CN104380051A - 用于在测定旋转角时使用的磁场发生器和传感器装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在借助传感器单元(13)测定旋转角时使用的磁场发生器(2),所述传感器单元设计用于检测磁流密度。所述磁场发生器(2)例如可以定位在转轴(12)上。所述磁场发生器(2)设计成具有北极和南极的双极磁体。它具有将北极与南极分隔开的分极平面(4)。此外它还具有端面直线(5)。端面(7)在至少一个点上是抬高的。于是可以让产生的磁场适应传感器单元(13)的要求,并且精确地测定旋转角。
Description
技术领域
本发明涉及一种在借助传感器单元测定旋转角时使用的磁场发生器和传感器装置,该传感器单元设计用于检测磁流密度。
背景技术
旋转角可以借助不同的传感器测定。于是例如可以随霍尔元件使用利用霍尔效应的传感器。其中,霍尔元件例如离心地定位在永磁体的旋转轴上方,旋转角是围绕着这个旋转轴形成的。在此,例如评估由永磁体产生的磁场的、与旋转轴平行的磁流密度分量。这种测量原理的基础是,磁流密度分量在一次完整的旋转时具有正弦形式的信号变化曲线。
发明内容
本发明的目的在于,实现一种磁场发生器,用于在测定旋转角时使用,它有助于能够精准地测定旋转角。
该目的通过独立权利要求所述的特征得以解决。有利的设计方案在从属权利要求中得以表征。
根据第一个方面,本发明的特征在于一种在借助传感器单元测定旋转角时使用的磁场发生器,其设计用于检测磁流密度。磁场发生器设计成具有北极和南极的双极磁体。它具有一个分极平面,这个分极平面将北极与南极分隔开。此外,它还具有一条端面直线(Stirngerade),其在端侧上位于磁场发生器的表面上和分极平面上。此外,它还具有一个正交平面,这个正交平面与分极平面正交,并且端面直线位于这个正交平面内。磁场发生器具有一个端面,这个端面具有北极端面和南极端面。这个端面在至少一个部位上在与正交平面正交的方向上相对于正交平面抬高。此外,该磁场发生器具有一条投影直线,这条投直线将端面的一个抬高的点投影到正交平面上,其中,至少一部分投影直线位于端面的抬高点和其在磁场发生器内的正交平面上的投影之间。例如,这个抬高点是端面的最高抬高点。
以这种方式能够让由磁场发生器产生的磁场如下地适应传感器单元,即,使得能够精确地测定角度,并且此外还实现更小的磁场发生器,由此节约空间。此外还可以使用更便宜的磁体材料,例如在磁体的基于稀土的部位上使用硬铁氧体。此外还可以增加传感器单元和磁场发生器之间的间距,并且通过磁场发生器的特殊形状增加中心轴偏离公差。
特别是针对每个南极和北极端面,磁场发生器分别具有至少一个最高抬起点,其中,相应投影直线的至少一部分位于相应的最高抬起点和它在磁场发生器内的正交平面上的投影之间。
根据一种有利的设计方案,磁场发生器相对于正交平面具有一个圆形的基础面。于是,如果磁场发生器定位在圆形的转轴上,就可以尽可能地利用这个面。
根据另一种有利的设计方案,磁场发生器的北极端面和南极端面至少在一个部分区域内具有平坦面。这简化了生产流程,以此能够节约成本。
根据另一种有利的设计方案,磁场发生器的北极端面和南极端面至少在一个部分区域内具有凹形面。
根据另一种有利的设计方案,磁场发生器的北极端面和南极端面至少在一个部分区域内具有凸形面。
根据另一种有利的设计方案,所述磁场发生器包括一个硬铁氧磁体。通过硬铁氧体材料,例如氧化铁(Fe2O3)和氧化钯(Bao)的混合,可以制造价格便宜的磁体。
根据另一种有利的设计方案,所述磁场发生器包含一种塑料化合的磁材料。通过磁粉与聚合物材料的化合,例如不同的聚酰胺(PA6/PA12)或聚苯硫醚(PPS),可以制造柔性更强的磁体。
根据另一种有利的设计方案,所述磁场发生器具有一个由两条直线张开的间隙角。这两条直线位于与分极平面并且与正交平面正交的平面内。它们与端面直线相切,其中,其中一条直线经过南极端面的最高抬起点,另一条直线经过北极端面的最高抬起点。间隙角位于30°和170°之间的角度范围内。在这个角度范围内能够实现磁场发生器的磁场的特别有利的构造方案。
根据第二个方面,传感器装置具有至少一个根据第一个方面所述的磁场发生器,并且具有一个传感器单元,该传感器单元设计用于检测磁流密度。该传感器单元平行于正交平面朝向磁场发生器的端侧定位。它相对于磁场发生器可运动地布置。
附图说明
下面借助示意图更详尽地阐述本发明的实施例。图中示出:
图1是传感器装置的第一实施例,该传感器装置具有一个磁场发生器和一个传感器单元,
图2是根据第一实施例所述的磁场发生器的侧视图,
图3是具有凸形的极端面的磁场发生器的第二实施例,
图4是具有凹形的极端面的磁场发生器的第三实施例,
图5是具有方形的基础面的磁场发生器的第四实施例,
图6是具有部分平坦的极表面的磁场发生器的第五实施例,
图7是根据第一实施例所述的磁场发生器的磁场线的侧视图,
图8是根据第一实施例所述的磁场发生器的端侧视图,
图9是磁流密度变化曲线,以及
图10是对应第一实施例的磁流密度变化曲线,
图11是磁场发生器的第六实施例。
相同结构或功能的元件在所有附图中都标有相同的附图标记。
具体实施方式
传感器装置1(图1)具有一个磁场发生器2和一个传感器单元13。所述传感器单元13具有至少一个传感器元件14。该传感器元件14设计用于产生测量信号,这个测量信号代表了磁场发生器2产生的磁场的一个磁流密度分量。传感器单元13例如具有两个至八个传感器元件14。它们分别以成对的方式同心地围绕着传感器单元的中心点布置。由此能够特别简单地平衡磁场发生器和传感器单元中心点的同心偏差。传感器单元13与磁场发生器2轴平行地布置。磁场发生器2典型地位于一个转轴12上。磁场发生器2具有一个将北极和南极分隔开的分极平面4。磁场发生器2此外还具有一条在端侧位于磁场发生器2的表面上和分极平面4上的端面直线5。磁场发生器2此外还具有一个与分极线4正交的正交平面6,并且端面直线5就位于这个平面内。此外,磁场发生器2还具有一个端面7。这个端面7在至少一个部位上在与正交平面6正交的方向上相对于正交平面6抬高。
图2是根据第一实施例所述的磁场发生器的侧视图。该磁场发生器2布置在转轴12的端侧的末端上。磁场发生器2的北极通过分极平面4与南极分隔开。此外,磁场发生器2具有北极端面18和南极端面19,它们在与正交平面6正交的方向上相对于该正交平面6抬高。此外,该磁场发生器2还具有一个由两条直线张开的间隙角9。这些直线位于与分极平面4和与正交平面6正交的平面内。它们与端面直线5相切。其中一条直线经过南极端面19的最高抬起点,另一条直线经过北极端面18的最高抬起点。该间隙角9具有大约30°到170°的夹角范围。
磁场发生器2的另一种实施方式具有凸状的北极端面18和凸状的南极端面19(图3)。
磁场发生器2的另一种实施方式具有凹形的北极端面18和凹形的南极端面19(图4)。
磁场发生器2原则上也可以具有方形的基础面(图5),或者具有区别于圆柱形或方形的、负责的技术人员认为适合相应目的的形状。
第五实施例中的磁场发生器2(图6)在北极端面18和南极端面19上具有部分平坦的面。端面7被划分成多个由分界直线8、8a和端面直线5限定的子面。这些分界直线8和8a平行于端面直线5。通过这种形状设定能够制造更加特殊的磁场,由此使得磁场发生器2可以特别小且成本低。
图7示出了根据第一实施例所述的磁场发生器2的磁场线11的变化曲线。
图8示出了根据第一实施方式所述的磁场发生器2的俯视图。所述传感器元件示例性地描绘在圆形的测量轨道15上。为了让磁流密度变化曲线具有正弦形状,有利的是,磁流密度在穿过测量轨道15的中心点并且垂直于端面直线5的直线16的延伸路线中在测量轨道15的半径的区域内具有线性的延伸曲线。
在图9所示的上图表中可以看出沿着测量轨道15的示例性的正弦变化曲线。在下图表中可以示例性地看到沿着直线16的磁流密度变化曲线。
图10示出了在具有平坦的端面(上图表)的圆柱形磁场发生器中和根据第一实施例所示的(下图表)的磁场发生器2中,沿着直线16的磁流密度的变化曲线。正如可以看到的那样,第二种情况下的线性区域大于第一种情况下的线性区域。此外,在第二种情况下沿着测量轨道15的正弦变化曲线相比第一种情况具有更高的振幅。这在此可识别出的是,第二图表中的磁流密度变化曲线比第一图表中更陡直。
图11示出了磁场发生器2的第六实施例。
以下实施例也是有可能的,其中,磁场发生器2只有一部分北极端面18或南极端面18在与正交平面正交的方向上在先前所述的意义上抬高。
Claims (9)
1.一种在借助传感器单元(13)测定旋转角时使用的磁场发生器(2),所述传感器单元设计用于检测磁流密度,其中,所述磁场发生器(2)
-设计成具有北极和南极的双极磁体,
-具有将所述北极与所述南极分隔开的分极平面(4),
-具有在端侧位于所述磁场发生器(2)的表面上和所述分极平面(4)上的端面直线(5),
-具有与所述分极平面(4)正交的正交平面(6),并且所述端面直线(5)位于所述正交平面内,
-具有端面(7),所述端面具有北极端面(18)和南极端面(19),并且所述端面在至少一个部位上在与所述正交平面(6)正交的方向上相对于所述正交平面(6)抬高,
-具有投影直线,所述投影直线将所述端面(7)的抬高点投影到所述正交平面(6)上,其中,至少一部分所述投影直线位于所述端面(7)的所述抬高点和所述抬高点的在所述磁场发生器(2)内的所述正交平面(6)上的投影之间。
2.根据权利要求1所述的磁场发生器(2),其中,所述磁场发生器(2)相对于所述正交平面(6)具有圆形的基础面。
3.根据权利要求1或2所述的磁场发生器(2),其中,所述北极端面(18)至少在一个部分区域内是平坦的,并且所述南极端面(19)至少在一个部分区域内是平坦的。
4.根据前述权利要求中任一项所述的磁场发生器(2),其中,所述北极端面(18)至少在一个部分区域内是凹形的,并且所述南极端面(19)至少在一个部分区域内是凹形的。
5.根据前述权利要求中任一项所述的磁场发生器(2),其中,所述北极端面(18)至少在一个部分区域内是凸起的,并且所述南极端面(19)至少在一个部分区域内是凸起的。
6.根据前述权利要求中任一项所述的磁场发生器(2),其中,所述磁场发生器(2)包括硬铁氧磁体。
7.根据前述权利要求中任一项所述的磁场发生器(2),其中,所述磁场发生器(2)包含一种塑料化合的磁材料。
8.根据前述权利要求中任一项所述的磁场发生器(2),所述磁场发生器具有由两条直线张开的间隙角(9),
-所述两条直线位于与所述分极平面(4)并且与所述正交平面(6)正交的平面内,
-所述两条直线与所述端面直线(5)相切,其中,直线中的一条经过所述南极端面(19)的最高抬起点,另一条直线经过所述北极端面(18)的最高抬起点,其中,所述间隙角(9)在30°和170°之间。
9.一种传感器装置(1),具有至少一个根据前述权利要求中任一项所述的磁场发生器(2)和至少一个传感器单元(13),所述传感器单元设计用于检测磁流密度,其中,所述传感器单元(13)平行于正交平面(6)朝向所述磁场发生器(2)的端侧定位,并且所述传感器单元相对于所述磁场发生器(2)能运动地布置。
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PB01 | Publication | ||
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Granted publication date: 20160518 Termination date: 20190614 |
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