专利名称：用于测量高线性磁通密度的角位置传感器的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及用于测量旋转部件角位置的角位置传感器，尤其涉及这种角位置传感器的改进结构，设计该结构用于感应线性度更高的磁通密度。
背景技术：
用于测量旋转轴角位置的典型的角位置传感器由一环形磁体、一磁轭和多个磁传感器组成，该环形磁体具有排列在其圆周方向上的N极和S极，该磁轭设置在所述磁体的外围。该磁轭具有形成在其中的径向凹槽，该径向凹槽形成气隙。磁传感器设置于气隙中且用于测量这些气隙中的磁通密度。例如，在1996年6月18日颁发的Oudet等人的美国专利US5,528,139(对应于日本专利No.2842482)公开有这种类型的角位置传感器。
所述磁体的N极和S极被设置成具有180°的角度间隔，并在所述磁体的圆周方向上产生恒速率变化的磁通密度。这使得由磁传感器测量的磁通密度随着旋转轴的转动以正弦波的形式变化。因此，用磁传感器来测量具有较高线性度的磁通密度是不可能的。确定旋转轴的绝对角位置要求大规模的对三角函数的运算和/或使用映射，这造成了系统的运算负担不合要求地过大的问题。

发明内容
因此本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点。
本发明的另一个目的在于提供一种设计用来测量线性度较高的磁通密度的角位置传感器。
依照本发明的一个方面，提供一种可以用于机动车辆的电动转向装置中的角位置传感器。该角位置传感器包括(a)与旋转部件连接的硬磁部件，该硬磁部件具有圆周，并且在其圆周方向上被磁化以在其周围产生磁场；(b)设置于由硬磁部件产生的磁场内的软磁部件以形成磁路，旋转部件的旋转改变磁场和硬磁部件之间的相对位置，从而引起磁路内磁通密度的变化；以及(c)磁通密度测量传感器，其设置在远离软磁部件的一间隔处。磁通密度测量传感器用来测量磁路内的磁通密度，以产生一个表示旋转部件角位置的作为磁通密度的函数的信号。硬磁部件被设计得使得在其圆周方向上的给定角范围内产生数量基本一致的磁通量，由此使得在磁路内产生的磁通密度与旋转部件的角位置的变化基本成比例地变化，这就使得角位置传感器能够提供对于旋转部件的旋转来说具有较高线性度的输出的变化。
在本发明的最佳实施方式中，硬磁部件具有极性彼此不同的第一磁极和第二磁极，并且它们在其端部连结在一起以限定硬磁部件的圆周。该第一和第二磁极用来在硬磁部件圆周方向上的在第一和第二磁极中心部分周围所限定的角范围内产生数量上基本一致的磁通量。这种结构在第一和第二磁极中的每一个的中心部分周围的角范围内基本上以矩形波形式提供旋转部件旋转时所产生的磁通量的数量的变化。
第一和第二磁极的中心部分可以在与垂直于在硬磁部件的圆周上延伸的平面的方向上具有所限定的厚度，该厚度小于在第一和第二磁极端部之间的接合部位周围的第一和第二磁极部分的厚度。特别地，第一和第二磁极的中心部分较薄，换句话说，第一和第二磁极的外围区域小于在第一和第二磁极的端部之间的接合部位周围的部分的区域，使得从中心部分产生的磁通总量与当第一和第二磁极在硬磁部件圆周上具有一致的厚度时的磁通总量相比较下降了，因此导致在第一和第二磁极中心部分周围所限定的角范围内的磁通量一致。
可选择地，第一和第二磁极的中心部分具有在平行于在硬磁部件的圆周上延伸的平面的方向上所限定的宽度，该宽度小于在第一和第二磁极端部之间的接合部位周围的第一和第二磁极部分的宽度。特别地，第一和第二磁极的外围区域小于那些在第一和第二磁极端部之间的接合部位周围的部分的区域，使得从中心部分产生的磁通总量与当第一和第二磁极在硬磁部件的圆周上宽度一致时的磁通总量相比较下降了，因此导致在第一和第二磁极中心部分周围所限定的角范围内的磁通量一致。
可选择地，硬磁部件可以具有次软磁部件，其用于将从第一和第二磁极产生的磁通量转换成在给定角范围内数量上基本一致的磁通量。该次软磁部件位于第一和第二磁极的中心部分的外围。
在该结构中，其中硬磁部件在垂直于在其圆周上延伸的平面的方向上限定有厚度，该厚度小于软磁部件的厚度，硬磁部件和软磁部件可以被设置得使得在硬磁部件圆周中心线上所限定的平面在其厚度方向上与在软磁部件的圆周中心线上所限定的平面在其厚度方向上相符。该结构用于即使在硬磁部件的厚度方向上发生硬磁部件和软磁部件之间的轻微移动，也使硬磁部件在其厚度方向上保持在软磁部件内部，因此使得要由磁通密度测量传感器所测量的磁通密度方面的变化最小化。
角位置传感器可以进一步包括围绕软磁部件的磁屏，其可以使由外部磁扰引起的传感器输出误差最小化。
软磁部件可以具有圆周，并且被设置于硬磁部件的圆周之外。该软磁部件可以具有形成在其中的在软磁部件的圆周方向上间隔为近似90°的第一、第二、第三和第四间隙。软磁部件外围和磁屏之间的距离大于在软磁部件的圆周方向上的第一到第四间隙中的每一个的长度，因此避免了磁通量从软磁部件向磁屏中的泄漏。
硬磁部件的第一和第二磁极的在垂直于在硬磁部件的圆周方向上延伸的平面的方向上所限定的宽度可以朝着第一和第二磁极的圆周中心方向递减。特别地，在第一和第二磁极的圆周中心的周围的外围区域小于那些在第一和第二磁极端部之间的接合部位周围的部分的区域，因此从中心部分产生的磁通总量与当第一和第二磁极在硬磁部件圆周上宽度一致时的磁通总量相比较下降了，从而导致在第一和第二磁极中心部分周围所限定的角范围内的磁通量一致。
硬磁部件和软磁部件中的每一个可以具有圆形内部圆周。硬磁部件可以具有几何学意义上的基本圆形的外圆周，在与硬磁部件圆周方向垂直的方向上的第一和第二磁极的圆周中心的宽度小于第一和第二磁极之间的接合部位的宽度。
在该结构中，其中硬磁部件在垂直于在硬磁部件的圆周上延伸的平面的方向上所限定的厚度大于软磁部件的厚度，硬磁部件的在垂直于在硬磁部件的圆周上延伸的平面的方向上相对的端部可以突出到在与硬磁部件的圆周垂直的方向上的软磁部件的端部外侧。这使得磁通量从硬磁部件拐角处流出软磁部件，这用于吸进铁粉以避免其粘在软磁部件的内表面及硬磁部件的外部周边的相对部分，这就确保在扩展的时段，磁通量从硬磁部件流向软磁部件的内部周边的流动的稳定性。
依照本发明的第二方面，提供一种角位置确定装置，其包括(A)角位置传感器包括(a)与旋转部件相连的硬磁部件，所述硬磁部件具有圆周并且在其圆周方向被磁化，以在其周围产生磁场，并且用于在其圆周方向的给定的角范围内，产生数量上基本上一致的磁通量，所述硬磁部件具有第一磁极和与第一磁极极性不同的第二磁极，第一和第二磁极在其端部连在一起，其端部在所述硬磁部件的圆周方向上彼此分开180°，(b)设置于所述硬磁部件圆周外部的软磁部件，在所述硬磁部件产生的磁场内形成磁路，旋转部件的旋转引起磁场和所述硬磁部件之间相对位置改变，使得磁路内的磁通密度改变，所述软磁部件具有形成在其中的间隔近似90°的间隙，和(c)包括第一和第二传感元件的磁通密度测量传感器，这两个传感元件分别设置于所述软磁部件的圆周方向上邻近的两个间隙中，第一和第二传感元件用于测量两个间隙内的磁通密度，并且产生表示该磁通密度的电信号；和(B)角位置计算电路，其用于根据由所述磁通密度测量传感器产生的电信号计算旋转部件的角位置。特别地，在间隙中产生的磁通密度彼此在相位上相差90°，所以第一和第二传感器元件的输出彼此在相位上也将相差90°，从而可以使角位置计算电路在全部角范围内确定旋转部件的角位置。
角位置计算电路被设计用来结合电信号以在全部角范围内确定旋转部件的角位置。
角位置计算电路被设计得至少对由所述磁通密度测量传感器提供的电信号执行加、减、乘、除运算之一，因此这使得角位置计算电路的运算负担减轻了。
旋转部件可以是与机动车辆的方向盘(steering wheel)相连的转向轴(steering shaft)。
依照本发明的第三方面，提供一种角位置确定装置，其包括(a)与旋转部件相连的环形硬磁部件，所述硬磁部件包括第一磁极和与第一磁极极性不同的第二磁极，第一和第二磁极在其端部连在一起，其端部在所述硬磁部件的圆周方向上彼此分开180°，所述硬磁部件被设计得使得产生在其圆周方向上的给定角范围内在数量上基本一致的磁通量；(b)设置于所述硬磁部件圆周外面的软磁部件，其中形成有以近似90°间隔排列的间隙，旋转部件的旋转改变所述硬磁部件与所述软磁部件之间的相对位置，导致间隙中的磁通密度改变；(c)磁通密度测量传感器，在间隙阵列的方向上邻近的两个间隙中的一个上设置一磁通密度测量传感器，所述磁通密度测量传感器用于测量在两个间隙内的磁通密度并且产生用来表示该磁通密度的电信号，该电信号呈现彼此间间隔90°相移的基本上三角形的波，并且其中的每一个都具有直线部分；和(d)用于结合并修正所述三角波的直线部分以形成基本上单条直线的角位置计算电路。所述角位置计算电路利用该直线计算旋转部件的角位置。这种结构用于提供作为旋转部件的角位置的改变的函数的线性度较高的磁通密度传感器的输出。上述的结合与修正使得在确定旋转部件的角位置中的误差最小化。
由所述磁通密度测量传感器所产生的电信号为电压信号，其电平作为旋转部件角位置的函数而变化。三角波的直线部分的修正是在所述角位置计算电路中通过从直线部分提取多个段来实现的，其中每一个在预先选择的旋转部件的旋转角范围之一上延伸，使所述段的倾斜标记彼此相符，平行移动这些段使每一段的端点处的电压电平与相邻的一段的端点处的电压电平相符，并且连接所移动的段来产生单一的电压—角度线，定义在由单一的电压—角度线所表示的最大电压电平和最小电压电平之间延伸的电压—角度线，在电压—角度直线中间确定中间电压电平，确定需要使中间电压电平与理想电压电平相符的电压修正值，并且确定需要使电压—角度线的倾斜与理想情况相符的倾斜修正值。
每一磁通密度测量传感器可以被设计得用于修正电信号，使得因环境温度引起的误差得到补偿。
每一磁通密度测量传感器可以配备有温度—修正值映射。每一磁通密度测量传感器用于从温度—修正值映射中提取对应于环境温度的修正值，并且使用该修正值修正电信号。
角位置计算电路可以在其中存储电信号中理想的最大电压电平和理想的最小电压电平，在电信号的实际最大电压电平和理想的最大电压电平之间确定第一差值，以及在电信号的实际最小电压电平和理想的最小电压电平之间确定第二差值，并使用该第一和第二差值来修正实际的最大与最小电压电平。通常，由硬磁部件产生的磁通量随着环境温度的上升而逐渐下降，这就导致由磁通密度测量传感器所测量的磁通密度下降。这将导致磁通密度测量传感器的输出电压电平下降。为了解决这个问题，角位置计算电路被设计得以上述方式补偿从磁通密度测量传感器输出的电压电平的下降。


从下面给出的详细描述和从本发明的最佳实施例的附图中，本发明将得到更全面的理解，然而，特定的实施例不应该用来限定本发明中，而应仅用于解释与理解的目的。
在附图中图1(a)为表示依照本发明的第一实施例的角位置传感器的侧视图；图1(b)为沿着图1(a)的线I-I的横截面图，其表示第一实施例的角位置检测器；图2为表示图1(a)和图1(b)中的角位置传感器的磁体的透视图；图3(a)为表示从图2中的磁体的流出的磁通量方向的平面图；图3(b)为表示在固定有磁体的旋转轴的旋转时磁通量变化的周期性波形图；图4(a)为表示当旋转轴在0°角位置时，磁体和旋转轴之间的位置关系的横截面图；图4(b)为表示当旋转轴在90°角位置时，磁体和旋转轴之间的位置关系的横截面图；图4(c)为表示当旋转轴在180°角位置时，磁体和旋转轴之间的位置关系的横截面图；图4(d)为表示在固定有磁体的旋转轴的旋转时，磁传感器的传感元件的输出电压的变化的周期波形图；图5为在角位置计算电路中执行的程序流程图，以产生表示旋转轴角位置的输出电压；图6为由图5中的程序产生的输出电压图表；图7(a)表示依照本发明的第二实施例的角位置传感器的侧视图；图7(b)为沿着图7(a)中的线VII-VII的横截面图，其表示第二实施例的角位置检测器；
图8(a)为沿固定有磁体的旋转轴长度方向的剖面图，它表示依照本发明的第三实施例的角位置检测器；图8(b)为沿着图8(a)中的线VIII-VIII的横截面图；图9为表示在图8(a)的角位置检测器周围流动的磁通量的横截面图；图10为表示图8(a)中的角位置检测器的变更形式的横截面图；图11为表示依照本发明第四实施例的配备了角位置检测器的电动转向装置的截面图；图12(a)为表示依照本发明第五实施例的角位置传感器的磁体的平面图；图12(b)为表示图12(a)中所图示磁体的改进形式的平面图；图13(a)为表示依照本发明第五实施例的角位置传感器的平面图；图13(b)为沿图13(a)中的A-A线的竖向剖面图；图14为表示图13(a)中所示角位置传感器的变更形式的平面图；图15(a)为表示依照本发明第六实施例的角位置传感器的平面图；图15(b)为图15(a)的侧视图；图16(a)为表示第六实施例中的角位置传感器的变更形式的侧视图；图16(b)为图16(a)的横截面图；图17为显示依照本发明的第七实施例，表示在旋转轴旋转时安装于角位置传感器中的磁传感器的传感元件的输出电压的变化的理想波形图；图18为表示在第七实施例的角位置计算电路的输出电压方面的变化的理想波形图；图19表示依照本发明的第七实施例，在旋转轴旋转时安装于角位置传感器上的磁传感器的传感元件的输出电压的实际变化的波形图；图20为表示在传感器元件的输出电压的波形的直线段彼此不在一条直线上的情况下，角位置计算电路的输出电压的图；图21为表示角位置计算电路的输出电压经修正后的图；
图22为角位置计算电路为产生如图21的输出电压而执行的程序流程图；图23为表示依照本发明第八实施例中的角位置计算电路的输出电压变化的理想波形图；图24(a)为表示使用图12(b)中所示的磁体的角位置传感器的一个例子的平面图；图24(b)为依照本发明第九实施例的角位置传感器的平面图；图25为表示由安装于图24(b)中所示的角位置传感器中的磁体所产生的磁通量的图；图26为表示依照本发明第十实施例的角位置传感器的平面图；图27(a)为表示依照本发明第十一实施例的角位置传感器的垂直剖面图；图27(b)为表示图27(a)的角位置传感器的变更形式的垂直剖面图。
具体实施例方式
参照附图，其中在附图中相同的附图标记指的是相同的部件，尤其是图1(a)和图1(b)，它们表示依照本发明第一实施例的角位置检测器1。
角位置检测器1主要包括安装在旋转轴2外围的角位置传感器和角位置计算电路6。角位置计算电路6设计成利用角位置传感器的输出确定旋转轴2的角位置。
角位置传感器包括由硬磁材料制成的磁体3，由软磁材料制成的磁轭4，和用于测量磁通密度的磁传感器5。
磁体3为环形并且固定在旋转轴2的外围。该磁体3由两个半圆部分组成一个具有N极3a，并且另一个具有S极3b。N极3a和S极3b在其彼此远离180°的位置处的端部整体地连接在一起。如图2所示，磁体3具有厚度h，该厚度从N极3a和S极3b之间的接合部位3c到N极3a和S极3b的圆周中心逐渐减小。
磁轭4为环形并由4a至4b四段组成(下面还会被称为第一、第二、第三和第四磁轭段)，它们围绕磁体3外围排成圆形，经气隙41位于彼此相距近似为90°的位置。如图1(a)所示，磁轭4的厚度大于磁体3的厚度。磁轭4的圆周中心线(也就是，通过磁轭4厚度的中部的延长线)与磁体3在其整个圆周上的圆周中心线相符。换句话说，即磁体3和磁轭4被设置得使得在磁体3的厚度方向上的磁体3的圆周中心线上所限定的平面与在磁轭4的厚度方向上的磁轭4的圆周中心线上所限定的平面相符。
磁传感器5由第一传感元件5a和第二传感元件5b组成。第一传感元件5a设置于第一磁轭段4a和第四磁轭段4d之间的间隙41内。第二传感元件5b设置于第一磁轭段4a和第二磁轭段4b之间的间隙41内。第一元件5a和第二元件5b分别用于测量在间隙41内产生的用磁通密度表示的磁通量。第一传感元件5a和第二传感元件5b被磁轭4分隔开，并且每个通过，例如霍尔传感器、霍尔IC或磁阻装置来实施，其用于输出作为在间隙41中的磁通密度的函数的电信号(即电压信号)到角位置计算电路6。
角位置计算电路6用于利用从第一传感元件5a和第二传感元件5b输出的电信号确定旋转轴2的角位置(即绝对角度)。特别地，角位置计算电路6和第一传感元件5a及第二传感元件5b的输出结合或者连接在一起，用于确定超过90°的旋转轴2的角位置。
由磁体3产生的磁通密度将在下面描述。
如上面所描述的，磁体3的厚度h，从N极3a的端部与S极3b的端部之间的接合部位3c到其圆周中心处是减小的，使得N极3a与S极3b圆周中心的厚度小于接合部位3c的厚度。特别地，在磁体3的N极3a与S极3b圆周中心的外围表面的面积小于当在磁体的整个圆周上厚度h为常数时的面积。换句话说，即在磁体3半径方向产生的磁通量，从磁通密度最大的N极3a与S极3b的圆周中心开始下降。这使得围绕磁体3的N极3a与S极3b圆周中心的磁通总量几乎一致。磁体3(即旋转轴2)的旋转将使流经磁传感器5的传感元件5a和5b的每一个的磁通量以如图3(b)所示的波形的形式循环变化。在X范围内(也就是在N极3a的圆周中心周围)的磁通量与在Y范围内(也就是在S极3b的圆周中心周围)的磁通量基本相同。
选择从N极3a和S极3b之间的接合部位3c开始磁体3的厚度h下降，使得从每一个N极3a与S极3b的圆周中心周围开始产生的磁通量基本为常数。
当旋转轴2沿其圆周方向旋转时，利用磁传感器5测量的磁通密度的变化将在下面结合附图4(a)至4(d)描述。
如图4(a)所示，当旋转轴2在0(0°)角位置I处时，没有磁通量流经第一磁轭段4a和第四磁轭段4d之间的间隙41，所以磁通密度显示为0(0)，而负极性的最大磁通密度在第一磁轭段4a和第二磁轭段4b之间的间隙41处产生。如图4(d)所示，第一传感元件5a和第二传感元件5b在虚线I上输出具有电平的电压信号。
如图4(b)所示，当旋转轴2从角位置I顺时针旋转90°到达角位置II时，使得在第一磁轭段4a和第四磁轭段4d之间的间隙41中产生正极性的最大磁通密度，而没有磁通量流经第一磁轭段4a和第二磁轭段4b之间的间隙41。如图4(d)所示，第一传感元件5a和第二传感元件5b在虚线II上输出具有电平的电压信号。
如图4(c)所示，当旋转轴2从角位置II进一步顺时针旋转90°到达角位置III，使得在第一磁轭段4a和第二磁轭段4b之间的间隙41中产生正极性的最大磁通密度。如图4(d)所示，第一传感元件5a和第二传感元件5b在虚线III上输出具有电平的电压信号。
如上所述，从每个N极3a和S极3b的圆周中心周围流过的磁通量基本上为常数，从而使得在旋转轴2旋转期间，在第一磁轭段4a和第四磁轭段4d之间的间隙41内及在第一磁轭段4a和第二磁轭段4b之间的间隙41内的磁通密度以匀速率变化，所以第一传感元件5a和第二传感元件5b输出如图4(d)中实线表示的电压信号。
图5表示由角位置检测器1的角位置计算电路6所执行的逻辑步骤或程序的流程图。在下面的讨论中，第一传感元件5a和第二传感元件5b输出的电压分别用Va和Vb表示，并且角位置计算电路6的输出电压用Vout表示。
在进入该程序(program)之后，例行程序(routine)执行步骤1，其中确定输出电压Va是否大于3.0V。如果得到的答案为YES(Va＞3.0V)，则例行程序执行步骤6，其中根据关系式Vout＝1+Vb来确定输出电压Vout然后返回步骤1。
可选择地，如果得到的答案为NO(Va≤3.0V)，则例行程序执行步骤2，其中确定输出电压Va是否小于2.0V。如果得到的答案为YES(Va＜2.0V＝，则例行程序执行步骤7，其中根据关系式Vout＝4-Vb来确定输出电压Vout，然后返回步骤1。
可选择地，如果得到的答案为NO(Va≥2.0V)，则例行程序执行步骤3，其中确定输出电压Va是否小于2.4V。如果得到的答案为YES(Va＜2.4V＝，则例行程序执行步骤8，其中根据关系式Vout＝Va来确定输出电压Vout，然后返回步骤1。
可选择地，如果得到的答案为NO(Va≥2.4V)，则例行程序执行步骤4，其中确定输出电压Vb是否大于2.6V以及输出电压Va是否小于2.5V。如果得到的答案为YES(Vb＞2.6V且Va＜2.5V＝，则例行程序执行步骤9，其中根据关系式Vout＝3-Va来确定输出电压Vout，然后返回步骤1。
可选择地，如果在步骤4得到的答案为NO，则例行程序执行步骤5，其中确定输出电压Vb是否大于2.6V以及输出电压Va是否大于等于2.5V。如果得到的答案为YES，则例行程序执行步骤10，其中根据公式Vout＝7-Va来确定输出电压Vout，然后返回步骤1。
可选择地，如果在步骤5得到的答案为NO，则例行程序执行步骤11，其中根据关系式Vout＝0来确定输出电压Vout，然后返回步骤1。
图6表示由上述操作得出的角位置计算电路6的输出电压Vout，旋转轴2以恒速率在360°的角度范围(即-180°至+180°)内变化。特别地，角位置计算电路6用于输出超出其满量程角范围的旋转轴2的绝对角位置。
该实施例中角位置检测器1的结构，正如从上述讨论中所显而易见的，提供下述效果。
选择磁体3的厚度h使得其从N极3a的端部和S极3b的端部之间的接合部位3c到其圆周中心下降，使得在每个N极3a和S极3b的圆周中心的周围的外围表面面积将为最小。这使得流出在每个N极3a和S极3b的圆周中心周围的外围表面的磁通密度为常量，使得在旋转轴2旋转期间，在间隙41内的磁通量以基本上恒速率变化。特别地，第一传感元件5a和第二传感元件5b中的每一个用于输出间隙41内的作为表现出较高的线性度的磁通密度函数的电压信号。
如图3(b)所示，磁体3被设计得使其产生在其半径方向上以矩形波形式变化的磁通量，从而使磁传感器5感应基本上以三角波形式变化的磁通密度。这使得角位置计算电路6可以使用简单的运算，如加、减、乘、除或其组合运算来正确确定旋转轴2的角位置，而不用执行象三角函数运算这样的高负载运算。
如图1(a)所示，磁轭4的厚度比磁体3的厚度大。磁轭4的圆周中心线与磁体3整个圆周上的圆周中心线相符。该结构使得固定有磁体3的旋转轴2在其长度方向上在一范围内移动，在该范围内，磁体3位于在旋转轴2的长度方向上磁轭4的相对端面(也就是，如图1(a)所示的上下端面)内，从而减少了泄漏到磁轭4外面的磁通量，即磁通密度的变化可以通过磁传感器5来测量。
角位置计算电路6被设计得结合从磁传感器5的传感元件5a和5b输出的电信号，从而能够产生表示超过90°范围或更多的模拟信号的角位置。
在流程图5中使用的与磁传感器5的输出电压进行比较的门限电压仅仅是参考值并根据磁传感器5的输出幅度而被最佳改变。
图7(a)和7(b)表示依照本发明第二实施例的角位置检测器1。
与第一实施例不同的是，磁轭4由一片圆环组成，它具有在其圆周方向上形成的90°角间隔的四个凹槽42，以形成间隙41。凹槽42的形成可以通过磨削来获得。
该实施例的结构易于实现磁轭4在磁体3周围的定位，并且导致形成角位置传感器的部分减少。
通过对磁轭4的磨削形成凹槽42用来最小化在磁轭4的圆周方向上的间隙41的位置的偏移和/或最小化在磁轭4圆周方向上凹槽42或间隙41的尺寸的误差。
其它安排与第一实施例中的相同，其详细的阐述在此将省略。
图8(a)和8(b)表示依照本发明第三实施例的角位置检测器1。图8(a)为沿旋转轴2长度方向的所取的表示角位置检测器1的剖面图。图8(b)是沿图8(a)中的线VIII-VIII的横向剖面图。
角位置检测器1包括环形磁屏7，在磁屏7中设置有磁体3、磁轭4、磁传感器5和角位置计算电路6。如图8(b)所示，设置磁轭4的外围与磁屏7之间的距离大于间隙41在磁轭4的圆周方向上的长度L，从而使得从磁轭4向磁屏7的磁通量泄漏最小。
图8(a)清楚地表示出磁传感器5具有在平行于旋转轴2的长度方向上延伸并与角位置计算电路6相连接的接线端。角位置计算电路6通过束线8连接到外部微机(未示出)。
如图9所示，包围磁轭4的磁屏7用于保护磁轭4免受在角位置检测器1周围流动的磁通量10，从而消除了磁通量10对于间隙41内的磁通密度的不利影响。
如图10所示，可选择地，磁传感器5具有沿磁轭4的半径方向上延伸并与角位置计算电路6相连的接线端。
其它安排与第一实施例中的相同，其详细的阐述在此将省略。
图11表示第四实施例，其中第一实施例的角位置检测器1安装于用于机动车辆的电动转向装置(electric power steering device)11中，该装置用于手动地辅助车辆的负重轮(road wheel)的转向。当然，可选择地，第二、第三实施例中之一的角位置检测器1可以用于该实施例。
电动转向装置11包括输入轴11a，输出轴11b，扭杆11c，扭矩传感器11d，安装于角位置计算电路6中的控制器，电动机11e，扭矩发送器11f和罩11g。输入轴11a与车辆的方向盘相连。输出轴11b与车辆的可转向的负重轮相连。扭杆11c将输入轴11a和输出轴11b连在一起。扭矩传感器11d用来测量加到转向轮上的转向力或扭矩。控制器用于确定作为扭矩传感器11d的输出的函数的目标转向辅助扭矩(target steering assist torque)。电动机11e用来产生由控制器确定的目标转向辅助扭矩。扭矩发送器11f用来减小电动机11e的输出轴的速度以提高由电动机11e的输出的扭矩，并且将其传送给输出轴11b。罩11g盖住扭矩发送器11f。
角位置检测器1的角位置传感器围绕输入轴11a安装。角位置计算电路6固定在罩11g上并接收角位置传感器和扭矩传感器11d的输出。角位置计算电路6用于确定作为角位置传感器(即磁传感器5)的输出的函数的输入轴11a的角位置(也就是车辆的方向盘的转向角)。
图12(a)和12(b)显示依照本发明第五实施例的角位置检测器1的磁体3。在上述实施例中使用的相同的附图标记指的是相同的部件。图12(a)表示磁体3沿通过N极3a和S极3b的圆周中心的延长线的被拉长的一个例子。图12(b)表示磁体3在与通过N极3a和S极3b的圆周中心的延长线垂直的方向被拉长的另一个例子。
如在图12(a)和12(b)中每一个中所示的磁体3由椭圆形的环制成，并且在其半径方向上具有宽度F，该宽度F从N极3a和S极3b之间的接合部位3c到N极3a和S极3b的圆周中心逐渐减小。具体地，N极3a和S极3b的圆周中心处的宽度F小于接合部位3c处的宽度F，换句话说，也就是N极3a和S极3b的圆周中心处的体积小于接合部位3c处的体积。这使得与第一实施例类似，围绕磁体3的N极3a和S极3b的圆周中心的磁通总量基本相同。磁体3(即旋转轴2)的旋转将引起流经磁传感器5的每个传感元件5a和5b的磁通量以如图3(b)所示的波形循环变化。在X范围内(也就是在N极3a的圆周中心周围)的磁通量与在Y范围内(也就是在S极3b的圆周中心周围)的基本相同。
图13(a)和13(b)表示角位置检测器1的角位置传感器的变更形式。磁体3具有在其厚度方向(即旋转轴2的长度方向)上彼此相对的N极3a和S极3b。磁体3在其整个圆周上具有相同的厚度和宽度。N极3a和S极3b中的每一个在磁体3的整个圆周上具有相同的厚度。次磁轭44a和44b由具有L形截面的弧形软磁部件制成，如图13(b)清楚地所示，其以对角相对的关系安装于磁体3的N极3a和S极3b的端部上，使得它们围住磁体3的外围部分。次磁轭44a和44b用来平均在其半径方从磁体3流出的磁通量，以产生基本相同的磁通量。其它安排与第一实施例中的相同，其详细的阐述在此将省略。
图14显示角位置检测器1的角位置传感器的另一种变更形式。磁体3在其整个圆周上具有相同的厚度和宽度。磁体3具有N极3a和S极3b，其与第一实施例类似，是在磁体3中心的两端直径上彼此对置的。特别地，N极3a和S极3b分别包括磁体3的180°圆周。与图13(a)和13(b)中的类似，次磁轭44a和44b安装在靠近N极3a和S极3b的圆周中心的磁体3的外围上并用于校准，在磁体3的N极3a和S极3b圆周中心周围的磁通量基本相同。其它安排与第一实施例中的相同，其详细的阐述在此将被略去。
图15(a)和15(b)表示依照本发明第六实施例的角位置检测器1的角位置传感器。
磁体3由两个弧形磁性部件组成，它们彼此连在一起，并且每一个都具有在其厚度方向(即旋转轴2的长度方向)上彼此相对的N极3a和S极3b。N极3a和S极3b在弧形磁性部件的整个圆周上具有统一的厚度。磁体3总体上也具有在其半径方向上彼此相对的N极3a和S极3b。从图15(a)中可以看出，磁体3的内径大于磁轭4的内径，而磁体3的外径小于磁轭4的外径。图15(b)清楚地表示，磁体3在其一端面与磁轭4的一端面相对。其它安排与第一实施例中的相同，其详细的阐述在此将被略去。
第一至第六实施例中每一个中的磁轭4由四段组成，但是可选择地，如图16(a)和16(b)所示，也可以由两个弧形段4e和4f组成。磁轭段4e和4f通过彼此远离180°的间隙4l在其端部彼此相对。磁性传感元件5c设置在间隙4l内。可选择地，磁轭4可以由多于四段组成。其它安排与第一实施例中的相同，其详细的阐述在此将被略去。
下面将参照图17至22描述本发明第七实施例中的角位置检测器1。
图17表示磁传感器5的传感元件5a和5b的输出电压Va和Vb的理想波形。图18表示角位置计算电路6的理想输出电压Vl。
在旋转轴2的完整一圈(即-180°至+180°)的角范围内，传感元件5a的输出电压Va的波形包括直线段Val1、Val2和Val3。在旋转轴2的完整一圈的角范围内，传感元件5b的输出电压Vb的波形包括直线段Vbl1和Vbl2。输出电压Va和Vb基本上是三角形的并且被移动在相位上相差90°。角位置计算电路6用于执行操作，如第一实施例中讨论的，将直线段Val1、Val2、Val3 Vbl1和Vbl2的倾斜标记彼此一致，并且平行移动它们，如图18所示，以形成由直线段Val1、Val2、Val3 Vbl1和Vbl2结合组成的直线。这能够使旋转轴2的绝对角位置在超过360°的角范围被正确地确定。
如上所述，磁传感器5用于测量作为磁通密度的从磁体3产生的磁通量。通常，由于其几何生产误差，磁体3产生的磁通量是变化的，这将导致磁传感器5的传感元件5a和5b的输出电压Va和Vb变化。而输出电压Va和Vb的变化将导致角位置计算电路6的输出电压Vl变化。特别地，显示于每一直线段Val1、Val2、Val3 Vbl1和Vbl2端点处(即直线段Val1、Val2、Val3 Vbl1和Vbl2的每个结合点P1、P2、P3和P4)的电压电平，可能与直线段Val1、Val2、Val3 Vbl1和Vbl2中相邻的一个的不相合，这就导致在图18中的直线上的直线段Val1、Val2、Val3 Vbl1和Vbl2之间移动。
为了避免上述问题，如下面所讨论的，本实施例的角位置计算电路6被设计用来校正磁传感器5的传感元件5a和5b的输出电压Va和Vb，来保证角位置计算电路6的输出电压Vl的波形的线性度。
图19表示磁传感器5的传感元件5a和5b的输出电压Va和Vb的周期性波形的实际例子。图20表示角位置计算电路6在输出电压Va和Vb波形的直线段Val1、Val2、Val3、Vbl1和Vbl2(在该图中用La1、La2、La3、Lb1和Lb2表示)彼此不在一条直线上时的情况下的输出电压LH。图21表示在出现于直线段La1、La2、Lal3、Lb1和Lb2的连结点P1、P2、P3和P4处的电压被校正后，角位置计算电路6的输出电压LH。图22表示为了保证输出电压LH波形的线性度，由角位置计算电路6执行的逻辑步骤或程序的流程图。
在进入程序之后，例行程序执行步骤100，其中由其90°相移而产生的输出电压Va和Vb的波形的两个交叉点Xmax和Xmin，如图19所示，被发现用于确定出现在交叉点Xmax和Xmin处的输出电压VXH和VHL。
例行程序执行步骤101，其中在步骤100中所确定的输出电压VXH和VHL之间的中间电压VXM，按照下面的等式计算。
VXM＝(VXH+VXL)/2例行程序执行步骤102，其中执行与图5中相同的操作来确定直线段La1、La2、La3、Lb1和Lb2的端点位置(也就是电压)，如图20所示，以被连接在一起(也就是，连接点P1、P2、P3和P4)。在执行图5的程序中，步骤1中的3.0V被输出电压VXH代替，步骤2中的2.0V被输出电压VXL代替，步骤4中的2.5V被中间电压VXM代替。
确定连接点P1，P2，P3和P4的方式将会在下面详细描述。
在如图20中所示的如上所述连接在一起的直线段La1，La2，La3，Lb1和Lb2的末端的电压电平P10到P17中的每一个都与邻近的不同。因此，首先平行移动直线段Lb1直到直线段Lb1的电压P11和直线段La3的电压P11之差下降为0。换句话说，移动直线段Lb1同时保持其倾角不变以使得电压P11与直线段La3的电压P10在电平方面一致。同样，平行移动直线段La1使得其上电压P13与平行移动的直线段Lb1的电压P12一致。平行移动直线段Lb2使得其电压P15与平行移动的直线段La1的电压P14一致。最后，平行移动直线段La2使得其电压P17与平行移动的直线段Lb2的电压P16一致。这样形成了单条直线。平行移动后的直线段La2的末端的电压P18在图21中图示为最大电压P18a。为了方便观看，在图21中示出的最大电压P18a比4.5V大得多。
随后，如图21中所示，直线LH被确定，其在平行移动的直线段La2上的最小电压P9和最大电压P18a之间延伸。最大电压P18a的值VH和最小电压P9的值VL之间的中点电压值VM使用下述公式确定。
VM＝(VH+VL)/2然后，例行程序执行到步骤103。中点电压值VM不是总与理想直线Vl上的中点电压值2.5V相同，如图20到21中的点线所示。因此，中点电压校正值Vofs根据下述公式确定以将中点电压值VM校正到2.5V。
Vofs＝VM-2.5例行程序执行到步骤104。在最大电压P9和最小电压P18a之间延伸的直线LH的倾角K不是总与理想直线Vl的倾角相同。因此，根据下述公式确定倾角校正值Kf以使倾角K与理想直线Vl的一致。
Kf＝4/(VH-Vl)例行程序执行到步骤104，其中根据下述公式使用中点电压校正值Vofs和倾角校正值Kf校正角位置计算电路6的实际输出电压Vj以产生输出电压Vout’。
Vout’＝(Vj-2.5+Vofs)×Kf+2.5上述校正工作使得角位置计算电路6的输出电压Vout’几乎与理想输出电压一致。具体地，在步骤102中的平行移动操作中由直线段La1，La2，La3，Lb1和Lb2组成的线被校正成与由直线段VaL1，VaL2，VaL3，VbL1和VbL2组成的理想线几乎重叠。角位置计算电路6的输出电压范围也被调整成理想输出电压范围0.5V到4.5V。上述操作使能角位置计算电路6能工作，以在360°全范围内最小错误地测量的转轴2的绝对角位置。
与上述讨论明显不同，在步骤102中平行移动操作中用来在连接点P1，P2，P3和P4处连接直线段La1，La2，La3，Lb1和Lb2的校正值彼此不同，因此导致在角位置计算电路6中的运算负载增加。通常，机动车的方向盘在最长的时间段中保持在空挡位置(0角位置(0°))。因此，在角位置探测器1安装在图11的自动电能驱动装置11中的情况下，通过将连接点P1，P2，P3和P4的角位置设置为除方向盘的空挡位置以外的任一角位置来实现确定连接点P1，P2，P3和P4的运算数目的减少，换句话说，即角位置计算电路6中的运算负载的减少。将连接点P1，P2，P3和P4的角位置设置为除方向盘的空挡位置之外的任一角位置是通过在转轴2(即驱动轴)的圆周方向上转动安装在转轴2上的磁铁3实现的。
如图19所示，传感器元件5a和5b的输出电压Va和Vb的波形不变。通过顺时针或逆时针一次转动方向盘超过360°来确定中点电压校正值Vofs和倾角校正值Kf作为固定初始值以实现角位置计算电路6的运算负载的进一步减小。
下面将参照图23描述第八实施例中的角位置检测器1。
图23表示出磁传感器5的传感元件5a和5b的输出电压Va和Vb的实际的与理想的周期性波形。
通常，磁体3产生的磁通量随着周围环境温度的上升而逐渐下降，这就导致由传感元件5a和5b测量的磁通密度下降。这将使得传感元件5a和5b的输出电压Va和Vb下降。为了避免这个问题，本实施例中的角位置检测器1被设计用来补偿随着周围环境温度上升而导致的传感元件5a和5b的输出电压Va和Vb的下降。这种补偿将在下面详细描述。
在图23中，虚线Vam和Vbm分别表示输出电压Va和Vb的理想波形。实线Vaj和Vbj分别表示输出电压Va和Vb的实际波形。
磁传感器5配备温度传感器(未示出)，该温度传感器用来测量磁传感器5周围的温度。还配备一些具有温度补偿功能的可提供的霍尔传感器。本实施例中的第一和第二传感元件5a和5b分别由霍尔传感器实现。特别地，在第一和第二传感元件5a和5b中安装了用于使传感元件5a和5b的实际输出电压Vaj和Vbj分别与理想输出电压Vam和Vbm相符的温度-修正值映射表。温度-修正值映射表根据磁体3的类型和/或磁体3产生的磁通量而预先选择。
特别地，磁传感器5监测环境温度，从温度-修正值映射表中选择修正值，并且修正实际输出电压Vaj和Vbj，使其分别与理想输出电压Vam和Vbm相符，因此补偿了由于磁体3的温度特性引起的传感元件5a和5b输出电压Va和Vb的下降。
作为自身对传感元件5a和5b的输出电压Va和Vb的下降的补偿的替代，角位置计算电路6可以被设计用来执行如下面所讨论的操作，以分别使实际输出电压Vaj和Vbj和理想输出电压Vam和Vbm相符。特别地，理想输出电压Vam和Vbm的最大值Vammax与Vbmmax及其最小值Vammin与Vbmmin被预先存储在角位置计算电路6中。角位置计算电路6计算实际输出电压Vaj的最大值Vajmax与Vammax之间和实际输出电压Vbj的最大值Vbjmax与Vbmmax之间的差值Hmax，以及实际输出电压Vaj的最小值Vaminj与Vammin之间和实际输出电压Vbj的最小值Vbjmin与Vbmmin之间的差值Hmin，并且使用该差值Hmax和Hmin修正实际输出电压Vaj和Vbj的最大值Vajmax与Vbjmax以及最小值Vajmin与Vbjmin，使得实际输出电压Vaj和Vbj与理想输出电压Vam和Vbm相符。
依照第九实施例的角位置检测器1将在下面参照图24(a)、24(b)和图25来描述。图24(a)表示如图12(b)中所图示的配备有磁体3的角位置检测器1的角位置传感器。图24(b)表示本实施例的配备有磁体3的角位置检测器1的角位置传感器。在图24(b)中，虚线表示图24(a)中的磁体3的轮廓。图25给出表示磁通量Φ变化的周期性波形，该磁通量Φ由图24(b)的磁体3产生，并作为旋转轴2的角位置θ的函数，通过磁传感器5的传感元件5a和5b来测量。
如图12(b)中的磁体3，具有圆形的内部周边和椭圆形的外部周边。在这种情况下，如图24(a)所示，其中图12(b)的磁体放置于内部周边为圆形的磁轭4内，磁体3的N极3a和S极3b的圆周中心与磁轭4的内部周边之间的距离G远大于磁体3的N极3a和S极3b之间的接合部位与磁轭4的内部周边之间的距离。这使得在N极3a和S极3b的圆周中心周围产生的磁通量和泄漏到磁轭4外部的磁通量增加，从而导致流经磁轭4的磁通密度下降，这导致磁传感器5的输出下降。
为了避免上述问题，磁体3在N极3a和S极3b之间的接合部位被研磨或切割，以具有侧平面130a和130b。如图24(a)所示，这允许在磁体3的半径方向上N极3a和S极3b的圆周中心的宽度增加到大于磁体3的宽度。特别地，允许N极3a和S极3b的圆周中心与磁轭4的内部周边之间的间隙G小于图24(a)中的间隙。这导致泄漏到磁轭4外部的磁通量减少。
图24(b)中的磁体3，从上述明显看出，与图24(a)中的比较，基本上是圆形的。选择N极3a和S极3b的圆周中心的宽度以及N极3a和S极3b之间的接合部位的宽度，以使其之间具有一关系，该关系在旋转轴2旋转时产生以图25所示的波形变化的磁通量。特别地，在X范围内(也就是在N极3a的圆周中心周围)的磁通量与在Y范围内(也就是在S极3b的圆周中心周围)的基本相同。
图26表示依照本发明的第十实施例的角位置检测器1的角位置传感器。
如上所述，第一到第九实施例中的磁轭4由金属性的软磁材料制成。本实施例中的磁轭4由四个软磁片4a、4b、4c和4d组成，它们在磁轭4半径方向的厚度小于第一到第九中的每一个实施例中磁轭段4a至4d的厚度。本实施例中的磁片4a至4d的每一个通过挤压例如冲压或弯曲来形成，并且按照体积S来说，在重量上小于第一到第九的每一个实施例中的磁轭段4a至4d。
可选择地，磁片4a至4d可以通过研磨金属块形成。
图27(a)和27(b)表示依照本发明的第十一实施例的角位置检测器1的角位置传感器。
图27(a)中的磁体3具有与图24(a)和24(b)的磁体3相同的轮廓，但是其不同之处在于其厚度B大于磁轭4的厚度C。特别地，磁体3的拐角31位于磁轭4在旋转轴2的长度方向上的外部。这使得磁通量从拐角31流出磁轭4，该磁通量用于吸入铁粉以避免其粘在磁轭4的内部周边上以及磁体3外部周边的相对的部分，这保证了在延长的时间周期，磁通量从磁体3流动到磁轭4的内部周边的稳定性。
磁体3可以使用插入-浇铸(insert-molding)技术和旋转轴2完整做成一体。这提高了磁体3和旋转轴2的同轴性。
图27(b)表示图27(a)中的磁体3的变更形式。
磁体3通过环形树脂磁体支架9固定在旋转轴2上。磁体支架9可以使用插入-浇铸技术和旋转轴2完整做成一体。磁体3可以由铁氧体磁体或塑料粘结磁体组成。
虽然为了便于更好地理解，本发明根据最佳实施例而被公开，但是应该理解的是，在不偏离本发明原理的情况下，可以用多种方式实施。因此，应该理解，在不偏离如在所附的权利要求书中阐明的本发明原理的情况下，本发明包括所有显示本发明能够被实施的可能的实施方式和变更形式。
权利要求
1.一种角位置传感器，其包括与旋转部件连接的硬磁部件，所述硬磁部件具有一圆周并且在其圆周方向被磁化，从而在其周围产生磁场；设置于由所述硬磁部件产生的磁场内的软磁部件，以形成磁路，为改变磁场和所述硬磁部件之间的相对位置的旋转部件的旋转引起磁路内的磁通密度改变；和在远离所述软磁部件一间隔处设置磁通密度测量传感器，所述磁通密度测量传感器用于测量磁路内的磁通密度以产生作为磁通密度的函数的信号指示旋转部件的角位置，其中所述硬磁部件被设计得使得在其圆周方向的给定的角范围内产生数量上基本一致的磁通量。
2.如权利要求1所述的角位置传感器，其中所述硬磁部件具有第一磁极和第二磁极，它们彼此极性相反并且在其端部连在一起以限定所述硬磁部件的圆周，并且其中第一和第二磁极用于在所述硬磁部件的圆周方向上，在第一和第二磁极的中心部分附近所限定的角范围内产生数量上基本一致的磁通量。
3.如权利要求2所述的角位置传感器，其中第一和第二磁极的中心部分在垂直于在所述硬磁部件的圆周上伸展的平面的方向上限定有一厚度，该厚度小于在第一和第二磁极端部之间的接合部位周围的第一和第二磁极部分的厚度。
4.如权利要求2所述的角位置传感器，其中第一和第二磁极的中心部分在平行于在所述硬磁部件的圆周平面上伸展的平面的方向上限定有一宽度，该宽度小于在第一和第二磁极端部之间的接合部位周围的第一和第二磁极部分的宽度。
5.如权利要求2所述的角位置传感器，其中所述硬磁部件具有次软磁部件，其用于将从第一和第二磁极产生的磁通量转换成在给定角度范围内数量上基本一致的磁通量，该次软磁部件被设置在第一和第二磁极的中心部分的外围。
6.如权利要求1所述的角位置传感器，其中所述硬磁部件在与其圆周垂直的方向上具有一厚度，该厚度小于所述软磁部件的厚度，并且其中所述硬磁部件和所述软磁部件被设置得使得在所述硬磁部件的圆周中心线上所限定的平面在其厚度方向上与在所述软磁部件圆周中心线上所限定的平面在其厚度方向上相符。
7.如权利要求1所述的角位置传感器，还包括包围所述软磁部件的磁屏。
8.如权利要求7所述的角位置传感器，其中所述软磁部件具有一圆周，并且被设置于所述硬磁部件的圆周的外部，所述软磁部件具有在其圆周方向上间隔近90°的第一、第二、第三和第四间隙，并且其中所述软磁部件的外围与所述磁屏之间的距离大于在所述软磁部件的圆周方向上的第一至第四间隙中每一个的长度。
9.如权利要求2所述的角位置传感器，其中在与所述硬磁部件圆周方向垂直的方向上，所述硬磁部件的第一和第二磁极的宽度朝着第一和第二磁极的圆周中心递减。
10.如权利要求9所述的角位置传感器，其中所述硬磁部件和所述软磁部件中的每一个具有圆形的内部圆周，所述硬磁部件具有几何学所定义的基本上为圆形的外部圆周，在垂直于所述硬磁部件圆周方向的方向上的第一和第二磁极的圆周中心的宽度小于第一和第二磁极之间的接合部位的宽度。
11.如权利要求1所述的角位置传感器，在垂直于在所述硬磁部件的圆周上伸展的平面的方向上，所述硬磁部件的厚度大于所述软磁部件的厚度，在垂直于在所述硬磁部件的圆周上伸展的平面的方向上对置的所述硬磁部件的端部突出在垂直于在所述硬磁部件的圆周上伸展的平面的方向上的所述软磁部件的端部的外部。
12.一种角位置确定装置，包括角位置传感器，其包括(a)与旋转部件连接的硬磁部件，所述硬磁部件具有圆周并且在其圆周方向上被磁化以在其周围产生磁场，并且用于在其圆周方向上给定的角度范围内产生数量上基本一致的磁通量，所述硬磁部件具有第一磁极和与第一磁极极性不同的第二磁极，第一和第二磁极在其端部连在一起，所述端部位于在所述硬磁部件的圆周方向上彼此分开180°的位置，(b)设置在所述硬磁部件的圆周外部的软磁部件，在所述硬磁部件产生的磁场内形成磁路，为改变磁场和所述硬磁部件之间相对位置的旋转部件的旋转，引起磁路内的磁通密度改变，所述软磁部件具有形成在其中的近90°间隔的间隙，和(c)分别包括第一和第二传感元件的磁通密度测量传感器，其设置于所述软磁部件的圆周方向上相邻的两个间隙中，第一和第二传感元件用于测量该两个间隙内的磁通密度，并且产生表示其的电信号；和角位置计算电路，其用于根据由所述磁通密度测量传感器产生的电信号计算旋转部件的角位置。
13.如权利要求12所述的角位置确定装置，其中角位置计算电路被设计以结合电信号来确定旋转部件的角位置。
14.如权利要求12所述的角位置确定装置，其中所述角位置计算电路对由所述磁通密度测量传感器提供的电信号至少进行加、减、乘、除运算之一。
15.如权利要求12所述的角位置确定装置，其中所述的旋转部件为与机动车辆的方向盘连接的转向轴。
16.一种角位置确定装置，包括与旋转部件相连的环形硬磁部件，所述硬磁部件包括第一磁极和与第一磁极极性不同的第二磁极，第一和第二磁极在其端部连在一起，所述端部位于在所述硬磁部件的圆周方向上彼此分开180°的位置，所述硬磁部件被设计得使得在其圆周方向上的给定角度范围内产生在数量上基本一致的磁通量；设置在所述硬磁部件圆周外面的软磁部件，其中形成有近似90°间隔排列的间隙，为改变所述硬磁部件与所述软磁部件之间的相对位置的旋转部件的旋转，引起所述间隙中的磁通密度改变；磁通密度测量传感器，在所述间隙阵列的方向上在相邻的两个间隙中的每一个中设置一个磁通密度测量传感器，所述这些磁通密度测量传感器用于测量在所述两个间隙内的磁通密度并且产生表示其的电信号，这些电信号呈现为彼此间具有90°相移的基本上三角形的波，并且每一个三角形波都具有直线部分；和用于结合并修正所述三角形的波的直线部分以形成一条基本上单条的直线的角位置计算电路，所述角位置计算电路利用该直线计算旋转部件的角位置。
17.如权利要求16所述的角位置确定装置，其中由所述磁通密度测量传感器产生的电信号为电压信号，其电平变化为旋转部件角位置的函数，其中三角形波的直线部分的修正在所述角位置计算电路中通过从所述直线部分提取多个段来完成，其中每一个在旋转部件的旋转的预选角范围之一上伸展，使所述段的倾斜标记彼此相符，平行移动这些段使每一段的一末端的电压电平与所述段的一个相邻段的一末端的电压电平相符，并且连接所移动的段以生成单一的电压—角度线，定义在由单个的电压—角度线所表示的最大电压电平和最小电压电平之间延伸的电压—角度直线，在电压—角度直线之间的中间部分确定中间电压电平，确定需要使所述中间电压电平与理想情况相符的电压修正值，并且确定需要使电压—角度直线的倾斜部分与理想情况相符的倾斜修正值。
18.如权利要求16所述的角位置确定装置，其中每一所述磁通密度测量传感器用于修正所述电信号，使得因环境温度引起的误差得到补偿。
19.如权利要求18所述的角位置确定装置，其中每一所述磁通密度测量传感器配备温度—修正值映射，每一所述磁通密度测量传感器用于从温度—修正值映射中获取对应于环境温度的修正值，并且使用该修正值修正所述电信号。
20.如权利要求16所述的角位置确定装置，其中所述角位置计算电路在其中存储所述电信号的理想最大电压电平和理想最小电压电平，在电信号的实际最大电压电平和所述理想的最大电压电平之间确定第一差值，在电信号的实际最小电压电平和所述理想最小电压电平之间确定第二差值，并使用该第一和第二差值来修正实际的最大与最小电压电平。
全文摘要
提供一种角位置传感器，该角位置传感器被设计测量旋转轴角位置。该角位置传感器具有固定在旋转轴上的磁体。该磁体具有N极和S极，并且其具有的几何形状使得产生的磁通量在每一个N极和S极中心周围伸展的范围内数量基本相同。这就提高了在旋转轴旋转时传感器输出的变化的线性度。
文档编号G01B7/30GK1519536SQ20041002834
公开日2004年8月11日 申请日期2004年1月14日 优先权日2003年1月14日
发明者深谷繁利, 武田宪司, 中根直树, 今村哲夫, 司, 夫, 树 申请人:株式会社电装