具有贯穿轴的非接触式多圈绝对位置磁传感器制造技术

本发明专利技术涉及绝对位置磁传感器，用于测量穿过所述传感器的轴在行程θ上的角位置，并且包括至少两个检测所述轴的位置的检测系统，其特征在于：所述检测系统中的至少一个检测系统根据以θ／ｎ为周期的“周期”函数来生成给出所述轴的周期性角位置的信号；所述检测系统中的至少一个检测系统生成相对于所述轴的行程θ的绝对信号；θ和ｎ满足关系式：＊θ／ｎ＝３６０，＊ｎ＞１。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有贯穿轴的非接触式多圈绝对位置磁传感器 本专利技术涉及用于大于360°并可达到多圈的角度的磁旋转式位置传感器的领域， 更特别地，涉及用于测量机动车转向柱的角位置的位置传感器的领域，但不限于该应用。对比如车辆稳定性的电子控制(ESP Electronic Stability Program，电子稳定 程序)和电辅助转向(EPS :Electric Power Steering，电动助力转向)等功能来说，转向 柱和方向盘的角位置是必需的信息。还可将转向角进而轮子的信息用于比如转向灯、轨迹 检测、自动停车等附加功能。单圈传感器本身不能检测大多数机动车的方向盘柱(其方向盘必须能够转至少 两圈)的位置。已有的方案可将360°传感器与“最大圈”(toptour)相关联以了解方向盘 处于第几圈(例如W007014599)。但这些系统对在加电压时的初始位置做了假设。随后的 所有位置均与该起始位置有关。因此问题在于该初始位置在每次重新合上机动车开关时都 要重新定义。这就是说如果该系统没有存储方向盘角的最后位置的存储器，或者如果在所 述触点被断开时该角度有变化，则在合上触点时所指示的角度将是错误的。另外，针对方向盘柱应用的标准非常的严格。事实上该应用需要能够以小于 +/-2°的精度和小于0.1°的分辨率达到+/-720°甚至+/-1440°的量程的绝对传感器。为此，存在用于测量角度的各种绝对多圈方案，这些方案使用了多种技术电位测 量、光学、感应或者磁性技术等。例如在专利EP1219527或US6848187中描述的光学方案较为复杂昂贵，并可能由 于其与环境条件和温度条件不兼容而显得与马达舱中的装配不兼容。从在转向柱上展开和调整的角度看，感应方案非常昂贵(US6384598)。电位测量方案具有主要在成本和简单性上的显著优势。在现有技术中已知例如专利US5200747，该专利介绍了一种由两个360°电位测 量传感器构成的绝对多圈传感器。第一电位计用于测量旋转构件的从0°到360°的旋转 角，第二电位计用于确定旋转构件完整旋转的圈数。第二电位计的转子被“单齿轮+小齿 轮”系统带动，其中单齿轮连接到第一电位计。每当第一电位计转了完整一圈时，单齿轮唯 一的齿与小齿轮(称作“日内瓦”轮)啮合，小齿轮使第二电位计的转子旋转预定的角度。第 二电位计的位移因此是增量的，并且在第一电位计的每圈中第二电位计的位置也有增量。 通过确定两个电位计的输出，可以确定旋转构件的绝对角度。可注意到该方案的两个主要缺点。第一个是所提出的方案的实现在电位计的轨道 和触点之间有摩擦，这缩短了传感器的使用期限。另外，所述轨道在与粉末、油或其它流体 接触时可能受损。第二个主要缺点是第二电位计的增量特性。在第一电位计有故障的情况 下，第二电位计不能检测旋转构件在一圈中的位置(即使粗略地检测也不行)，也不能检测 第一电位计的失效。在现有技术中还已知根据两个旋转传感器的连续相位差来计算旋转构件的绝对 位置的非接触式磁性方案，例如在专利申请US2005000288286、JP2006119082、US6941241、 US5930905、US6466889中描述的那样。这些传感器的原理是一样的它们由连接到方向盘 柱的齿轮构成，所述方向盘柱带动每个都与磁体相连的齿数稍微不同的两个小齿轮。由磁敏探测器来检测每个磁体的旋转，然后用算法来对相位差信号进行处理。所测量的绝对角 度的精度因此取决于源自两个不同的传感器的两个信号的差还有计算的算法。为得到单一 测量值而对两个信号做减法是很大的缺点。与仅采用两个传感器之一的精度相比，这降低 一半的精度。两个传感器之一的最小误差、最小机械相位差、小齿轮之一的最小游隙导致了 角度测量的误差。另外，需要非常完善的算法以便计算旋转构件的绝对角度。与旋转构件的周期(360° )相比，每个信号的周期都极短。这意味着仅取自两个 传感器之一的信号无论如何也无法得出旋转构件的位置的即使粗略的信息。在不能通过使 用另一传感器的信号诊断出传感器的故障的情况下，这是个问题。在现有技术中已知描述了一种力矩和绝对多圈位置传感器的申请 W02005/076860，其中对旋转构件的位置的测量根据专利US5200747的原理，即位置的测量 通过下述两个传感器的偏差来实现直接连接到旋转构件的360°传感器和由日内瓦轮带 动的第二增量传感器。与专利US5200747的不同在于所采用的传感器不是电位测量的而是 非接触磁性的。两个传感器中的每个都具有环状磁体和两个间隔90°的磁敏部件(所述磁 敏部件测量由所述磁体产生的场的径向分量)，并且生成在解码后用于检测在360度上的 位置的两个正交正弦信号。该专利解决了专利US5200747的触点的问题，但前述与增量原理有关的缺点仍没 有得到解决。另外，该方案的另一缺点是具有两个探测器，这可能引起由于一个探测器相 对于另一个探测器的错误放置而导致的测量误差。此外，空间上岔开90°的两个集成电路 的存在增加了传感器的最终成本，这是因为印刷电路的表面可能很大并且增加了连接的数量。与使用增量有关的同样缺点存在于专利EP0699151中，其中粗略信号仅用3位编 码，这限制了圈传感器的精度，而且圈传感器是由不少于3个的霍尔(Hall)探测器实现的。在现有技术中还已知专利申请W007057563，该专利申请描述了一种360°旋转位 置传感器，并采用磁敏探测器以便确定基本在直径方向磁化的环状或盘状磁体的角位置。 在该专利中，对由磁体生成的磁场的方向敏 感的探测器被放置在磁体的外部，因此允许获 得例如用于测量转向柱的旋转角度的贯穿轴旋转传感器。另外，在该申请中描述了使用与 运动减速有关的传感器，以便在传感器处使多圈旋转简化为少于或等于一圈的旋转(参见 图2)。该方案的主要缺点在于采用减速比n，这降低了分辨率和相应地降低了精度，从而可 能不足以用于比如精度和分辨率很高的转向柱等应用。本专利技术提出了通过使用两个非接触式360°传感器以实现绝对多圈传感器，来解 决以上提到的问题。第一非接触式传感器用于测量旋转构件的从0°到360°的旋转角，并 且第二传感器用于确定旋转构件完整旋转的圈数。在所述两个传感器之间集成了减速比为 η的连续减速机械系统。减速器的输入轴连接到第一传感器，而第二传感器的转子连接到减 速器的输出轴。每当第一传感器转了完整一圈，第二传感器仅转1/η圈。第二传感器允许 获得对总绝对角的具有有限精度和分辨率的测量，但第一传感器通过允许改善第二传感器 的测量并因而获得在360°上的非常精细的精度和分辨率来解决该问题。另外，在第一传感 器有故障的情况下，第二传感器仍然允许检测(分辨率降低到η分之一)旋转构件在旋转 中的位置并检测第一传感器的失效。以下描述的方案因此允许提高测量的可靠性，同时优选地使其适合各种几何配置(2圈传感器、3圈传感器等，无论圈数是多少都具有同样的精度和分辨率)，尤其在具有贯穿轴的设备的情况下。本专利技术可按照优选的配置使用在申请W02007/057563中所描述的类型的两个传感器。第一传感器(称作主传感器)测量方向盘在360°的行程上的角度，并发送与该行 程上的该角度成比例的信号。对于较大的角，所发送的信号与针对“该角度模3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种绝对位置磁传感器，用于测量穿过所述传感器的轴在行程θ上的角位置，并且包括至少两个检测所述轴的位置的检测系统，其特征在于：－所述检测系统中的至少一个检测系统包括进行连续运动转换的机械系统，该机械系统的输入轴与所述轴连接，所述至少一个检测系统根据以θ／ｎ为周期的“周期”函数来生成给出所述轴的周期性角位置的信号；－所述检测系统中的至少一个检测系统生成相对于所述轴的行程θ的绝对信号；－θ和ｎ满足关系式：＊θ／ｎ＝３６０＊ｎ＞１。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：扬妮克罗纳，杰拉尔德马松，
申请(专利权)人：移动磁体技术公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]