CN107407575A - 轴外磁性角度感测系统 - Google Patents

Abstract

在磁体组件以及包括有此类磁体组件的用于检测旋转轴的旋转角度的角度检测系统中，安装在轴上的相应磁体部分具有带有各种对称特征的几何形状和相应磁化。

Description

轴外磁性角度感测系统

技术领域

本发明涉及轴（shaft）外磁性角度感测系统。

背景技术

在许多应用中，期望通过检测旋转的角度来监测轴或轮轴（axle）围绕该轴或轮轴的纵向轴线（axis）的旋转。已知，使用固定到该轴或轮轴以便与其同步旋转的磁体组件来检测旋转的角度。此类磁体组件产生磁场，所述磁场沿着与该轴或轮轴的旋转轴线同心的圆旋转。为了检测旋转的角度，已知的角度传感器测量磁场分量（例如x-y-分量）并且比较测得的磁场分量来提供旋转角度的值，通常通过使用两个分量的比值的几何函数。因此，角度传感器系统能够根据至少两个磁场分量来唯一地确定在轴线的每个旋转角度位置处的旋转角度（在0°和360°之间），其例如区别于利用例如仅能够确定分数角度量的增量的极轮的速度传感器。

在同轴线角度检测系统中，非旋转对称按钮磁体可被放置在轴的端部处。靠近旋转轴线放置的磁性传感器可被用来检测旋转的角度。

然而，对于某些应用来说，通常由于空间限制或旋转轴的环境中的其他因素，这种已知布置是不合适的。此外，一个或多个场检测器可能位于旋转轴或轮轴周围在所谓的读取半径（读取圆）上或内，以便检测旋转磁体组件的磁场，并且因此识别旋转磁场在检测位置处的幅度。此类角度传感器被称为“离轴线”角度传感器、或轴外角度传感器，因为传感器元件没有位于轴或轮轴的旋转轴线上。

在这两种类型的角度感测系统中，为了检测磁场以及其取向，可使用霍尔探头或磁阻式（MR）传感器。在美国专利号8,779,760中描述了此类传感器的示例。

总的来说，已知的离轴线角度检测系统不如已知的同轴线系统那么精确。对同轴线系统来说通常能够以小于1°的误差检测角度，然而已知的离轴线系统通常具有近似5°的检测误差。离轴线系统的较低精度的主要原因是此类系统对制造容差的敏感性。

此类制造容差包括几何容差，诸如轴上磁体的位置误差以及读取电路的传感器元件的相应位置，二者都是相对于轴或轮轴的径向位置和倾斜。传感器元件它们自己固有的误差（诸如调零（校准）误差、增益和线性度误差）也可能贡献于较低的精度，以及当在感测布置中使用多个传感器时对于精确地使各个传感器的敏感性彼此匹配的无力。

发明内容

为了提供更准确的轴外角度感测，本文中描述的实施例提供供确定可旋转轴的旋转角度使用的磁体组件，包括：第一磁体部分，其被配置成被安装在轴上用于围绕旋转轴线与轴同步旋转；第二磁体部分，其被配置成被安装在轴上用于围绕旋转轴线与轴同步旋转；并且第一和第二磁体部分具有使得在第一和第二磁体部分之间形成径向凹槽的相应几何配置，其中第一和第二磁体部分在几何上被布置成关于垂直于旋转轴线取向的平面镜像对称。

第一和第二磁体部分可具有相应的磁化，其组合产生关于垂直于旋转轴线取向的平面镜像对称或镜像反对称的磁场。

在第一平面中，该第二磁体部分的几何形状可以是关于该第一平面中的点与第一磁体部分的几何形状中心对称的，其中该第一平面被取向成包括旋转轴线。对于被取向成包括旋转轴线的至少第二平面，第二磁体部分的几何形状可能不是关于第二平面中的任何点与第一磁体部分的几何形状中心对称的，其中第一和第二平面是不同的平面。

在一些实施例中，在第一平面中，该第二磁体部分的几何形状是关于垂直于旋转轴线取向的平面与第一磁体部分的几何形状镜像对称的，其中该第一平面被取向成包括旋转轴线。

在一些实施例中，第一和第二磁体部分组合产生磁场，以使得在第一和第二磁体部分外面，该磁场包括第一磁场矢量，其在垂直于旋转轴线取向的平面中具有磁场矢量的第一分量的最大幅度，以使得第一磁场矢量的第一分量的幅度是第一磁场矢量的第二分量的幅度的至少10倍，第二分量垂直于第一分量，其中第一分量和第二分量中的一个是在旋转轴线的方向上的分量。

该凹槽可包围旋转轴线并且其中凹槽在平行于旋转轴线的方向上的间隔距离变化。

当沿着与旋转轴线同心的至少一个圆移动时，该凹槽的间隔距离可连续变化。

当沿着至少一个圆移动时，该间隔距离可包括第一局部极大值和第二局部极大值，第一和第二局部极大值关于旋转轴线对径（diametrical）定位。

对于第一和第二磁体部分中的至少一个，在平行于旋转轴线的方向上取得的厚度可变化。

该凹槽可以是间隙，其中该间隙至少沿着垂直于旋转轴线的平面延伸。

根据一些实施例，在被取向成包括旋转轴线的第一平面中，第二磁体部分在第一平面中的点处的磁化关于第一平面中的第一对称点与第一磁体部分在第一平面中的点处的磁化或反向磁化中的一个中心对称。

根据一些实施例，该第一磁体部分包括被适配成使轴穿过第一磁体部分的第一通孔，并且该第二磁体部分包括被适配成使轴穿过第二磁体部分的第二通孔。

第一磁体部分和第二磁体部分可被配置成被安装在至少部分包围轴的圆周的套筒上。该套筒可包括软磁材料。该套筒可包括用以使套筒的角位置和轴向位置中的至少一个关于轴对准的结构。

根据一些实施例，第一磁体部分和第二磁体部分可被配置成彼此邻近接触地安装在轴上由此在轴上形成整体结构，或者在第一和第二磁体部分之间具有间隙的情况下安装在轴上。

根据一些实施例，该第一磁体部分具有第一平面以下的第一区段和第一平面以上的第二区段，其中该第一平面被取向成将旋转轴线包括在第一平面内，其中关于第一平面，该第二区段的磁化被取向成与第一区段的磁化镜像反对称。

根据一些实施例，磁体部分在垂直于旋转轴线取向的平面中的圆的所有点上产生平行于旋转轴线的磁场。

根据一些实施例，磁体部分在垂直于旋转轴线取向的平面中的圆的所有点上产生垂直于旋转轴线的磁场。

根据一些实施例，第一和第二磁体部分在围绕旋转轴线的圆的点上产生具有平行于旋转轴线的磁场分量的磁场，其中该磁场在围绕旋转轴线的圆上的点处具有对平行于旋转轴线的分量的方位位置的不为零的一阶导数和对平行于旋转轴线的分量的径向位置的为零的一阶导数。

根据一些实施例，第一和第二磁体部分在围绕旋转轴线的圆的点上产生具有垂直于旋转轴线的磁场分量的磁场，其中该磁场在圆上的点处具有以下各项中的一个或多个：

- 对垂直于旋转轴线的磁场分量的径向位置的为零的一阶导数；

- 对垂直于旋转轴线的磁场分量的轴向位置的为零的一阶导数；

- 对垂直于旋转轴线的磁场分量的径向位置的为零的二阶或更高阶导数；以及

- 对垂直于旋转轴线的磁场分量的轴向位置的为零的二阶或更高阶导数。

根据一些实施例，第一和第二磁体部分包括沿着被取向成包括旋转轴线的平面中的同心椭圆路径具有至少四个不同磁化方向的磁化，其中该至少四个不同磁化矢量具有按顺时针次序对准或者按逆时针次序对准的磁化方向。

本文中描述的实施例还提供一种供在磁性角度检测系统中使用来确定可旋转轴围绕旋转轴线的旋转角度的磁体组件，该磁体组件包括：第一磁体部分，其被配置成被安装在轴上用于与轴同步旋转；第二磁体部分，其被配置成被安装在轴上用于与轴同步旋转；安装结构，其用来将第一和第二磁体部分安装在可旋转轴上；并且其中第一和第二磁体部分被安装在该安装结构上以使得协作产生磁场，其中至少在沿着且靠近与旋转轴线同心的圆的各位置处，所产生的磁场关于垂直于轴的旋转轴线取向的平面是镜像对称或镜像反对称的。

根据一些实施例，该第一磁体部分包括第一磁化且第二磁体部分包括第二磁化，其中在包括旋转轴线的至少一个平面中，关于该至少一个平面中的第一对称点，第二磁化到该至少一个平面中的投影与第一磁化和反向第一磁化之一到该至少一个平面中的投影是点对称的。

根据一些实施例，第一和第二磁体部分被配置成沿着旋转轴线通过在它们之间的凹槽彼此分离地安装在轴上，并且其中该至少一个磁场传感器至少部分位于凹槽的径向伸长（extent）内。

根据一些实施例，至少一个传感器位于比第一和第二磁体部分的中心部分的径向距离更大的径向距离处。

根据一些实施例，三个磁场传感器位于平面中围绕轴彼此偏移120°的位置处。

本文中描述的实施例还提供一种供确定围绕旋转轴线可旋转的轴的旋转角度使用的磁体组件，其包括：第一磁体部分，其被配置成被安装在轴上用于与轴同步旋转；第二磁体部分，其被配置成被安装在轴上用于与轴同步旋转；该第一磁体部分具有第一磁荷分布且该第二磁体部分具有第二磁荷分布，其中表面磁荷沿着旋转轴线方向非均匀地分布；并且其中当以垂直于旋转轴线的镜像平面镜像时，第一磁荷分布中的每个点都在第二磁荷分布中具有对应点，由此对应点中的磁荷的幅度是相同的。

根据一些实施例，对应点中的磁荷的符号是不同的。根据一些实施例，对应点中的磁荷的符号是相同的。

根据一些实施例，该磁体组件包括第二镜像平面，其包括旋转轴线，该第二镜像平面将第一磁荷分布分成第三和第四磁荷分布以使得当以第二镜像平面镜像时第三磁荷分布中的每个点在第四磁荷分布中都具有成对点，其中磁荷在第三磁荷分布中的每个点中以及在其成对点中的幅度是相同的并且磁荷在第三磁荷分布中的每个点中以及在其成对点中的符号是不同的。

本文中描述的实施例还提供一种角度传感器系统，其包括：被布置成围绕旋转轴线可旋转的轴；磁体组件，其包括安装在轴上用于围绕旋转轴线与轴同步旋转的第一和第二磁体部分；至少一个传感器，其在垂直于旋转轴线的平面中以离旋转轴线某一径向距离位于轴外面；并且其中该磁体组件产生至少沿着并且靠近读取圆关于该平面镜像对称或镜像反对称的磁场，其中该读取圆是平面内的圆，该读取圆与旋转轴线同心并具有等于径向距离的半径。

根据一些实施例，该磁体组件产生磁场，以使得该磁场在沿着读取圆的各位置处的第一分量的最大变化是该磁场在沿着读取圆的各位置处的第二分量的最大变化的至少10倍，其中第一或第二分量中的一个是在旋转轴线的方向上的分量，并且第二分量垂直于第一分量。

本文中描述的实施例还提供一种制造轴线外角度传感器系统的方法，其包括：将第一磁体部分和第二磁体部分安装在套筒上；将套筒安装在轴上用于围绕旋转轴线与轴同步旋转以使得第一和第二磁体部分在几何上被布置成相对于垂直于旋转轴线取向的平面镜像对称；以及将至少一个磁性传感器相对于轴径向安装在平面中。

本文中描述的实施例还提供一种供在绝对旋转角度传感器系统中使用的设备，其包括围绕旋转轴线与轴同步旋转的磁体部分，磁体部分包括变化的厚度，该厚度是在平行于旋转轴线的方向上取得的，其中磁体部分包括在第一位置处和在第二位置处的最小厚度，其中第一和第二位置是对径布置的。

根据一些实施例，磁体部分的第一区段包括第一磁化并且磁体部分的第二区段包括第二磁化，其中该第一磁化和第二磁化具有针对至少一个磁化矢量分量的相应反转方向。

该至少一个磁化矢量分量可以是平行于旋转轴线的分量。

根据一些实施例，第一区段是磁体部分的第一半部并且第二区段是磁体部分的第二半部，其中该第一半部和第二半部在第一和第二位置处彼此对接。

根据一些实施例，第一区段具有第一表面磁荷分布并且第二区段具有第二表面磁荷分布，第一和第二表面磁荷分布具有相反的符号。

根据一些实施例，当沿着与旋转轴线同心的圆从第一位置移动到第一最大位置时磁体部分的厚度连续增加，并且其中当沿着该圆从第一最大位置移动到第二位置时磁体部分的厚度连续减小，并且其中当沿着该圆从第二位置移动到第二最大位置时磁体部分的厚度连续增加，并且其中当沿着该圆从第二最大位置移动到第一位置时磁体部分的厚度连续减小。

本文中描述的实施例还提供一种制造轴线外角度传感器系统的方法，其包括：提供第一磁体部分和第二磁体部分，第一和第二磁体部分彼此分离；以及将第一和第二磁体部分安装在轴上用于围绕旋转轴线与轴同步旋转，以使得第一和第二磁体部分接合来形成包围该轴的磁体部分，其中磁体部分包括至少具有局部极小厚度的第一位置和局部极小厚度的第二位置的变化厚度，该厚度是在平行于旋转轴线的方向上取得的。

附图说明

根据绘图和下面将简要描述的详细描述，另外的实施例可以是显而易见的。

图1示出根据实施例的角度传感器的第一实施例的立视图和平面视图。

图2是根据实施例的用于角度传感器的磁体组件的第二实施例的立视图。

图3a、3b和3c分别示出根据实施例的用于角度传感器的磁体组件的第三实施例的不同立面版本。

图4是根据实施例的用于角度传感器的磁体组件的第四实施例的立视图。

图5是根据实施例的用于角度传感器的磁体组件的第五实施例的立视图。

图6是根据实施例的用于角度传感器的磁体组件的第六实施例的立面剖视图。

图7示出根据实施例的角度传感器的第七实施例的立视图和平面视图。

图8是图7中示出的磁体组件的第八实施例的透视图。

图9A和9B示出第九实施例（类似于图8但具有小的改动）的相应立视图。

图10是根据实施例的磁体组件的另一实施例的立视图。

图11是图10的实施例的透视图。

图12A-12D示出磁体组件的上半部的立视图。

图13示出根据实施例的磁体的另一实施例的立视图。

图14示出图13的实施例的透视图。

图15示出根据实施例的磁体的另一实施例的立视图和平面视图。

图16示出根据实施例的磁体的另一实施例的立视图。

图17示出图16的实施例的透视图。

图18示出根据实施例的磁体的另一实施例的立视图和平面视图并指示其磁化模式（pattern）。

图19示出根据实施例的磁体的另一实施例的立视图和平面视图。

图20A、20B、20C和20D示出根据实施例的透视图。

图21示出根据实施例的透视图。

图22A、22B和22C示出镜像反对称矢量场的示例。

图23A、23B和23C示出镜像对称矢量场的示例。

图24示出用于制造轴线外角度传感器系统的实施例的流程图。

图25A和25B示出通过接合两个区段来安装磁体部分的示例。

具体实施方式

本文中描述的实施例涉及离轴线角度传感器布置。如本文中所使用的，此类布置的实施例可包括具有中心钻孔的磁体组件，所述中心钻孔可被用来容纳轴，其具有被定位在离旋转轴线大于钻孔的半径的径向距离处的传感器元件。该离轴线传感器布置是绝对角度传感器系统并且因此能够仅根据瞬时磁场（例如仅根据瞬时磁场的两个感测的磁场分量）唯一且连续地确定在轴线的每个旋转角度位置处的旋转角度（例如在0°和360°之间）。

本文中描述的方法和系统的实施例解决由制造容差、几何安装不准确性等等引起的离轴线角度感测系统中角度误差。为了避免此类误差，本文中描述的实施例提供磁体组件和使用磁体组件的更鲁棒的离轴线角度检测系统，该磁体组件在传感器元件的感测位置处提供具有高度对称性的磁场。如本文中描述的磁体组件提供高度对称性。使用由此类磁体组件生成的磁场来检测旋转角度的轴线外角度传感器布置相对于制造或安装容差更鲁棒并且导致降低的角度误差。区别于测量场梯度的系统，本文中的实施例基于在至少一个感测位置处的至少一个磁场分量（例如Bz、BR、Βψ）的测量结果来确定旋转位置（旋转的角度）。根据该测得的场分量，旋转的角度被确定。根据实施例，如果被测磁场矢量分量（或分量）的磁场梯度在相应传感器的位置处为零，则可获得更高程度的对称性以及因此更鲁棒的系统。这可例如包括，至少关于前述矢量分量中的一个或多个的一阶的磁场梯度为零（即将为0），或者如实际上那样靠近零。在一些实施例中，磁场分量的一些梯度在镜像对称或镜像反对称的平面中为零。在镜像对称或镜像反对称的平面中为零的梯度对于提供针对小的放置容差的鲁棒性而言可以是有利的。

此外，在一些实施例中，在轴和附接到轴的磁体组件围绕旋转轴线旋转时，在传感器元件的位置处的磁场平行于旋转轴线（并且例如不正交于旋转轴线）。因为传感器元件处的磁场用于总是在平行于旋转轴线的方向上的所有旋转位置，所以例如与在传感器元件的位置处具有正交于旋转轴线的磁场的系统相比，针对所有部分的小倾斜和未对准的鲁棒性被增加。

在其中指定矢量的坐标系可以是笛卡尔坐标系或圆柱坐标系。

根据实施例，在具有与旋转轴线同步旋转的磁体组件的磁性角度传感器系统中，磁体组件的磁化以及至少一个传感器元件的位置被设计成使得：在传感器的位置处并且针对轴的所有旋转位置，磁场的至少一个分量的梯度变成0，并且在一些实施例中，磁场的两个分量的梯度变成0。此外，根据实施例的磁体组件在读取圆上生成磁场，其具有仅一个或两个垂直分量，并且因此至少第三空间分量必须为零（变成零或实际上尽可能地靠近零）。优选地，磁体组件仅具有单个磁场分量。此类单个磁场分量可以是z分量（即平行于旋转轴线）。

在磁场理论中，已知磁场为空间中的每个点分派磁矢量。对于空间中的每个点，该磁矢量在笛卡尔空间中可以被分解成具有三个正交矢量分量的矢量。总场是对于空间中的所有点的三个笛卡尔分量x、y和z的叠加。因此，磁场可以被表示为Bx(x, y, z)、By(x, y,z)、Bz(x,y,z)，在这里Bx、By、Bz是笛卡尔磁场分量并且(x,y,z)表示磁矢量被分派给的空间中的点的坐标。对于圆柱坐标系也是如此，其中分量是R、ψ(Psi)和z，其中R指定径向方向，ψ是切线或方位方向，并且z是轴向方向。如同笛卡尔坐标系那样，径向方向R、切线或方位方向ψ和轴向方向z是正交方向。因此，在圆柱坐标系中，磁场可以被表示为BR(R,ψ, z)、Βψ(R,ψ,z)、Bz(R,ψ,z)，在这里BR、Βψ、Bz是圆柱磁场分量并且(R,ψ,z)是磁矢量被分派给的空间中的点的圆柱表示。而且，有时可以考虑表示的混合形式，例如圆柱坐标中的磁场分量和笛卡尔坐标中的空间中的点的表示。

根据实施例，一个或多个读出传感器被定位在垂直于轴端部磁体组件的旋转轴线的平面中。作为一个示例，该平面可以被指定为z=0平面。

磁体组件则将由第一半空间z >0中的第一磁体部分和第二半空间z <0中的第二磁体部分形成。此外，磁体组件的第二磁体部分的几何形状关于z=0平面与第一磁体部分镜像。因此磁体组件由两个磁体部分1和2组成，其相对于读出传感器（读取半径）定位于其中的平面镜像对称地布置在旋转轴3上。磁体部分1和2中的每一个都可由包括硬磁材料的主体形成。形成相应磁体部分的主体可以是具有用以允许安装在旋转轴上的钻孔的固态主体。该主体也可通过接合主体的两个或更多先前分离的区段来形成。

在实施例中，在第一和第二磁体部分1和2之间在对称平面中形成径向凹槽。该径向凹槽在对称平面内径向向内朝向旋转轴线延伸。第一和第二磁体部分1和2因此可以相对于凹槽对称。该径向凹槽允许在传感器的位置处产生具有高度对称性的强且均匀的磁场。该凹槽因此增强针对位置安装误差和其他误差的鲁棒性。第一和第二磁体部分1和2之间的径向凹槽环绕旋转轴线。在一些实施例中该凹槽可以是在径向方向上从第一和第二磁体部分1和2的外端面向内延伸到轴或安装结构的第一和第二磁体部分1和2之间的间隙。在一些实施例中，该凹槽可以仅部分在径向方向上从外端面延伸到轴或安装结构。

到目前为止上面的讨论仅解释磁体组件的几何结构。此外，在文中处理磁体组件的磁化。

本文中的讨论基于硬磁材料和软磁材料之间的通常理解的区别。硬磁材料被用于形成永磁体，并且甚至在不存在外部施加的磁场的情况下也保持其磁化。软磁材料易于通过所施加的场来磁化和去磁。软磁材料具有远大于1的相对磁导率。

对于永磁体，本文中的讨论直接适用，但是对于软磁部分，该讨论仅在其磁化被保持的程度上适用。实际上，可能存在永磁和软磁部分的阵列。对于软磁部分，仅几何对称条件适用，但是几何和磁对称条件适用于永磁部分。

在磁荷理论中，永磁体的磁场可以被看作由分布在永磁体的表面上的假想磁荷（N极和S极）产生，并且偶尔可被看作是在永磁体的内部中。如所指出的，这些是假想磁荷，其物理上不存在但是可以被用来精确计算静态磁场。磁化矢量与关于永磁体的表面向外取向的单位矢量的标量积与有效的表面磁荷（即每个单位表面积的磁荷）相等。在这里，可以在前述磁荷方面来讨论根据实施例的对称条件，但是在绘图中可以使用磁化矢量来示出该对称条件，并且以上表示这两个项之间的关联。

除了前述几何镜像对称性，根据实施例的磁体组件可被设计成使得磁体布置的第一磁体部分上或中的磁荷具有关于磁体组件的第二磁体部分中的对应磁荷的相同幅度，但是相反的极性（相反的符号）。因此，在此类实施例中，如果在磁体的一个点处存在北极，则在组件中的以z=0平面（即在成对点处）镜像的某一位点处必须存在同样强的南极。该情况导致针对读出电路的前述对称平面z=0：（i）在磁体组件围绕旋转轴线的整个360°运转期间，磁场垂直于对称平面并且因此磁场平行于旋转轴线，以及（ii）磁场沿着z方向的z分量的梯度在对称平面中为零。此外，当磁荷被布置成关于镜像平面镜像对称并且具有相同幅度但相反的极性时，结果产生的磁化以及所产生的磁场是反对称的。如本文中所使用的，当分别被分派给空间中的镜像对称点的矢量场的矢量具有与作为另一个的镜像矢量的对应矢量之一相同的幅度与反转的方向时，磁化、磁场或更一般的矢量场是关于平面镜像反对称的。为了更好理解，图22A、22B和22C示出镜像反对称矢量场的一些示例。图22A、22B和22C在z-y平面中示出关于z=0镜像平面反对称的投影矢量场（该镜像平面在图22A、22B和22C中被示出为点线）。对于上面描述的对称性，在对称平面（在这里z=0平面）内，仅磁场的z分量不同于0，而R和ψ方向上的分量为零（在圆柱坐标系中）。这意味着，意图被提供在对称平面中的传感器元件必须能够检测z分量。上面的布置针对位置容差是非常鲁棒的，因为磁分量Br和Βψ二者为零并且因此存在高度对称性。

在实际实施方式中，如果第二磁分量的幅度是第一磁分量的幅度的至少10倍，则第一磁分量可被看作相对于第二磁分量为零。因此，对于上面的对称性，Bz的幅度可是BR和Βψ的幅度二者的至少10倍。进一步理解的是，关于本文中描述的磁场，对称性考虑以及结果产生的为零的磁分量或为零的磁分量的导数至少被看成在确定由传感器感测的磁场的读取圆附近是有效的。在实际应用中，在离读取圆某一距离处的区域中的磁场可能是更弱的并且可能易于受到例如归因于铁磁性部分等等的其他磁性影响。此类影响可破坏远离读取圆的区域处的磁场的对称性。因此，如本文中描述的磁场的对称性考虑主要意图对于读取圆附近的磁场有效。

根据实施例的另一布置是针对要被定位在磁体布置的第一磁体部分1上或中的点处的磁荷的，其具有与磁体组件的第二磁体部分中的对应磁荷相同的幅度，其中两个磁荷具有相同的极性。这意味着对于在磁体上的一个点处的北极，必须在以平面z=0镜像的点处存在同样强的北极。这种情况也导致对称平面z=0。在该实施例中，磁场的仅z分量消失，并且r和ψ方向上的分量不同于0。因此，检测器必须能够检测r和ψ分量中的至少一个。当磁荷被布置成关于平面以相同的幅度和相同的极性镜像对称时，结果产生的磁化是镜像对称的。如本文中所使用的，关于平面镜像对称的磁场、磁化或更一般的矢量场是如下矢量场：在其中分别分派给空间中的镜像对称点的该矢量场的各矢量具有与作为另一个的镜像矢量的对应矢量之一相同的幅度。为了更好理解，图23A、23B和23C示出被投影到y-z平面中的各矢量场的示例，在所述y-z平面中矢量场关于z=0平面镜像对称。

被传感器感测到的磁场分量（对于镜像反对称的情况，Bz；对于镜像对称的情况，Br、Βψ）沿着读取循环依赖于方位角度而变化。所感测的磁场分量的该变化允许检测旋转的角度。当查看感测磁场分量的变化时，上面的情况由此可被公式化成使得：沿着读取圆，至少一个磁场分量的变化与相应感测到的磁场分量的变化相比是可忽略的。在实际实施方式中，当所感测的磁场分量沿着读取圆的最大变化（最大值减去最小值）是另一磁场分量沿着读取圆的最大变化的至少10倍时，可能存在磁场分量的可忽略的变化。

一般来说，当两个正交分量消失时的感测电路中的对称程度以及因此针对位置容差的鲁棒性将比在仅一个分量消失的情况下更高。如果归因于不可避免的组件容差检测器被看成相对于其标称对准稍稍倾斜，则可以看到这一点。如果传感器处的磁场仅具有单个分量，则该方向的小倾斜将不导致与其他磁场分量的串扰，因为它们不存在。然而，如果在没有倾斜的理想情况下磁场具有两个或甚至三个垂直分量并且将检测到它们中的仅一个，则倾斜将引起串扰以使得其他磁场分量对传感器信号添加贡献并且这通常引起角度检测中的误差。

此外，所产生的变化磁场在实施例中至少沿着读取圆（在平面内且与旋转轴线同心的圆）和/或靠近读取圆、关于垂直于旋转轴线的平面镜像对称或镜像反对称。在实施例中，靠近读取圆可包括与旋转轴线同心的区域，其中所感测的磁场分量沿着圆的最大变化（最大值减去最小值）在沿着读取圆的最大变化的90%和110%之间。沿着圆的最大变化还可被称为沿着该圆的衬套（hub）。

该磁体组件可以由永磁体来形成，但是也可包括软磁部分，但是它们必须包含至少一个永磁体，因为仅由软磁部分形成的布置不能生成磁场。

对于上面描述的两种情况（镜像对称和镜像反对称），第一和第二磁体部分的磁荷分布可以提供沿着旋转轴线方向非均匀分布的磁体组件的表面磁荷。

该磁体组件不一定必须是旋转对称的。在一些实施例中，该磁体组件的外边缘或周界被定位在离旋转轴线的恒定距离处，但是可能在轴向方向上具有角度依赖性（如例如在图8和17中示出的），并且因此在此类实施例中整个外表面不是关于轴的旋转轴线旋转对称的。

该磁体组件被附接到的轴可以是非磁性的，或可以是软磁的。该轴因此可以是磁体组件的集成部分。

现在在下面描述的是根据实施例的不同磁性配置的示例。

图1示出根据实施例的磁体组件的实施例的分别在（y,z）平面中和在（x,z）平面中的两个立视图以及在（x,y）平面中的平面视图。如可以被看到的，该磁体组件具有磁体的第一磁体部分1和磁体的第二磁体部分2。第一和第二磁体部分1和2被布置成使得在它们之间形成径向方向上的间隙。在图1中，第一和第二磁体部分1和2之间的间隙具有恒定距离。如稍后将关于图7至19描述的，其他实施例在第一和第二部之间提供变化间隙距离的间隙。换言之，在图1的实施例中，彼此面对的第一和第二磁体部分1和2的表面是平行的。与此有区别的是，在关于图7到19描述的实施例中，与第二磁体部分2的表面相对的第一磁体部分1的表面的至少一部分与第二磁体部分2的相对表面的至少一部分是不平行的。此外，在图1的实施例中，第一磁体部分1的上主表面与第一磁体部分1的下主表面平行（上和下是关于旋转轴线的方向定义的）。类似地，第二磁体部分2的上主表面与第二磁体部分2的下主表面平行。换言之，在图1的实施例中，每个磁体部分1和2的上主表面和下主表面以恒定距离分离。

在关于图7到图19描述的其他实施例中，第一和第二磁体部分1和2中的至少一个具有与下主表面不平行的上主表面。换言之，相应磁体部分的上主表面和下主表面之间的距离变化。在一些实施例中，相应磁体部分的上主表面和下主表面之间的距离至少围绕圆（例如与旋转轴线同心的圆）连续变化。在一些实施例中，当至少在第一方向和垂直于该第一方向的第二方向上移动时，相应磁体部分的上主表面和下主表面之间的距离连续变化。在一些实施例中，对于相应磁体部分的第一区段（例如第一半部），当沿着一个方向移动时上和下主表面之间的距离连续减小，而对于相应磁体部分的第二区段（例如第二半部），当在该一个方向上移动时上和下主表面之间的距离连续增大。在一些实施例中，相应磁体部分在包括旋转轴线的平面中具有V形形状。在一些实施例中，相应磁体部分的上和下主表面中的一个垂直于旋转轴线，而另一个不垂直于旋转轴线。在一些实施例中，第一和第二磁体部分1和2中的每一个都具有关于下主表面不平行的上主表面。在图1的实施例中以及在本文中描述的其他实施例中，该第一磁体部分1和第二磁体部分2分别完全包围轴3。在图1的实施例中，第一和第二磁体部分1和2是盘形的，然而，在其他实施例中可以提供其他形状。该第一磁体部分1的几何形状和第二磁体部分2的几何形状是关于x-y平面（x-y平面与z=0平面相同）镜像对称的。在图1的实施例中，第一磁体部分1的几何形状与第二磁体部分2的几何形状相同，但是在轴向方向上偏移。进一步要指出的是，第一和第二磁体部分1和2在z-y平面中的几何投影在z-y平面中关于坐标系的原点(x,y,z = 0)也是点对称的。换言之，可以通过在原点处对第一磁体部分1进行点镜像来获得第二磁体部分2。

该磁体组件的第一和第二磁体部分1和2可以是垂直于z轴线的，并且磁化在磁体的磁体部分1和2的每一个中可以平行于y方向，或者可以在一个部分中平行并且在相应的另一部分中反平行。在磁体的两个磁体部分1和2中具有平行于y方向的磁化的第一实施例中，磁场在读取圆（z=0平面中的传感器元件）处的z分量消失。如上面所讨论的那样，磁化以及结果产生的磁场因此是镜像对称的。在其他情况下，当第一磁体部分1中的磁化指向正y方向并且第二磁体部分中的磁化指向负y方向时，磁场的R和ψ分量将在z=0平面中的读取圆处消失，在所述读取圆处放置（一个或多个）传感器元件。假定不存在其他磁性影响，磁化以及在磁体组件外面的结果产生的磁场是镜像反对称的，如上面描述的。如上面所提到的，与第一种情况相比，后一种情况具有更高程度的对称性。

在一些实施例中，磁化也可能是纯轴向的，例如对于在第一磁体部分1中的y >0，平行于z轴线，并且对于在第一磁体部分1中的y<0，反平行于z轴线（反平行意指反转方向）。在第二磁体部分2中，磁化则可以对于y>0平行于z轴线并且对于y<0反平行于z轴线。备选地，在第二磁体部分2中，磁化可对于y>0反平行于z轴线并且对于y<0平行于z轴线。

要理解，如例如将关于图2描述的，实施例还可使用具有不为零的y轴线和z轴线分量二者的磁化。

在图1中在磁体部分的径向周缘处或其内示意性地示出磁场传感器。要指出的是，环绕旋转轴线的径向凹槽允许传感器被放置在径向周缘内。备选地，传感器可以被定位在该周缘外面，如由场传感器的虚线指定所示出的。在所有实施例中传感器都被定位在z=0平面中。如可以从图1看到的，磁场传感器所有都沿径向在轴外面放置。换言之，仅沿径向在轴外面的磁场被感测到，并且磁场传感器的所有磁场敏感元件（诸如霍尔感测元件或磁阻式感测元件）沿径向在轴外面放置。

尽管一个或两个传感器可能足以确定在相应位置处的磁场分量，但是在实施例中可提供三个传感器，它们可彼此分开120°来取向。因此，所有三个传感器在相同的径向距离处，而它们在圆柱参考系中的方位坐标分别是0°、120°和240°。所需的传感器的数目还取决于磁体组件的对称性。在更高对称性程度的情况下，磁体生成在对称平面z=0中具有为零的径向和方位磁场分量的场。则角度传感器系统在具有不同方位坐标的至少两个位置中需要传感器元件。它们可能都在相同的径向距离处（并且由于它们在z=0平面中，所以这意味着它们在与旋转轴线同心的读取圆上）。此类系统可在读取圆上间隔开90°的两个位置处具有传感器。如上面所提到的，对于此类系统，在读取圆上互相以120°间隔开的三个位置处具有传感器甚至更好。在备选情况下，磁体组件生成在对称平面z=0中具有为零的轴向场分量的场。然后角度传感器系统检测径向和方位磁场分量中的一个或二者。它也可能在两个位置处具有传感器元件，而它还可能在同一位置处具有两个传感器元件。在后一种情况下，两个传感器元件中的一个可检测径向场分量并且另一个可检测方位场分量并且该系统可以通过将这两个测得的场分量组合来计算磁体组件的旋转位置。

图1中示出的传感器布置可以被用在本文中描述的所有实施例中，并且能够提供磁场分量的测量结果以确定轴的旋转角度，但是将不在每个图中重复传感器布置。

还如图1中示出的，该轴可以是软磁的，和/或可最优地具有作为用于将磁体部分安装到轴线的安装结构的套筒6。永磁部分被附接到套筒6并且然后套筒6被放置在轴上到安装位置中。在该实施例中第一和第二磁体部分1和2被安装在软磁套筒上并且套筒6被安装在轴3上。图24示出根据一个实施例的制造过程的流程图，在其中第一和第二磁体部分1和2在安装到轴3上之前被预先安装在套筒上。该制造过程在2401处以将第一磁体部分和第二磁体部分安装在套筒上开始。在2402处，该套筒被安装在轴上用于围绕旋转轴线与轴同步旋转以使得第一和第二磁体部分在几何结构上被布置成与垂直于旋转轴线取向的平面镜像对称。在2403处，将至少一个磁性传感器相对于轴径向安装在平面中。图25A和25B示出在其中通过接合两个分离的区段2501和2502来制造相应磁体部分的示例。图25A示出在接合之前的作为在旋转轴3的相应相对侧上彼此分离的半部的磁体部分的两个区段2501和2502。图25B示出当由两个区段2501和2502形成的主体以紧密配合包围轴线3以使得轴线3被夹在两个区段2501和2502之间时的接合之后的两个区段2501和2502。为了接合区段2501和2502，可提供辅助装置，诸如被插入到区段2501和2502的每一个中的孔中的夹子或螺丝。在其他实施例中，该半部可被安装在框架或盘上以便当夹在轴上时不在磁体上施加机械压力。然后可通过使用适当的装置（诸如螺丝或夹子）将框架或盘夹到轴来提供到轴上的安装。

在一些实施例中可以通过将预先形成的完整磁体部分（例如完整环）切成两半部来提供各半部。在其他实施例中，该两半部可以是预先分开形成的。通过围绕轴将两个区段接合在一起进行的磁体部分的安装允许在不必须卸下轴的情况下安装磁体部分。例如这对于具有更大直径的轴或当替换破损磁体部分时可能是有利的。此外，使区段2501和2502中的每一个分开磁化可能更容易。对于利用区段2501和2502的每一个中的反转磁化的实施例，可以如下来建立对于区段的磁化：通过在同一均匀磁场中分开地提供每个区段2501和2502（其中一个区段被反转），或者通过在均匀磁场中同时提供两个区段（其中一个区段被反转）。这避免在两个区段2501和2502之间可能的杂散磁场。

要指出的是，区段2501和2502也可在安装到轴3上之前被接合以形成磁体部分。在其他实施例中，该两个区段2501和2502可被接合以包围套筒6，其然后被安装在轴3上。要理解，描述的接合和安装可以被提供用于磁体部分的各种形状和磁化中的任何。

套筒可是有用的，因为磁体通常是易碎或脆的，使得不能将它们直接安装在轴上并且所以在一个步骤中制造套筒与磁体是有利的，以使得在它们之间存在良好的机械接触（例如通过在套筒上/围绕套筒对磁体进行注射模塑）。套筒6优选地由钢之类的可以被刚性附接至轴3的金属制成（例如通过使金属在轴3上压装或热收缩）。套筒6还可具有在套筒6和轴3之间施加力的弹簧元件（例如舌状物）。稍后将关于图20A和20B来描述具有弹簧元件的套筒的实施例。该套筒6可包括用以使套筒的角位置和轴向位置中的至少一个关于轴对准的一个或多个结构。此类结构可允许磁体组件的各部分关于角位置或轴向位置的非常准确绝对定位。例如，套筒6还可具有孔或沟槽，其可以被用来使套筒在角方向或轴向方向二者上与轴3对准。稍后将关于图21描述具有孔的套筒的实施例。套筒6可以具有与轴3和磁体匹配的热膨胀系数（CTE）。如果套筒6被压装到轴，但是在其他实施例中还用来获得磁体关于轴的精确位置，则这是有用的。套筒6还允许将磁体组件的若干部分相对于彼此保持在规定位置中，可能甚至在磁化之前。如果例如轴是巨大的部分（例如大型马达的凸轮轴），则更好的是将磁体组件预先组装在套筒上（这可以在专用环境/机器中非常精确地完成）并且在最后步骤中将套筒6拉到轴3上（这可能需要大的压力和过高的温度（例如+250°C或100°C）。在实施例中，套筒6可以是软磁的，因为于是传感器元件上的磁场更少受轴影响。换言之，如果套筒6是软磁的，则与在其中轴不是软磁的情况相比，由于在其中轴为软磁的情况而引起的影响被最小化，其中软磁套筒被拉到轴上。特别地，传感器元件上的磁场不再显著依赖于轴的磁性质。典型地，轴具有定义不明确的磁性质，因为它被选择用于其他目的（例如是耐磨的或高强度钢，在这种场合下合金成分的微量含量可能以定义不明确的方式来改变磁导率）。套筒6因此使得场针对轴中的改变是鲁棒的。虽然在图1中套筒完全包围轴3的圆周以用于安装，但是要理解在其他实施例中套筒可被形成为仅部分包围轴3的圆周（例如轴3的圆周的至少一半或至少2/3）。在一些实施例中，套筒6可具有槽或者套筒6可具有围绕轴3分布的多个区段。分布的区段可通过一个或多个环形环或包围轴3的其他元件而机械连接。

如图1中示出的永磁部分在套筒的外侧上的布置可适用于所有实施例，但是不会在每幅图中都重复。此外，要理解以上描述的安装机制（例如压装、弹簧附接等等）中的任何都可以应用于本文中描述的每个实施例。

除了永磁部分之外，还可存在软磁部分，如图3-5、8-14、16、17中示出的，借此它们中的一些或所有可被安装在共用套筒上的外面。术语“磁体部分”被用来表示包括至少一个永磁部分和可选地一个或多个软磁部分的一部分。

在前述实施例中，磁体的磁化或者平行或反平行于y方向，或者平行或反平行于z方向。在下文中，将关于图2来描述包括在y方向和z方向上的磁化方向的混合的实施例。图2示出到（y, z）平面上的视图。

图2中的实施例示出使得径向和方位场分量在对称平面z=0中为零的磁化模式。它可以被视为在+/-y方向上的对径磁化和在+/-z方向上的轴向磁化在第一和第二磁体部分1和2二者中的叠加。存在两种极限情况，或者（i）对径磁化为零或者（ii）轴向磁化为零。在情况（i）中仅留下轴向磁化，这意味着对于y<0（在磁体部分1和2二者中）Mz>0，以及对于y>0（在磁体部分1和2二者中）Mz<0，其中Mz是磁化矢量的z分量。在情况（ii）中仅存在对径磁化，这意味着在磁体部分1中My>0并且在磁体部分2中My<0，其中My是磁化矢量的y分量。在这两种情况下，径向和方位磁场分量在镜像平面z=0中为零仍成立，而轴向磁场分量保留并且被传感器元件检测到。要指出的是，磁化在每个区段中都可以是均匀的，而在实际实施方式中它通常将是非均匀的：例如磁化模式可以是圆弧形的，其在最大和最小y坐标附近具有更大的z分量幅度且在y=0附近具有更小的z分量幅度。

如在图2中示出的具有对径和轴向磁化贡献二者一般磁化模式允许使磁体组件对周围环境的杂散磁通最小化。使杂散磁通最小化是有利的，因为然后磁体布置使其他附近设备的干扰最小化。此外，小的杂散磁通意味着附近其他设备的铁部分经受来自磁体组件的更小磁场并且所以它们被更少地磁化并因此它们创建作用于读取圆上的感测元件的更小干扰场。这降低角度误差。类似地，更小的杂散磁通意味着更小的场作用于附近导电部分，这降低由磁体组件的旋转杂散场在那里感应的涡电流。此类涡电流它们本身生成可被读取圆上的传感器元件检测到的磁场并且这再次引起角度误差。更小的杂散磁通还降低两个或更多个角度传感器系统之间的串扰（或者在同一轴上或者在不同轴上）。

概括以上内容，在实施例中，第一和第二磁体部分1和2中的磁化模式与x=0平面（其是被取向成包括旋转轴线的平面）中以及平行于x=0平面的平面中的某一虚线同心椭圆路径对准，如图2中示出的。第一和第二磁体部分包括在沿着同心椭圆路径的相应区段中具有至少四个不同磁化矢量的磁化，其中该至少四个不同的磁化矢量具有都以顺时针次序对准的磁化方向。备选地，该至少四个不同磁化矢量可以都以逆时针次序对准。该模式同时使起源于磁体布置的杂散磁通最小化并且它使得径向和方位场分量在镜像平面z=0中为零。这两个方面增加了角度传感器系统的准确性。可以进一步看到，在图2中示出的（y,z）平面中，磁化关于y=0平面镜像反对称，即通过将在右侧（y>0）处的对应位置的磁化矢量（在y=0镜像平面处）镜像，然后使镜像的磁化矢量反转来获得在左侧（y<0）处的磁化矢量。此外，在图2中的x=0平面中，磁化也关于z=0平面镜像反对称。此外，可以进一步看到，在图2中的x=0平面中，磁化还关于原点点对称。因此，在x=0平面中，第二磁体部分的磁化到x=0平面中的投影关于原点与第一磁体部分的磁化中心对称。这可以在图2中看到，因为通过对第一磁体部分1的右区段的磁化矢量进行中心对称镜像来获得第二磁体部分2的左区段的磁化矢量。类似地，通过对第一磁体部分1的左区段的磁化矢量进行中心对称镜像来获得第二磁体部分2的右区段的磁化矢量。在其他实施例中，磁化可具有反向中心对称，即第二磁体部分的磁化到x=0平面中的投影然后可关于原点与第一磁体部分的反向磁化中心对称。在这里，反向磁化是具有相同幅度但反转方向的磁化。换言之，反向磁化是在其中磁化矢量乘以-1的磁化。

总的来说，磁化可以被提供成使得沿着读取圆的磁场的DC部分消失，这允许增加对称的程度。制造容差对角误差的影响由此被最小化。如在本文中使用的场分量的DC部分是沿着读取圆的该场分量在完整运转上的平均。总的来说，磁场可以是具有一个正半部和一个负半部的沿着读取圆的波纹曲线，例如类似于正弦波。如果正半部具有与负半部相等的幅度和相反的符号，则曲线以零周围为中心，这意味着其DC部分为零。在DC部分存在的情况下，磁场可沿着读取圆具有两个点，在这两个点处磁场分量达到磁场的DC部分。

总的来说，当下面的条件被满足时，沿着读取圆的磁场分量的DC部分消失（等于0）。第一，磁体组件的第一磁体部分1的几何形状具有两个镜像对称的部分（在下文中被称为第一和第二区段），其中镜像对称平面平行于旋转轴线且包括旋转轴线。此类镜像对称平面的示例例如是图1或图7中的x=0平面（等同于y-z平面）或者图1中的y=0平面（等同于x-z平面）。要指出的是，在图7中，y=0平面不是对称平面。第二，第一区段的磁荷分布具有与第二区段的磁荷分布相同的幅度但相反的符号。第三，类似于第一磁体部分1，第二磁体部分2也具有两个镜像对称区段（在本文中被称为第三和第四区段），据此磁体部分2中的磁化模式或者是相对于磁体部分1中的磁化模式镜像对称的或者是相对于其镜像反对称的，如上面所解释的那样。

正如接下来示出的，可以通过相对于前述第一和第二磁体部分添加软磁部分来修改图1和2中示出的实施例。

在图3a中示出的实施例中，软磁部分4和5分别邻近第一和第二磁体部分1和2，并沿轴向在那些部分外侧，并且它们径向延伸超出磁体部分的径向周界。在图3b中，软磁部分4和5与轴3上的磁体部分1和2隔开，并且具有比磁体部分1和2的径向伸长更小的径向伸长。

在图3c中，软磁部分4和5沿轴向放置在两个磁体部分1和2内侧，并且具有比第一和第二磁体部分1和2的径向伸长更小的径向伸长。要指出的是，图3a、3b和3c中示出的示例布置可以应用于本文中描述的各实施例中的任一个。

在图4中示出的实施例中，软磁部分4和5二者都沿轴向在磁体部分1和2外侧并且关于x/y平面稍稍成角度。该布置为第一和第二磁体部分1和2提供良好的机械保护以及以防杂散场的保护。

该两个磁体部分1和2不需要必须是分离的，并且可以被合并以形成整体的部分。被合并的部分可仍展现它们之间的间隙或凹槽（如在图5的实施例中示出的），或者在被合并的部分之间可以不存在间隙或凹槽（如在图6的实施例中示出的）。当第一和第二磁体部分1和2被合并时，用于产生磁化的工序可以被选择以便是有益的，但是如果没有遵循适当的考虑则它也可能是有害的。两个磁体部分具有相同的磁化是有利的，因为于是针对整个组件可以利用一个工序（例如利用单个磁化场脉冲）来完成合并部分的磁化。这增加磁化的均匀性，并且因此增加生成该磁场的准确性，并且因此最终增加角度传感器的准确性。

然而，如果期望在磁体组件中（相应地，或者在个别部分内或者在各部分内）产生不均匀的磁化分布或模式，则单独地制造这些部分并单独地将各部分磁化、之后是各部分的装配通常是较不昂贵的。仅在个别情况下可以通过在一个工序中（例如利用单个磁化场脉冲）对总体组件的磁化来实现非均匀的磁化。

图3-6示出具有旋转对称几何结构（关于旋转轴线旋转对称）的磁体组件，如它通过点划线的z轴线来符号化。

在图7-19中还示出另外的实施例。总的来说，图7-19中的实施例具有以下共同之处：第一和第二磁体部分1和2被配置成关于第一平面镜像对称地安装在轴上，并且第一和第二磁体部分中的每一个都具有背对第一平面的第一表面和面向第一平面的第二表面，在第一和第二磁体部分的相应第一表面之间具有第一间隔，且在第一和第二磁体部分的相应第二表面之间具有第二间隔，其中第一和第二间隔中的至少一个沿着轴的完整旋转变化。换言之，相应间隔沿着在垂直于旋转轴线的平面中且以旋转轴线为中心的圆变化，其中该间隔被测量为在垂直于圆被定位于其中的平面的方向上第一部分和第二部分之间的距离。如可以从图7看到的，该间隔在至少一个方向（例如图7中平行于y方向的方向）上连续减小。此外如可以从图7看到的，第一磁体部分1的第一和第二表面之间的距离在至少一个方向（例如图7中平行于y方向的方向）上变化。类似地，第二磁体部分2的第一和第二表面之间的距离在至少一个方向上变化。如可以从图7看到的，当沿着至少一个方向（例如图7中平行于y方向的方向）移动时，第一磁体部分1的第一和第二表面之间的距离连续减小。类似地，当沿着至少一个方向（例如图7中平行于y方向的方向）移动时，第二磁体部分2的第一和第二表面之间的距离连续减小。此外，因而，当沿着圆在第一和第二磁体部分1和2之间移动时（其中该圆在垂直于旋转轴线的平面中且与旋转轴线同心（例如读取圆）），在平行于旋转轴线的方向上测得的从该圆到第一磁体部分1的第一距离以及在平行于旋转轴线的方向上测得的从该圆到第二磁体部分2的第二距离连续变化。当沿着该圆移动360度时，变化的第一距离具有仅一个最大值和仅一个最小值，并且变化的第二距离具有仅一个最大值和一个最小值，其中对于两个变化的距离来说最大值的位置是相同的并且对于两个变化的距离来说最小值的位置是相同的。

非旋转对称磁组件配置可以如图7和8中示出的那样。如在其中示出的，上和下磁体部分二者可以被形成为圆柱形的，但是具有沿着y轴线的平面表面，其相对于轴的旋转轴线被倾斜（诸如被倾斜大约20°）。也在该实施例中，许多磁化模式是可能的。例如，上和下部分可以在相同方向或相反方向上被对径磁化，或者该上部分可以在正z方向上被磁化，并且下部分可在负z方向上被磁化。如上面所描述的那样，各部分也可以被不均匀磁化。

要指出的是，在图7的实施例中，对于到y=0平面中的投影（到y=0平面中的几何保护的视图被示出在图7的右侧上），第二磁体部分2的几何形状关于原点与第一磁体部分的几何形状中心对称。然而，对于到x=0平面中的几何投影（到x=0平面中的投影的视图在图7中被示出在左侧上），第二磁体部分的几何形状不关于x=0平面中的任何点与第一磁体部分的几何形状中心对称。该几何不对称性也适用于图8到14中描述的实施例。此外，在非旋转对称的视图中，第一磁体部分1到x-0平面中的以及到y=0平面中的几何投影的形状是不同的，如可以通过将图7的右手侧（y=0平面）和左手侧（x=0平面）上示出的视图进行比较而看到的。这同样适用于第二磁体部分2到x=0平面和y=0平面中的几何投影的形状。该几何对称性适用于关于图8到19描述的实施例。

要指出的是，在图7的磁体组件中，在对称平面z=0中，如果永磁体的厚的部分比薄的部分更接近感测元件则磁场更大。这提供沿着读取圆的变化的磁场，当磁体组件围绕旋转轴线旋转时，该变化的磁场在感测元件处给出振荡信号，其每个运转都恰好具有一个最大值和一个最小值，由此最大和最小值在角度位置中偏移180°。

图8的实施例使用图7的永磁体配置，如图8中示出的那样，在相应磁体部分1和2的轴向外表面处具有附加的软磁盘4和5。在图8的实施例中，这些软磁盘4和5垂直于z轴线，但是如在图9A和9B的实施例中示出的，软磁盘4和5以及相应磁体部分1和2的整体可以关于z轴线以非垂直的角度来取向。可以以许多方式来组合永磁体的楔形以及磁体和软磁板的倾斜以优化沿着读取圆的场模式：一个方式可以最小化与纯正弦角依赖性的偏差，使DC部分为零，以及使各种场分量对轴向和径向位置的导数为零。永磁部分优选地在轴向方向上被磁化，并且根据两个可能的选项，镜像反对称的那个再次是更优选的。在两个软磁环之间的气隙为最小的那些角位置处，在读取半径处的Bz场是最大的。在两个软磁环之间的气隙为最大的那些角位置处，在读取半径处的Bz场是最小的。在图9A和9B的实施例中，软磁部分4和5具有比磁体部分1和2的径向伸长更大的径向伸长。在图10和11中示出的实施例中，磁体部分1和2的径向伸长比软磁部分4和5的径向伸长更大。图8和9A、9B中的磁体是楔形形状的，而图10-14中的磁体具有均匀厚度，这可促进其制造并增加其结构稳定性。

图8到11示出磁性部分1和2以及软磁部分4和5的倾斜和楔形的多个实施例。图12A-D在y-z立视图中示出包括磁体部分1和软磁部分5的磁体组件的上半部。图12A对应于图8的实施例并且示出软磁部分4具有均匀厚度且正交于旋转轴线来布置。图12A的磁体部分1是楔形形状的，其中楔形形状的较小端部在右侧上。

图12B对应于图9A和9B的实施例并且示出具有均匀厚度的软磁部分4。区别于图12A，软磁部分4是倾斜的以使得在在y-z立视图中右手侧比左侧更低。此外，在图12B中，磁体部分1是楔形形状的，其中楔形形状的较小端部在右侧上且磁体部分1的向内的侧（面向磁体部分2的侧）与旋转轴线不正交。磁体部分1的向内的侧被倾斜以使得在y-z立视图中左手侧比右手侧更低。

图12C示出在其中软磁部分4具有均匀厚度且被倾斜且磁体部分1是楔形形状的实施例。区别于图12B，软磁部分4的倾斜以及磁体部分1的楔形形状彼此平衡以使得磁体部分1的向内的侧与旋转轴线正交。

图12D示出对应于图10和11的一个实施例。在这里软磁部分4和磁体部分1二者都具有均匀的且二者都被倾斜以使得在图12d中示出的y-z立视图中右手侧比左手侧更低。

此外，虽然图8到11示出与软磁部分4邻接的磁体部分1和与软磁部分5邻接的磁体部分2，但是要理解可以提供各种倾斜以及楔形，而且在相应的磁体部分和软磁部分之间具有气隙或非磁性材料。

在图13和14中示出另一实施例，其中软磁环4a和4b、以及5a和5b被提供在两个磁体部分1和2的两个侧上，外软磁环4a和5a至少它们的内表面垂直于轴的z轴线，并且其他面向气隙的软磁环4b和5a每一个都具有关于z=0平面倾斜的内表面。读取圆的直径应该位于内环4b、5a的内直径和外直径之间并且它们的径向宽度不应该太大。特别地，如果该轴是软磁的，则它必须不接近轴，因为这将使（一个或多个）传感器元件上的场非常弱。在图13和14中，环4a和5b具有等于轴直径的内直径，而环4b和5a具有大于轴直径的内直径（这在图14中变得可见，在图14中关于环4b的视图从底侧的是可见的）。图13、14中的实施例的永磁体优选地在轴向方向上被磁化并且具有均匀强度，因为垂直于旋转轴线的任何磁化都将由于两个软磁环而缩短。作为该磁化模式的结果，不可能使沿着读取圆的磁场的DC部分为零。

在图15、16和17中示出具有非旋转对称性的磁体组件的另一实施例。图15、16和17示出具有楔形形状的第一和第二磁体部分1和2的相应磁体组件。区别于图7的实施例，根据图15、16和17的布置具有两个位置，在那里第一和第二磁体部分1和2达到最小轴向厚度。最小厚度的两个位置是关于旋转轴线对径布置的。因此，如可以从示出到（y，z）平面中的投影的图15的左侧看到的，y-z立视图中的几何形状在该投影中是关于旋转轴线对称的。在y-z立视图中，当从外表面朝向旋转轴线移动时第一和第二磁体部分1和2的厚度连续减小。因此，在y=0处在相应两个对径点处获得最小厚度。在图15中，楔形形状在最小厚度的两个对径点的每一个处都具有不为零的最小厚度。区别于此，在图16和17的实施例中楔形形状的第一和第二磁体部分1和2的厚度在最小厚度的两个对径点处减小到零。

此外，类似于图7-14的实施例，第一和第二磁体部分1和2之间的相应间隙沿着定位于垂直于旋转轴线的平面中且以旋转轴线为中心的圆（例如平行于读取圆的圆）变化。此外，当从轮缘上的一个点在至少一个方向（例如平行于y方向的方向）上直着移动时，在第一区域（例如在图15中定位在旋转轴线的左侧上的区域）中该间隔连续增加，并且在第二区域（例如在图15中定位在旋转轴线的右侧上的区域）中该间隔连续减小。要指出的是，在被提供用来安装轴线的钻孔的视图中，当在一个方向（例如平行于y轴线的方向）上直着移动以使得线穿过钻孔区域时，该间隔从轮缘连续增加一直到钻孔开始的地方，并且在钻孔的端部处开始连续减小直到在另一侧到达轮缘为止。

当在平行于y轴线的线上直着移动以使得该线不穿过钻孔区域（例如平行于y轴线但从轴线的中心偏移多于钻孔的半径的线）时，间隔从轮缘位置连续增加直到在中心位置处达到第一最大值并且从那里连续减小直到在另一侧到达轮缘为止。此外，如可以从图15看到的，第一磁体部分1的第一和第二表面之间的距离在至少一个方向（例如y方向）上变化。类似地，当在至少一个方向（例如y方向）上移动时，第二磁体部分2的第一和第二表面之间的距离变化。如可以从图15看到的，当沿着至少一个方向（例如y方向）移动时第一磁体部分1的第一和第二表面之间的距离在第一区域中连续减小，并且在第二区域中连续增加。类似地，当沿着至少一个方向移动时第二磁体部分2的第一和第二表面之间的距离在第一区域中连续减小，然后在第二区域中连续增加。对于各磁体部分中的每一个，当在至少一个方向（例如平行于y轴线）上直着移动以使得线穿过钻孔区域时，厚度从轮缘连续减小一直到钻孔开始的地方，并且在钻孔的端部处开始连续增加直到在另一侧到达轮缘上为止。当在平行于y轴线的线上直着移动以使得线不穿过钻孔区域（例如平行于y轴线但从轴线的中心偏移多于钻孔的半径的线）时，厚度从轮缘位置连续减小直到在中心位置处达到第一最小值，并且从那里连续增加直到在另一侧到达轮缘为止。此外，因而，当沿着圆在第一和第二磁体部分1和2之间移动时（其中该圆被定位在垂直于旋转轴线的平面中且以旋转轴线为中心（例如读取圆）），在平行于旋转轴线的方向上测得的从该圆到第一磁体部分1第一距离以及在平行于旋转轴线的方向上测得的从该圆到第二磁体部分2的第二距离连续变化。当沿着该圆移动360度时，变化的第一距离具有两个极大值和两个极小值，并且变化的第二距离具有两个极大值和两个极小值，其中对于第一和第二变化的距离来说极大值的位置是相同的，并且对于第一和第二变化的距离来说极小值的位置是相同的。极大值的两个位置被彼此对径布置并且极小值的两个位置被彼此对径布置。

要指出的是，利用磁体部分1和2的以上描述的配置和形状，可以在没有用于角度感测的其他磁体部分的情况下单独利用磁体部分1和2中的每一个。特别地结合在其中磁体部分在第一半部（例如在图15、16和17中从左外表面到y=0）和第二半部（例如在图15、16和17中从右外表面到y=0）（其中第一半部和第二半部在最小厚度的位置（例如在图15、16和17中，y=0）处对接）中具有反转轴向磁化分量的以上描述的磁化，单个磁体部分的使用提供稳定且可靠的绝对角度感测。反转的轴向磁化分量导致第一表面磁荷分布和第二表面磁荷分布，第一和第二表面磁荷分布具有相反的符号。例如在图15、16和17中，磁体部分的第一半部的表面磁荷可在楔形侧处提供北极，并且同一磁体部分的第二半部的表面磁荷可在楔形侧处提供南极。利用单个磁体部分，读取圆可相对于楔形表面沿轴向偏移。如上面描述的，当沿着读取圆移动360度时，在平行于旋转轴线的方向上测得的读取圆和楔形侧之间的距离从在磁体部分的最小厚度的第一位置处获得的第一最大距离（y=0）改变到第一最小距离（x=0）并且再次改变到在磁体部分的最小厚度的第二位置处获得的第二最大距离（y=0），之后是第二最小距离（x=0）。因此，当沿着读取圆移动360度时，读取圆和楔形侧之间的距离连续改变（具有两个局部极小值和2个局部极大值），其中在相应极大值和相应极小值之间，距离连续减小。

如在上面关于图7概述的，在平面z=0中，如果永磁体的厚部分比薄部分更接近感测元件，则磁场更大。在上面的实施例中变化的轴向厚度还提供沿着读取圆的变化的磁场，当磁体组件围绕旋转轴线旋转时所述变化的磁场在感测元件处给出振荡信号。通过选择如上面描述的针对磁体部分的磁化，其中在磁体部分在第一半部和第二半部中具有反转的轴向磁化分量（其中该第一半部和第二半部在最小厚度的位置处对接），测得的磁场分量的符号在两个最小轴向厚度位置处反转。这允许实现360度绝对角度感测，尽管在180度（180度=Pi弧度）的振荡周期的情况下，所感测的磁场分量的绝对振幅与轴向厚度相一致地振荡。然而，因为磁场在最小轴向厚度位置处反转，在传感器能够区别反转的磁场的情况下，所以所测得的信号提供具有360度的振荡周期的信号。该信号然后每次运转在每次运转的最小轴向厚度的位置处两次跨过零。根据图15-18的实施例的具有最小厚度的对径位置的磁体部分允许磁体部分容易沿着连接最小厚度的位置的线被切割成两半部，这容易允许如之前关于图25A和25B描述的两半部的接合。然而，要理解，在其他实施例中，第一和第二半部可包括不同于恰好半部的组合部分。

类似于图1至6中示出的旋转对称实施例，可以利用各种磁化来实施非旋转对称实施例。在图18中示出对于图15的几何布置的一个示例磁化。该磁化模式可以被看作“双极”布置，因为在如图18中示出的各部分的磁化的情况下，磁场对于相应各部分相反地指向。该布置在z=0平面（x-y平面）中提供为零的磁分量BR和Βψ以及不为零的磁分量Bz。因此，该布置提供（关于z=0镜像平面）镜像反对称的磁化和磁场，其中Bz场由传感器感测到并且被用于确定旋转的角度。如在图18的yz立视图中可见的，磁化（即白色箭头）以圆形形状（例如沿着如图18中示出的椭圆路径）顺时针转动，这具有比纯对径或轴向磁化模式产生更小的杂散场优点。如已经关于图2描述的，更小的杂散场意味着旋转磁体组件在磁体组件外面的附近部分上的场更小，而在两个磁体部分之间的间隙中（即在z=0平面中），该场仍是大的。磁体组件外面的小的场是有利的，因为于是传感器布置对可能受磁场干扰的附近系统产生更少的干扰。此外，更小的杂散场意味着传感器系统与附近软磁部分（比如例如其他机器的铁螺栓）的更少相互作用，并且这使得角度传感器针对铁环境更鲁棒。图18中示出的磁化模式的另一优点是对于y<0中的任何磁极在y>0中存在以平面y=0镜像的具有相等幅度和相反符号的镜像对称极。因此，该磁化模式生成沿着读取圆的Bz场，其具有为零的DC部分。此外，根据另一实施例的磁化可具有以与图18中示出的相同的方式磁化的第一磁体部分1，但是可具有针对第二磁体部分2反转的磁化方向（其对应于安装围绕旋转轴线旋转180度的第二磁体部分2）。由该布置生成的结果产生的磁场具有为零的磁z分量Bz，而BR和Βψ分量不为零并且可用于确定旋转的角度。

在图19中示出非旋转对称的磁体的另一实施例。它可以从圆柱形状导出，其中在(y,z)立视图中部分1的下左和下右部分被切除。所以在(y,z)立视图中的部分1的最终形状是三角形，而在(x,z)立视图中它是盘的一部分，并且在(x,y)平面视图中它是环。磁化可再次是对径或轴向的（在y<0和y>0中具有相反的极性）或两个的任何混合。可选地，一个人可以在磁体外侧添加与旋转轴线同心且垂直于旋转轴线的软磁盘，以使得磁体在盘中间。就像所公开的所有布置那样，磁体和软磁部分可被固定到套筒，其被拉到轴上。

上述实施例中的每一个都可以被修改以包括用于将套筒6安装到轴3上的附加结构。图20A示出在其中套筒6被形成为包括用于向轴提供力的弹簧元件8的示例的透视图。在图20A中，通过在端部处为套筒6提供缝隙9来形成弹簧元件8。该缝隙9在旋转轴线的方向上具有细长形状。在缝隙9之间形成弹簧元件8。在相应缝隙9的每个端部处，缝隙9具有伸长部分9A。如在图20A中示出的，缝隙的伸长部分9A可具有圆形形状，其允许弹簧元件朝向旋转轴线是柔韧的。因此可以使弹簧元件8朝向轴线呈弓形。当在轴3上滑动套筒6时，弹簧元件8将因此向轴3上施加机械载荷，这在安装在安装位置中之后保持该套筒6。套筒在9A和其上端部之间的各z位置处的内钻孔直径可能小于套筒的剩余部分（特别是在磁体内部）的内直径。这保证从轴到套筒并且最终到磁体的力小于弹簧8和轴之间的力，由此保护磁体以免太大的机械载荷。为此，套筒在弹簧元件附近可以稍微呈圆锥形以使得未弯曲的弹簧元件的内钻孔直径小于套筒3在磁体内部的内直径。

根据实施例，可以提供大量的狭缝9（例如4个到10个狭缝）并且使它们围绕套筒的上端部分布，以使得套筒3的整个上部分完全由弹簧元件组成。图20B示出在其中围绕套筒3的上部分的圆周分布多个轴向延伸的狭缝的示例。弹簧元件8被圆锥形地布置，以使得弹簧元件8的相应上端部朝向旋转轴线弯曲。为了更好查看，图20B的左手侧示出在将磁体部分1和2安装在套筒6上之前磁体部分1和2以及套筒6的分解视图。图20B的右手侧示出在安装之后的磁体部分1和2以及套筒6。在图20B的实施例中，该套筒6还包括附加的对准结构10。在图20B中，该对准结构10具有在轴向方向上延伸到套筒6的下端部的开放长方形（oblong）孔的形状。为了提供对准，轴3可具有对应于对准结构10的结构。在安装期间，螺柱、螺栓或螺丝（如果轴3具有螺纹的话）然后可以被用来将套筒6固定在轴3上。

图20C示出图20A的实施例的进一步修改。除了轴向延伸的狭缝9之外，图20C示出在套筒6中提供的另外的径向延伸的狭缝11。利用轴向延伸的狭缝9和径向延伸的狭缝11，形成三个弹簧元件8，它们围绕套筒6的圆周规则地分布，其中邻近弹簧元件8被偏移120°。

此外，在图20C中，利用彼此邻接的第一和第二部分1和2来形成磁体组件。类似于图5（但是不具有软磁部分4和5而具有不同形状的磁体部分1和2），第一和第二磁部分1和2之间的凹槽因此仅部分朝向旋转轴线延伸。该凹槽在径向方向上在第一和第二部分1和2在那里彼此邻接的界面周围的区域中结束。

图20D示出从不同视角的套筒6的上部分的放大透视图。如可以从图20D看到的，弹簧元件8的相应上部分设有比下部分更厚的壁。在图20D中，可以看到在具有更厚壁的部分和具有更薄壁的部分之间的边界处形成的台阶形状。弹簧元件8的更厚壁为套筒6的内表面提供比套筒要被安装到其上的轴的半径更小的半径。由此可以实现弹簧元件8在轴3上的良好压制。

取决于实施方式，磁体组件应该在高温范围内且在振动和高旋转频率期间紧密配合在安装位置中。因为磁性材料倾向于是脆的，所以应该避免作用在磁性材料上的过度机械力。上述弹簧元件使得能够提供套筒到轴的紧密配合并且避免过度机械力作用于磁性材料。例如，当轴的材料具有与磁性材料不同的温度膨胀系数时，弹簧元件能够吸收归因于由温度改变引起的延伸的机械力并且因此避免对磁体部分1和2的损坏。图20中示出的弹簧元件8具有片弹簧类型。然而，可以将许多不同类型、形状、尺寸和位置用于弹簧元件8。

此外，要指出的是，图20A、20B和20C示出具有不同形状的第一和第二磁体部分1和2。图20A和20C示出梯形形状并且图20B示出反转的梯形形状（图20A的梯形形状颠倒过来）。此外，图20B示出在每个磁体部分1和2的内侧处的椭圆形状的凹槽。然而，要理解根据关于以上实施例描述的考虑，形状和磁化模式可以被自由选取。

图21示出图20A-D的实施例的进一步修改。在图21中，套筒6包括作为附加对准结构10的孔，所述附加对准结构10用于在安装期间使套筒在轴上对准。图21将孔示出为圆形，然而可以使用其他形状，诸如细长孔、长方形孔等等。为了提供对准，轴3可具有对应于对准结构10的结构。在安装期间，螺柱、螺栓或螺丝（如果轴3具有螺纹的话）可以被用来将套筒6固定在轴3上。

归纳来说，本文中描述的实施例论证了可以如何通过关于包括旋转轴线（z轴线）的对称平面图的镜像反对称来使磁场的一个或两个分量的沿着读取圆的DC部分消失，其中组件的磁体部分的磁化模式确定是否可以使磁场的一个分量（Bz=0）或两个分量（BR=0和Βψ =0）为零。已经描述了永磁体以及可选地附加软磁部分的若干几何结构。它们中的一些具有旋转对称几何结构，其他不是旋转对称的。根据所有这些修改，当传感器元件上的不为零的磁场分量展现对径向位置的零斜率时获得传感器系统的最佳角度准确性。然后，传感器读取至少受读取圆上的（一个或多个）传感器元件的小放置误差影响。

这意味着对于具有最高对称程度的沿着读取圆具有BR=0和Βψ =0的系统，磁体布置被选取成使得dBz/dR=0（对z分量的径向位置的为零的一阶导数）或者至少dBz/dR的幅度被最小化，而对于围绕旋转轴线的圆上的点存在对z分量的方位位置的不为零的一阶导数。当磁体组件围绕旋转轴线旋转时，对方位位置的不为零的一阶导数在相应传感器位置处提供变化的z分量，这允许使用z分量来检测旋转的角度。在实际应用中，当dBz/dR的幅度比Bz/R（Bz除以R）的幅度小得多时（例如当|dBz/dR|小于十倍的|Bz/R|时），实现为零的一阶导数dBz/dR=0，其中用R来表示径向位置并且R=0是在旋转轴线上的位置。要指出的是，归因于磁体布置的对称性，这保持在z=0中dBz/dz=0；所以系统针对沿着轴向（z）方向的传感器元件的小的放置容差是鲁棒的。通过仔细平衡磁体的形状、其磁化模式、z=0附近凹槽的精确尺寸和几何结构、以及在z=0中的读取圆（即读取半径）上的传感器位置来实现条件dBz/dR = 0。

在沿着读取圆具有Bz=0的其他系统中，如果，如果传感器检测到方位磁场分量Βψ，则实现最佳角度准确性，如果系统检测到径向磁场分量BR，则对于dBR/dR=0实现最佳角度准确性。再次地，在这里归因于磁体布置的对称性而保持和dBR/dz=0。再次地，在实际应用中，如果|dBψ/dR|比|Bψ/R|更小得多（例如以因子10或更多）则实现dBψ/dR=0，并且如果|dBR/dR|比|BR/R|小得多（例如以因子10或更多）则实现dBR/dR =0。对于上述两个系统，可考虑其他为零的导数（例如二阶或更高阶导数），但是与上述为零的导数相比它们对鲁棒性具有更少的影响。通过仔细平衡磁体的形状、其磁化模式、z=0附近凹槽的精确尺寸和几何形状、以及在z=0中读取圆（即读取半径）上的传感器位置来实现条件dBψ/dR = 0和dBR/dR = 0。

本文中描述的实施例考虑沿着磁体的短侧比沿着磁体的长侧更容易使磁体磁化的事实。在示出的实施例中，该短侧是平行于旋转轴线的厚度方向（=z方向），而该长侧是正交于旋转轴线的对径方向（即z方向和y方向）。如果沿着其厚度来使平坦环磁化，则这导致更准确的磁化（更一致且均匀的），其给出具有更好可重复性和更小过程展开的更可重现的磁场并且这最终导致所提出的角度传感器的更小角度误差。

应该提到的是，尽管轴外绝对角度传感器系统的所述实施例示出两个磁体部分，但是轴外绝对角度传感器系统的其他实施例可仅使用一个磁体部分来提供被感测的磁场。因此，要理解，用于两个磁体部分中的一个的组件中上述各种几何形状和特征以及各种磁化和特征可以被等同地应用于利用仅一个磁体部分来进行绝对角度感测的轴外绝对角度传感器系统。此外，上述传感器位置可被等同地应用于轴外绝对角度传感器系统。换言之，轴外绝对角度传感器系统可以利用仅第一磁体部分1或仅第二磁体部分2，其中传感器元件被提供成沿径向在轴外面并且沿轴向相对于磁体部分偏移。对于提供磁体部分的变化的轴向厚度的实施例，传感器可被放置在当轴围绕旋转轴线旋转时在传感器和磁体部分之间提供变化的间隙距离的侧上。在一些实施例中，磁体部分可具有带有平面端面的侧和带有非平面端面的侧。在此类实施例中，该传感器可被放置在带有非平面端面的侧上。

类似地，其他实施例可利用由三个或更多磁体部分生成的磁场。

尽管本领域技术人员可建议修改和改变，但是发明人的意图是：在此在授权的专利内包括有如合理且适当地落入他对本领域的贡献的范围内的所有改变和修改。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种用于供确定可旋转轴（3）的旋转角度使用的磁体组件，包括：

第一磁体部分（1），其被配置成被安装在轴（3）上用于围绕旋转轴线与轴（3）同步旋转；

第二磁体部分（2），其被配置成被安装在轴上用于围绕旋转轴线与轴同步旋转；并且

第一和第二磁体部分（1、2）具有使得在第一和第二磁体部分（1、2）之间形成径向凹槽的相应几何配置，其中第一和第二磁体部分（1、2）被布置成关于垂直于旋转轴线取向的平面在几何上彼此镜像对称，其中第一和第二磁体部分（1、2）具有相应的磁化，其组合产生关于垂直于旋转轴线取向的平面镜像对称或镜像反对称的磁场。

2.根据权利要求1所述的磁体组件，其中，对于到第一平面中的投影，该第二磁体部分（2）的投影几何形状是关于该第一平面中的点与第一磁体部分（1）的投影几何形状中心对称的，其中该第一平面被取向成包括旋转轴线。

3.根据权利要求2所述的磁体组件，其中对于到被取向成包括旋转轴线的至少第二平面中的投影，第二磁体部分（2）的投影几何形状不是关于第二平面中的任何点与第一磁体部分（1）的投影几何形状中心对称的，其中第一和第二平面是不同的平面。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的磁体组件，其中，在第一平面中，该第二磁体部分（2）的几何形状是关于垂直于旋转轴线取向的平面与第一磁体部分（1）的几何形状镜像对称的，其中该第一平面被取向成包括旋转轴线。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的磁体组件，其中第一和第二磁体部分（1、2）被磁化并且在几何上被布置成组合产生磁场，以使得在第一和第二磁体部分（1、2）外面，该磁场包括第一磁场矢量，其在垂直于旋转轴线取向的平面中具有磁场矢量的第一分量的最大幅度，以使得第一磁场矢量的第一分量的幅度是第一磁场矢量的第二分量的幅度的至少10倍，第二分量垂直于第一分量，其中第一分量和第二分量中的一个是在旋转轴线的方向上的分量。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的磁体组件，其中该凹槽包围旋转轴线并且其中凹槽在平行于旋转轴线的方向上的间隔距离变化。

7.根据权利要求6所述的磁体组件，其中当沿着与旋转轴线同心的至少一个圆移动时，该凹槽的间隔距离连续变化。

8.根据权利要求7所述的磁体组件，其中当沿着至少一个圆移动时该间隔距离包括第一局部极大值和第二局部极大值，第一和第二局部极大值关于旋转轴线对径定位。

9.根据权利要求8所述的磁体组件，其中，对于第一和第二磁体部分（1、2）中的至少一个，在平行于旋转轴线的方向上取得的厚度变化。

10.根据权利要求1至9中的任一项所述的磁体组件，其中该凹槽是间隙，其中该间隙至少沿着垂直于旋转轴线的平面延伸。

11.根据权利要求1至10中的任一项所述的磁体组件，其中，在被取向成包括旋转轴线的第一平面中，第二磁体部分（2）在第一平面中的点处的磁化关于第一平面中的第一对称点与第一磁体部分（1）在第一平面中的点处的磁化或反向磁化中的一个中心对称。

12.根据权利要求1至11中的任一项所述的磁体组件，其中，该第一磁体部分（1）包括被适配成使轴穿过第一磁体部分（1）的第一通孔，并且该第二磁体部分（2）包括被适配成使轴穿过第二磁体部分的第二通孔。

13.根据权利要求1至12中的任一项所述的磁体组件，其中，第一磁体部分（1）和第二磁体部分（2）被配置成被安装在至少部分包围轴的圆周的套筒上。

14.根据权利要求13所述的磁体组件，其中该套筒包括软磁材料。

15.根据权利要求13或14所述的磁体组件，其中该套筒包括用以使套筒的角位置和轴向位置中的至少一个关于轴对准的结构。

16.根据权利要求1至15中的任一项所述的磁体组件，其中第一磁体部分（1）和第二磁体部分（2）被配置成彼此邻近接触地安装在轴上由此在轴上形成整体结构，或者在第一和第二磁体部分（1、2）之间具有间隙的情况下安装在轴（3）上。

17.根据权利要求1至16中的任一项所述的磁体组件，其中该第一磁体部分（1）具有第一平面以下的第一区段和第一平面以上的第二区段，其中该第一平面被取向成将旋转轴线包括在第一平面内，其中关于第一平面，该第二区段的磁化被取向成与第一区段的磁化镜像反对称。

18.根据权利要求1至17中的任一项所述的磁体组件，其中磁体部分被磁化并且在几何上被布置成在垂直于旋转轴线取向的平面中的圆的所有点上产生平行于旋转轴线的磁场。

19.根据权利要求1至18中的任一项所述的磁体组件，其中磁体部分被磁化并且在几何上被布置成组合地在垂直于旋转轴线取向的平面中的圆的所有点上产生垂直于旋转轴线的磁场。

20.根据权利要求1至18中的任一项所述的磁体组件，其中第一和第二磁体部分（1、2）被磁化并且在几何上被布置成组合地在围绕旋转轴线的圆的点上产生具有平行于旋转轴线的磁场分量的磁场，其中该磁场在围绕旋转轴线的圆上的点处具有对平行于旋转轴线的分量的方位位置的不为零的一阶导数和对平行于旋转轴线的分量的径向位置的为零的一阶导数。

21.根据权利要求1至19中的任一项所述的磁体组件，其中第一和第二磁体部分（1、2）被磁化并且在几何上被布置成在围绕旋转轴线的圆的点上产生具有垂直于旋转轴线的磁场分量的磁场，其中该磁场在圆上的点处具有以下各项中的一个或多个：

- 对垂直于旋转轴线的磁场分量的径向位置的为零的一阶导数；

- 对垂直于旋转轴线的磁场分量的轴向位置的为零的一阶导数；

- 对垂直于旋转轴线的磁场分量的径向位置的为零的二阶或更高阶导数；以及

- 对垂直于旋转轴线的磁场分量的轴向位置的为零的二阶或更高阶导数。

22.根据权利要求1至21中的任一项所述的磁体组件，其中第一和第二磁体部分（1、2）包括沿着被取向成包括旋转轴线的平面中的同心椭圆路径具有至少四个不同磁化方向的磁化，其中该至少四个不同磁化矢量具有按顺时针次序对准或者按逆时针次序对准的磁化方向。

23.一种供在磁性角度检测系统中使用来确定可旋转轴（3）围绕旋转轴线的旋转角度的磁体组件，该磁体组件包括：

第一磁体部分（1），其被配置成被安装在轴（3）上用于与轴（3）同步旋转；

第二磁体部分（2），其被配置成被安装在轴（3）上用于与轴（3）同步旋转；

安装结构，其用来将第一和第二磁体部分（1、2）安装在可旋转轴（3）上；并且

其中第一和第二磁体部分（1、2）被安装在该安装结构上以使得协作产生磁场，其中，至少在沿着且靠近与旋转轴线同心的圆的各位置处，所产生的磁场关于垂直于轴（3）的旋转轴线取向的平面是镜像对称或镜像反对称的。

24.根据权利要求23所述的磁体组件，其中该第一磁体部分（1）包括第一磁化且第二磁体部分（2）包括第二磁化，其中在包括旋转轴线的至少一个平面中，关于该至少一个平面中的第一对称点，第二磁化到该至少一个平面中的投影与第一磁化和反向第一磁化之一到该至少一个平面中的投影是点对称的。

25.根据权利要求23或24所述的磁体组件，其中第一和第二磁体部分（1、2）被配置成沿着旋转轴线通过在它们之间的凹槽彼此分离地安装在轴（3）上，并且其中该至少一个磁场传感器至少部分位于凹槽的径向伸长内。

26.根据权利要求23至25中的任一项所述的磁体组件，其中传感器位于比第一和第二磁体部分（1、2）的中心部分的径向距离更大的径向距离处。

27.根据权利要求23至26中的任一项所述的磁性角度检测系统，包括位于平面中围绕轴（3）彼此偏移120°的位置处的三个磁场传感器。

28.一种供确定围绕旋转轴线可旋转的轴（3）的旋转角度使用的磁体组件，包括：

第一磁体部分（1），其被配置成被安装在轴（3）上用于与轴（3）同步旋转；

第二磁体部分（2），其被配置成被安装在轴（3）上用于与轴（3）同步旋转；

该第一磁体部分（1）具有第一磁荷分布且该第二磁体部分（2）具有第二磁荷分布，其中表面磁荷沿着旋转轴线方向非均匀地分布；并且

其中当以垂直于旋转轴线的镜像平面镜像时，第一磁荷分布中的每个点都在第二磁荷分布中具有对应点，由此对应点中的磁荷的幅度是相同的。

29.根据权利要求28所述的磁体组件，其中对应点中的磁荷的符号是不同的。

30.根据权利要求28所述的磁体组件，其中对应点中的磁荷的符号是相同的。

31.根据权利要求28至30中的任一项所述的磁体组件，包括第二镜像平面，其包括旋转轴线，该第二镜像平面将第一磁荷分布分成第三和第四磁荷分布以使得当以第二镜像平面镜像时第三磁荷分布中的每个点在第四磁荷分布中都具有成对点，其中磁荷在第三磁荷分布中的每个点中以及在其成对点中的幅度是相同的并且磁荷在第三磁荷分布中的每个点中以及在其成对点中的符号是不同的。

32.一种角度传感器系统，包括：

被布置成围绕旋转轴线可旋转的轴（3）；

磁体组件，其包括安装在轴（3）上用于围绕旋转轴线与轴（3）同步旋转的第一和第二磁体部分（1、2）；

至少一个传感器，其在垂直于旋转轴线的平面中以离旋转轴线某一径向距离位于轴（3）外面；并且

其中该磁体组件产生至少沿着并且靠近读取圆关于该平面镜像对称或镜像反对称的磁场，其中该读取圆是该平面内的圆，该读取圆与旋转轴线同心并具有等于径向距离的半径。

33.根据权利要求32所述的系统，其中该磁体组件产生磁场，以使得该磁场在沿着读取圆的各位置处的第一分量的最大变化是该磁场在沿着读取圆的各位置处的第二分量的最大变化的至少10倍，其中第一或第二分量中的一个是在旋转轴线的方向上的分量，并且第二分量垂直于第一分量。

34.一种制造轴线外角度传感器系统的方法，包括：将第一磁体部分（1）和第二磁体部分（2）安装在套筒上；将套筒安装在轴（3）上用于围绕旋转轴线与轴（3）同步旋转以使得第一和第二磁体部分（1、2）在几何上被布置成相对于垂直于旋转轴线取向的平面镜像对称；以及将至少一个磁性传感器相对于轴（3）径向安装在平面中。

35.一种供在绝对旋转角度传感器系统中使用的设备，包括：

围绕旋转轴线与轴（3）同步旋转的磁体部分，磁体部分包括变化的厚度，该厚度是在平行于旋转轴线的方向上取得的，其中磁体部分包括在第一位置处和在第二位置处的最小厚度，其中第一和第二位置是对径布置的。

36.根据权利要求35所述的设备，其中磁体部分的第一区段包括第一磁化并且磁体部分的第二区段包括第二磁化，其中该第一磁化和第二磁化具有针对至少一个磁化矢量分量的相应反转方向。

37.根据权利要求36所述的设备，其中该至少一个磁化矢量分量是平行于旋转轴线的分量。

38.根据权利要求37所述的设备，其中该第一区段是磁体部分的第一半部并且第二区段是磁体部分的第二半部，其中该第一半部和第二半部在第一和第二位置处彼此对接。

39.根据权利要求36至38中的任一项所述的设备，其中该第一区段具有第一表面磁荷分布并且第二区段具有第二表面磁荷分布，第一和第二表面磁荷分布具有相反的符号。

40.根据权利要求35至39中的任一项所述的设备，其中当沿着与旋转轴线同心的圆从第一位置移动到第一最大位置时磁体部分的厚度连续增加，并且其中当沿着该圆从第一最大位置移动到第二位置时磁体部分的厚度连续减小，并且其中当沿着该圆从第二位置移动到第二最大位置时磁体部分的厚度连续增加，并且其中当沿着该圆从第二最大位置移动到第一位置时磁体部分的厚度连续减小。

41.一种制造轴线外角度传感器系统的方法，包括：

提供第一磁体部分和第二磁体部分，第一和第二磁体部分彼此分离；以及

将第一和第二磁体部分安装在轴（3）上用于围绕旋转轴线与轴（3）同步旋转，以使得第一和第二磁体部分接合来形成包围该轴（3）的磁体部分，其中磁体部分包括至少具有局部极小厚度的第一位置和局部极小厚度的第二位置的变化厚度，该厚度是在平行于旋转轴线的方向上取得的。

Claims (42)

1.一种用于供确定可旋转轴的旋转角度使用的磁体组件，包括：

第一磁体部分，其被配置成被安装在轴上用于围绕旋转轴线与轴同步旋转；

第二磁体部分，其被配置成被安装在轴上用于围绕旋转轴线与轴同步旋转；并且

第一和第二磁体部分具有使得在第一和第二磁体部分之间形成径向凹槽的相应几何配置，其中第一和第二磁体部分在几何上被布置成关于垂直于旋转轴线取向的平面镜像对称。

2.根据权利要求1所述的磁体组件，其中第一和第二磁体部分具有相应的磁化，其组合产生关于垂直于旋转轴线取向的平面镜像对称或镜像反对称的磁场。

3.根据权利要求1或2所述的磁体组件，其中，在第一平面中，该第二磁体部分的几何形状是关于该第一平面中的点与第一磁体部分的几何形状中心对称的，其中该第一平面被取向成包括旋转轴线。

4.根据权利要求3所述的磁体组件，其中对于被取向成包括旋转轴线的至少第二平面，第二磁体部分的几何形状不是关于第二平面中的任何点与第一磁体部分的几何形状中心对称的，其中第一和第二平面是不同的平面。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的磁体组件，其中，在第一平面中，该第二磁体部分的几何形状是关于垂直于旋转轴线取向的平面与第一磁体部分的几何形状镜像对称的，其中该第一平面被取向成包括旋转轴线。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的磁体组件，其中第一和第二磁体部分组合产生磁场，以使得在第一和第二磁体部分外面，该磁场包括第一磁场矢量，其在垂直于旋转轴线取向的平面中具有磁场矢量的第一分量的最大幅度，以使得第一磁场矢量的第一分量的幅度是第一磁场矢量的第二分量的幅度的至少10倍，第二分量垂直于第一分量，其中第一分量和第二分量中的一个是在旋转轴线的方向上的分量。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的磁体组件，其中该凹槽包围旋转轴线并且其中凹槽在平行于旋转轴线的方向上的间隔距离变化。

8.根据权利要求7所述的磁体组件，其中当沿着与旋转轴线同心的至少一个圆移动时，该凹槽的间隔距离连续变化。

9.根据权利要求8所述的磁体组件，其中当沿着至少一个圆移动时该间隔距离包括第一局部极大值和第二局部极大值，第一和第二局部极大值关于旋转轴线对径定位。

10.根据权利要求9所述的磁体组件，其中，对于第一和第二磁体部分中的至少一个，在平行于旋转轴线的方向上取得的厚度变化。

11.根据权利要求1至10中的任一项所述的磁体组件，其中该凹槽是间隙，其中该间隙至少沿着垂直于旋转轴线的平面延伸。

12.根据权利要求1至11中的任一项所述的磁体组件，其中，在被取向成包括旋转轴线的第一平面中，第二磁体部分在第一平面中的点处的磁化关于第一平面中的第一对称点与第一磁体部分在第一平面中的点处的磁化或反向磁化中的一个中心对称。

13.根据权利要求1至12中的任一项所述的磁体组件，其中，该第一磁体部分包括被适配成使轴穿过第一磁体部分的第一通孔，并且该第二磁体部分包括被适配成使轴穿过第二磁体部分的第二通孔。

14.根据权利要求1至13中的任一项所述的磁体组件，其中，第一磁体部分和第二磁体部分被配置成被安装在至少部分包围轴的圆周的套筒上。

15.根据权利要求14所述的磁体组件，其中该套筒包括软磁材料。

16.根据权利要求14或15所述的磁体组件，其中该套筒包括用以使套筒的角位置和轴向位置中的至少一个关于轴对准的结构。

17.根据权利要求1至16中的任一项所述的磁体组件，其中第一磁体部分和第二磁体部分被配置成彼此邻近接触地安装在轴上由此在轴上形成整体结构，或者在第一和第二磁体部分之间具有间隙的情况下安装在轴上。

18.根据权利要求1至17中的任一项所述的磁体组件，其中该第一磁体部分具有第一平面以下的第一区段和第一平面以上的第二区段，其中该第一平面被取向成将旋转轴线包括在第一平面内，其中关于第一平面，该第二区段的磁化被取向成与第一区段的磁化镜像反对称。

19.根据权利要求1至18中的任一项所述的磁体组件，其中磁体部分在垂直于旋转轴线取向的平面中的圆的所有点上产生平行于旋转轴线的磁场。

20.根据权利要求1至19中的任一项所述的磁体组件，其中磁体部分在垂直于旋转轴线取向的平面中的圆的所有点上产生垂直于旋转轴线的磁场。

21.根据权利要求1至19中的任一项所述的磁体组件，其中第一和第二磁体部分在围绕旋转轴线的圆的点上产生具有平行于旋转轴线的磁场分量的磁场，其中该磁场在围绕旋转轴线的圆上的点处具有对平行于旋转轴线的分量的方位位置的不为零的一阶导数和对平行于旋转轴线的分量的径向位置的为零的一阶导数。

22.根据权利要求1至20中的任一项所述的磁体组件，其中第一和第二磁体部分在围绕旋转轴线的圆的点上产生具有垂直于旋转轴线的磁场分量的磁场，其中该磁场在圆上的点处具有以下各项中的一个或多个：

- 对垂直于旋转轴线的磁场分量的径向位置的为零的一阶导数；

- 对垂直于旋转轴线的磁场分量的轴向位置的为零的一阶导数；

- 对垂直于旋转轴线的磁场分量的径向位置的为零的二阶或更高阶导数；以及

- 对垂直于旋转轴线的磁场分量的轴向位置的为零的二阶或更高阶导数。

23.根据权利要求1至22中的任一项所述的磁体组件，其中第一和第二磁体部分包括沿着被取向成包括旋转轴线的平面中的同心椭圆路径具有至少四个不同磁化方向的磁化，其中该至少四个不同磁化矢量具有按顺时针次序对准或者按逆时针次序对准的磁化方向。

24.一种供在磁性角度检测系统中使用来确定可旋转轴围绕旋转轴线的旋转角度的磁体组件，该磁体组件包括：

第一磁体部分，其被配置成被安装在轴上用于与轴同步旋转；

第二磁体部分，其被配置成被安装在轴上用于与轴同步旋转；

安装结构，其用来将第一和第二磁体部分安装在可旋转轴上；并且

其中第一和第二磁体部分被安装在该安装结构上以使得协作产生磁场，其中，至少在沿着且靠近与旋转轴线同心的圆的各位置处，所产生的磁场关于垂直于轴的旋转轴线取向的平面是镜像对称或镜像反对称的。

25.根据权利要求24所述的磁体组件，其中该第一磁体部分包括第一磁化且第二磁体部分包括第二磁化，其中在包括旋转轴线的至少一个平面中，关于该至少一个平面中的第一对称点，第二磁化到该至少一个平面中的投影与第一磁化和反向第一磁化之一到该至少一个平面中的投影是点对称的。

26.根据权利要求24或25所述的磁体组件，其中第一和第二磁体部分被配置成沿着旋转轴线通过在它们之间的凹槽彼此分离地安装在轴上，并且其中该至少一个磁场传感器至少部分位于凹槽的径向伸长内。

27.根据权利要求24至26中的任一项所述的磁体组件，其中传感器位于比第一和第二磁体部分的中心部分的径向距离更大的径向距离处。

28.根据权利要求24至27中的任一项所述的磁性角度检测系统，包括位于平面中围绕轴彼此偏移120°的位置处的三个磁场传感器。

29.一种供确定围绕旋转轴线可旋转的轴的旋转角度使用的磁体组件，包括：

第一磁体部分，其被配置成被安装在轴上用于与轴同步旋转；

第二磁体部分，其被配置成被安装在轴上用于与轴同步旋转；

该第一磁体部分具有第一磁荷分布且该第二磁体部分具有第二磁荷分布，其中表面磁荷沿着旋转轴线方向非均匀地分布；并且

其中当以垂直于旋转轴线的镜像平面镜像时，第一磁荷分布中的每个点都在第二磁荷分布中具有对应点，由此对应点中的磁荷的幅度是相同的。

30.根据权利要求29所述的磁体组件，其中对应点中的磁荷的符号是不同的。

31.根据权利要求29所述的磁体组件，其中对应点中的磁荷的符号是相同的。

32.根据权利要求29至31中的任一项所述的磁体组件，包括第二镜像平面，其包括旋转轴线，该第二镜像平面将第一磁荷分布分成第三和第四磁荷分布以使得当以第二镜像平面镜像时第三磁荷分布中的每个点在第四磁荷分布中都具有成对点，其中磁荷在第三磁荷分布中的每个点中以及在其成对点中的幅度是相同的并且磁荷在第三磁荷分布中的每个点中以及在其成对点中的符号是不同的。

33.一种角度传感器系统，包括：

被布置成围绕旋转轴线可旋转的轴；

磁体组件，其包括安装在轴上用于围绕旋转轴线与轴同步旋转的第一和第二磁体部分；

至少一个传感器，其在垂直于旋转轴线的平面中以离旋转轴线某一径向距离位于轴外面；并且

其中该磁体组件产生至少沿着并且靠近读取圆关于该平面镜像对称或镜像反对称的磁场，其中该读取圆是该平面内的圆，该读取圆与旋转轴线同心并具有等于径向距离的半径。

34.根据权利要求33所述的系统，其中该磁体组件产生磁场，以使得该磁场在沿着读取圆的各位置处的第一分量的最大变化是该磁场在沿着读取圆的各位置处的第二分量的最大变化的至少10倍，其中第一或第二分量中的一个是在旋转轴线的方向上的分量，并且第二分量垂直于第一分量。

35.一种制造轴线外角度传感器系统的方法，包括：将第一磁体部分和第二磁体部分安装在套筒上；将套筒安装在轴上用于围绕旋转轴线与轴同步旋转以使得第一和第二磁体部分在几何上被布置成相对于垂直于旋转轴线取向的平面镜像对称；以及将至少一个磁性传感器相对于轴径向安装在平面中。

36.一种供在绝对旋转角度传感器系统中使用的设备，包括：

围绕旋转轴线与轴同步旋转的磁体部分，磁体部分包括变化的厚度，该厚度是在平行于旋转轴线的方向上取得的，其中磁体部分包括在第一位置处和在第二位置处的最小厚度，其中第一和第二位置是对径布置的。

37.根据权利要求36所述的设备，其中磁体部分的第一区段包括第一磁化并且磁体部分的第二区段包括第二磁化，其中该第一磁化和第二磁化具有针对至少一个磁化矢量分量的相应反转方向。

38.根据权利要求37所述的设备，其中该至少一个磁化矢量分量是平行于旋转轴线的分量。

39.根据权利要求38所述的设备，其中该第一区段是磁体部分的第一半部并且第二区段是磁体部分的第二半部，其中该第一半部和第二半部在第一和第二位置处彼此对接。

40.根据权利要求37至39中的任一项所述的设备，其中该第一区段具有第一表面磁荷分布并且第二区段具有第二表面磁荷分布，第一和第二表面磁荷分布具有相反的符号。

41.根据权利要求36至40中的任一项所述的设备，其中当沿着与旋转轴线同心的圆从第一位置移动到第一最大位置时磁体部分的厚度连续增加，并且其中当沿着该圆从第一最大位置移动到第二位置时磁体部分的厚度连续减小，并且其中当沿着该圆从第二位置移动到第二最大位置时磁体部分的厚度连续增加，并且其中当沿着该圆从第二最大位置移动到第一位置时磁体部分的厚度连续减小。

42.一种制造轴线外角度传感器系统的方法，包括：

提供第一磁体部分和第二磁体部分，第一和第二磁体部分彼此分离；以及

将第一和第二磁体部分安装在轴上用于围绕旋转轴线与轴同步旋转，以使得第一和第二磁体部分接合来形成包围该轴的磁体部分，其中磁体部分包括至少具有局部极小厚度的第一位置和局部极小厚度的第二位置的变化厚度，该厚度是在平行于旋转轴线的方向上取得的。