用于有效平衡/消除磁传感器中的磁干扰的系统和方法与流程

相关案件的交叉引用

本申请要求于2014年9月26日提交的申请号为62/055,791的美国临时申请的权益，其全部内容通过引用合并于此。

本发明的实施例涉及在磁传感器，特别是扭矩和/或角度传感器或扭矩和/或分度传感器中平衡和/或消除磁干扰。

背景技术：

扭矩和角度传感器通常包括磁感测元件。磁感测元件通常包括磁体或其他磁性部件。通常，来自传感器之一的磁体与来自另一个传感器的感测元件互相干扰。这种干扰被称为“串扰”。除别的方面外，串扰可能导致不正确的传感器读数。

为了减少串扰，可以在实体上增加两个传感器之间的距离，或者可以在任一个或两个传感器中使用磁屏蔽。这两种解决方案导致笨重的/大的传感器封装或差的传感器性能。

技术实现要素：

在一个示例中，本发明的实施例通过提供感测系统(感测系统包括具有第一磁场的第一磁体)来帮助解决或减少这些问题的影响。感测系统还包括：第一定子，被配置为接收第一磁场；第二定子，被配置为接收第一磁场；第一收集器，被配置为从第一定子收集第一磁场；以及第二收集器，被配置为从第二定子收集第一磁场。磁感测元件被配置为感测第一磁场。感测系统还包括：具有第二磁场的第二磁体；和具有第三磁场的第三磁体。第三磁体定位成使得第三磁场与第二磁场对称。

在另一实施例中，本发明提供一种感测磁传感器的磁场的方法。磁传感器包括：具有第一磁场的第一磁体，被配置为接收第一磁场的第一定子，被配置为接收第一磁场的第二定子。磁传感器还包括被配置为收集来自第一定子的第一磁场的第一收集器，和被配置为收集来自第二定子的第一磁场的第二收集器。感测磁场的方法包括从第二磁体接收第二磁场，并且定位具有第三磁场的第三磁体，使得第三磁场与第二磁场对称。

在又一实施例中，本发明提供一种感测系统，其包括第一磁传感器。第一磁传感器包括具有第一磁场的第一磁体，被配置为接收第一磁场的第一定子，被配置为接收第一磁场的第二定子，被配置为从第一定子收集第一磁场的第一收集器，被配置为从第二定子收集第一磁场的第二收集器，以及被配置为感测第一磁场的磁感测元件。感测系统还包括具有第二磁场的第二磁体，第二磁体被定位成使得第一定子和第二定子接收实质上相似的量的第二磁场。

通过考虑详细描述和附图，本发明的其它方面将变得显而易见。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的传感器的横截面示意图。

图2是用于与图1的传感器一起使用并与图1的传感器通信的控制系统的框图。

图3是图1的传感器的一部分的横截面示意图，并且示出了某些磁通线。

图4是根据本发明的另一实施例的传感器的横截面示意图。

图5是图4的传感器的一部分的横截面示意图，并且示出了某些磁通线。

图6是根据本发明另一实施例的传感器的横截面示意图。

图7是图6的传感器的一部分的横截面示意图，还包括磁通线。

具体实施方式

在详细解释本发明的任何实施例之前，应当理解，本发明在其应用中不限于在下面的描述中阐述的或在以下附图中示出的部件的构造和布置的细节。本发明能够具有其他实施例并且能够以各种方式实践或执行。

图1示出了根据一个实施例的第一传感器100。在所示出的实施例中，第一传感器100与车辆转向系统结合使用，该车辆转向系统包括输入轴105和输出轴110。输入轴105和输出轴110经由扭力杆(未示出)连接。扭力杆具有预定或已知量的扭转刚度或扭转弹簧常数。输入轴105相对于输出轴110的旋转运动在输入轴105和输出轴110之间产生与施加的扭矩成比例的相对角位移。在一些实施例中，第一传感器100检测或感测输入轴105和输出轴110之间的扭矩和/或转向角。

传感器100包括耦接到输入轴105的第一磁体115和耦接到输出轴110的第一定子120和第二定子125。在其他实施例中，第一磁体115耦接到输出轴110，而第一定子120和第二定子125耦接到输入轴105。

传感器100还包括第一收集器130和第二收集器135。第一收集器130和第二收集器135分别位于第一定子120和第二定子125附近(例如，在一个实施例中，在约0.2mm至约2.0mm的距离内)。第一收集器130和第二收集器135分别跨过第一定子120和第二定子125的至少一部分。

第一收集器130和第二收集器135磁耦合到至少一个磁感测元件140。术语“磁耦合”通常可以被定义为第一部件和第二部件之间的磁连通，使得第一部件能够接收来自第二部件的磁通量，或反之亦然。这种连通取决于所使用的磁体的强度和部件之间的距离。在一些实施例中，为了磁耦合，第一部件与第二部件的距离为大约0.2mm至2.0mm。磁感测元件140在第一收集器130和第二收集器135之间或附近检测第一磁体115的第一磁通量300(图3)。在一些实施例中，磁感测元件140是霍尔效应传感器。

图1还示出了第二磁传感器200。第二传感器200位于第一传感器100附近并且包括第二磁体205。在一些实施例中，第二传感器200还包括第三定子和第四定子、第三四收集器和第四收集器，以及第二磁感测元件。在这样的实施例中，第三定子和第四定子、第三收集器和第四收集器以及第二磁感测元件基本上类似于第一定子120和第二定子125、第一收集器130和第二收集器135以及磁感测元件140。在一些实施例中，第一传感器100和第二传感器200都是较大的传感器或传感器组件(例如旋转角度和扭矩传感器)的一部分。在一些实施例中，第一传感器100可以是扭矩传感器，而第二传感器200可以是旋转传感器，反之亦然。

在所示出的实施例中，第一传感器100包括第三磁体或镜像磁体210。如图所示出的，镜像磁体210相对于第二磁体205对称地定位，使得镜像磁体210的镜像磁通量275(图3)与第二传感器200的第二磁体205的第二磁通量250(图3)对称。在一些实施例中，镜像磁体210进一步用在第三传感器内，第三传感器可以是或者不是整个传感器的一部分。在其他实施例中，镜像磁体210仅用于消除第二磁体205的第二磁通量250。

第一定子120包括第一侧121、第二侧122和第一边缘124。第二定子125包括第一侧126、第二侧127和第二边缘129。如图1的实施例所示出的，第一磁体115定位成邻近第一定子120的第一侧121和第二定子125的第一侧126。另外，如图所示出的，在平行于所示出的参考坐标系中的x轴延伸的轴向方向上，第一磁体115位于第一定子120和第二定子125之间。在一些实施例中，例如所示出的实施例，第一磁体115沿所述轴向方向定位在第一定子120的第二侧122的第一表面和第二定子125的第二侧127的第二表面之间。第二磁体205定位成邻近第二定子125的第二侧127，并且镜像磁体210定位成邻近第一定子120的第二侧122。

磁感测元件140电耦合到控制系统212(图2)。如图2所示出的，控制系统212包括控制器215，该控制器215具有存储器220和处理器225。控制器215从磁感测元件140接收关于第一磁体115的第一磁通量300的信号。该信号可以包括关于磁通量的大小和/或极性的信息或数据。该信号可以是模拟信号或数字信号。在一些实施例中，该信号提供与磁通量的变化相关的信息。如图所示出的，在一些实施例中，控制器215可以电连接到输入/输出(i/o)接口230和电源235。在一些实施例中，控制器215可以进一步电连接到第二传感器200。在一些实施例中，控制器215部分地或完全地在半导体芯片上实现。

存储器220包括，例如程序存储区域和数据存储区域。程序存储区域和数据存储区域可以包括不同类型的存储器的组合，例如只读存储器(“rom”)、随机存取存储器(“ram”)(例如，动态ram[“dram”]同步dram[“sdram”]等)、电可擦可编程只读存储器(“eeprom”)、闪存、硬盘、sd卡或其它合适的磁、光、物理或电子存储器件。处理器225连接到存储器220并执行软件指令。包括在传感器100和/或控制器215的实现方式中的软件可以存储在控制器215的存储器220中。所述软件包括，例如，固件、一个或多个应用、程序数据、过滤器、规则、一个或多个程序模块和其他可执行指令。控制器215被配置为，从存储器220检索并且执行与此处描述的控制过程和方法相关的指令等。在其他结构中，控制器215包括附加的、更少的或不同的部件。

i/o接口230被配置为将控制器215连接到外围设备，例如另一个控制器或计算机。i/o接口230可以是有线连接、无线连接或有线和无线连接的组合。在一些实施例中，i/o接口230被配置为传送与传感器100相关的测量数据。在一些实施例中，i/o接口230用于将控制器215电连接到用户接口。电源235向控制器215以及传感器100的其他部件提供额定电压。在一些实施例中，电源235由第一电压(例如，来自电池)供电，并将额定电压提供给控制器215和传感器100的其他部件。

图3示出了第二磁体205的第二磁通量250和镜像磁体210的第三(或镜面)磁通量275。如本领域中已知的，磁体产生磁场，其可以由磁通量或磁通线示出。如图3所示出的，镜像磁通量275与第二磁通量250对称。因此，第二磁通量250和镜像磁通量275彼此消除。因此，影响感测元件的唯一通量是第一磁通量300。换句话说，磁感测元件140仅检测第一磁通量300。当然，如果对称性比理想的小，将发生来自第二磁体和/或第三磁体的小的或标称量的干扰。

在操作中，当扭矩施加在系统上时，扭力杆(未示出)调节输入轴105和输出轴110之间的相对角位移。输入轴105和输出轴110的相对角位移等效于磁体115(其耦接到输入轴105)与第一定子120和第二定子125(耦接到输出轴110)之间的角位移。系统的零位置是指施加在系统上的扭矩为零或没有扭矩并且磁体115与第一定子120和第二定子125之间的角位移为零的位置。在零位置，磁体115与第一定子120和第二定子125产生磁场的净零磁通量或磁场的净零轴向磁通量。

当扭矩施加在系统上时，在磁体115与第一定子120和第二定子125之间存在角位移。磁体115与第一定子120和第二定子125之间的角位移导致第一磁通量300(例如，磁场的磁通量的大小和/或极性的变化)的变化。角位移越大，磁通量越大。第一旋转方向上的第一角位移导致第一磁通量300具有第一方向，而第二旋转方向上的第二角位移导致第一磁通量300的具有与第一方向相反的第二方向。

图4示出了第一传感器100'的第二实施例，第一传感器100'位于具有第二磁体205'的第二传感器200'的附近。在所示出的实施例中，镜像磁体210'定位成使得镜像磁体210'的镜像磁通量275'(图5)与第二磁体205'的第二磁通量250'(图5)对称。

如图4的实施例中所示出的，第一磁体115定位成邻近第一定子120的第一侧121并且邻近第二定子125的第一侧126。如图所示出的，第一磁体115与所示出的坐标系的x轴轴向对齐，并且定位在第一定子120和第二定子125之间。第二磁体205'定位成邻近第二定子125的第二边缘129，而镜像磁体210定位成邻近第一定子120的第一边缘124。另外，第二磁体205'和镜像磁体210'相对于传感器100'的纵向轴线径向对齐。

图5示出了第二磁体205'的第二磁通量250'和镜像磁体210'的第三(或镜像)磁通量275'。如图所示出的，镜像磁通量275'与第二磁通量250'对称。因此，第二磁通量250'和镜像磁通量275'彼此消除。因此，磁感测元件140仅检测第一磁通量300。

图6示出了第一传感器100”的第三实施例，第一传感器100”位于具有第二磁体205”的第二传感器200”附近。在这种情况下，第二磁体205”被磁化的方式使得所得到的场关于传感器100”的纵轴对称。在该实施例中，第二磁体205”被定位成与第一传感器100”的第一定子120和第二定子125的距离基本相等。第二磁体205”的这种定位产生第二磁通量250”(图7)，其与第一定子120和第二定子125以及第一收集器130和第二收集器135对称，使得第一定子120和第二定子125以及第一收集器130和第二收集器135接收大致相同的磁通量。因此，磁感测元件140仅检测第一磁通量300。如图所示出的，第二磁体205”与第一定子120和第二定子125径向分离。

因此，除了其它方面外，本发明提供用于平衡和/或消除磁传感器，特别是扭矩和/或角度传感器中的磁干扰的系统和方法。本发明的各种特征和优点在所附权利要求中阐述。