CN102187181B - 用于检测旋转部件的旋转位置的传感装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于检测旋转部件的旋转位置的传感装置，具有环形传感磁铁，以及两个将传感磁铁围住的磁通传导元件，其中至少第一个磁通传导元件具有至少一个在传感磁铁外圆周上沿轴向延伸的磁通传导爪，所述磁通传导爪的自由端面与第二个磁通传导元件相隔一定距离。

Description

用于检测旋转部件的旋转位置的传感装置
技术领域
本发明涉及一种用于检测旋转部件的旋转位置的传感装置。
背景技术
DE 10 2005 004 322 A1描述了一种电动机，具有一个定子和一个旋转安装的转子，利用一个传感装置检测转子的旋转位置。传感装置由一个与转子一起旋转的传感磁铁以及一个安装于定子上的霍尔传感器构成，霍尔传感器可检测转子旋转时出现的磁通密度变化。为了更好地识别位置，将一个铁磁材料制成的磁通传导元件与传感磁铁相隔一定距离布置在转子上，从而朝向霍尔传感器的方向传导传感磁铁的磁通，将霍尔传感器与磁通传导元件相邻布置在定子上。以这种方式可以提高霍尔传感器所在位置的磁通密度，使得霍尔传感器能提供更好的测量信号。
当然要注意磁通传导元件必须在传感磁铁的两个极的方向延伸，以便形成一个磁通返回路径。这会在设计传感装置的时候产生结构性约束。
发明内容
本发明的任务在于，利用简单的措施适当设计一种用来检测旋转部件的旋转位置的传感装置，从而能产生高质量的测量信号，同时所述装置还具有紧凑的尺寸。
采用本发明的用于检测旋转部件的旋转位置的传感装置即可解决这一任务，所述传感装置具有环形传感磁铁、至少一个磁通传导元件、以及用来检测出发于传感磁铁并且通过磁通传导元件传导的磁场的霍尔传感器，其中有两个围住传感磁铁的磁通传导元件，且至少第一磁通传导元件具有至少一个在传感磁铁外圆周上沿轴向延伸的磁通传导爪，所述磁通传导爪的自由端面与第二磁通传导元件相间隔，其特征在于，将多个磁通传导爪分布于圆周范围内地布置在第一和第二磁通传导元件上，两个磁通传导元件均为相同构造，并在在安装位置中相互啮合。本发明还给出了有益的改进实施方式。
本发明所述的传感装置特别适合应用于电动机之中，优选适合应用于汽车内辅助设备的电动机之中，例如汽车冷却循环***中的水泵，挡风玻璃刮水装置内的驱动电机，电动汽车部件的执行电机，或者具有电动助力的转向装置装置中的伺服电机。除此之外，也可应用于机床尤其是手持工具机的电动机之中。但也可以在汽车或者机床中将该传感装置应用于电动机之外，例如在转向轴或者机床刀具主轴之类的轴上，以便能够确定轴的旋转角位置。
传感装置包括一个轴向两极磁化的环形传感磁铁以及两个围住环形传感磁铁的磁通传导元件，其中一个磁通传导元件具有至少一个在传感磁铁外圆周上沿轴向延伸的磁通传导爪，所述传导爪的自由端面与第二个导元件相隔一定的距离。由于磁通传导元件采用铁磁材料或软磁材料，因此能够将出发于传感磁铁的磁场导向霍尔传感器，从而能够在霍尔传感器所在位置使得磁场的磁通密度高于没有这种磁通传导元件时的磁通密度。同时按照本发明所述的具有至少一个布置在外圆周上的磁通传导爪的磁通传导元件的几何的实施方式保证，尽管传感磁铁的轴向磁化设计简单，当磁铁旋转时，也能在记录信号的霍尔传感器所在位置上出现变化的磁通密度。
这种实施方式可以不必采用比较复杂的多极磁化传感磁铁，而是代之以使用一个简单的环形传感磁铁，其仅仅具有在传感磁铁的整个圆周范围内延伸的轴向磁化。通过传感磁铁外圆周上的所述至少一个磁通传导爪实现磁场中的变化。当传感磁铁旋转时，霍尔传感器记录到该变化。
在磁通传导爪区域内的第一和第二磁通传导元件之间的过渡段中适宜有一个气隙，其宽度可以影响第一到第二磁通传导元件过渡段上的磁场变化。
按照适宜的改进实施方式所述，磁通传导爪至少基本上在传感磁铁的轴向宽度上在其外圆周上延伸。尤其可以与一个轴向紧贴在传感磁铁端面上的盘形基体相结合，形成一种轴向围住传感磁铁以及部分围住外圆周的磁通传导元件几何结构。由于轴向磁化传感磁铁的磁力线在外圆周上沿着轴向延伸，因此将磁通传导爪沿轴向布置在外圆周上，就能使磁力线集束。同时传感磁铁至少在轴向端面被磁通传导元件围住，从而受到保护，还能以节约空间的方式做到这一点，因为磁通传导元件的基体平行于传感磁铁的轴向端面，并且磁通传导爪平行于外侧沿轴向延伸，从而使得传感磁铁的外径尺寸由于磁通传导元件仅略微增大。可通过磁通传导元件的相邻节段之间的气隙影响磁通密度的分布。
按照另一种有益的实施方式，第二磁通传导元件的节段在与第一磁通传导元件的磁通传导爪相邻的节段中仅在一个与传感磁铁端面重合或者略微与其错开平行的平面中延伸。这种实施方式可以用比较简单的结构实现，因为第二磁通传导元件形成于没有磁通传导爪的相邻节段之中，使得第一磁通传导元件的磁通传导爪紧邻第二磁通传导元件的盘形或环形、平坦或平板形基体，该基体贴靠在环形磁铁的第二轴向端面上。有利的是第二磁通传导元件在该区域中可以沿径向突出于传感磁铁外圆周之外，从而使得磁通传导爪区域内的第一磁通传导元件和第二磁通传导元件之间的气隙与传感磁铁外圆周之间相隔一定的径向距离。
按照另一种首选实施方式，第二磁通传导元件也具有至少一个磁通传导爪，该磁通传导爪沿轴向在传感磁铁外圆周上延伸，并且其自由端面与第一磁通传导元件相隔一定距离。此外在传感磁铁的圆周方向来看，在不同磁通传导元件上的第一和第二磁通传导爪之间同样也有一个气隙，从而使得磁力线不仅沿轴向在第一磁通传导爪和第二磁通传导元件的相邻节段之间延伸，而且还沿着传感磁铁的圆周方向在第一和第二磁通传导爪之间延伸。由于每一个磁通传导元件与相应的传感磁铁的一个极相连，因此这些磁通传导爪也会具有相应的磁化，从而当这些磁通传导爪相邻布置时，在传感磁铁的圆周方向来看，相应的磁力线也会在该方向延伸。
按照另一种首选实施方式，将多个磁通传导爪在圆周上分布在第一磁通传导元件上，也适宜地布置在第二磁通传导元件上。将由构成磁通传导元件原材料的铁磁材料或者软磁材料制成的星形基板适当成形，使得径向突出的磁通传导爪相对于基体弯曲90°，就能以简单方式制成磁通传导爪。适宜的方式是形成两个彼此相同的磁通传导元件，这些磁通传导元件各自具有多个分布于圆周上的磁通传导爪，在两个相邻磁通传导爪之间各有一个间隙，该间隙在安装状态下用来容纳相应另一个磁通传导元件的磁通传导爪。以这种方式可以制成互补啮合的磁通传导元件，这些磁通传导元件在安装位置中至少在轴向端面，并且在外圆周近似完全围住传感磁铁，不同磁通传导元件的两个相邻磁通传导爪分别沿着传感磁铁的圆周方向延伸。
原则上最好以不可转动的方式将传感磁铁以及两个磁通传导元件布置在旋转部件上，其旋转位置的应可利用传感装置检测。与此相反的是将霍尔传感器位置固定地布置。当部件旋转时，磁通传导元件就会经过固定的霍尔传感器；在旋转部件与固定的霍尔传感器之间进行相对运动的过程中，霍尔传感器就会记录磁场变化。但也可以采用这样一种实施方式：将霍尔传感器与旋转部件固定相连，并且将传感磁铁包括磁通传导元件安装在固定位置，使得霍尔传感器可经过位置固定的传感磁铁。
关于其它优点和有益的实施方式，可参阅其它权利要求、附图说明以及附图。相关附图如下：
附图1被两个互补结构的磁通传导元件围住的传感磁铁的透视图，可将其作为用来检测旋转部件的旋转位置的传感装置的一部分，
附图2传感磁铁的剖面图。
如附图1和2所示，传感装置1包括一个轴向磁化的环形传感磁铁2，这在附图2中以″N″表示北极，以″S″表示南极。传感磁铁2被固定在一个非磁生定心环3上，传感磁铁2通过该定心环以不可转动的方式安装在一种旋转部件上，例如电动机转子的电枢轴。该部件在工作过程中围绕旋转轴线6旋转，该旋转轴线同时构成传感磁铁2的旋转轴线。
传感磁铁2被两个结构相同的磁通传导元件4和5围住，这些磁通传导元件由一种铁磁材料或者软磁材料构成，并且能够将传感磁铁产生的磁场转向或者导入所需的方向。在传感磁铁2的圆周方向来看，可通过两个磁通传导元件4和5产生不均匀的磁场，由霍尔传感器7(附图2)检测磁通密度差异，该霍尔传感器是传感装置1的组成部分。利用磁通传导元件4和5在圆周范围内不均匀分布的磁通密度被霍尔传感器7记录下来，每次磁通密度变化均会在霍尔传感器7中产生一个相应的信号。以这种方式可以检测传感磁铁2以及旋转部件的当前旋转位置。
每个磁通传导元件4或5由一个盘形基体4a或5a以及相对于基体弯曲90°的磁通传导爪4b或5b构成。基体4a、5a呈盘形或者圆环形，并且贴靠在传感磁铁2的轴向端面上。第一磁通传导元件4的基体4a位于北极上，第二磁通传导元件5的基体5a位于传感磁铁2的南极上。由于两个磁通传导元件4或5的磁通传导爪4b和5b均相对于各自的基体4a或5a弯曲90°，因此磁通传导爪位于传感磁铁2的外圆周上，并且沿着轴向延伸。磁通传导爪4b和5b被设计，使其在传感磁铁2的外圆周上至少近似于在传感磁铁的轴向长度范围上延伸。
在圆周范围内将多个均匀分布的磁通传导爪4b和5b布置在磁通传导元件上，相邻磁通传导爪4b或5b之间的距离以如下方式确定尺寸，使相应另外磁通传导元件的磁通传导爪伸入到间隙之中。在不同磁通传导元件的紧邻磁通传导爪4b和5b之间各有一个细窄的气隙，同样也是在磁通传导爪4b或5b的端面与相应另外磁通传导元件的基体5a或4a之间沿轴向延伸。如附图2所示，磁通传导元件的基体沿径向突出于传感磁铁的外圆周之外。每个磁通传导元件4或5总计具有分布于圆周范围内的九个磁通传导爪4b或5b。
如附图2所示，霍尔传感器7优选与传感磁铁的外圆周或者与磁通传导爪之间保持一定的径向距离。但原则上也可以如附图2所示，邻近传感磁铁的其中一个端面定位霍尔传感器7定位，即要么如图所示在传感磁铁的径向外圆周内，或者在外圆周之外。

Claims (12)

1.用于检测旋转部件的旋转位置的传感装置，具有环形传感磁铁(2)、至少一个磁通传导元件(4，5)、以及用来检测出发于传感磁铁(2)并且通过磁通传导元件(4，5)传导的磁场的霍尔传感器(7)，其中有两个围住传感磁铁(2)的磁通传导元件(4，5)，且至少第一磁通传导元件(4)具有至少一个在传感磁铁(2)外圆周上沿轴向延伸的磁通传导爪(4b)，所述磁通传导爪的自由端面与第二磁通传导元件(5)相间隔，其特征在于，将多个磁通传导爪(4b，5b)分布于圆周范围内地布置在第一和第二磁通传导元件(4，5)上，两个磁通传导元件(4，5)均为相同构造，并在在安装位置中相互啮合，其中将由构成磁通传导元件原材料的铁磁材料或者软磁材料制成的星形基板适当成形，使得径向突出的磁通传导爪(4b，5b)相对于基体弯曲90°。
2.根据权利要求1所述的传感装置，其特征在于，传感磁铁(2)沿轴向磁化。
3.根据权利要求1或2所述的传感装置，其特征在于，磁通传导爪(4b)至少基本上在传感磁铁(2)的轴向宽度上延伸。
4.根据权利要求1或2所述的传感装置，其特征在于，第二磁通传导元件(5)在与第一磁通传导元件(4)的磁通传导爪(4b)相邻的节段中在平行于传感磁铁(2)的端面的平面内延伸。
5.根据权利要求4所述的传感装置，其特征在于，第二磁通传导元件(5)在与磁通传导爪(4b)相邻的节段中沿径向突出于传感磁铁(2)的外圆周。
6.根据权利要求1或2所述的传感装置，其特征在于，至少一个磁通传导元件(4，5)具有贴靠在传感磁铁(2)的端面上的盘形基体(4a，5a)。
7.根据权利要求1或2所述的传感装置，其特征在于，第二磁通传导元件(5)同样具有至少一个在传感磁铁(2)的外圆周上沿轴向延伸的磁通传导爪(5b)，其自由端面与第一磁通传导元件(4)相间隔。
8.根据权利要求7所述的传感装置，其特征在于，第一和第二磁通传导元件(4，5)的磁通传导爪(4b，5b)在圆周方向相邻布置，但是相互间具有气隙。
9.根据权利要求8所述的传感装置，其特征在于，每个磁通传导元件(4，5)具有九个分布在圆周范围内的磁通传导爪(4，5b)。
10.根据权利要求1或2所述的传感装置，其特征在于，将传感磁铁(2)和两个磁通传导元件(4，5)布置在旋转的部件上。
11.电动机，具有权利要求1～10中任一项所述的传感装置(1)。
12.根据权利要求11的电动机，其特征在于，所述电动机用于汽车内辅助设备。
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