角位置测量设备制造技术

本发明专利技术涉及一种角位置测量设备（２０），其包括：磁传感器（１０），所述磁传感器与运动磁性元件（１２）相配合，所述传感器至少包括一个第一磁阻元件组（Ｒ１－Ｒ４）和一个第二磁阻元件组（Ｒ５－Ｒ８），每个磁阻元件组都被配置为适于提供第一和第二测量信号（Ｓｉｎ，Ｃｏｓ）的惠斯登电桥，所述第一和第二测量信号分别与所述运动磁性元件的角位置（α）的两倍的正弦和余弦成比例；以及处理单元，其根据所述第一和第二测量信号提供对应于所述角位置的响应，其特征在于，该传感器被故意地相对于所述运动磁性元件的轴（１４）并且所述运动磁性元件被故意地相对于其旋转轴（３０）偏移如下的偏移值：所述偏移值被故意地选择为使得角测量范围延伸超出１８０°。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使用磁传感器、尤其是基于用于使用磁阻元件测量磁场的技术的传感器来测量运动元件的角位置的领域。更具体而言，本专利技术涉及一种角位置测量设备，该设备包括：磁传感器，所述磁传感器与将被测量旋转角的运动磁性元件相配合，所述磁传感器至少包括一个第一磁阻元件组和一个第二磁阻元件组，每个磁阻元件组都被配置为适于提供第一和第二测量信号的惠斯登电桥，所述第一和第二测量信号分别与所述运动磁性元件的角位置的两倍的正弦和余弦成比例；以及处理单元，其根据第一和第二测量信号提供对应于所述运动磁性元件的角位置的响应。
技术介绍
简单来说，磁阻元件是由于某些铁磁合金的电阻率受外场影响而对磁场敏感的电阻元件。磁阻传感器通常包括磁阻材料层，所述磁阻材料层具有在测量方向上流经所述层的电流，其中所述层被所述层的平面中的外磁场磁化。常规情况下，这些传感器利用称为各向异性磁电阻的公知效应，所述效应发生在铁磁过渡金属、比如镍、钴、和铁中，所述铁磁过渡金属根据在由磁阻材料制成的传感器的敏感元件中流通的测量电流的方向与外磁场的场力线的方向之间的角度产生所述敏感元件的电阻率的变化。所述传感器的敏感元件常常由被安装在测量电桥配置中的磁阻元件、或者磁敏电阻器构成。所述测量电桥被设计为被供电，并且输送某个空载电压。外磁场影响所述电桥的臂并且引起失衡，所述失衡被放大并且被利用。在图1中示意性地示出了这种类型的传感器10。该传感器包括：第一磁阻元件组R1至R4，其被配置为第一惠斯登(Wheatstone)电桥；以及第二磁阻元件组R5至R8，其被配置为第二惠斯登电桥，因此，每个惠斯登电桥都形成用于差分测量由第一和第二磁阻元件组分别提供的信号的装置。所述两个电桥被组装在同一衬底上，并且被定位为彼此成45°。在所述配置中，来自所述两个电桥中的每一个电桥的测量信号都正交，也就是说，其具有90°的相位差。因此，第一电桥提供如下的第一测量电压，其与在所述传感器的容纳所述磁阻元件的面之上旋转的运动磁性元件的磁场的角位置α的两倍的正弦成比例，并且第二电桥提供如下的第二测量电压，其与相同磁场的角位置α的两倍的余弦成比例。因此，来自第一电桥的测量信号为U1sin2α类型，并且来自第二电桥的测量信号为U2cos2α类型。根据所述两个sin2α和cos2α测量信号，处理单元适于通过执行如下类型的计算来找出角度α的值：-->α=12arctan(Asin2αcos2α)---(i)]]>其中A＝U1/U2是所述两个测量信号的两个幅度之比。然而，因子2α意味着所述传感器实际上仅能测量180°的角变化。图2示出使用这样的传感器10来测量运动元件(未表示出)的角位置的角位置测量设备20的实施例，其中所述运动元件机械地耦合到永磁体类型的运动磁性元件12，所述磁性元件12沿着纵轴AA′为平行六面体形状并且在其两个末端分别具有北极N和南极S。所述运动磁性元件12在传感器10处产生磁场H，所述磁场H的场力线h大部分近似地平行于纵轴AA′。所述运动磁性元件绕垂直于纵轴AA′的旋转轴30转动。根据上面解释的原理，通过所述运动磁性元件的纵轴与相同轴的参考位置之间所形成的角度α，所述运动磁性元件的角位置被测量出，其中所述参考位置例如对应于如下初始位置：在所述初始位置中，所述运动磁性元件12的纵轴AA′与传感器10的纵轴XX′平行。所述运动元件以及因此运动磁性元件12相对于初始位置的角位移α实际上产生所述运动磁性元件在传感器10的平面中的场H的相同角位移α，并且根据从所述传感器的被配置为惠斯登电桥的两个磁阻元件组所获得的测量信号可以测量出所述位移。在理想情况下，利用均匀平行磁场来测量所述角度。然而，机械装配公差意味着：所述磁传感器10并未使得能够具有180°的真实测量范围，而是较小的范围、例如被限制在179.8°的较小的范围。首先，实际上这是因为磁体本身不能被精确地定中心在其旋转轴上。于是术语“旋转中心偏移”适用。不能被精确地定中心在磁体的轴(磁体的轴被理解为与所述磁体的纵轴垂直地穿过所述磁体的中心的线)上的传感器也是如此。于是术语“径向偏移”适用。这两种公差导致角误差，这意味着：根据装配，如图2中所述的某些角位置测量设备在实际中将不会使得能够测量180°的位置。此外，另一局限性来源于如下的传感器本身：该传感器具有可高达0.3°的磁滞以及0.1°的最大测量精度。其后果是，对于位于接近于正常使用范围的末端之处的角位置而言、即对于接近0°或180°的角位置而言，误差处于其最大值。例如，对于+0.1°的角位置而言，所述传感器可能指示+180°的位置。总的来说，与装配公差相关联的问题可以通过增大磁体的尺寸来处理。在实践中，磁体变得越大，则偏移效应被越多地减小。然而，这并不解决与传感器本身相关联的问题。在实践中，结果是，图2中所述的现有技术的角位置测量设备通常仅仅在减小的、常规情况下在0至179.8°之间的角范围内被使用，这使得所述设备不能用于需要确定实际上位于0至180°之间、甚至以上的范围内的角位置的某些情况。超出180°，常规情况下使用另一种技术、比如360°霍尔效应。然而，由于体积、成本、以及技术控制的原因，将尤其有利的是：能够保留基于磁阻电桥的传感器来执行较大角范围内的测量。-->
技术实现思路
本专利技术使得能够通过为了减少上述缺点的目的而提供一种角位置测量设备来克服上述缺点，所述角位置测量设备同样符合上面的前序部分中所给出的一般定义，更具体而言，其特征在于，磁传感器相对于运动磁性元件的轴并且所述运动磁性元件相对于所述元件的旋转轴被偏移如下的偏移值：所述偏移值被故意地选择为使得所述磁传感器的角测量范围延伸超出180°。根据本专利技术的设备的优点之一在于，通过使测量范围延伸超出180°，所述传感器未达到其极限值，并且因此就不再存在在所述极限处有180°误差的问题。有利地，该设备包括用于校准由惠斯登电桥所提供的第一和/或第二测量信号的偏移值的装置，所述校准适于至少部分地校正所提供的响应的非线性。根据一个实施例，定义所述传感器与所述运动磁性元件的轴之间的偏移的偏移值被分解成偏移距离值和偏移角值。同样有利地，定义所述运动磁性元件与其旋转轴之间的偏移的偏移值被分解成偏移距离值和偏移角值。在一种优选的实施例中，所述两个惠斯登电桥被彼此成45°地布置在所述传感器的同一衬底上。此外还规定：所述运动磁性元件是环形或平行六面体形状的运动永磁体，该运动永磁体在与所述传感器的安置有磁阻元件的一个面近似平行的旋转平面中转动。本专利技术还涉及一种用于设计角位置测量设备的方法，所述角位置测量设备包括使用磁阻元件的磁传感器，所述磁传感器与在所述传感器之上旋转的运动磁性元件相配合，以便测量分别与所述运动磁性元件的角位置的两倍的正弦和余弦成比例的第一和第二测量信号；以及根据所述第一和第二测量信号计算对应于所述运动磁性元件的角位置的响应，所述方法的特征在于，该方法包括如下步骤，所述步骤在于：故意地一方面使所述磁传感器相对于所述运动磁性元件的轴以及另一方面使所述运动磁性元件相对于所述元件的旋转轴偏移如下偏移值，所述偏移值被选择为使得所述磁传感器的角测量范围延伸超出180°。有利地，所述方法还包括步骤：校本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种角位置测量设备（２０），包括：磁传感器（１０），所述磁传感器与将被测量旋转角的运动磁性元件（１２）相配合，所述磁传感器至少包括一个第一磁阻元件组（Ｒ１至Ｒ４）和一个第二磁阻元件组（Ｒ５至Ｒ８），每个磁阻元件组都被配置为适于提供第一和第二测量信号（Ｓｉｎ，Ｃｏｓ）的惠斯登电桥，所述第一和第二测量信号分别与所述运动磁性元件的角位置（α）的两倍的正弦和余弦成比例；以及处理单元，该处理单元根据所述第一和第二测量信号提供对应于所述运动磁性元件的角位置的响应（Ａｒｃｔａｎ），所述设备的特征在于，所述磁传感器（１０）被故意地相对于所述运动磁性元件的轴（１４）并且所述运动磁性元件（１２）被故意地相对于所述元件的旋转轴（３０）偏移如下的偏移值（Ａｎｇｌｅ＿Ｒ，Ｄｉｓｔａｎｃｅ＿Ｒ，Ａｎｇｌｅ＿Ａ，Ｄｉｓｔａｎｃｅ＿Ａ），所述偏移值被故意地选择为使得所述磁传感器的角测量范围延伸超出１８０°。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】FR 2007-12-19 07088681.一种角位置测量设备(20)，包括：磁传感器(10)，所述磁传感器与将被测量旋转角的运动磁性元件(12)相配合，所述磁传感器至少包括一个第一磁阻元件组(R1至R4)和一个第二磁阻元件组(R5至R8)，每个磁阻元件组都被配置为适于提供第一和第二测量信号(Sin，Cos)的惠斯登电桥，所述第一和第二测量信号分别与所述运动磁性元件的角位置(α)的两倍的正弦和余弦成比例；以及处理单元，该处理单元根据所述第一和第二测量信号提供对应于所述运动磁性元件的角位置的响应(Arctan)，所述设备的特征在于，所述磁传感器(10)被故意地相对于所述运动磁性元件的轴(14)并且所述运动磁性元件(12)被故意地相对于所述元件的旋转轴(30)偏移如下的偏移值(Angle_R，Distance_R，Angle_A，Distance_A)，所述偏移值被故意地选择为使得所述磁传感器的角测量范围延伸超出180°。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，该设备包括用于校准由所述惠斯登电桥所提供的第一和/或第二测量信号的偏移值的装置，所述校准适于至少部分地校正所提供的响应的非线性。3.根据权利要求1或2之一所述的设备，其特征在于，定义所述传感器与所述运动磁性元件的轴之间的偏移的偏移值被分解成偏移距离值(Distance_R)和偏移角值(Angle_R)。4.根据权利要求1至3之一所述的设备，其特征在于，定义所述运动磁性元件与其旋转轴之间的偏移的偏移值被分解成偏移距离值(Distance_...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y蒙特尔，E瑟维尔，
申请(专利权)人：法国欧陆汽车公司，
类型：发明
国别省市：FR