[发明专利]轴外磁性角度感测系统

说明书

技术领域

本发明涉及轴（shaft）外磁性角度感测系统。

背景技术

在许多应用中，期望通过检测旋转的角度来监测轴或轮轴（axle）围绕该轴或轮轴的纵向轴线（axis）的旋转。已知，使用固定到该轴或轮轴以便与其同步旋转的磁体组件来检测旋转的角度。此类磁体组件产生磁场，所述磁场沿着与该轴或轮轴的旋转轴线同心的圆旋转。为了检测旋转的角度，已知的角度传感器测量磁场分量（例如x-y-分量）并且比较测得的磁场分量来提供旋转角度的值，通常通过使用两个分量的比值的几何函数。因此，角度传感器系统能够根据至少两个磁场分量来唯一地确定在轴线的每个旋转角度位置处的旋转角度（在0°和360°之间），其例如区别于利用例如仅能够确定分数角度量的增量的极轮的速度传感器。

在同轴线角度检测系统中，非旋转对称按钮磁体可被放置在轴的端部处。靠近旋转轴线放置的磁性传感器可被用来检测旋转的角度。

然而，对于某些应用来说，通常由于空间限制或旋转轴的环境中的其他因素，这种已知布置是不合适的。此外，一个或多个场检测器可能位于旋转轴或轮轴周围在所谓的读取半径（读取圆）上或内，以便检测旋转磁体组件的磁场，并且因此识别旋转磁场在检测位置处的幅度。此类角度传感器被称为“离轴线”角度传感器、或轴外角度传感器，因为传感器元件没有位于轴或轮轴的旋转轴线上。

在这两种类型的角度感测系统中，为了检测磁场以及其取向，可使用霍尔探头或磁阻式（MR）传感器。在美国专利号8,779,760中描述了此类传感器的示例。

总的来说，已知的离轴线角度检测系统不如已知的同轴线系统那么精确。对同轴线系统来说通常能够以小于1°的误差检测角度，然而已知的离轴线系统通常具有近似5°的检测误差。离轴线系统的较低精度的主要原因是此类系统对制造容差的敏感性。

此类制造容差包括几何容差，诸如轴上磁体的位置误差以及读取电路的传感器元件的相应位置，二者都是相对于轴或轮轴的径向位置和倾斜。传感器元件它们自己固有的误差（诸如调零（校准）误差、增益和线性度误差）也可能贡献于较低的精度，以及当在感测布置中使用多个传感器时对于精确地使各个传感器的敏感性彼此匹配的无力。

发明内容

为了提供更准确的轴外角度感测，本文中描述的实施例提供供确定可旋转轴的旋转角度使用的磁体组件，包括：第一磁体部分，其被配置成被安装在轴上用于围绕旋转轴线与轴同步旋转；第二磁体部分，其被配置成被安装在轴上用于围绕旋转轴线与轴同步旋转；并且第一和第二磁体部分具有使得在第一和第二磁体部分之间形成径向凹槽的相应几何配置，其中第一和第二磁体部分在几何上被布置成关于垂直于旋转轴线取向的平面镜像对称。

第一和第二磁体部分可具有相应的磁化，其组合产生关于垂直于旋转轴线取向的平面镜像对称或镜像反对称的磁场。

在第一平面中，该第二磁体部分的几何形状可以是关于该第一平面中的点与第一磁体部分的几何形状中心对称的，其中该第一平面被取向成包括旋转轴线。对于被取向成包括旋转轴线的至少第二平面，第二磁体部分的几何形状可能不是关于第二平面中的任何点与第一磁体部分的几何形状中心对称的，其中第一和第二平面是不同的平面。

在一些实施例中，在第一平面中，该第二磁体部分的几何形状是关于垂直于旋转轴线取向的平面与第一磁体部分的几何形状镜像对称的，其中该第一平面被取向成包括旋转轴线。

在一些实施例中，第一和第二磁体部分组合产生磁场，以使得在第一和第二磁体部分外面，该磁场包括第一磁场矢量，其在垂直于旋转轴线取向的平面中具有磁场矢量的第一分量的最大幅度，以使得第一磁场矢量的第一分量的幅度是第一磁场矢量的第二分量的幅度的至少10倍，第二分量垂直于第一分量，其中第一分量和第二分量中的一个是在旋转轴线的方向上的分量。

该凹槽可包围旋转轴线并且其中凹槽在平行于旋转轴线的方向上的间隔距离变化。

当沿着与旋转轴线同心的至少一个圆移动时，该凹槽的间隔距离可连续变化。

当沿着至少一个圆移动时，该间隔距离可包括第一局部极大值和第二局部极大值，第一和第二局部极大值关于旋转轴线对径（diametrical）定位。

对于第一和第二磁体部分中的至少一个，在平行于旋转轴线的方向上取得的厚度可变化。

该凹槽可以是间隙，其中该间隙至少沿着垂直于旋转轴线的平面延伸。