[发明专利]磁角位置传感器

说明书

本发明涉及磁角位置传感器。本文中描述了一种磁角位置传感器系统。根据一个示例性实施例，所述角位置传感器系统包括可绕着旋转轴旋转的轴杆，其中所述轴杆具有软磁性轴杆端部。所述系统还包括在轴向与所述轴杆端部间隔开并且限定基本上垂直于所述旋转轴的传感器平面的传感器芯片。在所述传感器芯片中集成至少四个磁场传感器元件，其中所述磁场传感器元件中的两个彼此间隔开并且仅对第一方向中的磁场分量敏感，并且其中所述磁场传感器元件中的两个彼此间隔开并且仅对第二方向中的磁场分量敏感，藉此，第一和第二方向互不平行，并且第一和第二方向垂直于所述旋转轴。

技术领域

本发明大体上涉及利用磁场传感器测量角值的角位置传感器，并且更特别地涉及具有各种应用的轴上角位置传感器、系统和方法，所述应用包括在无刷直流（DC）电机中的应用。

背景技术

磁场传感器可以用于感测轴杆或其它对象的角位置。例如，可以将永磁体安装在轴杆上，并且磁场传感器可以布置成接近磁体以便在磁体与轴杆一起旋转时感测由磁体生成的磁场。当在距所述轴杆的旋转轴特定距离处靠近所述轴杆安装磁场传感器时，该传感器经常被称为“轴外”磁角位置传感器。在轴杆的前侧不可接近（例如，由于轴杆的具体使用或装配）并且因而传感器元件不能被安装在旋转轴上时，经常实现轴外磁角位置传感器。相反地，在面对轴杆的前侧的轴杆的一端处或接近于该处并且大体上与旋转轴对齐地或相对于旋转轴对称地安装“轴上”磁角位置传感器。在一些实施例中，可以将轴上磁场角传感器设计成测量磁场梯度。出于该目的，可以在旋转轴的相对侧处并且相对于旋转轴对称地布置的两个不同的点处测量磁场。然后可以通过组合两个测量出的磁场值（例如，通过相减）而对于许多应用来说足够近似确定梯度。

在许多应用中，对于磁角位置传感器来说，总体设计目标是不昂贵的，同时还相对于外部磁场和其它干扰鲁棒并且对装配容差不敏感。针对磁场角传感器的一个特定应用是在无刷DC（BLDC）电机中，用于检测旋转期间的（角）轴杆位置。BLDC电机呈现对于磁场传感器来说的有挑战的环境，因为它们通常包括强旋转磁体和承载大电流的铜绕组，这二者产生随时间变化的磁场，该磁场干扰用于测量角位置的磁场并且因此导致测量误差。这些干扰磁场强烈地不均匀，这使得难以消除它们对角位置测量的影响。鉴于这些问题，存在对在磁角位置传感器的改进的一般需要。

发明内容

本文中描述了一种磁角位置传感器系统。根据一个示例性实施例，角位置传感器系统包括可绕着旋转轴旋转的轴杆，其中所述轴杆具有软磁性轴杆端部。所述系统还包括传感器芯片，所述传感器芯片在轴向与所述轴杆端部间隔开并且限定基本上垂直于所述旋转轴的传感器平面。将至少四个磁场传感器元件集成在所述传感器芯片中，其中所述磁场传感器元件中的两个彼此间隔开并且仅对第一方向中的磁场分量敏感，并且其中所述磁场传感器元件中的两个彼此间隔开并且仅对第二方向中的磁场分量敏感，藉此，第一和第二方向互不平行，并且第一和第二方向垂直于所述旋转轴。此外，所述系统包括磁化所述轴杆端部的磁场源，其中形成所述轴杆端部使得由所述磁场源引起的传感器平面中的磁场是N阶旋转对称的，其中N是≥1的有限整数。所述系统还包括电路，所述电路被耦合到所述至少四个磁场传感器元件并且被配置成通过组合所述至少四个磁场传感器元件的输出信号来计算所述轴杆的角位置。