[发明专利]在多次旋转时也能确定绝对旋转角度的旋转角度传感器

说明书

技术领域

本发明的实施例提出一种用于在单次或多次旋转时检测绝对旋转角度的旋转角度传感器。其它的实施例提出一种能够确认/监控容许偏差的旋转角度传感器。本发明的另一些实施例提出一种确定绝对旋转角度的方法。

背景技术

对于许多应用场合来说，必须测量角距大于360°的夹角，这就是说，必须完成超过一次的完整旋转才能从一个角度达到另一个角度。这类应用场合的实例例如能在汽车技术中找到，这时为了电转向系统或助力转向要确定实时的转向轮位置。更多的应用场合例如能在机器人技术和起重技术（起重机、升降机、叉车等）中找到，其中，例如卷索鼓或绞盘能够旋转过多次旋转的范围。

在提供绝对旋转角度作为输出值的旋转角度传感器中，典型地都是直接借助旋转角度传感器的实时配置或者是内部位置确定绝对旋转角度。与之相对地，微分旋转角度传感器或者相对旋转角度传感器测量旋转运动的数值，并且可能测量旋转运动的方向，使得通常必须首先启用一个已知的基准角度，以该基准角度出发通过形成差值才能确定其它的角度。然而，即使在确定相对旋转角度时有小小的不准确也会叠加起来，尤其是在进行多次旋转时。

许多目前使用的绝对角度传感器具有固定在转轴端部上的永磁体，和布置在转轴轴线的延长线上的磁场传感器。当转轴旋转时，永磁体的磁场也相对于本身静止的磁场传感器旋转。传感器侦测磁场，并且从中推导出旋转角度。这类系统能够使用水平的霍尔传感器（HHall-devices）、或者垂直的霍尔传感器（VHall-devices）、或者像GMR传感器（巨磁阻）或AMR传感器（各向异性磁阻）这样的磁阻传感器、或者比较特殊的XMR传感器（其中，简称XMR是作为以磁阻效应AMR、GMR、TMR、CMR和GMI为基础的技术性知识的上位概念），或者使用它们的组合。它们能够侦测0°到360°之间的角度。利用这类磁绝对角度传感器，难以实现具有贯通轴的布置，这就是说，当传感器必须放置在偏离旋转轴线中心的位置上，而不是定位在旋转轴线上或旋转轴线的延长线上时。

许多目前使用的微分的或者是相对的磁性角度传感器都具有带有许多永磁化的北极和南极的测量轮，或者由具有齿部和切口的软磁性材料制成。一个/多个传感器元件被放置在测量轮圆周的附近（或者在径向上或者在轴向上以一个间隙轻微地错开布置；这个间隙被称为气隙）。所有上述传感器技术也都能够用于这些类型的旋转角度传感器。通常它们在测量轮旋转时侦测磁场的波动。有种算法侦测这种图案的极限位置，并且从中推导出切换点：典型地，切换点是之前最大值和最小值的平均值。例如当沿着测量轮的圆周布置60对南北极（也就是说，p=60极对）时，传感器角可以将增量通过360°/60/2化解为3°，即半个周期。原则上可以在每个增量之间内插，因为磁场通常是以正弦形式变化。然而，角度的绝对精确度却经常由于磁化图案不工整或者传感器元件的敏感度不足或者在气隙大的情况下抵抗外界磁干扰的强劲度不足（尤其是对于小的磁性范畴，这对于极对p的数量意味着大的值）而下降。

在所有之前所述的绝对角度传感器的情况下，可侦测角度的范围最大为360°。如果要侦测多次旋转，有几种目前使用的旋转角度传感器使用传动装置，该传动装置将转轴的旋转复制到具有不同旋转速度的两个转轴上。这两个转轴的每一个都有它们自身的磁体，具有分配给它的传感器，并且比较两个传感器信号，从而确定绝对角度。如果两个磁体的传动比或者减速比为1:5就能够侦测5×360°范围内的角，然而其中，如果传动比或者减速比大，那么即使两个角度传感器的小错误也能够造成绝对角中的大错误，它可能达到360°的好几倍。这类系统由于有传动装置而具有大的体积并且昂贵，并且通常无法将其构造很小，因为这可能会导致两个传感器系统之间的磁串扰，为此不存在简单的纠正可能性。

值得期待的是，如果有这样的绝对角度传感器供使用，其在配置中能够装配贯通轴，并且能够侦测直至旋转好几次的角度范围。还值得期待的是，实现一种旋转角度传感器，其允许确定或者监控，是否能够保持在对于旋转角度测量的精确度来说非常重要的容许范围内，还是会离开这个范围。

发明内容

该目的通过根据权利要求1或权利要求12所述的旋转角度传感器，根据权利要求22所述的方法和根据权利要求29所述的计算机程序实现。