专利名称：磁编码器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种如权利要求1的前序部分中所要求保护的磁编码器，一种如在权利要求8的前序部分中所要求保护的制造磁编码器的方法以及一种将磁编码器用于汽车传感器装置的用途。
背景技术：
已知在传感器装置中使用的用于直接或间接测量例如旋转角、长度或速度的变量的磁编码器。这些磁编码器通常是永久磁性的或硬磁性的，并具有带有多个磁极对的编码器轨道，其中通过一个或多个磁场传感器元件检测这些磁极的磁场。编码器通过测量变量而提供的信息通常可在场方向和/或场强度方面被编码。对场方向的评估具有的优点为场方向很大程度上不依赖于温度，而所有的永久磁体呈现依赖温度的场强度。磁场传感器元件也作为温度的函数而操作。关于测量任务，在切换应用(当跨过测量变量的阈值时的状态变化)与狭义测量之间存在区别。优选在用于这样的狭义测量方面提供这里所提出并讨论的磁编码器，通常， 所述狭义测量的特征在于，当确定测量变量时，在测量范围内需要均勻的灵敏度、分辨率和精确度。以上对均勻的设计和效果以及场方向的测量的要求表明，场方向应以随着测量变量尽量线性的方式变化。任何与此的偏差都会引起测量系统中的误差或至少修正上的开支。就其计算和磁化而言，对编码器的通常设计涉及具有块形式的磁极的编码器，其中每个磁极对应于具有关于方向和强度的基本上均勻磁化的区域。参考图1和2示例了这种这样的惯常的磁编码器。该块状磁化的一个缺点是在磁场传感器元件与编码器轨道或编码器表面之间的读取距离或垂直距离方面的高交叉灵敏度。函数测量变量=f (场方向)受此影响，以致当存在关于磁极长度的小距离时，磁场仅仅在磁极之间的边界附近呈现磁化方向的变化。然而，当存在大距离时，由于多个磁极的场的叠加，获得在测量变量的值范围内或沿着编码器轨道的有些均勻的旋转，如测量所要求的。为了设计用于利用已知的以块状方式磁化的编码器进行场方向测量的传感器装置，必须满足以下要求或经验法则编码器表面或编码器轨道与磁场传感器元件之间的读取距离或空气间隙应对应于编码器的磁极长度的至少一半。编码器的材料厚度同样应为磁极长度的至少一半。然而，这些要求与以下限制相冲突每个编码器直接在其表面产生最大场强度。由于外部干扰场占总场的较低比例， 因此场方向也被在那里的编码器最精确地表征，然而，在磁极长度的一半的距离处，场强度已经显著较低，因此对错误的敏感度较高。在相对大的读取距离处，例如，至少一半的上述磁极长度的空气间隙，部分编码器材料被单独地用于产生足够强的场，因此磁场传感器元件仍可检测磁极的磁场。
具有大的材料厚度(例如具有至少一半的磁极长度的厚度)的编码器可以仅仅以相对的难度被完全磁化。对传感器装置的要求越高，关于读取距离的目标方面的冲突越大较大的距离意味着线性增加但磁场强度却有损失，因此，在磁场传感器元件处的信号对噪声比率或者信号对干扰比率恶化。

发明内容
本发明基于提出一种至少部分地消除或至少部分地减轻上述要求和/或限制的磁编码器的目的。根据本发明，通过如权利要求1所要求保护的磁编码器和如权利要求8所要求保护的方法而实现该目的。本发明优选基于以下构思提供了一种磁编码器，其具有包括一个或多个磁极对的至少一个编码器轨道，其中至少一个磁极具有至少一个这样的磁化，该磁化包括沿所述编码器轨道基本上单调地和/或连续地变化的磁化方向。在该情况下，特别地，这些磁化方向与沿所述编码器轨道的所述磁极的相邻子区相关联。结果，已经存在在场角或可检测的磁场与测量变量或者在编码器与在编码器的表面处的磁场传感器元件之间的相对位置之间的基本上线性的关系。由于该原因，当在用于场角/场方向检测的传感器装置中使用根据本发明的磁编码器时，编码器与磁场传感器元件之间的读取距离或空气间隙可以保持相对低，也就是说，显著小于磁极长度的一半。另外，由此仅仅需要相对低的编码器材料厚度，这允许成本降低，并且同样地，通过现在可被施加的短空气间隙长度而改善了传感器装置的对干扰的抵抗力或信号对噪声比率。所述编码器轨道优选沿测量方向延伸，或者延伸所述编码器的磁压迹尺寸 (magnetically impressed scale)和/或由连续的磁极便利地形成。所述磁编码器便利地为由硬磁材料构成的永久磁体的形式。所述磁化方向优选与所述编码器轨道的轮廓(profile)方向有关，即，所述磁化方向特别地总是与相对于所述编码器轨道的正切(tangent)有关，该正切位于各子区中。所述磁编码器的磁极优选不以块状方式和/或均勻地被磁化。在沿所述编码器轨道的两个连续的磁极长度内的所述子区的磁化方向优选被体现为使得这些磁化方向基本上绘出(map) 360°的旋转。沿所述编码器轨道的一个或多个或全部磁极的邻近子区的磁化方向(特别地，所有磁化方向)的各变化优选被体现为基本上连续地延伸。优选沿所述编码器轨道的一个或多个或全部磁极的邻近子区的磁化方向的各变化被体现为与沿所述编码器轨道的行进的长度的对应变化基本上成线性关系。子区优选被理解为一个磁极或多个磁极或全部磁极的沿所述编码器轨道无限窄的(特别地，条状)的区域。优选至少在包括沿所述编码器轨道的50%的磁极长度且在两侧接合有该磁极的包括每种情况下的25%的磁极长度的两个边缘部分的该磁极的中央部分的子区内，在该磁极的位于中央部分中的这些子区的磁化方向基本上绘出至少45°，特别地至少70°，特别优选地90° 士5°的旋转，和/或该磁极的中央部分的在任一侧的最外的两个子区的磁化方向被体现为使其相对于彼此或关于彼此旋转至少45°，特别地至少70°，特别优选地 90° 士5°，其中磁化方向总是基于所述编码器轨道的各轮廓方向。该磁极的中央部分中的这些子区的磁化方向特别地极其优选地绘出基本上90°的旋转。所述编码器轨道方便地为曲形的，特别地，为环形的，或者备选地优选为基本上直的。所述编码器轨道和/或所述编码器优选基本上按照以下几何形状中的一种形成 环形、环形部分、扁平圆筒、立方体、长方体、扁平体、盘状正六面体、圆筒、长圆筒或半圆筒， 其沿纵轴被划分。优选这样发展该方法，原始(raw)编码器沿磁化路径以旋转移动的机械导引方式移动经过场发生装置，以及为该目的而叠加地，所述场发生装置被移动为绕其自身的轴旋转。所述磁化路径便利地被理解为沿着将被磁化的编码器轨道的路径。所述场发生装置优选为永久磁体的形式或者备选地优选为线圈或线圈装置，特别地，超导线圈或线圈装置。所述原始编码器优选至少部分地由铁氧体形成。通过磁化设备而方便地实施用于制造磁编码器的方法，所述磁化设备具有两个驱动器或驱动装置，所述驱动器或驱动装置中的一者诱导并允许所述原始编码器或所述场发生装置沿所述磁化路径移动，所述驱动器或驱动装置中的另一者诱导并允许所述场发生装置绕其自身的轴旋转运动。在该情况下，所述驱动器特别地为步进发动机的形式。在该情况下，所述磁化设备便利地被设计用于制造原型，结果，在每种情况下，不需要使用特定的工具或仅仅使用被设计用于磁化特定的编码器的工具以磁化不同的编码器，例如，不同设计和/或不同磁化样式的原始编码器。所述场发生装置便利地以关于轴可旋转的方式被悬挂，在该方面，其能够旋转以便场方向变化。未磁化的编码器或原始编码器被安装在支持器中，在该支持器中，其可以旋转或平移的方式关于磁极变化的方向和测量变量沿与在最终的传感器装置中相同的方向移动。所述原始编码器和所述场发生装置现在被移动为使所述场发生装置的角度属于所述测量变量的每个值，这与在最终的传感器装置中完全相同。如果在该情况下所述场发生装置被设置为紧邻所述编码器表面，则所述编码器以所需要的方式被磁化。本发明还涉及一种将磁编码器用于汽车传感器装置中，特别地，用于旋转角传感器装置中的用途。所述磁编码器优选旨在被用于这样的传感器装置中，所述传感器装置被用作汽车工业、自动控制工程或机器人技术中的行进和/或位置和/或角度和/或速度传感器装置。


在从属权利要求以及以下参考附图给出的对示例性实施例的描述中可以发现其他优选实施例。在附图中，在每种情况下，在示意性示例中图1示出了根据现有技术的示例性环形磁编码器；图2示出了常规杆状编码器的示例性实施例；
图3示出了具有沿编码器轨道连续地旋转的磁化方向的示例性环形编码器；图4示出了具有沿编码器轨道连续地旋转的磁化方向的杆状直编码器的示例性实施例；图5示出了作为相对于具有块状磁化的编码器和相对于具有沿编码器轨道连续地旋转的磁化方向的编码器的作为沿编码器轨道的行进的标准化长度的函数的磁化方向的示例性图形表示；以及图6示出了示例性磁化设备。
具体实施例方式图1示出了具有六个磁极的环形编码器，图2示出了具有六个磁极的线形或直编码器，这两个编码器都是以常规方式形成的。磁极1的各子区的磁化方向2由箭头表示。磁极1以均勻或块状方式被磁化。因此，编码器具有交替的北/南磁化。串联的磁极排列形成例如编码器轨道。在闭合的范围内或当空气间隙相对小时，磁场传感器元件(未示出)检测磁极的在其均勻磁场内的块状或盒轮廓状磁化。仅仅当存在相对大的空气间隙时，磁场传感器装置才可进行角度测量，在该角度测量中，所检测到的磁场的角度沿着编码器轨道以任何种类的均勻性旋转，这是因为，当存在与编码器轨道的相对大的距离时，邻近的和周围的磁极的磁场彼此叠加。然而，为此需要编码器的相对强的磁场。图3示例出具有磁化方向2的环形编码器，该磁化方向2沿编码器轨道连续地旋转并以单独的或示例性的方式被示例为箭头。在该情况下，编码器轨道例如沿环的中心虚线3延伸，并由串联的磁极1的排列形成。编码器和磁极1的磁化方式使得磁极1的邻近子区的沿编码器轨道的磁化方向的各变化被体现为相对于沿编码器轨道行进的长度或相对于沿中心虚线3行进的长度线性地且连续地延伸。因此，即使当存在相对小的空气间隙时且与空气间隙长度无关地，磁场传感器元件(未示出)也可以检测这样的磁场，该磁场被体现为沿编码器轨道的均勻旋转的方式，结果，径向角度测量是可能的而与空气间隙长度无关。通过实例，基于磁极4更详细地解释磁极1的磁化。磁极4可被划分为具有50% 的磁极长度的中央部分5和两个边缘部分6，这两个边缘部分6接合该中央部分5并且在每种情况下都形成25%的磁极长度。在该中央部分5内，子区的磁化方向2绘出基本上90° 的旋转，由于制造的不精确性，这在实际编码器中被实现为90° 士5°的旋转。换言之，该磁极4的中央部分5的位于其任一侧的最外部的两个子区7的磁化方向2被体现为相对于彼此旋转基本上90°或90° 士5°。子区例如沿编码器轨道实际上无限窄，但这不能被明白地表示出来。图4示出了具有如图3所解释的那样的磁化的直编码器的示例性实施例。所述直编码器同样具有对应的磁极1和子区的磁化方向2，可以参考示例性磁极4而详细地看出其沿编码器轨道的旋转轮廓。该磁极4同样可以被划分成对应的中央部分5和两个边缘部分 6。在图5中，为了清楚起见，绘制了按度数的场方向Φ随标准化编码器轨道长度L/ Lmax的变化，S卩，传感器装置(未示出)的由沿编码器轨道的磁场传感器元件检测到的测量变量或场线分布。在该情况下，直接在表面处测量的连续的曲线表示根据现有技术以块状方式磁化的编码器，是根据图2的块状磁极的理想化。虚曲线表示相同距离处的相同编码器，但考虑了在实际的磁极之间总是存在的过渡区。点状曲线表示根据图4的本发明的示例性编码器的场方向分布与可相对自由地选择的空气间隙之间的关系。点状曲线同样表示常规编码器的可由磁场传感器元件检测场曲线分布，，该常规编码器被以理想块状方式磁化并在遵循与编码器设计有关的上面进一步解释的经验法则的情况下具有相对大的空气间隙。图6中示例了用于制造具有沿编码器轨道连续地旋转的磁化方向的磁编码器的示例性磁化设备。以这样的方式关于其中心11安装原始编码器8或未磁化的编码器，以便其可沿所关联的箭头方向旋转移动。场发生装置9 (例如具有杆状永久磁体的形式)被安装为可相对于轴10旋转。为了磁化的目的，以相对于彼此协同的方式实施两种移动，以便原始编码器8的每个区域在其关于11旋转期间都在场发生装置9处于合适的角度位置时到达位于场发生装置9下方的点。例如，根据图3，在编码器完成旋转之后，其磁化终止。为此，场发生装置 9在编码器的一次360°旋转期间精确地实施三次旋转。通过该方法，可以以相同的设计实现具有不同磁极数目的稍微不同的编码器。仅仅必须改变驱动器的透射比和相对角速度， 而这可以使用例如步进发动机容易地完成。在一个示例性实施例(未示出)中，附加地设置或安装场发生装置，以便其可以相对于其轴移位，结果，可以容易地调整原始编码器的直径。
权利要求
1.一种具有至少一个编码器轨道(1，3)的磁编码器，包括一个或多个磁极对，其特征在于，在所述磁极(1，4)中的至少一个内的子区的磁化方向( 被体现为沿着所述编码器轨道(1，；3)基本上连续地和/或单调地变化。
2.根据权利要求1的磁编码器，其特征在于，在沿所述编码器轨道(1，；3)的两个连续的磁极长度内的所述子区的磁化方向( 被体现为使得这些磁化方向( 基本上绘出360° 的旋转。
3.根据权利要求1或2的磁编码器，其特征在于，一个或多个磁极(1，4)的邻近子区的磁化方向( 的各变化被体现为沿所述编码器轨道(1，；3)基本上连续地延伸。
4.根据权利要求1到3中至少一项的磁编码器，其特征在于，沿所述编码器轨道(1，3) 的一个或多个磁极(1，4)的邻近子区的磁化方向( 的各变化被体现为与沿所述编码器轨道(1，3)的行进的长度的对应变化基本上成线性关系。
5.根据权利要求1到4中至少一项的磁编码器，其特征在于，一个或多个磁极(1，4)的所述子区沿所述编码器轨道(1，；3)无限窄。
6.根据权利要求1到5中至少一项的磁编码器，其特征在于，至少在包括沿所述编码器轨道(U)的50%的磁极长度且在两侧接合有该磁极的包括在每种情况下的25%的所述磁极长度的两个边缘部分(6)的该磁极的中央部分(5)的子区内，在该磁极的位于所述中央部分(5)中的这些子区的磁化方向(2)基本上绘出至少45°，特别地至少70° 的旋转，和/或特征在于，该磁极的所述中央部分( 的在任一侧的最外的两个子区(7)的磁化方向(2)被体现为使其相对于彼此或关于彼此旋转至少45°，特别地至少70°，其中所述磁化方向总是基于所述编码器轨道的各轮廓方向。
7.根据权利要求1到6中至少一项的磁编码器，其特征在于，所述编码器轨道(1，3)为曲形的，特别地，为环形的，或基本上直的。
8.一种用于制造磁编码器的方法，所述磁编码器特别地为根据权利要求1到7中至少一项的磁编码器，其中被至少部分地磁化的原始编码器(8)被暴露到场发生装置(9)的磁场，其特征在于，所述场发生装置(9)被可旋转地安装，其中所述原始编码器(8)被所述场发生装置(9)磁化和/或在相对于彼此的限定的距离处的限定的磁化路径上移动所述原始编码器(8)以产生编码器轨道(1，3)，并且所述场发生装置(9)在该过程中以限定的方式绕其自身旋转。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于，所述原始编码器(8)沿磁化路径以旋转移动的机械导引方式移动经过所述场发生装置(9)，并且为该目的而叠加地，所述场发生装置(9) 被移动为绕其自身的轴(10)旋转。
10.一种将根据权利要求1到7中至少一项的磁编码器用于汽车传感器装置中，特别地，用于旋转角传感器装置中的用途。
全文摘要
本发明涉及一种包括具有一个或多个磁极对的至少一个编码器轨道(1，3)的磁编码器，在所述磁极(1，3)中的至少一个内的子区的磁化方向(2)基本上特征在于沿着所述编码器轨道(1，3)连续地和/或单调地变化。
文档编号G01D5/14GK102227614SQ200980147866
公开日2011年10月26日 申请日期2009年12月1日 优先权日2008年12月1日
发明者H·阿克尔 申请人:大陆-特韦斯贸易合伙股份公司及两合公司