探測(cè)軸的旋轉(zhuǎn)的位置的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及探測(cè)軸的旋轉(zhuǎn)的位置。實(shí)施例涉及用于探測(cè)磁場(chǎng)裝置附著到的軸的旋轉(zhuǎn)的位置的角度傳感器，所述角度傳感器包括：第一傳感器元件、第二傳感器元件、支承結(jié)構(gòu)，其中第一傳感器元件和第二傳感器元件被機(jī)械地耦合到所述支承結(jié)構(gòu)，其中所述支承結(jié)構(gòu)被布置成被機(jī)械地連接到外殼，其中所述外殼至少部分地包圍所述軸。
【專(zhuān)利說(shuō)明】探測(cè)軸的旋轉(zhuǎn)的位置
【背景技術(shù)】
[0001] 本發(fā)明的實(shí)施例涉及探測(cè)軸的旋轉(zhuǎn)的位置，特別地涉及探測(cè)軸的旋轉(zhuǎn)角度的變 化。軸可以被定位在殼體內(nèi)部。軸特別地可以是發(fā)動(dòng)機(jī)的凸輪軸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002] 第一實(shí)施例涉及一種用于探測(cè)磁場(chǎng)裝置附著到的軸的旋轉(zhuǎn)的位置的角度傳感器， 所述角度傳感器包括： -第一傳感器元件， -第二傳感器元件， -支承結(jié)構(gòu)，其中第一傳感器元件和第二傳感器元件被機(jī)械地耦合到所述支承結(jié)構(gòu)， -其中所述支承結(jié)構(gòu)被布置成被機(jī)械地連接到外殼，其中所述外殼至少部分地包圍所 述軸。
[0003] 第二實(shí)施例涉及一種用于探測(cè)軸的旋轉(zhuǎn)的位置的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括： -磁場(chǎng)裝置，被機(jī)械地耦合到所述軸， -第一傳感器元件， -第二傳感器元件， -支承結(jié)構(gòu)，其中第一傳感器元件和第二傳感器元件被機(jī)械地耦合到所述支承結(jié)構(gòu)， -其中所述支承結(jié)構(gòu)被布置成被機(jī)械地連接到外殼，其中所述外殼至少部分地包圍所 述軸。
[0004] 第三實(shí)施例涉及包括如在本文中描述的至少一個(gè)角度傳感器的發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是內(nèi) 燃機(jī)。
【附圖說(shuō)明】
[0005] 參考附圖示出和圖解了實(shí)施例。附圖用于圖解基本原理，以致圖解僅僅對(duì)于理解 基本原理必要的方面。附圖不成比例。在附圖中，相同的參考字符表示同樣的特征。
[0006] 圖1示出示例性離軸傳感器裝置，其中傳感器被布置成與軸的旋轉(zhuǎn)軸垂直； 圖2示出示例性離軸傳感器裝置，其中傳感器被布置成與軸的旋轉(zhuǎn)軸平行； 圖3示出其中磁體安裝在軸的末端處的圖2的替選實(shí)施例； 圖4示出包括示例性磁場(chǎng)裝置的以及示例性支承結(jié)構(gòu)的平面視圖的圖，所述示例性磁 場(chǎng)裝置經(jīng)由正性接頭(positive fitting)被布置在軸上，所述示例性支承結(jié)構(gòu)包括三個(gè)傳 感器元件； 圖5示出被至少部分地布置在外殼內(nèi)部的磁傳感器系統(tǒng)的示意性平面視圖； 圖6示出替選的磁傳感器系統(tǒng)的示意性平面視圖； 圖7示出基于圖6的替選的實(shí)施例，其中傳感器元件環(huán)繞軸跨越近似120°的角度。
【具體實(shí)施方式】
[0007] 呈現(xiàn)的示例特別涉及磁角度傳感器。圖1描繪例如被安裝在貫穿軸102(也被稱(chēng)為 軸)上的帶有孔的磁體101。傳感器103被臨近(離開(kāi)軸102的旋轉(zhuǎn)軸)磁體101定位。傳感器 103與軸102的旋轉(zhuǎn)軸垂直。傳感器103包括傳感器元件104、105,所述傳感器元件104、105可 以是磁場(chǎng)傳感器。傳感器103可以是硅管芯。箭頭106指示沿直徑磁化的方向。圖1還示出三 個(gè)相互垂直的軸x、y、和z，其中z是軸102的旋轉(zhuǎn)軸并且X和y跨越與這個(gè)旋轉(zhuǎn)軸z垂直的平 面。
[0008] 傳感器103可以被放置在磁體101旁邊，或者它低于/高于磁體101并且在軸的旁 邊。實(shí)際上，如果傳感器103被遠(yuǎn)離磁體101放置使得磁體101可以隨著貫穿軸102自由旋轉(zhuǎn) 或移動(dòng)（不與傳感器103相撞)就可能足夠。這樣的裝置可以在軸102的末端對(duì)于附著磁體 101不可獲得或者不可到達(dá)的情況下是有益的。
[0009]圖2示出包括如在圖1中示出的以及關(guān)于圖1解釋的磁體101和軸102的替選的實(shí)施 例。然而，傳感器103被布置成與軸102的旋轉(zhuǎn)軸平行。
[0010]注意到針對(duì)將被布置的傳感器103存在無(wú)限數(shù)量的軸向定向。例如，傳感器103的 一個(gè)邊緣可以保持與軸102的旋轉(zhuǎn)軸平行，并且傳感器103可以環(huán)繞這個(gè)邊緣（以任何角度） 轉(zhuǎn)動(dòng)。在一個(gè)特別的示例中，傳感器103的表面可以被布置成(基本上)與柱面相切，其中這 樣的氣缸的軸與軸102的旋轉(zhuǎn)軸重合。在另一個(gè)示例中，傳感器103的表面可以被布置成(基 本上)與這樣的柱面垂直。
[0011]圖3示出其中磁體101安裝在軸102的末端處的示例性實(shí)施例。在這個(gè)示例中，傳感 器103被布置成與軸102的旋轉(zhuǎn)軸平行。
[0012] 在特別的情況中，可旋轉(zhuǎn)的軸可以被定位在外殼或罩殼之內(nèi)。軸可以例如是發(fā)動(dòng) 機(jī)的凸輪軸。磁場(chǎng)裝置可以被耦合到軸并且它可以至少部分地圍繞軸。磁場(chǎng)裝置可以包括 至少一個(gè)磁體和/或它可以被布置成產(chǎn)生或修改磁場(chǎng)特性。就可以如何提供磁場(chǎng)裝置而言 存在各種實(shí)施例。以下將描述示例。然而，在實(shí)施例中描述的（至少一個(gè))磁體還可以用本身 可以不必包括實(shí)際磁體的磁場(chǎng)裝置的不同實(shí)施方式來(lái)代替。
[0013] 磁場(chǎng)裝置可以被布置在軸處由此（至少部分地）增加軸的直徑。軸的直徑可以在5 mm與40 mm之間的范圍內(nèi)。針對(duì)軸直徑的示例是24 mm。
[0014] 傳感器可以包括至少兩個(gè)傳感器元件，所述至少兩個(gè)傳感器元件可以?xún)?yōu)選地被定 位成靠近磁場(chǎng)裝置。電路(例如評(píng)價(jià)電路)可以從由傳感器經(jīng)由它的傳感器元件探測(cè)的磁場(chǎng) 來(lái)推斷軸的旋轉(zhuǎn)的位置。
[0015] 注意到傳感器元件可以被布置在支承結(jié)構(gòu)（例如框架)上。這個(gè)支承結(jié)構(gòu)可以被認(rèn) 為是傳感器。支承結(jié)構(gòu)的目的可以是限定至少一個(gè)傳感器元件相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸的位置。支承 結(jié)構(gòu)的第二目的可以是保持至少兩個(gè)傳感器元件在彼此相對(duì)的位置中。此外，支承結(jié)構(gòu)或 傳感器可以包括電路(或其部分)和/或提供到傳感器元件的電氣連接的連接構(gòu)件。電路特 別地可以是傳感器本身的部分或者它可以在傳感器的外部。傳感器或支承結(jié)構(gòu)可以可連接 到或者被連接到外部器件，所述外部器件可以是推斷旋轉(zhuǎn)的位置的電路的部分和/或是用 于控制軸和/或包括所述軸的發(fā)動(dòng)機(jī)的控制單元的部分。
[0016] 傳感器可以包括多于兩個(gè)傳感器元件。特別地，至少兩個(gè)傳感器元件可以被布置 在支承結(jié)構(gòu)(傳感器)上使得它們中的至少兩個(gè)具有大于預(yù)定空間的間隙。預(yù)定的距離特別 地可以大于傳感器元件的大小，它可以例如約為軸的半徑或者大于軸的半徑。
[0017] 在許多使用案例中，磁場(chǎng)裝置不可以為傳感器元件自由可到達(dá)。例如，在需要角度 傳感器的凸輪軸情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸已經(jīng)占據(jù)在凸輪以下的半空間。下部的半空間由發(fā) 動(dòng)機(jī)的外殼覆蓋從而剩余凸輪軸的非常有限的空間和可達(dá)性?？赡茔@孔到外殼中，穿過(guò)所 述外殼放置細(xì)長(zhǎng)的模塊。傳感器元件可以定位在這樣的模塊的頂端處。模塊的頂端能夠被 布置成使得它接近磁場(chǎng)組件。
[0018] 在發(fā)動(dòng)機(jī)情況中的一個(gè)要求可以是在不必移除發(fā)動(dòng)機(jī)的外殼的情況下并且尤其 在不必將軸從它的軸承中取出的情況下模塊(例如在維修間隔期間）是可代替的。
[0019] 然而，在傳感器元件被靠近模塊的頂端定位(為了使傳感器元件靠在一起，例如在 小于5mm的距離之內(nèi)）的情況下，不可能以高準(zhǔn)確度(例如好于1.5°)確定磁場(chǎng)組件的旋轉(zhuǎn)的 位置。特別如果磁場(chǎng)組件顯著大于模塊的頂端，例如磁體可以具有總計(jì)35 mm的直徑而模塊 的頂端是5 mm，則情況可能就是這樣。因此，磁體的磁場(chǎng)在模塊的小的頂端之內(nèi)可以不顯著 改變，使得模塊的頂端可以?xún)H僅確定磁場(chǎng)的單個(gè)測(cè)試點(diǎn)。在這樣的單個(gè)測(cè)試點(diǎn)的情況下，確 定旋轉(zhuǎn)的位置的電路因此可能未獲得足夠的信息以用預(yù)定(高的）準(zhǔn)確度來(lái)得出磁體的角 度位置。
[0020] 在示例中，至少兩個(gè)傳感器元件被布置在支承結(jié)構(gòu)(例如模塊)上、在支承結(jié)構(gòu)(例 如模塊)處或者在支承結(jié)構(gòu)(例如模塊)之內(nèi)，其中這樣的支承結(jié)構(gòu)可以在它的末端而不是 頂端處具有預(yù)定形狀。這樣的預(yù)定形狀可以是叉狀或爪狀形狀。
[0021] 預(yù)定的形狀可以允許基本上沿著環(huán)繞軸的圓弧定位至少兩個(gè)傳感器元件，其中這 樣的圓弧特別地可以覆蓋在30°與150°之間的角度。所述圓弧特別地可以覆蓋(基本上）總 計(jì)90°的角度。例如，至少兩個(gè)傳感器元件可以至少部分包圍軸。
[0022]如果磁場(chǎng)裝置產(chǎn)生隨軸的旋轉(zhuǎn)角度的正弦變化的磁場(chǎng)，則在特定位置處的傳感器 元件經(jīng)歷與旋轉(zhuǎn)角度增的正弦sinf成比例的磁場(chǎng)，然而在旋轉(zhuǎn)的方向中偏移了角度α的另 一個(gè)傳感器元件經(jīng)歷與sin (f + α)成比例的磁場(chǎng)。
[0023] 如果角度α(基本上）總計(jì)90°，則第一傳感器元件探測(cè)隨sin f變化的場(chǎng)并且第二 傳感器元件探測(cè)隨sin (嚷+ 90°) = cos f變化的場(chǎng)?；趦蓚€(gè)場(chǎng)，能夠例如通過(guò)已知的 CORDIC算法(例如參見(jiàn)，http: //en .wikipedia. org/wiki/CORDIC)來(lái)確定軸的旋轉(zhuǎn)角度。 [0024]在角度α不等于90°的情況下，能夠通過(guò)使用三角恒等式來(lái)確定旋轉(zhuǎn)角度。在第一 傳感器元件供應(yīng)信號(hào)sir#并且第二傳感器元件供應(yīng)信號(hào)sin (f+α)的情況下，以下適用： + ??}/??η(φ)二 cos(a) - 。
[0025]因此，系統(tǒng)能夠確定在由兩個(gè)傳感器元件提供的信號(hào)之間的比例的值，減去cos (a)，把它除以sin(a)并且確定倒數(shù)，該倒數(shù)然后與tan(f)對(duì)應(yīng)。CORDIC算法然后允許計(jì)算 角度
[0026]圖4示出包括示例性磁場(chǎng)裝置401的平面視圖的圖，所述示例性磁場(chǎng)裝置401經(jīng)由 正性接頭被布置在軸402上。在這個(gè)示例中，磁場(chǎng)裝置401是磁體，其在下文中被稱(chēng)為磁體 401。然而注意到，這是示例性實(shí)施例并且磁場(chǎng)裝置不局限于磁體。
[0027]軸402的旋轉(zhuǎn)還導(dǎo)致磁體401的旋轉(zhuǎn)。磁體401具有帶有用于容納軸402的中心鉆孔 的旋轉(zhuǎn)的幾何形狀。
[0028]圖4還示出三個(gè)相互垂直的軸x、y和z，其中X和y在圖的平面之內(nèi)并且z是（與x-y平 面垂直的）軸402的旋轉(zhuǎn)軸。
[0029] 此外，也被稱(chēng)為傳感器403的支承結(jié)構(gòu)被示出為具有預(yù)定的爪狀形狀。傳感器403 包括傳感器元件404、405和406。在這個(gè)示例中，傳感器元件相互偏移45°。
[0030] (不在圖4中示出的）電路可以計(jì)算軸402環(huán)繞Z軸旋轉(zhuǎn)的角度。這能夠通過(guò)利用第 一信號(hào)差dl 和第二信號(hào)差d2 dl - 6'2： ? S3, 來(lái)獲得， 其中 Sl指示由傳感器404得到的信號(hào)， S2指示由傳感器405得到的信號(hào)，并且 S3指示由傳感器406得到的信號(hào)。
[0031]第一信號(hào)差dl和第二信號(hào)差d2被相移45°。
[0032]作為替選方案，第三信號(hào)差d3可以被確定為 并且第四信號(hào)差d4可以被確定為 ^ 52 - (5! -t· 53)/2, 其也被相移由此允許電路確定軸402的角度位置。
[0033]有利地，傳感器元件404至406被沿著圓曲線(xiàn)定位，所述圓曲線(xiàn)同心于軸402的旋轉(zhuǎn) 軸z，其中這樣的圓的直徑可以是讀取半徑407的兩倍。
[0034] 例如，物理尺寸可以如下：軸402具有24 mm的直徑，磁體401具有總計(jì)45 mm的外 徑，讀取半徑407是近似20 mm。
[0035] 對(duì)于給定的讀取半徑407(縮寫(xiě)為Rr)，傳感器元件404至406的間距s(即讀取元件 的最大間距，其可以對(duì)爪形傳感器403的大小具有影響）導(dǎo)致 - 2 - Rr * 對(duì)于(1 = 90°和1^ = 2〇111111，間距8導(dǎo)致28.3 111111，即粗略3〇11〇
[0036] 因此，保持傳感器元件相對(duì)于彼此并且相對(duì)于軸以及相對(duì)于磁場(chǎng)裝置在適當(dāng)?shù)奈?置可以是有利的。此外，可以需要在傳感器元件之間的電氣連接并且必須將傳感器元件的 信號(hào)傳送到電路。這樣的電路可以是或者包括使用旋轉(zhuǎn)信息用于進(jìn)一步控制目的的控制單 元或處理單元。在一個(gè)特別的示例中，來(lái)自傳感器的（直接的或已經(jīng)處理的）信號(hào)在發(fā)動(dòng)機(jī) 的外殼的外部被傳送用于適當(dāng)?shù)卮_定和/或利用角度信息并且因此用于允許控制發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0037] 根據(jù)示例性實(shí)施例，傳感器(支承結(jié)構(gòu)）可以是或包括以爪形的（部件）板，該（部 件)板包括電線(xiàn)以接觸至少兩個(gè)傳感器元件。（例如針對(duì)霍爾效應(yīng)傳感器或MAG-FET)傳感器 元件可以被部署在至少一個(gè)襯底(例如半導(dǎo)體襯底)上或之內(nèi)。而且，能夠使用半導(dǎo)體或玻 璃襯底，磁阻傳感器元件(例如，AMR、GMR、TMR傳感器元件)可以被濺射到所述半導(dǎo)體或玻璃 襯底上。在從晶片分離之后，傳感器元件變成管芯。這樣的管芯能夠用它們的有源表面（即 其中傳感器和可選評(píng)價(jià)電路的接觸是可到達(dá)的表面）以倒裝芯片方式或者用它們的背表面 (管芯的相對(duì)的主表面)被直接附著到板。能夠經(jīng)由倒裝芯片技術(shù)(例如經(jīng)由凸起、球)或者 經(jīng)由導(dǎo)線(xiàn)接合(例如楔形導(dǎo)線(xiàn)接合或凸起形導(dǎo)線(xiàn)接合)實(shí)現(xiàn)在部件板中管芯與跡線(xiàn)之間的 電氣接觸。能夠由像模制化合物、凝膠、帽和/或塑性密封的保護(hù)構(gòu)件來(lái)覆蓋管芯和板的部 分或全部。與爪相對(duì)的板的末端可以配備有連接器的插座，插頭可以插入到所述插座中以 允許板(包含它的部件)的電氣連接。這個(gè)插座可以被附著到發(fā)動(dòng)機(jī)的外殼由此確定傳感器 元件相對(duì)于軸和磁場(chǎng)裝置的位置。連接器可以從外殼的外部可到達(dá)。
[0038] 根據(jù)另一個(gè)示例，由銅或鋁合金制成的壓印的導(dǎo)體柵格可以用作基礎(chǔ)框架以實(shí)現(xiàn) 在傳感器元件與連接器之間的電氣接觸。傳感器元件每個(gè)可以被容納在具有引線(xiàn)的塑性密 封的封裝(PEL)(帶引線(xiàn)的傳感器封裝沖，其中分別的PEL的引線(xiàn)被連接到導(dǎo)體柵格。這能 夠通過(guò)焊接、銅焊、錫焊或者（用導(dǎo)電膠)膠合來(lái)實(shí)現(xiàn)。在建立電氣連接之后，可以固定傳感 器元件相對(duì)于彼此的幾何位置。導(dǎo)體柵格還可以被連接到連接插座并且作為選擇被連接到 與導(dǎo)體柵格連接的像負(fù)載電阻器、保護(hù)電阻器、二極管以及電容器的進(jìn)一步的（例如，無(wú)源） 部件。所有這樣的部件可以被機(jī)械耦合到導(dǎo)體柵格。導(dǎo)體柵格與它的附著的部件一起并且 與它的插座一起然后可以被模制以保護(hù)它們不受環(huán)境影響。經(jīng)由這個(gè)模制步驟可以產(chǎn)生爪 形結(jié)構(gòu)。
[0039] 存在穿過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的外殼徑向地或者切向地放置傳感器(模塊)的各種選擇。
[0040] 圖5示出被至少部分地布置在(例如發(fā)動(dòng)機(jī)的）外殼508內(nèi)部的磁傳感器系統(tǒng)的示 意性平面視圖。磁場(chǎng)裝置501被環(huán)繞軸502(例如，發(fā)動(dòng)機(jī)的凸輪軸)布置。支承結(jié)構(gòu)503包括 傳感器元件504、505和506。支承結(jié)構(gòu)具有爪狀形狀并且傳感器元件504至506被布置在環(huán)繞 軸502的圓形線(xiàn)上。在傳感器元件504與506之間的距離大于半徑Rr 507。支承結(jié)構(gòu)503被布 置在磁場(chǎng)裝置501的附近以便傳感器元件504至506能夠探測(cè)磁場(chǎng)或磁場(chǎng)的改變。有利地，以 軸502的移動(dòng)(旋轉(zhuǎn)）不引起與軸502或磁場(chǎng)裝置501相撞的方式來(lái)布置支承結(jié)構(gòu)503和傳感 器元件504至506。
[00411 支承結(jié)構(gòu)503可以包括傳感器元件、傳感器元件的電布線(xiàn)、用于處理來(lái)自傳感器元 件和/或朝向外部電路的信號(hào)的電路。支承結(jié)構(gòu)503可以被連接到插座510;支承結(jié)構(gòu)503和 (部分)插座510可以穿過(guò)外殼508被插入，并且插座可以例如經(jīng)由螺絲或任何其他緊固構(gòu)件 被機(jī)械連接到外殼。為了發(fā)動(dòng)機(jī)的替換或維修目的，這個(gè)機(jī)械連接可以是可拆卸的。將插座 510和支承結(jié)構(gòu)503整體地(單片)連接是一種選擇。因此，包括插座510和支承結(jié)構(gòu)503的裝 置能夠穿過(guò)在外殼508中的孔被插入(方向如由箭頭509指示的那樣），并且插座510能夠然 后與外殼機(jī)械連接以還限定傳感器元件504至506關(guān)于軸502和磁場(chǎng)裝置501的定位(放置）。 [0042]插座510能夠被連接到接觸器和/或任何其他電路（由箭頭511所指示）。
[0043]圖5示出其中插座510被部分插入到發(fā)動(dòng)機(jī)中（被部分刺入穿過(guò)外殼508)的示例。 將插座510完全插入到發(fā)動(dòng)機(jī)中或者不將插座510插入到發(fā)動(dòng)機(jī)中也是選擇。在所有情況 下，插座可以被安裝在外殼508處，由此為支承結(jié)構(gòu)503以及因此傳感器元件504至506提供 固定。
[0044]圖6示出替選的磁傳感器系統(tǒng)的示意性平面視圖。圖6包括與圖5相同的部件。然 而，圖6示出支承結(jié)構(gòu)(傳感器)的徑向放置，而圖5示出支承結(jié)構(gòu)(傳感器)的切向放置。 [0045]圖7示出基于圖6的替選的實(shí)施例，其中傳感器元件504和505環(huán)繞軸跨越近似120° 的角度，該角度大于在圖5和圖6中示出的近似45°的角度。這同樣適用于在傳感器元件505 與506之間的角度。
[0046] 注意到磁體能夠沿直徑磁化、徑向磁化或者軸向磁化。磁體可以具有單個(gè)極對(duì)(一 個(gè)北極和一個(gè)南極)或者它可以具有在旋轉(zhuǎn)的方向中或者在其他方向中布置的多個(gè)極對(duì)。 磁場(chǎng)裝置可以包括至少一個(gè)永磁體。磁場(chǎng)裝置可以包括充當(dāng)針對(duì)外部磁干擾的磁屏蔽或磁 通導(dǎo)引器(f Iuxguide)或磁輒的含鐵部分。
[0047] 傳感器元件可以是下面中的至少一個(gè)： -霍爾效應(yīng)傳感器元件，例如包括霍爾片或垂直霍爾效應(yīng)器件； -磁場(chǎng)敏感 MOSFET(MAG-FET); -磁阻器件，例如各向異性磁阻(AMR)器件、巨磁阻(GMR)器件或隧道磁阻(TMR)器件。
[0048] 傳感器元件可以被布置成探測(cè)磁場(chǎng)的分量，特別是任何1-、7-、2-、徑向的、方位角 的或軸向的分量。傳感器元件可以探測(cè)磁場(chǎng)矢量到傳感器平面中的投影。傳感器元件可以 探測(cè)這樣的投影與參考方向的正弦或余弦。傳感器元件可以在這個(gè)方面特別地可與一些類(lèi) 型的磁電阻器比較。
[0049] 有利地，磁場(chǎng)裝置被放置使得它在軸的旋轉(zhuǎn)期間不與傳感器物理相撞。由于磁場(chǎng) 裝置用軸固定，軸的旋轉(zhuǎn)引起磁場(chǎng)裝置的旋轉(zhuǎn)，這不應(yīng)該引起與傳感器的相撞，所述傳感器 被布置有非旋轉(zhuǎn)的部件，例如發(fā)動(dòng)機(jī)的外殼。
[0050] 磁場(chǎng)裝置可以具有龐大的形狀，它可以例如在外周界上具有縫、槽、突出部，其允 許傳感器的移動(dòng)而不與磁場(chǎng)裝置相撞。如下也是選擇:磁場(chǎng)裝置包括被連接到軸的數(shù)個(gè)部 分，其中數(shù)個(gè)部分彼此隔開(kāi)使得它們提供間隙以使傳感器至少部分地放置在這樣的部分之 內(nèi)。
[0051] 磁場(chǎng)裝置可以被布置使得它允許產(chǎn)生磁場(chǎng)特性。優(yōu)選地，這樣的磁場(chǎng)特性橫跨經(jīng) 受探測(cè)的角度范圍由（一個(gè)或多個(gè))傳感器元件可探測(cè)(特別是可識(shí)別）。這對(duì)于為傳感器元 件探測(cè)提供唯一磁場(chǎng)特性的磁場(chǎng)裝置能夠被實(shí)現(xiàn)。唯一性特別地可以適用于有限的空間， 例如機(jī)器、發(fā)動(dòng)機(jī)、車(chē)輛。它可以但是不必是全局唯一的。磁場(chǎng)裝置可以包括至少一個(gè)磁體。 然而，在不具有如這樣的磁體的情況下，磁場(chǎng)裝置也可以應(yīng)付。磁源本身可以是另一個(gè)系統(tǒng) (而不是磁場(chǎng)裝置）的部分。因此，磁場(chǎng)裝置（即使不具有磁體本身）可以以對(duì)于傳感器是可 探測(cè)的方式修改(現(xiàn)有的)磁場(chǎng)。
[0052] 例如，永磁體可以被附著到定子并且一些不對(duì)稱(chēng)的鐵盤(pán)可以被附著到轉(zhuǎn)子。由旋 轉(zhuǎn)的鐵盤(pán)來(lái)更改永磁體的場(chǎng)。因此，根據(jù)在本文中描述的示例，鐵盤(pán)可以用作磁場(chǎng)裝置:鐵 盤(pán)被附著到軸，因?yàn)樗鼈冃枰D(zhuǎn)。永磁體不必被附著到軸或者移動(dòng)(旋轉(zhuǎn)）；（靜止的)永磁 體產(chǎn)生對(duì)于所有角度不唯一的場(chǎng)，但是鐵盤(pán)更改這個(gè)磁場(chǎng)并且它由此變成對(duì)所有角度是唯 一的。
[0053]在本文中提出的示例特別地可以基于以下解決方案中的至少一個(gè)。特別地，以下 特征的組合能夠被利用以便達(dá)到期望的結(jié)果。方法的特征能夠與器件、設(shè)備或系統(tǒng)的任何 (一個(gè)或多個(gè))特征組合，或者反之亦然。
[0054]提出用于探測(cè)磁場(chǎng)裝置附著到的軸的旋轉(zhuǎn)的位置的角度傳感器，該角度傳感器包 括： -第一傳感器元件， -第二傳感器元件， -支承結(jié)構(gòu)，其中第一傳感器元件和第二傳感器元件被機(jī)械地耦合到支承結(jié)構(gòu)， -其中所述支承結(jié)構(gòu)被布置成被機(jī)械地連接到外殼，其中所述外殼至少部分地包圍所 述軸。
[0055] 因此，傳感器元件被定位在軸的旁邊。特別地，如下是選擇:將多于兩個(gè)傳感器元 件布置在支承結(jié)構(gòu)上、在支承結(jié)構(gòu)中或在支承結(jié)構(gòu)處。
[0056] 外殼可以是發(fā)動(dòng)機(jī)(特別是內(nèi)燃機(jī))的外殼。軸可以是發(fā)動(dòng)機(jī)的凸輪軸。
[0057]支承結(jié)構(gòu)可以是包括至少兩個(gè)傳感器元件的載體或框架。支承結(jié)構(gòu)還可以包括用 于處理由傳感器元件探測(cè)的信號(hào)的電路。而且，支承結(jié)構(gòu)可以包括用于連接傳感器元件的 布線(xiàn)、電路和/或提供到外部電路(例如，處理單元或電子控制單元)的連接的插座。
[0058]如下是選擇:供應(yīng)的磁場(chǎng)具有360°的周期，即它特別地可以橫跨360°是基本上一 致的。如下是另一選擇:磁場(chǎng)裝置或分離的磁結(jié)構(gòu)包括沿直徑磁化的永磁體。
[0059] 有利地，提供的示例允許針對(duì)外部磁干擾的高魯棒性。傳感器估計(jì)軸的旋轉(zhuǎn)角度 并且在很大程度上不受疊加的均勻磁場(chǎng)影響。如下也是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)：所述解決方案應(yīng)付在磁 場(chǎng)裝置、軸和/或(一個(gè)或多個(gè))傳感器元件之間的裝配容差。提供的示例是特別合算的，因 為裝配過(guò)程不需要高復(fù)雜性以保證低容差。
[0060] 根據(jù)實(shí)施例，第一傳感器元件和第二傳感器元件分開(kāi)一段距離，所述距離總計(jì)至 少所述軸的半徑，特別是所述軸的直徑。
[0061] 根據(jù)實(shí)施例，第一傳感器元件和第二傳感器元件分開(kāi)一段距離，所述距離總計(jì)至 少在任何傳感器元件到軸的旋轉(zhuǎn)軸之間的距離。
[0062] 根據(jù)實(shí)施例，第一傳感器元件和第二傳感器元件基本上沿著環(huán)繞軸的旋轉(zhuǎn)軸的圓 曲線(xiàn)被布置。
[0063] 根據(jù)實(shí)施例，支承結(jié)構(gòu)具有環(huán)繞軸或者磁場(chǎng)裝置部分地布置的爪狀形狀。
[0064] 根據(jù)實(shí)施例，由至少部分地圍繞支承結(jié)構(gòu)的模制物或隔離來(lái)提供爪狀形狀。
[0065] 根據(jù)實(shí)施例，爪狀形狀被布置使得支承結(jié)構(gòu)和磁場(chǎng)裝置不相撞。
[0066] 根據(jù)實(shí)施例，支承結(jié)構(gòu)具有大于軸的直徑的開(kāi)口。
[0067] 根據(jù)實(shí)施例，支承結(jié)構(gòu)包括連接到或者可連接到外殼的插座。
[0068] 根據(jù)實(shí)施例，外殼包括用于插入支承結(jié)構(gòu)的開(kāi)口，其中插座可釋放地可連接到外 殼。
[0069] 插座可以經(jīng)由至少一個(gè)螺絲或任何其他可拆卸的緊固構(gòu)件被連接到外殼。
[0070] 將插座從外殼的內(nèi)部連接到外殼也是選擇。
[0071] 通過(guò)將插座以及因此支承結(jié)構(gòu)緊固到外殼，至少兩個(gè)傳感器元件關(guān)于軸以及磁場(chǎng) 裝置被放置。
[0072] 將支承結(jié)構(gòu)附著到外殼進(jìn)一步是選擇。這能夠通過(guò)可拆卸的緊固構(gòu)件(例如至少 一個(gè)螺旋接頭)來(lái)實(shí)現(xiàn)。支承結(jié)構(gòu)在這個(gè)方面可以包括能夠用于被聯(lián)合在外殼上的緊固部 分。
[0073] 如下特別地是優(yōu)點(diǎn):在不必打開(kāi)外殼的情況下能夠替換包括至少兩個(gè)傳感器元件 的支承結(jié)構(gòu)。
[0074]如下是選擇:能夠環(huán)繞軸穿過(guò)在外殼內(nèi)部的孔從外部安裝支承結(jié)構(gòu)。在這樣的情 況下，至少一個(gè)傳感器元件可以被定位在支承結(jié)構(gòu)的第一末端處或附近，并且支承結(jié)構(gòu)的 第二末端包括接觸構(gòu)件，所述接觸構(gòu)件允許將支承結(jié)構(gòu)的傳感器元件電氣連接到例如外部 電路。支承結(jié)構(gòu)的第一末端和第二末端可以被定位在支承結(jié)構(gòu)的相對(duì)側(cè)。接觸構(gòu)件可以包 括插座(其可以在外殼處被機(jī)械地緊固）。通過(guò)安裝支承結(jié)構(gòu)（穿過(guò)在外殼中的孔），外殼本 身不必被打開(kāi)。這允許支承結(jié)構(gòu)或支承結(jié)構(gòu)的部分的簡(jiǎn)單并且高效的替換。
[0075] 根據(jù)實(shí)施例，角度傳感器是離軸磁角度傳感器。
[0076] 角度傳感器可以是關(guān)于軸的旋轉(zhuǎn)軸的離軸磁角度傳感器。
[0077] 根據(jù)實(shí)施例，傳感器元件中的至少一個(gè)具有以下類(lèi)型之一： -磁傳感器； -霍爾傳感器； -GMR傳感器； -TMR傳感器； -AMR傳感器； -MAG-FET0
[0078] 注意到傳感器元件中的數(shù)個(gè)能夠具有相同的類(lèi)型的或者不同的類(lèi)型。傳感器元件 可以被部署在至少一個(gè)載體(例如襯底，特別是半導(dǎo)體襯底)上、處或之內(nèi)。
[0079] 根據(jù)實(shí)施例，磁場(chǎng)裝置包括允許產(chǎn)生磁場(chǎng)特性的部件。
[0080]根據(jù)實(shí)施例，磁場(chǎng)裝置包括至少一個(gè)永磁體。
[0081] 根據(jù)實(shí)施例，磁場(chǎng)裝置包括至少一個(gè)部件以影響由第一傳感器元件和第二傳感器 元件探測(cè)的磁場(chǎng)。
[0082] 這樣的部件特別地可以是軟磁的。所述部件可以具有大于100,特別地大于1000的 磁導(dǎo)率。
[0083]根據(jù)實(shí)施例， -第一傳感器元件被定位在離所述軸的旋轉(zhuǎn)的軸的第一半徑處并且其中第二傳感器 元件被定位在離所述軸的旋轉(zhuǎn)的軸的第二半徑處； -第一傳感器元件和第二傳感器元件被布置使得它們分開(kāi)以下中的至少一個(gè)的距離： -第一和第二讀取半徑的和的至少五分之一； -小于或等于第一和第二讀取半徑的和。
[0084]作為一個(gè)選擇，第一和第二半徑是(基本上)相同的。
[0085]根據(jù)實(shí)施例，在基于第一半徑和第二半徑的矢量之間的角度總計(jì)至少20°。
[0086]角度特別地可以指代在基于第一半徑和第二半徑的兩個(gè)徑向矢量之間的兩個(gè)可 能的角度中的較小的一個(gè)。
[0087]根據(jù)實(shí)施例， -支承結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)體柵格， -第一傳感器元件包括第一塑性密封的封裝并且第二傳感器元件包括第二塑性密封 的封裝， -第一傳感器元件的端子和第二傳感器元件的端子被電氣連接到導(dǎo)體柵格。
[0088]根據(jù)實(shí)施例，電氣連接器被耦合到連接器柵格。
[0089]而且，提供了用于探測(cè)軸的旋轉(zhuǎn)的位置的系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)包括： -機(jī)械耦合到軸的磁場(chǎng)裝置， -第一傳感器元件， -第二傳感器元件， -支承結(jié)構(gòu)，其中第一傳感器元件和第二傳感器元件被機(jī)械地耦合到支承結(jié)構(gòu)， -其中支承結(jié)構(gòu)被布置成被機(jī)械地連接到外殼，其中所述外殼至少部分地包圍軸。
[0090] 根據(jù)實(shí)施例，支承結(jié)構(gòu)包括可連接到或者連接到外殼的插座。
[0091] 根據(jù)實(shí)施例，支承結(jié)構(gòu)的傳感器元件經(jīng)由插座電氣可連接到在外殼外部的電路。
[0092] 進(jìn)一步地，提出了包括如在本文中描述的至少一個(gè)角度傳感器的發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0093] 盡管公開(kāi)了本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例，但是對(duì)于本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將顯然的 是:在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下能夠進(jìn)行各種改變和修改，所述各種改變和修 改將獲得本發(fā)明的一些優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于本領(lǐng)域中的合理技術(shù)人員將是明顯的是:執(zhí)行相同功能 的其他部件可以合適地替代。應(yīng)該提到參考特定附圖解釋的特征可以與其他附圖的特征組 合，盡管在其中這沒(méi)有明確提到的那些情況下。進(jìn)一步地，可以以使用適當(dāng)?shù)奶幚砥髦噶畹?全軟件實(shí)施方式或者以混合的實(shí)施方式來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法，所述混合實(shí)施方式利用硬件 邏輯和軟件邏輯的組合以實(shí)現(xiàn)相同的結(jié)果。旨在由所附的權(quán)利要求來(lái)覆蓋對(duì)發(fā)明的概念的 這樣的修改。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于探測(cè)磁場(chǎng)裝置附著到的軸的旋轉(zhuǎn)位置的角度傳感器，包括： -第一傳感器元件， -第二傳感器元件， -支承結(jié)構(gòu)，其中第一傳感器元件和第二傳感器元件被機(jī)械地耦合到所述支承結(jié)構(gòu)， -其中支承結(jié)構(gòu)被布置成被機(jī)械地連接到外殼，其中所述外殼至少部分地包圍所述 軸。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中第一傳感器元件和第二傳感器元件分開(kāi)一段距 離，所述距離總計(jì)至少所述軸的半徑，特別地是所述軸的直徑。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中第一傳感器元件和第二傳感器元件分開(kāi)一段距 離，所述距離總計(jì)至少在任何傳感器元件到所述軸的旋轉(zhuǎn)軸之間的距離。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中第一傳感器元件和第二傳感器元件基本上沿著 環(huán)繞所述軸的旋轉(zhuǎn)軸的圓曲線(xiàn)被布置。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述支承結(jié)構(gòu)具有環(huán)繞所述軸或所述磁場(chǎng)裝置 被部分地布置的爪狀形狀。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳感器，其中由至少部分地圍繞所述支承結(jié)構(gòu)的模制物或隔 離來(lái)提供所述爪狀形狀。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳感器，其中所述爪狀形狀被布置使得所述支承結(jié)構(gòu)和所述 磁場(chǎng)裝置不相撞。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述支承結(jié)構(gòu)具有大于所述軸的直徑的開(kāi)口。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述支承結(jié)構(gòu)包括連接到或者能連接到所述外 殼的插座。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的傳感器，其中所述外殼包括用于插入所述支承結(jié)構(gòu)的開(kāi)口， 其中所述插座可釋放地能連接到所述外殼。11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述角度傳感器是離軸磁角度傳感器。12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中傳感器元件中的至少一個(gè)具有以下類(lèi)型之一： -磁傳感器； -霍爾傳感器； -GMR傳感器； -TMR傳感器； -AMR傳感器； -MAG-FET〇13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述磁場(chǎng)裝置包括允許產(chǎn)生磁場(chǎng)特性的部件。14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述磁場(chǎng)裝置包括至少一個(gè)永磁體。15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述磁場(chǎng)裝置包括至少一個(gè)部件以影響由第一 傳感器元件和第二傳感器元件探測(cè)的磁場(chǎng)。16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器， -其中第一傳感器元件被定位在離所述軸的旋轉(zhuǎn)的軸的第一半徑處并且其中第二傳 感器元件被定位在離所述軸的旋轉(zhuǎn)的軸的第二半徑處； -其中第一傳感器元件和第二傳感器元件被布置使得它們分開(kāi)以下中的至少一個(gè)的 距離： -第一和第二讀取半徑的和的至少五分之一； -小于或等于第一和第二讀取半徑的和。17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的傳感器，其中在基于第一半徑和第二半徑的矢量之間的角 度總計(jì)至少20°。18. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器， -其中所述支承結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)體柵格， -其中第一傳感器元件包括第一塑性密封的封裝并且第二傳感器元件包括第二塑性 密封的封裝， -其中第一傳感器元件的端子和第二傳感器元件的端子被電氣連接到所述導(dǎo)體柵格。19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的傳感器，其中電氣連接器被耦合到所述連接器柵格。20. -種用于探測(cè)軸的旋轉(zhuǎn)的位置的系統(tǒng)，包括： -磁場(chǎng)裝置，被機(jī)械地耦合到所述軸， -第一傳感器元件， -第二傳感器元件， -支承結(jié)構(gòu)，其中第一傳感器元件和第二傳感器元件被機(jī)械地耦合到所述支承結(jié)構(gòu)， -其中所述支承結(jié)構(gòu)被布置成被機(jī)械地連接到外殼，其中所述外殼至少部分地包圍所 述軸。21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中所述支承結(jié)構(gòu)包括能連接到或者連接到所述外 殼的插座。22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述支承結(jié)構(gòu)的傳感器元件經(jīng)由所述插座電氣 能連接到在所述外殼外部的電路。23. -種包括根據(jù)權(quán)利要求1的至少一個(gè)角度傳感器的發(fā)動(dòng)機(jī)。
【文檔編號(hào)】G01B7/30GK105841604SQ201610063549
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年1月29日
【發(fā)明人】U.奧瑟萊希納
【申請(qǐng)人】英飛凌科技股份有限公司