用于獲取旋轉(zhuǎn)運動的構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)角度的傳感器組件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種根據(jù)獨立權(quán)利要求1所述的類型的用于獲取旋轉(zhuǎn)運動的構(gòu)件的 旋轉(zhuǎn)角度的傳感器組件。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了獲取正在旋轉(zhuǎn)的軸的角度，從現(xiàn)有技術(shù)中已知，中心地在軸上獲取磁體的旋 轉(zhuǎn)運動。為此，獲取磁矢量圍繞具有相應的敏感的磁性傳感器（例如AMR和/或GMR傳感 器、霍爾傳感器、具有集成的磁場集中器的霍爾傳感器等）的旋轉(zhuǎn)軸線的旋轉(zhuǎn)。對于所使用 的傳感器元件，獲取旋轉(zhuǎn)的磁矢量是重要的。對于在傳感器元件之前旋轉(zhuǎn)的例如實施成圓 形磁體的磁體，磁矢量也旋轉(zhuǎn)。該旋轉(zhuǎn)運動通過位于其前方的傳感器元件獲取，該傳感器元 件是ASIC(專門針對應用的集成的電路）的一部分并且探測與磁體表面平行的磁矢量。在 二維的或三維的霍爾傳感器中，這通過借助于定向的磁通密度的反正切函數(shù)間接地獲取角 度得以實現(xiàn)。這種霍爾傳感器可明確地探測圓形磁體在360°上的角位置。AMR傳感器實 現(xiàn)了直接的角度獲取，并且根據(jù)原理直接獲取磁矢量的角度。用于獲取角度或路程的裝置 在車輛中可應用在用于車輛制動系統(tǒng)、用于照明寬度調(diào)整、用于獲取軸的角度位置的不同 的操縱裝置中，但是尤其地也用于在制動踏板處獲取駕駛員制動意圖或者在加速踏板處獲 取駕駛員加速意圖。
[0003] 測量元件設(shè)計成用于限定的角度范圍。由此，例如AMR傳感器典型地可明確獲取 磁矢量繞180°的角度旋轉(zhuǎn)。相反地，二維的或三維的霍爾傳感器借助于集成的磁場集中器 或者通過霍爾元件在所有三個平面中獲取磁矢量繞360°的角度旋轉(zhuǎn)。得到的精度可最優(yōu) 地與該角度范圍相匹配。在獲取明顯小于傳感器元件的測量范圍的角度時，在測量范圍上 得到的輸出信號的分辨率、即精度減小。在具有360°的測量范圍的識別磁角度的傳感器 中，當在應用中整個測量范圍僅僅涉及36°時，在測量范圍上的百分比精度減小10倍。
[0004] 在文獻DE 10 2009 055 104 A1中描述了一種用于獲取線性運動的構(gòu)件的路程的 磁場傳感器組件。在所描述的磁場傳感器組件中，在運動的構(gòu)件處的磁性系統(tǒng)的磁場的空 間分量的方向在待獲取的路程上發(fā)生變化，從而可相應地探測其相對于位置固定的傳感器 的位置。在線性運動的且可在其它自由度中運動的構(gòu)件處，存在至少一個磁體作為磁性系 統(tǒng)的組成部分，至少一個與之相對的位置固定的對磁場敏感的傳感器以預定的距離被分配 給該磁體。
[0005] 在文獻DE 10 2007 024 867 A1中描述了一種用于無接觸地獲取旋轉(zhuǎn)角度的測量 裝置。所描述的測量裝置包括：第一體部，磁體以與旋轉(zhuǎn)軸線具有徑向距離的方式布置在該 體部上；以及第二體部，其具有用于產(chǎn)生測量信號的對磁場敏感的元件。在此，對磁場敏感 的元件和磁體在第一和第二體部之間有相對運動時相對于該相對運動的圓形軌跡相切地 布置，其中，磁體在相對于旋轉(zhuǎn)軸線垂直于徑向方向布置的平面中徑向地被磁化或極化。
[0006] 在文獻DE 10 2008 020 153 A1中描述了一種角度獲取裝置。所描述的裝置包括： 具有至少一個磁性的北極區(qū)域和至少一個磁性的南極區(qū)域的旋轉(zhuǎn)元件，這兩個區(qū)域圍繞旋 轉(zhuǎn)中心交替地布置；具有磁性板和獲取元件的磁場獲取區(qū)段，其獲取在垂直于磁性板的方 向上的磁性分量的大?。灰约坝嬎銌卧?，其確定旋轉(zhuǎn)元件的旋轉(zhuǎn)角度。磁場獲取區(qū)段布置 成，使得磁性板垂直于磁場強度最大的第一方向取向，其中，磁場獲取區(qū)段獲取在第一方向 和第二方向上的磁性分量的大小，所述第一和第二方向相應于磁性的北極區(qū)域和南極區(qū)域 沿圓周所布置的方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 相對地，根據(jù)本發(fā)明的具有獨立權(quán)利要求1所述特征的用于獲取旋轉(zhuǎn)運動的構(gòu)件 的旋轉(zhuǎn)角度的傳感器組件具有的優(yōu)點是，代替在旋轉(zhuǎn)運動中心的角度測量，測量在環(huán)繞軌 跡上運動的、具有至少一個多極體的測量值發(fā)送器或者具有至少一個傳感器元件的測量值 接收器的磁矢量。在此，不再探測平行于磁體表面的磁矢量，而是獲取在垂直于磁體的平面 中的磁矢量。該磁矢量在測量值發(fā)送器或測量值接收器經(jīng)過時根據(jù)在經(jīng)過時在測量值發(fā)送 器和測量值接收器之間的磁性氣隙以例如在150°至240°的范圍中的角度旋轉(zhuǎn)。根據(jù)本 發(fā)明的用于獲取旋轉(zhuǎn)運動的構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)角度的傳感器組件的實施方式尤其地適于獲取在 5°至95°的測量范圍中的旋轉(zhuǎn)角度。
[0008] 本發(fā)明的核心在于，將角度測量轉(zhuǎn)換成在具有預定半徑的環(huán)繞軌跡上的路程測 量。由此，被探測的磁矢量與圓形軌跡上的路程并且由此也與經(jīng)過的角度區(qū)段的角度具有 直接且限定的關(guān)系。在測量值接收器中的磁矢量的獲取直接通過對此敏感的傳感器元件、 例如AMR傳感器實現(xiàn)，或者間接通過借助于反正切函數(shù)評估在探測平面中的有指向的磁通 密度實現(xiàn)。通過調(diào)整至少一個多極體的半徑和/或長度，可使待測量的角度范圍最優(yōu)地與 傳感器元件的測量范圍相協(xié)調(diào)。測量值接收器相對于至少一個測量值發(fā)送器的位置布置 成，使得相應地總是獲取位于垂直于多極體的平面中的磁矢量，其中，至少一個多極體的各 個永磁體在周向上被磁化或極化，并且傳感器元件相對于至少一個多極體取向為，使得可 直接或間接地由傳感器元件獲取磁矢量分量。對于間接測量的傳感器，所給出的傳感器元 件的位置使得能夠獲取磁矢量的待獲取的平面。對于直接測量的傳感器，同樣應考慮測量 元件的敏感平面相對于磁矢量的待測量的平面的正確取向。
[0009] 本發(fā)明的實施方式以有利的方式實現(xiàn)了根據(jù)本發(fā)明的傳感器組件與在最優(yōu)地利 用給定傳感器的分辨率時的幾何情況的最優(yōu)匹配，該傳感器元件例如可實施成霍爾傳感 器、AMR傳感器、GMR傳感器等。傳感器元件可以有利的方式在環(huán)繞軌跡的半徑方面、在測量 值發(fā)送器和測量值接收器之間的徑向距離方面和/或至少一個多極體的尺寸方面和/或多 極體的數(shù)量方面和/或至少一個多極體的至少一個永磁體的尺寸方面和/或至少一個多極 體的永磁體的數(shù)量方面進行選擇和尺寸設(shè)計，從而在角度范圍上可實現(xiàn)最優(yōu)的分辨率，也 就是說可實現(xiàn)在測量距離或測量角度上磁場定向的盡可能大的變化。
[0010] 本發(fā)明的實施方式實現(xiàn)了用于獲取旋轉(zhuǎn)運動的構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)角度的靈活的傳感器 組件，其可在測量值接收器不變的情況下或者根據(jù)需要僅僅通過調(diào)整測量值接收器的編程 來應用在具有不同測量角度的不用應用的不同結(jié)構(gòu)空間中。
[0011] 本發(fā)明的實施方式提供了一種用于獲取旋轉(zhuǎn)運動的構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)角度的傳感器組 件，其具有：測量值發(fā)送器，其包括具有磁性的北極區(qū)域和磁性的南極區(qū)域的至少一個永磁 體并且以相對于旋轉(zhuǎn)運動的構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)軸線具有預定的第一徑向距離的方式布置；以及測 量值接收器，其包括至少一個用于獲取至少一個磁性參數(shù)的傳感器元件，該傳感器元件以 相對于旋轉(zhuǎn)運動的構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)軸線具有預定的第二徑向距離的方式布置。在此，旋轉(zhuǎn)運動 的構(gòu)件的運動引起可為獲得旋轉(zhuǎn)角度而被評估的至少一個磁性參數(shù)的變化，其中，至少一 個永磁體沿著通過第一徑向距離預定的圍繞旋轉(zhuǎn)軸線的圓弧或者與所述圓弧相切地被極 化，并且產(chǎn)生在垂直于磁體表面的探測平面中的磁矢量。根據(jù)本發(fā)明，測量值發(fā)送器具有至 少一個多極體，其包括至少兩個永磁體，所述永磁體布置成，使得多極體的直接相鄰的永磁 體的面對彼此的端部具有相同磁性的極化。通過根據(jù)本發(fā)明的組件可在使用兩個用于多極 體的永磁體的情況下以有利的方式在多極體的整個測量范圍上產(chǎn)生單值的測量信號。
[0012] 通過在從屬權(quán)利中闡述的措施和改進方案實現(xiàn)了在獨立權(quán)利要求1中給出的用 于獲取旋轉(zhuǎn)運動的構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)角度的傳感器組件的有利改進。
[0013] 在根據(jù)本發(fā)明的傳感器組件的有利的設(shè)計方案中，至少一個傳感器元件可直接探 測磁矢量的角度，其中，所獲取的磁矢量的角度反映旋轉(zhuǎn)運動的構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)角度。備選地， 至少一個傳感器元件可探測有指向的磁通密度并且通過反正切函數(shù)換算成旋轉(zhuǎn)運動的構(gòu) 件的旋轉(zhuǎn)角度。
[0014] 在根據(jù)本發(fā)明的傳感器組件的另一有利的設(shè)計方案中，測量值發(fā)送器與旋轉(zhuǎn)運動 的構(gòu)件相聯(lián)結(jié)，并且測量值接收器可以相對于測量值發(fā)送器的圓形軌跡具有預定的徑向距 離的方式位置固定地被固定。備選地，測量值接收器可與旋轉(zhuǎn)運動的構(gòu)件相聯(lián)結(jié)，并且測量 值發(fā)送器可以相對于測量值接收器的圓形軌跡具有預定的徑向距離的方式位置固定地被 固定。
[0015] 特別有利地，可使測量值發(fā)送器和/或測量值接收器相對于旋轉(zhuǎn)運動的構(gòu)件的旋 轉(zhuǎn)軸線的預定的第一和/或第二徑向距離、和/或在測量值發(fā)送器和測量值接收器之間預 定的徑向距離、和/或至少一個多極體的尺寸、和/或多極體的數(shù)量、和/或至少一個多極 體的至少一個永磁體的尺寸、和/或至少一個多極體的永磁體的數(shù)量、和/或測量值接收器 的至少一個傳感器元件的尺寸、和/或測量值接收器的傳感器元件的數(shù)量與安裝空間和測 量角度范圍相匹配。優(yōu)選地，使測量值發(fā)送器和/或測量值接收器的布置與安裝空間和測 量角度范圍相匹配，使得在測量角度范圍上實現(xiàn)磁矢量角度的最大變化。
[0016] 在根據(jù)本發(fā)明的傳感器組件的另一有利的設(shè)計方案中，測量值接收器的至少一個 傳感器元件可實施成AMR傳感器和/或GMR傳感器和/或霍爾傳感器。
[0017] 在根據(jù)本發(fā)明的傳感器組件的另一有利的設(shè)計方案中，測量值發(fā)送器的至少一個 多極體的至少兩個永磁體可實施成具有圓形或矩形的橫截面的簡單棒式磁體和/或具有 圓形或矩形的橫截面且具有單側(cè)的和/或雙側(cè)的倒圓部的棒式磁體。所述倒圓部可具有相 應于測量值發(fā)送器或測量值接收器的環(huán)繞軌跡的預定的圓弧的曲率。
[0018] 在根據(jù)本發(fā)明的傳感器組件的另一有利的設(shè)計方案中，測量值發(fā)送器的至少一個 多極體的至少兩個永磁體可被結(jié)合成具有三個磁極的三極體，其在其端部處具有相同的磁 極。對于這種三極體，例如得到北極-南極-北極或者南極-北極-南極的磁極順序。
[0019] 可旋轉(zhuǎn)運動的構(gòu)件例如可相應于踏板、例如制動踏板或加速踏板，或者相應于轉(zhuǎn) 向柱。
【附圖說明】
[0020] 本發(fā)明的實施例在附圖中示出并在以下描述中詳細解釋。在附圖中，相同的附圖 標記表示執(zhí)行相同或相似功能的組件或元件。
[0021] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的用于獲取旋轉(zhuǎn)運動的構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)角度的傳感器組件的 實施例的示意性立體俯視圖，所述旋轉(zhuǎn)運動的構(gòu)件用于識別駕駛員制動意圖，
[0022] 圖2示出了圖1中的根據(jù)本發(fā)明的用于獲取旋轉(zhuǎn)運動的構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)角度的傳感器 組件的實施例的示意性立體剖視圖，
[0023] 圖3示出了圖1或2中的根據(jù)本發(fā)明的用于獲取旋轉(zhuǎn)運動的構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)角度的傳 感器組件的多極體磁場線的示意圖，
[0024] 圖4示出了圖1或2中的根據(jù)本發(fā)明的用于獲取旋轉(zhuǎn)運動的構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)角度的傳 感器組件的多極體的第一實施例的示意性立體圖，
[0025] 圖5至9示出了用于形成圖1或2中的根