CN112833772A - 角度位置传感器、角度测量系统、方法及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种角度位置传感器、角度测量系统、方法及车辆，角度位置传感器包括接收线圈、与接收线圈共轴的M组激励线圈和转子，其中，M≥2；M组激励线圈位于接收线圈内侧；转子靠近M组激励线圈的其中一个端面设置，且与激励线圈之间有一间隙，转子包括导电部；两组相邻的激励线圈之间具有一非零错位角，每一组激励线圈均按顺逆时针方向交叉绕线，形成若干个非接触的封闭区域；导电部覆盖M组激励线圈的区域随转子的旋转角度改变；在转子旋转一定角度时，通过获取接收线圈输出信号的幅值和相位，以确定转子的旋转角度。采用此种结构的电感式角度传感器，可以有效降低传感器机械尺寸，同时，对外的电磁干扰也有明显改善。

Description

角度位置传感器、角度测量系统、方法及车辆

技术领域

本发明涉及机电控制领域，尤其是涉及角度位置传感器、角度测量系统及方法。

背景技术

在机电控制技术领域，许多装置和系统中均使用角度位置传感器来感测角度(例如，旋转)位置。比如，在汽车和其它车辆运输系统内部都有着广泛的应用，如液位传感器、加速油门踏板、节气门体、助力转向、车身水平传感器等，目前已有的汽车零部件上，采用的角度位置传感器主要有电位计接触式角度传感器和霍尔型非接触式角度传感器两种。

其中，电位计式角度传感器是传统的接触式传感器，其工作原理为：接触点在电阻膜上改变位置，从而改变上下电阻的比率，实现输出端电压随外部位置的变化而变化。电位计式角度传感器在耐气候性、耐振动等方面存在明显的缺陷，大致列举如下：

1.由于触点和电阻膜接触，触点和电阻膜容易磨损，影响测量精度甚至使用寿命。

2.如果在触点和电阻膜间混入灰尘等污垢，则影响测量精度。

3.振动环境下，容易引起触点和电阻膜接触位置的改变，从而引起阻值发生变化。

而霍尔式角度位置传感器是当前主流的非接触式传感器，它是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，一般由外磁场和霍尔芯片组成，由霍尔电压反应位置的变化。霍尔式角度传感器虽然具有无触点无磨损、体积小、耐气候性好、耐振动好、精度高等优点，但由于霍尔传感器中含有磁铁，存在着EMC(Electro Magnetic Compatibility，电磁兼容性)性能相对较差(即耐干扰性差)、成本较高、耐温漂性能较差。

随着技术的快速发展和不断进步，电感式角度传感器作为后起之秀以其出色的性能日益得到广泛的应用。其中，公布号为CN106403806A(公开日期：2017年02月15日)的中国发明专利，公开了一种角度位置传感器、角度位置测量系统及方法，并具体公开了以下技术特征：电感式角度传感器，包括激励线圈、接收线圈以及转子，激励线圈布置在接收线圈的外部，转子位于接收线圈的一端，且与接收线圈之间有一间隙。与电位计接触式角度传感器相比，由于这种电感式角度传感器的转子和接收线圈之间非接触，因此无机械磨损，提高了角度位置测量系统的精确度、耐气候性和耐振动性。与霍尔型非接触式角度传感器相比，这种电感式角度传感器有效降低了成本。但是，在实际应用中，却存在如下缺陷：

1.为了提高接收线圈输出信号的信噪比，接收线圈的尺寸都设计得很大，导致对某些安装空间要求高的产品无法布置尺寸偏大的电感式角度传感器。

2.在保持现有电感式角度传感器尺寸的前提下，要进一步提高接收线圈输出信号的信噪比，需要提高流入激励线圈交流电信号的频率、增大激励电流强度或者增加激励线圈的匝数，随之带来的磁场强度增加，对外的电磁干扰也同步增加。

因此，如何提供一种角度位置传感器、角度测量系统及方法，以克服现有技术中存在的缺陷，日益成为本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。

需要说明的是，公开于该发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种角度位置传感器、角度测量系统及方法，以在降低角度位置传感器的机械尺寸的同时，降低对外的电磁干扰。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种角度位置传感器，包括接收线圈、与所述接收线圈共轴的M组激励线圈和转子，其中，M≥2；

M组所述激励线圈位于所述接收线圈内侧；

所述转子靠近M组所述激励线圈的其中一个端面设置，且与所述激励线圈之间有一间隙，所述转子包括导电部；

两组相邻的所述激励线圈之间具有一非零错位角，每一组所述激励线圈均按顺逆时针方向交叉绕线，形成若干个非接触的封闭区域；

所述角度位置传感器被配置为，所述导电部覆盖M组所述激励线圈的区域随所述转子的旋转角度改变；

通过获取所述接收线圈输出信号的幅值和相位，确定所述转子的旋转角度。

可选地，所述接收线圈的形状包括圆环形、椭圆环形或多边形；

和/或

所述转子的形状包括圆形或轴对称的多边形。

可选地，所述转子覆盖所述激励线圈的其中一个端面。

可选地，M组所述激励线圈沿着所述接收线圈的轴心对称分布。

可选地，所述错位角的大小通过以下算式获得：

其中，α为所述错位角的大小；N为每组所述激励线圈的极对数，M为所述激励线圈的组数，N≥1。

可选地，所述非接触的封闭区域的个数为2*N+1，式中，N为每组所述激励线圈的极对数。

可选地，所述每一组所述激励线圈均按顺逆时针方向交叉绕线，包括以下方法：

先按逆/顺时针方向绕线第一长度，再按顺/逆时针方向绕线第二长度，最后按逆/顺时针方向绕线第三长度并回到所述第一长度绕线的起始端附近；

所述第二长度的绕线分别与所述第一长度的绕线和所述第三长度的绕线非接触交叉，形成2*N+1个所述非接触的封闭区域；

当所述激励线圈通电时，所述激励线圈内部的电流环流包括，N个顺时针的电流环流和N个逆时针的电流环流。

可选地，每组所述激励线圈的极对数为1，所述非接触的封闭区域包括第一封闭区域、第二封闭区域和第三封闭区域，所述第二封闭区域由绕线方向相反的第一绕线和第二绕线非接触形成，其中，所述第一绕线为所述第一封闭区域的部分绕线，所述第二绕线为所述第三封闭区域的部分绕线；

当所述激励线圈通电时，所述第一封闭区域的电流环流和所述第三封闭区域的电流环流方向相反；

所述第二封闭区域的所述第一绕线和所述第二绕线的电流流向相同。

可选地，所述转子还包括非导电部，所述转子的形状为由第一半圆和第二半圆组成的圆形，所述导电部为所述第一半圆，所述非导电部为所述第二半圆。

可选地，所述每一组所述激励线圈均按顺逆时针方向交叉绕线的方法，包括正弦绕组法。

可选地，所述角度位置传感器的角度测量范围为0度～

度，式中，N为每组所述激励线圈的极对数。

基于同一发明构思，本发明还提供了一种角度测量系统，所述角度测量系统包括上述任一项所述的角度位置传感器以及激励电路、多路选择电路、鉴幅鉴相解调电路以及控制单元；

所述激励电路、所述多路选择电路以及所述鉴幅鉴相解调电路分别连接所述控制单元；

所述多路选择电路连接所述激励电路和所述角度位置传感器中的所述激励线圈，所述角度位置传感器中的所述接收线圈连接所述鉴幅鉴相解调电路；

所述激励电路被配置为根据所述控制单元的第一控制信号产生一激励信号，所述多路选择电路被配置为根据所述控制单元的第二控制信号，选通所述角度位置传感器的不同的所述激励线圈进行激励；

所述鉴幅鉴相解调电路被配置为获取所述角度位置传感器中的所述接收线圈输出信号的幅值和相位；

所述控制单元被配置为根据获取的所述接收线圈输出信号的幅值和相位，确定所述角度位置传感器中所述转子的旋转角度。

可选地，还包括一带通滤波电路，所述带通滤波电路连接所述鉴幅鉴相解调电路和所述角度位置传感器中的所述接收线圈，被配置为滤除所述接收线圈输出信号中的干扰信号。

可选地，还包括一自增益放大电路，所述自增益放大电路连接所述带通滤波电路与所述鉴幅鉴相解调电路，被配置为对第一信号增益放大；

其中，所述第一信号为滤除所述接收线圈输出信号中的干扰信号后得到的信号。

可选地，所述控制单元包括MCU、模数转换模块以及存储器，所述MCU用于控制所述模数转换模块对第二信号进行模数转换，并根据存储在所述存储器中的标定数据，确定所述角度位置传感器中所述转子的旋转角度；

其中，所述第二信号为所述鉴幅鉴相解调电路根据所述第一信号得到幅值和相位。

基于同一发明构思，本发明还提供了一种角度位置测量方法，所述角度位置测量方法采用上述任一项所述的角度位置传感器或上述任一项所述的角度测量系统，包括以下步骤：

S1:获得所述角度位置传感器中M个所述激励线圈的输出信号的幅值和相位；

S2:根据所述信号的幅值和相位，采用象限识别算法、查表法或正余弦变化算法确定所述转子的旋转角度。

基于同一发明构思，本发明还提供了一种车辆，所述车辆包括上述任一项所述的角度位置传感器或上述任一项所述的角度测量系统。

与现有技术相比，本发明提供的一种角度位置传感器，具有如下有益效果：

本发明提供的角度位置传感器，接收线圈在激励线圈的外侧，可以非常方便的通过增加匝数来提高信号的信噪比，从而降低接收线圈的尺寸，因此，相比传统的激励线圈，本发明提供的角度位置传感器，具有更为紧凑的机械尺寸，能够大幅缩小角度位置传感器的体积，便于安装，能够满足日益小型化产品的安装空间需求。

进一步地，本发明提供的角度位置传感器，激励线圈在接收线圈内侧，接收线圈可以有效屏蔽掉激励线圈产生的电磁辐射，从而降低对外的电磁辐射干扰；更进一步地，由于接收线圈的匝数的增加不受空间布局的限制，因此，其激励电流的强度相比传统电感式传感器也会有所降低，最终导致对外的电磁辐射变小。

由于本发明提供的角度测量系统、方法及车辆与本发明提供的角度位置传感器属于同一发明构思，因此，至少具有相同的有益效果，在此，不再一一赘述。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的其中一种角度位置传感器的结构示意图；

图2为图1中接收线圈和激励线圈的绕圈布局的爆炸示意图；

图3为图1中其中一组激励线圈的绕线结构示意图；

图4为图1的角度位置传感器中转子不同旋转角度和接收线圈输出信号的幅值对应关系；

图5为本发明实施例一提供的其中一种角度位置传感器中激励线圈(2组)的空间布局示意图；

图6为本发明实施例一提供的再一角度位置传感器中激励线圈(3组)的空间布局示意图；

图7为图5中第一激励线圈的绕线布局示意图；

图8为本发明实施例一提供的又一角度位置传感器中激励线圈(极对数为3)的其中一种绕线示意图；

图9为本发明实施例一提供的再一角度位置传感器中激励线圈(极对数为4)的其中一种绕线示意图；

图10为本发明实施例二提供的一种角度测量系统的结构示意图；

图11为本发明实施例三提供的一种角度位置测量方法的流程示意图；

其中，附图标记说明如下：

100-角度位置传感器，200-激励电路，300-多路选择电路，400-带通滤波电路，500-自增益放大电路，600-鉴幅鉴相解调电路，700-控制单元，710-模数转换模块，720-存储器；

110-接收线圈，120-激励线圈，121-第一激励线圈，122-第二激励线圈，130-转子，131-导电部，132-非导电部，α-错位角；

121a-第一绕线，121b-第二绕线；

1-第一封闭区域，2-第二封闭区域，3-第三封闭区域。

具体实施方式

本发明的核心思想在于提供一种角度位置传感器，包括接收线圈、与所述接收线圈共轴的M组激励线圈和转子，其中，M≥2；M组所述激励线圈位于所述接收线圈内侧；所述转子靠近M组所述激励线圈的其中一个端面设置，且与所述激励线圈之间有一间隙，所述转子包括导电部；两组相邻的所述激励线圈之间具有一非零错位角，每一组所述激励线圈均按顺逆时针方向交叉绕线，形成若干个非接触的封闭区域；所述角度位置传感器被配置为，所述导电部覆盖M组所述激励线圈的区域随所述转子的旋转角度改变；在所述转子旋转一定角度时，通过获取所述接收线圈输出信号的幅值和相位，确定所述转子的旋转角度。

基于同一发明构思，本发明还提供了一种角度测量系统、角度位置测量方法及一种车辆。

本发明提供的一种角度位置传感器，为一种全新结构的电感式角度传感器通过改变激励线圈和接收线圈的布局结构，相比现有技术的激励线圈，其体积可以大幅缩小，更容易安装；而且，由于所述激励线圈位于所述接收线圈的内侧，接收线圈能够有效屏蔽掉激励线圈产生的电磁辐射，从而降低对外的电磁辐射干扰。

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图对本发明提出的角度位置传感器、角度测量系统、方法及车辆作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。应当了解，说明书附图并不一定按比例地显示本发明的具体结构，并且在说明书附图中用于说明本发明某些原理的图示性特征也会采取略微简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和外形将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。以及，在以下说明的实施方式中，有时在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。在本说明书中，使用相似的标号和字母表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在适当情况下，如此使用的这些术语可替换。类似的，如果本文所述的方法包括一系列步骤，且本文所呈现的这些步骤的顺序并非必须是可执行这些步骤的唯一顺序，且一些所述的步骤可被省略和/或一些本文未描述的其他步骤可被添加到该方法。

<实施例一>

参见附图1、图2、图3、图4和图5，为本实施例提供的其中一种角度位置传感器，所述角度位置传感器100包括接收线圈110、与所述接收线圈110共轴的激励线圈120和转子130，其中，在本实施例中，所述激励线圈120共有2组，分别为第一激励线圈121和第二激励线圈122。

具体地，所述第一激励线圈121和所述第二激励线圈122均位于所述接收线圈110的内侧。参见附图2，以图示方向，较佳地，所述转子130靠近所述第一激励线圈121上端面设置；在其他实施方式中，所述转子130也可以设置在靠近所述第二激励线圈122的下端面设置。本发明对此不作限制。进一步地，所述转子130与所述第一激励线圈121和所述第二激励线圈122之间有一间隙。再进一步地，所述转子130包括导电部131。所述第一激励线圈121和所述第二激励线圈122之间具有一非零错位角α。

以最大测量角度为360度为例，所述第一激励线圈121和所述第二激励线圈122均按顺逆时针方向交叉绕线，形成三个非接触的封闭区域。参见附图3，为所述第一激励线圈121的绕线结构示意图。交叉绕线时在空间上要错开，否则将造成激励线圈通电时电信号的短路。

所述角度位置传感器如此配置，所述转子130的所述导电部131覆盖M组所述激励线圈120的区域随所述转子130的旋转角度改变；在所述转子130旋转一定角度时，通过获取所述接收线圈110输出信号的幅值和相位，确定所述转子130的旋转角度。

本发明提供的角度位置传感器具有更为紧凑的机械尺寸，体积更小：传统架构的电感式角度传感器的接收线圈在有限空间内很难做到多匝布置，单匝接收线圈若要提高原始信号的信噪比，则必须提高其面积；而本发明提供的角度位置传感器，由于接收线圈110在激励线圈120的外侧，可以非常方便的通过增加接收线圈的匝数来提高信号的信噪比，从而降低其机械尺寸，因此，相比传统的角度位置传感器，本发明提供的角度位置传感器，能够大幅缩小角度位置传感器的体积，从而便于安装，并进一步地能够满足日益小型化产品的安装空间需求。

进一步地，本发明提供的角度位置传感器，能够大大降低对外的电磁辐射：首先，传统的电感式传感器激励线圈在外，接收线圈在内，为了提高接收线圈的信号强度，需要提高激励线圈内部的激励电流强度，由此，导致对外的电磁辐射。而本发明提供的角度位置传感器，激励线圈120在接收线圈110之内，接收线圈110可以有效屏蔽掉激励线圈120产生的电磁辐射，从而降低对外的电磁辐射干扰。更进一步地，由于接收线圈110的匝数增加不受空间布局的限制，因此，其激励电流的强度相比传统电感式传感器也会有所降低，最终导致对外的电磁辐射变小。优选地，本实施例提供的角度位置传感器中所述接收线圈110的形状(横截面)包括但不限于圆环形、椭圆环形或多边形，不再一一赘述。进一步地，所述转子130的形状包括圆形或轴对称的多边形。如此配置，不仅能够减少耗材，进而降低成本；而且便于所述角度位置传感器各个组成部件的加工安装。可以理解地，本发明并不限制所述转子130的形状，不同的形状仅会造成输出信号的形状不同，但是不影响角度的计算，比如通过象限查表算法计算角度等等，不再一一列举。

优选地，所述转子130覆盖所述激励线圈120的其中一个端面，即：所述转子130的半径≥所述激励线圈120的半径(横截面)，较佳地，所述转子130刚好覆盖所述激励线圈120的其中一个端面，如此配置，不仅能够减少无效覆盖，减低成本；而且能够保证所述转子130在旋转时，更充分地感应通有交流电的所述激励线圈120产生的交变磁场。

优选地，M组所述激励线圈120沿着所述接收线圈110的轴心对称分布。如此配置，能够简化后续根据所述接收线圈输出信号的幅值和相位，从而提高后续确定所述转子旋转角度的计算效率。

优选地，所述错位角α的大小通过以下算式获得：

其中，α为所述错位角的大小；N为每组所述激励线圈120的极对数，M为所述激励线圈的组数，N≥1。

优选地，所述非接触的封闭区域的个数为2*N+1，式中，N为每组所述激励线圈的极对数。

优选地，所述每一组所述激励线圈均按顺逆时针方向交叉绕线，包括以下方法：先按逆/顺时针方向绕线第一长度，再按顺/逆时针方向绕线第二长度，最后按逆/顺时针方向绕线第三长度并回到所述第一长度绕线的起始端附近；所述第二长度的绕线分别与所述第一长度的绕线和所述第三长度的绕线非接触交叉，形成2*N+1个所述非接触的封闭区域；当所述激励线圈通电时，所述激励线圈内部的电流环流包括，N个顺时针的电流环流和N个逆时针的电流环流。较佳地，每组所述激励线圈均有一根导线采用上述绕线方法得到。具体地请参见附图7，以第一长度逆时针绕线、第二长度顺时针绕线、第三长度逆时针绕线，形成3个非接触封闭区域为例说明。可以理解地，本申请文件中的所述激励线圈120通过顺逆时针方向非接触交叉绕线得到，因此，本申请文件中的封闭区域均为近似封闭区域。

具体地，参见附图3，以极对数N＝1的所述第一激励线圈121为例进行说明。所述非接触的封闭区域包括第一封闭区域1、第二封闭区域2和第三封闭区域3，所述第二封闭区域2由绕线方向相反的第一绕线121a和第二绕线121b非接触形成，其中，所述第一绕线121a为所述第一封闭区域1的部分绕线，所述第二绕线121b为所述第三封闭区域3的部分绕线；当所述激励线圈通电时，所述第一封闭区域1的电流环流和所述第三封闭区域3的电流环流方向相反；所述第二封闭区域2的所述第一绕线121a和所述第二绕线121b的电流流向相同。

如此配置，按照此结构形成的激励线圈，当给激励线圈通交流电信号时，以某一瞬时电流走向为例，如图3中的箭头方向所示：在第一封闭区域1形成了一个逆时针的电流环流，其产生的磁场垂直于纸面向外，第二封闭区域2的上下两条导线内的电流走向相同，磁场相互抵消，第二封闭区域2内没有磁场产生，第三封闭区域124形成了一个顺时针的电流环流，其产生的磁场垂直于纸面向里。在没有转子时，由于所述第一封闭区域1和所述第三封闭区域3产生的磁场大小相等，方向相反，刚好抵消。因此，外围接收线圈的输出信号为0。较佳地，所述第一封闭区域1和所述第三封闭区域3对称设置。特别地，从图中可以看出，所述第二封闭区域2为所述第一封闭区域1和所述第三封闭区域3的重叠部分，与所述第一封闭区域1和/或所述第三封闭区域3的面积相比，所述第二封闭区域2的面积很小。在其他的实施方式中，也可以只有所述第一封闭区域1和所述第三封闭区域3。

优选地，在其中一种实施方式中，参见附图1，所述转子130还包括非导电部132，所述转子130的形状为由第一半圆和第二半圆组成的圆形，所述导电部131为所述第一半圆，所述非导电部132为所述第二半圆。其中非导电部132的材料包括但不限于塑料、橡胶等；所述导电部131的材料包括导电金属材料，包括但不限于铝、铜等。可以理解地，本发明并不限定转子的叶片个数，较佳地，所述转子130中的导电部131的个数与所述激励线圈的极对数对应。

如此配置，当给所述转子130下方(图示方向)的激励线圈120通交流电时，根据在激励线圈120所形成的封闭区域内就会形成交变的磁场，所述转子130的导电部131(导电金属)在交变磁场的作用下就会产生交变的电涡流，此电涡流沿着所述导电部131的外边缘进行环形流动，当所述转子130和所述激励线圈120的气隙足够小时，电涡流产生的磁场和所述激励线圈120所产生的磁场大小相等，方向相反，即在所述转子130的导电部131所覆盖的区域下，磁场强度为0。随着所述转子130的旋转，其导电部131覆盖住的激励线圈120的面积不同，导致激励线圈120所产生的磁场强度随着变化，外部的接收线圈110在不同磁场强度下的输出信号幅值也随之变化。因此，采集和转子旋转角度密切相关的接收线圈110输出信号幅值，通过后续的信号处理就能够确定所述转子130的旋转角度。

为了便于理解，以下结合附图4(以第一激励线圈121为例)，对上述图1的角度位置传感器中转子不同旋转角度和接收线圈输出信号的幅值对应关系的原理阐述如下：

从图4中可以看出接收线圈110输出信号的幅值和转子130旋转角的对应关系：

1、当所述转子130旋转角度为0时，所述转子130的所述导电部131(第一半圆)和所述非导电部132(第二半圆)各盖住所述第一激励线圈121的所述第一封闭区域1和所述第三封闭区域3各一半的面积，所述第一封闭区域1和所述第三封闭区域3剩余面积的磁场强度相等，方向相反，磁场相互抵消，所述接收线圈110所包围的区域内磁场强度为0，因此其输出的信号幅值为0。

2、当所述转子130的旋转角度为90度时，所述转子130的所述导电部131(第一半圆)完全盖住了所述第一激励线圈121的所述第一封闭区域1，此时所述第一封闭区域1所产生的磁场被所述转子130的所述导电部131上的涡流场抵消，所述接收线圈110内部的磁场仅由所述第一激励线圈121的所述第三封闭区域3的电流环流提供，在此磁场作用下，所述接收线圈110的输出幅值达到了正向最大。

3、当所述转子130的旋转角度为180度时，所述转子130的所述导电部131(第一半圆)又盖住了所述第一激励线圈121的所述第一封闭区域1和所述第三封闭区域3的各一半的面积，导致所述接收线圈110内部的磁场为0，所述接收线圈110的输出信号幅值再次为0。

4、当所述转子130的旋转角度为270度时，其所述导电部131完全盖住了所述第一激励线圈121的所述第三封闭区域3，所述接收线圈110内部的磁场仅由所述第一激励线圈121的所第一封闭区域1的电流环流提供，在此磁场作用下，所述接收线圈110的输出幅值达到了反向最大。

5、当所述转子130的旋转角度为360度时，即又回到了0度的位置，所述接收线圈110内部的磁场强度再次为0，所述接收线圈110的输出信号幅值也为0。

根据上述分析可知：当所述转子130旋转一周后，所述接收线圈110输出的信号幅值按照一周期信号规律变化，其波形和激励线圈的形状有关，可以是正弦信号，也可以是三角波信号，本发明对此不作任何限制。

如此配置，本发明提供的角度位置传感器，利用所述转子130的旋转角度与所述接收线圈110的输出信号之间的关系，通过获取所述接收线圈110输出信号的幅值和相位，就能获得所述转子130的旋转角度，从而实现对角度变化的测量，由于所述转子130和所述激励线圈120之间非接触，即无机械磨损，从而提高了所述角度位置传感器的耐气候性和耐振动性，可以有效降低成本。

可以理解地，单一激励线圈作用下，所述接收线圈110的输出信号也为单一周期信号，基于此周期信号是无法识别所述转子130的旋转角度，需要至少两组激励线圈120同步切换激励，获取不同激励线圈下的接收线圈幅值，通过角度象限识别算法、查表法或正余弦算法即就可以识别所述转子130的旋转角度。具体地，以N＝1(1对极)、M＝2，即两组激励线圈(分别为1号线圈和2号线圈)为例，错位角按照上述错位角计算公式为90度。当进行当前时刻的角度解算时，同一时刻，(比如使用多路选择器)先选择1号激励线圈，获取1号激励线圈下接收线圈的幅值和相位，获取完成后，多路选择器马上切换到2号激励线圈，系统获取2号激励线圈下的接收线圈的幅值和相位，这样就可以得到两组幅值和相位信息了，基于这两组信号进行角度的计算。由于多路选择器的切换速度非常快，远快于转子的旋转速度，所以认为这两组信号是同一时刻的。参见附图5和附图6，为每个激励线圈的极对数N＝1、分别为2组激励线圈和3组激励线圈的空间布局示意图。激励线圈的组数M越大，测试精度越高。在实际应用中，本领域的技术人员应根据工况需求灵活选择，本发明对此不作限制。

同样地，本发明也不限制所述激励线圈120的极对数N，当N＞1时，依次类推，与N＝1的情况类似，本领域的技术人员所能理解的，参见附图8和附图9，其中，附图8为极对数N＝3的其中一种激励线圈的绕线示意图；附图9为极对数N＝4的其中一种激励线圈的绕线示意图，采用的是正弦绕组法。根据上述描述以及附图8和附图9可知，当N＝1时，每个所述激励线圈内部的电流环流有一个逆时针的电流环流和一个顺时针的电流环流的封闭区域，共同构成了1对极；当N＝3时，每个所述激励线圈内部有三个顺时针和三个逆时针的电流环流封闭区域，形成了3对极；当N＝4时，每个所述激励线圈内部有四个顺时针和四个逆时针的电流环流封闭区域，形成了4对极；当N为其他值时原理与N＝1、3或4的激励线圈类似，不再赘述。进一步地，N对极的M组激励线圈按照上述错位角计算公式计算错位角进行空间布局，转子旋转时通过切换不同的激励线圈并采集当下激励线圈激励时接收线圈的输出信号幅值，就会得到M组固定相位差的周期信号，基于这M组信号就可以进行转子角度的计算。

需要特别说明的是，图示中的绕线交叉处为非接触交叉。可以理解地，本发明也不限制所述激励线圈的绕线方法，所述接收线圈110的输出波形与所述激励线圈的绕线方法。

优选地，所述角度位置传感器的角度测量范围为0度

度，式中，N为每组所述激励线圈的极对数。当N的取值越大，所述角度位置传感器的测量精度越高，测量量程越小。

<实施例二>

本实施例提供了一种角度测量系统，参见附图10，包括上述任一实施方式所述的角度位置传感器100以及激励电路200、多路选择电路300、鉴幅鉴相解调电路600以及控制单元700。

具体地，所述激励电路200、所述多路选择电路300以及所述鉴幅鉴相解调电路600分别连接所述控制单元700；所述多路选择电路300连接所述激励电路200和所述角度位置传感器100中的所述激励线圈，所述角度位置传感器100中的所述接收线圈连接所述鉴幅鉴相解调电路600。其中，所述激励电路200被配置为根据所述控制单元700的第一控制信号产生一激励信号，所述多路选择电路300被配置为根据所述控制单元700的第二控制信号，选通所述角度位置传感器100的不同的所述激励线圈进行激励。其中，本领域的技术人员应该能够理解，所述激励电路200由差分运放、电容等模拟电路构成，在此，不再展开一一详细阐述；所述第一控制信号用于控制所述激励信号的激励频率和激励电流的强度。所述鉴幅鉴相解调电路600被配置为获取所述角度位置传感器100中的所述接收线圈输出信号的幅值和相位；所述控制单元700被配置为根据获取的所述接收线圈输出信号的幅值和相位，确定所述角度位置传感器100中所述转子的旋转角度。

优选地，在其中一种实施方式中，所述角度测量系统还包括一带通滤波电路400，所述带通滤波电路400连接所述鉴幅鉴相解调电路600和所述角度位置传感器100中的所述接收线圈，被配置为滤除所述接收线圈输出信号中的干扰信号。

优选地，所述角度测量系统还包括一自增益放大电路500，所述自增益放大电路500连接所述带通滤波电路400与所述鉴幅鉴相解调电路600，被配置为对第一信号增益放大；其中，所述第一信号为滤除所述接收线圈输出信号中的干扰信号后得到的信号。

优选地，在其中一种实施方式中，所述控制单元700包括MCU、模数转换模块710以及存储器720，所述MCU用于控制所述模数转换模块710对第二信号进行模数转换，并根据存储在所述存储器720中的标定数据，确定所述角度位置传感器100中所述转子的旋转角度；其中，所述第二信号为所述鉴幅鉴相解调电路根据所述第一信号得到幅值和相位。

由于本发明提供的角度测量系统与上述各实施例提供的角度位置传感器属于同一发明构思，因此，至少具有相同的有益效果，在此，不再一一赘述。进一步地，所述角度测量系统包括所述激励电路200、所述多路选择电路300，可以根据实际工况设定激励信号和选通不同的激励线圈，从而使得所述角度测量系统能够适应多种测量精度和测量范围。

<实施例三>

基于同一发明构思，本实施例提供了一种角度位置测量方法，参见附图11，采用上述任一实施方式所述的角度位置传感器或上述任一实施方式所述的角度测量系统，包括以下步骤：

S1:获得所述角度位置传感器中M个所述激励线圈的输出信号的幅值和相位。

S2:根据所述信号的幅值和相位，采用象限识别算法、查表法或正余弦变化算法确定所述转子的旋转角度。

由于本发明提供的角度位置测量方法与上述各实施例提供的角度位置传感器或提供的角度测量系统属于同一发明构思，因此，至少具有相同的有益效果，在此，不再一一赘述。

<实施例三>

基于同一发明构思，本发明的其他的实施方式中还提供了一种车辆，所述车辆包括上述任一实施方式所述的角度位置传感器或任一实施方式所述的角度测量系统。所述角度位置传感器设置包括但不限于以下功能部件上：比如节气门体、加速油门踏板和/或助力转向装置。

由于本发明提供的车辆与上述各实施例提供的角度位置传感器或提供的角度测量系统属于同一发明构思，因此，至少具有相同的有益效果，在此，不再一一赘述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

综上，上述实施例对本发明提出的角度位置传感器、角度测量系统、方法及车辆的不同构型进行了详细说明，当然，上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型，本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (17)

1.一种角度位置传感器，其特征在于，包括接收线圈、与所述接收线圈共轴的M组激励线圈和转子，其中，M≥2；

M组所述激励线圈位于所述接收线圈内侧；

所述转子靠近M组所述激励线圈的其中一个端面设置，且与所述激励线圈之间有一间隙，所述转子包括导电部；

两组相邻的所述激励线圈之间具有一非零错位角，每一组所述激励线圈均按顺逆时针方向交叉绕线，形成若干个非接触的封闭区域；

所述角度位置传感器被配置为，所述导电部覆盖M组所述激励线圈的区域随所述转子的旋转角度改变；

在所述转子旋转一定角度时，通过获取所述接收线圈输出信号的幅值和相位，确定所述转子的旋转角度。

2.根据权利要求1所述的角度位置传感器，其特征在于，所述接收线圈的形状包括圆环形、椭圆环形或多边形；

和/或

所述转子的形状包括圆形或轴对称的多边形。

3.根据权利要求1所述的角度位置传感器，其特征在于，所述转子覆盖所述激励线圈的其中一个端面。

4.根据权利要求1所述的角度位置传感器，其特征在于，M组所述激励线圈沿着所述接收线圈的轴心对称分布。

5.根据权利要求1所述的角度位置传感器，其特征在于，所述错位角的大小通过以下算式获得：

其中，α为所述错位角的大小；N为每组所述激励线圈的极对数，M为所述激励线圈的组数，N≥1。

6.根据权利要求1所述的角度位置传感器，其特征在于，所述非接触的封闭区域的个数为2*N+1，式中，N为每组所述激励线圈的极对数。

7.根据权利要求6所述的角度位置传感器，其特征在于，所述每一组所述激励线圈均按顺逆时针方向交叉绕线，包括以下方法：

先按逆/顺时针方向绕线第一长度，再按顺/逆时针方向绕线第二长度，最后按逆/顺时针方向绕线第三长度并回到所述第一长度绕线的起始端附近；

所述第二长度的绕线分别与所述第一长度的绕线和所述第三长度的绕线非接触交叉，形成2*N+1个所述非接触的封闭区域；

当所述激励线圈通电时，所述激励线圈内部的电流环流包括，N个顺时针的电流环流和N个逆时针的电流环流。

8.根据权利要求7所述的角度位置传感器，其特征在于，每组所述激励线圈的极对数为1，所述非接触的封闭区域包括第一封闭区域、第二封闭区域和第三封闭区域，所述第二封闭区域由绕线方向相反的第一绕线和第二绕线非接触形成，其中，所述第一绕线为所述第一封闭区域的部分绕线，所述第二绕线为所述第三封闭区域的部分绕线；

当所述激励线圈通电时，所述第一封闭区域的电流环流和所述第三封闭区域的电流环流方向相反；

所述第二封闭区域的所述第一绕线和所述第二绕线的电流流向相同。

9.根据权利要求8所述的角度位置传感器，其特征在于，所述转子还包括非导电部，所述转子的形状为由第一半圆和第二半圆组成的圆形，所述导电部为所述第一半圆，所述非导电部为所述第二半圆。

10.根据权利要求6所述的角度位置传感器，其特征在于，所述每一组所述激励线圈均按顺逆时针方向交叉绕线的方法，包括正弦绕组法。

11.根据权利要求1-10任一项所述的角度位置传感器，其特征在于，所述角度位置传感器的角度测量范围为

式中，N为每组所述激励线圈的极对数。

12.一种角度测量系统，其特征在于，包括权利要求1-11任一项所述的角度位置传感器以及激励电路、多路选择电路、鉴幅鉴相解调电路以及控制单元；

所述激励电路、所述多路选择电路以及所述鉴幅鉴相解调电路分别连接所述控制单元；

所述多路选择电路连接所述激励电路和所述角度位置传感器中的所述激励线圈，所述角度位置传感器中的所述接收线圈连接所述鉴幅鉴相解调电路；

所述激励电路被配置为根据所述控制单元的第一控制信号产生一激励信号，所述多路选择电路被配置为根据所述控制单元的第二控制信号，选通所述角度位置传感器的不同的所述激励线圈进行激励；

所述鉴幅鉴相解调电路被配置为获取所述角度位置传感器中的所述接收线圈输出信号的幅值和相位；

所述控制单元被配置为根据获取的所述接收线圈输出信号的幅值和相位，确定所述角度位置传感器中所述转子的旋转角度。

13.根据权利要求12所述的角度测量系统，其特征在于，还包括一带通滤波电路，所述带通滤波电路连接所述鉴幅鉴相解调电路和所述角度位置传感器中的所述接收线圈，被配置为滤除所述接收线圈输出信号中的干扰信号。

14.根据权利要求13所述的角度测量系统，其特征在于，还包括一自增益放大电路，所述自增益放大电路连接所述带通滤波电路与所述鉴幅鉴相解调电路，被配置为对第一信号增益放大，并用于将所述第一信号输入所述鉴幅鉴相解调电路；

其中，所述第一信号为滤除所述接收线圈输出信号中的干扰信号后得到的信号。

15.根据权利要求14所述的角度测量系统，其特征在于，所述控制单元包括MCU、模数转换模块以及存储器，所述MCU用于控制所述模数转换模块对第二信号进行模数转换，并根据存储在所述存储器中的标定数据，确定所述角度位置传感器中所述转子的旋转角度；

其中，所述第二信号为所述鉴幅鉴相解调电路根据所述第一信号得到幅值和相位。

16.一种角度位置测量方法，其特征在于，采用如权利要求1-11任一项所述的角度位置传感器或权利要求12-15任一项所述的角度测量系统，包括以下步骤：

S1:获得所述角度位置传感器中M个所述激励线圈的输出信号的幅值和相位；

S2:根据所述信号的幅值和相位，采用象限识别算法、查表法或正余弦变化算法确定所述转子的旋转角度。

17.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1-11任一项所述的角度位置传感器或权利要求12-15任一项所述的角度测量系统。

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