磁化镜像反对称。19.根据权利要求1至18中的任一项所述的磁体组件，其中磁体部分在垂直于旋转轴线取向的平面中的圆的所有点上产生平行于旋转轴线的磁场。20.根据权利要求1至19中的任一项所述的磁体组件，其中磁体部分在垂直于旋转轴线取向的平面中的圆的所有点上产生垂直于旋转轴线的磁场。21.根据权利要求1至19中的任一项所述的磁体组件，其中第一和第二磁体部分在围绕旋转轴线的圆的点上产生具有平行于旋转轴线的磁场分量的磁场，其中该磁场在围绕旋转轴线的圆上的点处具有对平行于旋转轴线的分量的方位位置的不为零的一阶导数和对平行于旋转轴线的分量的径向位置的为零的一阶导数。22.根据权利要求1至20中的任一项所述的磁体组件，其中第一和第二磁体部分在围绕旋转轴线的圆的点上产生具有垂直于旋转轴线的磁场分量的磁场，其中该磁场在圆上的点处具有以下各项中的一个或多个：-对垂直于旋转轴线的磁场分量的径向位置的为零的一阶导数；-对垂直于旋转轴线的磁场分量的轴向位置的为零的一阶导数；-对垂直于旋转轴线的磁场分量的径向位置的为零的二阶或更高阶导数；以及-对垂直于旋转轴线的磁场分量的轴向位置的为零的二阶或更高阶导数。23.根据权利要求1至22中的任一项所述的磁体组件，其中第一和第二磁体部分包括沿着被取向成包括旋转轴线的平面中的同心椭圆路径具有至少四个不同磁化方向的磁化，其中该至少四个不同磁化矢量具有按顺时针次序对准或者按逆时针次序对准的磁化...

【专利技术属性】
技术研发人员：U奥瑟莱希纳，
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