CN105403233B - 线性位置和旋转位置磁传感器、***和方法 - Google Patents

线性位置和旋转位置磁传感器、***和方法 Download PDF

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Abstract

公开了线性位置和旋转位置磁传感器、***和方法。实施例涉及一种包括磁性目标的位置传感器。该磁性目标包括被配置为生成磁场的磁性多极。该磁场在第一区域处具有三个互相垂直的分量。传感器元件可以被配置为测量在第一区域处的这些场分量。在实施例中，对分量的幅度进行比较可以被用于确定全局位置，并且这些分量的瞬时值可以被用于确定局部位置。

Description

线性位置和旋转位置磁传感器、***和方法
技术领域
实施例一般地涉及线性位置和旋转位置磁传感器、***和方法，并且更特别地涉及单芯片角度传感器和***以及磁性目标，其生成从不同信号分量得到的独特比例。
背景技术
在许多应用中，使用磁场传感器确定轴或其它旋转部件的旋转速度、位置或角度。例如，霍尔传感器或磁阻传感器(诸如，GMR、AMR、TMR等)可以被布置在旋转部件上或邻近于旋转部件。在离轴感测中，旋转部件包括具有永久磁化部分的磁性多极，以使得当旋转部件旋转时离开旋转轴线定位的传感器观察在磁场强度和/或方向上的波动。
在离轴***中存在传感器的许多可能轴向定向。一般而言，传感器管芯的一个边缘保持与旋转部件的旋转轴线平行。更特别地，两个主要定向最常用于圆柱体旋转部件(诸如凸轮轴)。首先，管芯的表面正切于圆柱体表面(其中圆柱体的轴线与旋转轴线一致)。其次，管芯的表面垂直于圆柱体表面。磁性目标可以是在直径上被磁化的部件，其在沿着部件长度的点处或者在部件的端部处安装到旋转部件上。常规的***通过测量由在几个位置的每个处的多极引起的磁场来测量旋转部件的绝对旋转位置。
在相似的常规***中，也可以使用沿着线性移动磁性目标布置的多个传感器管芯确定线性位置。
发明内容
实施例涉及一种位置传感器，其包括磁性目标，该磁性目标包括被配置为生成磁场的磁性多极。该磁场包括在第一区域处的第一分量、第二分量、以及第三分量，其中该第一分量、第二分量、以及第三分量在第一区域处彼此互相垂直。该位置传感器还包括传感器管芯，其具有被配置为测量在第一区域处的第一分量的第一传感器元件，和被配置为测量实质上在第一区域处的其它分量的其中一个的第二传感器元件。
根据另一个实施例，一种磁性多极，其包括沿着第一方向布置的磁性南极和北极的交替序列，所述交替序列被布置为使得由在第一区域处的磁性多极生成的磁场具有第一分量、第二分量、以及第三分量，其中该第一分量、第二分量、以及第三分量在第一区域处互相垂直。磁性多极可以被沿着期望的传感器轨迹布置以使得第一分量沿着传感器轨迹具有不均匀的幅度。根据另一个实施例，一种确定可沿着第一方向运动的构件的位置的方法，包括沿着第一方向布置磁性多极，该磁性多极包括具有交替极性的多个磁极，在靠近磁性多极并且被在第二方向上与磁性多极间隔开的第一区域处布置至少两个磁传感器元件，其中第二方向垂直于第一方向，沿着第三方向感测第一磁场分量，其中第三方向在第一区域处与第一方向和第二方向两者都垂直以生成第一信号，沿着在第一区域处垂直于第三方向的第四方向感测第二磁场分量以提供第二信号，从第一信号得到指示第一磁场分量的信号历程的幅度的第一信息并且从第二信号得到指示第二磁场分量的信号历程的幅度的第二信息，以及组合第一信息和第二信息以便提供构件的全局位置。
附图说明
考虑与随附附图有关的下面的详细描述可以更全面地理解各实施例，在附图中：
图1A为根据实施例的具有被偏心地安装的磁性多极环的磁性目标的平面视图。
图1B为根据实施例的沿着线1B-1B的图1A的磁性目标的横截面视图，还示出磁传感器元件和传感器管芯。
图1C为根据实施例的对应于偏心地安装的多极环的径向、轴向和方位角场强度的图表。
图1D为根据实施例的具有椭圆形状的被偏心地安装的磁性多极环的磁性目标的平面视图。
图2A为根据实施例的具有中断的磁性多极的磁性目标的平面视图。
图2B为根据另一个实施例的磁性目标和传感器管芯的透视图。
图2C为根据实施例的永磁环的空间变化的图表。
图2D为根据进一步的实施例的永磁环的空间变化的图表。
图3为根据实施例的布置在磁性目标与护罩之间的磁传感器元件和传感器管芯的横截面视图。
图4为根据实施例的描绘用于使用单个传感器管芯测量磁性目标的绝对旋转位置的方法的流程图。
图5A和图5B图解根据实施例的线性位置传感器和护罩。
图6为根据另一个实施例的线性位置传感器目标的平面视图。
图7为根据又一个实施例的线性位置传感器目标的平面视图。
虽然实施例可以修改为各种修改和替代形式，但其中的特性已经在附图中以举例的方式示出并且将被详细描述。然而，应该理解，意图是不将本发明限制为所描述的特定实施例。相反，意图是覆盖落入如由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有修改、等同物和替换。
具体实施方式
实施例涉及用于检测部件的角度和/或位置的传感器、***和方法。在各个实施例中，可以布置永磁码盘和码带以使得当旋转部件转动时，单个离轴传感器管芯或芯片可以被用于收集足够的数据以确定那个旋转部件的旋转位置。在实施例中，这可以使用绕着偏心轴线布置的磁性码盘来完成，并且/或者码盘可以具有不规则的(例如，椭圆形的、中断的、或其它非环形的)形状。在其它实施例中，单个传感器芯片或管芯可以被用于收集足的够数据以确定线性移动目标的位置，线性移动目标具有被布置为提供作为它的位置的函数的独特磁性信号的磁性部分。
图1A和图1B示出磁性目标100，其可以用于测量附接的旋转部件(诸如旋转轴(未示出))的旋转位置。磁性目标100包括第一部分102和永磁环(PMR)104。第一部分102是支撑PMR 104的结构部件。PMR 104和第一部分102被刚性地附接到彼此。在实施例中，PMR 104是多磁极对的布置，其沿着路径112(例如圆形路径、椭圆形路径、螺旋部分等)分布。极对被沿着该路径分布以使得磁性南极邻近磁性北极并且反之亦然。在一些实施例中，极对可以沿着PMR 104规则地分布。这样的分布可以协助提供旋转位置的更容易的计算。在其它实施例中，极对可以沿着PMR 104不规则地分布。这样的分布可能增加计算的负担但是另一方面可以协助针对全部旋转位置确定独特的旋转位置。在一些实施例中，极对为相等的尺寸和形状。在一些实施例中，极对可以具有变化的尺寸或变化的形状或两者。
在示出的实施例中，第一部分102是盘，虽然在其它实施例中，第一部分102可以具有被配置为支撑PMR(例如，PMR 104)的任何其它几何形状。在各个实施例中，第一部分102也可以被配置为安装到旋转部件(未示出)，诸如凸轮轴。第一部分102可以例如通过干涉配合或螺纹接合而被安装以与这样的部件一起绕着公共轴线COR 106共同旋转。旋转中心(COR)106是PMR 104的旋转中心。此外COR 106也是第一部分102的旋转中心。第一部分102可以例如是被配置为安装到凸轮轴或其它轴的铁钢盘。如图1A和图1B所示，PMR 104是环形环。在一些实施例中，所有的极对被布置为实质上在垂直于旋转轴线的平面内，如可以例如从图1B观察到那样。在图1A和图1B所示的实施例中，PMR 104是永久磁性多极，其中极对被沿着具有内径R1和外径R2的环分布。永磁体中心(CPM)108是PMR 104的几何中心。虽然PMR104可以关于CPM 108对称，但是在其它实施例中PMR 104可以被构形为不关于CPM 108对称。多个磁性元件或区段110构成PMR，并且是被永久磁化的部分。因此，绕着PMR 104的磁场强度和方向作为位置的函数而改变。在图1A和图1B所示的实施例中，PMR 104的各区段的磁化方向是轴向的，而在各个替换的实施例中，PMR 104的各区段可以被沿着方位角方向或者在更复杂的布置(诸如Halbach磁化)中被磁化。进一步地，虽然图1A和图1B的PMR 104是环形的，但是在其它实施例中，PMR 104可以是椭圆形的，或者如例如在图2A中描绘的实施例中描述的那样被不规则地构形。在一些实施例中，PMR 104被沿着传感器轨迹112定位，如下面更详细地描述的那样。传感器轨迹112是绕着以COR 106为中心的旋转轴线的虚拟圆，该圆的半径由传感器到旋转轴线的径向距离确定。如本领域的技术人员已知，传感器轨迹112是通过运动学转换获得的虚拟轨迹，即，假设可旋转部分是固定的并且不可旋转的传感器是可旋转的。换句话说，当传感器被安装为不可旋转时，传感器相对于可旋转部分(诸如例如PMR 104)的各个位置是通过假设传感器为可沿着传感器轨迹112旋转并且可旋转部分被固定来反映的。因为PMR 104被沿着传感器轨迹112定位，所以传感器轨迹112沿着空气间隙方向的投影完全位于PMR 104的边界内。空气间隙是在传感器元件与PMR 104之间的最小距离，并且空气间隙方向是沿着其获得最小距离的方向。
在图1A中，传感器轨迹112的投影被完全包围在PMR 104内，虽然PMR 104的边界的径向距离R3和R4变化。在实施例中，在相应的传感器元件114与PMR 104之间的空气间隙在旋转过程中是恒定的。其中沿着空气间隙方向的传感器轨迹投影完全在PMR 104的边界内的实施例允许恒定的空气间隙距离，并且由此允许获得具有沿着传感器轨迹的至少一个磁性部件的恒定幅度的振动行为，而至少一个其它磁性部件由于不规则性(例如偏心距e(参见图1A)或螺旋形状(参见图2A)等)而具有带有沿着传感器轨迹的变化幅度的振动行为，如稍后将描述那样。与此不同，其中空气间隙在旋转过程中改变的感测***典型地不允许实现至少一个场部件的恒定幅度，因为在传感器元件与PMR 104之间的变化的径向距离针对所有的场部件对幅度进行调制。传感器元件114被布置在传感器管芯115上。传感器管芯115被安装为不可旋转。传感器管芯115被定位在其中存在彼此相互垂直的三个伴随磁场分量(即，轴向、方位角、和径向)的区域中。在某些旋转位置处，这些分量的一个或两个可能消失(参见图1C)。在各个实施例中，传感器元件114可以是霍尔效应传感器元件，或者磁阻传感器元件。在实施例中，传感器管芯115可以包括多个传感器元件。例如，在一些实施例中，传感器管芯115可以包括对沿着径向方向(即，与COR 106正交的方向)的磁场分量灵敏的传感器元件114。在其它实施例中，传感器管芯115可以包括对沿着径向方向的磁场分量灵敏的传感器元件114，以及对沿着轴向方向(即，与COR 106平行)或方位角方向(即，正切于传感器轨迹112)的磁场分量灵敏的第二传感器元件114。传感器轨迹112是传感器元件114沿着其被配置为测量磁场强度和/或方向的轨迹。
在此关于图1A和图1B提及的各个距离，包括偏心距e(从COR 106到CPM 108的距离)，读取半径R0(从COR 106到传感器轨迹112的距离)，内径R1(从CPM 108到PMR 104的内径边缘的距离)，以及外径R2(从CPM 108到PMR 104的外径边缘的距离)。更进一步地，半径R3被示出为磁性目标100的旋转角度
Figure BSA0000123972080000051
的函数。
Figure BSA0000123972080000052
是COR 108与PMR 104的内径边缘之间的距离。同样，
Figure BSA0000123972080000053
是COR 108与PMR 104的外径边缘之间的距离。像这样，如图1B所示的横截面(平行于偏心距e)，在一侧(在COR 108与PMR 104之间的最大距离为
Figure BSA0000123972080000054
的函数的一侧)，
Figure BSA0000123972080000055
并且在另一侧(在COR 108与PMR 104之间的最小距离作为
Figure BSA0000123972080000056
的函数的一侧)，
Figure BSA0000123972080000057
Figure BSA0000123972080000058
等于
Figure BSA0000123972080000059
加上PMR 104的径向宽度，其在图1A和图1B中描绘的实施例中被示出为实质上恒定。
在图1A和图1B所示的实施例中，偏心距e是足够大的，其超过PMR 104和传感器元件114的安装容限。偏心距e也是足够小的，从而传感器元件114的所有旋转位置在半径
Figure BSA0000123972080000061
与
Figure BSA0000123972080000062
之间。也就是，在磁性目标100绕着COR 106旋转期间，构成PMR 104的磁性元件110总是沿着传感器轨迹112定位，其轴向邻近于传感器元件114。在一些实施例中，PMR104的径向宽度可以是偏心距e的两倍。在其它实施例中，PMR 104的径向宽度可以变化。
磁性目标100被配置为与旋转部件一起共同旋转，并且随着第一部分102旋转由于永磁环104的偏心距而生成独特的磁场信号图案。图1A在平面视图中示出磁性目标100，图解永磁环104的偏心旋转轴线，而图1B是沿着图1A的线1B-1B的磁性目标100的横截面视图。图1A和图1B的磁性目标100是可以与布置在单个传感器管芯或芯片115上的一个或多个磁场传感器元件114结合使用以确定附接的旋转部件(未示出)的旋转位置的结构实施例。这样的旋转部件在各种工业中被利用，包括但不限于汽车和航空领域。例如，磁性目标100可以被机械地耦接到汽车发动机的凸轮轴。通常，想要获得定位为靠近接近于更大***的各个其它部件的部分的旋转位置。像这样，磁性目标100被配置为提供绝对旋转位置信息。
随着磁性目标100绕着COR 106旋转，不可旋转的传感器元件114可以检测沿着(相对于旋转方向的)径向、方位角和或轴向方向的任一方向的磁场强度。由于图1A所示的实施例中的磁性元件110的沿着运动方向的交替的磁化方向，因此在这些方向每个中的场强具有振动行为，例如正弦分量。取决于确切的制造技术和磁化过程，单个磁性元件110的磁化可以是不同类的。但是，可以通过假设在被布置于南北极图案中的每个磁性元件110处的PMR 104的表面上或体积中的虚拟磁荷来计算所得到的磁场。沿着径向方向的场强附加地作为偏心距e的结果而变化。在其中磁性元件110中的一个的外径边缘邻近传感器元件114的那些旋转位置处的径向场强相对强，在其中磁性元件110中的一个的内径边缘邻近传感器元件114的那些旋转位置处的径向场强具有相反的符号而相对强，而在其中磁性元件110与磁性元件的内径边缘和外径边缘这两者为几乎相等距离的那些旋转位置处的径向场强经过零。对于图1A中所示的多极环而言，如果测试点到CPM 108的距离等于sqrt(R1*R2)(稍微小于(R1+R2)/2)，那么从测试点指向CPM 108的磁场分量消失。
伴随于传感器管芯115上的磁场的各个分量可以由定位在传感器管芯115上的附加传感器元件测量。例如，如下面关于图4更详细描述的那样，在一些实施例中，传感器元件114可以被布置在传感器管芯115上以便测量在方位角、轴向和/或径向方向上的磁场分量。在仍然进一步的实施例中，沿着给定方向的场梯度可以由被配置为测量在沿着不同方向布置的各个位置处的相同方向的场分量的定位传感器元件114测量(例如，定位传感器元件114被配置为感测在沿着方位角方向的多个位置处的在径向方向上的磁场分量以便确定在径向磁场分量的方位角方向上的梯度，即
Figure BSA0000123972080000071
轴向和方位角场分量贯穿于磁性目标100的整个旋转是在实质上恒定的幅度的情况下振荡的(例如正弦的)。相反，径向场分量是振荡的，例如正弦的(具有与轴向和方位角分量相同的空间周期)，但是径向分量的幅度是磁性目标100的绝对旋转位置的函数，因为感测元件到径向中心的径向距离
Figure BSA0000123972080000072
随着旋转位置
Figure BSA0000123972080000073
变化。将径向场分量或径向场分量的幅度与轴向或方位角场分量(或两者)或轴向或方位角场分量的幅度(或两者)进行比较可以被用于产生对应于磁性目标100的全局旋转位置的信号。由此，我们将A表示为正弦波f(x)＝A*sin(x)的幅度，并且针对更一般的种类的周期性波形，我们将其一致地限定为A＝(max(f(x))-min(f(x)))/2，其中x0＜x＜x0+λ)，其中λ是波的空间周期(例如，λ等于多极环的沿着方位角方向的一个北极与一个相邻南极的长度)。该比较可以例如是将两个信号的幅度相除(例如，径向分量幅度除以轴向分量幅度，或径向分量幅度除以方位角分量幅度)。在其它实施例中，如下面更详细地描述的那样，该比较可以是所有三个分量一起的函数(例如，径向幅度的平方除以方位角分量和轴向分量的平方的和)。这是，例如，如果方位角分量和轴向分量具有相等幅度的情况，因为通过在相同位置采样方位角场分量和轴向场分量并且求取两者的平方的和的平方根从而变得容易确定它们的共同幅度：
Figure BSA0000123972080000074
用以检测磁场分量的幅度的一种方法是在两个位置x1和x2处采样该场分量。这给出在x1处的B1和在x2处的B2。这两个位置x1、x2必须沿着运动方向相距等于四分之一的空间周期的距离。在图1A的情况下，这两个位置必须在读数圆112上以极尺寸的一半间隔开。然后幅度由sqrt(B12+B22)获得。
这些幅度比较可以将磁性目标100的全局位置提供在360°/N以内，其中N是在磁性目标100中的极对的数量。对于局部位置测量而言，可以测量径向、方位角或轴向分量的值(而不是幅度)。通过考虑全局和局部位置输出值，可以确定磁性目标100的绝对位置。
将径向场分量与轴向或方位角场分量比较，而不是与预定值或历史值比较，可以用于校正各种偏差和/或误差。例如，该比较可以被用于校正传感器元件的热偏差或寿命漂移。更进一步地，在梯度计实施例中，可以减去被布置以感测场分量的两个传感器元件的输出以便消除同类背景场。像这样，不需要实际测量同类背景磁场，相反，通过减去在传感器元件处所感测到的场分量来内在地消除它们。传感器元件114在一些实施例中可以被提供并被布置以测量至少一个磁场分量的梯度和绝对值这两者。要注意的是，用于通过利用磁场分量的所测量的绝对值或绝对幅度来确定在此描述的旋转位置的方案同样可以以相似的方式被应用到磁场分量的所测量的场梯度值或磁场分量的场梯度的幅度。这是因为如下而获得的：正弦波的梯度再次是正弦波(只是以它的空间周期的四分之一偏移)并且正弦波的幅度经由扫描因子而被关联于该正弦波的梯度的幅度。
在上面描述的实施例的每个中，并且特别是对于关于图1A和图1B示出的实施例而言，在磁性目标100的整个旋转过程当中***不递送在传感器114处的独特的磁场读数。最小和最大内径距离(即，R1的极值)被定位成距彼此为半圈，并且与最大径向磁场幅度关联。离开这两个旋转位置四分之一转周，传感器轨迹处于磁极的内边缘与外边缘之间的中途(在平面视图中)，并且在那里径向磁场具有消失的幅度。所以径向磁场图案类似如下的被幅度调制的信号：该信号在旋转位置
Figure BSA0000123972080000081
(例如，在图1C中，
Figure BSA0000123972080000082
为0°，如稍后将被描述那样)处具有最大幅度、在旋转位置
Figure BSA0000123972080000083
处具有消失的幅度、在旋转位置
Figure BSA0000123972080000084
Figure BSA0000123972080000085
处再次具有最大幅度、随后在旋转位置
Figure BSA0000123972080000086
处具有消失的幅度。注意径向磁场分量Br的信号在
Figure BSA0000123972080000087
处使其符号变为相反并且再次地该信号在
Figure BSA0000123972080000088
处使其符号变为相反。所以径向磁场分量Br在它经过
Figure BSA0000123972080000089
或
Figure BSA00001239720800000810
Figure BSA00001239720800000811
时展现出180°的相位跳跃。相反地，其它磁场分量的信号的相位不改变。这是由于如下事实：传感器轨迹经过各极的径向磁中心线
Figure BSA00001239720800000812
Figure BSA00001239720800000813
这引起改变所测量的径向场分量的方向。因此，关于其它两个场分量，对于在
Figure BSA00001239720800000814
和在
Figure BSA00001239720800000815
的径向场分量观察到半周期的相位跳跃。对于在
Figure BSA00001239720800000816
与
Figure BSA00001239720800000817
之间的旋转位置，在径向场分量与两个其它正交场分量中的一个(例如，在图1C中，方位角场分量
Figure BSA0000123972080000091
)之间的相位偏移为+90°，而对于在
Figure BSA0000123972080000092
与
Figure BSA0000123972080000093
之间的旋转位置，该相位偏移为-90°。因此，绝对旋转位置可以通过由传感器元件114提供的在
Figure BSA0000123972080000094
和
Figure BSA0000123972080000095
的角度范围内的幅度和相位偏移的独特值来确定。然而，在旋转位置
Figure BSA0000123972080000096
Figure BSA0000123972080000097
处，传感器检测到与在旋转位置
Figure BSA0000123972080000098
上相同的在径向场分量与一个其它场分量之间的幅度和相位偏移。并且在旋转位置
Figure BSA0000123972080000099
处，传感器检测到与在旋转位置
Figure BSA00001239720800000910
上相同的幅度和相位偏移。因此，当仅使用两个场分量的绝对值时，由于如下事实而出现不确定性：在传感器轨迹与各极的内边缘和外边缘(或者至少各极的两个边缘中的更近的一个边缘)之间的间隔在两个旋转位置相等。这最终是由于特定的几何形状(即，在图1A、图1B中PMR的特定的180°镜像对称)所致。虽然在图1A和图1B的实施例中，使径向场分量在
Figure BSA00001239720800000911
Figure BSA00001239720800000912
与
Figure BSA00001239720800000913
处变为相反，但是要注意的是在一些实施例中磁极的宽度可以是这样的：传感器轨迹114的投影在旋转过程中不跨极中心曲线，造成径向场分量的幅度调制在90°和270°处没有相位跳跃。然而，相位跳跃如稍后描述那样有助于确定全局位置。在一些实施例中，被限制于由传感器元件114基于在磁性元件110上的传感器轨迹112的径向位置而提供的180°的角度范围的独特值足以确定绝对旋转位置，如关于图4更详细地描述的那样。在其它实施例中，所有三个场分量均由传感器元件114感测以独特地确定在360°的完整转周上的绝对旋转位置。在其它实施例中，至少一个场分量的梯度和绝对值被利用以确定在360°的完整转周上的绝对旋转位置。
在其它实施例中，诸如其中旋转部件可以在360°的完整转周上运动的那些实施例，中断的或不规则的特征可以被合并到PMR 104以测量绝对旋转位置。
图1C是针对具有15个极对(即，30个磁性元件)的PMR的作为旋转位置
Figure BSA00001239720800000914
(沿着横坐标)的函数的场强(在纵坐标轴线上)的图表。图1C示出针对如图1A、图1B所示的一个布置的布置的径向场强Br、轴向场强Bz、以及切向/方位角场强
Figure BSA00001239720800000915
为了容易描述，针对Br、Bz和
Figure BSA00001239720800000916
中的每个的最大场强已经被归一化为1，但是应当理解在各个实施例中，整个磁场的这些分量的相对强度可以取决于磁性元件(例如，图1A-图1B的磁性元件110)的尺寸、定向和几何形状而彼此不同。
再次参照图1C，可以观察到磁场分量Br、Bz和
Figure BSA0000123972080000101
的每个是具有周期长度和幅度的周期性信号。虽然所有场分量的周期性信号以相同频率振荡，但是Br场分量的周期性信号的幅度在从0旋转到360°的过程中改变。换句话说，Br场分量被以比周期信号低的频率来幅度调制，而Bz和
Figure BSA0000123972080000102
分量不被幅度调制。因此，Bz和
Figure BSA0000123972080000103
磁场分量的幅度(从周期信号的最大值到最小值的信号值)相对地恒定为1。相反，Br的幅度本身是正弦曲线，具有在
Figure BSA0000123972080000104
和
Figure BSA0000123972080000105
为1的最大值，以及在
Figure BSA0000123972080000106
和
Figure BSA0000123972080000107
为0的最小值。在其它实施例中，Br的最大值可以从1偏离。对于在0与90°之间和在270°与360°之间的
Figure BSA0000123972080000108
而言，Br和Bz同相，而Br和
Figure BSA0000123972080000109
以周期信号的四分之一周期异相。对于在90°和270°之间的
Figure BSA00001239720800001010
而言，Br和Bz以周期信号的一半周期异相，而Br和
Figure BSA00001239720800001011
以周期信号的四分之三周期异相。这是由于如下事实所致：：使径向磁场分量Br的信号在90°变为相反并且由于传感器轨迹跨各极的磁性中心线而在270°被再次使得变为相反，如上面描述的那样。
在其它实施例中，Br、Bz和
Figure BSA00001239720800001012
不需要是正弦曲线。例如，在磁性目标与传感器之间的减小的距离的情况下，Br、Bz和
Figure BSA00001239720800001013
的每个可以具有其它形状，诸如三角形波形。然而，只要Br、Bz和
Figure BSA00001239720800001014
依赖于PMR(或者其它磁性结构，诸如下面关于图5-图7描述的那些)的位置，这些值和/或幅度的比较就可以被执行以确定传感器元件的全局位置。
在Br和Bz、或者Br和
Figure BSA00001239720800001015
的幅度之间的比较可以被用于确定旋转位置。特别地，在图1C所示的实施例中，不能够区分这些幅度的在
Figure BSA00001239720800001016
和
Figure BSA00001239720800001017
之间的比较。
根据一个实施例，除了仅Br和Bz或者仅Br和
Figure BSA00001239720800001018
的比较之外，Br和Bz的比较连同Br和
Figure BSA00001239720800001019
的比较一起可以被用于从图1C确定绝对旋转位置。当Br和Bz同相时，旋转位置被确定为与靠近180°相比更靠近0。如果Br和Bz异相，则旋转位置被确定为与靠近0°相比更靠近180°。假设确定的是位置更靠近0，在下一步骤中确定旋转位置是否大于0。为了实现这种情况，使用了
Figure BSA00001239720800001020
要注意的是对于径向场分量而言，对称关系
Figure BSA00001239720800001021
是有效的，而对于方位角场分量而言，对称关系
Figure BSA00001239720800001022
是有效的。鉴于此，
Figure BSA00001239720800001023
可以被用于在
Figure BSA00001239720800001024
或
Figure BSA00001239720800001025
(除了
Figure BSA00001239720800001026
)之间进行区分。为了还针对
Figure BSA00001239720800001027
进行区分，可以例如提供梯度计传感器布置，其中测量在方位角方向
Figure BSA00001239720800001028
上的
Figure BSA00001239720800001029
的梯度以还针对
Figure BSA0000123972080000111
的情形确定绝对旋转位置。这样的梯度计布置可以例如由如下的两个传感器元件来提供：这两个传感器元件对
Figure BSA0000123972080000112
分量灵敏并且在方位角方向上彼此相距不同于
Figure BSA0000123972080000113
分量的周期长度的距离而被放置。替换地，还可以距第一
Figure BSA0000123972080000114
传感器一定距离来放置第二
Figure BSA0000123972080000115
传感器，由此该距离不同于
Figure BSA0000123972080000116
波形的空间周期的一半的整数倍，因为于是保证了即使两个
Figure BSA0000123972080000117
传感器中的一个处于
Figure BSA0000123972080000118
波形的跨零处，第二个传感器也处在
Figure BSA0000123972080000119
或
Figure BSA00001239720800001110
的情况下的位置。然后传感器可以选取其信号更强的传感器以得出旋转角。
替换地或附加地，虽然在图1A-图1C中径向场分量的幅度调制关于
Figure BSA00001239720800001111
Figure BSA00001239720800001112
是对称的，但是注意的是在一些实施例中可以提供非对称的幅度调制。图1D示出其中PMR 104具有椭圆形形状的实施例，其中CPM 108为椭圆形的中心并且偏心于COR 106。更进一步地，椭圆形的半轴线116A和116B被提供为既不平行于也不垂直于连接COR 106和CPM 108的线。非对称的幅度调制破坏在图1C中示出的径向场分量的对称关系
Figure BSA00001239720800001113
并且在一些实施例中可以允许通过估算信号Br和Bz、或者Br和
Figure BSA00001239720800001114
的幅度来独特地确定绝对位置。要理解的是，上面关于图1C描述的方案也可以被应用于径向分量的非对称幅度调制。
在诸如下面关于图2A描述的替换的实施例中，可以使用非对称磁环，其造成独特的幅度比例Br/Bz和
Figure BSA00001239720800001115
如图2A所示，磁性目标200包括第一部分202和磁性多极204。旋转中心(COR)206是第一部分202的旋转中心。磁性多极204包括被布置成环的一系列磁性元件210。传感器轨迹212是如下的轨迹：传感器元件(例如，图1B的传感器元件114)沿着该轨迹被配置为测量在径向方向(即，平行于读数半径R0的方向)上的磁场强度。更进一步地，通过在同一传感器管芯(例如，图1B的传感器管芯115)上布置进一步的传感器元件，从而可以在实质上相同的位置处测量轴向场分量和方位角场分量的一个或两者。再次参照关于图2A示出的实施例，磁性多极204被构形为螺旋形，具有中断部205，螺旋形的两个端部在中断部205处相遇。因为磁性多极204关于穿过COR 206的任何对分不对称，所以可以通过组合同一传感器管芯的各个传感器元件的输出贯穿于第一部分202的旋转而确定磁性多极204的绝对旋转位置。
在图2A中示出的实施例中，半径R3和R4是磁性目标200旋转到的角度
Figure BSA00001239720800001116
的函数，而读数半径R0仍然恒定(由于在COR 206与类似于图1B的传感器元件114的传感器元件之间的固定距离)。所述半径互相关联：
Figure BSA0000123972080000121
以及
Figure BSA0000123972080000122
其中W是常数。
在实践中，通常想要的是添加设计容限ε，以使得传感器轨迹212被定位为径向上离开
Figure BSA0000123972080000123
和
Figure BSA0000123972080000124
至少ε。以这种方式，即使尽管在传感器元件和/或磁性元件的放置容限的情况下，传感器元件也将贯穿
Figure BSA0000123972080000125
的完整范围而被布置在具有有意义的磁场的区域中。例如，径向宽度W的75％可以被配置为在磁性目标200的旋转期间邻近传感器元件，剩余的25％被用作为用于装配容限的保护带。磁性多极204的平均半径，
Figure BSA0000123972080000126
关于
Figure BSA0000123972080000127
是线性的。更进一步地，磁性多极204的径向宽度W关于
Figure BSA0000123972080000128
是恒定的。在替换的实施例中，径向宽度W或平均半径可以是
Figure BSA0000123972080000129
的函数，并且它们任意一个可以是不规则的或中断的。在继续参照图2A中描绘的实施例的情况下，
Figure BSA00001239720800001210
或者
Figure BSA00001239720800001211
其中x是常数，诸如在0与1之间的值。在一个实施例中，x为大约0.75。如关于图4更详细地描述的那样，磁性目标200可以被用于使用单个传感器管芯或芯片生成用于附接的旋转部件的独特的旋转位置读数。
图2B为磁性部分204B和传感器管芯214的另一个实施例的透视图。在图2B中示出的实施例中，磁性部分204B被布置为其主表面从COR 206B在径向上朝向外部。由于在旋转期间条带的轴向偏移(相对于中心位置的轴向位置)，在旋转期间各个场分量(径向、轴向和方位角)在幅度上将变化以使得它们的幅度的比较可以被用于确定全局位置，而瞬态值可以被用于确定局部位置。在图2B中所示的***200B具有中断部205B。像这样，由磁性部分204B生成的磁场关于其整个360°旋转是独特的。
要注意的是，在图2A的实施例中，空气间隙方向平行于轴向方向并且各极的径向位置变化以提供幅度调制。在图2B中，空气间隙方向在径向方向上并且各极的位置在轴向方向上变化以提供幅度调制。换句话说，用以提供幅度调制的PMR 104的空间变化在垂直于空气间隙方向的方向上，这允许贯穿于旋转而将空气间隙保持为恒定。对于图2A的径向位置变化和图2B的轴向位置变化而言，在一次旋转之后具有中断部的情况下，到参考位置的偏移(诸如到最小位置的偏移)随着方位角角度
Figure BSA0000123972080000131
增加而恒定地增加。图2C示出为针对减少的数量的极对从
Figure BSA0000123972080000132
到
Figure BSA0000123972080000133
的线性增加的示例。在其它实施例中，诸如在图2D中示出那样，偏移可以在第一区域中增加而在第二区域中减小。偏移的梯度的绝对值在第一区域和第二区域中可以是不同的，即，在相邻的极对之间的偏移的增加可以快于在在第二区域中的减小或者反之亦然。要理解的是对于图2C和图2D的实施例而言，梯度计布置也可以被用于感测磁场分量并且确定旋转位置。如之前关于替换的实施例所描述的那样，磁性部分204B也可以被配置为关于COR 206在偏心的情况下旋转，以使得在传感器管芯214与磁性部分204B之间的径向距离改变。还存在超出关于图2A和图2B描述的那些实施例的其它实施例。在替换的实施例中，例如，磁性部分可以在不偏心的情况下关于COR 206B旋转并且可以是在轴向方向上延伸的螺旋状条带。在这样的实施例中，相互垂直的场分量的幅度可以被彼此比较以确定全局位置(具有依赖于磁性部分的极对数量的精度)，并且可以通过观察在各垂直方向中的任何方向上的磁场来确定局部位置。
可以构造各种替换的目标，其生成作为
Figure BSA0000123972080000135
的函数的独特的磁场图案。例如，磁环或条带的各极(例如，110，210)不需要必定是相同的尺寸或形状。如果它们在尺寸上不同，则那么极的数量可以是偶数或奇数。更进一步地，磁性部分(例如，104，204)的厚度也可以在轴向或径向方向上变化。人们可以通过更加着重于环的内部部分并且将环的“磁性”中心向外推移来增加环的内直径附近的厚度以便抵消环的曲率。更进一步地，磁性多极可以具有如下的形状，其中内周和外周为圆形以及中心位于旋转中心上并且仍然基于相对方位角位置变化的在轴向方向上的厚度来生成独特的磁性信号输出。磁性多极的厚度可以变化以使得在一些旋转位置处磁性多极在内周附近更厚，而对于其它位置(例如，在直径上相对的位置)而言，磁性多极在外周附近更厚。更厚的部分增强场并且将“磁性”中心拉向更厚的部分，引起作为旋转角度
Figure BSA0000123972080000134
的函数的磁场差异。
图3图解包括对抗机械损坏和电干扰这两者的护罩的感测***300。在图3中所示的实施例包括许多之前关于图1A、图1B和图2描述的相同的部件，并且相同的部分被示出为具有按因数100重复的相似的参考标号。除了之前关于图1A、图1B和图2描述的部件以外，在图3中所示的实施例包括护罩316。护罩316保护传感器元件314、传感器管芯315以及磁性目标300免受由于在***内的附近部件所致机械破坏。例如，在之前描述的凸轮轴的情形下，经常存在生成可能干扰传感器元件314的正常运行或者破坏磁性目标300的热量或颗粒的附近元件。更进一步地，在一些情况下，附近部件之间的物理接触可能对传感器元件314、传感器管芯315、和/或磁性目标300引起损坏。护罩316提供物理屏障以防止这些和其它潜在的不想要的影响。更进一步地，在其中护罩316是具有大的相对磁导率的材料的实施例中，护罩316可以由于磁镜电荷而增强在传感器314处的磁场强度。如果传感器314的放置不精确，则由护罩316引起的镜电荷效应可以进一步改进磁场均匀性，并且导致更小的传感器测量误差。护罩316可以被安装以与磁性目标300一起旋转，或者它可以与传感器314保持固定关系(即，不旋转)。如果护罩316被固定到旋转磁体，则它的对传感器元件上的磁场的影响是更精确的，因为它避免了可能引起磁滞或涡旋电流的在护罩上的磁场的改变，然而，它增加了轴的惯性力矩。所以被固定到传感器或者被固定到旋转磁体的这两种护罩有着它们的优点和缺点。
图4是根据实施例的用于测量磁性目标的旋转位置的方法400的流程图。
在方框402，感测切向和/或轴向磁场分量
Figure BSA0000123972080000141
在一些实施例中，仅需要感测一个切向磁场分量
Figure BSA0000123972080000142
和轴向磁场分量Bz。例如，在方框402，人们可以在子方框402a处仅测量轴向磁场分量Bz，或者在子方框402b处仅测量切向磁场分量
Figure BSA0000123972080000143
在方框404，感测径向场分量Br。使用被定位于在方框402使用的同一传感器管芯上的传感器元件来感测径向场分量Br。像这样，在实质上与在方框402感测的切向磁场分量
Figure BSA0000123972080000144
和/或轴向磁场分量Bz相同的位置处、或者在与该同一位置差几毫米之内测量所感测到的径向场分量Br。
替换地，在方框402和方框404处感测切向、轴向和径向场分量可以包括测量梯度，梯度是在两个不同点处测量的同一场分量的差值。传感器管芯可以包含两个或更多个磁场传感器元件，两个或更多个磁场传感器元件的每个被配置为感测相同的磁场分量，诸如Br。以此方式，可以得到沿着这两个传感器元件位置的方向的Br的梯度。像这样，可以消除同类磁干扰，并且可以消除传感器元件的***偏移(零点)误差。
在方框406，将径向场分量Br与切向磁场分量
Figure BSA0000123972080000145
和/或轴向磁场分量Bz进行比较。该比较在各个实施例中可以采取很多不同的形式。例如，在第一实施例中，该比较包括生成
Figure BSA0000123972080000151
的输出。在第二实施例中，该比较包括生成Br/Bz的输出。在第三实施例中，该比较包括生成
Figure BSA0000123972080000152
的输出。在第四实施例中，该比较包括生成
Figure BSA0000123972080000153
的输出。
Br与Bz同相(即，对于N个极对而言它们具有
Figure BSA0000123972080000154
类型的
Figure BSA0000123972080000155
依赖性)，而
Figure BSA0000123972080000156
具有
Figure BSA0000123972080000157
依赖性而为正交。这三个场分量可以被写成：
Figure BSA0000123972080000158
Figure BSA0000123972080000159
Figure BSA00001239720800001510
其中N是极对的数量，并且
Figure BSA00001239720800001511
是弧度单位的方位角角度。所有信号Br、Bz和
Figure BSA00001239720800001512
具有如下共同点：它们由两个因子-振荡因子
Figure BSA00001239720800001513
或
Figure BSA00001239720800001514
和幅度因子-构成。振荡因子是其中
Figure BSA00001239720800001515
从0增加到2π的振荡。在0和2π之间的振荡数量取决于极对的数量N。
注意的是，Br具有作为
Figure BSA00001239720800001516
的函数的幅度
Figure BSA00001239720800001517
而Bz具有幅度A，其是常数(或者，在一些实施例中，具有对
Figure BSA00001239720800001518
更弱得多的依赖性的
Figure BSA00001239720800001519
的函数)。只要
Figure BSA00001239720800001520
不同于0，***就可以计算
Figure BSA00001239720800001521
其根据图1A-图1B和图2所示的实施例是
Figure BSA00001239720800001522
的平滑函数。根据该比例，可以确定磁性目标的近似旋转位置。当之前的商提供关于传感器是否更靠近第一、第二、或第N个极对的信息时，不必提供关于特别是传感器最靠近什么磁性元件的信息。因此，该函数可以被用于确定全局角度位置(具有360°/N的分辨率)，但还不能确定局部角度位置(具有比360°/N更好的分辨率)。对于局部角度位置而言，各种附加的传感器(诸如
Figure BSA00001239720800001523
和Bz传感器)可以被布置在与径向场强传感器元件相同的芯片或管芯上，以测量在那些方向上的磁场的绝对强度(而不是幅度)。
因此，在第一实施例中，所述商包含
Figure BSA00001239720800001524
项，其必须被通过一些算法消去以便确定涉及磁性目标的全局旋转位置的幅度(Br)/幅度
Figure BSA00001239720800001525
的比率，而来自方框406的第二实施例仅具有在分子和分母中被消除的
Figure BSA00001239720800001526
项，从而信号的比率与它们的幅度的比率相同(除非分子消失)。在有了幅度比率(即，幅度(Br)/幅度(Bz)或幅度(Br)/幅度
Figure BSA00001239720800001527
)的情况下，可以估计磁场传感器与磁性轨迹的中心的径向偏移并且因为该径向偏移是全局角度位置的平滑函数，所以传感器可以推断角度位置是否大致接近例如0°或90°或180°。在又一进一步的实施例中，在方框406可以将
Figure BSA0000123972080000161
和Bz互相比较以便得出
Figure BSA0000123972080000162
其给出局部角度位置。该局部角度位置具有N重不确定性，因此其不能关于全局角度位置做出决定，但是它在一个极对内即在360°/N的角度范围内具有良好的角度分辨率。传感器***可以把通过
Figure BSA0000123972080000163
和Bz获得的该局部角度位置与通过Br和
Figure BSA0000123972080000164
或者Br和Bz获得的全局角度位置组合。
在磁性梯度传感器实施例的情况下，芯片具有平行于
Figure BSA0000123972080000165
平面的主平面。两个Bz传感器元件沿着芯片表面被布置在相同的(R，z)坐标处但是在不同的
Figure BSA0000123972080000166
坐标处。该***可以测量
Figure BSA0000123972080000167
和
Figure BSA0000123972080000168
并且计算在那两个测量之间的差值。通过减法不仅消去了背景场，而且即使在其中Bz为零(诸如在沿着一个转周的2*N个跨零处)的那些旋转位置中，***也不同于上面描述的Br/Bz实施例而提供有用的数据。即使磁性多极被定位以使得在一个传感器元件上的场消失(例如，
Figure BSA0000123972080000169
)，只要两个传感器元件的间距小于磁极的方位角长度(＝π*R0/N)，在另一个传感器元件上的场也不同于零。如果Bz场随着
Figure BSA00001239720800001610
变化，则Bz场的沿着
Figure BSA00001239720800001611
方向的梯度随着
Figure BSA00001239720800001612
变化。
在方框408，确定磁性目标的旋转位置。这可以以两种方式同时地或独立地完成。首先，***可以检测
Figure BSA00001239720800001613
和/或Bz，它们是高度地振荡的。在其中磁性多极包括N个极对的那些实施例中，
Figure BSA00001239720800001614
和Bz以N个周期来近似正弦地变化。这可以被用作为速度传感器以给出关于磁性目标的旋转的增量脉冲。其次，可以使用Br分量来测量旋转位置，例如如果车轮旋转慢或者停止或者在***启动之后不久。
根据以上可以观察到的是，具有变化幅度的振荡磁场分量信号的幅度是与相关于另一磁场分量的振荡信号的幅度相关联地确定和设置的。区别于用于确定位置的其它概念，在此所描述的实施例并非将场分量设置得彼此关联(例如，
Figure BSA00001239720800001615
)，而是首先从至少两个场分量中的每个确定幅度，并且然后将幅度设置得彼此关联，例如通过相除。通过消去振荡因子来确定幅度。在梯度计***中，这可以通过沿着PRM 104的方向测量在两个不同位置处的相应场分量来实现。根据一些实施例，形成梯度计的两个传感器的传感器轨迹是相同的，其中仅位置被沿着传感器轨迹偏移。在其它实施例中，两个传感器可以被沿着PRM 104的方向布置以使得传感器轨迹被彼此偏移但是沿着两个传感器轨迹的空气间隙方向的投影仍然由PRM 104包围。要注意的是上面描述的梯度计允许在不实际通过极值的情况下确定幅度。在其它非梯度计实施例中，传感器***可以仅测量在仅一个位置处的一个场分量。在这样的***中，幅度可以典型地在经过极值(最大值或最小值)之后被确定，并且然后根据极值确定幅度。
图5A是线性位置磁性目标500的平面视图，磁性目标500包括护罩516(在该实施例中，进一步充当基底)和一系列磁性元件，包括南极磁性元件510A和北极磁性元件510B。在该实施例中，传感器轨迹被示出为x轴线，并且磁性元件510A和510B的中心被示出为虚线。应当理解的是在此示出的参考框架仅是为了方便而使用，并且不应被解释为限制。例如，在各个替换的实施例中，传感器轨迹可以是除了沿着磁性元件510A和510B的中心直接经过的所示出的虚线以外的任何具有x分量的方向。在除了沿着虚线以外的任何具有x分量的方向上，沿着y方向的场强作为位置的函数而正弦地改变。该正弦图案的幅度和它的符号(与在x或z方向上的磁场分量相关)提供可以被用于确定绝对位置的独特值。
图5B是跨图5A的线5B-5B取得的包括图5A的磁性目标500的线性位置传感器***501的横截面视图。图5B图解在两个位置x0和x1处的包括至少一个传感器元件514的传感器管芯515。如之前描述那样，在两个垂直磁场分量之间的关系可以由在传感器管芯515上的各个传感器元件感测，其中磁场分量中的一个是正弦的并且按着磁性目标500的位置的函数变化，而磁场分量中的一个则不这样。
如图5B所示，护罩516较之磁体的顶表面(z＝0)达到更高，诸如甚至比在传感器管芯515内的(多个)传感器元件更高。以此方式，护罩516屏蔽住外部By场，而在传感器管芯515与护罩516之间的距离足够大以至于不过地度影响磁性元件510A、510B的Bx、y、z场分量。
图6图解根据实施例的再—磁性目标600。在磁性目标600中，极610A和610B的宽度按绝对位置变化。因此，相邻的传感器元件可以基于场强来确定它是否最接近具有宽度W1、W2、W3或一些其它宽度的极(例如，610A，610B)。这可以通过布置检测dBy/dy的梯度计来完成，dBy/dy依赖于各极的宽度并且因此依赖于全局位置。在一些实施例中，传感器位置可以恒定处于各极的中心(相对于y方向)。
图7图解再—磁性目标700。在磁性目标700中，与关于图6描述的实施例相似，各极的宽度作为位置的函数而改变。然而，与关于图6示出的实施例相对比，极710A、710B的边缘创建并非为平滑形状的尖齿形状。
在先前的两个图的磁性目标600和700这两者中，所谓的绝对磁场传感器元件可以沿着y＝0的轴检测在y方向上的磁场By。然而，背景磁场可能被包括在该测量中(例如，如果传感器元件没有被充分地屏蔽)。替换地，梯度传感器可以被用于检测作为y的函数的By上的改变，例如，通过将一个元件放置在y＝-1mm处并且将另一个放置在y＝+1mm处，并且计算在由每个传感器元件测量的By场之间的差值。该梯度对于各极的小的y宽度而言是更大的。在那些实施例中，因为dBy/dy是微分的，所以其不会受到同类磁干扰的影响。
所有的极610A、610B和710A、710B的最小y宽度必须足够大以不会因安装容限而劣化。如果布置的y活动范围(例如，可运动部分的跨距(bearing))为+/-1.5mm，则最小宽度可以是例如4mm或更大。在大的宽度处，By作为y的函数仅微小地改变，从而***再不能在不同宽度的极之间进行区分。此外，在空气间隙改变时，By场也改变。***可以被改进以计算关于Bx幅度的By幅度、或者关于Bz幅度的By幅度，然而它们也轻微地改变。By场或By幅度的进一步的改变，或对于By幅度关于Bx幅度或Bz幅度的比率的改变可以从不精确的y定位得到。名义上传感器管芯应当位于y＝0处，但是由于组装容限，它也可能停留在例如y＝0.5mm或1mm(或-0.5mm或-1mm)。这也轻微改变了By场。所有这些原因限制了针对宽度可用的有用离散化步骤的数量(例如，图6的W3-W2，W2-W1)。
具有在钢背(具有在x方向上的4mm长的北极和南极)上的1mm厚度的条带、以及在传感器元件与磁体表面之间的1-3mm空气间隙的传感器，以及在-1.5mm-1.5mm之间的传感器y位置，可以在6个不同宽度之间进行区分：
对于w＝4mm，Ratio＝0.25-0.515
对于w＝7mm，Ratio＝0.13-0.215
对于w＝9mm，Ratio＝0.039-0.126
对于w＝12.5mm，Ratio＝0.0067-0.0385
对于w＝17mm，Ratio＝0.00075-0.0063
对于w＝22mm，Ratio＝0.00007-0.00075
其中“Ratio”是(对于其y位置相差2mm的传感器元件而言By幅度的差值)除以(在两个传感器元件上的平均Bx幅度)的比率。
在此描述的实施例解决常规***的许多缺陷。特别是，单个传感器管芯或芯片或可能包含多于一个芯片的至少单个传感器封装被使用于上面的实施例的每个中。这造成整体***的更低的成本和更高的可靠性。更进一步地，单个管芯/单个封装减少成本和与电磁兼容性和静电放电相关的故障模式。单个管芯/单个封装构造进一步通过减少连接、布线、导线、离散电容器和其它结构的数量来减少成本和故障模式。更进一步地，单个管芯/单个封装设计减少***的功率散耗。实施例可以仅使用单个多极，而不是在常规***中通常发现的两个不同的磁体(一个为多极，并且另—个为双极)。在实施例中描述的多极永磁体制造简单，因为它可以是平常的、相对平坦的结构。例如，在目标车轮(即，关于旋转中心旋转的圆形磁性目标)中，永磁体不需要被扭弯出
Figure BSA0000123972080000191
平面。在替换的实施例中，永磁性图案也可以被应用到鼓的外部(即，通过将其附接到弯曲的
Figure BSA0000123972080000192
Figure BSA0000123972080000193
表面，而不是平坦的
Figure BSA0000123972080000194
表面)。如果图6、图7的磁性条带被应用到鼓表面以使得它们完全环绕鼓由此底边缘和顶边缘(即，具有最小和最大x位置的边缘)一致，则这是容易看到的。
在此已经描述了***、装置和方法的各个实施例。这些实施例仅仅是以示例方式给出的并且不意图限制本发明的范围。此外，应当领会的是，已经描述的实施例的各个特征可以以各种方式被组合以产生很多附加的实施例。此外，虽然各种材料、尺寸、形状、配置和位置等已经被描述用于与所公开的实施例一起使用，但是在不超出本发明的范围情况下，可以利用除了所公开的那些之外的其它材料、尺寸、形状、配置和位置等。
本领域的技术人员将认识到，本发明可以包括比在上面描述任何单个实施例中说明的更少的特征。在此描述的实施例不意味着其中本发明的各个特征可以被组合的方式的穷举表示。相应地，各实施例不是特征的互相排斥的组合；相反，本发明可以包括从不同的单个实施例选择的不同的各单个特征的组合，如本领域的技术人员所理解那样。此外，关于一个实施例描述的要素可以被实现在其它实施例中，即使在未被描述于这样的实施例时，除非另外注明。虽然从属权利要求可能在权利要求书中提及与一个或多个其它权利要求的特定组合，但是其它实施例也可以包括从属权利要求与每个其它从属权利要求的主题的组合或一个或多个特征与其它从属或独立权利要求的组合。这样的组合在此被提出，除非声明不意图有特定的组合。更进一步地，意图还在任何其它独立权利要求中包括权利要求的特征，即使未使该权利要求直接从属于该独立权利要求。
上面通过文献引用进行的任何合并被限制以使得不合并与在此的清楚的公开相反的主题。上面通过文献引用进行的任何合并进一步被限制以使得包括在文献中的权利要求未被通过引用合并于此。上面通过文献引用进行的任何合并还进一步被限制以使得在文献中提供的任何定义未被通过引用合并于此，除非被明确地包括于此。
为了解释用于本发明的权利要求的目的，明确地意图的是不引用35 U.S.C第六部分112节的规定，除非在权利要求中记载了特定术语“用于…的部件”或“用于…的步骤”。

Claims (17)

1.一种位置传感器，包括:
磁性目标，其包括被配置为生成磁场的磁性多极，所述磁场在第一区域处包括第一分量、第二分量、以及第三分量，其中所述第一分量、所述第二分量、以及所述第三分量在所述第一区域处彼此互相垂直，并且其中所述磁性目标被配置并且被布置以与旋转部件一起共同旋转以使得所述第一分量在旋转过程中在所述第一区域处以非恒定的幅度振荡，
传感器管芯，其包括：
第一传感器元件，其被配置为测量在所述第一区域处的所述第一分量；以及
第二传感器元件，其被配置为测量实质上在所述第一区域处的所述第二分量或所述第三分量中的至少一个，
电路，其被配置为：确定与来自所述第一传感器元件的输出对应的第一幅度；确定与来自所述第二传感器元件的输出对应的第二幅度；以及产生与被所述第二幅度除的所述第一幅度对应的信号；以及
第三传感器元件，其被配置为：测量所述第一、第二或第三分量中的至少一个；基于所述第一、第二或第三分量中的至少一个确定全局位置；以及基于所述第三传感器元件的输出来确定局部位置。
2.根据权利要求1所述的位置传感器，其中所述磁性多极包括一组极对，其中所述第一传感器元件和所述第二传感器元件被配置为提供用以把所述磁性目标的全局位置确定在360°/N以内的信号幅度，其中N是该一组极对中的极对的数量。
3.根据权利要求1所述的位置传感器，其中所述磁性目标包括第一部分和永磁环，所述磁性多极包括被偏心地安装在具有旋转中心的所述第一部分上的环。
4.根据权利要求1所述的位置传感器，其中所述第一传感器元件和所述第二传感器元件被安装为使得到PMR的空气间隙距离在旋转过程中实质上为恒定并且在所述第一传感器元件的传感器轨迹的空气间隙方向上的投影和在所述第二传感器元件的传感器轨迹的空气间隙方向上的投影这两者都完全被所述磁性多极包围。
5.根据权利要求1所述的位置传感器，其中所述磁性多极包括非环形的几何形状。
6.根据权利要求1所述的位置传感器，其中所述磁性多极包括中断部。
7.根据权利要求1所述的位置传感器，其中所述第一传感器元件和所述第二传感器元件中的至少一个包括梯度计传感器***。
8.根据权利要求1所述的位置传感器，并且进一步包括护罩，其中所述传感器管芯被布置在所述护罩与所述磁性多极之间。
9.一种磁性多极，包括：
磁性南极和北极的交替序列，其被沿着第一方向布置，被布置为使得由磁性多极生成的磁场在第一区域处具有第一分量、第二分量、以及第三分量，其中所述第一分量、所述第二分量、以及所述第三分量在所述第一区域处互相垂直，其中
元件用以将磁性多极安装在用于绕旋转中心旋转的轴线上；以及
所述磁性多极被沿着期望的传感器轨迹布置以使得所述第一分量以沿着传感器轨迹圆不均匀的幅度振荡，并且所述第二分量以沿着传感器轨迹圆均匀的幅度振荡，其中传感器轨迹圆是以旋转轴线为中心的圆。
10.根据权利要求9所述的磁性多极，并且进一步包括基底，其中所述交替序列被布置在所述基底上。
11.根据权利要求9所述的磁性多极，其中所述磁性多极包括厚部分和薄部分。
12.根据权利要求9所述的磁性多极，其中所述磁性多极包括非环形的几何形状。
13.根据权利要求12所述的磁性多极，其中所述磁性多极包括中断部。
14.一种确定可在第一方向上运动的构件的位置的方法，所述方法包括：
沿着所述第一方向布置磁性多极，所述磁性多极包括具有交替的极性的多个磁性极；
在靠近所述磁性多极并且被在第二方向上与所述磁性多极间隔开的第一区域处布置至少两个磁传感器元件，其中所述第二方向垂直于所述第一方向；
沿着第三方向感测所述磁性多极的磁场的第一磁场分量，其中所述第三方向在所述第一区域处与所述第一方向和所述第二方向两者都垂直以生成第一信号；
沿着在所述第一区域处垂直于所述第三方向的第四方向感测所述磁性多极的磁场的第二磁场分量以提供第二信号；以及
从所述第一信号得到指示所述第一磁场分量的信号历程的幅度的第一信息并且从所述第二信号得到指示所述第二磁场分量的信号历程的幅度的第二信息；以及
组合所述第一信息和所述第二信息以便提供所述构件的全局位置。
15.根据权利要求14所述的方法，其中：
所述磁性多极的第一磁场强度是所述位置的正弦函数并且具有作为所述位置的强函数的第一幅度；以及
所述磁性多极的第二磁场强度是所述位置的正弦函数，并且具有不是所述位置的函数或相对于所述第一幅度仅是所述位置的更弱函数的第二幅度。
16.根据权利要求14所述的方法，并且进一步包括感测与在所述第一区域处垂直于所述第一方向的第三磁场对应的所述磁性多极的第三磁场强度，并且基于该第三磁场强度确定局部位置。
17.根据权利要求16所述的方法，并且进一步包括感测第一、第二或第三磁场分量之一的梯度，其中所述第三磁场分量是在与所述第一磁场分量和所述第二磁场分量正交的方向上的磁场分量。
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