[发明专利]使用磁感测探针和多极磁体阵列的偏轴磁角度传感器

说明书

装置和相关联方法涉及测量至少三个相邻磁性南北轨道的2D表面磁体阵列的位置和位移，该磁体阵列与其相对于磁场传感器(例如，磁感测探针)的运动位移成锐角。在示例性示例中，该2D表面磁体阵列的几何形状可以是平面的，具有相邻且交替的北极区域和南极区域。在一些实施方案中，该2D表面磁体阵列几何形状可以采取以下形式：(1)具有以螺旋形状定向的单独磁化层的轴向圆柱形螺旋多极磁体阵列，或者(2)具有定向为盘旋形状的至少三个相邻南北轨道的径向盘状盘旋多极磁体阵列。

技术领域

各种实施方案整体涉及使用磁场传感器的运动检测。

背景技术

多极电动马达的控制可以取决于具有90度相移的正弦信号和余弦信号，每个电周期具有一个正弦和余弦周期。这些正弦信号和余弦信号可以由安装在电动马达的旋转轴上的旋转变压器生成。旋转变压器是一种用于测量旋转度的旋转电气变压器。旋转变压器可以是在控制马达的旋转角位置和/或速度的控制系统中使用的模拟感测元件。旋转变压器可以用于测量各种应用中的机械部件和电气部件的旋转角位置，应用包括计算机数控(CNC)机器、机器人技术和造纸机器以及运输车辆中的热或电动马达。

旋转编码器是将轴或轮轴的角位置或运动转换为模拟或数字信号的机电设备。旋转编码器可以用于需要精确轴监测的应用(有时具有无限旋转)，诸如工业控制、机器人技术和旋转雷达平台。旋转编码器可以是绝对编码器或增量编码器。

磁场传感器是测量磁场的电子部件。磁场传感器可以用于接近开关、定位、速度检测和电流感测应用。磁场传感器可以用于对轮和轴的速度进行计时，诸如用于内燃机点火正时、转速表和防抱死制动系统。磁场传感器的类型可以包括霍尔效应传感器、AMR/GMR磁力计、磁阻传感器和TMR传感器。

发明内容

装置和相关联方法涉及测量至少三个相邻磁性南北轨道的2D表面磁体阵列的位置和位移，该磁体阵列与其相对于磁场传感器(例如，磁感测探针)的运动位移成锐角。在示例性示例中，2D表面磁体阵列的几何形状可以是平面的，具有相邻且交替的北极区域和南极区域。在一些实施方案中，2D表面磁体阵列几何形状可以采取以下形式：(1)具有以螺旋形状定向的单独磁化层的轴向圆柱形螺旋多极磁体阵列，或者(2)具有定向为盘旋形状的至少三个相邻南北轨道的径向盘状盘旋多极磁体阵列。

各种实施方案可实现一个或多个优点。例如，一些实施方案可以适于在各种各样的机械、电子、工业和商业应用中使用。在一些示例中，磁体阵列和磁场传感器可以是旋转变压器的更便宜、更小、更轻质的替代品(并作为其替代物)。例如，一些实施方案可以增加控制马达紧凑性并减小马达重量。一些实施方案可以包括作为用于旋转变压器的向后兼容解决方案的传感器，并且可以提供与旋转变压器相同类型的输出，但基于低成本、高度集成的磁场传感器设计以及相关联的倾斜角多极磁环旋转目标。

在各种实施方案中，磁体阵列和磁场传感器可以提供补偿机构以测量和移除与机械堆叠公差或老化相关的任何未对准误差。在各种示例中，可以定制磁体阵列以匹配电动马达的电相位周期，从而允许使用磁体阵列和磁场传感器代替各种各样的旧的、损坏的或过时的旋转测量设备。

一些实施方案的优点可以是被配置为生成模拟正弦和余弦输出的磁场角度传感器，这些输出具有来自感测多极环形磁体阵列的位移的两个磁探针(诸如MR桥)的90度相移，该多极环形磁体阵列具有磁极宽度w并且以特定角度θ倾斜以便对于每360度旋转产生N个正弦和余弦周期。具有特定倾斜角的磁体阵列可以有利地允许磁场传感器的定制周期性输出来控制具有N极的电动马达(例如，马达旋转速度)。这种解决方案可导致具有与旋转变压器输出相匹配的特定周期的传感器输出。

各种实施方案的细节在附图和以下说明书中阐述。其他特征和优点将根据说明书和附图以及根据权利要求书而显而易见。

附图说明

图1描绘了具有示例性旋转测量系统的示例性无刷DC电动马达的透视图。