CN115932675A - 传感器装置和所属的制造和操作方法 - Google Patents

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CN115932675A CN202211131757.5A CN202211131757A CN115932675A CN 115932675 A CN115932675 A CN 115932675A CN 202211131757 A CN202211131757 A CN 202211131757A CN 115932675 A CN115932675 A CN 115932675A
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Abstract

一种传感器装置包括第一定子对，其由第一铁磁定子和第二铁磁定子组成。传感器装置还包括第二定子对，其由第二铁磁定子和第三铁磁定子组成。传感器装置还包括多极磁体，该多极磁体可以相对于两个定子对旋转，其中通过多极磁体相对于定子对的旋转感应出磁场。传感器装置还包括第一磁场传感器，其设计用于输出第一传感器信号。传感器装置还包括第二磁场传感器，其设计用于输出第二传感器信号。传感器装置还包括磁通集中器，其设计用于将感应磁场集中在第一磁场传感器的位置和第二磁场传感器的位置处。磁通集中器和两个磁场传感器被布置使得：在形成两个传感器信号之差或之和时，补偿与旋转无关的杂散磁场对两个传感器信号的影响。

Description

传感器装置和所属的制造和操作方法
技术领域
本公开涉及传感器装置。此外，本公开涉及用于操作和用于制造传感器装置的方法。
背景技术
传感器装置可用于各种技术应用。例如，EPS(电子助力转向) 系统可以使用扭矩传感器。在某些环境中，可能会出现杂散磁场，这会不期望地影响和伪造传感器装置的测量结果。传感器装置的制造者和开发者不断努力改进他们的产品和所属的方法。特别地，可能需要提供尽管发生杂散磁场但仍可靠且准确地工作的传感器装置和所属的操作和制造方法。
发明内容
各个方面涉及一种传感器装置。该传感器装置包括第一定子对，其由第一铁磁定子和第二铁磁定子组成。传感器装置还包括第二定子对，其由第二铁磁定子和第三铁磁定子组成。传感器装置还包括多极磁体，该多极磁体可以相对于两个定子对旋转，其中通过多极磁体相对于定子对的旋转感应出磁场。传感器装置还包括第一磁场传感器，其设计用于输出第一传感器信号。传感器装置还包括第二磁场传感器，其设计用于输出第二传感器信号。传感器装置还包括磁通集中器，其设计用于将感应磁场集中在第一磁场传感器的位置和第二磁场传感器的位置处。磁通集中器和两个磁场传感器被布置使得：在形成两个传感器信号之差或之和时，补偿与旋转无关的杂散磁场对两个传感器信号的影响。
各个方面涉及一种传感器装置。该传感器装置包括第一定子对，其由第一铁磁定子和第二铁磁定子组成。传感器装置还包括第二定子对，其由第二铁磁定子和第三铁磁定子组成。传感器装置还包括多极磁体，该多极磁体可以相对于两个定子对旋转，其中通过多极磁体相对于定子对的旋转感应出磁场。传感器装置还包括磁场传感器，其被设计用于输出传感器信号。传感器装置还包括磁通集中器，其设计用于将感应磁场集中在磁场传感器的位置处。在多极磁体相对于定子对旋转时，通过磁通集中器和第一定子对形成第一磁回路，并且通过磁通集中器和第二定子对形成第二磁回路。磁通集中器和磁场传感器被布置使得：在两个磁回路耦合时，补偿与旋转无关的杂散磁场对传感器信号的影响。
各个方面涉及一种方法。该方法包括使多极磁体相对于第一定子对和第二定子对旋转，其中磁场被感应出。该方法还包括通过磁通集中器将感应磁场集中在第一磁场传感器的位置和第二磁场传感器的位置处。该方法还包括通过第一磁场传感器输出第一传感器信号并且通过第二磁场传感器输出第二传感器信号。磁通集中器和两个磁场传感器被布置使得：在形成两个传感器信号之差或之和时，补偿与旋转无关的杂散磁场对两个传感器信号的影响。
各个方面涉及一种用于制造传感器装置的方法。该方法包括提供第一定子对和第二定子对。该方法还包括提供可相对于两个定子对旋转的多极磁体，其中通过多极磁体相对于定子对的旋转感应出磁场。该方法还包括提供第一磁场传感器，其被设置用于输出第一传感器信号。该方法还包括提供第二磁场传感器，该第二磁场传感器被设置用于输出第二传感器信号。该方法还包括提供磁通集中器，该磁通集中器被设置用于将感应磁场集中在第一磁场传感器的位置和第二磁场传感器的位置处。磁通集中器和两个磁场传感器被布置使得：在形成两个传感器信号之差或之和时，补偿与旋转无关的杂散磁场对两个传感器信号的影响。
附图说明
下面参考附图更详细地解释根据本公开的传感器装置和相关的制造和操作方法。相同的附图标记可以表示相同的组件。
图1A、图1B、图1C和图1D分别示出了传感器装置100的结构。
图2显示了传感器装置200的透视图。
图3示出了由杂散磁场引起的传感器装置的输出信号偏移。
图4包括图4A至图4E，其示出了根据本公开的传感器装置400 的不同视图。
图5示意性地示出了形成在传感器装置400中的磁回路。
图6示出了传感器装置400的输出信号。
图7示意性地示出了在杂散磁场的影响下在传感器装置400中形成的磁回路。
图8示出了由杂散磁场引起的传感器装置400的输出信号的偏移。
图9示出了由杂散磁场引起的磁场测量中的误差。
图10示出了由杂散磁场引起的扭转角测量中的误差。
图11包括图11A和图11B，其示出了根据本公开的传感器装置 1100的不同视图。
图12包括图12A至图12F，其示出了根据本公开的传感器装置 1200的不同视图。
图13示意性地示出了形成在传感器装置1200中的磁回路。
图14示出了传感器装置1200的输出信号。
图15示意性地示出了在杂散磁场的影响下在传感器装置1200中形成的磁回路。
图16示意性地示出了在杂散磁场的影响下形成在传感器装置 1200中的磁回路和所属的磁通。
图17示出了在杂散磁场的影响下传感器装置1200的输出信号。
图18示出了根据本公开的传感器装置1800的透视图。
图19示意性地示出了形成在传感器装置1800中的磁回路。
图20示出了在杂散磁场的影响下传感器装置1800的输出信号。
图21显示了根据本公开的用于操作传感器装置的方法的流程图。
图22显示了用于制造根据本公开的传感器装置的方法的流程图。
具体实施方式
图1A到图1D示出了如图1D所示的传感器装置100的结构和部件。图1A示出了通过扭杆4相互连接的第一转轴2A和第二转轴2B。如下所述，针对扭杆4可以存在扭矩传感器，该扭矩传感器可以被设置用于测量第一转轴2A和第二转轴2B之间的扭转角。在一个示例中，转轴2A和2B可以是转向柱的一部分或与其机械地耦联。这里，第一转轴2A可以是从方向盘延伸至扭矩传感器的输入轴，第二转轴 2B可以是从扭矩传感器延伸至转向轴联轴器的输出轴。
针对扭杆4存在的扭矩传感器可以具有转子和定子。图1B示出了环形多极磁体6形式的转子，其可以具有大量交替的磁北极和磁南极。转子或多极磁体6可以固定在第一转轴2A上、或者相对于其是抗扭的。
图1C示出了由一个定子对8组成的定子。该定子对8可以由第一铁磁定子10A和第二铁磁定子10B组成。该定子对8可以固定在第二转轴2B上、或者相对于其是抗扭的。
图1D示出了传感器装置100，除了先前描述的部件之外，它还可以具有磁通集中器12和磁场传感器14。磁场传感器14例如可以是 (尤其是非接触式的)霍尔传感器，其被设置用于检测磁场并且输出相关的测量信号。在这种情况下，输出信号尤其可以与检测到的磁场成正比。磁通集中器12可以被设置用于将磁场集中在磁场传感器14 的位置处。图1D中通过箭头指示出具有磁场传感器14的磁通集中器 12如何能够从上方围绕定子和转子布置。
当第一转轴2A相对于第二转轴2B旋转时，多极磁体6可以相对于铁磁定子10A和10B旋转。多极磁体6的旋转尤其可以基于转向柱的旋转或方向盘的旋转。在图1的例子中，多极磁体6的转轴可以沿着z轴延伸。通过旋转多极磁体6可以产生(或感应)磁通变化或磁场，并且可以由磁场传感器14检测。磁通变化尤其可以与扭转角成比例。基于由磁场传感器14检测到的磁通变化，可以确定在第一转轴2A与第二转轴2B之间的扭转角以及施加到第一转轴2A的扭矩 (例如，由车辆的驾驶员产生)。
例如，传感器装置100可以是EPS系统、即电动助力转向系统的一部分。EPS系统可以具有用于对助力转向进行转向辅助的电动机 (未示出)。根据由磁场传感器14提供的关于施加扭矩的信息，EPS 系统的控制设备(ECU，电子控制单元)(未示出)可以测定电动助力转向系统所需的转向辅助。例如，为了提供转向辅助，可以通过三相驱动器IC控制电动机。应注意，本文所述的传感器装置的应用不限于电动助力转向系统。相反，本文描述的传感器装置可以在任何应用中实施，应为其操作提供对转角或扭矩的确定。
图2的传感器装置200可以类似于图1的传感器装置100并且具有相同的特性。为了清楚说明，未示出图1中的转轴2A和2B以及扭杆4。与图1不同，图2的传感器装置200可以具有两个磁场传感器14A和14B。可以通过使用第二磁场传感器来提供磁场的冗余第二测量或第二冗余测量通道。
在图3中示出了传感器装置的输出信号。传感器装置例如可以分别是图1和图2中的传感器装置100和200之一。由传感器装置检测到的以mT为单位的磁场相对于转子或多极磁体的扭转角(以度为单位)进行绘制。第一条虚曲线显示了在没有杂散磁场的情况下由传感器装置输出的信号。第一条曲线有线性走势并且在0度扭转角时具有为0mT的检测到的磁场强度。第二条实曲线显示了在z方向、即在旋转轴线的方向上存在杂散磁场时由传感器装置的输出信号。第二条曲线基本上对应于向上移动的第一条曲线。在0度的扭转角时，第二条曲线具有约为10mT的检测到的磁场强度。在比较这两条曲线时，杂散磁场对传感器装置的测量结果产生了不希望的影响。因此，传感器装置不能提供对杂散磁场鲁棒的测量。
图4示出了根据本公开的传感器装置400的不同视图。图4A示出了传感器装置400的透视图，图4B是侧视图，图4C是俯视图。
图4D和图4E分别示出了传感器装置400的放大片段。传感器装置 400可以至少部分地类似于前述附图中的传感器装置并具有相同的属性。
传感器装置400可以具有第一定子对8A和第二定子对8B。定子对8A和8B相对于彼此的位置可以是固定的。第一定子对8A可以由第一铁磁定子10A和第二铁磁定子10B组成。以类似的方式，第二定子对8B可以由第三铁磁定子10B和第四铁磁定子10C组成。在图 4的示例中，第二定子对8B的第三铁磁定子10B可以对应于第一定子对8A的第二铁磁定子10B。换言之，两个定子对8A和8B可以共用中间定子10B。由此，可以实现传感器装置400在z方向上的尺寸减小。在进一步的示例(未示出)中，定子对8A和8B可以具有彼此分离的定子。铁磁定子10A至10C中的每一个在形状上可以是环形(或齿圈形)并且可以具有多个齿(或翼部)16。每个定子对的铁磁定子可以彼此相对置地布置，使得相对置的定子的齿16彼此啮合或互锁。
传感器装置400可以具有多极磁体6。多极磁体6可以是环形(或齿圈形)并且具有大量交替的磁北极和磁南极。在图4的示例中，多极磁体6可以具有十六个交替磁极。在另外的示例中，交替磁极的数量可以选择为任意更小或更大。当然，齿16的数量可以与多极磁体6 的极对数相匹配。多极磁体6例如可以沿其圆周具有多个永磁体。这些磁体可以布置成北极和南极沿多极磁体6的外边缘交替定位。定子对8A、8B和多极磁体6可以围绕转轴或围绕扭杆布置，如结合图1 所描述的。在这种情况下，可以将定子对8A、8B固定在第一转轴上，并且将多极磁体6固定在第二转轴上。转轴可以经由扭杆相互连接。
多极磁体6能够相对于每个定子对8A和8B旋转。在图4的示例中，多极磁体6可以围绕沿z方向延伸的旋转轴线旋转。该旋转轴线可以对应于第一定子对8A、第二定子对8B和多极磁体6的共有对称轴线。图4的示例性描述显示了传感器装置400处于多极磁体6的非扭转状态，即处于零度扭转角。在多极磁体6的这种零位置中，定子 10A至10C的每个齿16可以(特别是精确地)布置在多极磁体6的北极与南极之间。换言之，定子10A至10C的每个齿16具有距多极磁体6的N极和S极相等的距离。
传感器装置400可以具有第一磁通集中器12A和第二磁通集中器 12B。在图4中，第一磁通集中器12A可以布置在第一定子对8A的左外侧上，第二磁通集中器12B可以布置在第二定子对8B的右外侧上。在图4的示例中，磁通集中器12A和12B中的每一个可以具有两个部分，这两个部分可以在z方向上彼此叠置。这些部分中的每一个可以具有沿铁磁定子延伸的弧状的第一部段18以及两个径向向外突出的第二部段20。磁通集中器12A和12B的放大图可以分别在图 4D和图4E中看到。
传感器装置400可以具有第一磁场传感器14A和第二磁场传感器 14B。在图4A至4C中未明确示出磁场传感器14A和14B，而是仅以箭头指示出它们的位置。磁场传感器14A和14B的示例性精确位置在图4D和图4E的放大图中示出。磁场传感器14A和14B中的每一个可以具有至少一个传感器元件，并且可以被设置用于检测传感器元件的位置处的磁场。特别地，磁场传感器14A和14B中的每一个可以被设置用于检测磁场的绝对磁场强度。相应的磁场传感器可以检测检测到的磁场的大小和磁场的符号，即方向。基于检测到的磁场，相应的磁场传感器可以输出信号，该信号尤其可以与检测到的磁场成正比。磁场传感器14A和14B的传感器元件尤其可以是霍尔传感器元件。磁场传感器14A和14B可以实施为(特别是非接触式的)霍尔传感器。磁场传感器14A和14B尤其可以是线性传感器。
第一磁场传感器14A的位置可以相对于第二磁场传感器14B的位置绕转轴或对称轴旋转。特别是在图4C的俯视图中可以识别出，在该处所示的示例中，磁场传感器14A和14B可以相对于彼此旋转180 度的角度。在另外的示例中，磁场传感器14A和14B可以相对于彼此旋转其他角度。
图4D和图4E示出了磁通集中器12A和12B的更详细视图。在图4D中，第一磁通集中器12A可以具有与第一铁磁定子10A耦联的第一部段20A和与第二铁磁定子10B耦联的第二部段20B。以类似的方式，在图4E中，第二磁通集中器12B可以具有与第二铁磁定子10B 耦联的第三部段20C和与第三铁磁定子10C耦联的第四部段20D。四个部段20A至20D中的每一个可以基本上径向向外指向并且基本上垂直于多极磁体6的旋转轴线延伸。
在图4D中，第一磁场传感器14A可以布置在第一磁通集中器12A 的第一部段20A与第二部段20B之间。以类似的方式在图4E中，第二磁场传感器14B可以布置在第二磁通集中器12B的第三部段20C 与第四部段20D之间。第一磁通集中器12A可以被设置用于将磁场集中在第一磁场传感器14A的位置处。以类似的方式，第二磁通集中器12B可以被设置用于将磁场集中在第二磁场传感器14B的位置处。第一磁场传感器14A和第二磁场传感器14B可以分别在平行于多极磁体6的旋转轴线的方向上灵敏，即在z方向上灵敏。特别地，磁场传感器14A和14B可以在相同方向上灵敏。在另一示例中，磁场传感器14A和14B的灵敏度方向可以彼此相反。
由于北极和南极交替布置，多极磁体6的旋转可以感应出磁场。产生的磁场可以被磁通集中器12A和12B分别集中在磁场传感器14A 和14B的位置处。集中磁场的方向可以取决于多极磁体6的旋转方向。在一个示例中，集中在第一磁场传感器14A的位置的磁场可以在正z 方向上延伸，而集中在第二磁场传感器14B的位置的磁场可以在负z 方向上延伸。集中在磁场传感器14A和14B的位置处的磁场可以基本上具有相同的幅度和相反的符号。
图5以简化说明示意性地示出了当多极磁体6旋转时可以在图4 的传感器装置400中形成的磁回路。在上部第一磁回路中，集中在第一磁场传感器14A的位置处的磁场由指向上方的小箭头指示。第一磁场传感器14A能够检测集中在其位置处的磁场并输出传感器信号S1。以类似的方式，在下部的第二磁回路中，集中在第二磁场传感器14B 的位置处的磁场由指向下方的小箭头指示。集中在磁场传感器14A、 14B的位置处的磁场尤其可以在相反的方向上取向。第二磁场传感器 14B可以检测集中在其位置处的磁场并输出传感器信号S2。
在图6中，示出了传感器装置400或磁场传感器14A、14B的输出信号。参考图5，输出信号可以是传感器信号S1和S2。由磁场传感器14A和14B检测到的以mT为单位的磁场相对于以度为单位的多极磁体6的扭转角进行绘制。第一条实曲线示出了在没有杂散磁场情况下的第一磁场传感器14A的输出信号S1。第二条虚线曲线示出了在没有杂散磁场情况下的第二磁场传感器14B的输出信号S2。第二条曲线基本上对应于第一条曲线的反转。图6中的曲线显示了由磁场传感器14A和14B输出的信号与多极磁体6的转角的线性相关性。两条曲线具有基本线性的走势，并显示在多极磁体6的零位置(即在扭转角0度)时检测的磁场强度是0mT。
图7以简化说明示意性地示出了在杂散磁场的影响下在传感器装置400中形成的磁回路。所示的磁回路可以对应于图5中所示的磁回路。在图7中，杂散磁场附加地由向上指的箭头表示。在图7的示例中，杂散磁场可以在z方向上延伸。杂散磁场尤其可以独立于多极磁体6相对于定子对8A、8B的旋转。杂散磁场可以覆盖集中在磁场传感器14A、14B的位置处的磁场。与图5相比，由磁场传感器14A、 14B输出的传感器信号可以具有由杂散磁场引起的分量Sstreu。在图7 的示例中，杂散磁场的贡献Sstreu被添加到传感器信号S1和S2中的每一个。
在图8中示出了在z方向上的杂散磁场的影响下的传感器装置 400和包含在其中的磁场传感器14A、14B的输出信号。与图6不同，两个磁场传感器14A和14B的输出信号可以由于杂散磁场引起的 Sstreu分量而向上偏移。从图8可以看出，杂散磁场引起的信号偏移对两个传感器通道的影响方式相同。
基于磁场传感器14A和14B的测量，可以确定由磁场传感器14A 和14B输出的传感器信号之差(或和)。例如，可以通过磁场传感器14A和14B中的一个或两个，或者通过诸如控制单元的另一组件来测得差(或和)。如下所述，可以补偿杂散磁场对所获取的差(或和) 的影响。
从磁场传感器14A和14B所输出的两个信号可以根据
形成差分信号。在这种情况下，BAusgabe是输出的差分信号，BSensor1是第一传感器所输出的信号，BSensor2是第二传感器所输出的信号。在杂散磁场的情况下，输出信号可以根据下式得出
磁通集中器12A、12B和磁场传感器14A、14B被布置使得：当没有杂散磁场时，第一输出信号S1和第二输出信号S2相对于彼此反向并且具有相同的绝对值。换而言之，适用的是
S2＝-S1。     (3)
因此对于输出信号可以得出
由于杂散磁场对第一传感器信号S1和第二传感器信号S2的影响相同，因此杂散磁场的分量在形成差时可以相互抵消。
根据以上陈述，磁通集中器12A、12B和两个磁场传感器14A、 14B的所选布置可以补偿与旋转无关的杂散磁场在形成两个传感器信号之差时对两个传感器信号的影响。在此应该指出，在另外的示例中，不必形成两个传感器信号之差。杂散磁场的补偿也可以通过形成两个传感器信号之和来实现，例如如果两个磁场传感器14A、14B之一被反向并且因此其输出信号仅仅改变符号。因此，术语“形成差”和“形成和”可以被认为在本文描述的示例中是可互换的。
根据本公开的图4的传感器装置400和本文描述的所有其他传感器装置因此可以被设置用于提供独立于杂散磁场的测量。换言之，传感器装置400可以提供对杂散磁场具有鲁棒性的测量。因此，图4的传感器装置400和根据本公开的类似传感器装置无需具有一个或多个电磁屏蔽件以使磁场传感器14A和14B免受杂散磁场的影响。在此还应该注意，这里考虑的杂散磁场可以是均匀的杂散场，也可以是不均匀的杂散场。特别地可以假设，根据在此处为磁场传感器14A、14B 考虑的相关空间维度上，能将不均匀的杂散场通过均匀杂散场进行近似。
从下面讨论的表1也可以看出，在杂散磁场的影响下通过形成差而算出的值与在没有杂散磁场干扰的情况下通过形成差而算出的值一致。下面的表1显示了来自根据本公开的传感器装置的两个磁场传感器的不同输出信号。例如，可以涉及传感器装置400的磁场传感器 14A和14B的输出信号。表1的第一列包含不存在杂散磁场时的差分信号的值。表1的第二列和第三列分别包含在z方向上存在杂散磁场的情况下由第一磁场传感器14A和第二磁场传感器14B输出的信号的值。表1的第四列包含存在杂散磁场时的差分信号的值。
表1：
从表1可以看出，第一列和第四列的差分信号各自的值基本相同，因此基本与杂散磁场无关。表1还揭示了根据等式(1)获得的差分信号与多极磁体的转角之间的基本线性相关性。进一步参考前面的附图，可以基于来自第一磁场和第二磁场的差异，确定第一转轴与第二转轴之间的扭转角和/或施加到第一转轴上的扭矩。
在图9中示出了取决于杂散磁场方向的由杂散磁场引起的磁场测量误差。以mT为单位的磁场绝对误差相对于以度为单位的扭转角进行绘制。第一条实曲线说明了x方向上杂散磁场的绝对磁场误差。第二条虚线曲线说明了y方向上杂散磁场的绝对磁场误差。第三条虚线说明了在z方向上杂散磁场的绝对磁场误差。例如，相应的杂散磁场可以具有大约4kA/m的磁场强度。
由杂散磁场引起的扭转角测量误差在图10中示出。以度为单位的扭转角的绝对误差相对于以度为单位的扭转角进行绘制。第一条实曲线显示了x方向上杂散磁场的绝对角误差。第二条虚曲线显示了y 方向上杂散磁场的绝对角误差。第三条虚曲线显示了z方向上杂散磁场的绝对角误差。例如，相应的杂散磁场可以具有大约4kA/m的磁场强度。
图11示出了根据本公开的传感器装置1100的不同视图。图11A 示出了透视图并且图11B示出了传感器装置1100的放大片段。传感器装置1100可以至少部分地类似于上述传感器装置并且具有相似的特性。与图4不同，传感器装置1100并不具有在空间上彼此分离并且围绕旋转或对称轴线相对于彼此旋转的两个磁通集中器12A、12B。相反，传感器装置1100可以包括布置在单个位置的更紧凑的磁通集中器12。
磁通集中器12可以包括与第一铁磁定子10A耦联的第一部段 22A、与第二铁磁定子10B耦联的第二部段22B、以及与第三铁磁定子10C耦联的第三部段22C。三个部段22A至22C中的每一个可以基本上平行于多极磁体6的旋转轴线延伸。在所示示例中，部段22A 至22C可以分别设计为条形。在图11B的放大图中可以看到磁场传感器14A、14B的位置。第一磁场传感器14A可以布置在磁通集中器 12的第一部段22A与第二部段22B之间。此外，第二磁场传感器14B 可以布置在磁通集中器12的第二部段22B与第三部段22C之间。
将由多极磁体6的旋转产生的磁通量引导到部段22A至22C。第一磁场传感器14A和第二磁场传感器14B可以分别布置成在与多极磁体6的旋转轴线大致垂直的方向上灵敏。集中磁场的方向和磁场传感器14A、14B的灵敏度方向因此可以基本上彼此平行地对齐。
类似于图4中的传感器装置400，磁通集中器12和磁场传感器 14A、14B可以布置在图11A中的传感器装置1100中，并且磁场传感器14A、14B布置使得：在形成两个传感器信号之差或之和时，补偿与多极磁体6的旋转无关的杂散磁场对由磁场传感器14A、14B输出的两个传感器信号的影响。例如，由磁场传感器14A、14B输出的信号可以对应于图6和8中所示的那些。传感器装置1100可以根据等式(1)至(4)输出差信号。为简单起见，在此参考之前的文本段落。
与图4的传感器装置400相比，图11A的传感器装置1100可以可选地具有第一电磁屏蔽件24和/或第二电磁屏蔽件26。在图11A中，为了清楚说明仅部分地示出了电磁屏蔽件24和26，以免遮盖传感器装置1100的内部部分。第一电磁屏蔽件24可以至少部分地围绕磁通集中器12和磁场传感器14A、14B布置。在图11的示例中，第一电磁屏蔽件24例如可以是矩形的，并且具体地可以围绕磁通集中器12 的部段22A至22C布置。第一电磁屏蔽件24可以被设置用于屏蔽磁通集中器12和磁场传感器14A、14B免受杂散磁场的影响。在图11A 的示例中，第二电磁屏蔽件26例如可以是环形的，并且可以围绕两个定子对8A、8B和多极磁体6布置。通过使用两个电磁屏蔽件24 和26，可以提高由磁场传感器14A、14B提供的测量精度。
图12示出了根据本公开的传感器装置1200的不同视图。传感器装置1200可以至少部分地类似于上述传感器装置并且具有相似的特性。类似于图11，传感器装置1200可以具有第一电磁屏蔽件24和/ 或第二电磁屏蔽件26。图12A和图12B分别示出了传感器装置1200的透视图和侧视图。这里，为了清楚说明，电磁屏蔽件24和26仅部分地示出，以免遮盖传感器装置1200的内部部分。此外，图12C至图12E示出了传感器装置1200的透视图、侧视图和俯视图，其中电磁屏蔽22和24示出为完整且闭合的。图12F显示了传感器装置1200 的放大片段。
例如，传感器装置1200在结构上可以与图11中的传感器装置 1100相似，并且可以具有相似的组件。与图11相比，可以另外设计传感器装置1200的磁通集中器12。在图12的示例中，磁通集中器 12可以具有与第一铁磁定子10A和第三定子10C耦联的第一部段 28A，以及与第二铁磁定子10B耦联的第二部段28B。在所示示例中，部段28A和28B可以分别设计为条形。两个部段28A和28B中的每一个可以平行于多极磁体6的旋转轴线、即在z方向上延伸。此外，磁通集中器12可以可选地具有沿铁磁定子10延伸的圆弧形部段18，其可以被设置用于将由多极磁体6的旋转产生的磁通引导到部段28A 和28B。
与之前描述的图4和图11的传感器装置400和1100不同，图12 的传感器装置1200具有单个的磁场传感器14，该磁场传感器可以布置在第一部段28A于第二部段28B之间，如在图12F的详细视图中所示。在图12F中的示例中，磁场传感器14可以参照z方向特别是居中地布置在部段28A、28B之间。在其他示例中，磁场传感器可以在z方向上向上或向下移动。由磁通集中器12在磁场传感器14的位置处集中的磁场可以在从第一部段28A到第二部段28B的方向上延伸，并且反之亦然。特别地，磁场传感器14可以在相同方向上灵敏，即在垂直于旋转轴线的方向上灵敏。
图13以简化说明示意性地示出了诸如可以在图12的传感器装置 1200中形成的磁回路。更具体地，在多极磁体相对于定子对旋转时，上部第一磁回路可以由磁通集中器和第一定子对形成，下部第二磁回路可以由磁通集中器和第二定子对形成。由磁通集中器12集中在磁场传感器14的位置处的磁场由指向右侧的小箭头指示。磁场传感器 14可以检测集中在其位置处的磁场并输出传感器信号S1。
图14示出了传感器装置1200的示例性输出信号。这里，由磁场传感器14测量的磁场强度相对于转角进行绘制。传感器信号S1可以具有线性走势。
图15以简化说明示意性地示出了在杂散磁场的影响下在传感器装置1200中形成的磁回路。磁回路可以对应于图13中所示的磁回路。在图15中，杂散磁场附加地由向上的箭头表示。在图15的示例中，杂散磁场可以在z方向上延伸。杂散磁场尤其可以独立于多极磁体6 相对于定子对8A、8B的旋转。杂散磁场可以覆盖集中在磁场传感器 14的位置处的磁场。
图16示出了在传感器装置1200中出现的磁回路，如已经结合图 15所讨论的。磁回路可以被认为是磁通的闭合路径。下部磁回路可以与沿着第一顺时针路径30A的第一磁通量相关联，而上部磁回路可以与沿着第二逆时针路径30B的第二磁通量相关联。两个磁通中的每一个都可以对磁场传感器14输出的传感器信号S1做出贡献。
杂散磁场可以影响两个磁通中的任何一个。在图16的示例中，杂散磁场对两个磁通的影响由箭头32A和32B表示，它们基本上是逆时针定向的。沿着路径30B的上部磁通对传感器信号S1的贡献可以被杂散磁场放大(箭头30B和32B都在相同的方向上延伸)。此外，沿着路径30A的下部磁通对传感器信号S1的贡献可以被杂散磁场减小(箭头30A和32A沿相反方向延伸)。
在实践中或从总体上看，磁场传感器14将不测量彼此分离的磁回路的单独信号贡献，但测量将与两个磁回路的耦合相关联。在测量时，误差增加的信号贡献(参见路径30B)因此可以与误差减小的信号贡献(参见路径30A)相加，由此可以使传感器信号S1中的杂散磁场得到补偿。换言之，杂散磁场可能对两个(相反的)磁通的信号贡献产生相反的影响。可以通过杂散磁场的这种相反的施加来补偿杂散磁场在传感器信号S1中的贡献。
当两个磁回路耦合时杂散磁场对传感器信号S1的影响得到补偿，这可以在传感器装置1200中提供，特别是通过磁通集中器12和磁场的布置传感器14或通过磁回路和所属磁通的设计来提供。通过所选布置，磁通集中器12可以将由多极磁体6的旋转产生的磁场对准磁场传感器14，使得实现所述的将杂散磁场反向施加到磁通上。在此应当注意，所示的磁通集中器12和磁场传感器14的布置是示例性的而不是限制性的。在其他示例中，磁通集中器12和磁场传感器14也可以以不同的方式布置，使得在两个磁回路耦合时，杂散磁场对传感器信号的影响得到补偿。
图17示出了在杂散磁场的影响下传感器装置1200的示例性输出信号。在这里，测得的磁场强度相对于转角进行绘制。因为可以补偿杂散磁场对传感器信号S1的影响，所以传感器信号S1基本上可以具有类似于图14的走势。
图18的传感器装置1800可以至少部分地类似于图12的传感器装置1200并且具有相同的特性。与图12相比，传感器装置1800可以具有两个磁场传感器14A和14B。磁场传感器14A、14B中的每一个均可以布置在磁通集中器12的第一部段28A与第二部段28B之间。在此，磁场传感器14A、14B可以布置成在z方向上彼此偏移。此外，磁场传感器14A、14B中的每一个均可以在垂直于多极磁体6的旋转轴线的方向上灵敏。
图19以简化说明示意性地示出了诸如可以在图18的传感器装置 1800中形成的磁回路。图19可以至少部分地类似于图13。与图13 不同，图19中示出了两个磁场传感器14A、14B，磁通集中器12可以在这两个磁场传感器的位置处集中多极磁体6旋转时感应的磁场。类似于图13，该磁场在图19中由指向右侧的小箭头指示。
图20示出了在杂散磁场的影响下传感器装置1800的磁场传感器 14A、14B的示例性输出信号S1和S2。回到图16，已经解释过，杂散磁场可以对磁回路中相反磁通的信号贡献具有相反的影响。以类似的方式，在传感器装置1800中，可以在传感器信号S1和S2中的每一个中补偿杂散磁场的贡献。信号S1和S2的走势因此可以与杂散磁场无关。
图21示出了根据本公开的方法的流程图。例如，该方法可以用于操作根据本发明的传感器装置。图21的方法可以结合任何前面的图来阅读。
在34，多极磁体可以相对于第一定子对和第二定子对旋转，其中磁场被感应出。在36，感应磁场可以通过磁通集中器集中在第一磁场传感器的位置和第二磁场传感器的位置处。在38，第一磁场传感器可以输出第一传感器信号，并且第二磁场传感器可以输出第二传感器信号。磁通集中器和两个磁场传感器被布置使得：在形成两个传感器信号之差或之和时，补偿与旋转无关的杂散磁场对两个传感器信号的影响。
图22示出了用于制造根据本公开的传感器装置的方法的流程图。例如，图22的方法可用于根据本公开制造本文所述的任何传感器装置。该方法可以结合任何前面的图来阅读。
在40，可以提供第一定子对和第二定子对。在42，可以提供多极磁体，该多极磁体可相对于两个定子对旋转，其中通过多极磁体相对于定子对的旋转感应出磁场。在44，可以提供第一磁场传感器，其被设置用于输出第一传感器信号。在46，可以提供第二磁场传感器，其被设置用于输出第二传感器信号。在48，可以提供磁通集中器，其被设置用于将感应磁场集中在第一磁场传感器的位置和第二磁场传感器的位置处。磁通集中器和两个磁场传感器被布置使得：在形成两个传感器信号之差或之和时，补偿与旋转无关的杂散磁场对两个传感器信号的影响。
示例
下面解释传感器装置和所属的制造和操作方法。
示例1是一种传感器装置，包括：第一定子对，由第一铁磁定子和第二铁磁定子组成；第二定子对，由第二铁磁定子和第三铁磁定子组成；多极磁体，该多极磁体能相对于两个定子对旋转，其中通过多极磁体相对于定子对的旋转而感应出磁场；第一磁场传感器，被设置用于输出第一传感器信号；第二磁场传感器，被设置用于输出第二传感器信号；和磁通集中器，其被设置用于将感应磁场集中在第一磁场传感器的位置和第二磁场传感器的位置，其中磁通集中器和两个磁场传感器被布置使得：在形成两个传感器信号之差或之和时，补偿与旋转无关的杂散磁场对两个传感器信号的影响。
示例2是根据示例1所述的传感器装置，其中，所述磁通集中器和两个磁场传感器被布置使得所述第一传感器信号和所述第二传感器信号彼此反相。
示例3是根据示例1或2所述的传感器装置，其中：每个定子是环形的且具有多个齿，并且每个定子对的定子相对置地布置，并且相对置的定子的齿彼此啮合。
示例4是根据前述示例中任一项所述的传感器装置，其中，述多极磁体是环形的并且具有多个交替的磁北极和磁南极。
示例5是根据示例3和4所述的传感器装置，其中，在所述多极磁体的非扭转状态下，所述定子的每个齿具有距多极磁体的磁北极和磁南极相等的距离。
示例6是根据前述示例中任一项所述的传感器装置，其中：多极磁体固定在第一转轴上，第一定子对和第二定子对固定在第二转轴上，以及第一转轴和第二转轴通过扭杆彼此连接。
示例7是根据示例6所述的传感器装置，其中所述传感器装置被设置用于基于形成两个传感器信号之差或之和来确定以下至少一项：所述第一转轴与所述第二转轴之间的扭转角，或施加到第一转轴上的扭矩。
示例8是根据示例6或7所述的传感器装置，其中，所述第一转轴与车辆的转向柱机械地耦联，并且所述多极磁体的旋转基于所述转向柱的旋转。
示例9是根据前述示例中任一项所述的传感器装置，其中，所述传感器装置被设置用于电助力转向。
示例10是根据前述示例中任一项所述的传感器装置，其中：磁通集中器具有与第一定子耦联的第一部段、与第二定子耦联的第二部段和与第三定子耦联的第三部段，三个部段中的每一个都平行于多极磁体的旋转轴线延伸，第一磁场传感器布置在第一部段与第二部段之间，第二磁场传感器布置在第二部段与第三部段之间，并且第一磁场传感器和第二磁场传感器分别在垂直于多极磁体的旋转轴线的方向上灵敏。
示例11是根据示例1至9中任一项所述的传感器装置，其中：磁通集中器具有与第一定子和第三定子耦联的第一部段以及与第二定子耦联的第二部段，两个部段中的每一个都平行于多极磁体的旋转轴线延伸，第一磁场传感器和第二磁场传感器分别布置在第一部段与第二部段之间，并且第一磁场传感器和第二磁场传感器分别在垂直于多极磁体的旋转轴线的方向上灵敏。
示例12是根据示例1至9中任一项所述的传感器装置，其中：磁通集中器具有与第一定子耦联的第一部段、与第二定子耦联的第二部段、与第二定子耦联的第三部段、和与第三定子耦联的第四部段，四个部段中的每一个都垂直于多极磁体的转轴，第一磁场传感器布置在第一部段与第二部段之间，第二磁场传感器布置在第三部段与第四部段之间，第一磁场传感器和第二磁场传感器分别在平行于多极磁体的旋转轴线的方向上灵敏，并且第一磁场传感器的位置相对于第二磁场传感器的位置围绕多极磁体的旋转轴线发生转动。
示例13是根据前述示例中任一项所述的传感器装置，还包括：第一电磁屏蔽件，该第一电磁屏蔽件围绕磁通集中器和两个磁场传感器布置。
示例14是根据前述示例中任一项所述的传感器装置，还包括：环形的第二电磁屏蔽件，该第二电磁屏蔽件围绕两个定子对和多极磁体布置。
示例15是根据前述示例中任一项所述的传感器装置，其中，所述两个磁场传感器分别被设置用于检测感的应磁场的参照灵敏度方向的数值和符号。
示例16是根据前述示例中任一项所述的传感器装置，其中，所述两个磁场传感器中的每个分别包括霍尔传感器。
示例17是一种传感器装置，包括：第一定子对，由第一铁磁定子和第二铁磁定子组成；第二定子对，由第二铁磁定子和第三铁磁定子组成；多极磁体，该多极磁体能相对于两个定子对旋转，其中通过多极磁体相对于定子对的旋转而感应出磁场；磁场传感器，该磁场传感器被设置用于输出传感器信号；和磁通集中器，该磁通集中器被设置用于将感应磁场集中在磁场传感器的位置处，其中，在多极磁体相对于定子对旋转时，第一磁回路通过磁通集中器和第一定子对形成第一磁回路，通过磁通集中器和第二定子对形成第二磁回路，和其中，磁通集中器和磁场传感器被布置使得：在两个磁回路耦合时，补偿与旋转无关的杂散磁场对传感器信号的影响。
示例18是根据示例17所述的传感器装置，其中：磁通集中器具有与第一定子和第三定子耦联的第一部段和与第二定子耦联的第二部段，两个部段中的每一个都平行于多极磁体的旋转轴线延伸，磁场传感器设置在第一部段与第二部段之间，并且磁场传感器在垂直于多极磁体的旋转轴线的方向上是灵敏的。
示例19是一种方法，包括：相对于第一定子对和第二定子对旋转多极磁体，其中磁场被感应出；通过磁通集中器将感应磁场集中在第一磁场传感器的位置和第二磁场传感器的位置处；以及通过第一磁场传感器输出第一传感器信号，并且通过第二磁场传感器输出第二传感器信号，其中磁通集中器和两个磁场传感器被布置使得：在形成两个传感器信号之差或之和时，补偿与旋转无关的杂散磁场对两个传感器信号的影响。
示例20是一种用于制造传感器装置的方法，该方法包括：提供第一定子对和第二定子对；提供可相对于两个定子对旋转的多极磁体，其中通过多极磁体相对于定子对的旋转感应出磁场；提供第一磁场传感器，第一磁场传感器被设置用于输出第一传感器信号；提供第二磁场传感器，第二磁场传感器被设置用于输出第二传感器信号；以及提供磁通集中器，其被设置用于将感应磁场集中在第一磁场传感器的位置和第二磁场传感器的位置处，其中磁通集中器和两个磁场传感器被布置使得：在形成两个传感器信号之差或之和时，补偿与旋转无关的杂散磁场对两个传感器信号的影响。
尽管在本文中示出和描述了特定实施例，但是对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，在不脱离本公开的范围的情况下，可以用各种替代和/或等效实施方式代替示出和描述的特定实施例。本申请旨在涵盖本文讨论的特定实施例的任何修改或变化。因此，本公开旨在仅由权利要求及其等同物限制。

Claims (20)

1.一种传感器装置，包括：
第一定子对，由铁磁的第一定子和铁磁的第二定子组成；
第二定子对，由铁磁的所述第二定子和铁磁的第三定子组成；
多极磁体，所述多极磁体能相对于两个所述定子对旋转，其中通过所述多极磁体相对于所述定子对的旋转而感应出磁场；
第一磁场传感器，所述第一磁场传感器被设置用于输出第一传感器信号；
第二磁场传感器，所述第二磁场传感器被设置用于输出第二传感器信号；以及
磁通集中器，所述磁通集中器被设置用于将感应磁场集中在所述第一磁场传感器的位置和所述第二磁场传感器的位置处，
其中所述磁通集中器和所述两个磁场传感器被布置使得：在形成两个所述传感器信号之差或之和时，补偿与旋转无关的杂散磁场对两个所述传感器信号的影响。
2.根据权利要求1所述的传感器装置，其中，所述磁通集中器和两个所述磁场传感器被布置使得所述第一传感器信号和所述第二传感器信号彼此反相。
3.根据权利要求1或2所述的传感器装置，其中：
所述定子中的每个定子是环形的并且具有多个齿，并且
每个定子对的所述定子相对置地布置，并且相对置的所述定子的齿彼此啮合。
4.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其中，所述多极磁体是环形的并且具有多个交替的磁北极和磁南极。
5.根据权利要求3和4所述的传感器装置，其中，在所述多极磁体的非扭转状态下，所述定子的每个齿具有距所述多极磁体的所述磁北极和所述磁南极相等的距离。
6.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其中：
所述多极磁体固定在第一转轴上，
所述第一定子对和所述第二定子对固定在第二转轴上，以及
所述第一转轴和所述第二转轴通过扭杆彼此连接。
7.根据权利要求6所述的传感器装置，其中，所述传感器装置被设置用于基于形成两个所述传感器信号之差或之和来确定以下至少一项：所述第一转轴与所述第二转轴之间的扭转角，或施加到所述第一转轴上的扭矩。
8.根据权利要求6或7所述的传感器装置，其中，所述第一转轴与车辆的转向柱机械地耦联，并且所述多极磁体的旋转基于所述转向柱的旋转。
9.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其中，所述传感器装置被设置用于电助力转向。
10.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其中：
所述磁通集中器具有与所述第一定子耦联的第一部段、与所述第二定子耦联的第二部段和与所述第三定子耦联的第三部段，
三个所述部段中的每个部段都平行于所述多极磁体的旋转轴线延伸，
所述第一磁场传感器布置在所述第一部段与所述第二部段之间，
所述第二磁场传感器布置在所述第二部段与所述第三部段之间，并且
所述第一磁场传感器和所述第二磁场传感器分别在垂直于所述多极磁体的旋转轴线的方向上灵敏。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的传感器装置，其中：
所述磁通集中器具有与所述第一定子和所述第三定子耦联的第一部段以及与所述第二定子耦联的第二部段，
两个所述部段中的每个部段都平行于所述多极磁体的旋转轴线延伸，
所述第一磁场传感器和所述第二磁场传感器分别布置在所述第一部段与所述第二部段之间，并且
所述第一磁场传感器和所述第二磁场传感器分别在垂直于所述多极磁体的旋转轴线的方向上灵敏。
12.根据权利要求1至9中任一项所述的传感器装置，其中：
所述磁通集中器具有与所述第一定子耦联的第一部段、与所述第二定子耦联的第二部段、与所述第二定子耦联的第三部段、和与所述第三定子耦联的第四部段，
四个所述部段中的每个部段都垂直于所述多极磁体的旋转轴线，
所述第一磁场传感器布置在所述第一部段与所述第二部段之间，
所述第二磁场传感器布置在所述第三部段与所述第四部段之间，
所述第一磁场传感器和所述第二磁场传感器分别在平行于所述多极磁体的旋转轴线的方向上灵敏，并且
所述第一磁场传感器的位置相对于所述第二磁场传感器的位置围绕所述多极磁体的旋转轴线发生转动。
13.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，还包括：
第一电磁屏蔽件，所述第一电磁屏蔽件围绕所述磁通集中器和两个所述磁场传感器布置。
14.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，还包括：
环形的第二电磁屏蔽件，所述第二电磁屏蔽件围绕两个所述定子对和所述多极磁体布置。
15.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其中，所述两个所述磁场传感器分别被设置用于检测所述感应磁场的参照灵敏度方向的数值和符号。
16.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其中，两个所述磁场传感器中的每个磁场传感器分别包括霍尔传感器。
17.一种传感器装置，包括：
第一定子对，由铁磁的第一定子和铁磁的第二定子组成；
第二定子对，由铁磁的所述第二定子和铁磁的第三定子组成；
多极磁体，所述多极磁体能相对于两个所述定子对旋转，其中通过所述多极磁体相对于所述定子对的旋转而感应出磁场；
磁场传感器，所述磁场传感器被设置用于输出传感器信号；和
磁通集中器，所述磁通集中器被设置用于将感应磁场集中在所述磁场传感器的位置处，
其中，在所述多极磁体相对于所述定子对旋转时，通过所述磁通集中器和所述第一定子对形成第一磁回路，通过所述磁通集中器和所述第二定子对形成第二磁回路，并且
其中，所述磁通集中器和所述磁场传感器被布置使得：在两个所述磁回路耦合时，补偿与旋转无关的杂散磁场对所述传感器信号的影响。
18.根据权利要求17所述的传感器装置，其中：
所述磁通集中器具有与所述第一定子和所述第三定子耦联的第一部段和与所述第二定子耦联的第二部段，
两个所述部段中的每个部段都平行于所述多极磁体的旋转轴线延伸，
所述磁场传感器设置在所述第一部段与所述第二部段之间，并且
所述磁场传感器在垂直于所述多极磁体的旋转轴线的方向上是灵敏的。
19.一种方法，包括：
相对于第一定子对和第二定子对旋转多极磁体，其中感应出磁场；
通过磁通集中器将感应磁场集中在第一磁场传感器的位置和第二磁场传感器的位置处；以及
通过所述第一磁场传感器输出第一传感器信号，并且通过所述第二磁场传感器输出第二传感器信号，
其中所述磁通集中器和两个所述磁场传感器被布置使得：在形成两个所述传感器信号之差或之和时，补偿与旋转无关的杂散磁场对两个所述传感器信号的影响。
20.一种用于制造传感器装置的方法，其中所述方法包括：
提供第一定子对和第二定子对；
提供能相对于两个所述定子对旋转的多极磁体，其中通过所述多极磁体相对于所述定子对的旋转感应出磁场；
提供第一磁场传感器，所述第一磁场传感器被设置用于输出第一传感器信号；
提供第二磁场传感器，所述第一磁场传感器被设置用于输出第二传感器信号；以及
提供磁通集中器，所述磁通集中器被设置用于将感应磁场集中在所述第一磁场传感器的位置和所述第二磁场传感器的位置处，
其中所述磁通集中器和两个所述磁场传感器被布置使得：在形成两个所述传感器信号之差或之和时，补偿与旋转无关的杂散磁场对两个所述传感器信号的影响。
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