本发明专利技术描述了一种用于确定旋转轴、特别是旋转电机驱动轴的第一半轴部和第二半轴部之间的相对角位置的传感器装置和方法，该传感器装置包括：具有空间上不同的磁周期的第一磁结构和第二磁结构，其中第一磁结构安装在第一半轴部上，第二磁结构安装在第二半轴部上，使得由第一磁结构和第二磁结构产生和/或影响的相应磁场重叠，相对于旋转轴的旋转运动固定安装的至少四个传感器，使得第一磁结构和第二磁结构产生和/或影响的叠加磁场能够由至少四个固定传感器中的每一个检测，以及电子评估电路，其被配置成从该至少四个传感器中的每一个接收对应于所检测的叠加磁场的测量值，以便根据从至少四个传感器接收到的测量值确定相对角位置。位置。位置。
【技术实现步骤摘要】
确定旋转轴半轴部之间的相对角位置的传感器装置和方法
[0001]本专利技术涉及一种用于确定旋转轴(例如旋转电机驱动轴)的半轴部之间的相对角位置的传感器装置。本专利技术还涉及一种用于确定这种旋转轴的半轴部之间的相对角位置的方法。
技术介绍
[0002]用于确定旋转移动或线性移动的位置指示器的(角)位置的传感器装置通常是已知的，由正弦和余弦形状变化的原始传感器信号表示所要获得的位置信息。可能的实施方式包括例如在空间的适当位置测量永磁体的磁感应场的磁场分量。可以通过对测量的正弦和余弦形状的传感器信号值应用反正切来获得搜索的位置信息。这些先决条件严重地限制了传感器元件和位置指示器的可能布置，并且特别在它们的生产中或传感器芯片和位置指示器的相对定位中需要高精度。
[0003]这些方法的根本问题在于位置指示器和传感器芯片的非理想布置导致原始信号的失真，即这些原始信号不再具有纯正弦和余弦形状，从而导致位置的不准确确定。
[0004]此外，在许多情况下，位置测量装置响应于外部场，例如由载流导体产生的磁场、其他/相邻磁性部件的杂散磁场、地球磁场等。如果没有对策，这些额外的场分量不能与有用的场区分开来，从而外部场限制了位置测量装置的精度。
[0005]此外，位置测量装置的基本挑战是它们的长期稳定性，即，动态系统随时间变化的初始足够精确的校准，例如，通过部件相对于彼此的机械位移，或通过电子传感器特性的漂移。在专利US10,557,722B2中描述了一种用于在正常操作期间确定这种动态物理系统的测量质量容错的装置和方法，可提高了这种测量装置的长期稳定性，该专利通过引用整体结合于本文。其所提出的用于确定位置指示器的位置的解决方案是基于以下发现，即由传感器提供的传感器测量值可以被表示为测量向量，即向量空间中的点，其向量空间的维度对应于传感器的数量，并且在位置指示器的移动(围绕旋转轴的旋转或沿着轴的位移)期间产生的测量向量位于该向量空间中的路径或轨道上。在理想条件下，该轨道可以通过线性映射投影到圆或圆弧上，即位置指示器的每个位置对应于信号向量抽象空间中轨道上的一个点，该点明确地分配给圆或圆弧上的一个点。在非理想条件下，例如位置指示器的非理想特性时，尤其是磁体的情况下，或者传感器寿命的变化或者使用非最佳选择的校准位置，会产生基于圆形形状的映射偏差。线性映射可以表示为矩阵向量运算，并且可以使用线性代数的标准方法来确定。每个测量向量被投影到2分量指针向量上，其尖端近似为圆弧，其中2分量向量的方向对应于位置指示器的位置。
[0006]虽然所提出的解决方案已经能够实现非常令人满意的应用，但是需要进一步提高位置确定的精度，以便能够打开那些要确定的(角)位置非常小的应用(例如电机驱动轴应用)，例如对于大约1
°
到2
°
或更小的角范围和/或对于大约1
°
的几分之一的角分辨率，例如百分之一或更小的分数。
[0007]因此，需要一种用于确定旋转轴的半轴部之间的相对角位置的传感器装置和方
法，该装置和方法的特征在于改进性能，其中性能尤其是基于操作鲁棒性、数值精度、长期稳定性、应用灵活性以及生产/实施容易性和成本的质量进行评估。
技术实现思路
[0008]本专利技术的目的是提供一种用于确定旋转轴(例如旋转电机驱动轴)的半轴部之间的相对角位置的传感器装置和方法，其确保了高操作鲁棒性和长期稳定性，例如对诸如本文提到的噪声、温度和外部场引起的干扰的低敏感性，以及精确的测量结果。此外，该装置和方法应提供故障检测和定量错误检测。例如通过允许使用标准信号处理硬件，使得该装置和方法对不同使用情况和要求的适应性也将得到改善，并且制造和实现的复杂性和成本将被降低。
[0009]本专利技术由独立权利要求限定。从属权利要求定义了有利的实施例。
[0010]应当注意，在下面的描述中列出的各个特征可以以任何技术上有意义的方式彼此组合(也跨越不同的类别，例如装置和方法)，并且示出了本专利技术的进一步实施例。本专利技术的描述还特别结合附图进行了表述和说明。
[0011]此外，应该理解的是，术语“和/或”或表述“至少一个”或“一个或多个”，如果在此使用以组合第一特征和第二特征，应被解释为公开了仅包括第一特征的本专利技术的第一实施例、仅包括第二特征的本专利技术的第二实施例、以及包括第一特征和第二特征的本专利技术的第三实施例。如果列出了两个以上的特征，则它们的任何组合也应被解释为根据本专利技术公开的实施例。
[0012]此外，术语“近似”、“基本上”或“大约”表示本领域技术人员认为正常的公差范围。特别地，前述术语应被理解为包含的最大值+/
‑
20％，优选最大值为+/
‑
10％的参考公差范围。
[0013]将参照特定实施例并参考某些附图来描述本专利技术，但是本专利技术并不由此限定，而是仅由权利要求来限定。
[0014]说明书和权利要求中的术语第一、第二等用于区分相似的元件，而不一定用于描述时间、空间、排序或任何其他方式的顺序。应当理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且这里描述的本专利技术的实施例能够以不同于这里描述或示出的其他顺序操作。
[0015]此外，说明书和权利要求书中的方向性术语，例如顶部、底部、前部、后部、头部、尾部、下部、上部等，是用于参照所描述的附图的方位进行描述的目的，而不一定是用于描述绝对位置。因为本专利技术的实施例的部件可以定位在许多不同的方向上，所以方向术语仅用于说明的目的，而决不是限制性的，除非另有说明。因此，应当理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且这里描述的本专利技术的实施例能够在除了这里描述或示出的其他方向上操作。
[0016]应当注意，权利要求中使用的术语“包括”不应被解释为限于其后列出的装置。不排除其他元件或步骤。因此，它应被解释为指定所提及的该特征、整体、步骤或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整体、步骤或组件的存在或添加。因此，表述“包括特征A和B的装置”的范围不应限于仅由特征A和B组成的装置。这意味着对于本专利技术，装置的唯一相关特征是A和B。
[0017]在整个说明书中提到“一个实施例”或“实施例”意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本专利技术的至少一个实施例中。因此，在本说明书中各处出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定都指同一实施例，而是可以指同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，特定的特征、结构或特性可以以任何合适的方式组合，这对于本领域普通技术人员从本公开中将是显然的。
[0018]类似地，应当理解，在本专利技术的示例性实施例的描述中，出于简化公开内容和帮助理解一个或多个各种专利技术方面的目的，本专利技术的各种特征有时被组合在单个实施例、附图或其描述中。然而，这种公开方法不应被解释为反映了要求保护的专利技术需要比每个权利要求中明确记载的更多的特征的意图。相反，如以下权利要求所反映的，创造性方面少于单个前述公开实施例的所有特征。因此，详细描述之后的权利要求由此明确地结合到该详细描述中，每个本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种传感器装置(1)，用于确定旋转轴、特别是旋转电机驱动轴的第一半轴部(2)和第二半轴部(3)之间的相对角位置所述传感器装置(1)包括：具有空间上不同的磁周期的第一磁结构(4)和第二磁结构(5)，其中所述第一磁结构(4)安装在所述第一半轴部(2)上，所述第二磁结构(5)安装在所述第二半轴部(3)上，使得由所述第一磁结构(4)和所述第二磁结构(5)产生和/或影响的相应叠加磁场，相对于所述旋转轴的旋转运动(6)固定安装的至少四个传感器(HE1、HE2、HE3、HE4)，使得由所述第一磁结构(4)和所述第二磁结构(5)产生和/或影响的所述叠加磁场可被至少四个固定传感器(HE1、HE2、HE3、HE4)中的每一个检测到，以及电子评估电路(7)，其被配置成从所述至少四个传感器(HE1、HE2、HE3、HE4)中的每一个接收对应于所检测的所述叠加磁场的测量值(q)，以便根据从所述至少四个传感器(HE1、HE2、HE3、HE4)接收的所述测量值(q)确定所述相对角位置2.根据权利要求1所述的传感器装置，其中所述旋转轴包括扭转部分(8)，所述扭转部分将两个半轴部(2，3)弹性地互连以用于扭矩传递。3.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其中，所述评估电路(7)还被配置为根据从所述至少四个传感器(HE1、HE2、HE3、HE4)接收的所述测量值(q)来确定所述旋转轴相对于预定旋转参考位置的绝对角位置4.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其中，相对于所述旋转轴的旋转运动(6)固定安装的所述至少四个传感器(HE1、HE2、HE3、HE4)相对于所述旋转运动(6)限定至少一条虚拟感测线(9)，并且其中由所述第一磁结构(4)沿着所述至少一条虚拟感测线(9)产生和/或影响的磁场的傅立叶级数包含至少第一最大谐波，并且由所述第二磁结构(5)沿着所述至少一条虚拟感测线(9)产生和/或影响的磁场的傅立叶级数包含不同于所述第一最大谐波的至少第二最大谐波。5.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其中，所述评估电路(7)还被配置成基于所接收的测量值(q)与预定信号模型矩阵(M)之间的乘积来确定相对角位置或扭矩(T)、或绝对角位置所述预定信号模型矩阵(M)分别表示传感器装置(1)对相对角位置扭矩(T)和绝对角位置的测量过程。6.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其中，所述评估电路(7)还被配置成基于所接收的测量值(q)与预定系数矩阵(E)之间的乘积来确定误差信号(ε)，所述预定系数矩阵表示所述确定的相对角位置或扭矩(T)或绝对角位置或其任意组合的误差。7.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其中，所述评估电路(7)还被配置成接收至少五个传感器信号，并通过计算所述传感器信号不受外部磁场影响的子空间来确定所述相对角位置或所述扭矩(T)、或所述绝对角位置或其任意组合。8.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，...
【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：马格拉布股份公司，
类型：发明
国别省市：
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