CN104583728B - 用于获取旋转运动的构件的旋转角度的传感器组件 - Google Patents

用于获取旋转运动的构件的旋转角度的传感器组件 Download PDF

Info

Publication number
CN104583728B
CN104583728B CN201380044245.8A CN201380044245A CN104583728B CN 104583728 B CN104583728 B CN 104583728B CN 201380044245 A CN201380044245 A CN 201380044245A CN 104583728 B CN104583728 B CN 104583728B
Authority
CN
China
Prior art keywords
measured value
magnetic
rotation
component
rotary motion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201380044245.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104583728A (zh
Inventor
E·迈特斯
M·基默勒
K·瓦尔特
J·基斯纳
J·西登托普夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of CN104583728A publication Critical patent/CN104583728A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104583728B publication Critical patent/CN104583728B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G01D5/145—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/07—Hall effect devices
    • G01R33/072—Constructional adaptation of the sensor to specific applications
    • G01R33/075—Hall devices configured for spinning current measurements

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于获取旋转运动的构件(5)的旋转角度(α)的传感器组件(1)，其具有：测量值发送器(10)，其包括具有磁性的北极区域(N)和磁性的南极区域(S)的至少一个永磁体(M1、M2)并且以相对于旋转运动的构件(5)的旋转轴线(3)具有预定的第一径向距离(R)的方式布置；测量值接收器(20)，其包括至少一个用于获取至少一个磁性参数的传感器元件(A)，所述传感器元件以相对于所述旋转运动的构件(5)的旋转轴线(3)具有预定的第二径向距离的方式布置，其中，所述旋转运动的构件(5)的运动引起可被评估以获得所述旋转角度(α)的至少一个磁性参数的变化，其中，所述至少一个永磁体(M1、M2)沿着通过所述第一径向距离(R)预定的围绕所述旋转轴线(3)的圆弧(B)在周向上或者与所述圆弧相切地被极化，并且产生在垂直于磁体表面的探测平面中的磁矢量。根据本发明，所述测量值发送器(10)具有至少一个多极体(MP)，其包括至少两个永磁体(M1、M2)，所述永磁体布置成，使得所述多极体(MP)的直接相邻的永磁体(M1、M2)的面对彼此的端部具有相同磁性的极化(S)。

Description

用于获取旋转运动的构件的旋转角度的传感器组件
技术领域
本发明涉及一种用于获取旋转运动的构件的旋转角度的传感器组件。
背景技术
为了获取正在旋转的轴的角度，从现有技术中已知，中心地在轴上获取磁体的旋转运动。为此，获取磁矢量围绕具有相应的敏感的磁性传感器(例如AMR和/或GMR传感器、霍尔传感器、具有集成的磁场集中器的霍尔传感器等)的旋转轴线的旋转。对于所使用的传感器元件，获取旋转的磁矢量是重要的。对于在传感器元件之前旋转的例如实施成圆形磁体的磁体，磁矢量也旋转。该旋转运动通过位于其前方的传感器元件获取，该传感器元件是ASIC(专门针对应用的集成的电路)的一部分并且探测与磁体表面平行的磁矢量。在二维的或三维的霍尔传感器中，这通过借助于定向的磁通密度的反正切函数间接地获取角度得以实现。这种霍尔传感器可明确地探测圆形磁体在360°上的角位置。AMR传感器实现了直接的角度获取，并且根据原理直接获取磁矢量的角度。用于获取角度或路程的装置在车辆中可应用在用于车辆制动系统、用于照明宽度调整、用于获取轴的角度位置的不同的操纵装置中，但是尤其地也用于在制动踏板处获取驾驶员制动意图或者在加速踏板处获取驾驶员加速意图。
测量元件设计成用于限定的角度范围。由此，例如AMR传感器典型地可明确获取磁矢量绕180°的角度旋转。相反地，二维的或三维的霍尔传感器借助于集成的磁场集中器或者通过霍尔元件在所有三个平面中获取磁矢量绕360°的角度旋转。得到的精度可最优地与 该角度范围相匹配。在获取明显小于传感器元件的测量范围的角度时，在测量范围上得到的输出信号的分辨率、即精度减小。在具有360°的测量范围的识别磁角度的传感器中，当在应用中整个测量范围仅仅涉及36°时，在测量范围上的百分比精度减小10倍。
在文献DE 10 2009 055 104 A1中描述了一种用于获取线性运动的构件的路程的磁场传感器组件。在所描述的磁场传感器组件中，在运动的构件处的磁性系统的磁场的空间分量的方向在待获取的路程上发生变化，从而可相应地探测其相对于位置固定的传感器的位置。在线性运动的且可在其它自由度中运动的构件处，存在至少一个磁体作为磁性系统的组成部分，至少一个与之相对的位置固定的对磁场敏感的传感器以预定的距离被分配给该磁体。
在文献DE 10 2007 024 867 A1中描述了一种用于无接触地获取旋转角度的测量装置。所描述的测量装置包括：第一体部，磁体以与旋转轴线具有径向距离的方式布置在该体部上；以及第二体部，其具有用于产生测量信号的对磁场敏感的元件。在此，对磁场敏感的元件和磁体在第一和第二体部之间有相对运动时相对于该相对运动的圆形轨迹相切地布置，其中，磁体在相对于旋转轴线垂直于径向方向布置的平面中径向地被磁化或极化。
在文献DE 10 2008 020 153 A1中描述了一种角度获取装置。所描述的装置包括：具有至少一个磁性的北极区域和至少一个磁性的南极区域的旋转元件，这两个区域围绕旋转中心交替地布置；具有磁性板和获取元件的磁场获取区段，其获取在垂直于磁性板的方向上的磁性分量的大小；以及计算单元，其确定旋转元件的旋转角度。磁场获取区段布置成，使得磁性板垂直于磁场强度最大的第一方向取向，其中，磁场获取区段获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应于磁性的北极区域和南极区域沿圆周所布置的方向。
发明内容
相对地，根据本发明的用于获取旋转运动的构件的旋转角度的传感器组件具有的优点是，代替在旋转运动中心的角度测量，测量在环绕轨迹上运动的、具有至少一个多极体的测量值发送器或者具有至少一个传感器元件的测量值接收器的磁矢量。在此，不再探测平行于磁体表面的磁矢量，而是获取在垂直于磁体的平面中的磁矢量。该磁矢量在测量值发送器或测量值接收器经过时根据在经过时在测量值发送器和测量值接收器之间的磁性气隙以例如在150°至240°的范围中的角度旋转。根据本发明的用于获取旋转运动的构件的旋转角度的传感器组件的实施方式尤其地适于获取在5°至95°的测量范围中的旋转角度。
本发明的核心在于，将角度测量转换成在具有预定半径的环绕轨迹上的路程测量。由此，被探测的磁矢量与圆形轨迹上的路程并且由此也与经过的角度区段的角度具有直接且限定的关系。在测量值接收器中的磁矢量的获取直接通过对此敏感的传感器元件、例如AMR传感器实现，或者间接通过借助于反正切函数评估在探测平面中的有指向的磁通密度实现。通过调整至少一个多极体的半径和/或长度，可使待测量的角度范围最优地与传感器元件的测量范围相协调。测量值接收器相对于至少一个测量值发送器的位置布置成，使得相应地总是获取位于垂直于多极体的平面中的磁矢量，其中，至少一个多极体的各个永磁体在周向上被磁化或极化，并且传感器元件相对于至少一个多极体取向为，使得可直接或间接地由传感器元件获取磁矢量分量。对于间接测量的传感器，所给出的传感器元件的位置使得能够获取磁矢量的待获取的平面。对于直接测量的传感器，同样应考虑测量元件的敏感平面相对于磁矢量的待测量的平面的正确取向。
本发明的实施方式以有利的方式实现了根据本发明的传感器组件与在最优地利用给定传感器的分辨率时的几何情况的最优匹配，该传感器元件例如可实施成霍尔传感器、AMR传感器、GMR传感器等。传感器元件可以有利的方式在环绕轨迹的半径方面、在测量 值发送器和测量值接收器之间的径向距离方面和/或至少一个多极体的尺寸方面和/或多极体的数量方面和/或至少一个多极体的至少一个永磁体的尺寸方面和/或至少一个多极体的永磁体的数量方面进行选择和尺寸设计，从而在角度范围上可实现最优的分辨率，也就是说可实现在测量距离或测量角度上磁场定向的尽可能大的变化。
本发明的实施方式实现了用于获取旋转运动的构件的旋转角度的灵活的传感器组件，其可在测量值接收器不变的情况下或者根据需要仅仅通过调整测量值接收器的编程来应用在具有不同测量角度的不用应用的不同结构空间中。
本发明的实施方式提供了一种用于获取旋转运动的构件的旋转角度的传感器组件，其具有：测量值发送器，其包括具有磁性的北极区域和磁性的南极区域的至少一个永磁体并且以相对于旋转运动的构件的旋转轴线具有预定的第一径向距离的方式布置；以及测量值接收器，其包括至少一个用于获取至少一个磁性参数的传感器元件，该传感器元件以相对于旋转运动的构件的旋转轴线具有预定的第二径向距离的方式布置。在此，旋转运动的构件的运动引起可为获得旋转角度而被评估的至少一个磁性参数的变化，其中，至少一个永磁体沿着通过第一径向距离预定的围绕旋转轴线的圆弧或者与所述圆弧相切地被极化，并且产生在垂直于磁体表面的探测平面中的磁矢量。根据本发明，测量值发送器具有至少一个多极体，其包括至少两个永磁体，所述永磁体布置成，使得多极体的直接相邻的永磁体的面对彼此的端部具有相同磁性的极化。通过根据本发明的组件可在使用两个用于多极体的永磁体的情况下以有利的方式在多极体的整个测量范围上产生单值的测量信号。
通过在下文中阐述的措施和改进方案实现了用于获取旋转运动的构件的旋转角度的传感器组件的有利改进。
在根据本发明的传感器组件的有利的设计方案中，至少一个传感器元件可直接探测磁矢量的角度，其中，所获取的磁矢量的角度 反映旋转运动的构件的旋转角度。备选地，至少一个传感器元件可探测有指向的磁通密度并且通过反正切函数换算成旋转运动的构件的旋转角度。
在根据本发明的传感器组件的另一有利的设计方案中，测量值发送器与旋转运动的构件相联结，并且测量值接收器可以相对于测量值发送器的圆形轨迹具有预定的径向距离的方式位置固定地被固定。备选地，测量值接收器可与旋转运动的构件相联结，并且测量值发送器可以相对于测量值接收器的圆形轨迹具有预定的径向距离的方式位置固定地被固定。
特别有利地，可使测量值发送器和/或测量值接收器相对于旋转运动的构件的旋转轴线的预定的第一和/或第二径向距离、和/或在测量值发送器和测量值接收器之间预定的径向距离、和/或至少一个多极体的尺寸、和/或多极体的数量、和/或至少一个多极体的至少一个永磁体的尺寸、和/或至少一个多极体的永磁体的数量、和/或测量值接收器的至少一个传感器元件的尺寸、和/或测量值接收器的传感器元件的数量与安装空间和测量角度范围相匹配。优选地，使测量值发送器和/或测量值接收器的布置与安装空间和测量角度范围相匹配，使得在测量角度范围上实现磁矢量角度的最大变化。
在根据本发明的传感器组件的另一有利的设计方案中，测量值接收器的至少一个传感器元件可实施成AMR传感器和/或GMR传感器和/或霍尔传感器。
在根据本发明的传感器组件的另一有利的设计方案中，测量值发送器的至少一个多极体的至少两个永磁体可实施成具有圆形或矩形的横截面的简单棒式磁体和/或具有圆形或矩形的横截面且具有单侧的或双侧的倒圆部的棒式磁体。所述倒圆部可具有相应于测量值发送器或测量值接收器的环绕轨迹的预定的圆弧的曲率。
在根据本发明的传感器组件的另一有利的设计方案中，测量值发送器的至少一个多极体的至少两个永磁体可被结合成具有三个磁极的三极体，其在其端部处具有相同的磁极。对于这种三极体，例 如得到北极-南极-北极或者南极-北极-南极的磁极顺序。
可旋转运动的构件例如可相应于踏板、例如制动踏板或加速踏板，或者相应于转向柱。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出并在以下描述中详细解释。在附图中，相同的附图标记表示执行相同或相似功能的组件或元件。
图1示出了根据本发明的用于获取旋转运动的构件的旋转角度的传感器组件的实施例的示意性立体俯视图，所述旋转运动的构件用于识别驾驶员制动意图，
图2示出了图1中的根据本发明的用于获取旋转运动的构件的旋转角度的传感器组件的实施例的示意性立体剖视图，
图3示出了图1或2中的根据本发明的用于获取旋转运动的构件的旋转角度的传感器组件的多极体磁场线的示意图，
图4示出了图1或2中的根据本发明的用于获取旋转运动的构件的旋转角度的传感器组件的多极体的第一实施例的示意性立体图，
图5至9示出了用于形成图1或2中的根据本发明的用于获取旋转运动的构件的旋转角度的传感器组件的多极体的永磁体的不同实施例的示意性立体图，
图10示出了根据本发明的用于获取旋转运动的构件的旋转角度的传感器组件的第一布置实施例的示意图，所述传感器组件具有可移动的带有多极体的测量值发送器和固定的测量值接收器，所述多极体包括两个永磁体，
图11示出了根据本发明的用于获取旋转运动的构件的旋转角度的传感器组件的第二布置实施例的示意图，所述传感器组件具有带有多极体的静止的测量值发送器和可移动的测量值接收器，所述多极体包括两个永磁体，
图12示出了在根据本发明的用于获取旋转运动的构件的旋转角 度的传感器组件的半径、圆形轨迹和测量角度范围之间的关系的示意图，
图13和14示出了静止的测量值接收器相对于在圆形轨迹上运动的测量值发送器的可能的相对位置，
图15和16示出了位置固定的测量值发送器相对于在圆形轨迹上运动的测量值接收器的可能的相对位置，
图17示出了根据本发明的用于获取旋转运动的构件的旋转角度的传感器组件的第三实施例的示意图，所述传感器组件具有带有多极体的可移动的测量值发送器和静止的测量值接收器，所述多极体包括四个永磁体。
具体实施方式
如可从图1至17中看出的那样，所示出的根据本发明的用于获取车辆的旋转运动的构件5的旋转角度α、α1、α2的传感器组件1、1a、1'的实施例包括：测量值发送器10、10a，所述测量值发送器10、10a包括至少一个具有磁性的北极N和磁性的南极S的永磁体M1、M2、M3、M4并且相对于旋转运动的构件5的旋转轴线3以预定的第一径向距离R、R1、R2、R-I、R+I布置；以及测量值接收器20，其包括至少一个用于获取至少一个磁性参数的传感器元件A、A'、A1、A2，所述传感器元件A、A'、A1、A2相对于旋转运动的构件5的旋转轴线3以预定的第二径向距离R、R-I、R+I布置。在此，旋转运动的构件5的运动引起可被评估以获得旋转角度α、α1、α2的至少一个磁性参数的变化，其中，至少一个永磁体M1、M2、M3、M4沿着通过第一径向距离R、R1、R2、R-I、R+I预定的围绕旋转轴线3的圆弧B、B1、B2或者与所述圆弧相切地被极化，并且产生在垂直于磁体表面的探测平面中的磁矢量。
根据本发明，测量值发送器10、10a具有至少一个多极体MP、MPa、MP'、MP1、MP2，所述多极体包括至少两个永磁体M1、M2、M3、M4，所述永磁体M1、M2、M3、M4布置成，使得多极体MP、 MPa、MP'、MP1、MP2的直接相邻的永磁体M1、M2、M3、M4的相互面对的端部具有相同磁性的极化S、N。
如还可从图1至4中看出的那样，所示出的实施例示出了根据本发明的用于获取旋转运动的构件5的旋转角度的传感器组件的应用，所述构件5与踏板相联结，以获取在制动踏板或加速踏板处的驾驶意图。如还可从图1和2中看出的那样，由未示出的踏板通过杠杆5使轴3旋转。包括多极体MP的测量值发送器10与轴3相连接，多极体MP随着轴的旋转(例如30°)以相对于轴的轴线3具有预定的径向距离R的方式在圆形轨迹上运动。优选实施成具有至少一个传感器元件A的ASIC(专门针对应用的集成的电路)的测量值接收器20以反映磁性气隙的限定距离位于多极体MP上方。该传感器元件A获取在旋转运动期间在垂直于多极体MP的平面中变化的磁矢量。多极体MP在该平面中的旋转与沿着圆形区段B的路程具有限定的关系，该路程又与轴3的旋转角度α具有根据等式(1)限定的关系。
由此，至少一个传感器元件A将信号提供给连接在其后的ASIC的评估电路，该信号可被转换成杠杆5所经过的绝对旋转角度。
还可从图3和4中看出，测量值发送器10在所示出的实施例中包括多极体MP，该多极体MP具有两个在圆形轨迹方向上、即与圆形轨迹相切地极化的单个的永磁体M1、M2，其中，两个永磁体M1、M2布置成，使得多极体MP的相邻的永磁体M1、M2的相互面对的端部具有相同的磁极化。在所示出的实施例中，两个相邻的永磁体M1、M2的磁性的南极S彼此面对。由此，多极体MP以有利的方式在整个测量范围上在测量值接收器20的至少一个传感器元件A中产生单值的测量信号，从而可在没有多值性的情况下获得轴3的对应的旋转角度。
如还可从图5至9中看出的那样，多极体MP的单个永磁体M1、M2具有不同的实施方式。由此，例如在图5示出的实施方式中，所 示出的永磁体M1、M2实施成具有矩形的横截面的简单的棒式磁体。在图6示出的实施方式中，所示出的永磁体M1、M2实施成具有圆形横截面的简单的棒式磁体。在图7显示的实施方式中，所示出的永磁体M1、M2构造成具有矩形横截面和单侧的倒圆部的棒式磁体。在未示出的实施方式中，永磁体M1、M2实施成具有圆形横截面和单侧的倒圆部的棒式磁体。在图8示出的实施方式中，所示出的永磁体M1、M2实施成具有矩形横截面和双侧的倒圆部的棒式磁体。在图9示出的实施方式中，所示出的永磁体M1、M2实施成具有圆形横截面和双侧的倒圆部的棒式磁体。在这些实施方式中，单侧或双侧的倒圆部具有相应于测量值发送器10或测量值接收器20的环绕轨迹的预定的圆弧B、B1、B2的曲率。
图10示出了根据本发明的用于获取旋转运动的构件5的旋转角度α的传感器组件的第一布置实施例，在其中，测量值指示器10与旋转运动的构件5相联结，并且包括至少一个传感器元件A的测量值接收器20位置固定地被固定。如以上已经阐述的那样，测量值指示器10包括具有两个永磁体M1、M2的多极体MP，这两个永磁体M1、M2以相对于旋转轴线3具有径向距离R的方式位于环绕轨迹上并且在相对于测量值接收器20的磁性敏感的传感器元件A旋转时在圆形轨迹上运动。永磁体M1、M2在周向上、确切地说与周向相切地被极化并且产生在垂直于磁体表面的平面中的磁矢量，其被传感器元件A在其经过时获取，其中，两个永磁体M1、M2布置成，使得永磁体M1、M2的面对彼此的端部具有相同的磁极化。在所示出的实施例中，两个相邻的永磁体M1、M2的磁性南极S相互面对。
图11示出了根据本发明的用于获取旋转运动的构件5的旋转角度α的传感器组件的第二布置实施例，在其中，测量值接收器20与旋转运动的构件5相联结，并且测量值发送器10位置固定地被固定。测量值接收器20包括至少一个传感器元件A'并且以相对于旋转轴线3具有径向距离R的方式位于环绕轨迹上，并且在相对于测量值发送器10旋转时在圆形轨迹上运动。如以上已经阐述的那样，测量值 发送器10包括具有两个永磁体M1、M2的多极体MP'，这两个永磁体M1、M2在测量值接收器20的周向上、确切地说与周向相切地被极化并且产生在垂直于磁体表面的平面中的磁矢量，其被传感器元件A在其经过时获取。与图10相似地，两个永磁体M1、M2布置成，使得永磁体M1、M2的面对彼此的端部具有相同的磁极化。在所示出的实施例中，两个相邻的永磁体M1、M2的磁性南极S相互面对。
如还可从图12中看出的那样，在圆形轨迹B1、B2上环绕的组件MP1和A1或MP2、A2的径向距离R1、R2与根据本发明的用于获取旋转运动的构件5的旋转角度α1、α2的传感器组件的角度测量范围之间存在B1＝B2＝常数的关系。由此，得到等式(2)。
R1*α1＝R2*a2 (2)
被探测的磁矢量与在圆形轨迹上的路程B1、B2以及由此与被经过的角区段的角度α1、α2具有直接且限定的关系。在所示出的实施例中，测量值接收器20的至少一个传感器元件A、A'、A1、A2探测有指向的磁通密度Bx、Bz，测量值接收器20的评估电路将该磁通密度换算成旋转运动的构件5的旋转角度α、α1、α2。备选地，至少一个传感器元件A可直接探测磁矢量的角度，其中，磁矢量的所获取的角度反映了旋转运动的构件5的旋转角度α、α1、α2。通过调整相对于旋转轴线3的径向距离R、R1、R2和/或调整多极体MP、MP'、MP1、MP2的尺寸或多极体MP、MP'的永磁体M1、M2的尺寸，可将待测量的角度范围最优地调整到至少一个传感器元件A、A'、A1、A2的测量范围上。这不仅适用于图10中的根据本发明的用于获取旋转运动的构件的旋转角度的传感器组件的第一布置实施例，而且适用于图11中的根据本发明的用于获取旋转运动的构件的旋转角度的传感器组件的第二布置实施例。测量值接收器20的至少一个传感器元件A、A'、A1、A2例如实施成AMR传感器和/或GMR传感器和/或霍尔传感器。
图13和14示出了测量值接收器20的位置固定的传感器元件A 相对于以距离R在圆形轨迹上运动的测量值发送器10的多极体MP的可能的相对位置。
如还可从图13中看出的那样，测量值接收器20的至少一个传感器元件A以相对于测量值发送器10的多极体MP的圆形轨迹具有预定的径向距离I的方式位置固定地被固定。在此，所述至少一个传感器元件A与旋转轴线3具有(R-I)的径向距离。备选地，所述至少一个传感器元件A与旋转轴线3具有(R+I)的径向距离。如还可从图14中看出的那样，所述至少一个传感器元件A可在围绕测量值发送器10的多极体MP的具有半径I的圆周上占据不同的位置。所述至少一个传感器元件A相对于多极体MP的位置选为，使得总是获取位于垂直于多极体MP的平面中的磁矢量，其中，多极体MP的永磁体M1、M2在周向上被磁化或极化。
图15和16示出了具有多极体MP'的静止的测量值发送器10相对于以距离R在圆形轨迹上运动的、具有至少一个传感器元件A'的测量值接收器的可能的相对位置。
如还可从图15中看出的那样，测量值发送器10的多极体MP'以与测量值接收器20的至少一个传感器元件A'的圆形轨迹具有预定的径向距离I的方式位置固定地被固定。在此，测量值发送器10的多极体MP'可与旋转轴线3具有(R-I)的径向距离。备选地，测量值发送器10的多极体MP'可与旋转轴线3具有(R+I)的径向距离。如还可从图16中看出的那样，测量值发送器10的多极体MP'可在围绕测量值接收器20的至少一个传感器元件A'的具有半径I的圆周上占据不同的位置。所述多极体MP'相对于所述至少一个传感器元件A'的位置选为，使得总是获取位于垂直于多极体MP'的平面中的磁矢量，其中，多极体MP'的永磁体M1、M2在至少一个传感器元件A'的圆形运动的周向上被磁化或极化。
图17示出了根据本发明的用于获取旋转运动的构件5的旋转角度的传感器组件1a的第三布置实施例，在其中，测量值发送器10a与旋转运动的构件5相联结，并且包括至少一个传感器元件A的测 量值接收器20位置固定地被固定。在所示出的实施例中，测量值发送器10a包括具有四个永磁体M1、M2、M3、M4的多极体MPa，这些永磁体以相对于旋转轴线3具有径向距离R的方式位于环绕轨迹上，并且在相对于测量值接收器20的磁敏感的传感器元件A旋转时在圆形轨迹上运动。永磁体M1、M2、M3、M4在周向上、确切地说与周向相切地被极化并且产生在垂直于磁体表面的平面中的磁矢量，其被传感器元件A在其经过时获取，其中，四个永磁体M1、M2、M3、M4布置成，使得永磁体M1、M2、M3、M4的面对彼此的端部具有相同的磁极化。在所示出的实施例中，相邻的第一和第二永磁体M1、M2的磁性南极S相互面对并且相邻的第三和第四永磁体M3、M4的磁性南极S相互面对。在相邻的第二和第三永磁体M2、M3中，磁性北极N相互面对。在使用具有四个永磁体和八个磁极的多极体时，在根据本发明的布置中测量信号在测量范围之内重复出现，使得仅测量信号不提供单值的测量结果，从而在评估时采取附加的措施以解决多值性。
显然，所使用的多极体的永磁体数量或磁极数量不限制为具有四个或八个磁极的两个或四个永磁体，从而也可使用其它数量的永磁体或磁极。
在根据本发明的传感器组件的未示出的实施例中，例如测量值发送器的至少一个多极体的至少两个永磁体被结合成具有三个磁极的三极体，其在其端部处具有相同的磁极。对于这种三极体，例如得到北极-南极-北极或者南极-北极-南极的磁极顺序。
为了与安装空间和测量角度范围相匹配，可相应地选择和实施测量值发送器10、10a和/或测量值接收器20相对于旋转运动的构件5的旋转轴线3的预定的第一和/或第二径向距离R、R1、R2、R-I、R+I，和/或在测量值发送器10、10a和测量值接收器20之间预定的径向距离I，和/或至少一个多极体MP、MPa、MP'、MP1、MP2的尺寸，和/或多极体MP、MPa、MP'、MP1、MP2的数量，和/或至少一个多极体MP、MPa、MP'、MP1、MP2的至少一个永磁体M1、 M2、M3、M4的尺寸，和/或至少一个多极体MP、MPa、MP'、MP1、MP2的永磁体M1、M2、M3、M4的数量，和/或测量值接收器20的至少一个传感器元件A、A'、A1、A2的尺寸，和/或测量值接收器20的传感器元件A、A'、A1、A2的数量。此外，使测量值发送器10、10a和/或测量值接收器20的布置与安装空间和测量角度范围相匹配，使得在测量角度范围上实现磁矢量角度的最大变化。
作为获取踏板位置的备选，根据本发明的传感器组件的实施方式也可用于获取转向柱或其它在车辆中存在的可旋转的构件的旋转角度。

Claims (12)

1.一种用于获取旋转运动的构件的旋转角度的传感器组件，该传感器组件具有：测量值发送器(10、10a)，该测量值发送器包括具有磁性的北极区域(N)和磁性的南极区域(S)的至少一个永磁体(M1、M2、M3、M4)并且以相对于旋转运动的构件(5)的旋转轴线(3)具有预定的第一径向距离(R、R1、R2、R-I、R+I)的方式布置；以及测量值接收器(20)，该测量值接收器包括至少一个用于获取至少一个磁性参数的传感器元件(A、Α'、A1、A2)，所述传感器元件以相对于所述旋转运动的构件(5)的旋转轴线(3)具有预定的第二径向距离(R、R-I、R+I)的方式布置，其中，所述旋转运动的构件(5)的运动引起可被评估以获得所述旋转角度(α、α1、α2)的至少一个磁性参数的变化，其中，所述至少一个永磁体(M1、M2、M3、M4)沿着通过所述第一径向距离(R、R1、R2、R-I、R+I)预定的围绕所述旋转轴线(3)的圆弧(B、B1、B2)或者与所述圆弧相切地被极化，并且产生在垂直于磁体表面的探测平面中的磁矢量，其特征在于，所述测量值发送器(10、10a)具有至少一个多极体(MP、MPa、MP'、MP1、MP2)，该多极体包括至少两个永磁体(M1、M2、M3、M4)，所述永磁体布置成，使得所述多极体(MP、MPa、MP'、MP1、MP2)的直接相邻的永磁体(M1、M2、M3、M4)的面对彼此的端部具有相同磁性的极化(S、N)。
2.根据权利要求1所述的传感器组件，其特征在于，所述至少一个传感器元件(A)直接探测所述磁矢量的角度，其中，所获取的所述磁矢量的角度反映所述旋转运动的构件(5)的旋转角度(α、α1、α2)。
3.根据权利要求1所述的传感器组件，其特征在于，所述至少一个传感器元件(A、Α'、A1、A2)探测有指向的磁通密度(Bx、Bz)并且将所述有指向的磁通密度换算成所述旋转运动的构件(5)的旋转角度(α、α1、α2)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器组件，其特征在于，所述测量值发送器(10、10a)与所述旋转运动的构件(5)相联结，并且所述测量值接收器(20)以相对于所述测量值发送器(10、10a)的圆形轨迹具有预定的径向距离(I)的方式被固定。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器组件，其特征在于，所述测量值接收器(20)与所述旋转运动的构件(5)相联结，并且所述测量值发送器(10)以相对于所述测量值接收器(20)的圆形轨迹具有预定的径向距离(I)的方式被固定。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器组件，其特征在于，使所述测量值发送器(10、10a)和/或测量值接收器(20)相对于所述旋转运动的构件(5)的旋转轴线(3)的预定的第一径向距离和/或第二径向距离(R、R1、R2、R-I、R+I)、和/或在所述测量值发送器(10、10a)和所述测量值接收器(20)之间预定的径向距离(I)、和/或所述至少一个多极体(MP、MPa、MP'、MP1、MP2)的尺寸、和/或所述多极体(MP、MPa、MP'、MP1、MP2)的数量、和/或所述至少一个多极体(MP、MPa、MP'、MP1、MP2)的至少一个永磁体(M1、M2、M3、M4)的尺寸、和/或所述至少一个多极体(MP、MPa、MP'、MP1、MP2)的永磁体(M1、M2、M3、M4)的数量、和/或所述测量值接收器(20)的至少一个传感器元件(A、Α'、A1、A2)的尺寸、和/或所述测量值接收器(20)的传感器元件(A、Α'、A1、A2)的数量与安装空间和测量角度范围相匹配。
7.根据权利要求6所述的传感器组件，其特征在于，使所述测量值发送器(10、10a)和/或所述测量值接收器(20)的布置与安装空间和测量角度范围相匹配，使得在所述测量角度范围上实现磁矢量角度的最大变化。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器组件，其特征在于，所述测量值接收器(20)的至少一个传感器元件(A、Α'、A1、A2)是AMR传感器和/或GMR传感器和/或霍尔传感器。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器组件，其特征在于，所述测量值发送器(10、10a)的至少一个多极体(MP、MPa、MP'、MP1、MP2)的至少两个永磁体(M1、M2、M3、M4)实施成具有圆形或矩形的横截面的简单的棒式磁体、和/或具有圆形或矩形的横截面且具有单侧的或双侧的倒圆部的棒式磁体。
10.根据权利要求9所述的传感器组件，其特征在于，所述倒圆部的曲率相应于所述测量值发送器(10、10a)或所述测量值接收器(20)的圆形轨迹的预定的圆弧(B、B1、B2)。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器组件，其特征在于，所述测量值发送器(10、10a)的至少一个多极体(MP、MPa、MP'、MP1、MP2)的至少两个永磁体(M1、M2、M3、M4)被结合成具有三个磁极(S、N)的三极体，所述三极体在其端部处具有相同的磁极(S、N)。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器组件，其特征在于，所述旋转运动的构件(5)是踏板或者转向柱。
CN201380044245.8A 2012-08-22 2013-08-19 用于获取旋转运动的构件的旋转角度的传感器组件 Active CN104583728B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012214916.3A DE102012214916A1 (de) 2012-08-22 2012-08-22 Sensoranordnung zur Erfassung von Drehwinkeln an einem drehbewegten Bauteil
DE102012214916.3 2012-08-22
PCT/EP2013/067225 WO2014029727A1 (de) 2012-08-22 2013-08-19 Sensoranordnung zur erfassung von drehwinkeln an einem drehbewegten bauteil

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104583728A CN104583728A (zh) 2015-04-29
CN104583728B true CN104583728B (zh) 2016-11-09

Family

ID=49083655

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380044245.8A Active CN104583728B (zh) 2012-08-22 2013-08-19 用于获取旋转运动的构件的旋转角度的传感器组件

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20150211890A1 (zh)
EP (1) EP2888559B1 (zh)
JP (1) JP2015525891A (zh)
CN (1) CN104583728B (zh)
DE (1) DE102012214916A1 (zh)
WO (1) WO2014029727A1 (zh)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6464907B2 (ja) * 2015-04-20 2019-02-06 Tdk株式会社 位置検出装置及び位置検出装置の使用構造
JP6632333B2 (ja) * 2015-11-03 2020-01-22 株式会社ヴァレオジャパン 回転角度検出装置およびこれに用いる角度センサユニット
DE102016212925A1 (de) * 2016-07-14 2018-01-18 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Permanentmagnet für eine Sensoranordnung zur Bestimmung einer Winkelposition des Permanentmagneten
DE102016115310A1 (de) * 2016-08-18 2018-02-22 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Sensorsystem zur Ermittlung eines absoluten Drehwinkels einer Welle, Verfahren zum Ermitteln eines absoluten Drehwinkels einer Welle und Fahrzeug mit einem Sensorsystem
EP3385678B1 (en) * 2017-04-06 2021-07-28 Melexis Technologies SA Rotary position sensor
DE102017114511A1 (de) * 2017-06-29 2019-01-03 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Verfahren zur Justierung einer Position eines Magneten zu einem GMR-Sensor
JP6957276B2 (ja) * 2017-09-06 2021-11-02 キヤノン株式会社 電子機器
CN107655401A (zh) * 2017-09-27 2018-02-02 天津津航技术物理研究所 一种基于霍尔效应的有限转角测量方法
US11112273B2 (en) * 2018-10-25 2021-09-07 KSR IP Holdings, LLC Two magnet sensor systems
JP2020125977A (ja) * 2019-02-05 2020-08-20 日本精工株式会社 トルク検出装置
CN110645889B (zh) * 2019-09-30 2021-06-15 北京瑞控信科技有限公司 一种基于电涡流的一维转角测量装置
EP3907473B1 (de) * 2020-05-06 2022-08-24 Baumer Electric AG Winkelmessvorrichtung für single- und multiturnmessung

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007024867A1 (de) * 2007-05-29 2008-12-04 Robert Bosch Gmbh Messeinrichtung zur berührungslosen Erfassung eines Drehwinkels mit radial polarisiertem Magneten
CN101384883A (zh) * 2005-11-15 2009-03-11 移动磁体技术公司 行程达360°的磁角位置传感器
CN102109359A (zh) * 2009-12-03 2011-06-29 Tdk株式会社 磁式位置检测装置
CN102607405A (zh) * 2011-01-12 2012-07-25 Tdk株式会社 旋转角度传感器

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6045804B2 (ja) * 1978-02-28 1985-10-12 日本電気株式会社 角度検出器
JPS62245918A (ja) * 1986-04-18 1987-10-27 Hitachi Metals Ltd 永久磁石ドラム及び永久磁石体
JPH01297507A (ja) * 1988-05-26 1989-11-30 Hitachi Ltd 磁気的に位置や速度を検出する装置
JPH04113222A (ja) * 1990-09-04 1992-04-14 Hitachi Metals Ltd 塗布型磁気記録体と磁気エンコーダ
JPH04282417A (ja) * 1991-03-08 1992-10-07 Hitachi Metals Ltd 磁気センサ
JP2001124589A (ja) * 1999-10-22 2001-05-11 Asahi Optical Co Ltd 磁気式エンコーダを搭載した測量機
US6469499B2 (en) * 2001-02-06 2002-10-22 Delphi Technologies, Inc. Apparatus and method for low power position sensing systems
JP4117175B2 (ja) * 2002-10-03 2008-07-16 アルプス電気株式会社 回転角検出装置
FR2893410B1 (fr) * 2005-11-15 2008-12-05 Moving Magnet Tech Mmt Capteur de position angulaire magnetique pour une course allant jusqu'a 360
US7495432B2 (en) 2007-04-25 2009-02-24 Aisin Seiki Kabushiki Kaisha Angle detecting apparatus
KR101163908B1 (ko) * 2008-03-17 2012-07-09 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 원점 위치 신호 검출기
US8587295B2 (en) * 2009-02-26 2013-11-19 Hitachi Metals, Ltd. Angle detection apparatus and position detection apparatus
DE102009055104A1 (de) 2009-12-21 2011-06-22 Robert Bosch GmbH, 70469 Magnetfeldsensoranordnung zur Wegerfassung an beweglichen Bauteilen
JP5455761B2 (ja) * 2010-04-20 2014-03-26 三菱電機株式会社 磁気式回転角検出器
US20130015845A1 (en) * 2011-07-11 2013-01-17 Honeywell International Inc. Absolute angular position sensor using two magnetoresistive sensors

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101384883A (zh) * 2005-11-15 2009-03-11 移动磁体技术公司 行程达360°的磁角位置传感器
DE102007024867A1 (de) * 2007-05-29 2008-12-04 Robert Bosch Gmbh Messeinrichtung zur berührungslosen Erfassung eines Drehwinkels mit radial polarisiertem Magneten
CN102109359A (zh) * 2009-12-03 2011-06-29 Tdk株式会社 磁式位置检测装置
CN102607405A (zh) * 2011-01-12 2012-07-25 Tdk株式会社 旋转角度传感器

Also Published As

Publication number Publication date
EP2888559A1 (de) 2015-07-01
EP2888559B1 (de) 2017-12-20
DE102012214916A1 (de) 2014-03-20
US20150211890A1 (en) 2015-07-30
CN104583728A (zh) 2015-04-29
WO2014029727A1 (de) 2014-02-27
JP2015525891A (ja) 2015-09-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104583728B (zh) 用于获取旋转运动的构件的旋转角度的传感器组件
US8659289B2 (en) Rotating field sensor
JP5079816B2 (ja) 好ましくは擬似正弦的に変化する磁石外形を有する磁気式位置センサ
US9719771B2 (en) Rotation angle sensor for absolute rotation angle determination even upon multiple revolutions
KR101410196B1 (ko) 자기장 회전을 갖는 바이디렉셔널 마그네틱 위치 센서
JP6698859B2 (ja) 回転可能な構成部品の角度位置を検出する装置
US9103657B2 (en) Magnetic field sensor system with a biasing magnet producing a spatially symmetric magnetic field within a plane being defined by magnetoresistive sensor elements
CN105509775B (zh) 用于检测运动元件位移的磁场传感器装置
CN101253389B (zh) 转动角检测装置
US9506738B2 (en) Rotation detector
US20100301845A1 (en) Absolute measurement steering angle sensor arrangement
JP2013507636A (ja) ターゲットの位置と配向を決定するための磁気センサ
CN104769394A (zh) 检测运动构件的运动的磁性测量装置和对应的传感器装置
US10816363B2 (en) Angular sensor system and method of stray field cancellation
US10969252B2 (en) System for determining at least one rotation parameter of a rotating member
CN103913183A (zh) 一种角度磁编码器和电子水表
CN102947167A (zh) 用于汽车转向系统的传感器组件
US9400166B2 (en) Sensor arrangement
CN103915233A (zh) 一种适用于角度磁编码器的永磁体
CN106062518A (zh) 确定被磁化的目标与测量系统之间的相对位置的磁传感器
CN112352138A (zh) 确定两个部件之间的相对角位置的方法
US11976948B2 (en) Angle detection apparatus, angle detection system, park lock system, pedal system, and magnetic field generation module
JP2009271054A (ja) 位置検出装置およびそれを備えた回転直動モータ
US20220018685A1 (en) Absolute position detection device and detection method of rotating body using magnetic material
TW202007940A (zh) 量測旋轉軸偏擺的磁性編碼器及其裝置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant