[发明专利]包括磁化轴的传感器系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2005年10月21日提出的发明名称为“包括磁化轴的 传感器系统”的美国临时专利申请第60/729,383号的权益，并且是 2005年11月9日提出的发明名称为“包括椭圆磁化轴的传感器系统” 的美国专利申请第11/270,049号的部分继续，这些申请的全部教导在 这里通过引用而并入。

技术领域

本公开涉及传感器，尤其涉及包括磁化轴的传感器系统。

背景技术

在具有转轴的系统的控制中，转矩是感兴趣的基本参数。于是， 已经开发出用于感测施加到转轴上的转矩的传感器。不与转轴接触的 传感器是期望的。非接触传感器可以产生和/或监视与施加到轴上的转 矩成比例的围绕转轴的磁场。

在一种已知配置中，可以沿着圆周磁化转轴或它的一个或多个轴 向部分，即，在沿着与轴心同轴的圆形路径的单个方向上磁极化转轴 或它的一个或多个轴向部分。当轴受到零转矩时，由轴建立的磁场不 包括轴心方向上的分量。当将转矩施加到轴上时，圆周磁场随着转矩 增大而越来越变成螺旋状的。施加转矩所引起的螺旋状磁化包括轴心 方向上的轴向分量和圆周分量。轴向分量可以与施加的转矩直接成比 例。位于轴附近的磁传感器可以检测轴向分量，并且提供指示施加到 轴上的转矩水平的输出。

在这样的实施例中，轴的适当磁化是操作的关键。系统中磁化轴 或组装轴过程中的制造误差可以导致传感器系统完全失败。此外，轴 磁化可能随时间而变弱。但是，当轴处在零转矩时可感测轴向场分量 的缺乏不允许用于确定轴是否被适当磁化或甚至究竟是否被磁化的 简单无源外部装置。

提供在零转矩具有静轴向磁场的传感器的一种已知手段涉及在 轴处在预定转矩下的同时沿着圆周磁化轴。由于圆周场是在存在预定 转矩的情况下感应的，在磁化期间施加的转矩下，出现不可测的轴向 场分量，并且，当去除轴上的转矩时，圆周场歪斜，导致静轴向场分 量。尽管这样的配置允许在零转矩下的诊断，但也存在几种缺陷。例 如，在预定转矩下磁化轴是麻烦和昂贵的过程，不允许容易的大规模 生产。

另外，沿着圆周磁化的配置可能只允许测量转矩，而不能测量位 置或速度。在一些应用中，可能希望传感器也能(或可替代地)利用 一组相同的电子线路来提供位置和/或速度感测。

于是，需要一种包括可以有效和成本划算生产的在零转矩下提供 可测量轴向场分量的磁化轴的传感器系统。还需要一种提供转矩、位 置、和/或速度的感测的包括磁化轴的传感器系统。

附图说明

通过参照相同标号表示相同部分的附图对本发明的示范性实施 例进行如下详细描述，本发明的特征和优点将变得显而易见，在附图 中：

图1是按照本发明的示范性系统的方块图；

图2图解地例示了按照本发明的示范性传感器；

图3是例示轴的椭圆磁化的沿着图2的A-A线取出的图2的轴 的剖面图；

图4图解地例示了按照本发明的另一种示范性传感器；

图5是轴和一对电极夹的透视图，以例示在按照本发明的轴中引 起椭圆磁化的一种方法；

图6是图5的轴和电极夹的顶视图；

图7是沿着图6的A-A线取出的图6的轴和电极夹的剖面图；

图8是轴和相对于轴倾斜的电磁体的视图，以例示在按照本发明 的轴中引起椭圆磁化的另一种方法；

图9是沿着图8的A-A线取出的图8的轴和电磁体的剖面图；

图10是轴和相对于轴倾斜的永磁体的视图，以例示在按照本发 明的轴中引起椭圆磁化的另一种方法；

图11是沿着图10的A-A线取出的图10的轴和永磁体的剖面图；

图12图解地例示了通过轴旋转时的时变磁场的AC分析，具有 两个椭圆磁化区的传感器的另一个实施例；

图13图解地例示了通过轴旋转时的时变磁场的AC分析，具有 两个椭圆磁化区的传感器的另一个实施例，以便同时监视除了转矩之 外的轴参数；

图14是图13的轴的有源区的横剖面，例示了图13的两个磁通 门线圈的径向位移的例子；

图15是轴和电极夹的侧视图，例示了按照本发明的磁化轴的另 一种系统和方法；

图15A是在电极夹组件之间取出的图15的实施例的径向剖面 图；

图16是轴和电极夹的侧视图，例示了按照本发明的磁化轴的另 一种系统和方法；