專利名稱：多周期絕對(duì)位置傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁性位置傳感器領(lǐng)域，該磁性位置傳感器包括至少一永久磁體。更確切地，本發(fā)明涉及角度大于幾十度且可以到達(dá)數(shù)圈的線性或旋轉(zhuǎn)磁性位置傳感器領(lǐng)域。位置傳感器的一種特別有用的用途在于，位置傳感器被用來(lái)測(cè)量汽車方向柱的角度位置，本申請(qǐng)也不例外。本發(fā)明還涉及在第一軸和第二軸之間檢測(cè)轉(zhuǎn)矩的磁性裝置領(lǐng)域，所述第一軸和第二軸由扭桿相連，尤其被使用在汽車方向柱上。
背景技術(shù)：
在該申請(qǐng)的情況下，方向柱和方向盤的角位，對(duì)于例如車輛穩(wěn)定性的電監(jiān)控程序 (英語(yǔ)為 ESP Electronic Stability Program)以及電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向(英語(yǔ) EPS :Electric Power Steering)等功能而言是必要的信息。轉(zhuǎn)向角度信息，而且由此輪胎的轉(zhuǎn)向角度信息也同樣能夠用于例如轉(zhuǎn)向燈、軌跡控制、自動(dòng)泊車等輔助功能。單圈傳感器本身并不能檢測(cè)大多數(shù)汽車(方向盤應(yīng)當(dāng)能轉(zhuǎn)動(dòng)超過一圈的汽車)的方向柱位置。一種解決方法可以是把360°傳感器和“首圈top tour”相關(guān)聯(lián)，從而得知方向盤處于哪一圈中。在例如申請(qǐng)WO 07014599中對(duì)此進(jìn)行了描述。這種系統(tǒng)在受壓時(shí)假設(shè)初始位置。此后的所有位置都與該起始位置相關(guān)。該類系統(tǒng)的問題因此在于，每次發(fā)生汽車的接觸時(shí)都要重新確定該初始位置。如果該系統(tǒng)不存儲(chǔ)方向盤最后的角位，或者如果當(dāng)接觸被切斷時(shí)角度發(fā)生改變時(shí)，則在發(fā)生接觸時(shí)所顯示的角度將錯(cuò)誤。方向柱應(yīng)用規(guī)格十分嚴(yán)格。實(shí)際上，該應(yīng)用需要可以達(dá)到+/-720° (+/-2圈)甚至+/-1440° (+/-4圈)的絕對(duì)傳感器，其精度小于+/-1 °且分辨率小于0.1°。為此，存在用來(lái)測(cè)量角度并應(yīng)用電位測(cè)量、光學(xué)、感應(yīng)或磁性質(zhì)等多種技術(shù)的不同的絕對(duì)多圈解決方案。如專利文獻(xiàn)EP 1219527或US 6，848，187所描述的光學(xué)解決方案較為復(fù)雜、昂貴且被證實(shí)與發(fā)動(dòng)機(jī)艙的安裝不匹配，因?yàn)槠洳环蠝囟扰c環(huán)境條件。例如專利文獻(xiàn)US 6，384，598描述的感應(yīng)解決方案，方向柱的開發(fā)與實(shí)用的成本很尚。電位測(cè)量解決主要在成本和簡(jiǎn)單性上具有很大的優(yōu)點(diǎn)。例如在現(xiàn)有技術(shù)中，已知專利文獻(xiàn)US 5，200，747提出了一種絕對(duì)多圈傳感器，該傳感器由兩個(gè)360°電位傳感器構(gòu)成。然而，可以注意到該方案的主要缺點(diǎn)在于接觸以及電位計(jì)的軌道間的摩擦，這降低了傳感器的使用壽命。而且，磁軌在接觸灰塵、油脂或其它液體時(shí)會(huì)劣化。因此，趨勢(shì)是用非接觸系統(tǒng)替代電位計(jì)。同樣也已知現(xiàn)有技術(shù)的非接觸磁性解決方案，其根據(jù)兩旋轉(zhuǎn)傳感器的連續(xù)相位差計(jì)算旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的絕對(duì)位置，例如專利申請(qǐng)US2005/00028^86、JP 2006/119082、US 6，941，241、US 5，930，905和US6, 466，889中所描述。所述傳感器的原理相同其由與方向柱相連的齒輪構(gòu)成，該齒輪驅(qū)動(dòng)兩個(gè)齒數(shù)稍不同的小齒輪，所述兩個(gè)小齒輪各自連接在一個(gè)磁體上。各磁體的旋轉(zhuǎn)由磁敏探測(cè)器檢測(cè)，隨后，通過算法處理相移信號(hào)。所測(cè)得的絕對(duì)角度的精確度因此取決于來(lái)自兩個(gè)不同傳感器的兩個(gè)信號(hào)間的差，并同時(shí)取決于計(jì)算的算法。將兩信號(hào)相減以獲得唯一測(cè)量值是有缺陷的粗略值。比起由取兩傳感器之一得到的精確度，該方法降低了兩個(gè)傳感器獲得的精度。兩個(gè)傳感器之一的最小錯(cuò)誤、最小機(jī)械相移， 小齒輪內(nèi)最小的間隙都會(huì)造成角度測(cè)量的誤差。而且，需要十分精細(xì)的算法來(lái)計(jì)算出旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的絕對(duì)角度。使用機(jī)械減速器并非是完全非接觸方法，并且因此在系統(tǒng)內(nèi)增加了摩擦 (齒輪機(jī)構(gòu)的小齒輪是磨損零件，因此限制了使用壽命)。而且，增加小齒輪以及完整傳感器組裝的復(fù)雜性都使整體成本提高變得成本很高且不能獲得較小的體積。為推導(dǎo)出旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的位置而對(duì)連續(xù)相移進(jìn)行測(cè)量的相同原理也可以在以下專利或?qū)＠暾?qǐng)中找到US 2003/0145663，EP 1 353 151, US6, 515, 571, US 7，215，112。這些文獻(xiàn)提出兩個(gè)多極磁體或帶有兩個(gè)多極軌道的一個(gè)磁體，這兩個(gè)多級(jí)軌道包含稍有不同的多個(gè)極對(duì)，以產(chǎn)生依賴于待檢測(cè)旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的角度的連續(xù)相移。同樣，該原理還被記載在專利申請(qǐng)W02008101702中，其提出單個(gè)磁體和具有不同角寬的極的單個(gè)軌道。這種多極磁體的原理仍然采用了齒數(shù)略有不同的兩個(gè)齒輪的原理，并且具有與上述提到的原理相同的缺點(diǎn)。還已知在現(xiàn)有技術(shù)中，申請(qǐng)WO 2005/076860描述了一種絕對(duì)多圈轉(zhuǎn)矩及位置傳感器，其中，旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的位置測(cè)量依據(jù)專利US 5，200, 747的原理，即通過兩個(gè)傳感器的偏差實(shí)現(xiàn)位置的測(cè)量直接連接在旋轉(zhuǎn)構(gòu)件上的360°傳感器以及由被稱為日內(nèi)瓦(Ger^ve) 式齒輪驅(qū)動(dòng)的第二增量傳感器。與專利US5，200，747不同的是，所使用的傳感器不是電位測(cè)量型的，而是非接觸磁性傳感器。兩個(gè)傳感器中的每一個(gè)具有磁環(huán)和間隔90°的兩個(gè)磁敏元件，所述元件測(cè)量由磁體生成的磁場(chǎng)的徑向分量且形成兩正交的正弦波信號(hào)，將正弦波信號(hào)解碼從而在360度范圍上確定位置。該申請(qǐng)WO 2005/076860解決了專利US 5，200，747的借助接觸來(lái)測(cè)量的問題，但
仍然具有使用了機(jī)械減速器的主要缺點(diǎn)，機(jī)械減速器較為復(fù)雜且造成摩擦、組裝和使用壽命上的問題。該方法的另一缺點(diǎn)在于包含兩個(gè)探測(cè)器，這可能導(dǎo)致由于一個(gè)探測(cè)器相對(duì)于另一探測(cè)器的錯(cuò)誤放置所引起測(cè)量誤差。同樣，空間上存在間隔90°的兩個(gè)集成電路也增加了傳感器的最終成本，因?yàn)橛∷㈦娐返谋砻婵赡茌^大并且接線數(shù)量增加。此外，現(xiàn)有技術(shù)中還已知申請(qǐng)人的專利申請(qǐng)WO 2007/057563描述的360°旋轉(zhuǎn)位置傳感器，其使用一個(gè)磁敏探測(cè)器，以確定磁環(huán)或直徑與磁環(huán)基本一致的磁盤的角位。在該專利中，對(duì)于由磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向靈敏的探測(cè)器被設(shè)置在磁體外部，由此能獲得具有貫穿軸的旋轉(zhuǎn)傳感器，該傳感器例如被用來(lái)測(cè)量方向柱的旋轉(zhuǎn)角度。此外，在該申請(qǐng)中描述了該傳感器與運(yùn)動(dòng)減速相關(guān)的應(yīng)用，從而能在傳感器上把多圈旋轉(zhuǎn)限制為小于或等于一圈的旋轉(zhuǎn)。該方法的主要缺點(diǎn)在于使用系數(shù)為η的減速器，這相應(yīng)地降低了分辨率和精確度，因此表現(xiàn)為不足以應(yīng)用在例如精確度和分辨率都要求很高的方向柱上。而且，該方法還使用與上述描述的發(fā)明具有相同缺點(diǎn)的機(jī)械減速系統(tǒng)。此外，現(xiàn)有技術(shù)中還已知申請(qǐng)人提出的專利申請(qǐng)WO 2009/047401，其中描述了用于實(shí)現(xiàn)絕對(duì)多圈檢測(cè)的非接觸360°位置傳感器。第一非接觸傳感器被用來(lái)測(cè)量旋轉(zhuǎn)構(gòu)件從0到360°的旋轉(zhuǎn)角度而第二傳感器被用來(lái)確定旋轉(zhuǎn)構(gòu)件完整的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)。系數(shù)為η的連續(xù)減速機(jī)械系統(tǒng)被集成在兩傳感器之間。該方法因此能增加測(cè)量值的可靠性，并使之更好地適應(yīng)不同的幾何配置O圈傳感器、3圈傳感器等，無(wú)論圈數(shù)如何都具有相同的精確度和分辨率)，尤其是在裝置具有貫通軸的情況下。然而，該傳感器的精確度由測(cè)量旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的絕對(duì)旋轉(zhuǎn)角度的傳感器精確度決定，其精確度的范圍在+/_2deg，還不足以應(yīng)用在汽車方向柱上。然而，該方法尤其也使用了具有上述所列舉缺點(diǎn)的機(jī)械減速系統(tǒng)。同樣，現(xiàn)有技術(shù)中還已知專利DE102007039051，其描述了基于使用Wiegandt布線的一種計(jì)圈技術(shù)。每次當(dāng)磁性傳輸通過該布線前側(cè)，布線的瞬變磁疇定向會(huì)在環(huán)繞該布線的線圈內(nèi)產(chǎn)生電壓，該電壓被計(jì)數(shù)單元使用，以獲得圈數(shù)的增量并被存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中。然而，該方法依賴于一整套Wiegandt布線(對(duì)磁體通過進(jìn)行檢測(cè))+線圈(檢測(cè)布線中的磁調(diào)制)+計(jì)數(shù)單元(發(fā)送檢測(cè)到一個(gè)整圈的信息)+非易失性存儲(chǔ)器(存儲(chǔ)完成的圈數(shù))，因此需要許多元件來(lái)運(yùn)行。而且，在所描述的配置中，傳感器僅能在軸的一端實(shí)現(xiàn)， 至于貫通軸的實(shí)施例則不可能適用。最后，為了計(jì)算圈數(shù)并為了知道該數(shù)量是增加還是減少，傳感器必須被供給電流才能令輔助探測(cè)器確定旋轉(zhuǎn)方向?，F(xiàn)有技術(shù)中還已知與計(jì)圈方案相關(guān)的磁性轉(zhuǎn)矩傳感器，例如專利US2006/0236784 所描述的示例。其簡(jiǎn)單地提出端對(duì)端設(shè)置的磁性轉(zhuǎn)矩傳感器與磁性多圈位置傳感器。該方案會(huì)導(dǎo)致形成較大的體積，且不得不使用多個(gè)印刷電路或一個(gè)柔性印刷電路，因?yàn)榛魻栐幱诓煌钠矫?，以及?dǎo)致在轉(zhuǎn)矩傳感器和位置傳感器間的磁性的互相影響。此外，在現(xiàn)有技術(shù)中，可以看到申請(qǐng)人提出的專利申請(qǐng)W02009/047401，其中描述了一種轉(zhuǎn)矩和位置傳感器，其中，位置傳感器的磁體還同時(shí)巧妙地集成在定子部分上。然而，圈數(shù)的倒計(jì)數(shù)需借助機(jī)械減速系統(tǒng)，該減速系統(tǒng)具有該專利第一部分已經(jīng)列舉的缺點(diǎn)。 而且，以該傳感器獲得的精確度在360度的+/-0. 5% (即角位精確度為+/-2度)，該精確度對(duì)于方向柱的應(yīng)用不夠令人滿意。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出通過實(shí)現(xiàn)具有可靠性和提高的精度的非接觸位置傳感器來(lái)解決由現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。為此，本發(fā)明提出一種磁性位置傳感器，包括至少一個(gè)磁化單元，第一磁敏探測(cè)器以及第二磁敏探測(cè)器；第一和第二磁敏探測(cè)器彼此相對(duì)地固定；磁化單元在位移行程上相對(duì)于所述第一和第二磁敏探測(cè)器可移動(dòng)且在各時(shí)刻具有絕對(duì)位置；所述磁化單元在所述第一磁敏探測(cè)器周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)一方面具有法向分量，而另一方面至少具有切向分量或橫向分量，所述磁場(chǎng)在分布于位移行程上的N個(gè)周期上以正弦和周期性的方式改變，其中N是大于1的數(shù)；所述第一磁敏探測(cè)器能夠測(cè)量三個(gè)磁場(chǎng)分量中的至少兩個(gè)，以便確定針對(duì)所述磁化單元的位置的第一數(shù)據(jù)，第二磁敏探測(cè)器以絕對(duì)、增量和可逆方式測(cè)量磁場(chǎng)的完整轉(zhuǎn)數(shù)，以便確定針對(duì)磁體的位置的第二數(shù)據(jù)，所述第二磁敏探測(cè)器可被供電或不供電， 所述傳感器包括根據(jù)第一和第二數(shù)據(jù)計(jì)算所述磁體的絕對(duì)位置的模塊。在一般情況下的位置傳感器實(shí)施例中，第一磁敏探測(cè)器測(cè)量由磁化單元(1)產(chǎn)生的磁場(chǎng)的三個(gè)分量之中的兩個(gè)(或直接測(cè)量角度)，并且根據(jù)這兩個(gè)分量(其振幅通常不同)對(duì)磁化單元的位置進(jìn)行解碼，需要使所使用的分量歸一化，以便計(jì)算反正切，從而推導(dǎo)出位置。反正切和歸一化能夠或者由獨(dú)立的元件實(shí)現(xiàn)，或者直接由探測(cè)器(例如MELEXIS90316，HAL 3625)對(duì)磁場(chǎng)的兩個(gè)分量的測(cè)量值積分來(lái)實(shí)現(xiàn)，即計(jì)算磁場(chǎng)的兩個(gè)分量的反正切和歸一化。通過例如，適當(dāng)?shù)剡x擇探測(cè)器的位置和取向、形成特定的磁體的幾何形狀、實(shí)現(xiàn)特定的極化、或者在第一探測(cè)器處設(shè)置磁場(chǎng)集中器，可以獲得使磁場(chǎng)具有大體相同的值的特別有利的效果。通過第一探測(cè)器在對(duì)位置解碼后的輸出，獲得依賴于磁化單元相對(duì)該第一探測(cè)器的位置的線性的且周期性的信號(hào)。在這種情況下，第二磁敏探測(cè)器被用來(lái)識(shí)別當(dāng)前所處的周期，由此以絕對(duì)方式確定磁化單元相對(duì)于探測(cè)器的位置。實(shí)際上，輸出信號(hào)在期望的行程上重復(fù)η次，不能僅由第一探測(cè)器發(fā)出的第一信號(hào)來(lái)推導(dǎo)磁化單元的位置，這是本發(fā)明提出增加能夠根據(jù)產(chǎn)生第一探測(cè)器所檢測(cè)到的磁場(chǎng)的同一磁體，來(lái)確定處于哪一線性部分的第二探測(cè)器的原因。舉例而言，可以使用基于磁矩的旋轉(zhuǎn)的分量(如在專利EP153MWB1和ΕΡ1740909Β1描述的)。 磁疇在由磁化單元產(chǎn)生的磁場(chǎng)(磁疇存在于磁場(chǎng)中)旋轉(zhuǎn)的同時(shí)連續(xù)旋轉(zhuǎn)，但僅在每次磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)時(shí)在磁回路內(nèi)傳播，以便在處理結(jié)束和輸出時(shí)獲得在磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的整個(gè)360度范圍上絕對(duì)的但以離散方式遞增或遞減的信號(hào)。由此使得能夠以絕對(duì)方式識(shí)別所處的周期。此外， 由于這種分量基于磁疇的旋轉(zhuǎn)，即使當(dāng)探測(cè)器未被供電并且在磁體和第二磁敏探測(cè)器(所謂的ASIC)之間存在偏移時(shí)，磁疇也旋轉(zhuǎn)并且依賴于所述偏移而較強(qiáng)或較弱地傳播。一旦建立電接觸，則不會(huì)丟失任何位置。該系統(tǒng)通常被稱為TPO(《True Power 0η》，真實(shí)電源開啟)并且在2個(gè)運(yùn)動(dòng)方向上運(yùn)行而不會(huì)產(chǎn)生磁滯。與專利DE 102007039051(其中計(jì)圈組件需要經(jīng)由與Wiegand布線關(guān)聯(lián)的線圈發(fā)送尋址非易失性存儲(chǔ)器的電脈沖)不同的是，在此所使用的分量本身能夠通過物理特性的改變實(shí)現(xiàn)對(duì)圈數(shù)的測(cè)量和計(jì)算(見圖7)。因此所實(shí)現(xiàn)的組件較緊湊并且在要求對(duì)貫通軸進(jìn)行檢測(cè)的情況下，允許被偏移到磁體周圍。而且，其能夠計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)和轉(zhuǎn)圈的方向(增量或減量)，而不需要對(duì)傳感器供電(以《True Power On))或TPO模式運(yùn)行)。由本申請(qǐng)?zhí)岢龅姆桨改軌驅(qū)崿F(xiàn)完全非接觸的方案，因此可以省卻額外的機(jī)械部件并且使傳感器簡(jiǎn)化，降低其成本并增加其精確度。該方案還能夠提高測(cè)量的可靠性，并且尤其在貫通軸裝置的情況下，有利的是適合于不同的幾何構(gòu)造O圈傳感器、3圈傳感器等)同時(shí)使其符合所希望的精度。根據(jù)一個(gè)具體的實(shí)施例-磁化單元具有沿位移方向以連續(xù)方式改變的磁化方向，例如申請(qǐng)人的專利申請(qǐng) FR2898189所描述的示例；-磁化單元具有沿位移方向線性改變的磁化方向；-磁化單元的南北磁極相互交替；-磁化單元為單向磁化并且其尺度的至少之一以非連續(xù)的方式改變，以便在其周圍產(chǎn)生切向和法向(或軸向)分量的正弦變化，例如專利申請(qǐng)F(tuán)M909170所描述的那樣。另一方面，根據(jù)可選的實(shí)施例-磁化單元為環(huán)狀并且具有在垂直于磁化單元的旋轉(zhuǎn)軸的平面上的磁化方向；-磁化單元為盤狀并且具有垂直于盤平面的磁化方向。需要明確的是，在本發(fā)明構(gòu)思下，只要能夠?qū)崿F(xiàn)由磁化單元在其周圍產(chǎn)生的磁場(chǎng)分量的正弦改變，則可以采用現(xiàn)有技術(shù)任何已知的方法。在磁體周圍，磁場(chǎng)產(chǎn)生周期實(shí)質(zhì)上為2pi/N的切向分量(Bt)、法向分量(Bn)和橫向分量(Βζ)。&ι和Bz分量具有相同的相位，而Bt分量則被相移四分之一個(gè)周期。在必要的情況下，利用對(duì)磁場(chǎng)的兩個(gè)分量的測(cè)量值積分的第一磁敏探測(cè)器，計(jì)算磁場(chǎng)的兩個(gè)分量的反正切并對(duì)其進(jìn)行歸一化。如果借助第一探測(cè)器在圍繞磁體的空間中的點(diǎn)測(cè)量Bt和分量，則可以利用以下公式，獲知磁體在除2pi/n處以外的線性位置
Btθ = arctan(Gi—)，除 2pi/n 以外，其中
Bn- θ 磁體的角位，而Gt(如果需要的話)是放大切向分量的增益。在更一般的情況下，可以使用以下公式
Btθ = arctan(G——)，其中，Bnz = kn. Bn+kz. Bz
Bnz在通常情況下，根據(jù)振幅通常不同的兩個(gè)分量對(duì)磁化單元的角位編碼，需要對(duì)所使用的兩個(gè)分量歸一化以計(jì)算反正切，由此推導(dǎo)出線性位置。線性部分在長(zhǎng)度為2pi/N的周期上的精確度約為+/-0.3%。因此，周期越小，也就是說(shuō)N越大，則角精度越高，因此能夠調(diào)整周期數(shù)量N，以便滿足希望的精度。優(yōu)選地，第一和第二磁敏探測(cè)器被設(shè)置在同一印刷電路上。探測(cè)器C3)可受磁場(chǎng)的完整旋轉(zhuǎn)數(shù)Nr限定，可以根據(jù)應(yīng)用來(lái)區(qū)別該探測(cè)器(3)。 例如，如果探測(cè)器被集成在包括N個(gè)周期的磁化單元表面上，其最大可發(fā)送Nr個(gè)不同增量值，因此最終傳感器將是絕對(duì)的且在Nr/N的圈數(shù)上具有很高的精度。因此如果希望在確定的圈數(shù)上獲得絕對(duì)傳感器，則應(yīng)調(diào)整磁化周期的數(shù)量，以獲得具有適當(dāng)圈數(shù)的絕對(duì)傳感器。根據(jù)一具體的實(shí)施例，本發(fā)明可以是針對(duì)線性應(yīng)用設(shè)計(jì)的。磁化單元因此沿位移方向線性延伸。在這種情形中，可采用磁化方向沿位移方向連續(xù)改變的帶狀磁體。第一探測(cè)器測(cè)量徑向、法向和軸向分量，以在一周期內(nèi)確定磁體的位置。第二絕對(duì)增量探測(cè)器被用來(lái)計(jì)算由磁體發(fā)射的磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)數(shù)。按照另一實(shí)施例，磁化單元具有在小于360°的角寬上延伸的形狀。因此，通過結(jié)合第一和第二探測(cè)器的信號(hào)獲得的位置信號(hào)非常精確。本發(fā)明還提出實(shí)現(xiàn)包括如前所述的位置傳感器的轉(zhuǎn)矩傳感器。為此，本發(fā)明提出用于檢測(cè)由扭桿連接的第一軸和第二軸之間的轉(zhuǎn)矩的磁性檢測(cè)裝置，該裝置尤其用于汽車方向柱，其包括如前所述的位置傳感器；第一磁性轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)， 其與第一軸關(guān)聯(lián)并且包括多個(gè)輻射定向的磁體；第二定子結(jié)構(gòu)，其與第二軸關(guān)聯(lián)并且包括兩個(gè)齒冠，所述兩個(gè)齒冠上延伸有軸向定向且交疊排列的齒，以及第三固定磁通約束結(jié)構(gòu)， 其由兩個(gè)磁通量鎖閉部件構(gòu)成，所述磁通量鎖閉部件限定至少一個(gè)磁隙，所述磁隙中設(shè)置有至少一個(gè)第三磁敏探測(cè)器。根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式-第一、第二和第三探測(cè)器被設(shè)置在同一印刷電路上；-磁化單元為圍繞所述齒的環(huán)狀；-多個(gè)磁體屬于磁化單元。由此該結(jié)構(gòu)允許僅通過增加一個(gè)磁體和兩個(gè)探測(cè)器并且通過重復(fù)利用轉(zhuǎn)矩傳感器的所有其它部件，來(lái)獲得軸向和徑向體積與單獨(dú)一個(gè)轉(zhuǎn)矩傳感器的體積相同的多圈絕對(duì)位置轉(zhuǎn)矩傳感器。在該結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)矩傳感器的磁體和位置傳感器的磁體是同心的，且所有霍爾元件都位于垂直于傳感器旋轉(zhuǎn)軸的磁體的中位面上。這種結(jié)構(gòu)具有能夠使所有霍爾元件位于同一印刷電路上并消除一個(gè)傳感器對(duì)另一傳感器的磁影響的優(yōu)點(diǎn)。此外，通過使構(gòu)成這種集成傳感器的部件成為一體化部件，以降低該集成傳感器的成本位置傳感器的磁體和轉(zhuǎn)矩傳感器的同心環(huán)可以同時(shí)模制而成因此僅構(gòu)成單個(gè)部件，對(duì)于構(gòu)成單個(gè)且是同一印刷電路的一部分的轉(zhuǎn)矩和位置傳感器的霍爾探測(cè)器也是如此。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，將選擇角寬與位置傳感器的磁體的周期的角寬相同或者周期為其K倍的集流器角寬。該實(shí)施例提出一種轉(zhuǎn)矩傳感器和多圈位置傳感器的方案，其將第一優(yōu)選實(shí)施例與例如專利FR287^96所描述的磁性轉(zhuǎn)矩傳感器相關(guān)聯(lián)并針對(duì)兩個(gè)傳感器使用單個(gè)一體化磁體。因此，該磁體可成為轉(zhuǎn)矩傳感器和位置傳感器的磁場(chǎng)源，所有的電組件被設(shè)置在同一印刷電路上。在該結(jié)構(gòu)中，應(yīng)使轉(zhuǎn)矩傳感器的定子在軸向上相互遠(yuǎn)離，以便第一和第二探測(cè)器能夠測(cè)量由磁化單元產(chǎn)生的磁場(chǎng)。其軸向體積更大，但由于僅使用單個(gè)磁體因而可以降低傳感器的成本。如果不使轉(zhuǎn)矩定子彼此遠(yuǎn)離，則可以把轉(zhuǎn)矩傳感器的磁體延伸直至在軸向上超過一個(gè)或多個(gè)定子并把第一和第二探測(cè)器設(shè)在其外周。這同樣使得能夠只包括單個(gè)磁體，但缺點(diǎn)在于具有用于與轉(zhuǎn)矩傳感器相關(guān)的探測(cè)器和用于位置傳感器的探測(cè)器的兩個(gè)不同的印刷電路。本發(fā)明還涉及一種用于檢測(cè)由扭桿連接的第一軸和第二軸之間的轉(zhuǎn)矩的磁性檢測(cè)裝置，所述磁性檢測(cè)裝置尤其用于汽車方向柱，其包括如前所述的位置傳感器，輔助磁化單元和輔助磁敏探測(cè)器；位置傳感器的磁化單元，其與第一軸關(guān)聯(lián)，以便使位置傳感器能夠發(fā)送關(guān)于所述第一軸的角位θ 1的第一位置信息；輔助磁化單元與第二軸關(guān)聯(lián)并且相對(duì)于輔助磁敏探測(cè)器可移動(dòng)，該輔助磁敏探測(cè)器能夠發(fā)送關(guān)于第二軸的角位θ 2的第二位置信息；所述裝置包括中央模塊，該中央模塊能夠根據(jù)第一和第二位置信息的結(jié)合，計(jì)算第一軸和第二軸之間的角位差，即
權(quán)利要求
1.一種磁性位置傳感器(A)，包括至少一個(gè)磁化單元(1)，第一磁敏探測(cè)器O)以及第二磁敏探測(cè)器(3)；所述第一和第二磁敏探測(cè)器(2、；3)彼此相對(duì)地固定；所述磁化單元(1)在位移行程上相對(duì)于所述第一和第二磁敏探測(cè)器(2、；3)能夠移動(dòng)且在各時(shí)刻具有絕對(duì)位置；所述磁化單元(1)在所述第一磁敏探測(cè)器( 周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)一方面具有法向分量，另一方面至少具有切向分量或橫向分量，所述磁場(chǎng)在分布于位移行程上的N個(gè)周期上以正弦和周期性的方式改變，其中N是大于1的數(shù)；所述第一磁敏探測(cè)器( 能夠測(cè)量三個(gè)磁場(chǎng)分量中的至少兩個(gè)，以便確定針對(duì)所述磁化單元(1)的位置的第一數(shù)據(jù)；其特征在于，所述第二磁敏探測(cè)器(3)能夠以絕對(duì)、增量和可逆方式測(cè)量磁場(chǎng)的完整轉(zhuǎn)數(shù)，以便確定針對(duì)磁體(1)的位置的第二數(shù)據(jù)，所述第二磁敏探測(cè)器C3)被供電或者不被供電；所述傳感器包括根據(jù)所述第一和第二數(shù)據(jù)計(jì)算所述磁體(1)的絕對(duì)位置的模塊。
2.按照權(quán)利要求1所述的磁性位置傳感器(A)，其特征在于，所述磁化單元(1)具有沿位移方向以連續(xù)方式改變的磁化方向。
3.按照權(quán)利要求2所述的磁性位置傳感器(A)，其特征在于，所述磁化單元(1)具有沿位移方向線性改變的磁化方向。
4.按照權(quán)利要求1所述的磁性位置傳感器(A)，其特征在于，所述磁化單元(1)的南北磁極相互交替。
5.按照權(quán)利要求1所述的磁性位置傳感器(A)，其特征在于，所述磁化單元(1)為單向磁化并且其尺度的至少之一以非連續(xù)的方式改變。
6.按照權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的磁性位置傳感器(A)，其特征在于，所述磁化單元(1)為環(huán)狀并且具有在垂直于所述磁化單元(1)的旋轉(zhuǎn)軸的平面上的磁化方向。
7.按照權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的磁性位置傳感器(A)，其特征在于，所述磁化單元(1)為盤狀并且具有垂直于盤平面的磁化方向。
8.按照權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的磁性位置傳感器(A)，其特征在于，所述磁化單元(1)具有在小于360°的角寬上延伸的形狀。
9.按照權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的磁性位置傳感器(A)，其特征在于，所述磁化單元(1)沿位移方向線性延伸。
10.按照權(quán)利要求1至9中任意一項(xiàng)所述的磁性位置傳感器(A)，其特征在于，所述第一和第二磁敏探測(cè)器(2、；3)被設(shè)置在同一印刷電路(4)上。
11.一種用于檢測(cè)由扭桿連接的第一軸和第二軸之間的轉(zhuǎn)矩的磁性檢測(cè)裝置，所述磁性檢測(cè)裝置尤其用于汽車方向柱，所述磁性檢測(cè)裝置包括按照權(quán)利要求1至10中任意一項(xiàng)所述的位置傳感器(A)；第一磁性轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)(7)，其與所述第一軸關(guān)聯(lián)并且包括多個(gè)輻射定向的磁體(8)，第二定子結(jié)構(gòu)(20)，其與所述第二軸關(guān)聯(lián)并且包括兩個(gè)齒冠(10、11)，所述兩個(gè)齒冠上延伸有軸向定向且交疊的齒(12、13)，以及第三固定磁通約束結(jié)構(gòu)(14)，其由兩個(gè)磁通量鎖閉部件(15、16)構(gòu)成，所述磁通量鎖閉部件限定至少一個(gè)磁隙(18)，所述磁隙中設(shè)置有至少一個(gè)第三磁敏探測(cè)器(17)。
12.按照權(quán)利要求11所述的磁性檢測(cè)裝置(A)，其中，第一、第二和第三探測(cè)器0、3、 17)被設(shè)置在同一印刷電路Ga)上。
13.按照權(quán)利要求11或12所述的磁性檢測(cè)裝置，其中，所述磁化單元(1)為圍繞所述齒(12、13)的環(huán)狀。
14.按照權(quán)利要求11或12所述的磁性檢測(cè)裝置，其中，所述多個(gè)磁體(8)屬于所述磁化單元(1)。
15.一種用于檢測(cè)由扭桿連接的第一軸和第二軸之間的轉(zhuǎn)矩的磁性檢測(cè)裝置，所述磁性檢測(cè)裝置尤其用于汽車方向柱，所述磁性檢測(cè)裝置包括按照權(quán)利要求1至10中任意一項(xiàng)所述的位置傳感器(A)，輔助磁化單元(Ib)和輔助磁敏探測(cè)器(2b)；所述位置傳感器(A)的磁化單元(Ia)，其與第一軸( 關(guān)聯(lián)，以便所述位置傳感器(A) 能夠發(fā)送關(guān)于所述第一軸(5)的角位θ 1的第一位置信息；所述輔助磁化單元(Ib)與第二軸(6)關(guān)聯(lián)并且相對(duì)于所述輔助磁敏探測(cè)器Ob)能夠移動(dòng)，所述輔助探測(cè)器Ob)能夠發(fā)送關(guān)于第二軸(6)的角位θ 2的第二位置信息；所述裝置包括中央模塊，所述中央模塊能夠根據(jù)所述第一位置信息和所述第二位置信息的結(jié)合，計(jì)算所述第一軸( 和所述第二軸(6)之間的角位差，即
全文摘要
本發(fā)明涉及包括至少一塊永磁體的磁性位置傳感器，本發(fā)明還涉及在由扭桿相連的第一和第二軸之間檢測(cè)轉(zhuǎn)矩的磁性裝置。本發(fā)明旨在實(shí)現(xiàn)能識(shí)別磁化單元的絕對(duì)位置和多個(gè)周期的裝置。本發(fā)明的目的因此在于提出一種磁性位置傳感器(A)，其包括至少一個(gè)磁化單元(1)、第一磁敏探測(cè)器(2)以及第二磁敏探測(cè)器(3)。第二磁敏探測(cè)器(3)能夠以絕對(duì)、遞增和可逆方式測(cè)量磁場(chǎng)的完整轉(zhuǎn)數(shù)，從而確定相對(duì)于磁體(1)位置的第二數(shù)據(jù)，所述第二磁敏探測(cè)器(3)可以被供電或不被供電。傳感器還包括根據(jù)分別來(lái)自第一和第二探測(cè)器(2、3)的第一和第二數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算磁體(1)絕對(duì)位置的計(jì)算模塊。
文檔編號(hào)G01D5/249GK102472642SQ201080030819
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月7日
發(fā)明者斯特凡·比韋爾西, 杰拉爾德·馬松 申請(qǐng)人:移動(dòng)磁體技術(shù)公司