[发明专利]用于磁阻式传感器的磁通量增强器系统

说明书

技术领域

本发明涉及基于对由转子相对于定子线圈的旋转导致的电动力和磁阻的变化的检测而检测转子部分的角位置和/或角速度的磁阻式角度传感器，更具体地，本发明涉及磁通量增强器系统以及具有磁通量增强器系统的电磁角度传感器，其通过减少由于出现在定子和转子之间的剩余和临时极隙而造成的发散磁通量的损失，增强定子与转子之间的磁通量。

背景技术

用于确定旋转轴或转子的角速度和/或角位置的诸如分解器(resolver)和同步器之类的磁阻式角度传感器在现有技术中是已知的。这些类型的传感器可基于应用而采取不同的形式和设计。

常用的类型包括定子和转子，该转子可围绕同心轴线相对于定子旋转并且气隙将其与定子隔开。定子包括用于产生延伸越过气隙直至转子的磁通量分布的磁极或励磁线圈，磁通量分布在气隙中的强度在当转子相对于受激的定子旋转时产生变化。磁通量的变化引发由可测相位受控的电磁力，该电磁力能够被例如传感绕组或线圈检测。转子(具有旋转轴)相对于定子的角位置可通过分析检测到的信号的相位而获得。

这种类型的角度传感器下包括有所谓的无源磁阻分解器，在该无源磁阻分解器中，励磁和传感线圈根据预定的绕线方案缠绕在定子上。磁通量的变化通过使用具有非规则外形的、由软磁性材料制成的转子来实现，其中所述非规则外形例如在面向定子的表面上设置有凸耳(lobe)或凹痕。当转子旋转时，产生了气隙的变化以及因此产生转子和相对的定子之间的磁阻的变化。特定的绕线方案允许励磁和传感线圈被不同地影响，并且因此从该变化引发的电动电压得到转子的角位置。

图1示出了传统的同步器-分解器的分解图。

同步器-分解器100包括适于安装到安装结构上的凸缘110，比如框架(未示出)。转子本体120和转子本体125刚性地附接到的轴125构成的组件所形成的转子115被保持在位，其中间隔环130、簧环135、轴承140和E形夹具150设置在转子轴125一侧，第二轴承140设置在相反侧。转子轴125与原动机(未示出)接合。在操作期间，转子轴125，也称为从动器，随着原动机围绕旋转轴线Z自旋。内盖160密封转子115并且提供保护性遮盖，以避免甚至具有高压的任何侵害性流体的任何溢出/渗透，由此用作密封装置。

同步器-分解器100进一步包括定子170，其传统地根据需要在转子上产生的磁力而由包括数量“N”个磁极175(在示出的示例中，N＝12)的堆叠叠片形成。

外盖180提供了防止可能影响磁阻式分解器100的性能的所有外部环境因素的气密密封。

定子磁极175沿着定子的内周设置在规则空间处，并向内朝着转子轴线Z径向地突出。用于产生磁场的励磁线圈或绕组以及用于检测由转子的旋转引发的电磁力的传感线圈被缠绕在磁极175(未示出)上。每个磁极的缠绕都根据预定的缠绕方案适合地完成。

数量和绕线方案取决于具体的应用，比如同步器-分解器期望的分辨率、检测的角速度的范围等，并且以使得输出的电动力分解为对应于转子轴的角位置的相应的正弦和余弦波的方式完成。用于检测转子的角位置的具体的绕线方案的示例在文件WO2010/130550以及其中所引用的文献中被完整地描述，因此不在这里进行详细的描述。

文件WO2010/043586A2描述了无源磁阻分解器的另一个示例，在该分解器中，磁通量的变化由规则形状的转子中的磁质量的分布产生。所谓的半磁转子的本体一半是由软磁性材料制成的磁性半部，而另一半是由非磁性材料制成的平衡半部。磁性半部和平衡半部被设计为比如在相对于转子的旋转轴线倾斜的平面连结在一起。磁质量的分布为使得能够在转子旋转时产生磁通量的正弦变化。

对于两种转子的变体，受激的定子产生磁场，该磁场越过气隙延伸至转子并且其分布在转子上。因而，作用在转子上的磁力是磁阻式角度传感器的角度测量的精确性的决定性因素之一。

然而，当定子产生与转子相互作用的磁场的励磁时，存在大量的由于出现在定子和转子之间的剩余间隙和临时极隙而没有被利用的磁通量。特别地，由于围绕转子端部、极隙等的发散场，一定量的所产生的磁通量被损失，这导致由于磁通线的发散而引起作用在转子上的有效磁力的损失。此外，由于自感，围绕定子的每个磁极还可形成涡电流。

由于没有用于补偿由于转子表面上的发散场和横过角落和极隙的溢出而造成的磁通量损失的系统，所以在转子上致动的所产生的磁通量的大小受到限制。