[發明專利]用于機動車輛轉向系統的具有多極磁體的角度傳感器

在審

• 申請號: 201980076592.6
• 申請日: 2019-11-21
• 公開（公告）號: CN113167598A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 彼得·帕達爾;阿拜爾·維爾
• 申請（專利權）人: 蒂森克虜伯普利斯坦股份公司;蒂森克虜伯股份公司
• 主分類號: G01D5/14
• 分類號: G01D5/14;G01D5/244
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 劉雯鑫;侯艷超

本發明涉及一種角度傳感器單元(1)，其用于測量機動車輛的轉向軸的旋轉位置的旋轉角度，該角度傳感器單元(1)包括：多極磁環(2)，該多極磁環(2)具有多個極對，該多極磁環可以連接至轉向軸，以與該轉向軸聯合旋轉；至少兩個磁場傳感器(4，5)，所述至少兩個磁場傳感器(4，5)與多極磁環(2)相關聯；以及評估單元，該評估單元被設計成基于至少兩個磁場傳感器(4，5)的信號來確定旋轉角度，其中，至少兩個磁場傳感器(4，5)被布置成在多極磁環(2)的外側沿圓周方向偏移，使得源自多極磁環(2)的磁場在兩個磁場傳感器(4，5)的區域中具有近似相等的絕對值但是相反的極性符號。

本發明涉及下述：具有權利要求1和權利要求11的前序部分的特征的角度傳感器；機電式動力轉向系統；以及具有相應的角度傳感器的用于機動車輛的線控轉向系統；以及具有權利要求17和權利要求20的前序部分的特征的用于確定機動車輛的可旋轉安裝的轉向軸的旋轉位置的旋轉角度的方法。

角度傳感器尤其在機動車輛中用于測量方向盤的轉向角。當前使用的角度傳感器為磁傳感器，其測量可能很容易受到外部磁場的破壞。未來，機動車輛將完全電操作或部分電操作，并且在某種程度上已經是這樣的情況，這可能由于傳導高電流并且經常位于轉向系統附近的電纜而引起高的外部場效應測量。因此，這種施加至磁傳感器的干擾可能對轉向系統的轉向感覺和魯棒性具有不利影響。

EP 2 552 000 A2公開了具有對以永久磁的方式體現的轉子的漏磁場進行感測的轉子位置傳感器的電動馬達，所述傳感器根據漏磁場生成轉子位置信號。因此，電動馬達有利地不需要單獨的轉子位置磁體來感測轉子的轉子位置。另外，從公布的專利申請DE 102008 043 265 A1中另外已知的是，通過確定磁干擾場并且從磁場矢量中矢量地減去該磁干擾場來補償由磁干擾場引起的干擾。

本發明要解決的問題是，提出一種具有提高的精度水平并且減小磁干擾場對旋轉角度值的確定的現有影響的角度傳感器。

該問題通過下述來解決：具有權利要求1和權利要求11的特征的角度傳感器以及具有權利要求17和權利要求20的特征的用于確定機動車輛轉向系統的電動馬達的轉子軸的旋轉位置的旋轉角度的方法。

因此，提供了一種角度傳感器單元，其用于測量機動車輛的轉向軸的旋轉位置的旋轉角度，該角度傳感器單元具有：多極磁環，該多極磁環具有多個極對并且可以以抗扭矩的方式連接至轉向軸；至少兩個磁場傳感器，所述至少兩個磁場傳感器被分配到多極磁環；以及評估單元，該評估單元被配置成基于至少兩個磁場傳感器的信號來確定旋轉角度，其中，至少兩個磁場傳感器被布置成在多極磁環的外側沿圓周方向偏移，以這樣的方式使得源自所述多極磁環的磁場在兩個磁場傳感器的區域中具有近似相等的絕對值但是相反的符號。這種布置使得可以通過兩個磁場傳感器的差分測量來消除漏場干擾，并且因此確定無干擾的旋轉角度。

兩個傳感器的敏感傳感器面優選地在兩個傳感器之間的中心在相對于多極磁環的外面切向延伸的平面中。由多極磁環產生的磁場的矢量磁通量與傳感器面的平面形成在絕對值方面相同的角度，即，|α|＝|β|。外部磁干擾場在兩個傳感器的區域中優選地是均勻的。

磁場傳感器沿所述圓周方向優選地間隔小于45°的距離，特別是小于20°的距離。

在一個有利實施方式中，磁場傳感器被布置成沿圓周方向偏移一個極。這確保了干擾場在兩個傳感器的區域中是均勻的，并且可以借助于差分測量通過計算來消除。

磁場傳感器的敏感傳感器面優選地位于一個平面中并且間隔開在多極磁環的直徑的40％至90％之間的范圍中的距離。

多極磁環優選地具有至少四個極對。

評估單元優選地被配置成通過在兩個磁場傳感器的信號之間形成差而獨立于外部磁干擾場來確定旋轉角度。

為了確定一次旋轉內的絕對角度，可以將具有分配的磁場傳感器的兩極磁環添加到該裝置中。

多極磁環的極優選地由永磁體形成以及/或者磁場傳感器為霍爾傳感器或xMR傳感器。