高性能磁环和传感器布置结构的制作方法

本发明涉及高性能磁环和传感器布置结构。

背景技术：

对于使用绝对位置传感器(例如，传递表示转子角位置的模拟正弦和余弦)的电动机控制，通常对于齿轮电动发电机，对传感器输出信号的精度要求越来越重要。此外，需要以最少量的噪声适当地控制机械转矩。传感器输出的不精确性的主要来源是磁环本身。因为传递的磁场信号不是理想的(/完美的)(perfect)正弦波，所以磁环不能提供转子角位置的理想图像。

技术实现要素：

根据一个或多个实施方式，提供一种磁环(/磁性环)(magneticring)和传感器布置结构(sensorarrangement)。所述磁环和传感器布置结构包括磁环和传感器子系统。所述磁环包括改善的谐波含量。所述传感器子系统包括联接到所述磁环的传感器。所述传感器中的每个(传感器)测量所述磁环的磁场的幅度(amplitude)或方向。

通过本公开的技术实现了附加的特征和优点。本文中详细描述了本公开的其他实施方式和方面。为了更好地理解本发明的优点和特征，参考说明书和附图。

附图说明

在说明书的结尾处，在权利要求书中特别指出并明确要求保护本文中所述的主题。通过以下结合附图的详细描述，本文中的实施方式的前述和其他特征及优点是清楚的，其中：

图1描绘了根据一个或多个实施方式的磁环和传感器布置结构；

图2描绘了根据一个或多个实施方式的用于磁化高性能磁环的工艺流程；

图3描绘了根据一个或多个实施方式的指示高性能磁环相对于常规环的改善的表；

图4描绘了根据一个或多个实施方式的磁环和传感器布置结构的示意图；以及

图5描绘了根据一个或多个实施方式的磁环和传感器布置结构的示意图。

具体实施方式

本文中参考相关附图描述本发明的各种实施方式。可以在不脱离本发明的范围的情况下设计本发明的替代实施方式。在以下描述中以及在附图中，阐述了元件之间的各种连接和位置关系(例如，在上方、下方、相邻等)。除非另有说明，否则这些连接和/或位置关系可以是直接的或间接的，并且本发明并不意在于对此方面进行限制。因此，个体的联接可以指直接联接或间接联接，并且个体之间的位置关系可以是直接或间接的位置关系。此外，本文中描述的各种任务和过程步骤可以被合并到具有本文中未详细描述的附加步骤或功能的更综合性的过程或处理中。

以下定义和缩写用于解释权利要求和说明书。如本文中所使用的，术语“包括”、“包含”、“具有”、“含有”或其任何其他变型意在于覆盖非排他的包括。例如，包括一系列元件的组合物、混合物、过程、方法、制品或设备不必仅限于那些元件，而是可以包括未明确列出的或这样的组合物、混合物、过程、方法、制品或设备所固有的其他元件。

另外，术语“示例性”在本文中用于表示“用作示例、实例或说明”。本文中描述为“示例性”的任何实施方式或设计不必被解释为比其他实施方式或设计优选或有利。术语“至少一个”和“一个或多个”可以被理解为包括大于或等于一个的任何整数，即，一个、两个、三个、四个等。术语“多个”可以被理解为包括大于或等于二的任何整数，即，两个、三个、四个、五个等。术语“连接”可以包括间接“连接”和直接“连接”。

术语“约”、“大体上”、“近似”及其变型意在于包括与基于提交申请时可用的设备的特定量的测量相关的误差程度。例如，“约”可以包括给定值的±8％或5％或2％的范围。

为了简洁起见，本文中可以或可以不详细描述与制造和使用本发明的方面有关的常规技术。特别是，用于实现本文中描述的各种技术特征的计算系统和特定计算机程序的各个方面是公知的。因此，为了简洁起见，许多常规的实施细节在本文中仅被简要提及或者被完全省略，而不提供公知的系统和/或过程细节。

现转向对与本发明的方面更具体相关的技术的概述，如上所讨论的，可以在齿轮电动发电机(gearmotorgenerators)上采用软件补偿、传感器放置(sensorplacement)或霍尔效应单元(halleffectcell)的使用，以补偿与无法传递理想的正弦波的齿轮电动发电机的磁环相对应的磁场信号。

包括谐波补偿算法的软件补偿试图去除传感器输出信号中包含的最高谐波。当软件补偿在用户方(而不是制造商方)实施时，添加下线校准(endoflinecalibration)，以针对每个传感器计算出优势谐波(preponderantharmonic)以进行补偿并且然后达到所需的精度。这是假设角度误差在每个机械周期是可重复的。软件补偿是复杂的，并且会消耗控制器中的计算时间和存储空间。因此，软件补偿需要更强大且更昂贵的微控制器。

传感器放置包括将传感器主体置于距磁环较远的位置，以捕获改善的正弦波。然而，传感器距磁环越远，传感器对来自电动机的外部磁场的敏感度将越高。

霍尔效应单元可以添加在磁环的前面，以利用定义的因子来平均误差以重建正弦/余弦信号。但是霍尔效应单元非常昂贵，添加的霍尔效应单元越多，电动机就越昂贵。

现转向对本发明的方面的概述，由于磁环是在传感器链开始处的不精确性的主要来源，因此本发明的一个或多个实施方式通过改善电动机中的磁环的性能来解决现有技术的上述缺点。也就是说，因为改善了磁环性能，所以不再需要对磁场信号中的不精确性进行补偿，避免了昂贵和/或有问题的补偿方案。鉴于以上内容，本文中公开的实施方式可以包括磁环和传感器布置结构和/或制造该磁环和传感器布置结构的方法。

现转向图1，根据一个或多个实施方式，总体上示出磁环和传感器布置结构100。磁环和传感器布置结构100包括轴承110、磁环120、传感器子系统130和控制器190。

磁环120包括改善的谐波含量(谐波分量，harmoniccontent)，因此被称为高性能磁环。就此而言，“高性能”意味着磁环120的改善的谐波，所述磁环120的改善的谐波定义为将磁环120的一个或多个谐波降低到10％或更小(例如，如图3的表310所示)。根据一个或多个实施方式，磁环120的三次谐波和五次谐波相应地减小。此外，磁环120包括金属插入件，所述金属插入件包含具有可以在整个金属插入件中均匀地间隔/分布的一个或多个极对的一个单磁体(singlemagnet)。该磁体经由磁场驱动轴承110的操作。磁环120的示例包括(但不限于)电动机的内部磁体、电动机的外部磁体和多极环。

传感器子系统130可以包括联接到磁环120的一个或多个传感器。一个或多个传感器包括检测环境中的事件或变化并将信号形式的信息发送到其他电子器件(例如，控制器190)的任何转换器、装置、模块或系统。一个或多个传感器的示例包括(但不限于)霍尔效应传感器和磁阻(mr)传感器。

根据一个或多个实施方式，传感器子系统130可以包括两个或三个霍尔效应传感器，所述霍尔效应传感器中的每个测量磁环120的磁场的幅度(amplitude)(例如，霍尔效应传感器的输出电压与通过它的磁场强度成比例)，或具有两个有效区域(activearea)的一个mr传感器测量磁场的方向。

例如，两个传感器可以在极对(apolepair)上对正(/对齐)(aligned)(相对于相应的磁极定向)，并用于产生正弦/余弦信号(见图4)。注意，在这种情况下，在两个传感器之间、进而在信号之间可以存在90电角度相移(90electricaldegreephaseshift)。此外，三个传感器可以在极对上对正(aligned)，并用于产生正弦/余弦信号(参见图5)。注意，在这种情况下，三个传感器之间、进而在信号之间可以存在120电角度相移。还注意，三个传感器可以被配置用于抑制三次谐波(例如，来自磁环的最重要的谐波之一)。

控制器190是可以存储可编程代码并经由该可编程代码驱动磁环120和传感器子系统130的任何处理装置，诸如，现场可编程阵列或处理器。如图1中通过虚线所示，控制器190电联接到传感器子系统130。

根据一个或多个实施方式，磁环和传感器布置结构100可以在诸如齿轮电动发电机的任何电动机中实施。进而，一个或多个传感器可以与磁环120的磁场检测一起用于接近感测、定位、速度检测和电流感测应用。

磁环和传感器布置结构100的技术效果和益处包括(但不限于)：消除软件补偿的需要，从而节省了控制器中保存的空间和计算时间；在提高传感器性能的同时保持传感器对外部磁场的抗扰水平(immunitylevel)；将霍尔效应单元的数量减少到两个；不需要对磁环进行尺寸修改。

现转向图2，根据一个或多个实施方式，总体上示出用于去除磁环的谐波以生产高性能磁环(例如，磁环120)的处理流程(processflow)200。处理流程200以框205开始，在框205，执行磁环的电流磁化。可以采用一次磁化(one-shotmagnetization)来执行电流磁化。在框215，从磁环去除三次谐波。可以采用逐步磁化(step-by-stepmagnetization)来去除三次谐波。在框225，从磁环去除五次谐波以生产高性能磁环。可以采用逐步磁化来去除五次谐波。

可以将图2的处理流程200所得的高性能磁环与常规环进行比较。特别地，图3描绘了表(/表格)310和表330，其详细描述了图2的处理流程200的高性能磁环相对于常规环的改善。如图3的表310中所示，对于高性能磁环，优势谐波的水平至少要除以二(与常规环相比)，同时保持相同的幅度水平；从而避免了昂贵和/或有问题的补偿方案。

图4描绘了根据一个或多个实施方式的磁环和传感器布置结构的示意图400。示意图400包括轴承410、磁环420、传感器440和传感器450。根据所需的精度，可以使用两个传感器(例如，传感器440和450)。每个传感器440和450可以放置在磁环420的内表面上。在具有6极对和8极对的磁环(例如，高性能磁环)上观察到在50％和75％之间的获益(/效益/成效)。

图5描绘了根据一个或多个实施方式的磁环和传感器布置结构的示意图500。示意图500的与示意图400类似的元件重复使用对于每者的说明。因此，示意图500还包括传感器550。三个传感器(例如，传感器440、450和550)单元(cells)用于捕获磁场。在具有6极对和8极对的磁环(例如，高性能磁环)上可以观察到55％的角度误差降低。

如图3的表330中所示，已进行了仿真以说明将2个或3个传感器用于图1的传感器子系统130(并如图5的示意图500中所示)的益处；从而避免了昂贵和/或有问题的补偿方案。

本文中所使用的术语仅出于描述特定实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确指出，否则如本文中所使用的，单数形式也意在于包括复数形式。还将理解的是，术语“包括”和/或“包含”在本说明书中使用时，列举存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

尽管已结合仅有限数量的实施方式详细描述了本公开，但是应容易理解的是，本公开不限于这样公开的实施方式。而是，可以结合尚未描述但与本公开的精神和范围相称的任何数量的变型、变更、替换或等同布置对本公开进行修改。另外，尽管已经描述了本公开的各种实施方式，但是应理解的是，本公开的方面可以仅包括所描述的实施方式中的一些。因此，本公开不应被视为由前述描述限制，而是仅由所附权利要求的范围限制。