转动计数器和旋转角度的感测制造技术

本公开涉及转动计数器和旋转角度的感测。提出了一种离轴计数器，该离轴计数器被布置为以整数为模来对围绕旋转轴线旋转的磁场源的磁极进行计数。此外，提供了一种旋转角度感测设备和一种用于确定旋转角度的方法。设备和一种用于确定旋转角度的方法。设备和一种用于确定旋转角度的方法。

【技术实现步骤摘要】
转动计数器和旋转角度的感测


[0001]本公开涉及转动计数器和旋转角度的感测。

技术介绍

[0002]在很多应用中，不能出于角度测量的目的而直接访问轴的末端。作为一种解决方案，可以通过测量X-Y(X-Z或Y-Z)分量来使用磁性3D传感器。传感器位于轴外(也称为“离轴”)，即不在轴的旋转轴线上。轴本身具有磁性编码器，该磁性编码器具有至少两个磁极(一个称为N，另一个称为S)。请参考[2018年7月31日的英飞凌的应用指南的“Out of Shaft with magnetic 3D sensor”，其可在以下网址公开获取：https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-Out_of_Shaft-AN-v01_00-ZH.pdf？fileId＝5546d46265257de801653898ba536074]。
[0003]US 2015/0137797 A1公开了一种离轴磁场角度传感器。

技术实现思路

[0004]目的是改进用于感测例如轴的旋转角度的现有解决方案，并且特别是能够对旋转圈数进行有效计数。
[0005]这是根据独立权利要求的特征来解决的。其他实施例由从属权利要求得出。
[0006]本文中提出的示例可以特别地基于以下解决方案中的至少一种。可以利用以下特征的组合来达到期望的结果。该方法的特征可以与设备、装置或系统的任何(一个或多个)特征进行组合，反之亦然。
[0007]提供了一种离轴计数器，该离轴计数器被布置为以整数为模来对围绕旋转轴线旋转的磁场源的磁极进行计数。
[0008]离轴计数器可以是离轴角度传感器、通轴角度传感器或旋转角度传感器，或者是其一部分。
[0009]注意，“模计数”是指在计数时应用模运算：离轴计数器(也称为转动计数器或磁极计数器)具有预定义的数字范围，例如从0到最大值(或数字)TC
max-1，并且它可以从0(或任何值<TC
max
)到TC
max-1进行计数；如果计数器示出值TC
max-1并且随后的待计数的磁极通过，则计数器随后将产生值0，即递增TC
max-1得出计数范围的第一值。因此，转动计数器以TC
max
为模进行计数。
[0010]计数器也可以反向计数。在这种情况下，在值0之后为值TC
max-1。
[0011]模运算示例性地缩写为术语“mod(a，b)”，其中a是要进行“模b”计数的计数值(例如，“TC”)(b是例如极对的数目P)。例如：mod(4，5)＝4；mod(4，4)＝0；mod(4，3)＝1。
[0012]离轴计数器可以特别地用在磁场角度感测系统中，特别是通轴磁角度系统，其中磁场源耦合到轴并且随轴旋转。感测系统可以另外包括布置在与旋转轴线同心的圆上(也称为读取圆)的至少一个感测元件(传感器)。如果使用若干感测元件，则它们优选地可以彼此间隔开，使得它们可以基本上均匀地分布在该读取圆上。
[0013]至少两个感测元件可以在传感器封装中组合在一起，使得传感器封装确定两个非平行的磁场分量。每个传感器元件可以是以下中的一项：AMR(各向异性MR)传感器、GMR(巨型MR)传感器、TMR(隧道MR)传感器、霍尔板或垂直霍尔效应器件。
[0014]可以选择将转动计数器与若干感测元件之一集成在一起，其中该感测元件仅检测单个磁场分量。在读取圆周围可以布置有其他感测元件(如本文中所述)，该其他感测元件可以用于(至少一次)检测其他非平行磁场分量。
[0015]换言之，可以选择将转动计数器与检测两个非平行的磁场分量之一的磁感测元件定位在一起。然而，该检测到的磁场分量有益地提供旋转磁场，该旋转磁场允许转动计数器进行如本文中描述的计数。
[0016]而且，可以提供一种电路系统，该电路系统耦合到至少一个感测元件和离轴计数器，并且被配置为提供通过组合来自至少一个感测元件和离轴计数器的信号而确定的指示磁场源(例如，环形磁体)围绕旋转轴线的旋转位置的信号。
[0017]本文中描述的解决方案特别地允许一种成本高效的方法来高精度地确定(例如，轴的)角位置，以在高转速下提供系统的高稳定性，并且针对磁场源的不同直径灵活地缩放磁场。
[0018]根据一个实施例，磁场源能够机械地耦合在轴上，特别是固定在轴上，并且磁场源包括以下中的至少一项：
[0019]-永磁体；
[0020]-环形磁体；
[0021]-注塑铁氧体。
[0022]根据一个实施例，整数是可编程的。
[0023]因此，该整数可以在制造包括计数器的芯片之后设置或重置。这可以经由例如EEPROM等存储器来实现，或者经由可以设置为低或高的专用引脚(计数器或包括计数器的设备的引脚)来实现。作为备选，至少一个电阻器可以连接到引脚，从而允许芯片检测电阻值并且基于该电阻值来设置整数。
[0024]根据一个实施例，磁场源是多极磁体。
[0025]多极磁体可以特别地具有环形或甜甜圈形状，并且可以围绕可旋转轴机械地耦合，其中该轴围绕旋转轴线旋转。
[0026]在磁场源包括偶极磁体的情况下，所生成的单个信号的整个周期可以对应于轴的为360
°
的旋转。在磁场源包括P个极对的情况下，则每360
°
旋转将生成P个完整周期。
[0027]根据一个实施例，该整数等于多极磁体的极对的数目P的整数倍。
[0028]根据一个实施例，多极磁体是环形磁体或甜甜圈形磁体，并且其中多极磁体的磁极布置在环形磁体的底部或顶部处的平面或弯曲表面上。
[0029]根据一个实施例，多极磁体是环形磁体或甜甜圈形磁体，并且其中多极磁体的磁极布置在环形磁体的弯曲表面上。
[0030]注意，环形磁体或甜甜圈形磁体可以包括具有矩形、圆形或椭圆形轮廓的任何环形结构。另外，轮廓的至少一个边缘可以是直的或弯曲的。
[0031]因此，转动计数器的芯片的主表面可以垂直于多极磁体的半径矢量，多极磁体的磁极在平坦表面上。如果磁体具有圆形或环形形状，则平坦表面可以是圆形表面。
[0032]作为备选，转动计数器的芯片的主表面可以垂直于多极磁体的旋转轴线，多极磁体的磁极在弯曲表面上。
[0033]在两个变体中，芯片可以有利地位于磁极附近；芯片不在旋转轴线上，而是在半径与磁体的平均直径相当的读取圆上。
[0034]根据一个实施例，计数器被实现为芯片上或封装中系统，特别是与一个附加感测元件相邻的系统。
[0035]根据一个实施例，计数器布置在与旋转轴线同心的圆上。
[0036]根据一个实施例，计数器包括具有磁化图案(pattern)的微磁环路结构，其中微磁环路结构被布置为监测投射在微磁环路结构的主表面上的磁场。
[0037]注意，微磁场环路结构的磁化图案通过磁场、特别是通过磁场源的所施加的磁场而旋转。
[0038]根据一个实施例，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种离轴计数器，被布置为以整数为模来对围绕旋转轴线转动的磁场源的磁极进行计数。2.根据权利要求1所述的计数器，其中所述磁场源能够机械地耦合在轴上，特别是固定在轴上，并且所述磁场源包括以下至少中的至少一项：-永磁体；-环形磁体；-注塑铁氧体。3.根据前述权利要求中任一项所述的计数器，其中所述整数是可编程的。4.根据前述权利要求中任一项所述的计数器，其中所述磁场源是多极磁体。5.根据前述权利要求中任一项所述的计数器，其中所述整数等于所述多极磁体的极对的数目P的整数倍。6.根据权利要求4或5中任一项所述的计数器，其中所述多极磁体是环形磁体或甜甜圈形磁体，并且其中所述多极磁体的磁极布置在所述环形磁体的底部或顶部处的平面或弯曲表面上。7.根据权利要求4或5中任一项所述的计数器，其中所述多极磁体是环形磁体或甜甜圈形磁体，并且其中所述多极磁体的磁极布置在所述环形磁体的弯曲表面上。8.根据前述权利要求中任一项所述的计数器，其中所述计数器被实现为芯片上或封装中系统，特别是与一个附加感测元件相邻的系统。9.根据前述权利要求中任一项所述的计数器，其中所述计数器布置在与所述旋转轴线同心的圆上。10.根据前述权利要求中任一项所述的计数器，其中所述计数器包括具有磁化图案的微磁环路结构，其中所述微磁环路结构被布置为监测投射在所述微磁环路结构的主表面上的磁场。11.根据权利要求10所述的计数器，其中所述微磁环路结构是在XMR设备的层上的环路结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：U，
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：