对外场不敏感的角或线性磁位置传感器制造技术

本发明专利技术涉及角或线性磁位置传感器，该传感器包括由至少一个磁体（１）、至少四个磁敏部件（２，３和４，５）以及至少一个处理电路（６）构成的移动部件，其中磁体（１）的磁化方向在由磁体的位移方向和法向方向所确定的平面内沿所述位移方向线性地变化，处理电路发送根据移动部件的绝对位置的信号，其特征在于第一对磁敏部件（２，３），相应的（４，５），均位于同一点，而第一对磁敏部件（２，３）与第二对磁敏部件（４，５）沿位移方向在空间上错开，以及在于，磁敏部件（３和５）测量磁场的切向分量，而磁敏部件（２和４）测量磁场的法向分量，以将所述分量两两代数组合后提供两个电相位差为９０°的基本上为正弦的信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】对外场不敏感的角或线性磁位置传感器本专利技术涉及用于可达360°或更大的角度和可达几百毫米的位移的磁旋转和线性 位置传感器领域，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。基于磁场检测角度或位移的非接触式传感器有很多优点1.与移动部分无机械接触，因而无磨损，2.对污垢不敏感，3.造价低，4.寿命长。现有技术中已知描述一种旋转传感器(附图说明图1和2)的专利EP1083406，该旋转传感 器具有环形磁体和测量该磁体所生成的磁场的径向分量的两个磁敏部件，并通过积分产生 用以在解码后在360度范围内检测位置的两个正弦信号。这种方案的缺陷在于其对外场的影响很敏感。事实上，在探头所在平面内的任何 外场都将引起相当大的非线性误差。现有技术中已知本申请人的描述一种位置传感器(图3和4)的专利W007057563， 该位置传感器允许使用在径向磁化的环状或盘状磁体的旋转轴外基本上在唯一一点测量 到的磁场的两个分量(径向和切向或者轴向和切向)，以获知其角位置，即使该角度并不与 磁场的角度一致。磁体所生成的磁场的径向分量和轴向分量为两个同相的正弦信号，而切 向分量是与磁场的其它两个分量有90度的相位差的正弦(见图4)。因此可以使用相差为 90度的一对磁场分量(径向和切向或者轴向和切向)来对磁体的角度进行解码。基于这两 个分量(这两个分量的幅值一般说来是不同的)对磁体的角位置进行的解码需要将所用的 这两个分量归一化，以能够计算反正切，从而推导出角度。现有技术中还已知本申请人的描 述一种旋转和线性位置传感器的PCT专利W027099238，该旋转和线性位置传感器使用与前 述360°传感器一样的原理。其使用在磁化方向沿着位移连续变化的条状或蹄状磁体所生 成的磁场的的基本上在同一点测量到的两个分量(法向和切向或者轴向和切向)。这两种方案的缺陷在于对所有的外场的影响都很敏感。可以对这样的传感器进行 屏蔽，但这要增加附件，从而使造价提高且传感器的尺寸增大。此外，在两个分量间施加增 益可能产生问题(由温度导致的探头噪声)，并且径向磁化(在360°传感器的情况下)并 非易事且可能引起谐波误差。事实上，360°传感器的性能(输出信号的线性)直接取决于 径向磁化的好坏。用简单的通电线圈就可方便地获得将环形磁体径向磁化所必需的图5示 出的磁化场。空气和要磁化的材料间磁导率的差异造成了场线弯曲，其曲率遵循两种介质 间边界处的如下偏折关系tan(ai) _ μΓ τ~；7 ~tan(a2) μ,2 如图4所示，这种弯曲表现为材料的非径向磁化从而表现为所测量的两个分量的 失真。这两个信号并非是相位差为90°的两个完美正弦，这在解码时表现为很大的非线性， 这在示出基于磁场的两个分量解码的信号的同一图6上可看出。本专利技术提出通过允许使用在优选地空间上错开1/4周期的两个点测量到的磁场 的两对分量(法向和切向)的组合来解决上述问题。旋转传感器的周期为磁体的总角度。线性传感器的周期为其长度。两个分量是在同一点测量得的(物理上，如果测量磁场的两个分量的诸点间的实 际距离小于5mm，则认为测量是在同一点进行的)，而另两个分量是在空间上大约错开1/4 周期(例如对于360°传感器错开90° )处的另一点测量得的。因此，下述方案能够减小 外场的影响、补偿部分由磁化引起的谐波误差且在分量间不再施加增益。设Bn 1为点1处的法向分量Btl为点1处的切向分量Bn2为点2处的法向分量Bt2为点2处的切向分量设τ ΤΑ (Θ)为旋转角，考虑到由径向磁化引起的三次谐波的误差(主要误差)，有Bnl = hi*cos (TETA) + h3*cos(3T^TA)Btl = h/i*sin(TETA) + h'3*sin( 3TETA)假设点1和点2空间上错开90°，则有Bn2 = hi*cos(TETA+2/PI) + h3*cos (3(Τ ΤΑ+2/PI))=一 hi*sin<T^TA)+ h3*sin(3TETA)Bt2 = h'i*sin (TETA+2/PI) + h'3*sin(3(TETA+2/PI))=h'i*cos(T^TA) 一 h^^osiSTETA)本专利技术提出用下面的方法将分量两两组合Bn = Bnl+Bt2Bt = Btl-Bn2于是有Bn = hi *cos (TETA) + h3*sin(3T^TA) + h'i*cos (TETA) 一h,3*oos(3T^TA)=(hi+ h'i)*cos (TETA) + (h3 - h'3) *COS(3TETA)v^ν~' -0=(hi + h'i)*COS (TETA)L-‘Bt = hi* s in (TETA) 一 h3*sin( 3Τ ΤΑ) + h'i*sin (TETA) +h'3*sin(3T^TA)=(hi+ h'i)*sin(T^TA) + (h'3- h3)*sin(3T^TA)-0=(hi+h'i)*sin (TETA)因此，所得的相位差为90°且近似为完美正弦的两个信号的幅度相同。事实上，非 完美法向的分量(由于三次谐波其为三角形)与非完美切向的分量(由于三次谐波其为矩 形)的组合允许完全消除或至少极大地减少谐波的缺陷，从而获得两个准正弦分量。此外，如果(参见图13和14)沿χ轴和y轴有外磁场(Bx-ext和Byext)，则分量 的两两组合允许消除外场的影响。因此，关于图13的磁体的位置1，有Bnl = Bn_max_By_extBtl = -Bx_extBn2 = _Bx_extBt2 = Bt_max+By_ext最终给出Bn = Bnl+Bt2 = Bn_max+Bt_maxBt = Btl-Bn2 = 0关于图13的磁体的位置2，现有Bnl = 0_By_extBtl = -Bt_max-BextBn2 = Bn_max_BextBt2 = By_ext由此给出Bn = Bnl+Bt2 = 0Bt = Btl-Bn2 = -Bn_max-Bt_max所获得的两个信号正好幅度相同，并且消除了外场的影响。根据用于在法向分量和切线分量的三次谐波不相等(h’ 3-h3 Φ 0)的情况下改善6旋转传感器的配置准确度的一种优选实施方式。该实施方式完全采用以上描述，从而集中 了上述的所有优点。其还提供如下优点通过使用在空间上分别错开1/4周期(前述方案)、优选地如 图25所示错开1/8周期(对于360°传感器错开45° )的2 * 2个点测量到的磁场的4 * 2个分量(法向和切向的)的巧妙组合，整体上补偿了由于与磁体的几何形状有关的磁 化的缺陷导致的三次谐波的缺陷，以获得2个完美正弦的分量。设Bnla为点Ia处的法向分量Bnlb为点Ib处的法向分量Btla为点Ia处的切向分量Btlb为点Ib处的切向分量Bn2a为点2a处的法向分量Bn2b为点2b处的法向分量Bt2a为点2a处的切向分量Bt2b为点2b处的切向分量本方案提出将比前述组合预先错开1/8周期的2对点(a和b)的法向分量和切向 分量两两组合，该方案允许通过以下方法消除谐波的残余(h3_h’ 3)Bnl = Bnla+BnlbBtl = Btla+BtlbBn2 = Bn2a+Bn本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种角或线性磁位置传感器，包括由至少一个磁体（１）、至少四个磁敏部件（２，３和４，５）以及至少一个处理电路（６）构成的移动部件，其中所述磁体（１）的磁化方向在由所述磁体的位移方向和法向方向所确定的平面内沿所述位移方向线性地变化，所述处理电路发送根据所述移动部件的绝对位置的信号，其特征在于：－第一组磁敏部件（２，３），由位于同一点的一对磁敏部件（２，３）构成；－所述第一组磁敏部件（２，３）与也由位于同一点的一对磁敏部件（４，５）构成的第二组磁敏部件（４，５）沿所述磁体的所述位移方向在空间上错开；－以及在于，所述第一组和所述第二组磁敏部件中的一个磁敏部件（３，５）用于测量所述磁场的切向分量，而所述第一组和所述第二组磁敏部件中的一个磁敏部件（２，４）用于测量所述磁场的法向分量；－所述处理电路用于实现至少两个代数组合，每个代数组合包括所述第一组磁敏部件的分量和所述第二组磁敏部件的分量，以确定两个电相位差为９０°的基本上为正弦的信号。

【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：杰拉尔德马松，尼古拉耶兰切，迪迪埃弗拉商，理查德阿尔洛，蒂里多格，
申请(专利权)人：移动磁体技术公司，
类型：发明
国别省市：[]