CN114440937A - 轴的旋转角度的检测 - Google Patents

Abstract

本发明的各实施例涉及轴的旋转角度的检测。一种用于检测轴的旋转角度的角度传感器，在该轴的轴向端部处安装有永磁体，该永磁体具有关于轴的旋转轴线彼此对置的至少一个北极和至少一个南极，该角度传感器具有传感器组件和铁磁元件。传感器组件具有至少四个传感器元件，这些传感器元件被布置在传感器元件圆上，其中这些传感器元件之间的角度是等距的，其中传感器元件被设计为检测与传感器元件圆的平面垂直的磁场分量。铁磁元件与传感器元件圆的中心点同心地布置。角度传感器被设置为：相对于轴的轴向端部布置，使得轴的旋转轴线与传感器元件圆的中心点基本上同心，并且传感器组件被布置在永磁体与铁磁元件之间。

Description

轴的旋转角度的检测

技术领域

本发明涉及角度传感器，特别是所谓的EOS传感器，EOS＝End Of Shaft＝轴的端部，EOS传感器被设计用于检测旋转轴的角位置。EOS传感器是与轴的端面对置地布置(例如，与轴的轴线同心地布置)的传感器。

背景技术

典型的EOS传感器具有径向磁化的盘式或环形磁体，该磁体被安装在轴的端部。角度传感器(例如，GMR传感器或AMR传感器)被布置在平行于磁体表面的轴线上。这种布置方式的一个问题可能在于，这些传感器对于杂散场不够鲁棒。为了实现对杂散场的鲁棒性，可以将传感器集成到轴中。这种集成的EOS系统具有角度传感器，该角度传感器布置在径向磁化的环形磁体的中心。在此，传感器系统被插入到轴的空腔中。围绕传感器系统的铁磁性轴使传感器系统免受外部杂散磁场的干扰。然而，由于为了获得良好的性能而应当使用海尔贝克(Halbach)环形磁体组件，因此缺点在于对于系统集成和磁体设计的较高成本。

可以使用提供固有杂散场鲁棒性的差分霍尔传感器。四个霍尔板在圆上以等距的角度布置。四个霍尔板可以单片地集成在单个芯片上。圆心与旋转轴的轴线对齐。盘式磁体固定在旋转轴的端部。当轴旋转时，将获得两个差分信号，正弦信号和余弦信号。霍尔板可以被设计为检测磁场的z分量，即，在旋转轴的轴线方向上的分量。为了获得差分信号，可以分别将两个对置的霍尔板的输出信号相减，Bz1-Bz3和Bz2-Bz4，其中Bz1、Bz2、Bz3和Bz4对应于四个霍尔板的输出信号。

发明内容

期望的是，一种用于检测轴的旋转角度的EOS角度传感器和方法，该EOS角度传感器和方法可以在降低成本的同时实现杂散场鲁棒性。

本公开的示例提供了一种用于检测轴的旋转角度的角度传感器，在该轴的轴向端部处安装有永磁体，该永磁体具有关于轴的旋转轴线彼此对置的至少一个北极和至少一个南极。角度传感器具有传感器组件和铁磁元件。传感器组件具有至少四个传感器元件，这些传感器元件被布置在传感器元件圆上，其中这些传感器元件之间的角度是等距的。传感器元件被设计为检测与传感器元件圆的平面垂直的磁场分量。铁磁元件与传感器元件圆的中心点同心地布置，并且当沿中心轴线的方向观察时，铁磁元件相对于中心点成点对称。角度传感器被设置为：相对于轴的轴向端部布置，使得轴的旋转轴线与传感器元件圆的中心点基本上同心，并且传感器组件被布置在永磁体与铁磁元件之间。

本公开的示例提供了一种角度传感器系统，该角度传感器系统具有这样的角度传感器和被安装在轴的轴向端部处的永磁体，其中角度传感器相对于轴被安装为使得轴的旋转轴线与传感器元件圆的中心点基本上同心，并且传感器组件被布置在永磁体与铁磁元件之间。

本公开的示例提供了一种通过使用这样的角度传感器来检测轴的旋转角度的方法，其中角度传感器相对于被安装在轴的径向端部处的永磁体被安装为使得轴的旋转轴线与传感器元件圆的中心点基本上同心，并且传感器组件被布置在永磁体与铁磁元件之间。借助于至少四个传感器元件来检测由永磁体产生的磁场，并且通过使用至少四个传感器元件的输出信号来确定轴的旋转角度。

因此，即使使用霍尔传感器(诸如霍尔板)作为传感器元件，本公开的示例也可以实现以提高的灵敏度以对杂散场鲁棒的方式检测旋转轴的角度。因此，在本公开的示例中，不必使用强稀土磁体来实现对杂散场鲁棒的EOS角度传感器。除了这种杂散场鲁棒性之外，本公开的示例还可以实现高的检测精度。本公开的示例通过如下的EOS角度传感器系统来实现这一点，在该EOS角度传感器系统中，在轴的端部处安装有盘式磁体，其中角度传感器被布置在磁体与用作磁通量集中器的铁磁元件之间。角度传感器由于使用至少四个传感器元件而具有固有的杂散场鲁棒性，这些传感器元件被布置在传感器元件圆上，并且这些传感器元件之间的角度等距。

附图说明

下面参考附图说明本公开的示例。其中：

图1示出了布置在旋转轴的端部处的角度传感器的一个示例的示意图；

图2示出了EOS角度传感器的一个示例的示意性透视图；

图3示出了由磁体、传感器组件和铁磁元件构成的组件的一个示例的示意图；

图4示出了传感器组件的一个示例的示意性俯视图；

图5示出了仿真模型的示意性透视图和示意性侧视图；

图6示出了具有极靴(Polstück)和没有极靴的传感器元件的示例性仿真检测信号的曲线图。

图7示出了检测元件的示例性仿真信号幅度与极靴直径和极靴到传感器平面的距离的关系；

图8至图10示出了检测元件的示例性仿真信号幅度与极靴直径的关系；并且

图11示出了根据本公开的方法的一个示例的流程图。

具体实施方式

在下文中，通过使用所附的说明来详细描述本公开的示例。应当注意的是，相同的元件或具有相同功能的元件可以设有相同或相似的附图标记，其中通常省略对设有相同或相似附图标记的元件的重复说明。对具有相同或相似附图标记的元件的说明可以彼此互换。在下面的说明中描述了许多细节来提供对本公开示例的更详尽的解释。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，可以实现没有这些特定细节的其他示例。所描述的不同示例的特征可以彼此组合，除非相应组合的特征互斥或这种组合被明确排除。

图1示出了角度传感器10的示例，该角度传感器10具有传感器组件12和铁磁元件14。传感器组件12具有至少四个传感器元件16，这些传感器元件16在传感器元件圆上以等距的角度布置。传感器组件12和铁磁元件14可以安装在共同的载体处，其中铁磁元件14与传感器元件圆的中心点或中心轴线同心地布置。角度传感器10被设置为：相对于轴20的轴向端部18布置，其中轴20可以绕旋转轴线22旋转。在轴20的端部处布置有构成永磁体的盘式磁体24，其具有由北极和南极构成的极对，该北极和南极关于轴20的旋转轴线22沿径向彼此对置。在示例中，磁体可以具有不止一个极对，这些极对的磁极分别沿径向彼此对置。角度传感器10被设计为通过检测由盘式磁体24产生的磁场来检测轴20的旋转角度。角度传感器被定位为与轴20的安装有磁体的轴向端面彼此对置。

图2示出了角度传感器系统30的透视图，其中轴20为电动机32的输出轴。在所示的示例中，传感器组件12和铁磁元件14安装在共同的载体34处，该载体34可以为电路板。在示例中，角度传感器可以具有壳体，其中铁磁元件被集成到壳体中或者可以被安装在壳体的外部。在示例中，角度传感器具有引线框架，其中铁磁元件被实现为引线框架的一部分。在示例中，壳体具有灌封材料(Vergussmaterial)，其中铁磁元件由灌封材料中的铁磁颗粒形成。因此，在示例中，铁磁元件可以以紧凑且简单的方式集成到角度传感器的壳体中。

在图3中示出了由盘式磁体24、传感器组件12和铁磁元件14构成的组件的示意图。图4示意性地示出了传感器组件12的俯视图，该传感器组件12具有四个传感器元件，在图4中以Z1、Z2、Z3和Z4表示这四个传感器元件。这四个传感器元件布置在传感器元件圆36上，这四个传感器元件之间的角距离分别为90°。在其他示例中，可以设置更多数量的传感器元件，其中在彼此对置的传感器元件的输出信号之间分别形成差分信号。如图4所示，传感器元件圆36具有距圆心KM的半径r。半径r可以被称为传感器读取半径，该半径r同样在图3中示出。传感器组件12布置在磁体24与铁磁元件14之间。角度传感器10相对于轴20布置，使得圆心KM基本上与旋转轴线22同心地布置。在此，词语“基本上”的使用旨在包括在半径r的至多10％的范围内的偏差。

铁磁元件14用作磁通量集中器，以便将来自磁体的磁通量集中到传感器组件12的传感器元件16、Z1、Z2、Z3、Z4。为此，在俯视图中，即，当沿传感器元件圆的中心轴线的方向观察时，铁磁元件相对于传感器元件圆的中心点成点对称。在此，“点对称”应当理解为存在映射该图形本身的点反射(Punktspiegelung)。在俯视图中，进行反射的点对应于传感器元件圆的圆心，并且可以被称为对称中心。传感器元件圆的中心轴线延伸穿过中心点，并且垂直于传感器元件圆的圆面。在示例中，当沿中心轴线的方向观察时，铁磁元件是旋转对称的。在示例中，当沿中心轴线的方向观察时，铁磁元件是圆形的。在示例中，铁磁元件是圆柱形的、球形的、半球形的或方体形的。因此，在示例中，磁通量可以均匀地集中到传感器组件的至少四个传感器元件。

在本公开的示例中，当沿轴的轴线方向观察时，极靴(还可以被称为通量导引板)的形状是圆形的，因为于是对称是最好的，并且对不同传感器元件没有不同的影响。然而，备选地，还可以使用其他形状，只要通过这些形状可以使得磁通量朝向传感器元件集中，并且从而实现传感器元件输出信号的放大。

在示例中，铁磁元件的、穿过中心轴线延伸的且垂直于中心轴线的尺寸在传感器元件圆的直径的0.9倍至2倍的范围内。在示例中，铁磁元件的该尺寸在传感器元件圆的直径的1.2倍至1.33倍的范围内。已经表明的是，在这样的尺寸下可以使磁通量有效地朝向传感器元件集中。

在示例中，在中心轴线的方向上，在传感器组件与铁磁元件之间的距离小于550μm。因此，可以在磁场显著消失之前，对磁场进行检测。在示例中，铁磁元件具有铁、SiFe或NiFe。在示例中，磁体可以由这些相对较弱的磁性材料构成，因为通过铁磁元件使得磁通量朝向传感器元件集中，从而不需要昂贵的磁体材料，诸如稀土磁体。

在示例中，角度传感器具有处理电路，该处理电路被配置为通过使用至少四个传感器元件的输出信号来确定轴的旋转角度。在示例中，处理电路被设计为：通过使用至少四个传感器元件中的沿径向对置的两个传感器元件来产生第一差分信号，通过使用至少四个传感器元件中的沿径向对置的另外两个传感器元件来产生第二差分信号，并且基于第一差分信号与第二差分信号的商的反正切来确定旋转角度。因此，可以以对杂散场鲁棒的方式检测旋转角度。

铁磁元件由铁磁材料构成，并且构成极靴，该极靴设置在传感器组件的背离磁体的一侧。因此，在侧视图中，传感器组件布置在磁体与极靴之间。极靴可以集成到灌封壳体中或者安装在壳体的外侧。在示例中，引线框架(Leadframe)也可以由铁磁材料构成并且被结构化，以便实现对磁通量的相应集中。如上所述，极靴、传感器元件圆(还可以被称为传感器读取圆)和磁体围绕旋转轴线同心地对齐。

在示例中，角度传感器是对杂散场鲁棒的EOS传感器，该角度传感器具有四个传感器元件，这四个传感器元件用于检测由盘式磁体产生的Bz磁场分量。在示例中，这些传感器元件被实现为霍尔元件，例如，横向霍尔板。在其他示例中，这些传感器元件可以被实现为磁阻元件，例如那些利用各向异性磁阻(AMR)、巨磁阻(GMR)或隧道磁阻(TMR)的磁阻元件。

在示例中，四个传感器元件布置在圆上，这四个传感器元件之间的角度等距，其中该传感器读取圆的原点与轴的轴线和磁柱轴线同心地对齐。从四个传感器元件可以获得两个差分信号。这些信号是对杂散场鲁棒的。铁磁极靴例如可以由铁、SiFe、NiFe或镍铁合金，诸如坡莫合金构成，该铁磁极靴布置在传感器组件的背面，即，布置在传感器组件的背离磁体的一侧。极靴用作通量集中器并且将作用在传感器元件上的磁信号放大。极靴可以集成到壳体中，例如，包覆成型到壳体中，或者可以安装在铸造壳体的背面。在其他示例中，引线框架可以由铁磁材料构成，或者壳体的灌封材料本身可以包含铁磁颗粒，以形成极靴。

因此，本公开的示例提供了固有的杂散场抑制，其中极靴放大了传感器元件的输出信号，从而提高了信噪比。因此，可以使用较大的气隙并提高杂散场鲁棒性。还可以使用低成本的弱磁体，例如，铁氧体。

由盘式磁体在任意气隙AG中产生的磁场取决于轴的角位置，该角位置以θ表示。四个传感器元件Z1、Z2、Z3和Z4的在z方向上的(即，在旋转轴线方向上的)所产生的磁场分量为：

Z1(AG，θ)＝A_Z(AG)·Sin(θ)，

Z2(AG，θ)＝A_Z(AG)·sin(θ+90°)，

Z3(AG，θ)＝A_Z(AG)·Sin(θ+180°)，

Z4(AG，θ)＝A_Z(AG)·sin(θ+270°)

假设杂散磁场分量Zs是近似均匀的。这种假设使得可以将四个磁场传感器元件的输出信号以如下方式描述为轴的角位置θ的函数：

Z1(θ)＝Sz·(A_Z·sin(θ)+Zs)，

Z2(θ)＝Sz·(A_Z·sin(θ+90°)+Zs)，

Z3(θ)＝Sz·(A_Z·sin(θ+180°)+Zs)，

Z4(θ)＝Sz·(A_Z·sin(θ+270°)+Zs).

在此，对于所有四个磁场传感器元件，假设四个磁场传感器元件的灵敏度Sz相同并且残留偏移

偏移量(Offsets)消失。用于补偿这些假设的偏差的方法是已知的，诸如通过使用所谓的旋转和斩波方法(Spinning-und Chopping-Verfahren)来消除偏移，以及对传感器幅度和非正交性的校准。在示例中，可以使用这样的方法以补偿偏差。

由于四个磁场传感器元件与轴的轴线之间具有相同的气隙和相同的径向距离，因此四个磁场传感器元件的Z幅度将具有基本相同的大小。

可以将磁场传感器元件的相应的两个对置传感器元件的传感器信号相减，以获得对杂散场鲁棒的差分信号：

ΔZ1(θ)＝Z1(θ)-Z3(θ)＝Sz·(2*Az)·cos(θ)，

ΔZ2(θ)＝Z2(θ)-Z4(θ)＝Sz·(2*Az)·sin(θ)

这些对杂散场鲁棒的差分信号具有相同的幅度，并且相移了90°。计算这些差分信号的反正切得出轴的角位置θ：

因此，可以从传感器元件的四个输出信号中确定轴的角位置θ。为了增大磁信号幅度Az，将铁磁元件或极靴添加到传感器系统中。在此，传感器组件布置在磁体与极靴之间。在示例中，使用呈圆盘形状的圆柱形极靴。在其他示例中，极靴还可以为方体形的或具有所谓的方石形状(Ashlar-Form)。在其他示例中，极靴可以具有椭圆形、球形或半球形。如上所述，在示例中，磁体器件(Magnetpille)、传感器读取圆的中心点以及极靴与轴的轴线(即，旋转中心)同心地对齐。

特别地，本公开的示例可以用于精确的角度测量，例如，用于无刷电机的转子位置检测。例如，在具有48V车载电气系统的机动车应用和传动系统的电气化中，电气化的提高可能会产生额外的杂散磁场。即使在这样的应用中，本公开的示例也使得可以可靠地检测旋转角度。

因此，本公开的示例提供了一种对杂散场鲁棒的EOS传感器系统，该EOS传感器系统具有永磁体、磁场传感器和铁磁元件，该铁磁元件在本文中也被称为极靴。磁场传感器可以被设计为磁场传感器芯片，该磁场传感器芯片具有在z方向上灵敏的四个传感器元件，这四个传感器元件以等距的角度布置在具有传感器读取半径r的圆上。将获得两个对杂散场鲁棒的差分信号，Z1-Z3(正弦信号)和Z2-Z4(余弦信号)。通过使用三角反正切函数可以确定轴角度。铁磁极靴增大了传感器元件处的磁信号。极靴布置在传感器组件的背离磁体的一侧。因此，在侧视图中，传感器组件布置在磁体与极靴之间。磁体、传感器组件(即，传感器读数圆的中心)以及极靴与轴的轴线同心地对齐。已经发现的是，如果在俯视图中极靴的尺寸在传感器读取圆直径(2×读取半径r)的0.9倍至2倍的范围内，则可以有效地放大磁信号幅度或使磁信号幅度最大化。在示例中，对于圆柱形、球形或半球形的极靴，直径在传感器读取圆直径的0.9倍至2倍的范围内。

在示例中，在轴的轴线方向上，极靴与灵敏区域(即，传感器组件)的距离在小于550μm的范围内，例如在从300μm至400μm的范围内，例如是350μm。已经表明的是，在这种情况下，就向传感器元件集中通量而言，极靴直径在传感器读取圆直径的1.2倍至1.33倍的范围内是最佳的。已经表明的是，通过使用如下的极靴可以实现在2.5和4之间的系数范围内的信号放大，该极靴的垂直于轴的轴线的尺寸在所描述的范围内。因此，本公开的示例使得可以使用低成本的弱磁体(诸如铁氧体)、提高信噪比、增大可以使用的气隙范围和/或提高杂散场鲁棒性。

已经进行的仿真证实了所描述的效果。图5示出了利用径向磁化的圆柱形钕磁体的仿真模型，该钕磁体具有6mm的直径和3mm的高度。更确切地说，对于仿真，使用具有剩磁Br＝0.51T和矫顽场强HcB＝-355kA/m的塑性结合的各同性的NdFeB作为磁体材料。在52处，示意性地示出了具有四个传感器元件的传感器读取圆，其中使用不同的传感器读取圆直径1.5mm、2.0mm和2.5mm。在2.0mm的典型气隙AG下进行仿真，其中气隙AG对应于磁体与灵敏平面(即，传感器元件被布置在其中的平面)之间的距离。在传感器读取圆的背离磁体的一侧布置有高度为0.3mm的圆柱形极靴。从图5中的仿真模型可以看出，磁体50、传感器读取圆52以及极靴54与旋转轴线同轴地对齐，该旋转轴线在图5中与z轴重合。在模型中(即，在仿真中)，极靴的直径和极靴到灵敏平面的距离会变化。

在第一仿真中使用了传感器读取圆直径为2.5mm的传感器。极靴的尺寸设定为直径6mm和高度0.3mm，其中与灵敏平面的距离为700μm。图6一方面示出了没有极靴的仿真结果，即曲线OP，另一方面示出了具有由磁导率μr＝4000的铁制成的极靴的仿真结果，即曲线MP。从图6中可以看出，代表z方向上的磁场分量的Bz信号通过极靴被放大了1.6倍。在此，图6示出了在360°的完整旋转中的相应Bz信号。

为了改进和进一步优化该放大系数，利用不同几何形状进行了附加的仿真。特别是改变了极靴的厚度和直径，以及极靴到灵敏平面(即，传感器组件)的距离。在此，以垂直于轴的轴线方式延伸穿过各个传感器元件中心的平面可以视为灵敏平面。

图7示出了传感器读取圆半径为1.25mm的传感器的Bz信号幅度与极靴直径和极靴与传感器组件在z方向上的距离SP的关系。极靴与传感器平面之间的距离越小，则信号幅度越高。如在图7中可以看出，当极靴直径在传感器读取圆直径的范围内或稍大于传感器读取圆直径时，在所示示例中为当极靴直径略大于2.5mm时，幅度达到其最大值。

此外，针对不同的传感器读取圆半径进行了仿真，并且对结果进行了评估。相应的结果在图8至图10中示出。图8示出了对于1.5mm的传感器读取圆直径的结果，图9示出了对于2mm的传感器读取圆直径的结果，并且图10示出了对于2.5mm的传感器读取圆直径的结果。在此，图10以另一图示类型示出了与图7相同的结果。在图8至图10中的每个附图中，传感器平面与极靴之间的距离SP分别在150μm至750μm之间变化，其中相应的结果被示出为曲线k1至k7。在图8至图10中，每个曲线k1至k7表示不同的z距离，其中信号在z距离低时达到信号的最大值。

此外，在图8至图10中，分别通过双箭头示出了极靴直径的最佳范围。因此，仿真结果表明，极靴直径在传感器读取圆直径的0.9倍至2.0倍的范围内最有效。对于较小的z距离SP，系数应当接近于0.9，而对于较大的z距离SP，系数应当接近于2。

例如，如果考虑图8中的对应于距离SP为350μm的曲线k3，则在该情况下理想的极靴直径为2mm，这对应于传感器读取圆直径乘以系数1.33。例如，如果考虑图9中的曲线k3，则在该情况下理想的极靴直径为2.5mm，这对应于传感器读取圆直径乘以系数1.25。例如，如果考虑图10中的曲线k3，则在该情况下理想的极靴直径为3mm，这对应于传感器读取圆直径乘以系数1.20。因此可以看出，对于较大的读取圆直径，系数应当比对于较小的读取圆直径相对而言较小。

因此，在本公开的示例中，根据传感器读取圆直径来选择极靴直径，其中当传感器读取圆直径较小时，用于与传感器读取圆直径相乘以获得极靴直径的系数较大，而当传感器读取圆直径较大时，该系数较小。

仿真表明，例如当读取圆直径为2.5mm并且与壳体中的传感器例如以350μm的距离布置的极靴的直径为3mm时，可以实现250％的信号放大。如果将极靴相应地集成到传感器壳体中，其中与传感器组件的距离较小，则可以实现甚至更高的放大倍数，高达400％。

应当注意的是，以上给出的尺寸和距离是示例性的，并且在其他实施方式中，可以使用其他的尺寸和距离。

因此，本公开的示例提出了一种传感器组件，其中圆柱形极靴设置在传感器组件的背离磁体的一侧，其中圆柱体的端面被布置为垂直于传感器读取圆的中心轴线，并且因此垂直于轴的旋转轴线。极靴的端面和传感器元件圆的圆面可以彼此平行地布置。根据传感器读取圆的直径来选择圆柱体的直径，其中在示例中，在传感器读取圆的直径的1.2倍至1.33倍的范围内选择极靴直径。

示例提供了一种如图11所示的方法。在100处，如本文所描述的角度传感器相对于安装在轴的径向端部的永磁体被安装，使得轴的旋转轴线与传感器元件圆的中心轴线基本上同心，并且传感器组件被布置在永磁体与铁磁元件之间。在102处，借助于至少四个传感器元件检测由永磁体产生的磁场。在此，在示例中，分别检测在轴的旋转轴线方向上的磁场分量。然后，在104处，通过使用至少四个传感器元件的输出信号来确定轴的旋转角度。

在示例中，处理电路可以通过任何合适的电路结构来实现，例如，微处理器电路、ASIC电路、CMOS电路等。在示例中，处理电路可以被实现为硬件结构和机器可读指令的组合。例如，处理电路可以具有处理器和存储机器可读指令的存储设备，当由处理器运行这些机器可读指令时，这些机器可读指令导致对本文所描述的方法的执行。

尽管已经将本公开的一些方面作为与装置相关的特征说明，但是显然，这些说明同样可以被视为对相应方法特征的说明。尽管已经将一些方面作为与方法相关的特征说明，但是显然，这些说明同样可以被视为对装置的相应特征或装置的功能的说明。

在前面的详细说明中，将示例中不同的特征部分地一起进行了分组，以简化本公开。这种类型的公开不应当被解读为如下意图：所要求保护的示例具有比每个权利要求中明确陈述的特征多的特征。相反地，如所附权利要求所述，主题可能以少于所公开的单个示例的所有特征的形式存在。因此，所附权利要求由此被包含在详细说明中，其中每个权利要求可以作为其自身的单独示例。虽然每个权利要求可以作为其自身的单独示例，但是应当注意，尽管权利要求中的从属权利要求引用与一个或多个其他权利要求的特定组合，但是其他示例还包括从属权利要求与任何其他从属权利要求的主题的组合或者每个特征与其他从属权利要求或独立权利要求的组合。除非提出不意指特定的组合，否则应当包括这些组合。此外，旨在还包括权利要求的特征与任何其他独立权利要求的组合，即使该权利要求不直接从属于该独立权利要求。

上述示例对于本公开的原理仅是代表性的。应当理解的是，对所说明的布置方式和细节的修改和变型对于本领域技术人员而言是显而易见的。因此，本公开仅由所附权利要求限制，而不由出于说明和解释示例的目的而阐述的具体细节限制。

附图标记

10 角度传感器

12 传感器组件

14 铁磁元件、极靴

16 传感器元件

18 轴向的轴端部

20 轴

22 旋转轴线

24 磁体

30 角度传感器系统

32 电动机

34 共同的载体

36 传感器元件圆、传感器读取圆

Z1、Z2、Z3、Z4 传感器元件

KM 圆心

50 磁体

52 传感器读取圆

54 极靴

Claims (18)

1.一种用于检测轴的旋转角度的角度传感器，在所述轴的轴向端部处安装有永磁体，所述永磁体具有关于所述轴的旋转轴线彼此对置的至少一个北极和至少一个南极，所述角度传感器具有以下特征：

传感器组件，具有至少四个传感器元件，所述至少四个传感器元件被布置在传感器元件圆上，其中所述至少四个传感器元件之间的角度是等距的，其中所述传感器元件被设计为检测与所述传感器元件圆的平面垂直的磁场分量；

铁磁元件，与所述传感器元件圆的圆心同心地布置，并且当沿所述传感器元件圆的中心轴线的方向观察时，所述铁磁元件相对于所述传感器元件圆的圆心成点对称，

其中所述角度传感器被设置为：相对于所述轴的所述轴向端部布置，使得所述轴的所述旋转轴线与所述传感器元件圆的圆心基本上同心，并且所述传感器组件被布置在所述永磁体与所述铁磁元件之间。

2.根据权利要求1所述的角度传感器，其中当沿所述传感器元件圆的所述中心轴线的方向观察时，所述铁磁元件是旋转对称的。

3.根据权利要求2所述的角度传感器，其中当沿所述传感器元件圆的所述中心轴线的方向观察时，所述铁磁元件是圆形的。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的角度传感器，其中所述铁磁元件是圆柱形的、球形的、半球形的或方体形的。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的角度传感器，所述角度传感器具有壳体，其中所述铁磁元件被集成到所述壳体中或者被安装在所述壳体的外部。

6.根据权利要求5所述的角度传感器，所述角度传感器具有引线框架，其中所述铁磁元件被实施为所述引线框架的一部分。

7.根据权利要求5所述的角度传感器，其中所述壳体具有灌封材料，其中所述铁磁元件由所述灌封材料中的铁磁颗粒形成。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的角度传感器，其中所述铁磁元件的、穿过所述传感器元件圆的所述中心轴线延伸的并且垂直于所述中心轴线的尺寸在所述传感器元件圆的直径的0.9倍至2倍的范围内。

9.根据权利要求8所述的角度传感器，其中所述铁磁元件的、穿过所述传感器元件圆的所述中心轴线延伸的并且垂直于所述中心轴线的尺寸在所述传感器元件圆的直径的1.2倍至1.33倍的范围内。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的角度传感器，其中在所述传感器元件圆的所述中心轴线的方向上，所述传感器组件与所述铁磁元件之间的距离小于550μm。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的角度传感器，其中所述铁磁元件具有铁、SiFe、NiFe或铁/镍合金。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的角度传感器，所述角度传感器还具有处理电路，所述处理电路被配置为：通过使用所述至少四个传感器元件的输出信号来确定所述轴的所述旋转角度。

13.根据权利要求12所述的角度传感器，其中所述处理电路被设计为：通过使用所述至少四个传感器元件中的沿径向对置的两个传感器元件来产生第一差分信号，通过使用所述至少四个传感器元件中的沿径向对置的另外两个传感器元件来产生第二差分信号，并且基于所述第一差分信号与所述第二差分信号的商的反正切来确定所述旋转角度。

14.一种角度传感器系统，具有根据权利要求1至13中任一项所述的角度传感器和所述永磁体，所述永磁体被安装在所述轴的所述轴向端部处，其中所述角度传感器相对于所述轴被安装为使得所述轴的所述旋转轴线与所述传感器元件圆的中心点基本上同心，并且所述传感器组件被布置在所述永磁体与所述铁磁元件之间。

15.根据权利要求14所述的角度传感器系统，其中所述永磁体是径向磁化的圆柱形永磁体，所述永磁体同心地被固定在所述轴的所述轴向端部处。

16.根据权利要求14或15所述的角度传感器系统，其中所述永磁体由铁氧体材料构成。

17.一种用于检测轴的旋转角度的方法，具有以下特征：

相对于被安装在轴的径向端部处的永磁体，安装根据权利要求1至13中任一项所述的角度传感器，使得所述轴的旋转轴线与所述传感器元件圆的中心点基本上同心，并且所述传感器组件被布置在所述永磁体与所述铁磁元件之间；

借助于所述至少四个传感器元件来检测由所述永磁体产生的磁场；

通过使用所述至少四个传感器元件的输出信号来确定所述轴的所述旋转角度。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述旋转角度的确定具有以下特征：

通过使用所述至少四个传感器元件中的沿径向对置的两个传感器元件来产生第一差分信号；

通过使用所述至少四个传感器元件中的沿径向对置的另外两个传感器元件来产生第二差分信号；以及

通过计算所述第一差分信号与所述第二差分信号的商的反正切来确定所述旋转角度。

Images