專利名稱：包括磁化軸的傳感器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及傳感器，尤其涉及包括磁化軸的傳感器系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在具有轉(zhuǎn)軸的系統(tǒng)的控制中，轉(zhuǎn)矩是感興趣的基本參數(shù)。于是， 已經(jīng)開發(fā)出用于感測施加到轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)矩的傳感器。不與轉(zhuǎn)軸接觸的 傳感器是期望的。非接觸傳感器可以產(chǎn)生和/或監(jiān)視與施加到軸上的轉(zhuǎn) 矩成比例的圍繞轉(zhuǎn)軸的磁場。
在一種已知配置中，可以沿著圓周磁化轉(zhuǎn)軸或它的一個或多個軸 向部分，即，在沿著與軸心同軸的圓形路徑的單個方向上磁極化轉(zhuǎn)軸 或它的一個或多個軸向部分。當(dāng)軸受到零轉(zhuǎn)矩時，由軸建立的磁場不 包括軸心方向上的分量。當(dāng)將轉(zhuǎn)矩施加到軸上時，圓周磁場隨著轉(zhuǎn)矩 增大而越來越變成螺旋狀的。施加轉(zhuǎn)矩所引起的螺旋狀磁化包括軸心 方向上的軸向分量和圓周分量。軸向分量可以與施加的轉(zhuǎn)矩直接成比 例。位于軸附近的磁傳感器可以檢測軸向分量，并且提供指示施加到 軸上的轉(zhuǎn)矩水平的輸出。
在這樣的實施例中，軸的適當(dāng)磁化是操作的關(guān)鍵。系統(tǒng)中磁化軸 或組裝軸過程中的制造誤差可以導(dǎo)致傳感器系統(tǒng)完全失敗。此外，軸
磁化可能隨時間而變?nèi)?。但是，?dāng)軸處在零轉(zhuǎn)矩時可感測軸向場分量 的缺乏不允許用于確定軸是否被適當(dāng)磁化或甚至究竟是否被磁化的 簡單無源外部裝置。
提供在零轉(zhuǎn)矩具有靜軸向磁場的傳感器的一種已知手段涉及在 軸處在預(yù)定轉(zhuǎn)矩下的同時沿著圓周磁化軸。由于圓周場是在存在預(yù)定 轉(zhuǎn)矩的情況下感應(yīng)的，在磁化期間施加的轉(zhuǎn)矩下，出現(xiàn)不可測的軸向 場分量，并且，當(dāng)去除軸上的轉(zhuǎn)矩時，圓周場歪斜，導(dǎo)致靜軸向場分 量。盡管這樣的配置允許在零轉(zhuǎn)矩下的診斷，但也存在幾種缺陷。例 如，在預(yù)定轉(zhuǎn)矩下磁化軸是麻煩和昂貴的過程，不允許容易的大規(guī)才莫 生產(chǎn)。
另外，沿著圓周磁化的配置可能只允許測量轉(zhuǎn)矩，而不能測量位 置或速度。在一些應(yīng)用中，可能希望傳感器也能(或可替代地)利用 一組相同的電子線路來提供位置和/或速度感測。
于是，需要一種包括可以有效和成本劃算生產(chǎn)的在零轉(zhuǎn)矩下提供 可測量軸向場分量的磁化軸的傳感器系統(tǒng)。還需要一種提供轉(zhuǎn)矩、位 置、和/或速度的感測的包括磁化軸的傳感器系統(tǒng)。


通過參照相同標(biāo)號表示相同部分的附圖對本發(fā)明的示范性實施 例進(jìn)行如下詳細(xì)描述，本發(fā)明的特征和優(yōu)點將變得顯而易見，在附圖
中
圖i是按照本發(fā)明的示范性系統(tǒng)的方塊圖； 圖2圖解地例示了按照本發(fā)明的示范性傳感器；
圖3是例示軸的橢圓磁化的沿著圖2的A-A線取出的圖2的軸
的剖面圖4圖解地例示了按照本發(fā)明的另一種示范性傳感器；
圖5是軸和一對電極夾的透視圖，以例示在按照本發(fā)明的軸中引 起橢圓磁化的一種方法；
圖6是圖5的軸和電極夾的頂視圖7是沿著圖6的A-A線取出的圖6的軸和電極夾的剖面圖； 圖8是軸和相對于軸傾斜的電磁體的視圖，以例示在按照本發(fā)明
的軸中引起橢圓磁化的另一種方法；
圖9是沿著圖8的A-A線取出的圖8的軸和電磁體的剖面圖； 圖IO是軸和相對于軸傾斜的永磁體的視圖，以例示在按照本發(fā)
明的軸中引起橢圓磁化的另一種方法；
圖ll是沿著圖10的A-A線取出的圖IO的軸和永磁體的剖面圖； 圖12圖解地例示了通過軸旋轉(zhuǎn)時的時變磁場的AC分析，具有
兩個橢圓磁化區(qū)的傳感器的另一個實施例；
圖13圖解地例示了通過軸旋轉(zhuǎn)時的時變磁場的AC分析，具有
兩個橢圓磁化區(qū)的傳感器的另一個實施例，以便同時監(jiān)視除了轉(zhuǎn)矩之
外的軸參數(shù)；
圖14是圖13的軸的有源區(qū)的橫剖面，例示了圖13的兩個磁通 門線圏的徑向位移的例子；
圖15是軸和電極夾的側(cè)視圖，例示了按照本發(fā)明的磁化軸的另 一種系統(tǒng)和方法；
圖15A是在電極夾組件之間取出的圖15的實施例的徑向剖面
圖16是軸和電極夾的側(cè)視圖，例示了按照本發(fā)明的磁化軸的另 一種系統(tǒng)和方法；
圖17是軸和電極夾的側(cè)視圖，例示了按照本發(fā)明的磁化軸的另 一種系統(tǒng)和方法；
圖18是利用如圖17所示的配置磁化并包括雙差分檢測器配置的 軸的側(cè)視圖19是軸和電極夾的側(cè)視圖，例示了按照本發(fā)明的磁化軸的另 一種系統(tǒng)和方法；
圖20是軸和電極夾的側(cè)視圖，例示了按照本發(fā)明的磁化軸的另 一種系統(tǒng)和方法；
圖20A是穿過電極夾組件取出的圖20的實施例的徑向剖面圖21是軸和電極夾的頂視圖，例示了按照本發(fā)明的磁化軸的另
一種系統(tǒng)和方法；
圖21A是穿過電極夾組件取出的圖21的實施例的徑向剖面圖； 圖22是軸和電極夾的側(cè)視圖，例示了按照本發(fā)明的磁化軸的另
一種系統(tǒng)和方法；
圖22A是穿過電極夾組件取出的圖22的實施例的徑向剖面圖； 圖23是軸和電極夾的頂視圖，例示了按照本發(fā)明的磁化軸的另
一種系統(tǒng)和方法；
圖23A是穿過第一對電極夾組件取出的圖23的實施例的徑向剖
面圖23B是穿過第二對電極夾組件取出的圖23的實施例的徑向剖
面圖24是軸和電極夾的頂視圖，例示了按照本發(fā)明的磁化軸的另 一種系統(tǒng)和方法；
圖24A是圖24的實施例的透視圖25是軸和電極夾的頂視圖，例示了按照本發(fā)明的磁化軸的另 一種系統(tǒng)和方法；
圖25A是圖25的實施例的透視圖26是軸和電極夾的頂視圖，例示了按照本發(fā)明的磁化軸的另 一種系統(tǒng)和方法；
圖26A是圖26的實施例的透視圖27是包括第一和第二有源區(qū)的按照本發(fā)明的軸的側(cè)視圖； 圖27A是例示通過分接穿過軸中心的軸向電流來建立飽和帶的
按照本發(fā)明的軸的側(cè)視圖28是例示磁化按照本發(fā)明的軸的另一種系統(tǒng)和方法的軸和電
極夾的頂視圖29是例示磁化按照本發(fā)明的軸的另一種系統(tǒng)和方法的軸和電 極夾的頂視圖30圖解地例示了接觸柱的一個實施例；
圖31是在軸中建立磁化有源區(qū)的第一示范性配置中，軸和與軸
接觸的多個接觸柱的視圖32是在軸中建立磁化有源區(qū)的第二示范性配置中，軸和與軸
接觸的多個接觸柱的視圖33圖解地例示了為了在按照本發(fā)明的軸中建立第一和第二有
源區(qū)而提供不平衡電流的一種示范性系統(tǒng)和方法；
圖34圖解地例示了按照本發(fā)明的徑向和切向磁通門線圏；
圖35圖解地例示了按照本發(fā)明的軸向磁通門線圏；
圖36圖解地例示了圍繞按照本發(fā)明的軸放置三個磁通門線圏的
示范性外殼；
圖37圖解地例示了圍繞按照本發(fā)明的軸放置四個磁通門線圏的 示范性外殼；
圖38是按照本發(fā)明的示范性傳感器的傳感器輸出與轉(zhuǎn)矩之間關(guān) 系的曲線圖39是按照本發(fā)明的示范性傳感器的傳感器輸出與軸旋轉(zhuǎn)角之 間關(guān)系的曲線圖；以及
圖40是按照本發(fā)明的示范性傳感器的傳感器輸出與軸旋轉(zhuǎn)角之 間關(guān)系的曲線圖。
盡管如下的詳細(xì)描述從參照例示性實施例著手，但它們的許多替 代、修改、和改變對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說是顯而易見的。于 是，應(yīng)該廣義地觀看要求的主題。
具體實施例方式
本文提供的描述參照各種各樣示范性實施例。應(yīng)該明白，本文描 述的實施例是通過例示的方式，而不是通過限制的方式給出的。本發(fā) 明可以不偏離發(fā)明精神和范圍地包含到多種多樣的系統(tǒng)中。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖l,圖l以方塊圖形式示出了包括按照本發(fā)明的傳感 器104的系統(tǒng)100的一個示范性實施例。如圖所示，系統(tǒng)100可以包 括控制器106和受控制器106控制的一個或多個系統(tǒng)108和110。傳
感器104可以監(jiān)視施加到軸102上的轉(zhuǎn)矩。在一個示范性實施例中， 軸102可以與拖拉機的功率輸出軸耦合，或形成拖拉機的功率輸出軸 的一部分。代表施加到功率輸出軸上的轉(zhuǎn)矩的輸出可以從傳感器104 耦合到控制器106?？刂破骺梢允桥渲贸身憫?yīng)于傳感器輸出來控制系 統(tǒng)108和110的微控制器，例如，包括適當(dāng)編程的微處理器和相關(guān)的 存儲器。
在另一個示范性實施例中，軸102可以與車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向軸 耦合，或形成車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向軸的一部分。傳感器104可以將代 表施加到轉(zhuǎn)向輪軸上的轉(zhuǎn)矩的輸出提供給控制器106?？刂破?06可 以響應(yīng)于傳感器輸出，來控制一個或多個車輛系統(tǒng)108和110。例如， 系統(tǒng)108可以包括制動受施加到轉(zhuǎn)向輪軸上的轉(zhuǎn)矩影響的自動制動系 統(tǒng)。如果車輛的操作人員正在做躲避動作，則傳感器104可以感測到 超過閾值水平的施加在轉(zhuǎn)向輪軸上的轉(zhuǎn)矩。對此作出響應(yīng)，控制器106 可以將控制信號提供給自動制動系統(tǒng)108。然后，制動系統(tǒng)108可以 有選擇地管理車輛制動器來控制車輛。系統(tǒng)110可以包括引擎響應(yīng)和 其它參數(shù)受施加在轉(zhuǎn)向輪軸上的轉(zhuǎn)矩影響的牽引控制系統(tǒng)。
圖2圖解地例示了按照本發(fā)明的傳感器104a的一個示范性實施 例。例示的示范性傳感器系統(tǒng)包括圓柱形軸102a和磁場傳感器205， 圓柱形軸102a包括橢圓磁化有源區(qū)202?？梢酝ㄟ^磁化兩個無源區(qū) 204和206之間的均勻軸的一部分來建立有源區(qū)202。軸10h可以由 磁阻材料制成，所述磁阻材料能夠保持重復(fù)施加轉(zhuǎn)矩之后在其中引起 的磁化，并當(dāng)轉(zhuǎn)矩減小到零時使磁化返回到極化時建立的方向。呈現(xiàn) 這些特性的多種材料對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說是眾所周知的。 在美國專利第6，553，847號中詳細(xì)描述了用于制成軸的一些示范性材 料，其教導(dǎo)在這里通過引用而并入。
可與本發(fā)明結(jié)合在一起使用的磁場傳感器205的多種配置對于 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說也是眾所周知的。例如，在一個實施例中， 磁場傳感器可以配置成磁通門傳感器。根據(jù)感測的場的水平，也可以 或可替代地使用霍爾效應(yīng)傳感器。
繼續(xù)參照圖2，按照本發(fā)明，當(dāng)軸在零轉(zhuǎn)矩下時，可以橢圓地磁 化有源區(qū)202。正如本文使用的那樣，"橢圓地磁化"和"橢圓磁化，，指 的是在圍繞軸的非圓形的橢圓路徑中以相對于軸的中心線的斜角建 立的軸的磁極化。例如，如圖所示，有源區(qū)202可以在相對于軸的中 心線212的斜角e由箭頭B所指的方向上極化。在一個實施例中，可 以給予極化方向在大約10°和大約80°之間的角度0的橢圓磁化。但是， 應(yīng)該明白，盡管角度e在圖2中被例示成小于90°,但根據(jù)橢圓磁化的 所需取向，角度0也可以大于90°，并可被選擇成在零轉(zhuǎn)矩建立所需幅 度的軸向分量250。此外，有源區(qū)可以在基本上與磁化B的方向平行 的第一端240與第二端242之間，在軸的軸向范圍上擴(kuò)展。可以根據(jù) 應(yīng)用來選擇有源區(qū)的軸向范圍，例如，以適應(yīng)軸的軸向位置上的制造 或操作容限。
橢圓磁化有源區(qū)202建立包括非零軸向分量250的磁場，當(dāng)軸 102處于零轉(zhuǎn)矩時，非零軸向分量250可被磁場傳感器感測。這允許 保證軸102的適當(dāng)磁化、安裝和/或校準(zhǔn)的診斷測試。當(dāng)以任何方向上 將轉(zhuǎn)矩施加到軸上時，橢圓磁化可從它在零轉(zhuǎn)矩下的原始位置歪斜， 導(dǎo)致磁場的軸向分量的幅度發(fā)生變化。磁場的軸向分量的變化可以與 施加的轉(zhuǎn)矩成比例。磁場傳感器205可以感測軸向分量的幅度，并且 提供代表施加到軸102上的轉(zhuǎn)矩的輸出信號。
盡管在零轉(zhuǎn)矩感測到磁場的非零軸向分量250，可以校準(zhǔn)與磁場 傳感器205相關(guān)的電子線路以在零轉(zhuǎn)矩提供所需感測輸出。在一個實 施例中，可以將零轉(zhuǎn)矩的感測輸出設(shè)置成輸入電壓的一半。也可以將 電子線路配置成將零轉(zhuǎn)矩輸出重置成不同水平，以便允許例如保證軸 102的適當(dāng)磁化、安裝和/或校準(zhǔn)的診斷測試。
圖3是例示軸的橢圓磁化的沿著圖2的A-A線取出的圖2的軸 的剖面圖。A-A線是沿著相對于軸的中心線212成角度e的磁化方向B 取出的。這樣，軸的有源區(qū)的剖面圖是橢圓形的，例示出箭頭302所 指的有源區(qū)的橢圓磁化方向。
按照本發(fā)明的傳感器系統(tǒng)可以包括具有多個磁化有源區(qū)的軸。例
如，圖4圖解地例示了包括具有第一 (202-1 )和第二 (202-2 )橢圓 磁化有源區(qū)的軸102b和相關(guān)的第一 (205-1 )和第二 ( 202-2 )磁場傳 感器的傳感器系統(tǒng)104b的示范性實施例。在例示的示范性實施例中， 箭頭Bl所指的有源區(qū)202-1的極化方向與箭頭B2所指的有源區(qū)202-2 的極化方向相比是反向的。為有源區(qū)提供相反磁化方向可允許利用傳 感器205-1和205-2來進(jìn)行差分感測以便于噪聲消除。盡管例示的實 施例示出了兩個有源區(qū)，但可以提供任意個有源區(qū)。另外，有源區(qū)可 以在相對于軸的中心線212的相同斜角上，或在不同角度上被橢圓磁 化。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖5-7，圖5例示了在按照本發(fā)明的軸中引起橢圓磁 化的一種示范性系統(tǒng)和方法。 一般說來，例示的示范性實施例通過在 相對于軸的中心線軸的斜角上提供穿過軸的有源區(qū)的電流來建立橢 圓磁化。圖5例示了軸102的一部分和第一 (550)和第二 (552 )電 極夾組件。第一電極夾組件550包括上夾502和下夾504。上夾502 可以包括限定軸孔的第一部分510的部分，以及下夾504可以包括限 定軸孔的第二部分512的部分。當(dāng)利用例如穿過孔514、 516、 518和 520的扣件將上夾502和下夾504接合在一起時，如圖7所示，由上 下夾部分限定的軸孔的第一部分510和第二部分512可以處在相反關(guān) 系的位置上，以限定具有橢圓形剖面的軸孔700。第二電極夾組件552 可以以與第一電極夾組件550相似的方式構(gòu)成，包括上夾506和下夾 508，它們接合在一起來限定具有橢圓形剖面的軸孔。
如圖6所示，當(dāng)?shù)谝粖A組件550的上夾502和下夾504以及第二 夾組件552的上夾506和下夾508圍繞軸102接合在一起時，第一 (550 )和第二 ( 552 )夾組件處在與橢圓磁化的預(yù)定角e相對應(yīng)的相 對于軸的中心線軸212的斜角上。電流源600可以耦合在第一和第二 電極夾組件之間，以便建立從第二夾組件到第一夾組件的箭頭所指的 流過軸的電流。電流I導(dǎo)致箭頭B所指的有源區(qū)202的橢圓磁化，并 進(jìn)一步例示在沿著圖6的A-A線取出的圖7的剖面圖中。橢圓磁化呈 現(xiàn)零轉(zhuǎn)矩下的非零軸向分量。 在軸中感應(yīng)的場的幅度可以取決于預(yù)定應(yīng)用的要求。在一個實施
例中，可以使用400A的電流對軸進(jìn)行橢圓磁化，以便在軸表面實現(xiàn) 大約3000高斯的場強。軸磁化從軸表面到軸中心可以減小。在另一 個實施例中，電流源可以提供1，000A的電流用于橢圓磁化軸。
圖8-9例示了在按照本發(fā)明的軸中引起橢圓磁化的另一種示范 性系統(tǒng)和方法。在例示的示范性實施例中，利用處在相對于軸的中心 線212的斜角e的電磁體806將軸102磁化成包括有源區(qū)202。圖9是 沿著圖8的A-A線取出的圖8的軸和電磁體806的剖面圖，進(jìn)一步例 示了由電磁體806引起的有源區(qū)202的橢圓磁化。
圖10-11例示了在按照本發(fā)明的軸中引起橢圓磁化的另一種示 范性系統(tǒng)和方法。在例示的示范性實施例中，利用處在相對于軸的中 心線212的斜角0的永磁體1006將軸102磁化成包括有源區(qū)202。圖 ll是沿著圖IO的A-A線取出的圖IO的軸和永磁體1006的剖面圖， 進(jìn)一步例示了由永磁體1006引起的有源區(qū)202的橢圓磁化。
圖12例示了按照本發(fā)明的傳感器的另一個實施例104c。例示的 示范性實施例包括橢圓磁化的第一 (1280)和笫二 ( 1282)有源區(qū)。 可以通過提供如夾1212和1214之間的箭頭所示的從電極夾1212到 電極夾1214的電流來建立第一有源區(qū)1280。類似地，可以通過提供 如夾1210和1208之間的箭頭所示的從電極夾1210到電極夾1208的 電流來建立第二有源區(qū)1282。傳感器140c可以包括磁通門線圏U05 和AC耦合磁強計1206。
在工作時，由于軸的有源區(qū)的橢圓磁化，當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時，磁通門線 圏1205可以感測到交變磁極性。對于恒定的施加轉(zhuǎn)矩，磁強計1206 的輸出可以是振幅與施加的轉(zhuǎn)矩成比例的交變信號。交變信號的頻率 可以與軸速成比例，以便除了轉(zhuǎn)矩測量之外，還提供軸速測量。通過 AC耦合磁強計1206，可以排除諸如常見模式場信號的任何非所需DC 或緩變磁場。
于是，具有橢圓磁化的傳感器104c產(chǎn)生由磁通門線圍1205感測 的時變磁場。只需一個磁通門線圏1205。傳感器104c的AC處理可
以排除非所需緩變常見模式磁場。因此，與傳統(tǒng)DC處理相比，可以 顯著降低信號處理的復(fù)雜性。另外，AC處理可以消除DC偏移和與 DC處理相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)噪聲(1/f噪聲)。也可以避免輸出中的DC漂 移，并且與傳統(tǒng)DC處理相比，可以改善輸出信號的信噪比(S/N)。
圖13例示了包括橢圓磁化的第一 (1380)和第二 ( 1382 )有源 區(qū)、和第一 (1302 )和第二 ( 1304 )磁通門線圏的傳感器的一個實施 例104d。第一 (1302 )和第二 ( 1304)磁通門線圏可以分別與相關(guān)的 磁強計1316和1311耦合。當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時，橢圓磁化可以產(chǎn)生由磁通門 線圏感測的時變磁場。除了監(jiān)視轉(zhuǎn)矩之外，圖13的傳感器104d可以 監(jiān)視諸如軸位置、軸速、和軸傳遞的動力的參數(shù)。
磁通門線圏1302和1304可以圍繞軸放置，使得到相關(guān)磁強計 1316和1311的信號是時變的并相互存在90°相差。附加電路1318、 1320、 1322和1315可以直接或間接地利用磁強計1316和1311的輸 出之一或兩者來監(jiān)視轉(zhuǎn)矩、軸位置、軸速、和傳遞的動力。
在例示在圖13中的示范性實施例中，^茲通門線圏1302和1304 相對于有源區(qū)1380和1382軸向隔開，以便產(chǎn)生相互存在90M目差的 時變信號。磁通門線圏1302和1304也可以或可替代地，相對于軸沿 著圓周放置。例如，圖14例示了圍繞軸的圓周相互隔開9()G以便提供 相互存在90M目差的時變信號的線圏1302和1304。
在工作時，()0磁強計1316的輸出信號可以是與從90^茲強計1311 輸出的時變電壓信號存在90M目差的時變電壓信號。轉(zhuǎn)矩電路1318可 以接受來自磁強計1316和1311的輸出信號，并且在線端1350上提 供代表施加到軸上的轉(zhuǎn)矩的輸出信號。轉(zhuǎn)矩電路1318可以計算兩個 磁強計輸出信號的平方和的平方根的幅度，以便提供代表施加的轉(zhuǎn)矩 的輸出信號。
位置電路1320可以接受來自磁強計1316和1311兩者的輸出信 號，并且在線端1352上提供代表軸位置的輸出信號。位置電路1320 可以計算90°磁強計1311與()G磁強計1316的輸出信號比的反正切， 以便提供代表軸位置的輸出信號。
軸速電路1322可以接受來自卯。磁強計1311或0°磁強計1316 的一個輸出信號，并且在線端1354上提供代表軸速的輸出信號。軸 速電路1322可以分析輸入時變信號的頻率以確定軸速。最后，乘積 電路1315可以將轉(zhuǎn)矩電路1318的輸出信號與軸速電路1322的輸出 信號相乘，以確定通過軸傳遞的動力。然后，可以在線端1356上提 供代表通過軸傳遞的動力的輸出信號。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識 到提供電路1318、 1320、 1322、和1315的功能的各種電路配置。
按照本發(fā)明的傳感器系統(tǒng)可以包括包括以其它或附加配置提供 的一個或多個有源區(qū)的軸。按照本發(fā)明的軸中的單個磁化有源區(qū)可以 包括至少部分相反的磁極化，以便當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時，將交變磁場極性傳遞 給與有源區(qū)相鄰放置的傳感器。單個磁化有源區(qū)中的相反磁極化可以 通過在軸向范圍軸中提供在徑向剖面中在至少部分相反方向上的電 流來建立。在這樣的配置下傳遞給傳感器的交變磁場可以使傳感器提 供可以用于感測軸上的轉(zhuǎn)矩、軸的旋轉(zhuǎn)和/或軸向位置、和/或軸的轉(zhuǎn) 速的正弦輸出。
轉(zhuǎn)到圖15，例如，可以利用第一和第二組電極夾組件在軸102 中形成有源區(qū)，所述電極夾組件被配置用于在有源區(qū)的第一徑向部分 中建立一般與軸心平行的由箭頭1508所指的第一電流、以及在有源 區(qū)的第二徑向部分中建立與第一電流相反的由箭頭1510所指的第二 電流。在例示的示范性實施例中，第一電極夾組件包括放置在軸上的 第一夾1500和相對于第一夾以隔開和相反的關(guān)系放置在軸的相反側(cè) 的第二夾1502。第二電極夾組件包括放置在軸上的第一夾1504和相 對于第一夾以隔開和相反的關(guān)系放置在軸的相反側(cè)的第二夾1506。第 一和第二電極夾組件沿著軸的長度相互隔開，以便建立有源區(qū)的軸向 長度。
為了避免相鄰夾的短路，可以利用具有隔離的地的兩個分立電流 源在例示的方向上建立電流。在各種各樣的示范性實施例中，為了簡
單起見，未示出所述的電流源。取而代之，可以在相關(guān)電極夾上利用 "+，，和"一，，符號來指示電流源的正負(fù)端連接。如圖is所示，分立電流
源的正端可以分別與夾1500和1506連接，以及電流源的負(fù)端可以分 別與夾1502和1504連接。在夾之間的距離足夠大的配置下，可以使 用單個電流源來建立例示的電流。
圖15A是在第一和第二電極夾組件之間取出并例示有源區(qū)的徑 向剖面中的電流的方向的圖15的配置的徑向剖面圖。進(jìn)入紙面的電 流用"x，，表示，以及從紙面出來的電流用",，，表示。如圖所示，該配置 在軸的相同軸向范圍內(nèi)在相反方向上建立了電流。
軸中的相反電流可以在相同有源區(qū)中建立相反磁場。當(dāng)施加轉(zhuǎn)矩 時，有源區(qū)的一個部分可以建立正軸向場分量，而有源區(qū)的另一個部 分可以產(chǎn)生負(fù)軸向場分量。當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時，與軸相鄰放置的一個或多個 磁場傳感器可以感測到交變的正負(fù)場分量。傳感器可以提供指示軸的 轉(zhuǎn)矩、軸轉(zhuǎn)速和/或軸位置的正弦輸出。
圖16例示了在按照本發(fā)明的軸中形成有源區(qū)的另一種電極夾配 置。如圖所示，可以利用以相對于軸心212的斜角0與軸耦合以便提 供至少部分橢圓接觸面的第一和第二組電極夾組件，在軸102中形成 有源區(qū)。在例示的示范性實施例中，第一電極夾組件包括成角度地放 置在軸上的第一夾1600、和相對于第一夾以隔開的相反關(guān)系放置在軸 的相反側(cè)的第二夾1602，從而在第一和第二夾與軸之間提供部分橢圓 接觸面。第二電極夾組件包括成角度地放置在軸上的第一夾1604、和 相對于第一夾以隔開的相反關(guān)系放置在軸的相反側(cè)的第二夾1606，從 而在第一和第二夾與軸之間提供部分橢圓接觸面。第一和第二電極夾 組件沿著軸的長度相互隔開，以便建立有源區(qū)的軸向長度。
磁化有源區(qū)的電流可以通過將夾1600和1606與電流源的正端連 接，以及將夾1602和1604與電流源的負(fù)端連接，而在夾之間延伸的 箭頭所指的方向上建立。并且，當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時，交變正負(fù)場產(chǎn)生可以由 與軸相鄰放置的磁場傳感器感測的正弦場。傳感器可以提供指示軸的 轉(zhuǎn)矩、軸轉(zhuǎn)速和/或軸位置的正弦輸出。在例示的實施例中，可以通過
調(diào)整角度e來調(diào)整傳感器偏移值，即，零轉(zhuǎn)矩下的傳感器輸出、以及
傳感器正弦輸出的相位和振幅。
圖17例示了在按照本發(fā)明的軸中形成第一和第二有源區(qū)的另一 種電極夾配置。在例示的示范性實施例中，如結(jié)合圖15所示和所述， 第一、第二和第三組電極夾組件可以以隔開、相反關(guān)系與軸耦合。但 是，在圖17的實施例中，可以建立具有相反磁化的第一和第二有源 區(qū)，以l更于雙差分測量。尤其，夾1702、 1704和1710可以與單個電 流源或分立電流源的正端耦合，以及夾1700、 1706和1708可以與相 關(guān)負(fù)端連接，以建立如在夾之間所示的箭頭所指的電流。
盡管單差分感測配置可與按照本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)合在一起使用，但 在一些應(yīng)用中，差分測量可能將干擾信號當(dāng)作有效信號。例如，永磁 體產(chǎn)生差分測量可能拾取成有效信號的梯度。與永磁體相關(guān)的磁場可 能以非線性方式隨與磁體的距離增大而衰減。如果例如作為技工工具 的部件的永磁體位于進(jìn)行單差分測量的傳感器附近，則可能在傳感器 輸出信號中產(chǎn)生誤差。雙差分測量可以用于避免這樣的誤差。
圖18例示了包括例如利用圖17的配置和相關(guān)雙差分檢測器/磁 強計配置形成的第一和第二區(qū)域的軸。如圖所示，可以與各自有源區(qū) 相鄰地放置分立磁通門傳感器1802、 1804、 1806和1808,以^t在與 傳感器相鄰的箭頭所指的方向上感測磁場?？梢詫鞲衅鬏敵鎏峁┙o 雙差分檢測器1810，雙差分檢測器1810可以確定與每個夾組件相關(guān) 聯(lián)的傳感器輸出之間的差值之間的差值，即，差分的差分。這種雙差 分手段可以有效消除一階磁場梯度，并與在傳統(tǒng)差分測量的情況下增 加二倍不同，導(dǎo)致信號強度增加四倍。
圖19例示了在按照本發(fā)明的軸中形成第一、笫二和第三有源區(qū) 的另一種電極夾配置。在例示的示范性實施例中，如結(jié)合圖15所示 和所述，第一、第二、第三和第四組夾組件可以以隔開、相反關(guān)系與 軸耦合。但是，在圖19的實施例中，夾1900、 1906、 l卯8和19U 可以是導(dǎo)電電極夾，而夾1902、 1904、 1910和1912可以是非導(dǎo)電夾。 夾l卯6和l卯8可以與單個電流源或分立電流源的正端耦合，以及夾 1900和1914可以與相關(guān)負(fù)端耦合，以建立如在夾之間所示的箭頭所 指的電流。當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時，例示電流所建立的磁化可以由例如軸向放置
在中間有源區(qū)的中心的 一個或多個傳感器感測，所述傳感器可以提供 指示轉(zhuǎn)矩、速度和/或位置的正弦輸出。
圖20例示了在按照本發(fā)明的軸中形成磁化有源區(qū)的電極夾配置 的另一個示范性實施例。在例示的實施例中，第一(2002 )和第二 (2004)電極夾一般與軸102的軸平行地放置。第一電極放置在軸的 頂面上，而第二電極與第一電極相差近似180°地放置在軸的底面上。
可以通過將第一夾2002與電流源的正端連接而將第二夾2004 與電流源的負(fù)端連接，來建立用于磁化軸的有源區(qū)的電流。圖20A是 穿過第一和第二電極夾取出的圖20的配置的徑向剖面圖，箭頭例示 了有源區(qū)的徑向剖面中電流的最終方向。如圖所示，該配置建立了在 軸的相同軸向范圍內(nèi)在相反方向上的電流，并因此建立了相反方向上 的磁極性。當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時，與軸相鄰放置的一個或多個磁場傳感器可以 感測到交變的正負(fù)場分量。傳感器可以提供指示軸上的轉(zhuǎn)矩、軸轉(zhuǎn)速 和/或軸位置的正弦輸出。
圖21例示了在按照本發(fā)明的軸中形成磁化有源區(qū)的電極夾配置
的另一個示范性實施例。除了電極處在相對于軸心的角度e上之外，
圖21的實施例包括與圖20的配置相似的第一和第二電極夾。可以通 過將第一夾2102與電流源的正端連接以及將第二夾2104與電流源的 負(fù)端連接，來建立用于磁化軸的有源區(qū)的電流。這種配置導(dǎo)致了在軸 的相同軸向范圍內(nèi)在至少部分相反方向上在軸的表面上流動和扭曲 的電流，并因此導(dǎo)致在軸的表面上流動和扭曲的磁極性。并且，當(dāng)軸 旋轉(zhuǎn)時，交變磁場極性產(chǎn)生可以由與軸相鄰放置的磁場傳感器感測的 正弦場。傳感器可以提供指示軸上的轉(zhuǎn)矩、軸轉(zhuǎn)速和/或軸位置的正弦
輸出。在例示的實施例中，可以通過調(diào)整角度e來調(diào)整傳感器偏移值，
即，零轉(zhuǎn)矩下的傳感器輸出、以及傳感器正弦輸出的相位和振幅。
圖22例示了在按照本發(fā)明的軸中形成磁化有源區(qū)的電極夾配置 的另一個示范性實施例。除了第一(2202)、第二( 2204 )、第三(2206) 和第四(2208)電極夾一般與軸的表面平行并相互相差近似90°地配 備之外，圖22的實施例與圖20的實施例類似?？梢酝ㄟ^將夾2204和2208與一個或多個電流源的正端連接以及將夾2202和2206與電 流源的負(fù)端連接，來建立用于磁化軸的有源區(qū)的電流。
圖22A是穿過電極夾取出的圖22的配置的徑向剖面圖，箭頭例 示了有源區(qū)的徑向剖面中電流的最終方向。如圖所示，該配置建立了 在軸的相同軸向范圍內(nèi)在相反方向上的電流，并因此建立了在軸的相 同軸向范圍內(nèi)在相反方向上的磁極性。當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)一圏時，與軸相鄰放 置的一個或多個磁場傳感器可以感測到磁場極性的四次變化。傳感器 可以提供指示軸上的轉(zhuǎn)矩、軸轉(zhuǎn)速和/或軸位置的正弦輸出。由于磁極 性的變化，正弦輸出可以具有比例如圖20的實施例更高的頻率。
圖23例示了在按照本發(fā)明的軸中形成磁化有源區(qū)的電極夾配置 的另 一個示范性實施例。除了第一有源區(qū)由第一(2302 )和第二( 2304) 電極夾建立以及第二有源區(qū)由第三(2306)和第四(2308)電極夾建 立之外，圖23的實施例與圖20的實施例類似?？梢酝ㄟ^將夾2302 和2306與一個或多個電流源的正端連接和將夾2304和2306與電流 源的負(fù)端連接，來建立用于磁化軸102的有源區(qū)的電流。圖23A是穿 過夾2306和2308取出的圖23的配置的徑向剖面圖，以及圖23B是 穿過夾2302和2304取出的圖23的配置的徑向剖面圖。
如圖所示，該配置建立了在軸的第一有源區(qū)中在相反方向上的電流， 并因此建立了在軸的第一有源區(qū)中在相反方向上的磁極性、以及在第 二有源區(qū)中在與第一有源區(qū)相反的方向上的相反電流。這種配置便于 由軸上的轉(zhuǎn)矩引起的磁通量變化的雙差分測量。
圖24和24A例示了在按照本發(fā)明的軸中形成磁化有源區(qū)的電極 夾配置的另一個示范性實施例。圖24的實施例包括包括第一 (2400) 和第二 ( 2402 )夾的第 一電極夾組件和包括第一 (2406 )和第二( 2408 ) 夾的第二電極夾組件。用于磁化軸的有源區(qū)的電流可以通過如圖所 示，將電極夾與一個或多個電流源連接而在圖24中的箭頭方向上建 立。在例示的實施例中，電流可以釆取螺旋路徑，在軸的表面上90° 地流動。
圖25和25A例示了按照本發(fā)明的電極夾配置的另 一個示范性實 施例。除了利用第一 (2502 )、第二 ( 2504 )和第三(2508)電極夾 組件來建立第一和第二有源區(qū)之外，圖25的實施例與圖24的實施例 類似。用于磁化軸的有源區(qū)的電流可以通過如圖所示，將電極夾與一 個或多個電流源連接，而在圖25中的箭頭方向上建立。如上所述， 這種配置使雙差分測量成為可能。
圖26和26A例示了在按照本發(fā)明的軸中形成磁化有源區(qū)的電極 夾配置的另一個示范性實施例。圖26的實施例包括圍繞軸相隔60" 放置的二組三個電極。如圖所示，第一組(2602)的三個電極可以與 電流源的正端連接，以及第二組(2604)的三個電極可以與第二組的 三個電極連接，以便建立沿著圖26中的箭頭方向的電流。在這種配 置中，電流可以在軸的表面上60°地從一個電極流到另一個電極，從 而建立更多磁極和更高頻的正弦輸出。
圖27例示了包括第一 (2702)和第二 ( 2704 )有源區(qū)的按照本 發(fā)明的軸，其中， 一個區(qū)域可以用于測量轉(zhuǎn)矩，而另一個區(qū)域可以用 于測量位置。轉(zhuǎn)矩區(qū)2702可以根據(jù)本文所述的任何一種方案被磁化。 位置感測區(qū)2704可以在線圈或永磁體中被磁化，以便簡單地創(chuàng)建兩 個極。當(dāng)軸102旋轉(zhuǎn)時，生成不隨轉(zhuǎn)矩變化并可以用于測量軸旋轉(zhuǎn)位 置的正弦信號。
按照本發(fā)明，用于建立一個或多個磁化有源區(qū)的配置也可以在有 源區(qū)的相反側(cè)建立飽和帶。正如已知的那樣，飽和帶可被提供用于建 立有源區(qū)的強磁邊界，導(dǎo)致更穩(wěn)定并較少受附近含鐵物體影響的有源 區(qū)。在一個實施例中，電流可以在例如如上所述利用電極夾組件來建 立磁化有源區(qū)之前軸向穿過軸。穿過軸的軸向電流可以在隨后建立的 有源區(qū)的任一側(cè)上建立強飽和帶。圖27A例示了使初始飽和電流流過 軸的中部，即，以便在例示箭頭的方向上建立飽和電流的另一個實施 例。這種配置可以用于在隨后形成的有源區(qū)的相反側(cè)上建立相反極性 的飽和帶。
飽和帶也可以利用電極夾配置來形成。例如，圖28例示了針對與圖15的實施例類似的配置，將電極夾組件用于在有源區(qū)的相反側(cè) 上建立飽和帶的示范性配置。圖29例示了針對與圖20的實施例類似 的配置，將電極夾組件用于在有源區(qū)的相反側(cè)上建立飽和帶的示范性 配置。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖30 -32，取代電極夾，可以將接觸柱用于建立形成 按照本發(fā)明的任何實施例的 一 個或多個有源區(qū)的電流。接觸柱可以用 于在軸中建立任何所需磁化。圖30例示了可以用于提供使電流穿過 軸的導(dǎo)電觸點的接觸柱3000的一個示范性實施例。柱3000可以包括 不導(dǎo)電固定板3006和導(dǎo)電接觸柱3010。可以在不導(dǎo)電固定板3006的 一部分與導(dǎo)電接觸柱3010的一部分之間配備彈簧3004，以便偏置接 觸柱3010靠在軸102上。
例如，如圖31所示，接觸柱，例如柱3102、 3104、 3106、 3108、 3110和3112可以圍繞軸耦合，與圖15的實施例類似，以便建立沿著 箭頭方向的電流。圖31的實施例也可以用于通過相互成角度地排列 柱對并讓電流依次穿過相關(guān)對之間的軸來建立橢圓磁化。接觸柱可以 用于在軸中建立任何特征磁化。圖32例示了包括在軸的表面上分別 提供六個觸點3202、 3204、 3206、 3208、 3210和3212,以便建立獨 特磁特征的六個導(dǎo)電柱的一個示范性實施例。電流源可被編程成讓電 流依次穿過所選接觸柱對，以便在軸中形成磁特征，例如，沿著例示 箭頭的方向。磁特征可以用于進(jìn)行諸如轉(zhuǎn)速測量的附加非轉(zhuǎn)矩測量。 磁特征可以在軸的一 圏中提供幾個極，以便在速度感測中提供附加分
于正弦噪聲的時變信號。
并且，按照本發(fā)明的實施例可以將單個或多個電流源用于磁化軸 中的一個或多個有源區(qū)。在按照本發(fā)明的任何實施例中，分立源可以 用于平衡磁化電流或故意使磁化電流失衡，例如，以便調(diào)整傳感器增 益和偏移(在零轉(zhuǎn)矩下的輸出)。例如，如圖33所示，可以應(yīng)用分 立源3302和3304來建立如圖12所述的軸中的磁化帶。然后，可以 測量轉(zhuǎn)矩，以確定建立的偏移和增益。如果未建立所需的偏移和增益，
則可以修改源的輸出，例如，V1和/或V2，并可以測量偏移和增益。 可以重復(fù)這個過程，直到取得所需偏移和增益。這種手段可以用于消 除使特定軸與特定相關(guān)傳感器匹配的必要性。
一旦按照本發(fā)明磁化了軸，則可以用機械手段調(diào)節(jié)軸，以便使軸 穩(wěn)定和/或調(diào)整增益和偏移。在一個實施例中，通過振動沖擊設(shè)備給予 軸的受控機械沖擊脈沖可以用于使軸穩(wěn)定。在另一個實施例中，分段 去磁的電磁線圏可以用于在磁化后調(diào)節(jié)軸。
在按照本發(fā)明的任何實施例中，與一個或多個有源區(qū)相關(guān)的磁場 分量可以由與軸相鄰放置的 一個或多個磁場傳感器感測。在傳感器被 配置成磁通門傳感器的實施例中，磁通門線圏可以以與軸的徑向、軸 向和/或切向關(guān)系放置。圖34例示了徑向磁通門線圏3402和切向磁通 門線圏3404，以及圖35例示了軸向磁通門線圏3502。每個線團(tuán)可以 提供指示軸上的轉(zhuǎn)矩、軸轉(zhuǎn)速和/或軸位置的分立正弦輸出。
使用三個徑向線圏可以允許在排除常見模式場的同時進(jìn)行轉(zhuǎn)矩 測量。例如，如圖36所示，三個徑向線圏3604、 3606和3608可以 布置在可以在軸102上滑動以便將線圏放在軸的附近以便感測軸旋轉(zhuǎn) 時在有源區(qū)中生成的場的外殼3602中。來自三個線圏3604、 3606和 3608的輸出之和可被作為轉(zhuǎn)矩的指示，而線圏上的恒定場的綜合效應(yīng) 導(dǎo)致任何常見模式場分量的消除。在另一個實施例中，例如，如圖37 所示，可以將四個線圈3704、 3706、 3708和3710布置在在軸102上 滑動的外殼中。修改圖37的實施例中的線圏的間隔使調(diào)整增益和偏 移成為可能。
按照本發(fā)明的傳感器可以產(chǎn)生正弦輸出，所述正弦輸出的振幅與 轉(zhuǎn)矩成比例。磁傳感器元件，例如，磁通門線圏可以安排成當(dāng)軸旋轉(zhuǎn) 時提供正弦和余弦信號。通過在磁強計中AC耦合輸出，可以從測量 中排除DC場。此外，在磁強計中可以對正弦和余弦輸出實現(xiàn)三角關(guān) 系，以確定轉(zhuǎn)矩和位置。具體地說，轉(zhuǎn)矩可以通過下式確定<formula>formula see original document page 22</formula>
以及位置可以通過下式確定 position = arctan(sin/cos)。
由于々(sii^+cos"只生成正數(shù)，按照本發(fā)明的系統(tǒng)可以包括當(dāng)測量 負(fù)轉(zhuǎn)矩時產(chǎn)生負(fù)輸出的方法。在一個實施例中，位置傳感器可以用于 確定瞬時轉(zhuǎn)角變化的方向。如果瞬時角度變化處在正方向，那么，轉(zhuǎn) 矩將具有第一預(yù)定極性。如果瞬時角度變化處在負(fù)方向，那么，轉(zhuǎn)矩 將具有與第一極性相反的極性。按照本發(fā)明的系統(tǒng)也可以或可替代地 使用通過特定線圏放置拾取的信號的DC平均值。如果正弦(轉(zhuǎn)矩相 關(guān))的DC平均值是正的，那么，可以認(rèn)為轉(zhuǎn)矩是正的。如果DC平 均值是負(fù)的，那么，可以認(rèn)為轉(zhuǎn)矩是負(fù)的。
正弦/余弦關(guān)系可以允許使用 一組電子線路(例如， 一個ASIC(專 用集成電路))來獲取位置和轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)速可以通過例如計數(shù)峰值振幅 的出現(xiàn)率而從一種正弦波中獲取。正弦/余弦關(guān)系也可以用于診斷。任 何對感測的正弦/余弦關(guān)系的偏離都可能觸發(fā)診斷信號。
按照本發(fā)明的傳感器也可以包括防老化算法。磁體(軟或硬材料) 可能隨時間和溫度而老化。這種變化在許多應(yīng)用中可能很小，并是可 接受的，但在某種關(guān)鍵性應(yīng)用中，這可能是不可接受的。按照本發(fā)明 的傳感器可以根據(jù)來自提供不隨轉(zhuǎn)矩改變的正弦輸出的一個或多個 線圏的參考信號，來校正正弦振幅(或所得計算轉(zhuǎn)矩)。例如，用于 在圖27的實施例中測量位置的萬茲化帶2704可以產(chǎn)生振幅不隨施加的 轉(zhuǎn)矩變化但隨老化變化的正弦波。這種振幅隨老化的變化可以用作隨 著老化校正傳感器轉(zhuǎn)矩輸出的參考信號。例如，可以以相對于參考信 號的恒定比率來保持傳感器轉(zhuǎn)矩輸出的振幅。按照本發(fā)明的任何實施 例可以包含利用不隨轉(zhuǎn)矩變化的傳感器輸出的防老化算法。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖38 - 40，圖38 - 40為包括如圖20所示磁化的單個 磁化有源區(qū)和包括有源區(qū)的相反側(cè)上的第 一和第二徑向場線圏和有 源區(qū)的相反側(cè)上的第一和第二切向線圏的實施例提供了傳感器輸出 與轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)角之間關(guān)系的曲線圖。每個線圍可以處在有源區(qū)的中心，
線圏中心線處在離軸表面大約6mm的位置上。徑向和切向線團(tuán)輸出 的差分測量可以用于排除常見模式場。
圖38中的曲線3802例示了對于源自徑向線圏的正弦輸出，峰峰 輸出振幅與施加的轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，以及曲線3804例示了對于源自 切向線圏的正弦輸出，峰峰輸出振幅與施加的轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系。如圖 所示，對于徑向和切向線圏兩者，輸出值基本上隨施加的轉(zhuǎn)矩線性變 化。
圖39包括對于-5.0 NM、 -2.5 NM、 0 NM、 2.5 NM、和5.0 NM 的施加轉(zhuǎn)矩，徑向線圏輸出與軸轉(zhuǎn)角之間關(guān)系的曲線3900。這些曲線 呈現(xiàn)峰到峰振幅隨轉(zhuǎn)矩增大而增大。圖40包括對于-5.0 NM、-2.5 NM、 0NM、 2.5NM、和5.0NM的施加轉(zhuǎn)矩，切向線圈輸出與軸轉(zhuǎn)角之間 關(guān)系的曲線4000。這些曲線呈現(xiàn)峰到峰振幅隨轉(zhuǎn)矩增大而增大，以及 不同轉(zhuǎn)矩值之間的相移。例如，曲線4004與5.0 NM的施加轉(zhuǎn)矩相關(guān)， 而與曲線4002存在相移的曲線4004與-5.0 NM的施加轉(zhuǎn)矩相關(guān)。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了包括如下的傳感器具有至少一 個磁化有源區(qū)的軸，所述磁化有源區(qū)具有至少部分相反的磁極化；和 與有源區(qū)相鄰放置的磁傳感器。該傳感器可以配置成當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時，響 應(yīng)于相反磁極化而提供正弦輸出。該正弦輸出可以代表施加在軸上的 轉(zhuǎn)矩。
根據(jù)本發(fā)明的另 一個方面，提供了在用在監(jiān)視施加到軸上的轉(zhuǎn)矩 的傳感器系統(tǒng)中的磁阻軸中引起磁化的方法，該方法包括引導(dǎo)電流在 不是單個軸向的方向上穿過軸的軸向范圍。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，提供了包括如下的傳感器具有存在 橢圓磁化的至少一個磁化有源區(qū)的軸；和配置成感測圍繞軸的磁場的 磁傳感器。該磁場可以代表施加在軸上的轉(zhuǎn)矩。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，提供了包括如下的傳感器具有至少 一個磁化有源區(qū)的軸；圍繞軸放置并與笫一磁強計耦合并被配置成當(dāng) 軸旋轉(zhuǎn)時提供第一正弦信號的第一磁通門線團(tuán)；圍繞軸放置并被配置 成當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時提供第二正弦信號的第二磁通門線圏，第二正弦信號與 第一正弦信號在相位上相差90G;和被配置成接收第一和第二正弦信 號并提供代表施加在軸上的轉(zhuǎn)矩的輸出信號的轉(zhuǎn)矩電路。
本發(fā)明的其它方面在前面的描述和相關(guān)圖形中給出。本文應(yīng)用的 術(shù)語和措詞用作描述性術(shù)語，而不是限制性術(shù)語，在使用這樣的術(shù)語 和措詞時，無意排斥所示和所述的特征(或它們的一些部分)的任何 等效物，并且，應(yīng)該認(rèn)識到，可以在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)作出各種各 樣的修改。此外，本文公開的各種各樣特征和方面可以相互組合。所 有這樣的改變和組合都在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。還可以作出其它修改、 改變、或替代。于是，權(quán)利要求書旨在涵蓋所有這樣的等效物。
權(quán)利要求
1.一種傳感器，包含具有至少一個磁化有源區(qū)的軸，所述至少一個磁化有源區(qū)具有至少部分相反的磁極化；和與所述有源區(qū)相鄰放置并被配置成當(dāng)所述軸旋轉(zhuǎn)時，響應(yīng)于所述相反磁極化而提供正弦輸出的磁傳感器，所述正弦輸出代表施加到所述軸上的轉(zhuǎn)矩。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中，所述正弦信號的振幅 代表所述軸的旋轉(zhuǎn)位置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中，所述正弦信號的頻率 代表所述軸的速度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中，所述軸包含在所述有 源區(qū)的相反側(cè)上的磁化飽和帶。
5. —種在用在監(jiān)視施加到軸上的轉(zhuǎn)矩的傳感器系統(tǒng)中的磁阻軸中引起磁化的方法，所述方法包含在不是單個軸向的方向上引導(dǎo)電流穿過軸的軸向范圍。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，所述方法包含引導(dǎo)電流以相 對于軸心的斜角穿過所述軸。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述斜角在大約10°到 8()G之間。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，所述方法包含引導(dǎo)第一和第 二電流在至少部分相反的方向上穿過所述軸的所述軸向范圍。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，所述方法包含引導(dǎo)第一和第 二電流在至少部分相反的圓周方向上穿過所述軸向范圍。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，所述方法包含引導(dǎo)第一和笫 二電流在至少部分相反的軸向上穿過所述軸向范圍。
11. 一種傳感器，包含具有至少一個磁化有源區(qū)的軸，所述至少一個有源區(qū)具有橢圓磁 化；和被配置成感測圍繞所述軸的磁場的磁傳感器，所述磁場代表施加 到所述軸上的轉(zhuǎn)矩。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的傳感器，其中，所述橢圓磁化具有 在施加到所述軸的零轉(zhuǎn)矩下沿所述軸的中心線軸引導(dǎo)的非零軸向分 量，以及其中，所述磁傳感器被配置成感測零轉(zhuǎn)矩下的所述非零軸向 分量。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的傳感器，其中，所述橢圓磁化由在 一對電極夾之間驅(qū)動的電流引起，所述一對電極夾被定向成相互平行 并被進(jìn)一步定向成與所述軸的中心線軸成一斜角，其中，所述橢圓磁 化具有在零轉(zhuǎn)矩下沿著所述軸的中心線軸的非零軸向分量，以及其 中，在零轉(zhuǎn)矩下的所述非零軸向分量至少部分取決于所述斜角的值。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的傳感器，其中，所述橢圓磁化具有 在零轉(zhuǎn)矩下沿著所述軸的中心線軸的非零軸向分量，以及其中，當(dāng)所 述轉(zhuǎn)矩施加到所述軸上時，所述非零軸向分量改變。
15. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的傳感器，其中，由所述磁傳感器感 測的所述磁場當(dāng)所述軸旋轉(zhuǎn)時包含交變磁極性，以及所述磁傳感器提 供振幅代表施加到所述軸上的所述轉(zhuǎn)矩的正弦信號。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的傳感器，其中，所述正弦信號的頻 率代表所述軸的速度。
17. —種傳感器，包含 具有至少一個磁化有源區(qū)的軸；圍繞所述軸放置并與第一磁強計耦合并被配置成當(dāng)所述軸旋轉(zhuǎn) 時提供第 一正弦信號的第 一磁通門線圏；圍繞所述軸放置并被配置成當(dāng)所述軸旋轉(zhuǎn)時提供第二正弦信號 的第二磁通門線圏，所述第二正弦信號與所述第一正弦信號在相位上 相差90°;以及被配置成接收所述第一和第二正弦信號并提供代表施加到所述 軸上的轉(zhuǎn)矩的輸出信號的轉(zhuǎn)矩電路。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的傳感器，其中，所述轉(zhuǎn)矩電路被配 置成計算所述第一正弦信號的平方和所述第二正弦信號的平方之和 的平方根，以便提供代表施加到所述軸上的轉(zhuǎn)矩的所述輸出信號。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的傳感器，進(jìn)一步包含被配置成接收 所述第一和所述第二正弦信號的至少一個并提供代表所述軸的速度 的輸出信號的軸速電路，其中，所述第一和第二正弦信號的所述至少 一個的頻率代表所述軸的所述速度。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的傳感器，進(jìn)一步包含用于計算所述 第二正弦信號與所述第一正弦信號之比的反正切的位置電路，其中， 所述反正切運算的結(jié)果代表所述軸的位置。
全文摘要
傳感器(104b)包括軸(102b)和磁傳感器(205-1，205-2)。軸(102b)可以具有至少一個有源區(qū)(202-1，202-2)。磁傳感器(205-1，205-2)可被配置成感測圍繞軸(102b)的磁場(B1，B2)，并可以產(chǎn)生代表施加在軸(102b)上的轉(zhuǎn)矩、軸(102b)的轉(zhuǎn)速和軸(102b)的旋轉(zhuǎn)位置的輸出。
文檔編號G01L3/00GK101341383SQ200680047749
公開日2009年1月7日 申請日期2006年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月21日
發(fā)明者K·希達(dá)亞特, N·波利爾 申請人:石通瑞吉控制裝置公司