CN109416261A - 磁旋转编码器传感器系统的屏蔽系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用在机器(16)的包含磁噪声场(14)的环境(12)中的磁旋转编码器传感器系统(22)的屏蔽系统(72)。旋转编码器传感器系统(22)包括磁传感器(24)、极轮(26)，并且优选地包括极轮载体(32)，其中极轮(26)在圆周方向(U)上包括磁极交替且用于产生有用场的多个永磁体(28)。极轮载体(32)被构造为以旋转固定的方式安装至轴向延伸的旋转机器轴(30)，借助于旋转编码器传感器系统(22)确定机器轴(30)的旋转速度和/或角度位置，当旋转编码器传感器系统(22)被组装时，磁传感器(24)直接与极轮(26)相对并且定位在极轮(26)的旋转平面(36)中，该磁传感器能够被与机器轴(30)相关的噪声场影响。屏蔽系统(72)包括：至少一个磁导偏转元件(74)，偏转元件优选地固定到机器，偏转元件(74)形成为和尺寸设计为使得：当噪声场(14)有效时，在安装状态下，建立基本上没有噪声场的测量容积(76)，磁传感器(24)和永磁体(28)中的用于产生可评估的有用场(38)的那些永磁体至少与测量容积(76)相邻。

Description

磁旋转编码器传感器系统的屏蔽系统
技术领域
本发明涉及一种用于机器环境中的磁旋转编码器传感器系统的(磁作用)屏蔽系统，例如在具有磁制动器的电动马达的环境中，该磁制动器包括(强)磁噪声或产生噪声信号的杂散场，其中该旋转编码器传感器系统包括磁传感器、极轮，并且优选地包括极轮载体。
背景技术
诸如马达的电动机器在操作期间导致电磁噪声场，该电磁噪声场可以取决于电动机器尤其是磁制动器的性能等级对电子附件或设备的功能有显著的影响。在磁操作的旋转编码器传感器系统中将看到示例性电子附件。磁旋转编码器传感器系统通常包括磁传感器、环形极轮，并且优选地包括套筒状极轮载体，如将在下面更详细地解释。极轮或者以旋转固定的方式直接安装到机器轴上，或者经由极轮载体安装到机器轴上。磁传感器以几毫米的距离布置在那里。磁传感器(即传感器头)可以例如通过霍尔传感器、AMR传感器、GMR传感器或TMR传感器实现。通常，xMR传感器基于不同的效果。然而，xMR传感器有以下共同点：它们依赖外部磁场改变它们的电阻；它们通常通过简单的无源电阻(半)桥实现，该无源电阻(半)桥在接通电源电压后几乎立即(即无惯性地)提供可评估信号；并且它们可以通过相应的结构配置为高电阻。
即使在今天旋转编码器传感器系统的这种磁传感器没有在电动机器的直接环境中使用，因为极轮的磁有用场被噪声场重叠，这使得不可能根据信号合理地评估磁有用场。由极轮(该极轮用作材料测量)提供的有用场可以通过磁传感器扫描，但是因为该有用场被噪声场重叠而不能被评估。
用于电动机器的附加附件，例如弹簧力制动器，额外地或单独地防止磁旋转编码器传感器系统的使用。弹簧力制动器通过集成线圈而被电磁地致动并用于物体需要减速或保持不动的区域。制动力通过压力弹簧产生，因此在能量供应失败的情况下也可以获得由摩擦产生的制动扭矩。然而，在正常操作中制动器导致强磁噪声场，该强磁噪声场以无用的方式扭曲旋转编码器传感器系统的磁有用场。
由于非常紧凑和有限的安装空间，旋转编码器传感器系统通常可以仅仅被布置在弹簧力制动器附近，由于制动器和旋转编码器传感器系统之间的足够的距离，噪声场不能被削弱。因此，目前磁传感器不能与这种应用一起使用。迄今为止，基于不同功能原理的传感器与这种应用一起使用。大多数时候使用光学传感器。通常，这些光学传感器更加昂贵，并且如果尚未以封装的方式提供，那么易受污染影响，然而，封装又会增加价格。光学旋转编码器系统需要的安装空间明显大于磁旋转编码传感器系统其中之一的安装空间。
文献DE 10 2016 002 387 A1公开了一种磁屏蔽传感器装置。文献US 2014/0084757 A1公开了一种旋转电动机器。文献US 2014/0070649A1公开了一种包括安装结构的分解器。文献JP 2014-87122 A公开了一种旋转电动机器。
发明内容
因此，本发明的一个目的是允许在磁干扰环境中使用磁旋转编码器传感器系统。该解决方案在制造方面便宜和在使用(如安装)方面简单。该方案应该可用于不同的环境(不同的电动机器，不同的电子附件，不同的强噪声场，不同的安装空间等)。
本目的通过用于机器环境中磁旋转编码器传感器系统的屏蔽系统解决，例如在电动马达的环境中，该电动马达的环境中存在磁噪声场。旋转编码器传感器系统包括磁传感器和极轮，该极轮尤其是环形的。旋转编码器传感器系统可以进一步包括极轮载体。极轮在其圆周方向上包括磁极交替(即至少一个北极和一个南极)且用于产生有用场的多个永磁体。极轮载体配置为以旋转固定的方式安装在机器的轴向延伸的旋转轴上或安装在机器轴上，其中机器轴的旋转速度和/或角度位置借助于旋转编码器传感器系统确定。在旋转编码器传感器系统的安装状态下，磁传感器在极轮的旋转平面中定位成远离机器轴，该磁传感器被噪声场影响，并直接与极轮相对。屏蔽系统包括至少一个偏转元件，优选地是机器固定的，该偏转元件形成为和尺寸设计为使得在屏蔽系统的安装状态下建立基本上没有噪声场的测量容积。基本上没有噪声场意味着该噪声场具有如下的场强，该场强不干扰旋转编码器传感器系统的平稳操作，并且特别地允许有用场的可靠的检测和评估。当噪声场有效时，磁传感器(特别是其传感器头)和永磁体中的用于产生可评估的有用场的那些永磁体基本上定位在没有噪声场的测量容积中或者与所述测量容积直接相邻。
因此，本解决方案的特征在于：借助于偏转元件(例如弯曲部件、转动部件等)，这些偏转元件优选地是磁导的，将由制动线圈和/或电动马达造成的磁噪声场引导为围绕如下的空间区域(即测量容积)，磁传感器在该空间区域中测量并且必须测量材料测量(极轮)的有用场。偏转元件的几何形状和材料取决于各自目前的局部环境，并且因此可以因为环境变化或因为应用变化而不同。这意味着几何形状和材料将适应于各自的环境。
由于磁场不能被减弱或吸收，噪声场被重定向使得噪声场不影响待测量的有用场。这意味着至少噪声场的导致待测量的有用场的分量失真的这些分量被重定向。在这种情况下，不要求噪声场100％被“移出”测量容积外。容许可忽略的小的平行于旋转编码器传感器系统的测量方向延伸的噪声场分量。例如垂直于旋转编码器传感器系统的优选的测量方向被取向的噪声场分量是可忽略的，因为有用场(在优选的测量方向上)不受这些噪声场分量的影响。因此，“无噪声场”的测量容积可以绝对地包括噪声场分量，该噪声场分量甚至相对于总量而言较大，只要这些分量被定向为足够地偏离(优选地垂直于)旋转编码器传感器系统的优选的测量方向。然而，通常在布置了磁传感器的情况下，在极轮的圆周表面区域中，实现了噪声场分布的充分改变。
优选地，所述至少一个偏转元件被布置成使得该至少一个偏转元件围绕测量容积(空间地)，从而通过所述至少一个偏转元件将噪声场的被设置为几乎平行于所述磁传感器的测量方向的分量引导为围绕所述测量容积，并且从而保留用于所述旋转极轮和所述极轮载体的通道，如果使用极轮载体的话。
因此，该至少一个偏转元件与法拉第笼类似地形成，其内部没有电场，在其内部只存在在当前情况下被处理的磁场和在测量容积的内部通过极轮产生的有用场。
极轮由于其与机器轴旋转固定的连接而旋转，因此必须提供使得周围偏转元件穿过的通道。在这种情况下，优选地布置和选择相应的通道开口，使得该通道开口被取向为沿噪声场的不会(或不能)影响有用场的分量取向。
在进一步的优选的实施例中，提供第一偏转元件并优选地提供第二偏转元件。该第一(和第二)偏转元件优选地形成板形。该第一和第二偏转元件分别平行于机器轴延伸，其中该第一偏转元件径向布置在机器轴和极轮之间，并且其中该第二偏转元件可以径向布置在极轮和磁传感器的外部。
该实施例中特别地假定噪声场(在传感器平面中)从机器轴基本上垂直地突出。极轮同心地位于机器轴上。磁传感器以距极轮最小的距离(例如0.5至5mm，取决于极轮单个极的长度)位于该极轮的外部。由于在机器轴和极轮之间的第一偏转元件的径向定位，噪声场的主要分量在入口侧被引导为围绕测量容积。在这种配置中，噪声场几乎垂直地撞击在第一偏转元件上。第一偏转元件体现为一些烈性的保护壁，该保护壁用于极轮的与有用场和磁传感器相关的部件。第二偏转元件可以可选地被布置在出口侧，并且优选地平行于第一偏转元件取向。由第一偏转元件重定向的噪声场分量从第二偏转元件引出以用于再次整合到噪声场的“正常”轨道中。
特别地，可以提供第三偏转元件，该第三偏转元件基本上沿旋转平面延伸，并且优选地连接第一和第二偏转元件。
第三偏转元件防止从机械轴引出的轴向上远离旋转和测量平面的噪声场分量在未提供偏转元件的地方“横向地”杂散到或进入测量容积中。
如果第三偏转元件把第一和第二偏转元件彼此物理地连接，噪声场的待重定向的磁场线被安全地引导为围绕测量容积。因为偏转元件是不中断的，所以噪声场不能以期望的方式从偏转元件中引出，并且因此，如果需要，可能仍然将不期望的场分量传递到测量容积中。
此外，如果屏蔽系统进一步包括极轮和极轮载体是有利的，所述极轮载体尤其包括轴向套筒部分，该轴向套筒部分包含径向突出的套环部分，所述永磁体径向固定到所述轴向套筒部分，其中所述套环部分至少在靠近所述机器轴的区域中由非磁导材料制成，并且其中所述第一偏转元件位于所述极轮、所述机器轴和所述套环部分之间。
因此，极轮载体形成为使得第一偏转元件可以到达极轮的后面。极轮、机器轴和套环部分限定U形横截面(沿机器轴的轴线的截面)，第一偏转元件位于该U形横截面中。第一偏转元件和第二和第三偏转元件共同限定U形横截面(在平行于机器轴的轴线的平面中)。这两个U形横截面彼此连接，从而提供有效的重定向。
如果本发明的上下文中谈到“磁导”和“非磁导”，通常理解为使得相应的部件由包括特定的磁渗透率或磁导率“μr”的材料制成。磁渗透率决定了物质对于磁场的渗透性。磁性材料可以根据它们的渗透系数分类。它们区分为抗磁性材料、顺磁性材料和铁磁性材料。抗磁性材料或物质的渗透性略小于真空(0＜μr＜1)。抗磁性物质能够将磁场从其内部移走。这种物质对抗外部磁场的方向而磁化，使得μr＜1为真。顺磁性物质包括略大于1(μr＞1)的渗透系数。在顺磁性物质中，原子磁矩与外部磁场对准，从而放大物质的内部的磁场。磁化也是正向的，因此μr＞1为真。铁磁性物质包括高达300000的非常大的渗透系数μr。铁磁性物质使得它的磁矩与外部磁场平行地对准，并以强放大的方式这样做。就本发明而言，磁导物质或材料包括渗透率μr＞＞1。就本发明而言，非磁导物质或材料包括约为1的渗透率μr。
进一步地，可以提供第四偏转元件，第四偏转元件与第三偏转元件平行地延伸、与所述第三偏转元件轴向隔开并径向与所述第三偏转元件相对，其中所述第三和第四偏转元件尺寸优选地设计为至少与所述磁传感器的基区(传感器头和更多的元件，例如评估电子器件和接口等)一样大，并且其中所述第四偏转元件优选地连接到所述第二偏转元件。
第三和第四偏转元件在轴向方向上像三明治一样围绕磁传感器，从而防止噪声场线阻止磁传感器的合理操作。第三和第四偏转元件重定向磁传感器周围的噪声场线。
第四偏转元件到第二偏转元件的可选的物理连接又增强了灵敏测量容积周围的噪声场的重定向。
优选地，所述至少一个偏转元件形成磁传感器的壳体，该至少一个偏转元件接收磁传感器并进一步至少部分地围绕产生有用场的永磁体。
通常，旋转编码器传感器系统测量旋转机器轴或编码器轴的位置和/或速度。旋转编码器测量系统通常径向远离轴心线地定位在垂直于轴心线的测量平面中。因此这些约束通常总是相同的。可能变化的实质性因素由机器轴的直径以及旋转编码器传感器系统位置处的噪声场的强度和方向表示。该变化的直径影响极轮的直径。极轮的直径也被分辨率(磁极的数量和尺寸)影响。因此，取决于将使用的极轮，可以提供模块化的系统，其中磁传感器的壳体分别适配于所选择的极轮。于是，不需要为磁传感器单独地提供所述至少一个偏转元件，而是所述至少一个偏转元件已经集成到磁传感器中，即其壳体中。
进一步地，优选的是机器是电动机器，尤其是电动马达，其中噪声场由电磁操作(机器)附件引起，优选地由弹簧力制动器引起。附件以机器固定的方式并且在轴向地远离旋转编码器传感器系统以及磁触感器的情况下固定到优选地机器屏蔽B侧，并且例如位于机器防护罩中，和/或电动机器本身即单独引起的噪声场，其中，机器轴优选地由磁导材料制成。
关于电动机器，其安装空间通常非常有限，使得不可能通过旋转编码器传感器系统的相应的距离补偿噪声场。电动机器的紧凑型结构，尤其是电动马达，尤其是禁止使用大尺寸的旋转编码器传感器系统(诸如光学旋转编码器)。这又意味着旋转编码器传感器系统必须定位成非常靠近噪声场的源。尤其是，在被电磁的附加附件驱动的电动机器的环境中，到目前为止，磁操作的旋转编码器传感器系统的使用尚不可知。然而，本屏蔽系统现在允许这样。
进一步地，已经示出了至少沿着永磁体在圆周方向延伸所述至少一个偏转元件的优势，该永磁体是用于产生有用场必须的，该有用场可以被磁传感器评估。
因此，所述至少一个偏转元件尺寸被设计为即使噪声场的分量被阻挡，噪声场也可以横向地进入测量容积。
进一步地，优选的是将屏蔽系统构造为比机器本身径向更短且轴向更短。
这允许将磁旋转编码器传感器系统集成到现有的电动机器中，尤其是集成到电动马达中。
显然，在不脱离本发明的范围下，上述提到的和以下仍待解释的特征不仅可以在各自给定的组合中使用，而且可以以其他组合或单独使用。
附图说明
附图示出了本发明的实施例，并且将在以下描述中更详细地解释本发明的实施例。
图1A示出了包括旋转编码器传感器系统但不具有噪声场的机器环境的侧视图；
图1B示出了图1A的环境的俯视图；
图1C示出了包括旋转编码器传感器系统和噪声场的机器环境的侧视图；
图1D示出了图1C的环境的俯视图；
图2A示出了图1A和1B的环境的计算旋转速度的曲线图；
图2B示出了图1C和1D的环境的计算旋转速度的曲线图；
图3示出了类似于图1B和1D且没有屏蔽系统的环境的透视剖视图；
图4示出了包括屏蔽系统的机器环境的剖视图；
图5示出了图4的屏蔽系统的透视图；
图6示出了沿图5的线VI-VI的剖面；
图7示出了沿图5的线VII-VII的剖视图；
图8示出了沿图5的线VIII-VIII的剖视图；
图9示出了具有仅仅一个单独的屏蔽元件的替代屏蔽系统的剖视图；
图10示出了屏蔽系统的进一步替代实施例的透视图；和
图11示出了图10的剖视图。
具体实施方式
图1示范性地参考常规电动马达10(下文中也简明指定“马达”10)示出了在不包括磁噪声场(图1A和1B)的环境12和包括有效的有源噪声场(图1C和1D)的环境12中的典型应用。马达10表示本发明所应用于的电动机器16的示例。图1A和1B示出了马达10的侧视图和俯视图，该马达10在没有额外的附件18和没有噪声场的情况下操作。图1C和1D示出了包括(弹簧力)制动器20的马达10的侧视图和俯视图，该(弹簧力)制动器20表示示例性附件18。制动器20表示噪声场14的示例性源。通常，噪声场14可以由附件18和/或机器16引起。
在同时参考图1A到1D中的每一个的情况下给出以下描述。
图1A和1B示出了没有噪声场的磁旋转编码器传感器系统22(下文也简明指定“传感器系统22”)的操作。传感器系统22包括磁传感器24和极轮26。极轮26表示传感器系统22的材料测量。极轮26包括至少两个具有不同磁极的永磁体28。在图1中示出了具有不同磁极的多个永磁体28，多个永磁体28以相同的半径以极性交替的(北极和南极)方式布置在圆周方向上。极轮26以旋转固定的方式布置在机器轴30上(下文也简明指定轴30)。极轮26可以通过可选地提供的极轮载体32(参见图1D)以旋转固定的方式安装在轴30上。极轮载体32可以包括不同的几何形状。在图1C和1D中，极轮载体32例如环形地形成，并且极轮载体32可靠地配置在轴30上(以旋转固定的方式)。极轮载体32优选地由非磁导材料制成，如下面将更详细地解释。
轴30沿轴心线34(参见图1A和1C)轴向延伸。平行于轴心线34延伸的相应的轴向方向A在图1A中示出。径向方向R用箭头也在图1中示出。径向方向R垂直于轴心线34和机器轴30。方向A和R通常应用于每个所示的图。
极轮26的永磁体28在(传感器)平面36(参见图1A和1C)中产生磁有用场38(参见图1B)。平面36可以沿轴向方向A包括不同的尺寸，该尺寸取决于所使用的传感器头(霍尔或xMR)。除其他外，轴向方向A的尺寸也取决于所使用的磁传感器24的类型。通常，平面36垂直于机器轴30并因此径向定向。由传感器24看到和评估的有用场38仅由如下的这样的永磁体28产生，该永磁体28位于磁传感器24的直接空间附近，使得磁传感器24可以评估有用场38的方向和/或幅值的变化，以用于确定机器轴30的旋转速度和/或相对角度位置或绝对角度位置。因此，磁传感器24也径向地处在相对靠近极轮26。在图1A至1D中，磁传感器24分别径向地布置在极轮28的外部。显然，如果极轮26被相应地配置，可替代地磁传感器24可以也径向地处在极轮26内部。在图1A和1B(优选的)测量方向40由双箭头表示。由于磁传感器24和极轮26的相对定位，优选的测量方向40被径向地取向。在图1A至1D的示例中，优选的测量方向40被取向为平行于笛卡尔坐标系XYZ的方向Z，该方向Z对于图1A至1D中的每一个是相同的。通常，优选的测量方向40被径向地取向。
图1C和1D示出了图lA和1B的马达10，该马达10已经补充有呈制动器20(尤其是弹簧力制动器20)形式的附件18。制动器20在马达10的B侧上轴向布置在旋转编码器传感器系统22和马达10之间。马达10的B侧或更好地说B-支撑屏蔽42标示机器16的“风扇侧(fanside)”。轴向相对地布置且未在此处示出的A-支撑屏蔽通常标示驱动侧。因此，环境12区别尤其在于考虑了机器16的“B侧”，从机器的制造商观点看该B侧总是被极其紧凑地构造。
制动器20通过向集成线圈44施加电流而被电磁地操作，该集成线圈44在图1C和1D中未示出。由于电流的施加，制动器20产生噪声场14，如在图1C和1D中通过相应的场线箭头表示。由于线圈44位于径向平面中，机器轴30的区域中的噪声场14的场线相对于机器轴30和轴心线34基本上平行延伸。如果机器轴30由磁导材料制成，该平行对齐在轴30内被放大。然而，场线在平面36的轴向高度处基本上垂直于轴心线34地离开轴30，如下面将更详细地解释和示出。因此，在平面36的轴向区域中的噪声场14基本上平行于优选的测量方向40“分散或偏离”到平面36中。在磁传感器24和极轮26的测量区域中，噪声场14与有用场38叠加，这是由于噪声场14以放大或减弱的方式几乎平行对齐。这导致磁传感器24不提供可以被评估的信号。
图2A和2B示出了在300转/分钟的设定旋转速度和200ms的记录周期下机器轴30的计算转速，该200ms在该情况下恰好对应一圈。图2A示出了当制动器20关断时的计算旋转速度。图2B示出了当制动器20打开时的计算旋转速度。
图3示出了(机器)环境12的透视图，该机器环境12包括示例性电动马达10、示例性弹簧力制动器20、极轮26和可选的极轮载体32，类似于图1C和1D的环境12。弹簧力制动器20可以经由一个或多个距离销6以轴向远离的方式且以机器固定的方式固定到B-侧机器屏蔽62。机器固定式的固定应理解为如下的一种固定，其中相应的元件不与机器轴30一起旋转，而是固定地(静态地)连接到机器16。进一步地，示出了(可选的)防护罩64，该防护罩64包围机器屏蔽62、弹簧力制动器20和旋转编码器传感器系统22，并且优选地以密封的方式包围它们，其中仅示出了旋转编码器传感器系统22的极轮26和极轮载体32。齿轮66作为用于制动器20的制动衬片的从动件，其处于机器轴30上，该制动衬片未示出且未更详细指定。极轮26通过极轮载体32旋转固定地连接到机器轴32。图3中也示出了制动器20的线圈44。在制动器壳体68，内线圈44被环形地且与轴心线34同轴地布置。制动器壳体68优选地由磁导材料制成，该制动器壳体68面向机器屏蔽的一侧上被锚板70覆盖。
图3的示例容易地示出基本上由防护罩64限制的可用安装空间非常小，该可用安装空间用于接收磁传感器，磁传感器在此处未示出。
图4示出了与图3几乎相同的剖视图，其中极轮载体32轻微地转向，并且其中另外示出了屏蔽系统72。屏蔽系统72包括一个或多个偏转元件74。偏转元件74可以通过磁导材料(例如，具有6000-8000的μr的ST34型钢)做成的重塑部件、转动部件或类似部件来实现。
图4的剖视图中示出了第一偏转元件74-1，该第一偏转元件74-1基本上轴向地延伸，即平行于机器轴30，并且径向地布置在极轮和机器轴30之间。进一步地，示出了第三偏转元件74-3和第四偏转元件74-4。第三和第四偏转元件74-3和74-4基本上径向向外延伸。第二偏转元件74-2未在图4的剖视图中示出，其在径向地更加位于极轮26外部的位置处平行于第一偏转元件74-1延伸。第三偏转元件74-3将第一偏转元件74-1物理地连接到第二偏转元件74-2，如将在下面更详细地说明。第三和第四偏转元件74-3和74-4彼此平行延伸。第三和第四偏转元件74-3和74-4优选地沿着平面36(参见图1A和1C)的轴向外部界限延伸。
通常，一个单独的偏转元件74可能足够用于引起下面描述的屏蔽效果。在图4中，偏转元件74-1可能已经足够。
通常，以机器固定的方式布置偏转元件74。然而，存在实施例，其中至少一些偏转元件以旋转固定的方式固定到机器轴30。这在图4中未示出。在图4中，第三偏转元件74-3以机器固定的方式连接到制动器壳体78。
磁传感器24或其位置在图4中用虚线标示。磁传感器24轴向地布置在第三和第四偏转元件74-3和74-4之间。磁传感器24和极轮26都布置在测量容积76内，该测量容积76几乎没有噪声场，其在图4中也用虚线标示。测量容积76没有噪声场是因为磁导的偏转元件74导致噪声场14不能进入测量容积76。测量容积76在磁传感器24和永磁体28之间的空间内扩展，该永磁体28负责(可评估的)有用场38的产生。在其最小的实施例中，测量容积76与磁传感器24和相应的永磁体28之间的空间一样大，该测量容积76没有噪声场。这意味着磁传感器24和永磁体28从外部直接与该最小空间相邻。显然，测量容积76也可以形成得更大，使得测量容积76甚至至少部分地围绕磁传感器24和/或相关的永磁体28。
关于图4的实施例，无噪声场测量容积76实际上与所示相比甚至更远地径向地到达外部，因为第三和第四偏转元件74-3和74-4径向向外延伸到外部，使得磁传感器24的甚至更多的部件(例如评估电子电路和接口等)可能被空间地接收。
图5示出了图4的环境12的透视图。第三和第四偏转元件74-3和74-4清晰可辨认，它们像三明治一样围绕传感器壳体78。进一步地，这里示出了第二轴向取向的偏转元件74-2的第一部分。极轮载体32包括轴向套筒部分80和径向突出的套环部分82。第四偏转元件74-4在第二偏转元件74-2的区域中包括例如轻微的轴向台阶。在极轮载体32的区域中，第四偏转元件74-4的面向机器轴的边缘84明确地形成至径向相邻的极轮载体32(并且与该极轮载体32间隔开)。在圆周方向U上，第四偏转元件的长度被选择为使得产生可评估的有用场38(对比图1A)的永磁体28与噪声场14屏蔽开(对比图1C和1D)。
特别地，这是由图4所示的箭头产生，这些箭头表示由噪声场14引起的磁场线。该噪声场未完全地示出。仅示出了相关部分。在轴30内，场线轴向取向。场线几乎垂直地离开机器轴30的表面。在旋转编码器传感器系统22的轴向下方，场线垂直地进入制动器壳体68，该制动器壳体在图4中由磁导材料制成。顺便提及，图中示例中的机器轴30也由磁导材料制成。在传感器平面36的轴向区域中，场线径向地进入轴向取向的第一偏转元件74-1，并在第一偏转元件74-1内沿该第一偏转元件74-1重定向到第三偏转元件74-3，以用于在第三偏转元件74-3的径向外端再次同样地离开。由于极轮载体32由非磁导材料制成，非磁导材料有约为1(空气)的磁导率μr，因此磁场线几乎不受干扰地通过磁极载体32。在第一偏转元件74-1和第四偏转元件74-4之间的轴向位置处，从机器轴30进入的磁场线被重定向到相应的偏转元件74-1和74-4中。进入第四偏转元件74-4的磁场线跟随该第四偏转元件74-4直到其外径向端。在那里，磁场线再次离开并根据噪声场14的磁场线的实际路线取向。
由极轮26自身产生的磁场线，即有用场38，未在图4中示出。然而，图4的说明示出噪声场14的几乎任何场线都不位于由偏转元件74形成的内部(包括测量容积)。特别地，在一些情况下，噪声场14的一些可忽略的小的场分量仍存在于测量容积76中。如果磁传感器24和极轮26放置在上述的区域中，尽管显著场14可以比有用场38大300倍，但是在该区域中，不受干扰的操作是可以的。
图6更详细地再次示出了图4的第一偏转元件74-1。图6表示沿图5中的线VI-VI垂直于机器轴30的剖视图。能够认识到轴向第一偏转元件74-1径向地布置在极轮26和机器轴30之间。轴向第二偏转元件74-2由两部分组成。第二偏转元件74-2也轴向延伸并尤其平行于第一偏转元件74-1。第一偏转元件74-1的长度和两个第二偏转元件74-2的长度都被选择为使得极轮26的尽可能多的永磁体28以屏蔽的方式被包围。第一偏转元件74-1的长度基本上被极轮26的直径限制。第一和第二偏转元件74-1和74-2的尺寸设计和形成为使得用于极轮的槽形通道86被限定在它们之间。通道86表示空间，操作期间极轮36移动通过上述空间。
图7示出了类似于图6的进一步的剖视图，但是沿着图5中的线VII-VII。该剖面线VII-VII紧贴第四偏转元件74-4的上表面在其上方延伸。现在完全地示出了第二偏转元件74-2。第一偏转元件74-1在轴向方向上再次逐渐变细，以用于尽可能最佳地适应极轮26的轮廓。第一至第三偏转元件74-1至74-3优选地一体地形成(例如通过接缝)。
图8示出了沿图5中的线VIII-VIII的剖视图，类似于图6和7的剖视图，以用于说明第四偏转元件74-4对极轮载体32的套筒部分80的轮廓的主动适应。
显然传感器壳体78可以与偏转元件74一起可选地形成为一体件，或一体地形成。此外，显然第四偏转元件74-4也可以物理连接到第二偏转元件74-2。
另外，第一偏转元件74-1和/或第三偏转元件74-3可以围绕轴30圆周地完全延伸，即360°。在这种情况下，第一偏转元件74-1和/或第三偏转元件74-3可以形成为(圆形的)圆盘。
图9示出了仅需要一个单独的偏转元件74的屏蔽系统72的变体的示意图。偏转元件74形成为像圆盘并径向取向。该圆盘形状的偏转元件74包括用于使得机器轴30通过的通道开口。偏转元件74包围在轴向方向上位于该偏转元件74自身和制动器20的制动器壳体68之间的磁传感器24，该磁传感器24优选地设置为在径向方向上更加靠外，该制动器20继而安装到示例性马达10的机器屏蔽62。在本示例中，极轮26以旋转固定的方式直接(即没有极轮载体32)安装在机器轴30上。极轮26在轴向方向上布置在圆盘形状偏转元件74和制动器20之间。极轮26径向地直接面对磁传感器24布置。
图9用于解释即使就一个单独的偏转元件74可以足够以偏转噪声场14的可能消极地影响磁传感器24的测量的分量。测量容积76不是完全不存在噪声场14的场线。在测量容积76内，存在噪声场14的轴向取向的分量。然而，这些轴向取向的分量不干扰磁传感器24在径向方向上的测量，因为它们取向为垂直于磁传感器24的优选的测量方向40，该测量方向40，这里未更详细地示出。
为了解释非常小的安装空间，示出了用于制动器20的示例性的80至200nm的直径区域。
图10和11示出了屏蔽系统72的进一步的实施例。图10示出了屏蔽系统72的透视图。图11示出了沿轴向方向居中地穿过图10的屏蔽系统72的剖视图。
图10和11的屏蔽系统72又包括轴向第一偏转元件74-1，示例性地两个轴向第二偏转元件74-2，第三圆盘形状径向偏转元件74-3，以及板形状径向第四偏转元件74-4。图10和11的屏蔽系统72区别于先前的屏蔽系统72基本上在于其第三偏转元件74-3形成为像圆盘(优选地作为转动部件)。相应的圆盘优选地延伸超过360°并且径向延伸几乎到制动器20和马达10。当然，也可以选择不同于360°的度数。径向第三偏转元件74-3优选地与轴向第一偏转元件74-1一起一体地形成。第一偏转元件74-1的轮廓优选地适配于极轮载体32的轮廓，使得在第一偏转元件74-1和极轮载体32之间存在尽可能少的空气。
第二偏转元件74-2和第四偏转元件74-4形成为支架，并用于分别相对于极轮26和机器轴30同定和定位磁传感器24。这里，支架围绕磁传感器24的径向布置在内部处的一部分。与屏蔽系统72的前面的实施例相反，然而这两个第二偏转元件74-2定位在外侧，如图10所示。这意味着，图10中示出的两个第二偏转元件之间布置了任何另外的第二偏转元件74-2。图10中示出的两个第二偏转元件74-2表示U形支架的支腿，通过这两个第二偏转元件74-2固定和定位磁传感器24。第四偏转元件74-4形成像板，并且将这两个第二偏转元件彼此连接，优选地一体连接。在这种情况下，第四偏转元件74-4的轮廓不适配极轮载体32。第四偏转元件74-4也优选地体现为直的条板。然而，这是足够的，因为噪声场大部分的分量分别被轴向第一偏转元件74-1阻挡和重定向。
根据图10和11的实施例，极轮载体32继而形成为非磁导的。例如，极轮载体32可以由型号1.4301的不锈钢制成，型号1.4301的不锈钢的磁导率μr≤2。或者，极轮载体32可以例如由铝制成。偏转元件74继而是磁导的，并且可以例如由具有约6000至8000的磁导率的ST37(S235JR)制成。
图10和11可以看到的一个大的优点，可以看出特别是第一和第三偏转元件74-1和74-3可以制成为一个单独的转动部件。此外，第三偏转元件74-3的圆盘形状的主体大面积覆盖制动器20的壳体68，使得基本上机器轴30被看作噪声场的源。
附图标记列表
10-电动马达/马达；
12-环境；
14-磁噪声场；
16-机器，优选电动的；
18-附件；
20-(弹簧力)制动器；
22-旋转编码器传感器系统，磁性的；
24-磁传感器；
26-极轮；
28-永磁体；
30-(机器)轴；
32-极轮载体；
34-轴心线；
A-轴向方向；
R-径向方向；
36-(传感器)平面；
38-有用场，磁性的；
40-24的(优选的)测量方向；
42-16的机器屏蔽(B)；
44-20的线圈；
60-距离销；
62-机器屏蔽；
64-防护罩；
66-齿轮；
68-制动器壳体；
70-锚板；
72-屏蔽系统；
74-偏转元件；
76-测量容积，无噪声场；
78-24的壳体；
80-32的套筒部分，轴向；
82-32的套环部分，径向突出；
84-74-4的边缘；
86-通道。

Claims (10)

1.一种用在机器(16)的包含磁噪声场(14)的环境(12)中的磁旋转编码器传感器系统(22)的屏蔽系统(72)，其中所述旋转编码器传感器系统(22)包括磁传感器(24)、极轮(26)，并且优选地包括极轮载体(32)，其中极轮(26)在圆周方向(U)上包括磁极交替且用于产生有用场的多个永磁体(28)，其中极轮载体(32)被构造为以旋转固定的方式安装至轴向延伸的旋转机器轴(30)，借助于旋转编码器传感器系统(22)确定机器轴(30)的旋转速度和/或角度位置，其中磁传感器(24)在旋转编码器传感器系统(22)相对于机器轴(30)的安装状态下定位在极轮(26)的旋转平面(36)中，该磁传感器能够被噪声场影响，并磁传感器(24)直接与极轮(26)相对，其中所述屏蔽系统(72)包括：至少一个磁导的、优选地机械固定的偏转元件(74)，所述至少一个偏转元件(74)形成为和尺寸设计为使得：当噪声场(14)有效时，在所述安装状态下，建立基本上没有噪声场的测量容积(76)，磁传感器(24)和永磁体(28)中的用于产生可评估的有用场(38)的那些永磁体至少与所述测量容积(76)相邻。
2.根据权利要求1所述的屏蔽系统(72)，其中所述至少一个偏转元件(74)被布置成使得所述至少一个偏转元件(74)包围所述测量容积(76)，从而通过所述至少一个偏转元件(74)将噪声场(14)的被设置为几乎平行于所述磁传感器(24)的测量方向(40)的分量引导为围绕所述测量容积(76)，并且从而保留用于所述旋转极轮(26)和所述极轮载体(32)的通道(86)。
3.根据权利要求1至2中的任一项所述的屏蔽系统(72)，其中设置第一偏转元件(74-1)，并且优选地设置第二偏转元件(74-2)，所述第一偏转元件(74-1)和所述第二偏转元件(74-2)分别平行于机器轴(30)纵向地延伸，并且其中所述第一偏转元件(74-1)径向地布置在机器轴(30)和极轮(26)之间，并且其中所述第二偏转元件(74-2)径向地布置在所述极轮(26)和所述磁传感器(24)的外部。
4.根据权利要求3所述的屏蔽系统(72)，其中还设置第三偏转元件(74-3)，所述第三偏转元件基本上沿所述旋转平面(36)延伸，并且优选地连接所述第一偏转元件(74-1)和所述第二偏转元件(74-2)。
5.根据权利要求4所述的屏蔽系统(72)，还包括极轮(26)和极轮载体(32)，所述极轮载体(32)包括轴向套筒部分(80)，该轴向套筒部分(80)包含径向突出的套环部分(28)，所述永磁体(28)径向固定到所述轴向套筒部分(80)，其中所述极轮载体(32)至少在靠近所述机器轴的区域中由非磁导材料制成，并且其中所述第一偏转元件(74-1)位于所述极轮(26)、所述机器轴(30)和所述套环部分(82)之间。
6.根据权利要求4或5所述的屏蔽系统(72)，其中还设置第四偏转元件(74-4)，所述第四偏转元件与所述第三偏转元件(74-3)平行地延伸、与所述第三偏转元件(74-3)轴向隔开并径向与所述第三偏转元件(74-3)相对，其中所述第三和第四偏转元件(74-3、74-4)尺寸优选地设计为至少与所述磁传感器(24)的基区一样大，并且其中所述第四偏转元件(74-4)优选地连接到所述第二偏转元件(74-2)。
7.根据前述权利要求任一项所述的屏蔽系统(72)，其中所述至少一个偏转元件(74)形成所述磁传感器(24)的壳体(78)，所述壳体(78)容纳所述磁传感器(74)并且还至少部分地包围产生有用场的永磁体(28)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的屏蔽系统(72)，其中所述机器(16)是电动机器，尤其是电动马达(10)，其中所述噪声场(14)由电磁操作的附件(18)和/或由电动机器产生，所述电磁操作的附件(18)优选地是弹簧力制动器(20)，所述附件(18)能够以机器固定的方式固定到机器屏蔽(62)使得在轴向上与所述旋转编码器传感器系统(22)和所述磁传感器(24)相邻并且优选地位于机器防护罩(68)中，以及其中，所述机器轴(30)尤其由磁导材料制成。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的屏蔽系统(72)，其中，所述磁传感器为霍尔传感器或xMR传感器中的至少一个。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的屏蔽系统(72)，所述至少一个偏转元件(74)至少沿着用于产生有用场(38)的永磁体(28)在圆周方向(U)上延伸，所述有用场(38)能够被所述磁传感器(24)评估。
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