[發明專利]用于非接觸式角度測量的設備和方法

有效

• 申請號: 201510404795.7
• 申請日: 2015-07-10
• 公開（公告）號: CN105258633B
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發明（設計）人: 大衛·繆瑟
• 申請（專利權）人: TDK-Micronas有限公司
• 主分類號: G01B7/30
• 分類號: G01B7/30
• 代理公司: 北京市磐華律師事務所 11336
• 代理人: 董巍;謝栒

說明了用于非接觸式測量旋轉角度15的設備10。具有多個極的永磁體60安裝在軸的前面，其中極的數量總計為四個或更多，并且不能被三整除。在永磁體60下方的平面中，至少三個第一橫向霍爾傳感器40a?c位于圓形路徑50中。還說明了由橫向霍爾傳感器40a?40c輔助的用于計算旋轉角度15的方法。

技術領域

本發明涉及用于非接觸式測量旋轉角度的設備和方法。

背景技術

由霍爾效應輔助地非接觸式測量旋轉角度是已知的。例如，由雷蒙德,S.(Reymond,S.)及其他人在電氣與電子工程師協會(IEEE)傳感器2007年會議的出版物“純二維互補金屬氧化物半導體(CMOS)集成霍爾傳感器”的第860-863頁教導了一種用于非接觸式旋轉角度測量的設備。該設備具有半導體襯底，該半導體襯底中集成了所謂的垂直霍爾傳感器形式的64個磁場傳感器。此出版物中的這些磁場傳感器以相等的間隔設置在置于半導體襯底的芯片平面的圓形的路徑上。這些磁場傳感器所在的豎直平面圍繞假想的中心軸線沿徑向設置，該假想的中心軸線延伸通過圓形路徑的中心并與芯片平面正交。這些磁場傳感器連接至掃描裝置，使得獨立的磁場傳感器的測量信號可順序地連接至用于旋轉掃描信號的微分輸出連接器。因此，磁場傳感器的值以循環旋轉的方式讀取。

第EP2149797號歐洲專利(Micronas股份有限公司)公開了一種用于測量角度的設備，該設備中磁場設置在平面中。該設備具有至少兩個磁場傳感器，該至少兩個磁場傳感器設置為其測量軸線在平面中和/或平行于平面，并且取向為彼此橫切。

梅茨(Metz)及其他人在1997年6月16-19日在芝加哥召開的固態傳感器和致動器1997年國際會議的出版物換能器(Transducers)的“在單個芯片上使用四個霍爾裝置的非接觸式角度測量”中也說明了非接觸式旋轉角度測量。此出版物示出了四個橫向的霍爾傳感器，該四個橫向的霍爾傳感器與另一個霍爾傳感器相等間隔地設置在置于半導體襯底的芯片平面中的圓形路徑上。具有兩個磁極的永磁體接附在旋轉軸的端部，并在霍爾傳感器中產生磁場。第EP-B0916074號歐洲專利文件中說明了相同的設備。

現有技術設備的共同之處在于，永磁體安裝在可旋轉元件上，并生成由霍爾傳感器所捕獲的磁場。這種設備的問題在于霍爾傳感器周圍的磁干擾場。處理信號的處理器需要進行對從霍爾傳感器接收的測量值的補償，以對這些磁干擾場進行補償。對于均勻背景場來說，此補償可以以相對簡單的樣式實現。對于由相鄰導體中的電流所生成的磁場的補償更為復雜，因為該補償還必須考慮所生成的磁場的場梯度。

現代汽車具有導致這種磁場的多個載流導體。對旋轉角度測量裝置附近的這些磁干擾場進行完全的屏蔽是不可能的。

發明內容

本說明書中公開了用于非接觸式測量旋轉角度的設備，該設備使用用于補償磁干擾場的新方法。該設備包括具有偶數個極的永磁體和設置在永磁體下方的平面中的至少三個第一橫向霍爾傳感器。在本發明的一個方面中，永磁體具有多個極，其中所述極的數量總計為四個或更多，并且不能被三整除。該永磁體圍繞旋轉軸線旋轉，其中該旋轉軸線的方向延伸通過圓形路徑的圓心，并且設置為大致與該平面正交。

由于高信噪比、對來自霍爾傳感器的測量信號的簡單的數字處理，以及對由磁干擾場導致的不精確性的廣泛消除，此設備使得可以精確地測量角度。

在本發明的另一個方面中，至少三個第一橫向霍爾傳感器大致以相等角度設置在圓形路徑中。因此，該設備具有勻稱設計，并且便于對從霍爾傳感器接收的測量信號的處理。在本發明的又一個方面中，至少兩個第二橫向霍爾傳感器與第一橫向霍爾傳感器中的兩個相對地設置在圓形路徑中。通過使用相對的霍爾傳感器，現在可以計算磁干擾場的場梯度，并且很大程度上消除場梯度，以改進測量旋轉角度的精度。

還公開了用于非接觸式測量旋轉角度的方法。該方法包括以下步驟：

·用永久磁體生成待測量的旋轉角度下方的磁場；