[发明专利]多周期绝对位置传感器

说明书

技术领域

本发明涉及磁性位置传感器领域，该磁性位置传感器包括至少一永久磁体。

更确切地，本发明涉及角度大于几十度且可以到达数圈的线性或旋转磁性位置传感器领域。位置传感器的一种特别有用的用途在于，位置传感器被用来测量汽车方向柱的角度位置，本申请也不例外。

本发明还涉及在第一轴和第二轴之间检测转矩的磁性装置领域，所述第一轴和第二轴由扭杆相连，尤其被使用在汽车方向柱上。

背景技术

在该申请的情况下，方向柱和方向盘的角位，对于例如车辆稳定性的电监控程序(英语为ESP：Electronic Stability Program)以及电动助力转向(英语EPS：Electric Power Steering)等功能而言是必要的信息。转向角度信息，而且由此轮胎的转向角度信息也同样能够用于例如转向灯、轨迹控制、自动泊车等辅助功能。

单圈传感器本身并不能检测大多数汽车(方向盘应当能转动超过一圈的汽车)的方向柱位置。一种解决方法可以是把360°传感器和“首圈top tour”相关联，从而得知方向盘处于哪一圈中。在例如申请WO 07014599中对此进行了描述。这种系统在受压时假设初始位置。此后的所有位置都与该起始位置相关。该类系统的问题因此在于，每次发生汽车的接触时都要重新确定该初始位置。如果该系统不存储方向盘最后的角位，或者如果当接触被切断时角度发生改变时，则在发生接触时所显示的角度将错误。

方向柱应用规格十分严格。实际上，该应用需要可以达到+/-720°(+/-2圈)甚至+/-1440°(+/-4圈)的绝对传感器，其精度小于+/-1 °且分辨率小于0.1°。

为此，存在用来测量角度并应用电位测量、光学、感应或磁性质等多种技术的不同的绝对多圈解决方案。

如专利文献EP 1219527或US 6,848,187所描述的光学解决方案较为复杂、昂贵且被证实与发动机舱的安装不匹配，因为其不符合温度与环境条件。

例如专利文献US 6,384,598描述的感应解决方案，方向柱的开发与实用的成本很高。

电位测量解决主要在成本和简单性上具有很大的优点。例如在现有技术中，已知专利文献US 5,200,747提出了一种绝对多圈传感器，该传感器由两个360°电位传感器构成。

然而，可以注意到该方案的主要缺点在于接触以及电位计的轨道间的摩擦，这降低了传感器的使用寿命。而且，磁轨在接触灰尘、油脂或其它液体时会劣化。因此，趋势是用非接触系统替代电位计。

同样也已知现有技术的非接触磁性解决方案，其根据两旋转传感器的连续相位差计算旋转构件的绝对位置，例如专利申请US2005/000288286、JP 2006/119082、US 6,941,241、US 5,930,905和US6,466,889中所描述。所述传感器的原理相同：其由与方向柱相连的齿轮构成，该齿轮驱动两个齿数稍不同的小齿轮，所述两个小齿轮各自连接在一个磁体上。

各磁体的旋转由磁敏探测器检测，随后，通过算法处理相移信号。所测得的绝对角度的精确度因此取决于来自两个不同传感器的两个信号间的差，并同时取决于计算的算法。将两信号相减以获得唯一测量值是有缺陷的粗略值。比起由取两传感器之一得到的精确度，该方法降低了两个传感器获得的精度。两个传感器之一的最小错误、最小机械相移，小齿轮内最小的间隙都会造成角度测量的误差。而且，需要十分精细的算法来计算出旋转构件的绝对角度。使用机械减速器并非是完全非接触方法，并且因此在系统内增加了摩擦(齿轮机构的小齿轮是磨损零件，因此限制了使用寿命)。而且，增加小齿轮以及完整传感器组装的复杂性都使整体成本提高变得成本很高且不能获得较小的体积。

为推导出旋转构件的位置而对连续相移进行测量的相同原理也可以在以下专利或专利申请中找到：US 2003/0145663，EP 1 353 151，US6,515,571，US 7,215,112。这些文献提出两个多极磁体或带有两个多极轨道的一个磁体，这两个多级轨道包含稍有不同的多个极对，以产生依赖于待检测旋转构件的角度的连续相移。同样，该原理还被记载在专利申请WO2008101702中，其提出单个磁体和具有不同角宽的极的单个轨道。这种多极磁体的原理仍然采用了齿数略有不同的两个齿轮的原理，并且具有与上述提到的原理相同的缺点。