[发明专利]对外场不敏感的角或线性磁位置传感器

说明书

本发明涉及用于可达360°或更大的角度和可达几百毫米的位移的磁旋转和线性位置传感器领域，更特别地，涉及用于测量机动车转向柱的角位置的位置传感器的领域，但不限于该应用。

基于磁场检测角度或位移的非接触式传感器有很多优点：

1.与移动部分无机械接触，因而无磨损，

2.对污垢不敏感，

3.造价低，

4.寿命长。

现有技术中已知描述一种旋转传感器(图1和2)的专利EP1083406，该旋转传感器具有环形磁体和测量该磁体所生成的磁场的径向分量的两个磁敏部件，并通过积分产生用以在解码后在360度范围内检测位置的两个正弦信号。

这种方案的缺陷在于其对外场的影响很敏感。事实上，在探头所在平面内的任何外场都将引起相当大的非线性误差。

现有技术中已知本申请人的描述一种位置传感器(图3和4)的专利WO07057563，该位置传感器允许使用在径向磁化的环状或盘状磁体的旋转轴外基本上在唯一一点测量到的磁场的两个分量(径向和切向或者轴向和切向)，以获知其角位置，即使该角度并不与磁场的角度一致。磁体所生成的磁场的径向分量和轴向分量为两个同相的正弦信号，而切向分量是与磁场的其它两个分量有90度的相位差的正弦(见图4)。因此可以使用相差为90度的一对磁场分量(径向和切向或者轴向和切向)来对磁体的角度进行解码。基于这两个分量(这两个分量的幅值一般说来是不同的)对磁体的角位置进行的解码需要将所用的这两个分量归一化，以能够计算反正切，从而推导出角度。现有技术中还已知本申请人的描述一种旋转和线性位置传感器的PCT专利WO27099238，该旋转和线性位置传感器使用与前述360°传感器一样的原理。其使用在磁化方向沿着位移连续变化的条状或蹄状磁体所生成的磁场的的基本上在同一点测量到的两个分量(法向和切向或者轴向和切向)。

这两种方案的缺陷在于对所有的外场的影响都很敏感。可以对这样的传感器进行屏蔽，但这要增加附件，从而使造价提高且传感器的尺寸增大。此外，在两个分量间施加增益可能产生问题(由温度导致的探头噪声)，并且径向磁化(在360°传感器的情况下)并非易事且可能引起谐波误差。事实上，360°传感器的性能(输出信号的线性)直接取决于径向磁化的好坏。用简单的通电线圈就可方便地获得将环形磁体径向磁化所必需的图5示出的磁化场。空气和要磁化的材料间磁导率的差异造成了场线弯曲，其曲率遵循两种介质间边界处的如下偏折关系：

tan(α1)tan(α2)=μr1μr2]]>

如图4所示，这种弯曲表现为材料的非径向磁化从而表现为所测量的两个分量的失真。这两个信号并非是相位差为90°的两个完美正弦，这在解码时表现为很大的非线性，这在示出基于磁场的两个分量解码的信号的同一图6上可看出。

本发明提出通过允许使用在优选地空间上错开1/4周期的两个点测量到的磁场的两对分量(法向和切向)的组合来解决上述问题。

旋转传感器的周期为磁体的总角度。

线性传感器的周期为其长度。

两个分量是在同一点测量得的(物理上，如果测量磁场的两个分量的诸点间的实际距离小于5mm，则认为测量是在同一点进行的)，而另两个分量是在空间上大约错开1/4周期(例如：对于360°传感器错开90°)处的另一点测量得的。因此，下述方案能够减小外场的影响、补偿部分由磁化引起的谐波误差且在分量间不再施加增益。

设：

Bn1为点1处的法向分量

Bt1为点1处的切向分量

Bn2为点2处的法向分量

Bt2为点2处的切向分量

设(θ)为旋转角，考虑到由径向磁化引起的三次谐波的误差(主要误差)，有：