CN106443521B

CN106443521B - 在离轴配置中的角度感测

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Publication number: CN106443521B
Application number: CN201610658801.6A
Authority: CN
Inventors: L.巴尔马约伊里瓦斯
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2015-08-12
Filing date: 2016-08-12
Publication date: 2019-09-03
Anticipated expiration: 2036-08-12
Also published as: US20190145796A1; CN106443521A; DE102016212829A1; US10168184B2; US20170045377A1; US10732009B2

Abstract

本申请涉及在离轴配置中的角度感测。其中，一种系统可包括固定到可旋转物体的磁体。可旋转物体可被定位成绕轴同心地旋转。该系统还可包括磁角度传感器，磁角度传感器被配置成基于由磁体产生并由磁角度传感器感测的旋转磁场确定可旋转物体的旋转角度。旋转磁场可具有径向分量和切线分量，并且磁角度传感器可被定位在具有离轴非零径向距离的传感器位置处。在传感器位置处，径向分量的幅度可基本上匹配切线分量的幅度，或者径向分量和切线分量可共享基本上相同的梯度大小。

Description

在离轴配置中的角度感测

背景技术

磁角度传感器可用于确定由磁体产生的磁场的取向（例如在零度和三百六十度之间）。磁角度传感器可使用巨磁阻（GMR）技术、各向异性磁阻（AMR）技术、隧道磁阻（TMR）技术等等。

发明内容

根据一些可能的实现方式，一种系统可包括：固定到可旋转物体的磁体，其中可旋转物体可被定位成绕轴同心地旋转；以及磁角度传感器，被配置成基于由磁体产生并由磁角度传感器感测的旋转磁场确定可旋转物体的旋转角度，其中旋转磁场可具有径向分量和切线分量，其中磁角度传感器可被定位在具有离轴非零径向距离的传感器位置处，并且其中，在传感器位置处，径向分量的幅度可基本上匹配切线分量的幅度，或者在传感器位置处，径向分量和切线分量可共享基本上相同的梯度大小。

根据一些可能的实现方式，一种磁角度传感器可包括一个或多个传感器组件，一个或多个传感器组件被配置成：基于由磁体产生的旋转磁场，在磁体与可旋转物体一起基本上同心旋转期间确定磁体的旋转角度，其中可旋转物体可被定位成基本上绕轴同心地旋转，其中旋转磁场可具有径向分量和切线分量，并且其中磁角度传感器可被定位在具有离轴非零径向距离的传感器位置处，其中在传感器位置处径向分量的幅度可基本上匹配切线分量的幅度。

根据一些可能的实现方式，一种磁角度传感器可包括一个或多个传感器组件，一个或多个传感器组件被配置成：基于由磁体产生的旋转磁场，在连接到可旋转物体的磁体的基本上同心旋转期间确定磁体的旋转角度，其中可旋转物体可被定位成基本上绕轴同心地旋转，其中旋转磁场可具有径向分量和切线分量，并且其中磁角度传感器可被定位在具有离轴非零径向距离的传感器位置处，其中在传感器位置处径向分量和切线分量可共享基本上相同的梯度大小。

附图说明

图1是本文所述的示例性实现方式的概要的图；

图2A和2B是可在其中实现本文所述的装置的示例性环境的图；

图3是包括在图2A和2B的示例性环境中的角度传感器的示例性组件的图；

图4A和4B包括图形表示，该图形表示示出如何在离轴位置上相对于产生磁场的磁体放置角度传感器的示例可给由角度传感器经历的磁场引入非线性；

图5A-5D是涉及如本文所述的角度传感器的离轴定位的示例性实现方式的图。

具体实施方式

示例性实现方式的下面的详细描述参考附图。在不同图中的相同附图标记可标识相同或相似的元件。

角度传感器可被配置成感测旋转磁场中的一个或多个分量。旋转磁场可由绕轴（例如穿过可旋转物体的中心的轴）旋转的磁体生成。便利地，磁体可与可旋转物体同心地旋转。假设对于本公开的剩余部分：磁体跟随可旋转物体的旋转运动（即磁体绕轴、对应于可旋转物体旋转）。这可通过提供在磁体和可旋转物体之间的连接（例如机械连接）来实现。基于旋转磁场，更精确地基于旋转磁场的一个或多个分量，可确定可旋转物体的旋转角度（例如相对于参考角度）。假设磁体和可旋转物体之间的防滑，磁体的角度对应于可旋转物体的旋转角度。

角度传感器可被配置成感测磁场的径向分量（例如在对应于磁体的半径的方向上的磁场的分量）和磁场的切线分量（例如在对应于磁体的切线并且基本上垂直于磁场的径向分量的方向上的磁场的分量）。这里，基于旋转磁场的径向分量和旋转磁场的切线分量，角度传感器可确定磁体的旋转角度，并且因此确定可旋转物体的旋转角度。

在一些情况下，可沿着磁体和可旋转物体的旋转轴（在本文中被称为“轴上”）定位角度传感器。换句话说，可在旋转轴上离磁体的中心轴向距离的位置处放置角度传感器。对于本公开的剩余部分，应当假设：旋转轴延伸得超过可旋转物体的长度。因此，沿着旋转轴延伸地超过可旋转物体的实际长度的传感器位置也应当被称为“轴上”位置。

当被放置在轴上位置时，角度传感器可能能够精确地确定磁体的旋转角度和/或可能对一个或多个定位公差是健壮的，该公差诸如装配公差、定位的动态变化（例如由于振动）等等。

然而，在一些场景中，在轴上位置放置角度传感器可能是不可能的（例如由于间隔限制，由于在相对于角度传感器的诸如垂直方向、水平方向等等之类的另一个方向上的可旋转物体的运动）。因此，在这样的情况下，可在离旋转轴径向距离处的位置处（本文中被称为“离轴”）放置角度传感器。普通技术人员将理解：径向距离将典型地大于可旋转物体的半径。角度传感器的这样的离轴定位可给磁场引入如由角度传感器感测的非线性，这可能使角度传感器列尾（EOL）校准成为必要，和/或可降低角度传感器对静态定位公差、动态定位公差等等的健壮性，使得在确定旋转角度时可增加角度误差的可能性（例如相比于在轴上位置处放置角度传感器）。

本文所述的实现方式可涉及相对于磁体、在第一离轴位置处放置角度传感器，使得由磁体产生的旋转磁场的径向分量的幅度基本上匹配旋转磁场的切线分量的幅度。在一些实现方式中，在第一离轴位置处放置角度传感器可消除对角度传感器的EOL校准的必要。

本文所述的实现方式可进一步涉及在第二离轴位置处放置角度传感器，使得旋转磁场的径向分量的梯度大小与旋转磁场的切线分量的梯度大小基本上相同。在一些实现方式中，在第二离轴位置处放置角度传感器可增加角度传感器对静态定位公差、动态定位公差等等的健壮性。

图1是本文所述的示例性实现方式100的概要的图。为了示例性实现方式100的目的，假设：磁体连接到可旋转物体（图1中的横截面示图中所示），并且可旋转物体在可旋转物体的中心处环绕轴同心地旋转。典型地，磁体被固定地安装在可旋转物体上，以便跟随可旋转物体的旋转运动。这就是说：磁体的旋转表示或对应于可旋转物体绕轴的旋转运动。特别地，当磁体被描绘为圆形或环形时，在一些实现方式中，磁体可能是另一种形式，包括椭圆形而且非旋转对称。由于可旋转磁体的绕轴旋转，磁体将产生旋转磁场，因为磁体包括将相对于角度传感器的给定位置（例如在轴上或离轴位置上）移动的一个以上的北极（N）和南极（S）。此外，假设：角度传感器能够感测磁场的径向分量和切线分量，以便确定磁体相对于参考方向的旋转角度，并且因此确定可旋转物体的旋转角度。最后，假设：可不在轴上位置上放置角度传感器（例如由于间隔限制，由于磁体在一方向上的运动等等）。

如图1的左部分中所示，角度传感器可被放置在第一位置（例如位置1）处，第一位置在离可旋转物体和磁体旋转所绕的轴第一径向距离（例如距离1）处。如图1的右部分中所指出的，在离旋转轴第一径向距离处放置角度传感器可导致磁场的径向分量的幅度基本上匹配（即大约等于）磁场的切线分量的幅度。如进一步指出，在离旋转轴第一径向距离处放置角度传感器可消除对角度传感器的EOL校准的必要。

如图1的左部分中进一步所示，角度传感器可能可替代地被放置在第二位置（例如位置2）处，第二位置在离磁体的旋转轴第二径向距离（例如距离2）处。如在图1的右部分中进一步指出的，将角度传感器放置在离旋转轴第二径向距离处可导致磁场的径向分量的梯度大小与磁场的切线分量的梯度大小基本上相同（即大约等于）。如所指出的，将角度传感器放置在第二径向距离处可增加角度传感器对与角度传感器相关联的一个或多个定位公差的健壮性，该公差诸如静态定位公差（例如装配公差）、动态公差等等。

以此方式，角度传感器可被放置在离轴位置处，使得可改善角度传感器的操作（例如通过不需要EOL校准，通过对一个或多个定位公差健壮等）。

图2A和2B是可在其中实现本文所述的装置的示例性环境200的图。如图2A中所示，环境200可包括可旋转物体205、磁体210、角度传感器220和控制器230。

可旋转物体205可包括被定位以绕轴215同心地旋转的物体。例如，可旋转物体205可包括内燃发动机的旋转组件，诸如曲轴、凸轮轴等等。在一些实现方式中，可旋转物体205可连接（例如机械地）到磁体210，使得磁体210的旋转角度对应于可旋转物体205的旋转角度。

磁体210可包括被定位以与可旋转物体205一起绕轴215旋转的一个或多个磁体。在图2A中所示的示例性环境200中，磁体210包括形成北极（N）的第一半和形成南极（S）的第二半，使得磁体210包括一个极对。普通技术人员将理解：在另一个实现方式中，磁体210可没有限制地包括一个以上的极对。在一些实现方式中，磁体210可包括被同心地绕轴215定位的环形磁体，该轴215穿过可旋转物体205和磁体210的中心，如图2A的横截面示图中所示。虽然磁体210在图2A中被示为图形，但是在其中在环平面和轴215之间的角度偏离基本上垂直关系的实例中，磁体210可能是椭圆形。环平面是通过磁体210对称切割的平面，并且包括磁体中心。在大多数实际情况下，环平面可基本上垂直于轴215。作为另一个示例，磁体210可包括被定位以与可旋转物体205一起绕轴215旋转的盘磁体。在可旋转物体205的末尾（未示出）布置磁体210可能对盘磁体感兴趣。假如在可旋转物体205的端面和盘磁体之间存在防滑关系，可旋转物体205的旋转将对应于盘磁体的旋转。

作为另一个示例，磁体210可包括被定位以与可旋转物体205一起绕轴215旋转的另一种形状的磁体。在一些实现方式中，磁体210可包括在磁体210的两部分上的两个交替的磁极（例如在磁体210的第一半上的北极，在磁体210的第二半上的南极）。另外，或可替代地，磁体210可包括偶极子磁体（例如偶极子磁棒、圆形偶极子磁体、椭圆偶极子磁体等）、永久磁体、电磁体、磁带等等。磁体210可由铁磁材料（例如硬铁氧体）组成，并且可产生磁场。磁体210可进一步包括稀土磁体，由于稀土磁体的固有的高磁场强度，稀土磁体可能是有利的。如上所述，在一些实现方式中，磁体210可附连到或与可旋转物体205耦合，旋转角度将由角度传感器220针对可旋转物体205测量。

角度传感器220可包括一个或多个装置，用于检测用于在确定磁体210的旋转角度时使用的磁场的分量。例如，角度传感器220可包括一个或多个电路（例如一个或多个集成电路）。在一些实现方式中，角度传感器220可被放置在相对于磁体210的位置处，使得角度传感器220可检测由磁体210生成的磁场的分量。

在一些实现方式中，角度传感器220可包括两个或更多个感测元件，两个或更多个感测元件被配置成感测通过磁体210存在于角度传感器220处的磁场的分量（诸如旋转磁场的径向分量、旋转磁场的切线分量等等）的幅度。

例如，角度传感器220的第一和第二感测元件可被实现为单个半桥，如本领域普通技术人员所知。在各自的感测元件的位置处，半桥的第一感测元件可被配置成感测旋转磁场的径向分量，而半桥的第二感测元件可被配置成感测旋转磁场的切线分量。将理解的是：仅仅采用单个半桥的角度传感器220将不能够明确地检测在启动时的角度位置。相反，将需要第二测量来解决半桥固有的不明确。

可替代地，角度传感器220可实现作为第一传感器半桥的第一感测元件，第一传感器半桥被配置成感测在第一传感器半桥的位置处由磁体210生成的旋转磁场的径向分量的幅度，而第二传感器半桥被配置成感测在第二传感器半桥的位置处由磁体210生成的磁场的切线分量的幅度。应用对第一和第二传感器半桥的使用感兴趣，在该应用中需要启动角度位置，并且采取第二次读数以便建立当前角度位置是不实际的。这样的限制适用于车辆中的凸轮轴或曲轴角度传感器，但不限于此。相比于单个半桥角度传感器，虽然第一和第二半桥可提供明确的启动角度位置和更高精度的角度值，但作为折衷，包括作为感测元件的半桥的角度传感器220可能更昂贵，至于单个半桥角度传感器220，现在包括四个磁阻元件，而不是两个。对于使用作为感测元件的两个半桥实现的角度传感器220，每个感测元件被配置成在各自的半桥的位置处输出对应于磁场的分量的幅度的两个输出信号（典型的正弦和余弦信号）。在一些实现方式中，可使用两个或更多个输出信号（例如由角度传感器220和/或控制器230）来确定磁体210的旋转角度，并且因此确定可旋转物体205的旋转角度。

作为进一步的替代方案，全桥（例如惠斯登桥）可被用作第一感测元件，并且第二全桥可被用作第二感测元件，以便分别确定旋转磁场的径向分量和切线分量的幅度。使用全桥作为第一和第二感测元件将改善优于那些值的确定的径向和切线分量的精确度，那些值是使用作为单独的感测元件的半桥或者仅仅包括第一和第二感测元件二者的一个半桥确定的。作为折衷，采用两个全桥的角度传感器220将更昂贵，并且需要集成电路内的更多空间。

在一些实现方式中，集成电路可包括集成控制器230（例如使得角度传感器220的输出可包括描述磁体210和可旋转物体205的旋转角度的信息）。下面关于图3描述关于角度传感器220的额外细节。

图2A示出示例性环境200的横截面示图。如图2A中所示，在一些实现方式中，角度传感器220可被放置在离磁体210的旋转轴径向距离（例如d_R）处。在一些实现方式中，径向距离可小于磁体210的外半径（例如R）。如果径向距离d_R小于或等于外半径R，角度传感器220应当被定位在超过可旋转物体205的端面的位置处，以便不与可旋转物体205相交。在一些实现方式中，径向距离可大于磁体210的半径，诸如大约是磁体210的半径的两倍的距离。在一些实现方式中，以其放置角度传感器220的径向距离可对应于一位置，在该位置处，由磁体210产生并且由角度传感器220感测的旋转磁场的径向分量的幅度基本上匹配旋转磁场的切线分量的幅度，如下面进一步详细描述的。另外，或可替代地，以其放置角度传感器220的径向距离可对应于一位置，在该位置处，旋转磁场的径向分量的梯度大小与旋转磁场的切线分量的梯度大小基本上相同，如下面进一步详细描述的。

图2B示出示例性环境200的侧示图，并且可对应于图2A中所示的示例性环境200的横截面示图。如图2B中所示，在一些实现方式中，可在轴215的方向上的轴向距离（例如d_A）处并且相对于磁体210和可旋转物体205的表面放置角度传感器220。

控制器230可包括一个或多个电路，一个或多个电路与确定磁体210的旋转角度并且提供与磁体210的旋转角度以及因此与可旋转物体205的旋转角度相关联的信息相关联。例如，控制器230可包括一个或多个电路（例如集成电路、控制电路、反馈电路等等）。控制器230可从诸如一个或多个角度传感器220之类的一个或多个传感器接收输入信号，可处理输入信号（例如使用模拟信号处理器、数字信号处理器等）以生成输出信号，并且可提供输出信号给一个或多个其它设备或系统。例如，控制器230可从角度传感器220接收一个或多个输入信号，并且可使用一个或多个输入信号来生成包括可旋转物体205的角度位置的输出信号。

图2A和2B中所示的装置的数量和布置被提供为示例。在实践中，可能存在与图2A和2B中所示的那些相比额外的设备、较少的装置、不同的设备或不同布置的装置。此外，图2A和2B中所示的两个或更多个装置可在单个装置中实现，或者图2A和2B中所示的单个装置可被实现为多个分布式装置。另外，或可替代地，环境200的一组装置（例如一个或多个装置）可执行被描述为由环境200的另一组装置执行的一个或多个功能。

图3是包括在图2A和2B的示例性环境200中的角度传感器220的示例性组件的图。如所示的，角度传感器220可包括两个或更多个感测元件310、模拟数字转换器（ADC）320、数字信号处理器（DSP）330、存储器组件340和数字接口350。

感测元件310可包括一个或多个设备，用于感测存在于角度传感器220处的磁场（例如由磁体210生成的磁场）的分量的幅度。例如，感测元件310可包括基于霍尔效应操作的霍尔传感器。作为另一个示例，感测元件310可包括由磁阻材料（例如镍铁（NiFe））组成的磁阻（MR）传感器，其中磁阻材料的电阻可取决于存在于磁阻材料处的磁场的强度和/或方向。这里，感测元件310可基于各向异性磁阻（AMR）效应、巨磁阻（GMR）效应、隧道磁阻（TMR）效应等等测量磁阻。作为额外的示例，感测元件310可包括基于感应操作的可变磁阻（VR）传感器。

ADC 320可包括将来自一个或多个感测元件310的模拟信号转换成数字信号的模拟数字转换器。例如，ADC 320可将从一个或多个感测元件310接收的模拟信号转换成将由DSP 330处理的数字信号。ADC 320可提供数字信号给DSP 330。在一些实现方式中，角度传感器220可包括一个或多个ADC 320。

DSP 330可包括数字信号处理设备或者数字信号处理设备的集合。在一些实现方式中，DSP 330可从ADC 320接收数字信号，并且可处理数字信号以形成输出信号（例如为在图2A或2B中最佳地看到的控制器230指定的），诸如与确定与可旋转物体205一起旋转的磁体210的旋转角度相关联的输出信号。

可选的存储器组件340可包括只读存储器（ROM）（例如EEPROM）、随机存取存储器（RAM）和/或存储用于由角度传感器220使用的信息和/或指令的另一类型的动态或静态存储设备（例如闪速存储器、磁存储器、光学存储器等）。在一些实现方式中，存储器元件340可存储与由DSP 330执行的处理相关联的信息。可替代地，存储器元件340可为两个或更多个感测元件310存储配置的值或参数，和/或为角度传感器220的诸如ADC 320或数字接口350之类的一个或多个其它组件存储信息。

数字接口350可包括接口，角度传感器220可经由接口从另一个设备接收信息，和/或向另一个设备提供信息，该另一设备诸如控制器230（参见图2A、2B）。例如，数字接口350可向控制器230提供由DSP 330确定的输出信号，并且进一步从控制器230接收信息。

图3中所示的组件的数量和布置被提供为示例。在实践中，角度传感器220可包括与图3中所示的那些相比额外的组件、更少的组件、不同的组件或不同布置的组件。另外，或可替代地，角度传感器220的一组组件（例如一个或多个组件）可执行被描述为由角度传感器220的另一组组件执行的一个或多个功能。

图4A和4B包括图形表示400，该图形表示400示出如何在离轴位置上相对于产生磁场的磁体210放置角度传感器220的示例可给存在于角度传感器220处并且因此由角度传感器220感测的磁场引入非线性。为了图4A的目的，假设：在轴上位置处相对于磁体210放置角度传感器220。

如图4A的中心部分中所示，当角度传感器220被放置在轴上位置时，由角度传感器220感测的磁场的大小|B|对于磁体210的任何旋转角度（被示为沿水平方向的“机械角度”）可能是均匀的（即恒定）。例如，如由图4A的中心部分中的“|B|”线所示，存在于角度传感器220处的用于任何旋转角度的旋转磁场的大小是恒定的。这里，可基于径向分量（例如“Br”）和切线分量（例如“Bt”）确定旋转角度，该径向分量和切线分量基于下列等式组成磁场的均匀大小：。磁场的大小的均匀性可由在45°旋转角度（由图4A的中心部分上的箭头所示）处的径向分量和切线分量的相交进一步图示。换句话说，均匀磁场将导致径向分量和切线分量在45°旋转角度处相等。

旋转磁场的大小的均匀性也可由图4A的左部分中的绘图的圆形形状图示。如所示的，在径向分量Br上方绘制切线分量Bt产生圆形形状（假如不存在影响磁场分量Br和Bt的进一步的效果，诸如角度传感器220的位置的变化或角度传感器220的单独的感测元件310的偏移误差，如本领域普通技术人员所已知）。

如由图4A的右部分所示，由于磁场的大小|B|的均匀性，由角度传感器220感测的磁场的方向相对于磁体210的旋转角度可具有线性明确的关系。换句话说，对于角度传感器220的轴上定位，由角度传感器220感测的旋转磁场的方向可相对于磁体210的旋转角度线性变化。在这样的情况下，可不需要EOL校准和/或角度传感器220可能对定位公差是强健的，该公差诸如装配公差、由于振动的动态公差等等。然而，当角度传感器220被放置在离轴位置处时，非线性可被引入到存在于角度传感器220处的磁场，如以下关于图4B所述。

为了图4B的目的，假设：在离轴位置处相对于磁体210放置角度传感器220，如图2A中所示，作为非限制性示例。如图4B的中心部分中所示，当角度传感器220被放置在离轴位置时，由角度传感器220感测的旋转磁场的大小|B|对于磁体210的不同旋转角度（被示为“机械角度”）可能不是均匀的（即可能不是恒定的）。例如，如由图4B的中心部分中的“|B|”线所示，用于磁体210的各种旋转角度的由角度传感器220感测的旋转磁场的大小可能不如由角度传感器220感测的恒定。这样，基于根据以上公式组成旋转磁场的非均匀大小的径向分量（例如“Br”）和切线分量（例如“Bt”）确定的旋转角度可能不精确地表示磁体210的旋转角度（例如旋转角度可包括角度误差）。磁场的大小的非均匀性可由在45°旋转角度处的径向分量和切线分量的不相等进一步图示（由图4B的中心部分上的箭头所示）。换句话说，非均匀磁场将导致径向分量和切线分量在45°旋转角度处不同。

磁场的非均匀性还可由图4B的左部分上的绘图的椭圆形状图示。如所示的，在径向分量Br上方绘制切线分量Bt产生椭圆形状（假如不存在影响磁场分量Br和Bt的进一步的效果，诸如角度传感器220的位置变化或者单独的感测元件310的误差，如由本领域普通技术人员所知）。

如由图4B的右部分所示，由于由角度传感器220感测的旋转磁场的大小的非均匀性，磁场的方向相对于磁体210并且因此相对于可旋转物体205的旋转角度可能不具有线性关系。换句话说，由角度传感器220感测的磁场的方向相对于磁体210的旋转角度可能不线性地变化。这样，可能需要角度传感器220的EOL校准。此外，角度传感器220的离轴定位可减少角度传感器220对定位公差的健壮性。

然而，如下所述，角度传感器220可被放置在第一离轴位置处，使得EOL校准可能不是必要的。可替代地，如下所述，角度传感器220可被放置在第二离轴位置处，使得角度传感器220对定位公差是健壮的。

如上所指示，图4A和4B仅仅被提供为示例。其它示例是可能的，并且可能不同于关于图4A和4B所述的。

图5A-5D是涉及角度传感器220的离轴定位的示例性实现方式500的图，如本文所述。为了示例性实现方式500的目的，假设磁体210连接到被定位成绕轴215同心地旋转的可旋转物体205。此外，假设在离轴位置处相对于轴215放置角度传感器220，可旋转物体205绕轴215同心地旋转。例如，由于间隔限制，角度传感器220可被放置在离轴位置。作为另一个示例，由于可旋转物体（和磁体210）在另一个方向（诸如相对于角度传感器220的垂直方向、相对于角度传感器220的水平方向等等）上的运动，角度传感器220可被放置在离轴位置。

如在图5A的左部分中的横截面示图中所示，磁体210可包括具有7毫米（mm）的内半径和12mm的外半径的环形磁体。让我们进一步假设：角度传感器220被放置在3mm的轴向距离（例如在轴向方向上离开磁体210和可旋转物体205的表面的距离）处，在图5B的右部分中的侧视图中最佳地看到。这里，可能期望在对应于离旋转轴第一径向距离（例如d_R1）的第一位置处放置角度传感器220，使得不需要角度传感器220的EOL校准，或者在对应于离旋转轴第二径向距离（例如d_R2）的第二位置处，使得角度传感器220对一个或多个定位公差是健壮的。

图5B是图形表示，该图形表示与为角度传感器220识别离轴位置以便消除EOL校准的必要或增加角度传感器220对定位公差的健壮性相关联。正如所示，在一些实现方式中，基于在角度传感器220的各自的径向位置处跨过径向距离的范围比较由磁体210生成的旋转磁场的径向分量和由磁体210生成的旋转磁场的切线分量，可确定第一径向距离和第二径向距离。对于示例性磁体，在图5B中针对范围从0mm至35mm的径向距离绘制旋转磁场的径向分量（图5B中的实心点）和旋转磁场的切线分量（图5B中的空心方块）。径向分量和切线分量可跨过径向距离的范围变化（例如在大约140毫特（mT）和大约50mT之间）。

这里，第一位置可由径向距离识别，第一位置对应于与消除EOL校准的必要相关联的第一径向距离，在径向距离处，磁场的径向分量的幅度基本上匹配（例如在1％内、在5％内、在10％内等）磁场的切线分量的幅度。在本示例中，第一位置可被识别为具有离旋转轴大约11.8mm的径向距离的位置（例如由对应于点1的阴影区域识别）。这里，如果角度传感器220被放置在离磁体210的旋转轴11.8的径向距离处，磁场的径向分量的幅度可基本上匹配磁场的切线分量。这样，当角度传感器220被放置在离旋转轴11.8mm时，可消除角度传感器220的EOL校准的必要。这里，在磁场的径向分量的幅度和磁场的切线分量的幅度之间的基本上匹配导致通过整个（例如360°）旋转的基本上恒定的大小的矢量长度（在径向分量和切线分量之间的模块）。因此，磁场方向的角度变化对连接到可旋转物体205的磁体210的机械旋转基本上是线性的。因为行为是线性的，不引入任何角度误差，消除对列尾校准和/或另一类型的补偿的必要。

第二位置可由径向距离识别，第二位置对应于与增加对定位公差的健壮性相关联的第二径向距离，在径向距离处，旋转磁场的径向分量的梯度的大小与旋转磁场的切线分量的梯度的大小基本上相同（例如在1％内、在5％内、在10％内等）。在本示例中，第二位置可被识别为具有离旋转轴大约23.0mm的径向距离的位置（例如由对应于点2的阴影区域识别）。这里，如果角度传感器220被放置在离磁体210的旋转轴23.0的径向距离处，旋转磁场的径向分量的梯度大小可能与旋转磁场的切线分量的梯度大小基本上相同。这样，对于图示的示例，当角度传感器220被放置在离旋转轴23.0mm时，角度传感器220对一个或多个定位公差（例如装配公差、动态公差等）可能是健壮的。

特别地，可基于梯度大小基本上相同所在的径向距离而不是梯度基本上相同所在的径向距离来识别第二位置。换句话说，如图5B中所示，梯度无需具有相同的符号（例如径向分量可具有正梯度，而切线分量可具有负梯度）。

在一些实现方式中，如示例性实现方式500中所图示，第一位置可对应于大约等于磁体210的半径的第一径向距离（例如12mm≈11.8mm）。类似地，第二位置可对应于大约等于磁体210的半径的两倍的第二径向距离（例如12mm×2≈23mm）。

在一些实现方式中，第一径向距离和第二径向距离可取决于与磁体210和/或角度传感器220相关联的一个或多个几何因素，诸如磁体210的内半径、磁体210的外半径、相对于磁体210的表面放置角度传感器220的轴向距离等等。另外，或可替代地，第一径向距离和第二径向距离可取决于与磁体210和/或角度传感器220相关联的一个或多个材料因素，诸如从中构造磁体210的材料类型、由磁体210产生的磁场的强度、角度传感器220的类型（例如霍尔效应、AMR、GMR、TMR、VR等）等等。换句话说，第一径向距离和第二径向距离可基于与磁体210和/或角度传感器220相关联的一个或多个几何因素和/或材料因素而变化。

图5C是图形表示，该图形表示示出当在第二位置（例如23mm）处放置角度传感器220时角度传感器220对0.3mm的径向定位公差的稳健性的示例。图5C中的实心符号对应于在23mm的径向位置处（对应于图5B的区域2）的旋转角度上方的旋转磁场的径向和切线分量（参见图5C的左刻度）。为了比较，空心符号对应于在23.3mm的径向距离处的旋转磁场的径向和切线分量。对于23mm的径向位置，旋转磁场的径向分量被图示为实心圆，而空心圆表示在23.3mm的径向位置处旋转磁场的径向分量。对于23mm的径向位置，旋转磁场的切线分量被图示为实心方块，而空心方块表示在23.3mm的径向位置处旋转磁场的切线分量。如所示的，即使在径向方向上有0.3mm的位移（例如由于装配公差、振动、动态公差等），在23.0mm和23.3mm处磁场的径向分量可能基本上不变（通过比较图5C中的空心和实心方块最佳地看到）。磁场的切线分量也基本上保持不变（通过比较图5C中的空心和实心圆最佳地看到）。如进一步所示的（例如由关于图5C的右刻度的“增量(°)”线），在23.0mm径向位置和在23.3mm径向位置处确定的角度之间的角度误差可基本上小于1°。本领域普通技术人员将理解：由于来自模拟中使用的网孔的伪像，但不是角度误差的可靠表示，如在图5C中显示的误差由某种噪音占优势。这样，被放置在第二径向位置处的角度传感器220可能对径向方向上的定位公差是健壮的。

图5D是示例性图形表示，该示例性图形表示示出当在第二位置（例如23mm）处和在3.0mm的轴向距离（即，如以上关于示例性实现方式500所述的轴向距离）处放置角度传感器220时角度传感器220对0.3mm的轴向定位公差的健壮性。如所示的，即使在轴向方向上有0.3mm位移（例如由于装配公差、振动、动态公差等），旋转磁场的径向分量对应于3.0mm轴向距离（图5D中的实心圆），并且在3.3mm轴向距离（图5D中的空心圆）处旋转磁场的径向分量基本上不变。对照在轴向方向上0.3mm变化，旋转磁场的切线分量还可基本上不变（通过比较图5D的实心方块和空心方块最佳地看到）。如进一步示出的（例如由关于图5D的右刻度的“增量(°)”线），在3.0mm轴向位置和在3.3mm轴向位置处确定的角度之间的角度误差可基本上小于1°。比较来自图5C和5D的角度误差，人们将发现：对于图5D，误差中存在某种变化，因为误差示出除了由模拟中使用的网孔引起的伪像之外的某种类型的振荡行为。这样，放置在第二位置处的角度传感器220可能对轴向方向上的定位容差是健壮的。

在一些实现方式中，角度传感器220的轴向健壮性可随着额外的磁体210进一步增加。例如，如果角度传感器220被放置在被配置成绕轴旋转的两个磁体210之间，则由于轴向定位公差的角度误差可被进一步减少或甚至消除（例如在没有软件补偿的情况下）。

如上所指示，图5A-5D仅仅被提供为示例。换句话说，与示例性实现方式500相关联的所有半径、距离、位置等等仅仅被提供为示例，以促进理解如何为角度传感器220确定有利的离轴位置。其它示例是可能的，并且可不同于关于图5A-5D所描述的。

本文所述的实现方式可涉及在第一离轴位置处相对于磁体放置角度传感器，使得由磁体产生的旋转磁场的径向分量的幅度基本上匹配旋转磁场的切线分量的幅度。在一些实现方式中，在第一离轴位置处放置角度传感器可消除对角度传感器的EOL校准的必要。

本文所述的实现方式可进一步涉及将在第二离轴位置处放置角度传感器，使得旋转磁场的径向分量的梯度大小与旋转磁场的切线分量的梯度大小基本上相同。在一些实现方式中，在第二离轴位置处放置角度传感器可增加角度传感器对一个或多个定位公差的健壮性。

前述的公开提供说明和描述，但是并不旨在是穷举的或将实现方式限制为公开的精确形式。根据以上公开，修改和变化是可能的，或者可从实现方式的实践中获得。

即使在权利要求中陈述和/或在说明书中公开特征的特定组合，但是这些组合并不旨在限制可能的实现方式的公开。实际上，可以未在权利要求中特别陈述和/或在说明书中公开的方式组合这些特征中的许多。虽然下面列出的每个从属权利要求可直接从属于仅仅一个权利要求，但是可能的实现方式的公开包括与权利要求集中的每个其它权利要求结合的每个从属权利要求。

本文中使用的元件、动作或指令不应当被解释为关键或必不可少的，除非这样明确地描述。此外，如本文所使用的，冠词“一”和“一个”旨在包括一个或多个项，并且可与“一个或多个”互换使用。此外，如本文所使用的，术语“集”旨在包括一个或多个项（例如相关的项、无关的项、相关的项和无关的项的组合等），并且可与“一个或多个”互换使用。在旨在仅仅一个项的情况下，使用术语“一个”或类似语言。此外，如本文所使用的，术语“具有”、“有”、“含有”等等旨在是开放式术语。此外，“基于”一词旨在意味着“至少部分地基于”，除非另有明确说明。

Claims

1.一种用于在离轴配置中进行角度感测的系统，包括：

固定到可旋转物体的磁体，

可旋转物体被定位成绕轴同心地旋转；以及

磁角度传感器，被配置成基于由磁体产生并由磁角度传感器感测的旋转磁场确定可旋转物体的旋转角度，

旋转磁场具有径向分量和切线分量，

磁角度传感器被定位在具有离轴非零径向距离的传感器位置处，

其中，在传感器位置处，径向分量的幅度至多10%不同于切线分量的幅度，或者

其中，在传感器位置处，径向分量的梯度大小至多10%不同于切线分量的梯度大小。

2.根据权利要求1所述的系统，其中离轴非零径向距离等于针对传感器位置的磁体半径，在该传感器位置处径向分量的幅度基本上匹配切线分量的幅度，

当磁体是环形磁体时，磁体半径是外半径，或者

当磁体是盘磁体时，磁体半径是盘半径。

3.根据权利要求1所述的系统，其中离轴非零径向距离等于针对传感器位置的磁体半径的两倍，在该传感器位置处径向分量和切线分量共享基本上相同的梯度大小，

当磁体是环形磁体时，磁体半径是外半径，或者

当磁体是盘磁体时，磁体半径是盘半径。

4.根据权利要求1所述的系统，其中提供径向分量和切线分量以确定可旋转物体的旋转角度。

5.根据权利要求4所述的系统，其中确定的旋转角度的角度误差小于一度。

6.根据权利要求1所述的系统，其中磁角度传感器被定位在离磁体的表面非零轴向距离处。

7.根据权利要求1所述的系统，其中磁角度传感器被配置成：基于霍尔效应、隧道磁阻TMR效应、巨磁阻GMR效应或各向异性磁阻AMR效应，感测径向分量或切线分量。

8.根据权利要求1所述的系统，其中磁体包括环形磁体或盘磁体。

9.一种磁角度传感器，包括：

一个或多个传感器组件，被配置成：

基于由磁体产生的旋转磁场，在磁体与可旋转物体一起基本上同心旋转期间确定磁体的旋转角度，

可旋转物体被定位成基本上绕轴同心地旋转，

旋转磁场具有径向分量和切线分量，以及

在传感器位置处，径向分量的幅度至多10%不同于切线分量的幅度。

10.根据权利要求9所述的磁角度传感器，其中非零径向距离等于磁体的半径，

当磁体是环形磁体时，半径是外半径，或者

当磁体是盘磁体时，半径是盘半径。

11.根据权利要求9所述的磁角度传感器，其中提供径向分量和切线分量以确定可旋转物体的旋转角度。

12.根据权利要求9所述的磁角度传感器，其中磁角度传感器被定位在离磁体的表面非零轴向距离处。

13.根据权利要求9所述的磁角度传感器，其中一个或多个传感器组件被配置成：基于霍尔效应、隧道磁阻TMR效应、巨磁阻GMR效应或各向异性磁阻AMR效应，感测径向分量或切线分量。

14.根据权利要求9所述的磁角度传感器，其中磁体是环形磁体或盘磁体，并且磁角度传感器被相对于环形磁体或盘磁体定位。

15.一种磁角度传感器，包括：

一个或多个传感器组件，被配置成：

基于由磁体产生的旋转磁场，在连接到可旋转物体的磁体的基本上同心旋转期间确定磁体的旋转角度，

可旋转物体被定位成基本上绕轴同心地旋转，

旋转磁场具有径向分量和切线分量，以及

16.根据权利要求15所述的磁角度传感器，其中离磁体的中心非零径向距离等于磁体的半径的两倍，

当磁体是环形磁体时，半径是外半径，或者

当磁体是盘磁体时，半径是盘半径。

17.根据权利要求15所述的磁角度传感器，其中提供径向分量和切线分量以确定磁体并且因此可旋转物体的旋转角度，

磁体的确定的旋转角度包括小于一度的角度误差。

18.根据权利要求15所述的磁角度传感器，其中磁角度传感器被定位在离磁体的表面非零轴向距离处。

19.根据权利要求15所述的磁角度传感器，其中一个或多个传感器组件被配置成：基于霍尔效应、隧道磁阻TMR效应、巨磁阻GMR效应或各向异性磁阻AMR效应，感测径向分量或切线分量。

20.根据权利要求15所述的磁角度传感器，其中磁体是环形磁体或盘磁体，并且磁角度传感器被相对于环形磁体或盘磁体定位。