[發明專利]使用磁感測探針和多極磁體陣列的偏軸磁角度傳感器

有效

• 申請號: 201880055687.5
• 申請日: 2018-03-14
• 公開（公告）號: CN111051819B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 帕斯卡爾·施魏策爾;克里斯托弗·肯尼;理查德·安德魯斯
• 申請（專利權）人: 霍尼韋爾國際公司
• 主分類號: G01D5/14
• 分類號: G01D5/14
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 曹凌;劉茜

裝置和相關聯方法涉及測量至少三個相鄰磁性南北軌道的2D表面磁體陣列的位置和位移，該磁體陣列與其相對于磁場傳感器(例如，磁感測探針)的運動位移成銳角。在示例性示例中，該2D表面磁體陣列的幾何形狀可以是平面的，具有相鄰且交替的北極區域和南極區域。在一些實施方案中，該2D表面磁體陣列幾何形狀可以采取以下形式：(1)具有以螺旋形狀定向的單獨磁化層的軸向圓柱形螺旋多極磁體陣列，或者(2)具有定向為盤旋形狀的至少三個相鄰南北軌道的徑向盤狀盤旋多極磁體陣列。

技術領域

各種實施方案整體涉及使用磁場傳感器的運動檢測。

背景技術

多極電動馬達的控制可以取決于具有90度相移的正弦信號和余弦信號，每個電周期具有一個正弦和余弦周期。這些正弦信號和余弦信號可以由安裝在電動馬達的旋轉軸上的旋轉變壓器生成。旋轉變壓器是一種用于測量旋轉度的旋轉電氣變壓器。旋轉變壓器可以是在控制馬達的旋轉角位置和/或速度的控制系統中使用的模擬感測元件。旋轉變壓器可以用于測量各種應用中的機械部件和電氣部件的旋轉角位置，應用包括計算機數控(CNC)機器、機器人技術和造紙機器以及運輸車輛中的熱或電動馬達。

旋轉編碼器是將軸或輪軸的角位置或運動轉換為模擬或數字信號的機電設備。旋轉編碼器可以用于需要精確軸監測的應用(有時具有無限旋轉)，諸如工業控制、機器人技術和旋轉雷達平臺。旋轉編碼器可以是絕對編碼器或增量編碼器。

磁場傳感器是測量磁場的電子部件。磁場傳感器可以用于接近開關、定位、速度檢測和電流感測應用。磁場傳感器可以用于對輪和軸的速度進行計時，諸如用于內燃機點火正時、轉速表和防抱死制動系統。磁場傳感器的類型可以包括霍爾效應傳感器、AMR/GMR磁力計、磁阻傳感器和TMR傳感器。

發明內容

裝置和相關聯方法涉及測量至少三個相鄰磁性南北軌道的2D表面磁體陣列的位置和位移，該磁體陣列與其相對于磁場傳感器(例如，磁感測探針)的運動位移成銳角。在示例性示例中，2D表面磁體陣列的幾何形狀可以是平面的，具有相鄰且交替的北極區域和南極區域。在一些實施方案中，2D表面磁體陣列幾何形狀可以采取以下形式：(1)具有以螺旋形狀定向的單獨磁化層的軸向圓柱形螺旋多極磁體陣列，或者(2)具有定向為盤旋形狀的至少三個相鄰南北軌道的徑向盤狀盤旋多極磁體陣列。

各種實施方案可實現一個或多個優點。例如，一些實施方案可以適于在各種各樣的機械、電子、工業和商業應用中使用。在一些示例中，磁體陣列和磁場傳感器可以是旋轉變壓器的更便宜、更小、更輕質的替代品(并作為其替代物)。例如，一些實施方案可以增加控制馬達緊湊性并減小馬達重量。一些實施方案可以包括作為用于旋轉變壓器的向后兼容解決方案的傳感器，并且可以提供與旋轉變壓器相同類型的輸出，但基于低成本、高度集成的磁場傳感器設計以及相關聯的傾斜角多極磁環旋轉目標。

在各種實施方案中，磁體陣列和磁場傳感器可以提供補償機構以測量和移除與機械堆疊公差或老化相關的任何未對準誤差。在各種示例中，可以定制磁體陣列以匹配電動馬達的電相位周期，從而允許使用磁體陣列和磁場傳感器代替各種各樣的舊的、損壞的或過時的旋轉測量設備。

一些實施方案的優點可以是被配置為生成模擬正弦和余弦輸出的磁場角度傳感器，這些輸出具有來自感測多極環形磁體陣列的位移的兩個磁探針(諸如MR橋)的90度相移，該多極環形磁體陣列具有磁極寬度w并且以特定角度θ傾斜以便對于每360度旋轉產生N個正弦和余弦周期。具有特定傾斜角的磁體陣列可以有利地允許磁場傳感器的定制周期性輸出來控制具有N極的電動馬達(例如，馬達旋轉速度)。這種解決方案可導致具有與旋轉變壓器輸出相匹配的特定周期的傳感器輸出。

各種實施方案的細節在附圖和以下說明書中闡述。其他特征和優點將根據說明書和附圖以及根據權利要求書而顯而易見。

附圖說明

圖1描繪了具有示例性旋轉測量系統的示例性無刷DC電動馬達的透視圖。