本申請(qǐng)是2014年9月2日提交給美國(guó)專利商標(biāo)局的美國(guó)專利申請(qǐng)US14/474638的部分的繼續(xù)，該申請(qǐng)整體地并入于此。

本申請(qǐng)還是于2015年7月29日提交的題為“Magnetic Field Sensor(磁場(chǎng)傳感器)”的美國(guó)專利申請(qǐng)序號(hào)14/812,907的部分的繼續(xù)，該申請(qǐng)是于2014年5月29日提交的題為“Magnetic-Field Sensor(磁場(chǎng)傳感器)”的序號(hào)14/290,780的部分的繼續(xù)，該申請(qǐng)是于2008年5月30日提交的題為“Magnetic-Field Sensor(磁場(chǎng)傳感器)”的美國(guó)專利申請(qǐng)序號(hào)12/130,678的分案申請(qǐng)，該申請(qǐng)要求于2007年5月30日提交的德國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?02007025000.4的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)的所有由此通過引用并入于此。

背景技術(shù)：

傳感器被用在傳感系統(tǒng)中以檢測(cè)特性，諸如光、溫度、運(yùn)動(dòng)等等。常用的一種類型的傳感器是基于磁場(chǎng)的角度傳感器。該角度傳感器測(cè)量磁場(chǎng)方向，并且基于磁場(chǎng)方向計(jì)算角度。其它的磁敏感傳感器測(cè)量磁通量密度。

但是，這樣的基于磁性的傳感器對(duì)于磁場(chǎng)的干擾是敏感的。許多系統(tǒng)在諸如汽車系統(tǒng)的嚴(yán)酷環(huán)境下操作，并且具有可對(duì)磁場(chǎng)產(chǎn)生干擾并造成錯(cuò)誤的傳感器測(cè)量結(jié)果的部件。

所需要的是減輕或避免干擾的技術(shù)，以提高磁性傳感器的操作，精確性和針對(duì)定位公差的魯棒性。

附圖說明

圖1是集成的傳感器系統(tǒng)的圖，該傳感器系統(tǒng)使用磁場(chǎng)而操作；

圖2是具有空心軸和環(huán)狀磁體模塊的集成有軸的傳感器系統(tǒng)的剖面圖；

圖3是具有空心軸和丸(pill)狀磁體的集成有軸的傳感器系統(tǒng)的剖面圖；

圖4是具有實(shí)心軸和環(huán)狀磁體模塊的集成的傳感器系統(tǒng)的剖面圖；

圖5是具有實(shí)心軸和丸狀磁體的集成的傳感器系統(tǒng)的剖面圖；

圖6是描繪傳感器模塊系統(tǒng)的圖；

圖7是圖示環(huán)狀磁體的剖面圖，該磁體可用在磁體模塊，諸如上述的磁體模塊中；

圖8是圖示丸狀或柱狀磁體的剖面圖，該磁體可用于磁體模塊，比如，上述的磁體模塊；

圖9是圖示操作傳感器設(shè)備的方法的流程圖；

圖10是結(jié)合如本文描述的傳感器系統(tǒng)可用的軸的部分的剖面視圖；

圖11A圖示用在數(shù)值模擬中的情景(scenario)；

圖11B圖示基于圖11A所示的情景而計(jì)算的模擬的一些結(jié)果；

圖12在剖面視圖中圖示嵌入到軸中的傳感器的布置；

圖12A圖示集成于軸的孔中的傳感器的進(jìn)一步實(shí)施例；

圖12B圖示集成于帶有套筒的軸的薄壁端部中的傳感器的另一實(shí)施例；

圖12C圖示如圖10、12A和圖12B的實(shí)施例中那樣的軸的可磁化的薄壁端部的飽和(saturation)；

圖12D圖示集成于帶有又一套筒的軸的薄壁端部中的傳感器的另一實(shí)施例；

圖12E圖示集成于帶有替代套筒的軸的薄壁端部中的傳感器的另一實(shí)施例；

圖13圖示針對(duì)帶有引線的傳感器的封裝的設(shè)置；

圖14A-14D圖示按照本公開的磁體和傳感器布置的對(duì)稱性考慮；

圖15A-15I圖示在軸的端部處的薄壁孔內(nèi)布置(多個(gè))磁體的各種對(duì)稱性；

圖16圖示位于孔內(nèi)的分離式磁體；

圖17圖示磁體，該磁體包括嵌入到軸的孔中的槽；

圖18圖示楔(key)，以使磁體定向位于軸的孔的內(nèi)部；

圖19A圖示位于軸的孔內(nèi)的進(jìn)一步磁體實(shí)施例；

圖19B圖示位于軸的錐孔內(nèi)的又一磁體布置；

圖20圖示位于軸的孔內(nèi)的另一磁體布置；

圖21A、21B和21C圖示包括磁體布置和傳感元件的孔的開口的密封(sealing)；

圖22A、22B圖示Halbach類型磁體布置；

圖22C圖示又一單一非均勻性的磁體布置。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，其中，同樣的參考標(biāo)記用于通篇指代同樣的元件，并且其中，所圖示的結(jié)構(gòu)和設(shè)備不必按照比例而繪制。

公開了設(shè)備、系統(tǒng)和方法，其促進(jìn)角度傳感器，并且減輕磁場(chǎng)中的干擾。諸如汽車系統(tǒng)的嚴(yán)酷環(huán)境具有各種部件和條件，其對(duì)電子器件、傳感器和磁場(chǎng)造成影響。這些干擾可造成錯(cuò)誤的測(cè)量結(jié)果、傳感器故障，并要求滿足位置公差，以便在傳感器的操作中獲得某種精度水平。角度傳感器通常被關(guān)注用于識(shí)別圍繞軸線的旋轉(zhuǎn)的物體的角位置。在一些應(yīng)用中，可關(guān)注在僅僅180度內(nèi)即半圈清楚地識(shí)別角位置。在其它的應(yīng)用中，但是，可關(guān)注在對(duì)應(yīng)著物體圍繞軸線旋轉(zhuǎn)一整圈的360度內(nèi)清楚地識(shí)別角位置。

圖1是使用磁場(chǎng)而操作的集成的傳感器系統(tǒng)100的圖。該系統(tǒng)100以簡(jiǎn)化的形式來提供，以便促進(jìn)理解。該系統(tǒng)100可被用在嚴(yán)酷環(huán)境、汽車系統(tǒng)、車輛系統(tǒng)等等中。該系統(tǒng)100可被制造成一個(gè)或多個(gè)設(shè)備或布置。

諸如汽車系統(tǒng)的混合系統(tǒng)具有機(jī)械部件和電子部件。機(jī)械部件包括引擎、馬達(dá)、車輪、流體、制動(dòng)系統(tǒng)、促動(dòng)器等等。電子部件包括傳感器、處理單元、控制單元等等。機(jī)械部件可以對(duì)電子部件產(chǎn)生干擾。這些干擾包括功率驟增、功率損失、功率軌跡、高功率軌跡、振動(dòng)、碎屑、金屬片/件、流體污染、變速箱油污染(非常有侵害性)、剎車盤清潔劑、冷卻液、材料、污垢等等。馬達(dá)、促動(dòng)器和其它的部件越多，存在的電流(current)和波動(dòng)就越多。

其它的方法對(duì)于干擾是敏感的，并且無法提供針對(duì)這些干擾的機(jī)構(gòu)。

典型地，角度傳感器將跟蹤軸線或軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。一個(gè)方法是將傳感器添設(shè)于軸的端部，并且對(duì)該傳感器進(jìn)行封裝。但是，封裝使成本增加，和增加額外的處理，并且要求額外的空間。另外，這樣的方法也包括將傳感器元件置于軸的端部。這使軸或附著于軸的部件的總體長(zhǎng)度增加，其要求額外的車輛/引擎空間。要求額外的安裝件、連接器等等，以將傳感器安裝于該軸的端部。這些部件能夠進(jìn)一步增加所消耗的長(zhǎng)度/空間，并且要求甚至更多的車輛/引擎空間。

系統(tǒng)100包括可選擇的傳感器模塊102、傳感器元件104和磁體模塊106。傳感器模塊102可處于封裝的形式，或有助于放置傳感器104的任何其它的形式，如在后面進(jìn)一步說明的那樣。系統(tǒng)100可將傳感器模塊102與形式為外殼、軸或其它的部件的屏蔽罩(shield)集成在一起，以提供自屏蔽。此外，通過集成，與其它的方法相比較，系統(tǒng)100消耗更少的空間。另外，系統(tǒng)100利用自屏蔽，以允許具有較低性能同時(shí)提供適合或經(jīng)選擇的精確度的部件。

在一些實(shí)施方式中，傳感器模塊102可以是集成的部件，因?yàn)閭鞲衅髂K102集成于外殼或其它的部件中。傳感器模塊102包括集成的傳感器元件104。模塊102還可包括功率調(diào)節(jié)部件、信號(hào)發(fā)生部件、存儲(chǔ)部件等等。盡管沒有示出，但可包括其它的部件，該其他的部件包括安裝件、緊固件、連接件、殼體等等。在一個(gè)例子中，傳感器模塊102形成于具有引線框架的管芯上。傳感器模塊102被封閉在使用過模壓塑料(over molded plastic)的殼體中。引線框架的連接器被提供并且引線框架的連接器提供與傳感器模塊102的外部連接，如在后面更詳細(xì)地描述的那樣。傳感模塊可與部件耦合，或合并到部件中，該部件諸如外殼、桿、臂、橋(axle)腿等等。

傳感器元件104測(cè)量磁場(chǎng)的方向或磁場(chǎng)的磁通的方向。然后，元件104或另外的部件基于場(chǎng)方向的測(cè)量結(jié)果來計(jì)算特性，諸如角度或軸位置。傳感器元件104被配置成接收電源，提供測(cè)量結(jié)果，和/或接收控制或校準(zhǔn)信息。在一個(gè)例子中，單個(gè)接口用于電源和傳送測(cè)量結(jié)果。在另一例子中，多個(gè)電線或端口用于功率和/或通信。

傳感器元件104是絕對(duì)或360度型傳感器，從而表明其可唯一地在整個(gè)一圈內(nèi)以任何角度測(cè)量磁通。其具有適合的類型，諸如磁阻或磁敏型元件。

磁體模塊106固定或附著于待測(cè)部件，或與該待測(cè)部件集成在一起，并且被配置成生成接近傳感器元件104的磁場(chǎng)。在一個(gè)例子中，可在直徑方向?qū)υ摯朋w模塊106進(jìn)行磁化。磁體模塊106可包括具有各種尺寸和形狀的磁體。一些例子的形狀包括丸狀或?qū)嵭拇朋w、環(huán)磁體等等。選擇尺寸，以提供適合的磁場(chǎng)。通常，尺寸包括厚度和直徑。

干擾(諸如，在上面給出的那些)可對(duì)由傳感器元件104測(cè)量的磁場(chǎng)造成干擾。但是，傳感器模塊102在不要求大量的封裝或減輕干擾的其它的機(jī)構(gòu)的情況下，與對(duì)模塊102和元件104進(jìn)行屏蔽的部件集成在一起。對(duì)傳感器元件104和磁體模塊106提供屏蔽的部件例如包括可旋轉(zhuǎn)的物體，諸如軸，桿等等，其由適合的材料組成。在一個(gè)例子中，適合的材料包括具有大于1的磁導(dǎo)率的相對(duì)軟的磁性材料。

圖2是具有空心軸和環(huán)狀磁體模塊的集成的傳感器系統(tǒng)200的剖面圖。系統(tǒng)200以簡(jiǎn)化的形式被提供，以便促進(jìn)理解。系統(tǒng)200可被用在嚴(yán)酷的環(huán)境、汽車系統(tǒng)、車輛系統(tǒng)等等中。系統(tǒng)200可被制造成一個(gè)或多個(gè)設(shè)備?？蓮念愃凭幪?hào)的部件的上面描述參考針對(duì)一些部件的額外細(xì)節(jié)。

系統(tǒng)200包括外殼208、傳感器模塊102、傳感器元件104、磁體模塊206和軸210。系統(tǒng)200將傳感器模塊102與軸210集成，這屏蔽傳感器模塊102和磁體模塊206免受干擾的影響，并增強(qiáng)由磁體模塊206生成的磁場(chǎng)。

傳感器模塊102包括形成于殼體內(nèi)的傳感器元件104。殼體典型是過模壓塑料，但是并不限于此。傳感器元件104可配置有引線框架。模塊102包括從傳感器元件104的引線框架到端口或外部的連接件的連接件，如關(guān)于圖13而更加詳細(xì)地解釋的那樣。

外殼208可以是變速箱、車廂(compartment)，動(dòng)力系內(nèi)燃機(jī)等等。外殼208被配置成接收和支撐軸210。在一個(gè)實(shí)施例中，外殼208包括軸210嵌入其中的中空的凹部。軸承212或另外的部件/設(shè)備被配置成在沒有過大的摩擦的情況下促進(jìn)軸210的旋轉(zhuǎn)。外殼208還可包括模塊開口，傳感器模塊102嵌入或定位于該模塊開口中。應(yīng)理解到，傳感器模塊在放置于模塊開口中時(shí)將促進(jìn)實(shí)際的傳感器元件104相對(duì)可旋轉(zhuǎn)的軸210和磁體206的預(yù)期定位，從而使得軸210的旋轉(zhuǎn)對(duì)于傳感器元件104來說“可見”。應(yīng)注意到，傳感器模塊102可從外殼208上除去。在另一例子中，傳感器模塊不可除去地附著于外殼208。

在一個(gè)例子中，外殼208提供密閉(hermitic)密封，其保護(hù)傳感器模塊102不受碎屑和污染物的影響。此外，外殼208可被配置成提供磁和/或電屏蔽。對(duì)傳感器元件104和/或磁體206進(jìn)行屏蔽而不受任何外部磁場(chǎng)的影響的方面將在下面參照?qǐng)D10-18更詳細(xì)地被描述。

軸210與外殼208分開。軸的第一端部附著于馬達(dá)或其它的可旋轉(zhuǎn)的物體，并且軸的第二端部接近外殼208。軸210的第二端部可與軸承耦合，以促進(jìn)旋轉(zhuǎn)。軸210可以是汽車系統(tǒng)的一部分，諸如傳動(dòng)系、變速系統(tǒng)等等。軸210一般是長(zhǎng)條柱狀桿，其由適合的材料，諸如金屬、軟磁材料等等組成。適合的金屬的一些例子包括鋼和鋁。軟磁材料的例子包括其磁導(dǎo)率大于1的材料。軸210以一定的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)范圍且在旋轉(zhuǎn)方向上順時(shí)針或逆時(shí)針地旋轉(zhuǎn)。RPM可包括低RPM范圍，諸如0至200RPM，以及高RPM范圍，諸如超過4000RPM的范圍。

軸210被示出具有示出為Z的旋轉(zhuǎn)軸線。軸210圍繞旋轉(zhuǎn)軸線以旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)可以是順時(shí)針或逆時(shí)針的。

軸210可以是中空的、實(shí)心的、或以其它方式配置。在圖2中，軸210是空心的，并且具有選擇的壁厚。替換地，軸210可以是實(shí)心的，并且包括如圖2所示的薄壁端部。傳感器模塊102和傳感器元件104中的至少部分部分地延伸到軸210的第二端部處的開口部分。另外，磁體模塊206還至少部分地位于軸的開口部分內(nèi)。通過形成空心，與實(shí)心軸相比，軸可具有更低的成本和重量。

磁體模塊206生成具有磁通并且配置用于測(cè)量的磁場(chǎng)。在本例子中，磁體模塊206包括環(huán)狀磁體，該環(huán)狀磁體沿軸210的內(nèi)表面，即圖2中的內(nèi)圓周面而定位。環(huán)狀磁體關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸線z部分地圍繞傳感器模塊102，并且圍繞傳感器元件104。

在本例子中，傳感器模塊102集成于外殼208中。傳感器模塊102可包括O型環(huán)或類似材料，以便密封在傳感器模塊102和外殼208(在圖2中沒有示出)之間。傳感器元件104靠近模塊102的第二端部而定位。傳感器元件104典型測(cè)量由磁體模塊206生成的磁場(chǎng)，更精確地說，當(dāng)用作角度傳感器時(shí)，測(cè)量該磁場(chǎng)的方向。在軸210旋轉(zhuǎn)時(shí)，由磁體生成的磁場(chǎng)作為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)而相對(duì)傳感器元件104而出現(xiàn)，該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)可用于監(jiān)測(cè)軸的旋轉(zhuǎn)位置。

通過傳感器元件104而獲得的測(cè)量結(jié)果用于計(jì)算與角有關(guān)的測(cè)量結(jié)果，其包括軸的徑向位置、軸的角位置、每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)、旋轉(zhuǎn)的方向等等。

諸如電子控制單元(ECU)的控制單元可從傳感器模塊102接收測(cè)量結(jié)果和或與角有關(guān)的信息。

圖3是具有空心軸或至少該軸的薄壁端部和丸狀磁體的集成有軸的傳感器系統(tǒng)300的剖面圖。系統(tǒng)300以簡(jiǎn)化的形式被提供，以促進(jìn)理解。系統(tǒng)300可被用在嚴(yán)酷的環(huán)境、汽車系統(tǒng)、車輛系統(tǒng)等等中。系統(tǒng)300可制造成一個(gè)或多個(gè)設(shè)備。系統(tǒng)300與如上所述的系統(tǒng)200類似，但是，該系統(tǒng)300利用丸或圓(round)形磁體而不是環(huán)狀磁體?？蓮念愃凭幪?hào)的部件的上面描述參考針對(duì)一些部件的額外細(xì)節(jié)。

系統(tǒng)300包括外殼208、傳感器模塊102、傳感器元件104、磁體模塊306、和軸210。系統(tǒng)300將傳感器模塊102集成于軸210中，該軸210對(duì)傳感器模塊102進(jìn)行電，機(jī)械，和/或磁屏蔽以免受到干擾的影響。

傳感器模塊102包括形成于殼體內(nèi)的傳感器元件104。殼體是過模壓塑料。傳感器元件104典型地配置有引線框架。模塊102包括從傳感器元件104的引線框架到端口或外部連接件的連接件。

外殼208可以是動(dòng)力系、變速系統(tǒng)等等的部分。外殼208被配置為接收并支撐軸210。外殼208包括軸210嵌入其中的中空的凹部，其稱為殼體凹部。軸承212或另外的部件/設(shè)備被配置為在沒有過大摩擦的情況下促進(jìn)軸210的旋轉(zhuǎn)。

軸210與外殼208分開。軸的第一端部附著于馬達(dá)或其它的可旋轉(zhuǎn)的物體，并且第二端部接近殼體208。軸210一般是長(zhǎng)條柱狀桿，其由諸如在上面描述的適合的材料組成。軸210以一定的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)的范圍且在旋轉(zhuǎn)方向上順時(shí)針或逆時(shí)針地旋轉(zhuǎn)。RPM可包括低RPM范圍，諸如0至200RPM，以及高RPM范圍，諸如超過4000RPM的范圍。

軸210可以是中空的、實(shí)心的、或以其它方式配置。在圖3中，軸210又是空心的，并且具有選擇的壁厚。傳感器模塊102中的一部分部分地延伸到軸210的第二端部處的開口部分。磁體模塊306位于軸的開口部分內(nèi)。

磁體模塊306生成具有磁通并且配置用于測(cè)量的磁場(chǎng)。軸210增強(qiáng)已生成的磁場(chǎng)。在本例子中，磁體模塊306包括丸或圓形的磁體，其跨該軸210中的開口而定位。丸狀磁體沿與傳感器模塊102和傳感器元件104相同的軸線z而定位。另外，丸狀磁體具有為了提供適合的磁場(chǎng)而選擇的直徑和厚度。直徑可小于軸210的內(nèi)表面的直徑。

如上所述，傳感器模塊102集成于外殼208中。傳感器模塊102可包括O型環(huán)或類似材料，以便密封在傳感器模塊102和外殼208之間。傳感器靠近模塊102的第二端部而定位。傳感器元件104測(cè)量磁場(chǎng)，更準(zhǔn)確地說，測(cè)量由磁體模塊306所生成的磁場(chǎng)的定向。

通過傳感器元件104而獲得的測(cè)量結(jié)果用于計(jì)算軸的方位角或角位置、每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)、旋轉(zhuǎn)的方向等等。

諸如電子控制單元(ECU)的控制單元可從傳感器模塊102接收測(cè)量結(jié)果和/或與角有關(guān)的信息。

圖4是具有實(shí)心軸410和環(huán)狀磁體模塊206的傳感器系統(tǒng)400的剖面圖。系統(tǒng)400以簡(jiǎn)化的形式被提供，以便促進(jìn)理解。系統(tǒng)400可被用在嚴(yán)酷環(huán)境、汽車系統(tǒng)、車輛系統(tǒng)等等中。另外，系統(tǒng)400可制造成一個(gè)或多個(gè)設(shè)備?？蓮念愃凭幪?hào)的部件的上面描述參考針對(duì)一些部件的額外細(xì)節(jié)。

系統(tǒng)400包括外殼208、傳感器模塊102、傳感器元件104、磁體模塊206、和軸410。系統(tǒng)400將傳感器模塊102集成于軸410中，該軸410對(duì)傳感器模塊102進(jìn)行電，機(jī)械，和或磁屏蔽以免受到干擾的影響。

傳感器模塊102又包括傳感器元件104，傳感器元件104可選擇地形成于殼體內(nèi)。在一個(gè)例子中，外殼是過模壓塑料。傳感器元件104可配置有引線框架。模塊102可包括從傳感器元件104的引線框架到端口或外部連接件的連接件。

外殼208可以是動(dòng)力系、變速系統(tǒng)等等的部分。外殼208被配置為接收和支撐軸410。外殼208包括軸410嵌入其中的中空的凹部。可選擇的軸承212或另外的部件/設(shè)備被配置成在沒有過大的摩擦的情況下促進(jìn)軸410的旋轉(zhuǎn)。

軸410與外殼208分開。軸的第一端部附著于馬達(dá)或其它的可旋轉(zhuǎn)的物體，并且軸的第二端部接近外殼208。該軸410一般是長(zhǎng)條柱狀桿，其由適合的材料，諸如金屬組成。上面示出適合的金屬的一些例子。軸410以一定的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)范圍且在旋轉(zhuǎn)方向上順時(shí)針或逆時(shí)針地旋轉(zhuǎn)。RPM可包括低RPM范圍，諸如0至200RPM，以及高RPM范圍，諸如超過4000RPM的范圍。

本例子中，軸410是實(shí)心的，并且具有經(jīng)選擇的直徑。軸410的第二端部包括軸腔414。使用適合的機(jī)構(gòu)，諸如鉆孔，將腔414形成于第二端部?jī)?nèi)。腔414具有直徑和深度。傳感器模塊102的至少部分延伸到軸腔414中。另外，磁體模塊206位于軸腔內(nèi)。由于是實(shí)心的，與關(guān)于圖2和圖3而討論的空心軸相比，軸414可具有較高的強(qiáng)度。

磁體模塊206生成具有磁通并且配置用于測(cè)量的磁場(chǎng)。在本例子中，磁體模塊206包括環(huán)狀磁體，該環(huán)狀磁體圍繞軸腔414的內(nèi)表面而定位。環(huán)狀磁體在z方向上部分地圍繞傳感器模塊102，并且圍繞傳感器元件104。環(huán)狀磁體206典型地提供比丸狀磁體更好的磁場(chǎng)，用于關(guān)于軸向位移而進(jìn)行測(cè)量。

在本例子中，傳感器模塊102集成于外殼208中。傳感器模塊102可包括O型環(huán)或類似材料，以便密封在傳感器模塊102和外殼208之間。傳感器元件靠近模塊102的第二端部而定位。傳感器元件104測(cè)量由磁體模塊206生成的磁場(chǎng)。

通過傳感器元件104而獲得的測(cè)量結(jié)果用于計(jì)算軸的徑向位置、每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)、旋轉(zhuǎn)的方向等等。諸如電子控制單元(ECU)的控制單元(沒有示出)可從傳感器模塊102接收測(cè)量結(jié)果和或與角有關(guān)的信息。

圖5是具有實(shí)心軸和丸狀磁體的集成有軸的傳感器系統(tǒng)500的剖面圖。系統(tǒng)500以簡(jiǎn)化的形式被提供，以便促進(jìn)理解。系統(tǒng)500可被用在嚴(yán)酷環(huán)境、汽車系統(tǒng)、車輛系統(tǒng)等等中。另外，系統(tǒng)500可制造成一個(gè)或多個(gè)設(shè)備?？蓮念愃凭幪?hào)的部件的上面描述參考針對(duì)一些部件的額外細(xì)節(jié)。

系統(tǒng)500包括外殼208、傳感器模塊102、傳感器元件104、磁體模塊306、和軸410。系統(tǒng)200將傳感器模塊102和磁體模塊306集成于軸410中，該軸410對(duì)傳感器模塊102進(jìn)行電，機(jī)械，和或磁屏蔽以免受到干擾的影響。

傳感器模塊102包括形成于殼體內(nèi)的傳感器元件104。殼體是過模壓塑料。傳感器元件104可配置有引線框架。模塊102包括從傳感器元件104的引線框架到端口或外部連接件的連接件。

外殼208可以是動(dòng)力系、變速系統(tǒng)等等的部分。外殼208被配置為接收和支撐軸410。外殼208包括軸410嵌入其中的中空的凹部。軸承212或另外的部件/設(shè)備被配置成在沒有過大的摩擦的情況下促進(jìn)軸410的旋轉(zhuǎn)。

軸410與外殼208分開。軸的第一端部附著于馬達(dá)或其它的可旋轉(zhuǎn)的物體，并且第二端部接近外殼208。軸410一般是長(zhǎng)條柱狀桿，其由諸如在上面示出的適合的材料組成。軸410以一定的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)的范圍且在旋轉(zhuǎn)方向上順時(shí)針或逆時(shí)針地旋轉(zhuǎn)。RPM可包括低RPM范圍和高RPM范圍，以及它們的變化。

軸410是實(shí)心的，并且具有經(jīng)選擇的直徑。軸410的第二端部包括軸腔414。使用適合的機(jī)構(gòu)，將腔414形成于第二端部?jī)?nèi)。腔414具有直徑和深度。傳感器模塊102的部分部分地延伸到軸腔414中。另外，磁體模塊306位于軸腔內(nèi)。

磁體模塊306生成具有磁通并且配置用于測(cè)量的磁場(chǎng)。在本例子中，磁體模塊306包括定位于軸腔414中的丸狀磁體。丸狀磁體定位于具有傳感器104的軸線，即圖5中的z軸線上。另外，丸狀磁體具有直徑和厚度，如在上面關(guān)于圖3描述的那樣。

在本例子中，傳感器模塊102集成于外殼208和軸410中。傳感器模塊102可包括O型環(huán)或類似材料，以便密封在傳感器模塊102和外殼208之間。傳感器靠近模塊102的第二端部而定位。傳感器元件104測(cè)量由磁體模塊306生成的磁場(chǎng)，或該磁場(chǎng)的方向。來自磁體306的磁場(chǎng)對(duì)于傳感器“可見”作為指示旋轉(zhuǎn)軸410的角位置的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。

通過傳感器元件104而獲得的測(cè)量結(jié)果用于計(jì)算軸的徑向位置、每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)、旋轉(zhuǎn)的方向等等，如在上面已經(jīng)解釋的那樣。諸如電子控制單元(ECU)的控制單元(沒有示出)可從傳感器模塊102接收測(cè)量結(jié)果和/或與角有關(guān)的信息。測(cè)量結(jié)果或信息包括模擬或數(shù)字原始數(shù)據(jù)、經(jīng)過計(jì)算的角度信息等等。

圖6是描繪傳感器模塊系統(tǒng)600的圖。系統(tǒng)600可與上面的系統(tǒng)和設(shè)備一起使用，并且被提供以促進(jìn)理解。

系統(tǒng)600包括傳感器模塊102、接口616、和控制器或控制單元614。傳感器模塊102包括傳感器元件104。傳感器元件104是磁敏技術(shù)，諸如磁阻、霍爾效應(yīng)等等。傳感器元件104被配置成測(cè)量接近元件104的磁場(chǎng)、磁通量密度、磁場(chǎng)方向等等。傳感器元件104形成于管芯上，并具有用于功率和提供測(cè)量的引線框架。

傳感器模塊102包括殼體618，該殼體618由適合的材料，諸如過模壓塑料形成。外殼618一般對(duì)傳感器元件104進(jìn)行密封，而免受碎屑和其它的干擾的影響。

接口616與傳感器元件104連接。接口616可包括到傳感器元件104并且在殼體618外部的一個(gè)或多個(gè)電線/連接件。接口616被配置成將測(cè)量結(jié)果從傳感器元件104傳送給控制器614，并且對(duì)傳感器元件104進(jìn)行供電。

控制器614與接口616連接，并且被配置成控制傳感器元件104并且從傳感器元件104接收磁場(chǎng)/磁通測(cè)量結(jié)果?？刂破?14確定關(guān)于部件的角度信息，諸如角度位置、角位置、旋轉(zhuǎn)速度、加速度等等。部件一般是可旋轉(zhuǎn)的部件，諸如馬達(dá)軸、車輪、動(dòng)力系軸、傳動(dòng)軸等等。特別地，控制器614被配置成確定角位置、角方向、RPM等等。

圖7是環(huán)狀磁體700的剖面圖，環(huán)狀磁體700可被用在磁體模塊，諸如上面描述的磁體模塊中。環(huán)狀磁體700可被用在上面的系統(tǒng)中，以生成用于測(cè)量角度信息的磁場(chǎng)，該角度信息包括位置和RPM。

磁體700定位于馬達(dá)、車輪等等的軸的端部?jī)?nèi)。磁體生成由其成分(composition)和尺寸確定的適合的場(chǎng)。

尺寸包括外徑720、寬度厚度722、和內(nèi)徑724。內(nèi)徑724和外徑之間的差定義環(huán)厚度。一般來說，環(huán)厚度和寬度厚度越大，所生成的磁場(chǎng)就越大，并且傳感器元件可抵抗該傳感器相對(duì)磁體的位移(也被稱為定位公差)的耐受性越大。

圖8是丸狀或圓形磁體800的剖面視圖，該磁體800可被用在磁體模塊，諸如上面描述的磁體模塊中。丸狀磁體800可被用在上面的系統(tǒng)中，以生成用于測(cè)量角度信息的磁場(chǎng)，該角度信息包括位置和RPM。

磁體800可定位于馬達(dá)、車輪等等的軸的端部?jī)?nèi)。磁體800生成由其成分和尺寸確定的適合的磁場(chǎng)分布或磁通。

尺寸包括直徑820和厚度822。一般來說，直徑820越大并且厚度822越大，所生成的磁場(chǎng)就越大，并且傳感器元件可抵抗定位公差的耐受性就越大，如將在后面更詳細(xì)地解釋的那樣。

圖9是圖示操作傳感器設(shè)備的方法900的流程圖。方法900將傳感模塊嵌入或集成于軸中，以便提供抵抗干擾的屏蔽，并且可選擇地增強(qiáng)磁場(chǎng)的生成。方法900可與上面的系統(tǒng)、設(shè)備和它們的變化結(jié)合而使用。

方法900開始在塊902處，其中，傳感器模塊被配置或定位到軸或外殼中。軸對(duì)傳感器模塊提供屏蔽，使得減輕或避免干擾，諸如在上面描述的干擾。外殼可以是諸如汽車傳動(dòng)部件等等的車廂的殼體或壁。傳感器模塊可以是過模壓的，并且典型地可從外殼除去。傳感器模塊包括傳感器元件(磁阻)，其被配置成測(cè)量在一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)軸線(1D，2D，3D)或磁場(chǎng)的方向上的磁場(chǎng)。

軸被配置成具有軸凹部，并且在塊904處將磁體模塊定位于該軸凹部?jī)?nèi)。通過鉆孔或另外的適合機(jī)構(gòu)，軸凹部可形成于實(shí)心或空心軸中。磁體模塊包括磁體，諸如環(huán)狀磁體或丸狀磁體。

在塊906處，通過磁體模塊生成磁場(chǎng)。在軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁場(chǎng)伴隨該軸而旋轉(zhuǎn)。磁場(chǎng)模塊通過軸而基本上被屏蔽免受干擾的影響，結(jié)果，在沒有干擾的情況下，生成磁場(chǎng)。

在塊908處，通過傳感器模塊量磁場(chǎng)。傳感器模塊通過軸來屏蔽，并且結(jié)果，傳感器模塊基本上被屏蔽免于干擾。結(jié)果，使用一些屏蔽的磁場(chǎng)測(cè)量結(jié)果一般比未屏蔽的方法更準(zhǔn)確。

在塊910處基于磁場(chǎng)測(cè)量結(jié)果通過控制單元確定角度信息。角度信息包括例如軸的旋轉(zhuǎn)速度、軸的角位置等等。將領(lǐng)會(huì)到，可替換地通過傳感器元件得出角度信息，并且所得出的角度信息正被轉(zhuǎn)發(fā)給ECU。

關(guān)注如圖10中那樣的設(shè)置，在下面分析將討論，傳感器元件(如例如關(guān)于圖1-6所討論的那樣)應(yīng)優(yōu)選地位于軸線或管101內(nèi)部多深。圖10示出軸101的剖面視圖，在該軸101的左端部具有孔?？字睆绞荄i。軸101可由軟磁材料制成。這表明，相對(duì)磁導(dǎo)率μ_r大于100，典型地在1000與10000之間，并且矯頑磁力小，典型地小于1kA/m。磁體(例如參見圖2和圖4中的磁體206、圖3和圖5中的磁體306、圖7中的磁環(huán)700或圖8的磁丸800)在這里沒有示出，因?yàn)槠渑c將給出的下面的規(guī)則無關(guān)。

傳感器元件104(在圖10中沒有示出)具有敏感點(diǎn)，其由位于旋轉(zhuǎn)軸線z上的交叉x表示。與給定的磁體無關(guān)，磁場(chǎng)傳感器元件104(例如，分別為圖1-6的傳感器元件104)的敏感點(diǎn)應(yīng)優(yōu)選地在孔內(nèi)部，位于距離da處，其中，da＞0.4×Di。在該條件下，導(dǎo)磁性的薄壁軸的端部將有效地對(duì)傳感器元件104屏蔽外部磁場(chǎng)。如果傳感器元件104被嵌入大于da＝0.4×Di，則屏蔽性一般對(duì)于大的da又僅僅適度地提高。如果傳感器元件104被嵌入小于da＝0.4×Di，則任何外部磁場(chǎng)的相當(dāng)大的部分仍存在在傳感器位置處并且可損害傳感器元件104的(角度)傳感器功能。

圖11A示出用于數(shù)值模擬以便達(dá)到傳感器元件104的嵌入da小于到可旋轉(zhuǎn)的軸101的薄壁端部中的0.4×Di的上面的估計(jì)的配置。模擬中假定的參數(shù)是：軸的內(nèi)徑Di＝22mm，軸的外徑為26mm，軸線的相對(duì)磁導(dǎo)率μ_r從100變化到7400。管101沿z方向從z＝-50mm延伸到z＝+50mm。由于對(duì)稱考慮而在圖11A中建模幾何形狀的僅僅1/8。在這些模擬中，在B_x方向施加磁性干擾場(chǎng)，并且假定傳感器元件104對(duì)于B_x分量是敏感的。

圖11B圖示基于如圖11A所概述的參數(shù)和設(shè)置的模擬的結(jié)果。在圖11B中，對(duì)采用在傳感器位置處采樣的B_x分量相對(duì)在該管外部的大的距離處的已施加的B_x分量的比例的量值進(jìn)行繪圖。

作為針對(duì)圖11B的繪圖的橫坐標(biāo)，z位置相對(duì)直徑(在距管端部，z＝0.05mm)的比例而繪圖，該比例等于用于模擬中的上面的參數(shù)的(-1)×da/Di。在圖11B的模擬中改變的參數(shù)是相對(duì)磁導(dǎo)率μ_r。

如果測(cè)試點(diǎn)，即沿z軸線的潛在的傳感器位置是管101內(nèi)部的直徑的一半，則屏蔽性是非常好的。在該管101內(nèi)部的深處，按照Kaden und Schirmung in der Nachrichtentechnik”，p.82，屏蔽性為

其中，d表示壁厚。按照?qǐng)D10，2×d等于(外徑D-內(nèi)徑Di)。

當(dāng)磁場(chǎng)傳感元件位于孔內(nèi)部的深處時(shí)，根據(jù)該公式，可推導(dǎo)角誤差的下述的拇指規(guī)則：角誤差[°]＝ca.(57/μ_r)×(Di/d)×(B_d/B_m)，其中干擾磁場(chǎng)為B_d，并磁體的磁場(chǎng)為B_m。經(jīng)常，干擾磁場(chǎng)高達(dá)1.5mT，磁體的磁場(chǎng)是40mT，并且角誤差應(yīng)小于0.2°。因此，達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)則：μr^＊d/Di＞10。

屏蔽罩的相對(duì)磁導(dǎo)率μ_r與其厚度d與內(nèi)徑的比值的乘積應(yīng)大于10。

例子：

管101的內(nèi)徑為22mm，并且其壁厚為2mm，磁體的場(chǎng)為40mT，并且干擾磁場(chǎng)為1.5mT。如果傳感器位于管內(nèi)部的11mm處，其中，μ_r＝800，則屏蔽性為3％，因此，該管內(nèi)部的干擾為0.03×1.5mT＝0.045mT。這給出角誤差：0.045/40×180/pi＝0.065°，并且得出：μ_r×d/Di＝800×2/22＝73＞10。

如果μ_r減少到原來的7.3倍，則這給出極限值μ_r×d/Di＝10，并且導(dǎo)致角誤差：0.065°×7.3＝0.47°。為了更好的屏蔽，更大的μ_r和/或管101的更厚的壁和/或孔的更小直徑Di分別具有有利性。

根據(jù)上面的數(shù)值模擬，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解到，針對(duì)小的μ_r，屏蔽性比針對(duì)大的μ_r更小——這是不重要的。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員還將進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到，對(duì)于大的μ_r，更加關(guān)注的是將傳感器元件104嵌入到軸101的孔中足夠深：這就是說，如果傳感器元件104僅僅以0.4×Di(其與橫坐標(biāo)值(z-0.05)/0.022＝-0.4相對(duì)應(yīng))嵌入到孔中，則屏蔽性對(duì)于μr＝7400和μr＝3200來說非常接近相同，而如果傳感器元件104以Di(其與橫坐標(biāo)值(z-0.05)/0.022＝-1相對(duì)應(yīng))而嵌入，則μ_r＝7400的曲線所屏蔽的外部磁場(chǎng)是針對(duì)μ_r＝3200的情況所屏蔽的外部磁場(chǎng)的2.5倍。

要考慮的另一方面是對(duì)于其中傳感器元件104和/或磁體沿旋轉(zhuǎn)的軸線而布置于孔內(nèi)的設(shè)置的渦電流和/或磁滯的影響。

如果磁傳感元件104沿旋轉(zhuǎn)軸線(其為圖10中的z軸線)而定位，并且永久磁體附著于可旋轉(zhuǎn)的軸，則存在屏蔽磁傳感元件104免受外部磁場(chǎng)干擾的影響的兩個(gè)可能性：

(i)屏蔽罩可相對(duì)于磁體處于靜止，或(ii)磁體和屏蔽罩可相互旋轉(zhuǎn)。

在情況(i)中，屏蔽罩可附著于磁體或軸101，使得磁體和屏蔽罩同步地圍繞(磁場(chǎng))傳感元件104而旋轉(zhuǎn)。在情況(ii)中，屏蔽罩可附著于傳感器元件104或定子諸如軸的安裝點(diǎn)，而不伴隨軸而旋轉(zhuǎn)。

優(yōu)選的是，屏蔽罩不相對(duì)于磁體而運(yùn)動(dòng)。這樣的設(shè)置防止磁體(圖2，4中的206、圖3，5中的306、圖7中的700和圖8中的800)的強(qiáng)場(chǎng)在該屏蔽罩內(nèi)部生成渦電流。應(yīng)當(dāng)避免這些渦電流，因?yàn)樗鼈儺a(chǎn)生副磁場(chǎng)，其導(dǎo)致傳感器104的角度測(cè)量結(jié)果的角誤差。渦電流導(dǎo)致在軸旋轉(zhuǎn)期間滯后于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁場(chǎng)，這對(duì)于軸101的旋轉(zhuǎn)越快就越關(guān)鍵。

另外，在渦電流和磁體之間存在小的力，其可以以例如耗散成熱量的旋轉(zhuǎn)能量的形式進(jìn)行干擾。

此外，在使用屏蔽罩時(shí)，屏蔽罩和磁體之間的精確的相對(duì)定位是令人關(guān)注的。假定磁體和屏蔽罩不同軸，這可使傳感器元件104感測(cè)的磁場(chǎng)畸變，并且導(dǎo)致角誤差。一般來說，定義屏蔽罩和磁體之間的準(zhǔn)確位置是較簡(jiǎn)單的，如果它們不相互運(yùn)動(dòng)的話。相反地，它們的相對(duì)定位是較不精確的，如果它們例如由于軸承的間隙而相互旋轉(zhuǎn)的話。

最終，屏蔽罩的磁滯可導(dǎo)致針對(duì)測(cè)量的角度的額外的角誤差。如果旋轉(zhuǎn)的方向頻繁地改變：則屏蔽罩可對(duì)磁體引起的磁場(chǎng)添加小的磁畸變。由于磁屏蔽的磁滯造成的磁畸變典型地對(duì)于順時(shí)針方向和逆時(shí)針方向的旋轉(zhuǎn)來說是不同的，因?yàn)槠帘握值拇艤箍倛?chǎng)滯后于磁體的場(chǎng)。

在特定情況下，可能仍優(yōu)選的是，使用對(duì)于傳感器104處于靜止的磁屏蔽罩，并且因此磁體相對(duì)屏蔽罩而旋轉(zhuǎn)：這樣的設(shè)置是令人關(guān)注的，如果軸101的慣性力矩需要保持小的，使得不想將屏蔽罩安裝于軸101上。

在本公開的更前面的部分中，傳感元件104被描述為集成電路。作為替換方式，傳感元件104可作為分離的元件而實(shí)現(xiàn)。兩個(gè)選擇方案具有其本身的優(yōu)點(diǎn)，如在下面以更詳細(xì)地解釋的那樣。

實(shí)現(xiàn)傳感元件104的角度傳感器電路典型地需要至少一個(gè)磁場(chǎng)傳感元件，以基于位于傳感器位置處的(旋轉(zhuǎn))磁場(chǎng)檢測(cè)磁體的旋轉(zhuǎn)位置。為此，可使用比如AMR(各向異性磁電阻)、GMR(巨磁電阻)、TMR(隧道磁電阻)、CMR(龐磁電阻)、霍耳板、垂直霍耳效應(yīng)設(shè)備、MAGFET或磁阻傳感器元件的磁電阻。

在許多情況下，傳感器電路甚至需要兩個(gè)或更多個(gè)這樣的傳感器元件，以便實(shí)現(xiàn)傳感元件104，這些傳感器元件在不同的方向上對(duì)齊：該不同的方向是：在磁電阻或霍耳效應(yīng)設(shè)備的情況下，它們的參考方向(其在AMR、霍耳效應(yīng)設(shè)備和MAGFET的情況下是電流流動(dòng)方向，而參考方向在GMR、TMR、CMR的情況下是釘扎(pinned)磁化的方向)。不同的方向需要顯著地不同，這表示至少相差15°。

在理想的設(shè)置中，不同的方向相差90°；除了其中不同的方向相差45°的AMR以外。相對(duì)磁體來說，這些一個(gè)以上的磁場(chǎng)傳感元件應(yīng)當(dāng)是小的，并且靠近在一起(與磁體的特征尺寸相比較是靠近的)：如果磁體的尺寸為10mm，則在實(shí)現(xiàn)傳感器元件104時(shí)用于計(jì)算角度的所有磁場(chǎng)傳感元件應(yīng)當(dāng)在＜0.5mm(即，磁體的1/20)的區(qū)域內(nèi)。作為優(yōu)選的上限，可以說，它們不應(yīng)當(dāng)分開超過磁體尺寸的1/10。磁體的大小應(yīng)以下述來解釋：典型地通過三個(gè)空間尺寸表征磁體布置。取決于環(huán)境，三個(gè)空間尺寸可相同，在該情況下，該尺寸可視為磁體的大小。但是，如果磁體的三個(gè)空間尺寸不相同，對(duì)于本公開的剩余部分，可認(rèn)為三個(gè)空間尺寸的任意一個(gè)表示磁體的大小。如果僅僅磁場(chǎng)傳感元件被放置于孔101內(nèi)部，或如果磁場(chǎng)傳感元件加信號(hào)調(diào)節(jié)電路被放置于孔101內(nèi)部(在圖10中最佳地看到)，則對(duì)于實(shí)現(xiàn)傳感元件104，其是無關(guān)的。在第一情況下，傳感元件104可使用分離的換能器(transducer)來實(shí)現(xiàn)，在后一情況下，傳感元件104可使用集成的傳感器來實(shí)現(xiàn)。

集成的傳感器應(yīng)視為包括集成電路。集成電路是電子電路，其為傳感器元件供電并且可選擇地例如通過前置放大和A/D轉(zhuǎn)換和對(duì)溫度漂移等的校準(zhǔn)對(duì)它們的輸出信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

取決于環(huán)境，可受關(guān)注的是，將集成的傳感器實(shí)現(xiàn)于單個(gè)芯片上，或作為共同的封裝中的多個(gè)芯片解決方案。TMRs理想地適合作為分離的磁場(chǎng)傳感設(shè)備，因?yàn)樗鼈兩纱蟮男盘?hào)，其可通過幾厘米或幾十厘米的距離而被傳輸給信號(hào)調(diào)節(jié)電路。還有可能將幾個(gè)芯片安裝于單個(gè)電子封裝中，并且將其嵌入到軸101的孔中。

最后，應(yīng)提到的是，如果實(shí)現(xiàn)傳感元件104的集成的傳感器是3D磁場(chǎng)傳感器，則集成的傳感器更精確地說是傳感器芯片不需要沿z軸線或沿任何預(yù)先定義的定向在磁體內(nèi)部或在軸101內(nèi)部對(duì)齊。3D磁場(chǎng)傳感器應(yīng)被解釋為下述的傳感器：該傳感器測(cè)量磁場(chǎng)矢量的基本所有分量。這樣的3D磁場(chǎng)傳感器可由檢測(cè)例如磁場(chǎng)矢量的x分量的霍耳板、檢測(cè)例如磁場(chǎng)矢量的y分量的垂直霍耳效應(yīng)設(shè)備、加上檢測(cè)例如磁場(chǎng)矢量的z分量的垂直霍耳效應(yīng)設(shè)備構(gòu)成。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易領(lǐng)會(huì)到3D傳感器的其它可能的實(shí)現(xiàn)方式，其為了簡(jiǎn)化起見應(yīng)在這里不被解釋。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將進(jìn)一步領(lǐng)會(huì)到，在將傳感元件104定位于軸210內(nèi)部時(shí)所使用的軸承可對(duì)角度傳感器104的性能產(chǎn)生影響，如在后面將簡(jiǎn)要討論的那樣。

圖12圖示包括磁體206的軸210的端部的剖面視圖。軸承212用于安裝外殼208，該外殼208進(jìn)而幫助安裝(多個(gè))傳感器元件104。由于(多個(gè))磁場(chǎng)傳感元件104和磁體206被放置于孔內(nèi)部在軸210的端部處，所以存在(多個(gè))傳感元件104和/或磁體206干擾軸210的軸承212(例如，滾珠軸承，但是并不限于此)，其也通?？拷撦S的端部210。

從一方面來說，孔使軸210的強(qiáng)度降低。如果壁厚(圖10中的(D-Di)/2)過低，則可能發(fā)生下述情況：在重荷載下，軸210的端部變形，這可導(dǎo)致磁體206斷裂或松動(dòng)，并且不再剛性地附著于軸210。如果軸承212失效，則其可變熱，并且該溫度的上升可使磁體206失靈，或從軸210的端部解體或松動(dòng)。軸承212經(jīng)常采用某種潤(rùn)滑油，以減少摩擦，并且該潤(rùn)滑油可到達(dá)傳感器封裝102和/或磁體206，其中，其可導(dǎo)致不想要的化學(xué)作用(例如，減少將磁體206附著于軸210的膠的強(qiáng)度)。

一個(gè)簡(jiǎn)單針對(duì)這些問題的解決方法是將傳感器元件104和磁體更深地移動(dòng)到孔的內(nèi)部，無論如何推薦該方法，以提高電磁屏蔽。

圖12A圖示對(duì)與如在前面描述的軸承相關(guān)的一些問題的第一解決方案。圖12A示出與指示作為z軸線的旋轉(zhuǎn)的軸線平行的軸101的端部的剖面視圖。

在圖12A中，比在圖12中相比，將軸承212在軸101之上拉出得更遠(yuǎn)，這就是說，軸承定位得更遠(yuǎn)離孔。在圖12A的設(shè)置中，存在兩個(gè)磁體206，其在傳感元件104的位置處產(chǎn)生磁場(chǎng)。在沒有限定的情況下，磁體206可實(shí)現(xiàn)為單一構(gòu)件，或包括多于兩個(gè)構(gòu)件。傳感元件104遠(yuǎn)離孔的開口的距離da處的位置再次由交叉x指示，如結(jié)合圖10在前面討論的那樣。

對(duì)于圖12A的布置，將由磁體206所經(jīng)歷和由軸承212所引起的力和機(jī)械應(yīng)力最小化。換言之，與如圖12中討論的設(shè)置相比，減少軸承212和磁體206之間的相互作用。與圖12的設(shè)置相比，在圖12A的設(shè)置中將軸承212和(多個(gè))磁體之間的熱耦合最小化。軸101可具有小的肩部103(例如，徑向的1/10mm)，其避免在軸承212從軸101中拉出時(shí)，軸的薄壁部分損害。

圖12B圖示在如圖12A所示，套筒214a安裝于軸101的薄壁端部上之后的情況。為了簡(jiǎn)潔起見，使用同樣參考標(biāo)記圖示同樣元件。由于軸101的端部處的總體增加的壁厚，圖12B的實(shí)現(xiàn)方式將相對(duì)于圖12A的布置提高屏蔽性：

應(yīng)注意到，外套筒214a的稍稍的偏心(例如，由于安裝公差——在圖12B中沒有示出)是非?？赡懿辉黾咏嵌葌鞲衅骷?多個(gè))傳感元件104的角誤差。這是因?yàn)橥ㄟ^厚度d的薄壁部分而形成的內(nèi)屏蔽是主要的。這就是說，內(nèi)屏蔽將磁體屏蔽免受外套筒214a的影響，使得通過內(nèi)屏蔽而大大降低磁體206和套筒214a之間的任何相互作用。但是，要注意到，外套筒214a使關(guān)于外部磁干擾的屏蔽效率增加。

優(yōu)選地，應(yīng)保持d2＞d，即外套筒214a應(yīng)具有比軸101的薄壁端部更大的厚度d2。但是，即使未保持d2＞d，外套筒214a仍提高屏蔽性，但是具有較低效率。

甚至更優(yōu)選地，應(yīng)保持da2＞da，即外套筒214a在軸向上大于(多個(gè))磁場(chǎng)傳感元件104嵌入該孔中的距離da。但是，即使未滿足該條件，外套筒214a仍提高屏蔽性，但是具有較低效率。

套筒214a優(yōu)選的是軟(磁)材料，其大的相對(duì)磁導(dǎo)率μ_r＞10，優(yōu)選地μ_r＞100，甚至更優(yōu)選地μ_r＞1000，并且又甚至更優(yōu)選地μ_r＞10000。要注意到，套筒214a可以由不同于軸101的材料制成。對(duì)于由不同的材料制成的套筒214a和軸101，優(yōu)選的是，套筒214a出于下述原因具有比軸101更大的μ_r：(永久)磁體206具有強(qiáng)磁化性。由于磁體206緊靠壁厚d的薄壁軸端部，所以磁體206也將使軸101的薄壁端部磁化。該薄壁軸端部的磁化將惡化其屏蔽能力：薄壁軸端部將更接近于飽和，由此對(duì)于小的疊加的外部磁場(chǎng)來說，降低其有效的磁導(dǎo)率。

在本公開的上下文中，飽和要被理解為與(強(qiáng))凈磁場(chǎng)對(duì)齊的材料內(nèi)的基本上全部的磁力矩，使得它們不能進(jìn)一步對(duì)附加疊加的小磁場(chǎng)作出響應(yīng)。

結(jié)果，軸101的薄壁端部不能再針對(duì)疊加的小磁場(chǎng)進(jìn)行屏蔽。凈效果是暴露于大的磁場(chǎng)的軸101的那些部分對(duì)于屏蔽的效率是較小的——它們將好像薄壁端部的壁在磁感應(yīng)中變得甚至更薄的那樣作用。材料的相對(duì)磁導(dǎo)率μ_r越大，要使材料飽和的磁場(chǎng)就越小。

圖12C圖示該關(guān)系。B是單位為特斯拉(Tesla)[T]的磁通密度，H是單位為安培每米[A/m]的磁場(chǎng)，并且μ0是真空的磁導(dǎo)率(＝4π×10^-7[T])，以及B_rem是材料的剩磁，其是在所有內(nèi)部磁矩(moment)沿激勵(lì)H場(chǎng)而對(duì)齊的情況下獲得的：曲線靠近原始H＝0越陡，相對(duì)磁導(dǎo)率μ_r越大，但這還指與靠近原始H＝0，具有較小的坡度的材料相比，材料在較小的磁場(chǎng)H₁＜H₂處飽和，如為了比較而通過圖12C中的虛線所指示的那樣。

還可想到，套筒214a(參見圖12B)是圖12B的設(shè)置中的屏蔽靜磁場(chǎng)的唯一部件。例如，如果軸101由比如鋁或黃銅，或碳纖維的非磁性材料制成，而套筒214a由軟磁性材料制成，則這樣的情形就可能發(fā)生。在這樣的條件下，套筒214a將屏蔽(多個(gè))磁場(chǎng)傳感元件104免受外部磁場(chǎng)干擾的影響。

屏蔽罩214a還使軸承212和磁體206之間的不想要的相互作用最小化。將領(lǐng)會(huì)到，軸承212具有可移動(dòng)的部件(例如，滾珠)，其可以是磁性的，并且因此可由于磁體206的磁場(chǎng)而被磁化。結(jié)果，磁化的軸承202可生成較不明確地定義的磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)疊加于處于向內(nèi)進(jìn)入孔中的長(zhǎng)度da的(多個(gè))磁場(chǎng)傳感元件104的位置處的磁體206的磁場(chǎng)上，如交叉x所示。因此，磁化的軸承202將在軸101的旋轉(zhuǎn)位置的測(cè)量中引起額外的誤差。

將領(lǐng)會(huì)到，圖12B的磁體206是柱形的，而圖12A的磁體包括兩個(gè)個(gè)體的磁體206。在該兩種情況下，軸的端部?jī)?nèi)的孔通過螺釘孔終止。在沒有限制的情況下，可想到進(jìn)一步的選項(xiàng)，并且不限于本公開。

圖12D示出與關(guān)于圖12A和圖12B描述的布置類似的另一布置。為了簡(jiǎn)化起見，圖12D中的同樣實(shí)體被給定與圖12A或圖12B中的實(shí)體同樣的參考標(biāo)記。嵌入到圖12D的軸101的薄壁端部的孔中的傳感器的布置特別地包括不同于圖12B的套筒214a的套筒214b。圖12D的套筒呈現(xiàn)徑向?qū)挾鹊拈g隙gr。間隙可方便地僅填充有空氣、或塑料、或其它的非磁性材料。間隙gr將有助于提高套筒214b的屏蔽效率。將有利的是，調(diào)整磁體206的強(qiáng)度到徑向間隙gr的寬度，使得磁體206的磁場(chǎng)不會(huì)使套筒214b過度飽和。這樣的設(shè)置將進(jìn)一步增加套筒214b的屏蔽效率。

圖12E圖示套筒214c的另一變體。圖12E的布置與圖12D和圖12B的布置類似，并且為了簡(jiǎn)潔起見，使用同樣的參考標(biāo)記指示同樣的元件。雖然在圖12D中套筒214b的徑向間隙gr在軸線方向上在套筒214b的全長(zhǎng)范圍內(nèi)延伸，但是，圖12E的套筒214c的徑向間隙gr沿軸101的薄壁端部的長(zhǎng)度而僅僅部分地延伸。優(yōu)選地，間隙gr可至少在傳感元件的長(zhǎng)度(由沿旋轉(zhuǎn)軸線的x，遠(yuǎn)離孔的開口的距離da指示)的范圍內(nèi)延伸。這樣，套筒214將有效地至少將傳感元件屏蔽免受任何的外部磁性干擾的影響。對(duì)于圖12D的套筒124b，可調(diào)節(jié)磁體206的強(qiáng)度到徑向間隙gr的寬度，以便不使套筒214c過度飽和。

在設(shè)計(jì)位于軸101的薄壁端部?jī)?nèi)的(多個(gè))傳感元件的布置(由圖10、圖12A、圖12B、圖12D、和圖12E中的x指示)時(shí)，可考慮個(gè)體元件的相應(yīng)尺寸，以便優(yōu)化布置的總體性能。

一般來說，孔101的內(nèi)徑Di應(yīng)盡可能小，因?yàn)檫@首先將導(dǎo)致更小的磁體針對(duì)給定的磁體質(zhì)量(或作為等同方式：可獲得的磁場(chǎng)與磁體材料的成本的比例)在(多個(gè))磁場(chǎng)傳感元件的位置處具有更大的磁場(chǎng)。其次，內(nèi)孔直徑Di越小，通過軸101的薄壁端部和/或套筒214a、214b、214c而屏蔽外部磁場(chǎng)就越高效。

如果標(biāo)準(zhǔn)SMD傳感器封裝用于(多個(gè))傳感元件106(在圖12最佳地看到，其中SMD傳感器封裝104與旋轉(zhuǎn)軸線垂直地定向)，則SMD傳感器封裝具有大致5mm×6mm的橫向尺寸。如果封裝焊接于小的印刷電路板(PCB)，并且兩者被放置于軸內(nèi)部，則這要求大致12mm的磁體206的最小的內(nèi)孔直徑。然后，軸的孔直徑Di需要至少是16mm，并且軸的外徑應(yīng)當(dāng)至少是18-20mm。

但是，對(duì)于帶有引線的傳感器封裝，該情況是稍有不同的，如可根據(jù)圖13而知道的那樣。圖13圖示位于薄壁端部?jī)?nèi)的通過軸101的剖面視圖，該薄壁端部接近位于軸101的孔內(nèi)部的傳感元件106的位置。

貫穿本公開的剩余部分，帶有引線的傳感器封裝應(yīng)被理解為傳感器封裝，其中，如圖13中的芯片所示的那樣，至少一個(gè)半導(dǎo)體芯片安裝于封裝內(nèi)部，并且通過諸如本領(lǐng)域中已知的模制化合物mc的某一保護(hù)外罩覆蓋。對(duì)于帶有引線的傳感器，另外的至少兩個(gè)傳感器引線伸出到保護(hù)外罩mc的外面，并且傳感器引線與芯片接觸，以便能夠?qū)π酒┙o電能，并得到芯片的輸出信號(hào)。方便的是，將引線引導(dǎo)到封裝的一側(cè)(其是圖13中的左側(cè)——軸側(cè)的開口端)。

應(yīng)注意到，引線可能在幾個(gè)表面處在其周界處進(jìn)入該保護(hù)外罩mc——但是有用的是，使引線朝向一側(cè)彎曲，即朝向軸101的開口端彎曲。當(dāng)然，優(yōu)選的情況是，所有引線在封裝的一個(gè)面處伸出。(多個(gè))芯片安裝于圖13所示的引線框架上也不是必需的。引線框架可包括芯片膠合或安裝到的管芯座和引線。要理解到，要求引線，以便對(duì)傳感元件供給能量，并且獲得傳感器的輸出。替換地，可使用簡(jiǎn)單的電線，而不是引線框架。當(dāng)然要理解到，引線框架對(duì)于貫穿本公開而討論的所有傳感元件來說，是可選擇的。

另外，可以以下述各種方式接觸芯片：例如，如圖13所示，通過接合線(bw)；或通過引線框架上的倒裝芯片組裝；或本領(lǐng)域中已知的接觸的其它手段，其對(duì)于本公開來說不是必要的，并且因此將不詳細(xì)地被討論。

Di的下限值通過(多個(gè))磁場(chǎng)傳感元件的封裝和該封裝與磁體206的內(nèi)孔之間的必需間隙而給定。徑向上的可能最小的半導(dǎo)體芯片大小約為1mm。這給定徑向上的封裝大小為2.5mm。因此，磁體的最小孔直徑為3mm，并且由此，軸的薄壁端部的最小孔直徑Di為5mm。為了保持軸的機(jī)械穩(wěn)定性，該軸的最小外徑為6mm。

應(yīng)注意到，在圖13中，磁場(chǎng)傳感元件106優(yōu)選地檢測(cè)投影到與z軸線垂直的平面上的磁場(chǎng)矢量的定向。芯片典型地與z軸線平行地布置。結(jié)果，磁場(chǎng)矢量到與z軸線垂直的平面上的投影可分解為x和y分量，其中，y分量在芯片的平面中，并且x分量與芯片垂直。

如果現(xiàn)在決定使用具有(x，y，z)軸線的笛卡爾坐標(biāo)系。結(jié)果，磁場(chǎng)傳感元件106必須能夠檢測(cè)磁體206生成的磁場(chǎng)的x和y分量之間的角度。這是根據(jù)tan(角)＝Bx/By平面外的角度(因?yàn)閤與芯片平面垂直)。普通的磁阻元件僅僅檢測(cè)平面內(nèi)角度(即，根據(jù)tan(角)＝By/Bz的磁場(chǎng)的y和z分量之間的角度)。平面外的角度可通過至少一個(gè)霍耳板和一個(gè)垂直霍耳效應(yīng)設(shè)備的組合來檢測(cè)。

還應(yīng)理解到，傳感元件106于孔中的放置應(yīng)盡可能地相對(duì)于磁體206對(duì)稱。在相同原理下，應(yīng)關(guān)注的是，盡可能對(duì)稱地將磁體206放置于孔內(nèi)。

圖14A圖示帶有柱狀磁體206的軸101的薄壁端部的剖面視圖。應(yīng)注意到，圖14A比如在本文中參照的其它附圖可以不按照比例而繪制。傳感元件106的位置由沿著z軸線的交叉所指示。實(shí)際上，在圖14A的設(shè)置中，選擇傳感元件106的位置作為原點(diǎn)?？蓢@傳感器位置x在z方向上對(duì)稱地放置磁體206。對(duì)于這樣的放置，長(zhǎng)度S1等于S2。如果磁體206的開口還與z軸線同心，則距離S5等于距離S6，如圖14A所示。但是，如果磁體的開口不與磁體206的外周界同心，則距離S7可不與圖14A的距離S8相等。還將理解到，如果磁體206的內(nèi)孔和/或磁體206的周界可在形狀上是橢圓的，或非圓的，則S5可不等于S6，。

優(yōu)選地，盡可能多的上面提到的等式應(yīng)基本上有效，即，S1＝S2，S3＝S4，S5＝S6，以及S7＝S8。滿足盡可能多的的等式的動(dòng)機(jī)是下述事實(shí)：可實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)的場(chǎng)均勻性的最高可能等級(jí)。換言之，如果滿足上面的等式，則磁場(chǎng)的空間導(dǎo)數(shù)的最大數(shù)量將在傳感器位置x處消失。作為消失的磁場(chǎng)導(dǎo)數(shù)的結(jié)果，在消失磁場(chǎng)導(dǎo)數(shù)的方向上的(裝配)公差不會(huì)對(duì)傳感元件106的角度測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將領(lǐng)會(huì)到，在磁體206的基本上均勻磁化的假設(shè)下，做出上面的對(duì)稱考慮。

圖14B-14D圖示圍繞傳感器位置x的孔的長(zhǎng)度S3+S4和具有磁體206的軸101的薄壁端部的變體。為了簡(jiǎn)潔起見，使用同樣參考標(biāo)記指代同樣元件。

在圖14B中，孔終止在錐狀尖端中，而圖14C的孔從內(nèi)徑Di逐漸變細(xì)到最小直徑Dm，而代替地圖14D的孔從產(chǎn)生肩部的內(nèi)徑Di改變到最小直徑Dm。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將領(lǐng)會(huì)到實(shí)現(xiàn)使孔終止于背對(duì)開口的一端(圖中右側(cè)描繪)的不同形式的方式。

將注意到，到目前為止，在沿z軸線觀看時(shí)，已將軸101的薄壁孔、磁體206以及磁體的孔視為圓的。非常大的數(shù)量的形狀對(duì)于這些元件來說是可能的，并且僅僅對(duì)其選擇將在下面結(jié)合圖15A-15I進(jìn)行討論。這些附圖分別圖示在與旋轉(zhuǎn)z軸線垂直的平面中到軸的薄壁端部的孔中的剖面視圖。

圖15A示出具有圓形外周界的軸101、圓孔、以及具有圓形外周界和孔兩者的磁體206的剖面，其中，所有圓孔和/或周界與旋轉(zhuǎn)軸線z同心。

在圖15B中，軸101的外周界是柱狀的，而軸101的孔是橢圓的，磁體的外周界嵌合到橢圓孔中。另外，磁體的孔也是橢圓的，但是，軸孔的長(zhǎng)軸和短軸可不與磁體206的橢圓孔的長(zhǎng)軸和短軸一致。在圖15B的設(shè)置中，磁體的外周界的長(zhǎng)軸是沿x方向的，而磁體孔的長(zhǎng)軸是沿y方向的。替換地，兩個(gè)長(zhǎng)軸也可平行，或在它們之間呈任何其它角度。

圖15C示出柱狀軸101，而軸的薄壁端部中的孔呈正方形或長(zhǎng)方形狀。磁體206的外周界實(shí)際上與軸101的孔的形狀匹配。磁體206的孔呈圓形。此外，所有形狀圍繞旋轉(zhuǎn)軸線z，但是這不限制本公開。

圖15D與圖15C類似，但磁體206的孔呈長(zhǎng)方形或正方形狀，而不是圓形。磁體206的外周界與軸101的孔的長(zhǎng)方形狀相匹配。

圖15E與圖15C或15D類似。但是，在圖15E中，磁體206的孔呈六邊形狀。此外，磁體206的外周界與軸101的孔的長(zhǎng)方形相匹配。

在圖15F中，軸101的孔呈五邊形周界，而磁體206的孔呈六邊形狀。如前面那樣，位于軸內(nèi)的孔的內(nèi)周界與磁體206的外周界相匹配。

在圖15G-15H中，軸101的孔具有不同于磁體206的外周界的幾何形狀。在圖15G中，軸101的薄壁端部的內(nèi)周界是圓形的，而磁體206的外周界呈五邊形狀。這樣的設(shè)置在軸的孔的內(nèi)周界和磁體206的外周界之間留下某一間隙。圖15G的磁體206包括六邊形的孔。

在圖15H中，軸101的外周界不是圓形的，而是六邊形的，而軸101的薄壁端部的孔的周界呈圓形狀。磁體的外周界呈五邊形狀。對(duì)于圖15H，磁體的孔孔呈六邊形狀。

在圖15G和圖15H的兩個(gè)情況下，在相應(yīng)的磁體206和軸的孔之間具有間隙，但該間隙具有變化的寬度。將領(lǐng)會(huì)到，磁體206可膠合到軸101的孔中，或以機(jī)械方式通過任何的適合機(jī)構(gòu)而固定于該孔內(nèi)部。

在圖15I中，磁體206和軸101的孔之間具有恒定寬度的間隙。間隙可填充有空氣或塑料，或基本上是非磁性的一些其它材料，或一些膠，以便將相應(yīng)的磁體206固定于軸101的孔內(nèi)。

在沒有限制的情況下，如在本文所討論的，磁體206可分成2，3，4，......N個(gè)節(jié)段，其以具有對(duì)稱性的圖案來布置，使得在圍繞旋轉(zhuǎn)軸線z以角度360°/N旋轉(zhuǎn)時(shí)，其與原始的形狀相同，該原始的形狀也可稱為N重對(duì)稱性。針對(duì)N＝4包括磁體節(jié)段206a、206b、206c、206d的情況，在圖16中，在剖面中示出N重對(duì)稱性的磁體206。這樣的分節(jié)段的磁體206可例如通過在本領(lǐng)域中已知的注射成型工藝來生產(chǎn)。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將領(lǐng)會(huì)到，為了基于位于傳感器位置處的(旋轉(zhuǎn))磁場(chǎng)確定軸101的旋轉(zhuǎn)位置，要關(guān)注的是保證特別是相對(duì)于作為軸101的旋轉(zhuǎn)方向的方位角方向，在軸101的孔內(nèi)很好地定義磁體206的位置。為此，方便的是，提供位于磁體206的外周界上的一個(gè)或多個(gè)槽205a、205b和205c。槽可填充有膠，其用于將磁體膠合于軸的孔中。槽205a、205b、205c還可具有下述目的：接收位于軸101的孔內(nèi)部的磁體206的熱-機(jī)械應(yīng)變，以便減少磁體206上的機(jī)械應(yīng)力。這將有助于避免磁體206的斷裂。雖然圖17中圖示槽205a、205b、205c作為磁體206的槽，但是槽可以替換地或另外被提供在孔的內(nèi)周界上(在圖17中沒有示出)。

圖18圖示保證位于軸101內(nèi)的磁體206的已定義的方位角位置的另外選項(xiàng)。作為另外選項(xiàng)，還有可能向磁體和軸中引入某些唯一的非對(duì)稱性，其用作定義磁體206相對(duì)于軸101的方位角位置的楔207。此外，圖18給出了這樣的有意的非對(duì)稱性的非限制性例子。同樣地，磁體能夠呈平截頭體的形狀，其與位于軸101內(nèi)部的孔的配合形狀組合。

圖19A圖示位于具有外徑D的軸10內(nèi)的磁體206的另一實(shí)施例。雖然軸10的軸向上的孔具有恒定的內(nèi)徑2×S4，并且磁體206具有對(duì)應(yīng)的外徑，但是，磁體206的內(nèi)徑沿軸線方向z從2×S5變化到2×S3，其中，S3＜S5或S3＞S5(沒有示出)。

圖19B圖示位于外徑D的軸101內(nèi)的磁體206的另一變體。對(duì)于圖19B的示范性實(shí)施例，孔的內(nèi)徑從2×S4逐漸變小到2×S6。相應(yīng)地，位于孔內(nèi)的磁體206的外徑沿磁體206的軸線延伸而與孔的內(nèi)徑對(duì)應(yīng)。將注意到，孔的內(nèi)徑和磁體206的外徑的錐狀形狀可以被選擇成，將磁體206于期望的軸向位置布置于孔內(nèi)，這就是說，圍繞由圖19B中的交叉指示的傳感器布置的敏感點(diǎn)。不同于圖19A內(nèi)所示的實(shí)施例，對(duì)于圖19B的實(shí)施例，可不要求進(jìn)一步的測(cè)量以于沿軸線方向z的預(yù)期的位置中在孔內(nèi)布置磁體。不同于圖19A的實(shí)施例，可足以將磁體206滑動(dòng)到孔中，直至磁體到達(dá)預(yù)期的軸線位置時(shí)停止其沿軸線方向z的行進(jìn)為止，在預(yù)期的軸線位置中磁體206的外面與孔的內(nèi)面配合，如圖19B所指示的。

圖20圖示位于軸101的孔內(nèi)的磁體206的另一實(shí)現(xiàn)方式。但是，孔的內(nèi)徑包括臺(tái)階部或肩部，其使該孔的內(nèi)徑從2×S4改變到2×S6，其中，S6＜S4。顯然，肩部提供用于限制磁體206在z方向上的軸向移動(dòng)性的對(duì)接部。

將領(lǐng)會(huì)到，如在本文中討論的，位于軸的孔內(nèi)的任何傳感器和/或磁體布置特別受關(guān)注的是測(cè)量引擎的驅(qū)動(dòng)軸或可旋轉(zhuǎn)的軸的角位置?？上氲降睦邮莾?nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸、任何動(dòng)力系/驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的傳動(dòng)軸、或作為非限制性的例子的用在電動(dòng)車輛中的電動(dòng)馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)軸。應(yīng)理解到，在本公開中考慮的可旋轉(zhuǎn)的軸被配置成傳輸高達(dá)幾百或甚至幾千牛頓米Nm的轉(zhuǎn)矩。因此，本公開內(nèi)所設(shè)想的軸101需要具有足夠的扭力剛性，以便可靠地傳送這樣高的轉(zhuǎn)矩。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員還將領(lǐng)會(huì)到，在比如電動(dòng)車輛的引擎車廂內(nèi)可存在基本上空間的限制。為了控制這樣的車輛的電動(dòng)馬達(dá)，驅(qū)動(dòng)軸的角位置需要以高的精確性而知曉。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，使用分解器(resolver)即將指示該軸的角位置的驅(qū)動(dòng)軸的機(jī)械延伸，來完成該任務(wù)。顯然，這樣的分解器要求在引擎車廂內(nèi)作為權(quán)衡(trade off)的額外空間。

另外，由分解器指示的角位置的精確性的取決于精確地安裝延伸驅(qū)動(dòng)軸101的分解器。分解器相對(duì)于驅(qū)動(dòng)軸的位置的任何偏差或公差將惡化由分解器元件所指示的驅(qū)動(dòng)軸的角位置的準(zhǔn)確性。在驅(qū)動(dòng)軸的軸線方向上包括孔的軸的端部以及包含角度傳感元件的孔相對(duì)本領(lǐng)域中已知的分解器解決方案的優(yōu)點(diǎn)還主要針對(duì)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，比如例如在通過這樣的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)而提供動(dòng)力的汽車中。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易領(lǐng)會(huì)到，對(duì)于傳送高轉(zhuǎn)矩運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)軸101來說，典型地存在針對(duì)分解器的明顯裝配公差。這些公差可由軸的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)變形、有關(guān)機(jī)械零件的定位公差、或類似的分解器元件引起。

驅(qū)動(dòng)軸101的靜態(tài)變形可由于軸的任何惡化或物體撞擊驅(qū)動(dòng)軸本身而引起。

驅(qū)動(dòng)軸的動(dòng)態(tài)變形可由驅(qū)動(dòng)軸的非平衡而引起，比如由于變形引起，從而引起由于這樣的變形造成的慣性的附加力矩。顯然，這樣的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)變形將呈現(xiàn)于分解器元件中，并且惡化由分解器元件所指示的角位置的可獲得的準(zhǔn)確性。

分解器元件的靜態(tài)變形同樣可由撞擊分解器并且使其變形的物體引起。這樣的變形可潛在地使分解器相對(duì)于驅(qū)動(dòng)軸的軸線而偏移，以僅舉一個(gè)例子。這樣的變形還可使分解器的不平衡，其引起在具有驅(qū)動(dòng)軸101的分解器的旋轉(zhuǎn)的期間的附加慣性的力矩，這實(shí)際上可能支持分解器和/或驅(qū)動(dòng)軸101的進(jìn)一步惡化。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將領(lǐng)會(huì)到，重載滾柱軸承與傳輸高轉(zhuǎn)矩運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)軸組合是受關(guān)注的。這樣的滾柱軸承將要求軸承的間隙(backlash)大大超過典型的下述情況，該情況指用于傳送低轉(zhuǎn)矩運(yùn)動(dòng)的精確軸承的情況，而該低轉(zhuǎn)矩為少許的牛頓米，甚至在1牛頓米以下。與用于傳輸?shù)娃D(zhuǎn)矩運(yùn)動(dòng)的精確軸承相比，重載軸承中的軸承間隙將典型使徑向和軸向的間隙增加。

因此，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，將變得顯而易見的是，為什么以下情況受關(guān)注：當(dāng)使用角度傳感解決方案用于傳送高轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)軸時(shí)提供軸承202、212用于驅(qū)動(dòng)軸101，如在本文中公開和已經(jīng)關(guān)于圖2-5、12-12B、12D與12E描述的那樣。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員還將領(lǐng)會(huì)到，方便的是使用根據(jù)本公開的固體或塊狀的軸用于由驅(qū)動(dòng)軸101傳送的高轉(zhuǎn)矩運(yùn)動(dòng)。對(duì)于空心軸，可證明難以可靠地傳送高轉(zhuǎn)矩運(yùn)動(dòng)，因?yàn)榭招妮S可能不提供這樣的傳送所要求的扭力剛度。本公開通過將角傳感元件置于位于驅(qū)動(dòng)軸101的端部?jī)?nèi)的軸向孔中實(shí)現(xiàn)更高的精確角度測(cè)量。由于權(quán)衡的機(jī)械穩(wěn)定性，特別的是，該空心端部的扭力剛度可被降低。因此，可能受關(guān)注的是提供塊狀并由軸承支撐的驅(qū)動(dòng)軸的部分，如在圖12A、B、D和12E中討論的實(shí)施例中可看到的那樣。對(duì)于這樣的布置，軸承由于軸向孔位于軸101的端部?jī)?nèi)而不在降低扭力剛度的部分中與驅(qū)動(dòng)軸接合。

如在本文中公開的(角度)傳感元件106的“在軸內(nèi)”的放置的益處是降低由靜態(tài)或動(dòng)態(tài)變形引起的附加的機(jī)械公差，如關(guān)于分解器的使用而在上面討論的那樣。

可受關(guān)注的是，在車輛的引擎車廂內(nèi)，將傳感元件106密封免受嚴(yán)酷環(huán)境的影響。這樣的嚴(yán)酷環(huán)境例如可由將潛在地?fù)p害傳感元件106的侵害性液體引起，該液體諸如例如存在于通過內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的汽車中普遍知曉的齒輪箱中的傳動(dòng)設(shè)備潤(rùn)滑油，以舉一個(gè)限制性的例子。汽車齒輪箱典型包括一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)軸101，對(duì)于該驅(qū)動(dòng)軸101，角位置和/或角速度是受關(guān)注的，以便提供平滑的齒輪換擋體驗(yàn)。

應(yīng)理解到，在下面涉及傳感元件106的任何公開還可適用而不限于如結(jié)合圖1-6和圖12而在上面討論的傳感器元件104。

此外，可受關(guān)注的是，將(角度)傳感元件106密封而免受磁污染的影響，因?yàn)榛诖鸥袦y(cè)的原理，其可影響傳感元件106。磁污染在許多類型的機(jī)械中無處不在的鐵屑的形式中是已知的。如果這樣的磁污染到達(dá)位于驅(qū)動(dòng)軸101內(nèi)的孔，則(角度)傳感將大大地惡化。因此，對(duì)于如在本文中公開的軸(角度)傳感來說，孔的密封可受關(guān)注。

圖21A和21B圖示傳感元件106的可能密封的例子。圖21A和21B所示的布置與結(jié)合圖13而討論的布置有些類似。外罩212用于將軸向孔封閉于驅(qū)動(dòng)軸101的端部?jī)?nèi)。外罩可由印刷電路板(PCB)材料制成，但是并不限于此。圖21A和21B中的同樣元件被給定相同的參考標(biāo)記，并且因此不應(yīng)再次被詳細(xì)討論，以避免過量的重復(fù)。

在圖21A的實(shí)施例中，提出使用安裝于外罩212的表面的環(huán)208?？墒荜P(guān)注的是，使環(huán)208與密封件210配合。方位角方向上的槽可容納密封件210。密封件210可被實(shí)現(xiàn)為簡(jiǎn)單的O型環(huán)或本領(lǐng)域中已知的密封式軸承，例如，被實(shí)現(xiàn)為軸承，該軸承包括內(nèi)密封唇(未示出)，其將孔的內(nèi)部密封免受外部的影響。在沒有限制的情況下，密封式軸承還可包括外密封唇。應(yīng)注意到，與驅(qū)動(dòng)軸101所傳送的轉(zhuǎn)矩?zé)o關(guān)，密封件210可在方位角方向內(nèi)與所傳送的轉(zhuǎn)矩的大部分接觸。用于密封件以便承受方位角方向上的所傳送的轉(zhuǎn)矩的大部分的適合材料和尺寸在本領(lǐng)域中是已知的。針對(duì)密封件的非限制性的例子是適合尺寸的經(jīng)沖壓的O型環(huán)，其將孔的內(nèi)部密封免受外部的影響。

另外受關(guān)注的是，安裝外罩212，使得其不跟隨驅(qū)動(dòng)軸101的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而是相對(duì)方位角方向采取靜態(tài)位置，同時(shí)將孔的內(nèi)部密封免受外部的影響。相對(duì)于驅(qū)動(dòng)軸101的外罩212以及因此(角度)傳感元件216的靜態(tài)或定子位置可使用支撐物結(jié)構(gòu)(未示出)來實(shí)現(xiàn)。

圖21B公開了將傳感元件106與驅(qū)動(dòng)軸101的外部密封開的可能密封的另一實(shí)施例。采用與外罩212連接的墊圈214，以包圍軸(即，驅(qū)動(dòng)軸101)的空心端部的周圍。可方便的是，實(shí)現(xiàn)在徑向(如圖21B中的豎直方向x所示)橋接墊圈214和驅(qū)動(dòng)軸101的密封元件。對(duì)于圖21A的密封件，密封件208可被實(shí)現(xiàn)為O型環(huán)或軸承，其如在本領(lǐng)域中已知的那樣包括至少一個(gè)密封唇。

根據(jù)關(guān)于圖21A和21B討論的密封件28的變體，可實(shí)現(xiàn)外罩208跟隨驅(qū)動(dòng)軸101的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。用于將傳感元件106密封的這樣的設(shè)計(jì)將減輕對(duì)密封件208的要求，因?yàn)槟切┰⒉辉俦┞队谒鶄魉偷牧?，而是伴隨驅(qū)動(dòng)軸101而運(yùn)動(dòng)。但是應(yīng)注意到，對(duì)于這樣的設(shè)置，將要求另外的密封元件210，其包圍橫貫外罩212的PCB的部分。這是受關(guān)注的，以便確保(角度)傳感元件106位于相對(duì)可旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)軸101的基本上固定的角位置。

雖然與采用分解器的設(shè)置相比，位于驅(qū)動(dòng)軸101的端部?jī)?nèi)的(角度)傳感元件106的軸集成或“軸內(nèi)”的布置有助于減少?gòu)较蚝?或軸向裝配公差，但是這些裝配公差仍對(duì)于軸內(nèi)布置存在，但是處于降低的水平。這就是說，對(duì)于具有相對(duì)于驅(qū)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)軸線的比如0.5mm的偏心度的分解器，以分解器實(shí)現(xiàn)的角誤差將大于以針對(duì)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線的磁體的偏心度為0.5mm的設(shè)置的軸內(nèi)布置實(shí)現(xiàn)的角誤差。

一個(gè)選項(xiàng)是采用具有高均勻性的磁場(chǎng)的磁體布置206，以便進(jìn)一步降低位于軸101內(nèi)的角度傳感元件106的軸內(nèi)布置的徑向和/或軸向裝配公差的惡化效果。應(yīng)理解到，高均勻性的磁體可與如在本文中公開的軸內(nèi)磁體布置206的任何一個(gè)一起使用。

圖22A圖示這樣的高均勻性的磁體布置206的第一例子。在圖22A中，示出磁體布置的剖面視圖。圖22A中的交叉指示下述位置：一旦磁體布置在驅(qū)動(dòng)軸(未示出)的孔內(nèi)，該位置與驅(qū)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)軸線的位置對(duì)應(yīng)。圖22A的磁體布置包括八個(gè)磁性構(gòu)件，該磁性構(gòu)件布置成形成八邊形形狀的磁體環(huán)作為非限制的例子。對(duì)于磁性構(gòu)件中的每個(gè)，指示了磁化206-1到206-4的方向。對(duì)于磁性構(gòu)件的這樣的布置，基本上均勻的總體磁場(chǎng)207將形成于磁環(huán)內(nèi)部，而在環(huán)狀的磁體布置206外部，可存在非常小的磁場(chǎng)或?qū)嵸|(zhì)上甚至不存在磁場(chǎng)。這樣的磁體布置在本領(lǐng)域中已知為Halbach磁體?？梢苑奖愕氖牵诿總€(gè)節(jié)段磁化之前或之后，將個(gè)體磁體元件206膠合在一起?？纱娴夭捎貌贾么朋w元件206的任何其它方式，只要布置將基本上不妨礙環(huán)結(jié)構(gòu)內(nèi)的磁場(chǎng)的均勻性。

熟悉Halbach類型的磁體布置206的人員將領(lǐng)會(huì)到，Halbach磁體布置206在軸線方向上的延伸優(yōu)選地大于Halbach類型的磁體在徑向上的內(nèi)徑，甚至更優(yōu)選地大于Halbach類型的磁體在徑向上的外徑。這樣的尺寸典型地有助于提高在徑向和類似的軸向上的磁場(chǎng)均勻性。

圖22B在剖面視圖中圖示Halbach類型磁體206的另一示范性實(shí)施例。將注意到，圖22B的磁體206包括單一構(gòu)件，該單一構(gòu)件具有非均勻性磁化，其在所示的剖面內(nèi)稍微被平衡，使得多數(shù)的磁力線集中于磁體206的中心，而在環(huán)狀的磁體的外部實(shí)質(zhì)上沒有磁場(chǎng)。如關(guān)于圖22A、22B討論的針對(duì)磁體206的這樣的Halbach類型布置的優(yōu)點(diǎn)是雙重的：

首先，傳感元件106對(duì)于徑向和/或軸向的裝配公差是不太敏感的，對(duì)于這樣的位移，在存在這樣的裝配公差的情況下，傳感器將實(shí)質(zhì)上在磁場(chǎng)(方向)上看不到改變，或看到非常小的改變。因此，變得更容易的是，將一個(gè)以上的(角度)傳感元件106置于基本上均勻的磁場(chǎng)207(如圖22A-C所示)的區(qū)域內(nèi)。然后，一個(gè)以上的傳感元件106將看到相同的磁場(chǎng)207，其可在建立多余的和/或相異的磁(角度)傳感系統(tǒng)時(shí)受關(guān)注。相異的磁(角度)傳感系統(tǒng)用一個(gè)以上的傳感元件測(cè)量磁場(chǎng)207，每個(gè)傳感元件采用不同，即相異的傳感原理，比如，第一個(gè)使用GMR傳感器，第二個(gè)使用霍爾傳感器，作為非限制性的例子。

在(瞬態(tài))干擾的情況下，一個(gè)以上的相異傳感元件由于它們的相異傳感原理將不同地對(duì)該(瞬態(tài))干擾作出響應(yīng)。因此，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將領(lǐng)會(huì)到，在采用一個(gè)以上的相異傳感元件時(shí)，(瞬態(tài))干擾將變得顯而易見。代替地，在僅僅使用多余的一個(gè)以上的傳感元件時(shí)，由于(瞬態(tài))干擾引起的任何傳感的數(shù)據(jù)將變得不顯而易見，所有的傳感元件采用相同，即，非相異的傳感原理。對(duì)于僅僅多余的一個(gè)以上的傳感元件，所有的傳感元件將示出基本上相同的傳感值，其由相同的(瞬態(tài))干擾引起——也稱為由于(瞬態(tài))干擾引起的共同原因的故障。

作為Halbach類型磁體206的第二優(yōu)點(diǎn)，位于磁體206外部的室基本上不存在任何磁場(chǎng)，這將使從磁體206投射到圍繞磁體206并且因此圍繞驅(qū)動(dòng)軸101的任何磁敏感結(jié)構(gòu)的任何磁干擾降低。另外，因?yàn)榇朋w不將磁場(chǎng)施加于環(huán)繞它的軸，所以位于含鐵的軸的孔內(nèi)部的磁體的偏心安裝不會(huì)使得位于Halbach類型的環(huán)磁體的中心處的傳感元件上的磁場(chǎng)的均勻性惡化。

圖22B的Halbaeh類型磁體206可作為單一構(gòu)件而形成，該單一構(gòu)件采用實(shí)現(xiàn)非均勻性磁體的一些模制技術(shù)或磁化技術(shù)，如在申請(qǐng)人于2015年7月29日的申請(qǐng)日作為US14/812907提交的較早的專利申請(qǐng)內(nèi)詳細(xì)地解釋的那樣，該申請(qǐng)整體地并入在本文中。

圖22C圖示另一Halbach類型磁體206的剖面，其中，位于環(huán)狀磁體內(nèi)的磁化幾乎連續(xù)地改變，而位于環(huán)內(nèi)部的磁場(chǎng)示出非常高的均勻度。

雖然方法及其變體作為一系列動(dòng)作或事件而在下面進(jìn)行描述和說明，但是將領(lǐng)會(huì)到，這樣的動(dòng)作或事件的已說明的次序不要以限制意義來解釋。例如，一些動(dòng)作可以不同的順序而發(fā)生和/或與除了在本文中描述和/或說明的動(dòng)作或事件以外的其它動(dòng)作或事件同時(shí)發(fā)生。另外，可以要求并非所有的已說明的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)在本文中的公開的一個(gè)或多個(gè)方面或?qū)嵤├?。此外，在本文中描繪的一個(gè)或多個(gè)動(dòng)作可以以一個(gè)或多個(gè)分離的動(dòng)作和/或階段來執(zhí)行。

領(lǐng)會(huì)到的是，所要求保護(hù)的主題可被實(shí)現(xiàn)為方法、裝置、或制品，其使用標(biāo)準(zhǔn)的編程和/或工程技術(shù)，以產(chǎn)生軟件、固件、硬件或其任何組合，以便控制計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)所公開的主題(例如，圖1，2等中所示的系統(tǒng)/設(shè)備是可用于實(shí)現(xiàn)上面的方法的系統(tǒng)的非限制性的例子)。如在本文中使用的術(shù)語(yǔ)“制品”旨在涵蓋從任何計(jì)算機(jī)可讀設(shè)備、載體、或介質(zhì)可訪問的計(jì)算機(jī)程序。當(dāng)然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，可在不脫離所要求保護(hù)的主題的范圍或精神的情況下對(duì)該配置做出許多修改。

傳感器布置包括傳感器元件和磁體模塊。傳感器元件被配置成測(cè)量磁場(chǎng)，并且定位于軸內(nèi)。軸被配置成對(duì)磁體模塊和傳感器元件進(jìn)行屏蔽。磁體模塊被配置成生成磁場(chǎng)。傳感器元件至少部分地定位于該軸內(nèi)。

另一傳感器布置包括傳感器模塊、外殼和軸。傳感器模塊被配置成測(cè)量磁場(chǎng)。外殼具有模塊開口和外殼凹部。傳感器模塊定位于模塊開口內(nèi)。軸與軸凹部耦合，并且具有磁體模塊，該磁體模塊被配置成生成磁場(chǎng)。軸被配置成對(duì)磁體模塊和傳感器模塊進(jìn)行屏蔽。

集成的傳感器設(shè)備包括傳感器模塊、外殼和磁體模塊。傳感器模塊被配置成測(cè)量磁場(chǎng)。外殼具有模塊開口和軸凹部，并被配置成對(duì)傳感器模塊進(jìn)行屏蔽。傳感器模塊定位于模塊開口內(nèi)。磁體模塊定位于軸內(nèi)。軸與軸凹部耦合。磁體模塊被配置成生成磁場(chǎng)。軸被配置成對(duì)磁體模塊進(jìn)行屏蔽。

公開了一種傳感器系統(tǒng)，其具有傳感器模塊、接口和控制單元。傳感器模塊位于外殼內(nèi)，并且具有傳感器元件，該傳感器元件被配置成提供磁場(chǎng)的測(cè)量結(jié)果。外殼將傳感器模塊屏蔽免受一個(gè)或多個(gè)干擾的影響。接口與受到屏蔽的傳感器模塊耦合，并且被配置成從受到屏蔽的傳感器模塊傳送磁場(chǎng)測(cè)量結(jié)果?？刂茊卧慌渲贸苫诖艌?chǎng)測(cè)量結(jié)果確定角度信息。

公開了一種對(duì)傳感器設(shè)備進(jìn)行操作的方法。傳感器模塊被配置或定位于外殼中。通過外殼屏蔽傳感器模塊免受一個(gè)或多個(gè)干擾的影響。軸被配置成具有軸凹部。磁體模塊定位于軸凹部?jī)?nèi)。通過軸屏蔽磁體模塊免受一個(gè)或多個(gè)干擾的影響。通過磁體模塊生成磁場(chǎng)。通過傳感器模塊測(cè)量磁場(chǎng)。

特別是關(guān)于通過上面描述的部件或結(jié)構(gòu)(裝配件、設(shè)備、電路、系統(tǒng)等)執(zhí)行的各種功能，用于描述這樣的部件的術(shù)語(yǔ)(包括對(duì)“手段”的引用)旨在對(duì)應(yīng)于(除非另外指示)任何部件或結(jié)構(gòu)，其執(zhí)行所描述的部件(比如，其是功能上等同的)的指定功能，即使在結(jié)構(gòu)上不等同于執(zhí)行本發(fā)明的在本文中說明的示范性實(shí)施方式中的功能的公開結(jié)構(gòu)。另外，雖然可以已經(jīng)關(guān)于幾個(gè)實(shí)施方式中的僅一個(gè)公開本發(fā)明的特定特征，但是這樣的特征可與其它的實(shí)施方式的一個(gè)或多個(gè)其它的特征組合，因?yàn)閷?duì)于任何給定的或特定的應(yīng)用來說，其是期望的，并且是有利的。而且，就術(shù)語(yǔ)“包括”、“包括著”、“具有”、“含有”、“帶有”或它們的變體被用在詳細(xì)的描述和權(quán)利要求書中的范圍來說，這樣的術(shù)語(yǔ)旨在以與術(shù)語(yǔ)“包含”類似的方式是包括性的。