CN206583463U - 多转角度位置传感器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及多转角度位置传感器。一种多转非接触传感器包括可旋转地安装的驱动磁体，和可旋转地安装的从动磁体。所述驱动磁体具有第一数量(P1)的磁极并且被配置为选择地接收旋转驱动扭矩，并且一接收驱动扭矩，绕第一旋转轴线旋转。从动磁体与驱动磁体分隔开，并且被耦合到驱动磁体以接收来自驱动磁体的磁力。从动磁体具有第二数量(P2)的磁极并且响应于驱动磁体的旋转以绕第二旋转轴线旋转，第二旋转轴线与第一旋转轴线平行。每次驱动磁体旋转预定数量(N)的完整旋转周，从动磁体旋转一个完整旋转周，P2＞P1，并且N＝(P2/P1)。

Description

多转角度位置传感器
相关申请的交叉引用
本申请主张于2015年9月18日向印度政府专利局提交的外国印度临时专利申请号No.2958/DEL/2015的优先权，题目为“Multiturn Angle Position Sensor(Extendiblefor More Than 10 Turns)”，其通过参考全部引入本文。
技术领域
本实用新型总体上涉及传感器，并且更特别地涉及多转非接触传感器。
背景技术
传感器被用于多种设备和系统中以感测角度（例如旋转）位置。在一些情况下，需要感测设备的多转（例如>360度）角度位置。在汽车和多种其他车载式运输工业、卫生保健工业、工业自动化和控制工业、和玩具和娱乐设备工业内的许多设备（这里只列出了一些）有这样的需要。这些工业中的一些中的特定设备的一些实例包括方向盘、稳定性控制、病床定位、同步机器人、和工业阀。这些设备中的许多会想要感测例如±720度或更多的旋转。这需要传感器具有至少1440度的最小感测范围。不幸的是，目前很少能够获得带有至少1440度的最小感测范围且呈现足够的可靠性、稳定性和准确性的多转传感器。
因此，需要可以获得至少提供1440度或更大的感测范围的多转传感器，并且其呈现足够的可靠性、稳定性和准确性。本发明至少解决了该需求。
实用新型内容
因此，本申请的目的之一是提供一种能够至少提供1440度或更大的感测范围的多转传感器，其呈现足够的可靠性、稳定性和准确性。
提供该概要以便以简化方式描述选择概念，其将在下面的详细说明中进一步描述。该概要不是意在确定所要求保护的主题的关键或基本特征，也不是意在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
在一种实施方式中，一种多转非接触传感器包括可旋转地安装的驱动磁体，和可旋转地安装的从动磁体。所述驱动磁体具有第一数量（P1）的磁极并且被配置为选择地接收旋转的驱动扭矩，并且一收到驱动扭矩，就绕第一旋转轴线旋转。从动磁体与驱动磁体分隔开，并且被耦合到驱动磁体以接收来自驱动磁体的磁力。从动磁体具有第二数量（P2）的磁极并且响应于驱动磁体的旋转以绕第二旋转轴线旋转，第二旋转轴线与第一旋转轴线平行。每次驱动磁体旋转预定数量（N）的完整旋转周，从动磁体旋转一个完整旋转周，P2>P1，并且N=（P2/P1）。
在另一实施方式中，一种多转非接触传感器包括可旋转地安装的驱动磁体，可旋转地安装的从动磁体，从动磁体传感器和输出电路。所述驱动磁体具有第一数量（P1）的磁极并且被配置为选择地接收旋转驱动扭矩，并且一接收驱动扭矩，就绕第一旋转轴线旋转至一旋转位置。从动磁体与驱动磁体分隔开，并且被耦合到驱动磁体以接收来自驱动磁体的磁力。从动磁体具有第二数量（P2）的磁极并且响应于驱动磁体的旋转以绕第二旋转轴线旋转，第二旋转轴线与第一旋转轴线平行。从动磁体传感器与从动磁体分隔开，并且被配置为感测从动磁体的旋转，且提供表示该旋转的从动磁体传感器输出信号。输出电路被耦连以从磁性传感器接收传感器输出信号并被配置为，一接收传感器输出信号，就确定i）从动磁体的绝对角度位置和ii）从动磁体的旋转速度中的一个或两者。每次驱动磁体旋转预定数量（N）的完整旋转周，从动磁体旋转一个完整旋转周，P2>P1，并且N=（P2/P1）。
在另一实施方式中，一种多转非接触传感器包括可旋转地安装的驱动轴、可旋转地安装的从动轴、驱动磁体、从动磁体、从动磁体传感器和输出电路。驱动轴被配置为选择地接收旋转驱动扭矩，并且一接收驱动扭矩，就绕第一旋转轴线旋转到一个旋转位置。从动轴与驱动轴分隔开并且被配置为绕与第一旋转轴线平行的第二旋转轴线旋转。驱动磁体被安装在驱动轴上与驱动轴一起旋转，并且具有第一数量（P1）的磁极。从动磁体被安装到从动轴上并且被耦连以接收来自驱动磁体的磁力。从动磁体具有第二数量（P2）的磁极并且响应于驱动磁体的旋转以引起从动轴绕第二旋转轴线旋转。从动磁体传感器与从动磁体分隔开，并且被配置为感测从动磁体的旋转，且提供表示该旋转的从动磁体传感器输出信号。输出电路被耦连以从磁性传感器接收传感器输出信号并被配置为，一接收传感器输出信号，确定i）从动磁体的绝对角度位置和ii）从动磁体的旋转速度中的一个或两者。每次驱动磁体旋转预定数量（N）的完整旋转周，从动磁体旋转一个完整旋转周，P2>P1，并且N=（P2/P1）。
另外，所述传感器的其他期望的方面和特性将结合所附附图和前述背景技术从下面的详细说明和所附的权利要求中变得清楚。
附图说明
本发明将结合以下附图在下文中进行描述，其中相同的附图标记表示相同部件，并且其中：
图1描绘了多转非接触传感器的一个实施方式的侧视图；
图2描绘了图1的多转非接触传感器当其以6极从动磁体被实施时输出的线性误差；
图3描绘了图1的多转非接触传感器当其以8极从动磁体被实施时输出的线性误差；
图4描绘了图1的多转非接触传感器当其以8极从动磁体被实施时输出的磁滞误差；
图5描绘了当图1的多转非接触传感器以6极、8极和16极从动磁体实施时在该传感器中逐渐形成的扭矩；
图6和7分别描绘了多转非接触传感器的另一实施方式的侧视图和俯视图；
图8A和8B和9A和9B描绘了图1、6和7的多转非接触传感器的驱动磁体和从动磁体的不同配置。
具体实施方式
以下详细说明实质上仅仅是示例性的并且不被认为要限制本发明或本发明的应用和用途。如本文所用的，词语“示例性的”意思是“用作例子、例证或示例”。因此，作为“示例性的”的本文所述的任何实施方式不一定被解释为相比其他实施方式是优选的或有利的。本文所述的所有实施方式均为示例性实施方式，其被提供使得本领域技术人员能够制造或使用本发明，并且不限制本发明的范围，本发明的范围由权利要求限定。另外，没有意图用在前述的技术领域、背景技术、发明内容或下面的详细说明中呈现的任何明示或暗示的理论限定。
参考图1，描绘了多转非接触传感器100的一个实施方式的概念侧视图，并且其包括驱动磁体102和从动磁体104。驱动磁体102被旋转地安装并且被配置为选择地接收旋转驱动扭矩。在所述的实施方式中，驱动磁体102被安装到驱动轴106上，并且从未示出的扭矩源通过驱动轴106接收驱动扭矩。驱动磁体102，一接收驱动扭矩，就绕第一旋转轴线108旋转。驱动磁体102具有第一数量（P1）的磁极。应该清楚的是第一数量（P1）的磁极可以变化，但是在所述的实施方式中第一数量（P1）是2（例如P1=2）。
从动磁体104也被可旋转地安装。在所示实施方式中从动磁体104被安装到从动轴112上，其通过例如轴承114被可旋转地安装。可旋转安装的从动磁体104与驱动磁体102分隔开，但是足够邻近以接收来自驱动磁体102的磁力。因此，从动磁体104响应于驱动磁体102的旋转而绕第二旋转轴线116旋转，第二旋转轴线与第一旋转轴线108平行。从动磁体102具有第二数量（P2）的磁极，其中第二数量（P2）的磁极大于第一数量（P1）的磁极。如同驱动磁体102的情况一样，应该理解的是第二数量（P2）的磁极可以改变。在所示实施方式中，第二数量（P2）的磁极是6，但是它可以大于或小于这个数量。
不论驱动磁体102和从动磁体104具有特定数量（P）的磁极，应该清楚的是第一和第二数量（P1，P2）的磁极被选定使得每次驱动磁体102旋转预定数量（N）的旋转圈，从动磁体104将旋转一个完整的旋转周。更特别地，驱动磁体102将旋转的预定数量的完整旋转周（N）引起从动磁体104旋转一个完整的旋转周的关系由N=（P2/P1）给出。
因此，例如，如果第一数量（P1）的磁极为2（P1=2），并且第二数量（P2）的磁极为6（P2=6），那么每次驱动磁体102旋转3个完整的旋转周（N=3），从动磁体104将旋转一个完整的旋转周；如果第一数量（P1）的磁极为2（P1=2），并且第二数量（P2）的磁极为8（P2=8），那么每次驱动磁体102旋转4个完整的旋转周（N=4），从动磁体104将旋转一个完整的旋转周；如果第一数量（P1）的磁极为2（P1=2），并且第二数量（P2）的磁极为16（P2=16），那么每次驱动磁体102旋转8个完整的旋转周（N=8），从动磁体104将旋转一个完整的旋转周如此类推。
如图1还描述了，多转非接触传感器100另外包括从动磁体传感器118。从动磁体传感器118与从动磁体104分隔开，并且被配置为感测从动磁体104的旋转，且提供表示该旋转的从动磁体传感器输出信号。应该清楚的是从动磁体传感器118可以被不同地配置和实施以执行该功能。然而在所示实施方式中，其使用从动传感器磁体122和磁性传感器124被实施。从动传感器磁体122，其可以是固定的偶极磁体，与从动磁体104分隔开，并且耦合到从动磁体104以与其一起旋转。在所示实施方式中，从动传感器磁体122被安装到从动轴112上。
磁性传感器124被设置在邻近从动传感器磁体122处。磁性传感器124被配置为感测从动传感器磁体122的旋转，并且响应于这些旋转，提供从动磁体传感器输出信号。应该清楚的是磁性传感器124可以被不同地配置和实施。然而在所示实施方式中，其使用霍尔传感器被实施，其被安装到电路板126上，电路板与从动传感器磁体122分隔开。
不考虑从动磁体传感器118是如何被特定地实施，从动磁体传感器输出信号被提供给输出电路128。输出电路128被配置为，一接收从动磁体传感器输出信号，就确定驱动磁体102的绝对角度位置，和由此的驱动轴106和任何耦连到驱动轴106上的部件的绝对角度位置。
图1示出的和以上所述的多转非接触传感器100以非接触形式提供了具有适当的准确性的多转角度位置感测能力。实际上，图2描述了当与6极（例如P2=6）从动磁体104实施时的多转非接触传感器100的输出204的线性误差202，从动磁体104被驱动经过3个完整的旋转周（例如1080度），并且图3描述了当与8极（例如P2=8）从动磁体304实施时的多转非接触传感器100的输出304的线性误差302，从动磁体104被驱动经过4个完整的旋转周（例如±720度）。图2的最大线性误差202是满量程的大约1.1%，并且图3中的最大线性误差302是满量程的大约1.19%。
为了完整性，图4和5也被提供。图4描绘了当与8极（例如P2=8）从动磁体104实施时的多转非接触传感器100的输出404的磁滞误差402，从动磁体被驱动通过4个完整的旋转周（例如±720度）。图5描绘了当图1的多转非接触传感器100的驱动磁体104与6极502、8极504、和16极506磁体一起实施时，扭矩被形成以旋转驱动磁体104经过一个完整的旋转（例如360度）。
图1所述和以上描述的多转非接触传感器100的准确性可以通过包括另外的传感器得到提高。特别地，并且现在参考图6和7，其中描述的多转非接触传感器100基本与图1所述的传感器相同，但是另外地包括驱动磁体传感器602。驱动磁体传感器602与驱动磁体102分隔开并且被配置为感测驱动磁体102的旋转，并且提供表示该旋转的驱动磁体传感器输出信号到输出电路128。应该清楚的是驱动磁体传感器128可以被不同地配置和实施以执行该功能。在所述的实施方式中，然而，其使用了驱动传感器磁体604和第二磁性传感器606被实施。驱动传感器磁体604，其可以是固定的偶极磁体，与驱动磁体102分隔开并且耦合到驱动磁体102以与其一起旋转。在所述的实施方式中，驱动传感器磁体604被安装到驱动轴106上。
第二磁性传感器606被邻近驱动传感器磁体604设置。第二磁性传感器606被配置为感测驱动传感器磁体604的旋转，并且响应于这些旋转，提供驱动磁体传感器输出信号到输出电路128。应该清楚的是第二磁性传感器606可以被不同地配置和实施。在所述实施方式中，然而，其使用了一列各向异性磁电阻（AMR）被实施，该列各向异性磁电阻被安装到公共电路板126上作为驱动磁体磁性传感器124。
应该指出的是在图1、6和7中所述的多转非接触传感器100中，驱动磁体102和从动磁体104被这样配置和设置使得这些磁体102,104之间的磁耦合是径向的。该配置在图8中更清楚地显示。应该清楚的是这仅仅是一个特别配置的示例，并且其他配置和由此的这些磁体102,104之间的磁耦合可以被实施。例如，如图9所示，驱动磁体102和从动磁体104可以被这样配置和设置，使得这些磁体102,104之间的磁耦合是轴向的。
本文所述的多转非接触传感器提供了1440度的最小感测范围，并且表现出相对好的可靠性、稳定性和准确性。然而，应该指出的是，传感器可以另外地、或替代地被配置以感测旋转速度。例如，传感器可以在电子设备中有诸多限制的应用中被用于准确地测量旋转速度。旋转速度可以被控制为增加或降低旋转速度，如需要或期望的。
在该文件中，关系术语，例如第一和第二等等，可以被仅用于区分一个实体或活动与另一个实体或活动，而不必须要求或暗示这样的实体或活动之间的任何实际的这样的关系或顺序。数值的顺序例如“第一”，“第二”，“第三”等简单地表示多个中的不同个体，并且不是暗示任何顺序或序列，除非由权利要求的语言特别限定。任何权利要求的文本的顺序不是暗示流程步骤必须以根据这样的序列的时间或逻辑顺序实施，除非由权利要求的语言进行了特别限定。流程步骤可以在没有脱离本发明的范围的前提下以任何顺序交换，只要这样的交换没有与权利要求的语言发生矛盾，并且不存在逻辑上的荒谬。
另外，根据上下文，例如用于描述不同部件之间的关系的词语“连接”或“耦合到”不是暗示这些部件之间必须存在直接的物理连接。例如，两个部件可以物理地、电子地、逻辑地或以任何其他方式、通过一个或多个另外的部件地彼此连接。
虽然在本发明的前述详细说明中已经展示至少一个示例性实施方式，应该清楚的是存在大量的变型。还应该清楚的是，该示例性实施方式或多个示例性实施方式仅为例子，并且不意图以任何方式限制本发明的范围、应用性或配置。相反，前述详细说明将向本领域技术人员提供实施本发明的示例性实施方式的方便的路线图。应该了解的是在不脱离所附权利要求陈述的本发明的范围的前提下，示例性实施方式中所述的部件的功能和布置可以进行多种变化。

Claims (19)

1.一种多转角度位置传感器，包括：
可旋转地安装的驱动磁体，其配置为选择地接收旋转的驱动扭矩并且，一接收所述驱动扭矩，就绕第一旋转轴线旋转，驱动磁体具有第一数量P1的磁极；和
可旋转地安装的从动磁体，其与驱动磁体分隔开，并且被耦合到驱动磁体以接收来自驱动磁体的磁力，所述从动磁体具有第二数量P2的磁极，所述从动磁体响应于驱动磁体的旋转绕与第一旋转轴线平行的第二旋转轴线旋转，
其中每次驱动磁体旋转预定数量N的完整旋转周，从动磁体旋转一个完整旋转周，
P2>P1，并且
N=P2/P1。
2.根据权利要求1所述的多转角度位置传感器，其特征是，所述多转角度位置传感器进一步包括：
与从动磁体分隔开的从动磁体传感器，所述从动磁体传感器配置为感测从动磁体的旋转并且提供表示该旋转的从动磁体传感器输出信号。
3.根据权利要求2所述的多转角度位置传感器，其特征是，所述从动磁体传感器包括：
从动传感器磁体，所述从动传感器磁体与从动磁体分隔开，并且被耦合到从动磁体以与其一起旋转；和
邻近从动传感器磁体设置的磁性传感器，磁性传感器配置为感测从动传感器磁体的旋转，并且响应于从动传感器磁体的旋转，提供从动磁体传感器输出信号。
4.根据权利要求2所述的多转角度位置传感器，其特征是，所述多转角度位置传感器进一步包括：
耦连以接收从动磁体传感器输出信号的输出电路，其被配置为，一接收该输出信号，确定驱动磁体的绝对角度位置。
5.根据权利要求2所述的多转角度位置传感器，其特征是，所述多转角度位置传感器进一步包括：
与驱动磁体分隔开的驱动磁体传感器，所述驱动磁体传感器配置为感测驱动磁体的旋转并且提供表示该旋转的驱动磁体传感器输出信号。
6.根据权利要求5所述的多转角度位置传感器，其特征是，所述多转角度位置传感器进一步包括：
耦连以接收从动磁体传感器输出信号和驱动磁体传感器输出信号的输出电路，所述输出电路配置为，一接收这些信号，确定驱动磁体的绝对角位置。
7.根据权利要求5所述的多转角度位置传感器，其特征是，所述驱动磁体传感器包括：
驱动传感器磁体，所述驱动传感器磁体与驱动磁体分隔开，并且耦合到驱动磁体以与其一起旋转；和
设置为邻近驱动传感器磁体的磁性传感器，所述磁性传感器配置为感测驱动传感器磁体的旋转，并且响应于该旋转，提供驱动磁体传感器输出信号。
8.根据权利要求1所述的多转角度位置传感器，其特征是，所述多转角度位置传感器进一步包括：
驱动轴，其耦合到所述驱动磁体并且配置为绕第一旋转轴线将驱动磁体旋转多个完整旋转周。
9.根据权利要求8所述的多转角度位置传感器，其特征是，所述多转角度位置传感器进一步包括：
从动轴，其耦合到从动磁体并且配置为绕第二旋转轴线与从动磁体旋转。
10.一种多转角度位置传感器，包括：
可旋转地安装的驱动磁体，其配置为选择地接收旋转驱动扭矩并且，一接收所述驱动扭矩，就绕第一旋转轴线旋转至一旋转位置，所述驱动磁体具有第一数量P1的磁极；
可旋转地安装的从动磁体，其与驱动磁体分隔开，并且被耦合到驱动磁体以接收来自驱动磁体的磁力，所述从动磁体具有第二数量P2的磁极，所述从动磁体响应于驱动磁体的旋转以绕第二旋转轴线旋转，第二旋转轴线与第一旋转轴线平行；
与从动磁体分隔开的从动磁体传感器，所述从动磁体传感器被配置为感测从动磁体的旋转，且提供表示该旋转的从动磁体传感器输出信号；和
输出电路，所述输出电路被耦连以从磁性传感器接收传感器输出信号并被配置为，一接收所述输出信号，就确定i）从动磁体的绝对角度位置和ii）从动磁体的旋转速度中的一个或两者，
其中每次驱动磁体旋转预定数量N的完整旋转周，从动磁体旋转一个完整旋转周，
P2>P1，并且
N=P2/P1。
11.根据权利要求10所述的多转角度位置传感器，其特征是，所述从动磁体传感器包括：
从动传感器磁体，其与从动磁体分隔开，并且耦合到从动磁体以与其一起旋转；和
设置为邻近从动传感器磁体的磁性传感器，所述磁性传感器被配置为感测从动传感器磁体的旋转并且，响应于从动传感器磁体的旋转，提供从动磁体传感器输出信号。
12.根据权利要求10所述的多转角度位置传感器，其特征是，所述多转角度位置传感器进一步包括：
与驱动磁体分隔开的驱动磁体传感器，所述驱动磁体传感器配置为感测驱动磁体的旋转并且提供表示该旋转的驱动磁体传感器输出信号。
13.根据权利要求12所述的多转角度位置传感器，其特征是，所述输出电路被另外地耦连以接收驱动磁体传感器输出信号并且被进一步配置为，一接收所述输出信号，就确定驱动磁体的绝对角度位置。
14.根据权利要求12所述的多转角度位置传感器，其特征是，所述驱动磁体传感器包括：
驱动传感器磁体，所述驱动传感器磁体与驱动磁体分隔开并且耦合到驱动磁体以与其一起旋转；和
设置为邻近驱动传感器磁体的磁性传感器，所述磁性传感器配置为感测驱动传感器磁体的旋转并且响应于该旋转提供驱动磁体传感器输出信号。
15.根据权利要求10所述的多转角度位置传感器，其特征是，所述多转角度位置传感器进一步包括：
驱动轴，其耦连到所述驱动磁体并且配置为绕第一旋转轴线将驱动磁体旋转多个完整旋转周。
16.根据权利要求15所述的多转角度位置传感器，其特征是，所述多转角度位置传感器进一步包括：
从动轴，其耦连到从动磁体并且配置为绕第二旋转轴线与从动磁体一起旋转。
17.一种多转角度位置传感器，包括：
可旋转地安装的驱动轴，其被配置为选择地接收旋转驱动扭矩，并且一接收驱动扭矩，就绕第一旋转轴线旋转到一个旋转位置；
可旋转地安装的从动轴，其与驱动轴分隔开并且被配置为绕第二旋转轴线旋转，第二旋转轴线与第一旋转轴线平行；
驱动磁体，其被安装在驱动轴上与驱动轴一起旋转，所述驱动磁体具有第一数量P1的磁极；
从动磁体，其被安装到从动轴上并且被耦连以接收来自驱动磁体的磁力，所述从动磁体具有第二数量P2的磁极，所述从动磁体响应于驱动磁体的旋转以引起从动轴绕第二旋转轴线旋转；
与从动磁体分隔开的从动磁体传感器，所述从动磁体传感器被配置为感测从动磁体的旋转，且提供表示该旋转的从动磁体传感器输出信号；和
输出电路，其被耦连以从磁性传感器接收传感器输出信号并被配置为，一接收传感器输出信号，就确定i）从动磁体的绝对角度位置和ii）从动磁体的旋转速度中的一个或两者，
其中每次驱动磁体旋转预定数量N的完整旋转周，从动磁体旋转一个完整旋转周，
P2>P1，并且
N=P2/P1。
18.根据权利要求17所述的多转角度位置传感器，其特征是，所述多转角度位置传感器进一步包括：
与驱动磁体分隔开的驱动磁体传感器，所述驱动磁体传感器配置为感测驱动磁体的旋转并且提供表示该旋转的驱动磁体传感器输出信号。
19.根据权利要求18所述的多转角度位置传感器，其特征是，所述输出电路被另外地耦连以接收驱动磁体传感器输出信号并且被进一步配置为，一接收该驱动磁体传感器输出信号，就确定驱动磁体的绝对角度位置。
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