離軸傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及角度傳感器，更具體地涉及離軸角度傳感器。
【背景技術】
[0002]感測系統(tǒng)利用傳感器以檢測特性如光、溫度、運動等。一種常用的角度傳感器是基于磁場的角度傳感器。角度傳感器測量磁場，并且基于磁場測量量來計算角度。
[0003]—種常用類型的角度傳感器是共軸(on-axis)傳感器，其與旋轉(zhuǎn)物體如發(fā)動機軸柄軸向地對齊。另一種類型的角度傳感器是離軸傳感器，其不與該物體或軸柄軸向地對齊。相反，離軸傳感器遠離旋轉(zhuǎn)物體的軸定位。
[0004]離軸傳感器對于不能將它們設置在軸上的情況特別便利。然而，這些傳感器在獲得準確測量量方面可能面臨挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了一種角度傳感器設備，包括:第一磁體軌道和第二磁體軌道，被固定到可旋轉(zhuǎn)物體，并且被配置為生成非均勻場，其中可旋轉(zhuǎn)物體被配置為關于旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，并且非均勻場沿旋轉(zhuǎn)方向比與旋轉(zhuǎn)方向垂直的垂直方向具有更小的幅度梯度；傳感器部件，離軸地定位，并且被配置為測量包括非均勻場的磁場、以及提供磁場測量量；以及控制器單元，被配置為從磁場測量量確定角度信息。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，提供了一種信號處理電路，包括:第一磁體軌道和第二磁體軌道，被固定到可旋轉(zhuǎn)物體，并且被配置為生成非均勻場，其中可旋轉(zhuǎn)物體被配置為關于旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，并且非均勻場沿旋轉(zhuǎn)方向比與旋轉(zhuǎn)方向垂直的垂直方向具有更小的幅度梯度；第一傳感器元件，被配置為提供非均勻場的對于第一位置的第一磁場分量的值；第二傳感器元件，被配置為提供非均勻場的對于第二位置的第二磁場分量的值，第二位置與第一位置不同；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，被配置為從第一磁場分量的值和第二磁場分量的值生成第一數(shù)字磁場分量的值和第一數(shù)字磁場分量的值；以及差分信號處理單元，被配置為從第一數(shù)字分量和第二數(shù)字分量過濾均勻場。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的又一實施例，提供了一種操作離軸磁傳感器的方法，方法包括:關于可旋轉(zhuǎn)物體配置第一磁體軌道和第二磁體軌道，以在旋轉(zhuǎn)時生成非均勻磁場，其中非均勻場沿移動方向比與移動方向垂直的垂直方向具有更小的幅度梯度；獲得在與可旋轉(zhuǎn)物體離軸的第一位置處的第一磁場量；獲得在與可旋轉(zhuǎn)物體離軸的第二位置處的第二磁場分量，其中第二位置與第一位置以一個量間隔開；并且差分處理第一磁場分量和第二磁場分量，以移除干擾場、并且生成用于可旋轉(zhuǎn)物體的角度信息。
【附圖說明】
[0008]圖1是使用多個所生成磁場來操作的離軸角度傳感器系統(tǒng)的圖。
[0009]圖2是示出了使用兩個所生成磁場的離軸角度傳感器系統(tǒng)的圖。
[0010]圖3是示出了使用四個所生成磁場的離軸角度傳感器系統(tǒng)的圖。
[0011]圖4是示出了使用正交傳感器裸片和多個磁體軌道的離軸角度傳感器系統(tǒng)的圖。
[0012]圖5是示出了使用正切傳感器封裝和多個磁體軌道的離軸角度傳感器系統(tǒng)的圖。
[0013]圖6是可用于以上傳感器系統(tǒng)的磁體軌道的圖。
[0014]圖7是可用于以上傳感器系統(tǒng)的半徑向(radially)磁化磁體軌道的圖。
[0015]圖8是可用于以上傳感器系統(tǒng)的非均勻半徑向磁化磁體軌道的圖。
[0016]圖9是示出了具有應用于鼓體/基體層的外表面的磁條的磁體軌道的修正視圖的圖。
[0017]圖10是示出了具有應用于鼓體/基體層的外表面的磁條的磁體軌道的修正視圖的另一個圖。
[0018]圖11是示出了具有應用于鼓體/基體層的外表面的磁條的磁體軌道的修正視圖的另一個圖。
[0019]圖12是用于多個所生成磁場的控制電路的電路圖。
[0020]圖13是使用單個模數(shù)轉(zhuǎn)換器的用于多個所生成磁場的控制電路的另一個電路圖。
[0021]圖14是可用于以上傳感器系統(tǒng)的磁體軌道的半徑向設置的圖。
[0022]圖15是示出了用于操作離軸磁傳感器設備的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0023]現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明，其中相似的附圖標記始終用于指代相似的元件，并且其中所示的結(jié)構(gòu)和設備無需是按比例的。
[0024]公開了用于助于角度傳感器并且減少磁場中的干擾的設備、系統(tǒng)和方法。嚴苛環(huán)境如汽車系統(tǒng)中具有多種部件和條件影響電子設備、傳感器和磁場。這些干擾可能導致錯誤的測量、傳感器故障等。
[0025]圖1是使用多個所生成磁場來操作的離軸角度傳感器系統(tǒng)100的圖。系統(tǒng)100以簡化形式提供以助于理解。系統(tǒng)100可以用于嚴苛環(huán)境、汽車系統(tǒng)、車輛系統(tǒng)等。系統(tǒng)100可以構(gòu)造在一個或多個設備中。
[0026]系統(tǒng)100包括第一磁體軌道102、第二磁體軌道104、第一傳感器兀件106、第二傳感器元件108和控制單元110。傳感器元件106和108測量由第一磁體軌道102和第二磁體軌道104生成的磁場，其被稱為有用場。有用場傳遞旋轉(zhuǎn)信息。然而，傳感器元件106和108還測量存在的其他磁場，稱為干擾場。干擾場一般會降低測量有用場的磁傳感器的準確性和操作。然而，使用多個磁體軌道如102和104。磁體軌道被設置為增加軸向的場梯度，軸向一定與旋轉(zhuǎn)方向不同。結(jié)果，多個磁體軌道增強有用場并且減少干擾場的影響。
[0027]磁體軌道102和104固定地附接到旋轉(zhuǎn)物體。結(jié)果，磁體軌道102和104與旋轉(zhuǎn)物體一起沿旋轉(zhuǎn)方向或移動方向旋轉(zhuǎn)。因此，磁體軌道102和104關于彼此/ 一個對于另一個地處于固定的相對位置。旋轉(zhuǎn)物體一般相對較大如20mm ;并且磁體軌道102和104甚至更大如30mm，因為它們必須圍繞旋轉(zhuǎn)物體。磁體軌道102和104在旋轉(zhuǎn)時與旋轉(zhuǎn)物體同步地移動。旋轉(zhuǎn)物體可以是軸柄、發(fā)動機軸柄、凸輪軸柄、注入控制等。
[0028]磁體軌道102具有合適的形狀或形式，包括平坦表面或彎曲表面的固體盤片。在靜磁理論中，該塊體磁體的磁場通過位于其表面上的等效磁荷來計算。在本申請的上下文中，我們將承載等效磁荷的表面視為磁體軌道。磁體軌道是細長的并且圍繞旋轉(zhuǎn)軸。它們一般是但不一定是環(huán)形的。磁體軌道102和104在物理上可以包括固體磁性材料(例如燒結(jié)或壓制的磁粉)、磁性材料的條(strip)或條帶(stripe)(例如塑料粘結(jié)條帶(plasticbonded stripe))、磁體的表面等。在一個示例中，磁性材料的塑料粘結(jié)條帶附接至軟磁性的硬金屬材料。因而，“軟磁性”意味著該材料具有大的相對磁導率(一般大于500)，使得其可以甚至被弱的外部施加的磁場(例如80A/m)磁化、并且在該外部磁場的移除之后去磁化。這與硬磁性材料相反，硬磁性材料僅被大的外部施加的磁場(一般超過80kA/m)磁化、并且在該外部磁場的移除之后保持其磁化。磁體軌道包括硬磁性材料。術語“軟磁性”和“硬磁性”無需涉及機械特性如“軟”和“硬”。
[0029]軌道102和104具有相對較大的周界/圓周和對應的相對較大的直徑并且具有相對較小的寬度。在一個實例中，每個軌道的寬度小于大約25mm。磁體軌道102和104基本上是圓形的并且圍繞可旋轉(zhuǎn)物體。軌道102和104可以彼此相連定位或者以間隙間隔開。在一個實例中，該間隙的寬度小于大約10_。該間隙可以被配置為使得所檢測磁場分量對于元件106和108的小的位置公差是穩(wěn)定的。在一些情況中要求最小間隙，以提供所選擇的磁化如所需要的高磁化質(zhì)量。
[0030]在一個實例中，第一軌道102和第二軌道104位于彎曲表面上。該彎曲表面可以包括金屬并且可以是鼓體或圓柱體的外表面。在另一個實例中，第一軌道102和第二軌道104位于圍繞旋轉(zhuǎn)軸的平坦表面上。
[0031]第一軌道102和第二軌道104被配置為具有相異的磁化或磁特性。通常，軌道102和104的磁化符號、幅度(magnitude)或方向相異，然而在特殊情況中它們具有相同的磁極性(南和北)、但是具有不同的幅度值。在一個實例中，第一軌道102具有相對較強的北極并且第二軌道104具有相對較弱的北極。結(jié)果，第一軌道102和第二軌道104在法線或切線方向中具有相異的場梯度。然而，沿軌道102和104的延長方向(移動方向)，與與之垂直的方向相比，場梯度更小。這是因為每個軌道的圍繞旋轉(zhuǎn)軸的長度大于兩個軌道之間的距離的事實。因此，兩個軌道建立磁場模式的新特性，即在與軌道長度垂直的兩個相互正交方向中的至少一個上的增強的場梯度，并且該新特性可用于離軸角度傳感器和元件106和108。在一個實例中，第一軌道102和第二軌道104關于中心面鏡像對稱。在另一個實例中，第一軌道102和第二軌道104具有互補的磁化，因而第一軌道102的磁北極對應于第二軌道104的磁南極并且第一軌道102的磁南極對應于第二軌道104的磁北極。
[0032]由軌道102和104生成的磁場在圖1中被表示為第一場或場梯度116以及第二場或場梯度118。場強度的變化或場梯度一般是正弦的，并且可以通過改變軌道特征如寬度、厚度或軌道102與104之間的間隙來實現(xiàn)。所生成的磁場的一個實例在一個方向具有幅度，如100高斯；在該方向上，場梯度包括強度或每距離幅度變化，如每毫米1000高斯。另外，可以通過改變附近的軟磁性材料的量來改變強度。例如，軌道可以附接到軟磁鋼襯片，其作為磁鏡，因而增加由軌道102和104生成的磁場。因此，在一個實例中，鋼襯片是穿孔的以稀釋其磁鏡像效應并且助于改變場強。也可以通過關于磁體軌道的表面法線而改變磁化的方向來實現(xiàn)強度的變化，如例如在圖6的直徑向(diametrically)磁化環(huán)中那樣。下文討論用于修改由磁體軌道生成的磁場的一些實例。
[0033]磁體軌道102和104可以被配置為是直徑向磁化的。另外，軌道102和104被配置為具有單個極或多個極，但是它們通常具有相同數(shù)量的極。磁體軌道102