用于角度检测的镰刀形磁体装置的制作方法

本公开涉及用于角度检测的镰刀形磁体装置。

背景技术：

磁性传感器可以能够感测施加至磁性传感器的磁场的分量，诸如磁场幅度、磁场强度、磁场方向(例如基于磁场的方向分量)等。磁体的磁场可以取决于磁体的磁化强度、磁体的形状、磁体的环境以及其他因素。磁性传感器可以用于检测例如磁体的移动、位置、旋转角度等，磁体在各种应用(诸如机械应用、工业应用或消费者应用)中可以连接至物体。

技术实现要素：

根据一些实施方式，一种镰刀形磁体装置，用于确定可旋转物体的旋转角度并且被配置为与可旋转物体围绕旋转轴线共同旋转，可以包括：内圆周表面，具有基于镰刀形磁体装置的方位角坐标的内半径；外圆周表面，具有基于镰刀形磁体装置的方位角坐标的外半径，其中至少内半径或外半径基于方位角坐标而变化；以及在镰刀形磁体装置的第一端与镰刀形磁体装置的第二端之间的轴向厚度，其中内圆周表面和外圆周表面形成第一镰刀形部分和第二镰刀形部分，其中第一镰刀形部分与第二镰刀形部分在直径方向上相对，以及其中第一镰刀形部分在第一方向上被磁化并且第二镰刀形部分在第二方向上被磁化，第二方向在第一方向的阈值角度内并且不同于第一方向。

根据一些实施方式，一种旋转角度检测系统可以包括用于确定可旋转物体的旋转角度的镰刀形磁体装置，该镰刀形磁体装置被配置为与可旋转物体围绕旋转轴线共同旋转，其中镰刀形磁体装置可以包括：在第一方向上被磁化的第一镰刀形部分以及在第二方向上被磁化的第二镰刀形部分，第二方向从第一方向偏离120°和180°之间，其中第一镰刀形部分和第二镰刀形部分由镰刀形磁体装置的内圆周表面和外圆周表面形成；以及磁性传感器，用于基于由镰刀形磁体装置的第一镰刀形部分和第二镰刀形部分形成的磁场而测量可旋转物体的旋转角度；其中磁性传感器被定位在读取圆环内，其中读取圆环具有与在磁性传感器的位置与旋转轴线之间的距离相对应的读取半径，以及其中内圆周表面的比读取半径小的内半径是基于镰刀形磁体装置的方位角坐标的，以及其中外圆周表面的比读取半径大的外半径基于镰刀形磁体装置的方位角坐标和读取半径而变化。

根据一些实施方式，一种用于确定可旋转物体的旋转角度的磁体装置可以包括第一磁体，第一磁体被配置为与可旋转轴围绕旋转轴线共同旋转，其中第一磁体可以包括：第一内圆周表面，具有基于磁体装置的方位角坐标而变化的第一内半径；第一外圆周表面，具有基于磁体装置的方位角坐标而变化的第一外半径；以及在磁体装置的第一端与磁体装置的第二端之间的第一轴向厚度，其中第一内圆周表面和第一外圆周表面形成第一镰刀形部分和第二镰刀形部分，其中第一镰刀形部分与第二镰刀形部分在直径方向上相对，其中第一镰刀形部分在第一方向上被磁化，并且第二镰刀形部分在第二方向上被磁化，第二方向在第一方向的阈值角度内并且不同于第一方向，以及其中第一轴向厚度的厚度是基于磁体装置的方位角坐标的并且与磁体装置在方位角坐标处的径向宽度成正比，其中在方位角坐标处的径向宽度对应于在方位角坐标处的内圆周的半径与在方位角坐标处的外圆周表面的半径之间的差值。

附图说明

图1a和图1b是在本文中所描述的示例性实施方式的概要图；

图2a和图2b是可以在其中实施在本文中所描述的磁体装置、系统和/或方法的示例性环境的图；以及

图3至图6是与在本文中所描述的磁体装置的示例性实施方式相关联的图。

具体实施方式

参照附图进行对示例性实施方式的以下详细描述。不同附图中的相同附图标记可以标识相同或相似的元件。

在一些情形中，旋转角度检测系统可以使用具有圆柱环形磁体(例如具有均匀厚度以及圆柱内半径和外半径的环形磁体)的磁体装置来确定可旋转轴的旋转角度。在该情形中，旋转角度检测系统可以使用放置在感测平面中的多个磁性传感器(例如以形成与可旋转轴同心的读取圆环)来测量由磁体装置所产生的磁场。备选地，类似旋转角度检测系统可以使用锥形磁体来确定可旋转轴的旋转角度。锥形磁体在磁体装置的面对传感器的端部中形成楔形，而同时维持了与面对传感器的端部相对的平面端部，因为锥形磁体朝向磁体装置的外边缘较厚且在磁体装置的朝向平面端部的内边缘处较薄(或无限薄)。然而，圆柱环形磁体和锥形磁体(其可以经由支撑结构被保持在合适位置，支撑结构连接至可旋转轴或形成为其一部分)可以产生如下磁场，当由磁性传感器测量时，在可旋转轴旋转时，该磁场在不纯的正弦波中产生测量值。由于正弦波的不纯，磁性传感器的测量值可能无法允许精确的旋转角度检测(例如在1°内)，因为正弦波中的不纯提供了相对较高的误差容限(例如精确度在5°内、在10°内，或甚至更多)。

在本文中所描述的一些实施方式通过提供引起能够在相对较纯的正弦波中测量磁场的磁体装置，而允许更精确的旋转角度检测(例如在1°内)。相对较纯的正弦波使得旋转角度检测(例如经由磁性传感器或磁性传感器的控制器)在1°内。

在本文中的描述可以涉及右手笛卡尔坐标系(x,y,z)，其中z轴线等同于可旋转轴的旋转轴线，其中可旋转轴的角度位置将由磁性传感器基于磁体的感测磁场来确定，磁体连接至可旋转轴或形成为其一部分。在一些描述中，对于径向以及方位角位置或坐标，半径(r)可以由下式确定：

r²＝x²+y²(1)

以及tan(ψ)＝y/x，以使得圆柱坐标系(r,ψ,z)包括等同于可旋转轴的旋转轴线的z轴线。对照方位角坐标(或角度)ψ，可旋转轴的角度位置被称为旋转角度(φ)。

图1a和图1b是在本文中所描述的示例性实施方式100的概要图。示例性的实施方式100包括用于旋转角度检测系统中的镰刀形磁体装置，该旋转角度检测系统利用了多个磁性传感器。如图1a中所示，示例性实施方式100包括围绕可旋转轴放置的多个磁性传感器。如所示，镰刀形磁体装置可以粘附(例如胶合、焊接、夹持和/或类似方式)到可旋转轴的倾斜盘或形成为可旋转轴的倾斜盘的一部分，以使得磁体装置与可旋转轴围绕可旋转轴的旋转轴线共同旋转。在一些实施方式中，倾斜盘可以连接至(例如夹持、栓接、胶合、挤压配合、和/或类似方式)可旋转轴或形成为可旋转轴的一部分。如图1a中所示，在磁性传感器和镰刀形磁体装置之间存在气隙(例如近似0.5-3毫米(mm)的轴向距离)。

在图1a中，示例性实施方式100包括磁体装置，磁体装置引起磁性传感器在包括相对较低(如果有的话)异常量的正弦波中感测磁场分量(例如轴向磁场分量bz)的测量值，以使得能够由旋转角度检测系统进行精确的旋转角度测量(例如在1°内)。示例性实施方式100的磁体装置包括镰刀形磁体装置，其被配置为与可旋转轴共同旋转。如图1a中所示，镰刀形磁体是相对环形的，具有0°至360°的范围，具有从相对较厚径向宽度至相对较薄径向宽度变化的径向宽度。例如，使用图1a的环形磁体的0°作为参考点，环形磁体是镰刀形，其中在0°和180°处的径向宽度大于在90°和270°处的径向宽度。如所示，镰刀形磁体在0°和180°处的径向厚度基本上相同，且镰刀形环形磁体装置在90°和270°处的径向厚度基本上相同。然而，在一些实施方式中，在0°和180°处和/或在90°和270°处的径向厚度分别可以不同，但是在阈值厚度(例如与制造容差、设计容差和/或类似参数相对应)内。此外，如图1a中所示，镰刀形磁体装置在90°和270°处的径向宽度无限薄。然而，在一些实施方式中，在镰刀形磁体装置的特定方位角范围内可以存在镰刀形磁体装置(例如为了提高耐久性)的最小径向宽度(例如1mm、5mm和/或类似宽度)。

图1a的镰刀形磁体装置在镰刀形磁体的轴向端部之间具有均匀的轴向厚度。根据在本文中所描述的一些实施方式，磁体装置的轴向端部可以垂直于可旋转轴的旋转轴线。在一些实施方式中，轴向厚度可以在轴向端部之间变化。例如，镰刀形磁体的具有校对较薄径向宽度(或最小径向宽度)的部分可以具有相对较薄的轴向厚度，且镰刀形磁体的具有相对较厚径向宽度的部分可以具有相对较厚的轴向厚度(且反之亦然)。

如图1a中所示，镰刀形磁体装置可以包括第一镰刀形部分(例如镰刀形磁体装置的第一半，示出从90°逆时针旋转至270°)和第二镰刀形部分(例如镰刀形环形磁体装置的第二半，示出从270°逆时针旋转至90°)。根据一些实施方式，第一镰刀形部分可以与第二镰刀形部分在直径方向上对称，以使得第一镰刀形部分具有基本上相同的尺寸(例如面积、径向宽度、径向厚度和/或类似尺寸)、相同的形状、和/或类似物。在一些实施方式中，图1a的镰刀形磁体装置的第一镰刀形部分和第二镰刀形部分可以由单块材料形成，从而允许增加的耐久性、更强的磁场、降低的退磁风险、以及在确定可旋转轴的旋转角度时增加的精确性。额外地或备选地，图1a的镰刀形磁体装置的第一镰刀形部分和第二镰刀形部分可以由单独的材料块形成，并且被构造在倾斜盘上以形成镰刀形磁体。

镰刀形磁体装置被磁化以产生将要由磁性传感器感测的磁场。如图1a中所示，在第一方向(在平面图中示出为向下)上并且平行于旋转轴线磁化镰刀形磁体装置的第一镰刀形部分，并且在与第一方向相反的第二方向(平面图中示出为向上)上并且平行于旋转轴线磁化镰刀形磁体装置的第二镰刀形部分。这样，第一镰刀形部分可以是镰刀形磁体装置的第一镰刀形磁体，并且第二镰刀形部分可以是镰刀形磁体装置的第二镰刀形磁体。在一些实施方式中，可以磁化磁体装置的第一镰刀形部分和第二镰刀形部分，以使得磁化是相反或反平行的(例如沿着旋转轴线偏离180°)，但是相对于旋转轴线在阈值角度处(例如在10°、20°和/或类似角度内)。在一些实施方式中，可以磁化磁体装置的第一镰刀形部分和第二镰刀形部分，以使得磁化在彼此的阈值角度(例如在120°和180°之间)内。

在一些实例中，图1a的可旋转轴和倾斜盘并非永久磁性的(例如可旋转轴可以是具有磁导率(μr)>100(软磁性)或μr≈1(非磁性)的钢)。倾斜盘可以包括任何支撑结构或由其形成，以将镰刀形磁体装置配置为与可旋转轴共同旋转。在一些实施方式中，可旋转轴可以是软磁性的，并且倾斜盘可以是非磁性的，以提供对抗锥形磁体的磁场扰动的稳健性。

示例性实施方式100的磁性传感器可以基于镰刀形磁体装置的磁场的感测分量(例如径向、方位角或轴向)而确定可旋转轴的旋转角度。例如，图1a的磁性传感器(例如霍尔板、磁场敏感金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)(mag-fet)、竖直霍尔效应器件、或磁阻器(例如巨磁阻器(gmr)、隧穿磁阻器(tmr)和/或各向异性磁阻器(amr)等)和/或类似物)可以放置在相同感测平面中(例如以形成与旋转轴线同心的读取圆环)，并从相应的镰刀形磁体装置的面对传感器的端部轴向地偏移。磁性传感器可以被定位在距旋转轴线的阈值径向距离内(例如与在感测平面中磁性传感器的同心读取圆环的半径相对应)。

对于在本文中所描述的一些实施方式，当磁性传感器位于角度位置ψi＝360°*i/n处(其中对于n个磁性传感器，i＝0,1,…,n-1)时，则旋转角度检测系统可以计算下式：

其中j表示虚数单位以使得c是实数(例如表示余弦波分量)且js是虚数(例如表示正弦波分量)，以创建复数c+js。根据复数c+js，可旋转轴的旋转角度φ可以如下确定：

φ＝atan2(c,s)(3)

使用坐标旋转数字计算机(cordic)系统计算。由此，b(ψi)是在感测平面中角度位置ψi处测得的磁场。根据一些实施方式，磁场b可以是轴向磁场分量bz或一些其他磁场分量(例如径向磁场分量，方位角磁场分量，和/或类似物)。

如上所述，且如图1a中所示，镰刀形磁体装置(例如由在第一方向上被磁化的第一镰刀形部分和沿第二方向磁化的镰刀形部分形成)可以使得磁性传感器对镰刀形磁体装置的磁场进行相对较纯的正弦波测量，由此提高了磁性传感器精确地确定可旋转轴的旋转角度(或位置)的能力。

如图1b中且由图表110所示，来自现有的圆柱环形磁体装置(例如圆柱环形磁体装置)的轴向磁场分量bz的测量值形成了相对方形的波，其中零转变相对较陡且最大值相对较宽。如图1b中以及由图表120进一步所示，来自现有的楔形磁体装置(例如包括锥形磁体)的轴向磁场分量bz的测量值形成了包括异常的正弦波。使用来自图表110和120的波的这些测量值，旋转角度检测系统可能无法精确地检测磁体装置(以及因此可旋转轴)的旋转角度(例如具有在1°内的精确度)。具体地，由于分别由现有的环形磁体装置和现有的楔形磁体装置所引起的磁场的轴向磁场分量bz的方形波测量值的方形和/或正弦波测量值中的异常，计算c+js以得到旋转角度的旋转角度检测系统可能不精确地根据c+js计算旋转角度。

更具体地，相对于图表120中现有的楔形磁体装置的测量值，现有的楔形磁体装置的磁场的所感测的测量值可以是如下波形式，其具有如下基频的大致百分之10的三次谐波：

bz/brem＝sin(φ)+0.1×sin(3φ)(4)

当估算磁体装置(以及因此可旋转轴)的旋转角度时得到相对较大的误差容限(精确度可能在5至10°内)。在本文中所描述的一些实施方式通过提供示例性实施方式100的镰刀形磁体装置而解决了该问题，该镰刀形磁体装置包括在第一方向上被磁化的第一镰刀形部分和在第二方向上被磁化的第二镰刀形部分。

如图1b中的图表130所示，示例性实施方式100的镰刀形磁体装置的第一镰刀形部分和第二镰刀形部分的镰刀形状减小了轴向磁场分量bz的相对高阶谐波含量。例如，通过在现有的环形磁体装置的某些方位角范围内提供变化的径向厚度，或者通过避免在现有的楔形磁体装置的现有锥形磁体的无限薄的楔形端部，镰刀形磁体装置可以在镰刀形磁体装置旋转(例如具有可旋转轴)时产生能够在纯的正弦波中测量的磁场。

如图1b中由图表140进一步所示，气隙的厚度(由绘图图例中ag标注)并未影响由镰刀形磁体装置所产生的磁场的测量值的正弦纯度。根据图1b的图表140，气隙越小，来自镰刀形磁体装置的轴向磁场分量bz的幅度越大。例如，如所示，具有1mm气隙的轴向磁场分量bz的最大测量值近似0.15，具有2mm气隙的轴向磁场分量bz的最大测量值近似0.07，且具有3mm气隙的轴向磁场分量bz的最大测量值近似0.05。这样，使气隙变窄可以减小旋转角度检测误差，因为磁性传感器可以使用具有更大最大值的正弦波更精确地确定可旋转轴的旋转位置。额外地或备选地，以类似方式，在一些实施方式中，增大镰刀形磁体装置的轴向厚度可以减小旋转角度检测误差，因为具有相对较厚轴向厚度的镰刀形磁体装置产生更强的磁场。

在一些实施方式中，如在本文中进一步所描述的，示例性实施方式100的镰刀形磁体装置可以是多个镰刀形磁体装置中的一个。例如，在该情形中，多个镰刀形磁体装置可以由设置在倾斜盘上的镰刀形部分的多个配对构成。多个镰刀形磁体装置可以根据镰刀形磁体装置的部分的幅度方向和/或径向宽度的厚度而彼此同心和/或对准。

因此，在本文中提供一种镰刀形磁体装置，以引起由与镰刀形磁体装置通过轴向气隙所分离的磁性传感器测量磁体装置的正弦磁场分量，从而使得能够相对于现有的磁体装置提高测量可旋转轴的旋转角度的精确性(例如在1°内)。此外，在一些实施方式中，可以高效地制造磁体装置，以节省制造资源和/或比现有的磁体装置更加机械稳定。

如上所示，提供图1a和图1b仅作为示例。其他示例是可能的，并且可以不同于参照图1a和图1b所描述的示例。

图2a是可以在其中实施在本文中所描述的磁体装置、系统、和/或方法的示例性环境200的图。如图2a中所示，环境200可以包括物体205(其对应于图1a的可旋转轴)、磁体装置215(其可以对应于图1a的磁体或磁体装置)、磁性传感器220-1至220-n(n≥1)(磁性传感器220-1至220-n可以对应于图1a的磁性传感器并且下文中共同地被称为“磁性传感器220”，以及单独地被称为“磁性传感器220”)以及控制器225，物体205可以相对于旋转轴线210(其可以在本文中被称为“z轴线”)被定位，磁体装置215连接至物体205或形成为其一部分。

物体205是对于给定应用而言对于其旋转角度、位置和/或类似物感兴趣的物体。例如，物体205可以是机器(例如车辆、制造机器、工业机器、农业机器和/或类似物)的机械系统的一部分。在一些实施方式中，物体205能够围绕旋转轴线210旋转。在一些实施方式中，物体205是圆柱形。在该实施方式中，物体205的半径可以近似10mm。

在一些实施方式中，物体205机械地连接至(例如附接至、与其耦合、固定至、嵌入在其中、形成为其一部分和/或类似方式)磁体装置215。例如，物体205可以包括支撑结构(例如倾斜盘)，支撑结构使磁体装置215与物体205共同旋转。示例性的物体205可以主要是钢(例如具有磁导率(μr)>100的材料，马氏体不锈钢，软钢，和/或类似物)和/或非磁性材料(例如，0.9<μr<1.5，诸如铝、黄铜、青铜、铜、塑料、奥氏体不锈钢、和/或类似物)。

磁体装置215包括一个或多个磁体，该一个或多个磁体被配置为与物体205共同旋转以使得磁体装置215的旋转对应于物体205的旋转角度(或旋转位置)，如在本文中所描述的。磁体装置215可以是镰刀形磁体装置且物体205可以是圆柱形。在一些实施方式中，磁体装置215可以是镰刀形，在于该磁体装置包括一个或多个镰刀形部分或者一个或多个镰刀形磁体。在一些实施方式中，磁体装置215可以由在直径方向上对称(例如几何对称)的镰刀形部分的一个或多个配对和/或镰刀形磁体的一个或多个配对形成。例如，镰刀形部分的配对可以在直径方向上彼此相对，以使得一个镰刀形部分与配对的另一镰刀形部分镜像对称。在该情形中，可以包含旋转轴线210的镜像平面可以是在镰刀形部分之间的交叉部。这样，交叉部(可以被称为镰刀形交叉部)可以形成在镰刀形磁体装置的镰刀形部分之间。

磁体装置215可以包括镰刀形部分或镰刀形磁体，其基于方位角坐标ψ而具有根据下式定义的内半径ri和外半径ro：

其中rr是与磁性传感器220和旋转轴线210之间径向距离相对应的(例如磁性传感器的读取圆环的)读取半径。在一些实施方式中，rr可以等于磁体装置215的中心半径。磁体装置215的中心半径可以等于磁体装置在特定方位角坐标处的内半径和外半径的平均值。根据一些实施方式，对于所有方位角坐标，磁体装置215的外半径大于中心半径，并且内半径小于中心半径。这样，当中心半径对应于磁性传感器220的读取半径时，当磁体装置215旋转时，磁体装置215的外圆周表面(由外半径所限定)可以在磁性传感器220的读取半径外或与其对准。此外，在该情形中，当磁体装置215旋转时，磁体装置215的内圆周表面(由内半径限定)可以在磁性传感器220的读取半径内或与其对准。

因此，在磁体装置215的特定点处内半径和/或外半径的长度可以基于磁体装置的该特定点的方位角坐标以及中心半径和/或读取半径的长度而变化。在一些实施方式中，磁体装置215的轴向厚度可以是基于磁体装置215的内半径和外半径。例如，轴向厚度可以正比于内半径、外半径、内半径与外半径的平均值(例如其可以与读取半径相同)、和/或内半径与外半径的差值(例如其可以是径向宽度)。在一些实施方式中，轴向厚度可以正比于磁体装置215在特定方位角坐标处的径向宽度(其可以等于外半径与内半径之间的差值)。在一些实施方式中，当径向宽度在最小宽度和最大径向宽度之间单调变化时，轴向厚度可以对应地在最小厚度和最大轴向厚度之间单调变化。

在一些实施方式中，磁体装置215的尺寸(例如长度、宽度、高度、直径、半径和/或类似尺寸)可以在从近似1毫米(mm)至近似25mm的范围内。作为特别的示例，磁体装置215可以具有近似2mm的厚度或高度，近似21.5mm－1mm*abs(sin(ψ))的内半径，以及近似21.5mm+1mm*abs(sin(ψ))的外半径。这样，磁体装置215的镰刀形部分的径向宽度具有2mm的最大宽度和无限薄的最小宽度，如宽度接近0mm(除非使用阈值最小宽度(例如0.1mm、0.5mm和/或类似尺寸))。

在一些实施方式中，磁体装置的镰刀形部分可以包括p个等同的磁极配对，以便于产生对于0°<ψ<360°具有一个周期的轴向磁场分量bz(ψ)测量波。这样，p个等同的磁极配对可以被包括在磁体装置215内，以便于产生具有360°/p的周期的bz(ψ)测量波。例如，对于3个等同的磁极配对，bz(ψ)测量波可以在磁体装置215的一转内具有3个正弦周期。在这样的情形中，磁体装置215可以具有的ri＝21.5mm－2mm*abs(sin(3*ψ)－0.05*sin(5*ψ))内半径，以及ro＝(21.5mm)²/ri的外半径。因此，sin(ψ)将无限小和/或远远小于sin(3*ψ)(例如至少小10倍)。在一些实施方式中，磁体装置215的一个或多个镰刀形部分或镰刀形磁体的内半径ri和外半径ro可以表示为相对于方位角ψ的傅里叶级数。

在一些实施方式中，磁体装置215可以包括恒定的内半径、以及基于磁体装置215的方位角坐标变化的外半径，或者包括恒定的外半径、以及基于磁体装置215的方位角坐标的内半径。

在一些实施方式中，磁体装置215的内圆周表面和外圆周表面可以是椭圆柱形(例如与内半径对应的内圆周和与外半径对应的外圆周是椭圆形)，使得磁体装置215包括镰刀形部分和/或镰刀形磁体。例如，磁体装置215的椭圆柱形内圆周表面的主轴线可以垂直于磁体装置215的椭圆柱形外圆周表面的次轴线(且反之亦然)。

在一些实施方式中，如图2b中所示，磁体装置215可以包括由沿相反或反平行方向磁化的磁体配对所构成的单块材料(例如相对于环境的径向和方位角坐标，磁化彼此偏离180°)。在一些实施方式中，磁体配对的磁化平行(例如在容差内平行)于旋转轴线210。在一些实施方式中，磁化沿相反方向但是相对于旋转轴线成一角度。在一些实施方式中，磁化不是反平行的(例如沿着旋转轴线彼此偏离180°)，而是在磁化之间(例如基于磁体装置215的设计)存在阈值角度(例如在120°和180°之间)。

如图2b中所示，磁体装置215包括在第一方向上被磁化的第一半部和在第二方向上被磁化的第二半部，以使得磁体装置215包括在磁体装置中在直径方向上彼此相对的磁体配对。额外地或备选地，磁体装置215可以包括多磁极磁体(例如双磁极磁体，3磁极配对磁体等等)、永久磁体、电磁体、磁带、轴向磁化磁体、和/或类似物。

在一些实施方式中，磁体装置215可以由铁磁性材料(例如硬铁氧体)和/或包括铁磁性材料的化合物(例如橡胶)构成。这样，磁体装置215可以产生磁场。在一些实施方式中，磁体装置215可以由单块材料形成或构造，并被磁化以产生磁场(例如被磁化以包括一个或多个磁化方向)。在一些实施方式中，磁体装置215可以进一步包括稀土磁体，其由于稀土磁体的固有高磁场强度而可以是有利的。

在一些实施方式中，磁体装置215可以以非对称方式连接至物体205。例如，磁体装置215的中心轴线可以不与旋转轴线210对准。尽管磁体装置215被示出为具有尖锐边缘/角部，但是可以圆化磁体装置215的边缘和/或角部。

返回至图2a，磁性传感器220包括用于感测磁体装置215的磁场的一个或多个分量的一个或多个设备，以用于(例如基于磁体装置215相对于磁性传感器220的位置)确定物体205的旋转角度(和/或位置)。例如，磁性传感器220可以包括操作用于感测由磁体装置215所产生磁场的分量(例如z分量，径向分量，和切向分量)的集合的一个或多个电路(例如一个或多个集成电路)。根据一些实施方式，分量的集合可以包括磁场强度(例如磁通量密度和/或磁场强度)、磁场幅度、磁场方向和/或类似物中的一个或多个。

磁性传感器220可以是三维(3d)磁性传感器，其能够感测磁场的三个方向分量(例如径向分量，方位角(切向)分量，以及轴向分量)。在一些实施方式中，磁性传感器220可以包括相应的集成电路，其包括集成控制器225和/或多个集成控制器225(例如，以使得磁性传感器220的输出可以包括描述了磁体装置215的位置和/或物体205的位置的信息)。在一些实施方式中，磁性传感器220可以包括一个或多个感测元件，以感测由磁体装置215所产生磁场的分量的集合。例如，感测元件可以包括基于霍尔的感测元件，其基于霍尔效应而工作。作为另一示例，感测元件可以包括基于磁阻器(基于mr)的感测元件，其元件由磁阻材料(例如镍-铁(nife))构成，其中磁阻材料的电阻可以取决于存在于磁阻材料处磁场的强度和/或方向。在此，感测元件可以基于amr效应、gmr效应、tmr效应和/或类似效应而工作。作为额外示例，一个或多个磁性传感器220的感测元件可以包括基于可变磁阻(vr)的感测元件，其基于感应而工作。在一些实施方式中，磁性传感器220可以包括模数转换器(adc)，以将从感测元件接收的模拟信号转换为要由磁性传感器220(例如由数字信号处理器(dsp))处理的数字信号。

在一些实施方式中，磁性传感器220可以相对于磁体装置215设置在使得磁性传感器220可以检测由磁体装置215产生的磁场的分量的位置。例如，如图2a中所示，可以设置磁性传感器220以使得磁性传感器220与磁体装置215相距特定距离，以使得当磁体装置215围绕旋转轴线210旋转时可以在磁性传感器220和磁体装置215之间存在气隙(例如近似1.0mm至5.0mm的气隙)。在一些实施方式中，磁性传感器220可以位于与磁体装置215的面对传感器的端部相距轴向距离(例如对应于气隙)的感测平面(或读取圆环)中。在一些实施方式中，如果存在两个磁性传感器，则磁性传感器可以放置在0°和90°处(其中0°是任意旋转位置)。此外，如果将使用三个磁性传感器，则磁性传感器可以放置在0°、120°和240°处；如果要使用四个磁性传感器，则磁性传感器可以放置在0°、90°、180°和270°处；如果要使用五个磁性传感器，磁性传感器可以放置在0°、72°、144°、216°、288°处，等等。

在一些实施方式中，可以利用映射信息来配置磁性传感器220，映射信息与基于感测到的磁场(或感测到的磁场分量的集合)而确定的物体205的旋转角度相关联。磁性传感器220可以将映射信息存储在磁性传感器220的存储器元件(例如只读存储器(rom)(例如电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、随机存取存储器(ram)和/或另一类型动态或静态存储装置(例如闪存存储器、磁性存储器、光学存储器等))中。映射信息可以包括与旋转角度以及对应于旋转角度的磁场分量集合相关联的信息。映射信息可以包括用于物体205的多个旋转角度和/或位置的信息。在一些实施方式中，可以在与磁性传感器220和/或旋转角度检测系统相关联的制造过程、与磁性传感器220相关联的校准过程、与磁性传感器220相关联的设置过程等期间，采用映射信息来配置磁性传感器220。

在工作期间，磁性传感器220可以感测磁体装置215的磁场分量的集合。磁性传感器220可以随后将感测到的磁场分量的集合与映射信息比较，并基于比较确定物体205的旋转角度。例如，磁性传感器220可以标识在映射信息中所包括的、(例如在阈值内或满足匹配阈值)与感测到磁场分量的集合(例如磁场的径向分量的幅度，磁场的切向分量的幅度，或者磁场的轴向分量的幅度)匹配的磁场分量的集合。在该示例中，磁性传感器220可以将物体205的旋转角度确定为与所匹配的映射信息对应的旋转角度。

控制器225包括与确定物体205的旋转角度(和/或位置)、以及提供与物体205的旋转角度相关联的信息相关联的一个或多个电路。例如，控制器225可以包括集成电路、控制电路、反馈电路和/或类似电路中的一个或多个。控制器225可以从一个或多个磁性传感器(例如从磁性传感器220的数字信号处理器(dsp))(诸如一个或多个磁性传感器220)接收输入信号，并(例如使用模拟信号处理器、数字信号处理器等)处理输入信号以产生输出信号，并可以将输出信号提供给一个或多个其他装置或系统。例如，控制器225可以从磁性传感器220接收一个或多个输入信号，并可以使用一个或多个输入信号产生包括物体205的旋转角度(或位置)的输出信号，磁体装置215连接至物体205。

提供图2a和图2b中所示的设备的数目和布置作为示例。实际上，与图2a和图2b中所示那些相比，可以存在额外的设备、更少的设备、不同的设备、或不同布置的设备。此外，图2a和图2b中所示的两个或更多设备可以被实施在单个设备内，或者图2a和图2b中所示的单个设备可以被实施为多个、分布式设备。额外地或备选地，环境200的一组设备(例如一个或多个设备)可以执行被描述为由环境200的另一组设备执行的一个或多个功能。

图3是与在本文中所描述的磁体装置的示例性实施方式相关联的图。图3包括在本文中所描述的镰刀形磁体装置的特性的示例性图表300。在一些实施方式中，磁性传感器可以相对于旋转轴线移动，因此偏移了磁性传感器的读取圆环(以使得读取圆环的中心不与旋转轴线对准)。例如，保持磁性传感器的部件载板(例如印刷电路板(pcb))可以朝向或远离旋转轴线移动(例如由于旋转角度检测系统的机器的磨损，和/或类似原因)。图表300示出了基于磁性传感器与镰刀形磁体装置之间的气隙的误差容限，以及在磁性传感器的读取圆环和旋转轴线之间出现的偏移。

图3中的图表300示出了误差容限，与偏移长度无关，随着气隙增大而相对减小(例如因为读取圆环的偏移相对于气隙按比例地较小)。如由图表300所示，当没有偏移时，误差容限在1°内(至多)；当存在0.1mm偏移时，误差容限在近似2°内(至多)；当存在0.3mm偏移时，误差容限在近似3°内；以及当存在1.0mm偏移时，误差容限在14°内。由于偏移而导致的增大的误差容限可能由镰刀形磁体装置的镰刀形部分的端部的相对较薄(或无限薄)径向宽度而引起。

因此，磁性传感器的读取圆环与旋转轴线之间的偏移可能会对提供精确角度检测(例如在1°内)造成问题。因此，为了解决这些问题，在一些实施方式中，如在本文中所描述的，可以在旋转角度检测系统中包括多个镰刀形磁体装置(例如参见图4)。

如上所示，提供图3仅作为示例。其他示例是可能的并且可以不同于参照图3所描述的。

图4是与如在本文中所描述的镰刀形磁体装置的示例性实施方式400相关联的图。如图4中所示的示例性实施方式400包括镰刀形磁体装置，其具有镰刀形部分的多个配对(或镰刀形磁体的多个配对)。示例性实施方式400的镰刀形磁体装置包括连接至相同倾斜盘(其可以连接至可旋转轴或形成为其一部分)或形成为其一部分的镰刀形部分的内配对和镰刀形部分的外配对。

如图4中所示，示例性实施方式400的镰刀形磁体装置中的镰刀形部分内配对和镰刀形部分外部分彼此同心。例如，镰刀形部分的内配对的尺寸可以从镰刀形部分的外配对的尺寸缩放(并且反之亦然)。这样，在示例性实施方式400中，镰刀形部分的外配对的内径向尺寸大于与镰刀形磁体装置的方位角坐标相对应的镰刀形部分的内配对的外径向尺寸。

在一些实施方式中，内镰刀形部分的外圆周表面的外半径可以在两个在直径方向上相对的位置处等于(或接近等于)外镰刀形部分的内圆周表面的内半径，以使得内镰刀形部分和外镰刀形部分接触(如图4中所示)。在一些实施方式中，在内镰刀形部分的外圆周表面与外镰刀形部分的内圆周表面之间可以存在小的间距(例如1mm或更小，如制造容差可以允许的尽可能小，和/或类似尺寸)。在这些情形中，间距可以允许镰刀形磁体装置的可制造性并提高读取圆环的所允许横向移动(偏移)(例如由于在读取圆环中固定磁性传感器的基板的移动)。

此外，镰刀形部分的内配对可以与镰刀形部分的外配对对准，以使得镰刀形磁体的内配对的最厚内径向宽度与镰刀形磁体的外配对的最厚径向宽度对准、和/或镰刀形磁体的内配对的最薄内径向宽度与镰刀形部分的外配对的最薄径向宽度对准。在一些实施方式中，镰刀形磁体的内配对可以接触镰刀形部分的外配对(例如在其中内镰刀形部分和外镰刀形部分的径向宽度最厚的位置处)。在一些实施方式中，径向距离可以在镰刀形部分的内配对与镰刀形部分的外配对之间。

此外，如图4中所示，第一内镰刀形部分和第一外镰刀形部分具有第一磁化方向，且第二内镰刀形部分和第二外镰刀形部分具有第二磁化方向(例如不同于第一磁化方向)。在示例性实施方式400中，镰刀形部分的内配对根据磁化的方向而与镰刀形部分的外配对对准。例如，如所示，具有相同第一磁化方向的第一内镰刀形部分和第一外镰刀形部分基本上对准以彼此相邻，并且具有相同第二磁化方向的第二内镰刀形部分和第二外镰刀形部分基本上对准以彼此相邻。在一些实施方式中，镰刀形部分的内配对可以偏移(例如根据设计)至镰刀形部分的外配对，以使得第一内镰刀形磁体并未与第一外镰刀形部分对准或者第二内镰刀形部分并未与第二外镰刀形部分对准。

在示例性实施方式400的镰刀形磁体装置中，磁性传感器的读取圆环可以位于镰刀形部分的内配对与镰刀形部分的外配对之间。根据一些实施方式，示例性实施方式400的磁体装置的镰刀形部分的多个配对可以产生磁场，其使得当磁体装置(以及因此可旋转轴)旋转时磁性传感器(其可以基于示例性实施方式400的磁体装置而被编程)能够感测在纯或接近纯的正弦波中磁场的轴向分量。此外，示例性实施方式400的磁体装置的镰刀形部分的多个配对可以减小检测可旋转轴的旋转角度的误差容限，误差容限可以由读取圆环和可旋转轴的旋转轴线之间偏移所引起。例如，镰刀形部分的配对的增大数目可以提高磁场的强度，因此减小了偏移的效应。这样，磁性传感器可以相对现有磁体装置更精确地确定磁体装置(以及因此可旋转轴)的位置，因为相对于现有磁体装置在磁场的轴向分量的测得正弦波中存在较少的异常。

如上所示，提供图4仅作为示例。其他示例是可能的并且可以不同于参照图4所描述的示例。

图5是与在本文中所描述的磁体装置的示例性实施方式相关联的图。图5包括在旋转时的镰刀形部分(其可以被包括于在本文中所描述的镰刀形磁体装置中)的一部分的截面的图像500。在图5的图像500中，为了显示在旋转时第一镰刀形部分和第二镰刀形部分的形状变形的差异，具有相对较厚轴向厚度和相对较薄径向厚度的方形截面的第一镰刀形磁体装置位于倾斜盘的顶部，并且具有相对较薄轴向厚度和相对较厚径向厚度的矩形截面的第二镰刀形磁体部分位于倾斜盘的底部。在一些方面中，第一镰刀形磁体部分的长宽比是1(也即方形)，而第二镰刀形磁体部分的长宽比近似为4。

第一镰刀形磁体和第二镰刀形磁体可以由具有铁氧体粉末的软橡胶化合物构成。如所示，在旋转时，由于材料的特性以及相对较薄的径向宽度和较厚的轴向宽度，第一镰刀形磁体可以从当第一镰刀形磁体并未旋转时的第一镰刀形磁体的原始位置向外(远离旋转轴线)变形。另一方面，在旋转时，第二镰刀形磁体具有从当第二镰刀形磁体并未旋转时第二镰刀形磁体的原始位置相对最小的变形。

这样，在一些实施方式中，为了确保在旋转时的稳定性以及防止由包括铁磁性材料的化合物(例如橡胶)所形成的镰刀形磁体装置的变形，可以有利地使得包括矩形截面的镰刀形磁体的尺寸具有最小的阈值长宽比(例如3、4、10和/类似长宽比)。因此，镰刀形磁体的轴向厚度可以是镰刀形磁体装置的对应部分的径向厚度的阈值分数(对应于长宽比)。

如上所示，提供图5仅作为示例。其他示例是可能的并且可以不同于参照图5所描述的示例。

图6包括与在本文中所描述的镰刀形磁体装置的示例性实施方式600相关联的图。在一些实施方式中，由于在本文中所描述的镰刀形磁体装置中的一部分的镰刀形状，镰刀形部分的具有相对较薄径向宽度的部分产生比镰刀形部分的具有相对较厚径向宽度的部分更低强度的磁场。然而，具有相对较薄径向宽度(或无限薄径向宽度)可能会危及在镰刀形磁体装置的具有相对较薄径向宽度的部分处的镰刀形磁体装置的结构完整性。这样，示例性实施方式600的镰刀形磁体装置被配置为通过为镰刀形磁体装置的部分(例如对应于镰刀形部分的方位角范围)提供最小径向宽度以及在具有最小径向宽度的镰刀形磁体装置的部分处减小镰刀形磁体装置的轴向厚度来解决该问题。

如由图6的示例性实施方式600所示，镰刀形磁体装置被配置为具有最小径向宽度。例如，镰刀形磁体装置可以在镰刀形部分的其中根据使用等式5的半径之间的距离计算得到的径向宽度比最小径向宽度较短的部分处具有最小径向宽度。因此，在方位角坐标ψ(例如方位角范围)的特定角度范围内，镰刀形磁体装置可以被配置为具有(例如1mm的)最小径向宽度。

如图6中进一步所示，在其中图6的镰刀形磁体装置的镰刀形部分(例如镰刀形磁体)相遇的镰刀交叉部处，镰刀形磁体装置可以被配置为具有最小径向宽度。在一些实施方式中，镰刀形交叉部被配置为在其中镰刀形磁体装置被配置为具有最小径向宽度的方位角范围内在方位角坐标处基本上居中。

此外，如图6的示例性实施方式600中所示，可以在镰刀形磁体装置的具有最小径向宽度的部分处减小镰刀形磁体装置的轴向厚度。在一些实施方式中，在镰刀形磁体装置的具有最小径向宽度的部分处减小轴向厚度可以使得示例性实施方式600的镰刀形磁体装置的磁场相对类似于具有无限薄径向宽度的镰刀形磁体装置(例如，诸如图1的镰刀形磁体装置)而并未危及镰刀形磁体装置的结构完整性。在一些实施方式中，方位角坐标靠近镰刀交叉部，镰刀形磁体装置的轴向厚度可以被配置为逐渐地减小。轴向厚度可以指数地减小、线性地减小和/或以任何其他类似方式减小。

因此，示例性的实施方式600提供了一种根据在本文中所描述的示例的镰刀形磁体装置，其可以产生纯或接近纯的正弦波并在镰刀形磁体装置的具有相对较薄径向宽度的部分处维持镰刀形磁体装置的结构完整性。

如上所示，提供图6仅作为示例。其他示例是可能的并可以不同于参照图6所述。

根据在本文中所描述的一些实施方式，镰刀形磁体装置被配置用于旋转角度检测系统。镰刀形磁体装置可以被配置为产生能够在相对较纯的正弦波中测量的磁场。相对较纯的正弦波使得磁性传感器能够检测在1°内的旋转角度。因此，镰刀形磁体装置相对于现有磁体装置在确定旋转角度时提供了增大的精确性。

前述公开提供了示意和说明，但是并非意在穷举或限制实施方式为所公开的确切形式。修改和变形按照以上公开是可能的或者可以从实施方式的实践而获取。

在本文中结合阈值描述一些实施方式。如在本文中所使用，满足阈值可以涉及数值大于阈值，多于阈值，高于阈值，大于或等于阈值，小于阈值，少于阈值，低于阈值，小于或等于阈值，等于阈值，等等。

在本文中描述一些实施方式以包括“平行”关系或“垂直”关系。如在本文中所使用，“平行”意味着包括“基本上平行”且“垂直”意味着包括“基本上垂直”。此外，如在本文中所使用，“基本上”是指所描述的测量值、元件或关系在容差内(例如设计容差、制造容差、工业标准容差、和/或类似容差)。

即使在权利要求中引用和/或在说明书中公开了特征的特定组合，但是这些组合并非意在设计为限定可能实施方式的公开。实际上，许多这些特征可以以权利要求中并未具体引述和/或说明书中并未公开的方式组合。尽管以下所列出的每个从属权利要求可以直接地仅从属于一个权利要求，可能实施方式的公开包括与权利要求集合中每个其他权利要求组合的每个从属权利要求。

在本文中所使用的元件、动作或指令不应解释为是关键性或必要性的，除非明确地如此描述。此外，如在本文中所使用，冠词“一”和“某”意在包括一个或多个项，并且可以与“一个或多个”可互换地使用。此外，如在本文中所使用，术语“集合”意在包括一个或多个项(例如相关的项，无关的项，相关和无关项的组合灯)，并且可以与“一个或多个”可互换地使用。其中意在设计仅一个项时，使用术语“一个”或类似语言。此外，如在本文中所使用，术语“具有”(“has,”“have,”“having,”)或类似的意在为开放式术语。此外，短语“基于”意在意味着“至少部分地基于”，除非另外明确陈述。