背景技術(shù)：

在感測系統(tǒng)中利用傳感器來檢測諸如光、溫度、運(yùn)動(dòng)等的屬性。一般使用的傳感器的一種類型是基于磁場的角度傳感器。角度傳感器測量磁場方向，并且基于場方向來計(jì)算角度。其他磁敏傳感器測量磁通密度。

然而，這種基于磁的傳感器容易受磁場中的干擾的影響。很多系統(tǒng)操作在惡劣環(huán)境中，諸如汽車系統(tǒng)中，并且具有可能干擾磁場并且導(dǎo)致錯(cuò)誤傳感器測量的組件。

需要是的下述技術(shù)：該技術(shù)用于減輕或防止干擾，以提高磁傳感器操作、精確度和針對定位容限的魯棒性。

附圖說明

圖1a是使用磁場操作的集成傳感器系統(tǒng)的圖。

圖1b是示出包括集成傳感器系統(tǒng)（即，軸內(nèi)角度感測系統(tǒng)）的電動(dòng)自行車的圖。

圖1c是表示根據(jù)本公開的電動(dòng)自行車中存在的一些（可選）組件的圖。

圖2是具有空心軸和環(huán)形磁體模塊的軸集成傳感器系統(tǒng)的橫截面圖。

圖3是具有空心軸和丸形磁體的軸集成傳感器系統(tǒng)的橫截面圖。

圖4是具有實(shí)心軸和環(huán)形磁體模塊的集成傳感器系統(tǒng)的橫截面圖。

圖5是具有實(shí)心軸和丸形磁體的集成傳感器系統(tǒng)的橫截面圖。

圖6是描繪傳感器模塊系統(tǒng)的圖。

圖7是圖示可以用于諸如上述磁體模塊的磁體模塊中的環(huán)形磁體的橫截面圖。

圖8是圖示可以用于諸如上述磁體模塊的磁體模塊中的丸形或圓柱形磁體的橫截面視圖。

圖9是圖示操作傳感器設(shè)備的方法的流程圖。

圖10是可結(jié)合本文所述的傳感器系統(tǒng)使用的軸的一部分的橫截面視圖。

圖11a圖示在數(shù)值模擬中使用的場景。

圖11b圖示基于圖11a所圖示的場景計(jì)算的模擬的一些結(jié)果。

圖12以橫截面視圖圖示了插入到軸中的傳感器的布置。

圖12a圖示集成到軸的孔中的傳感器的另一實(shí)施例。

圖12b圖示集成到具有套筒的軸的薄壁端部中的傳感器的另一實(shí)施例。

圖12c圖示如圖10、圖12a和圖12b的實(shí)施例中的軸的可磁化薄壁端部的飽和。

圖12d圖示集成到具有又一套筒的軸的薄壁端部中的傳感器的另一實(shí)施例。

圖12e圖示集成到具有替代套筒的軸的薄壁端部中的傳感器的另一實(shí)施例。

圖13圖示針對有引線的傳感器封裝的設(shè)置。

圖14a-14d圖示針對根據(jù)本公開的磁體和傳感器布置的對稱性考慮。

圖15a-15i圖示用于在軸的端部處的薄壁孔內(nèi)布置（多個(gè)）磁體的各種對稱性。

圖16圖示孔內(nèi)的分離磁體。

圖17圖示包括插入軸的孔中的凹槽的磁體。

圖18圖示用于將磁體定向在軸的孔內(nèi)的鍵槽（key）。

圖19a圖示軸的孔內(nèi)的另一磁體實(shí)施例。

圖19b圖示軸的錐形孔內(nèi)的又一磁體布置。

圖20圖示軸的孔內(nèi)的另一磁體布置。

圖21a、圖21b和圖21c圖示包括磁體布置和感測元件的孔的開口的密封。

圖22a、圖22b圖示halbach型磁體布置。

圖22c圖示又一個(gè)單一非均勻磁體布置。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明，其中相同的附圖標(biāo)記用于遍及全文指代相同的元件，并且其中所圖示的結(jié)構(gòu)和設(shè)備不一定按比例繪制。

公開了促進(jìn)角度傳感器并減輕磁場中的干擾的設(shè)備、系統(tǒng)和方法。諸如汽車系統(tǒng)的惡劣環(huán)境具有影響電子器件、傳感器和磁場的各種組件和條件。這些干擾可以導(dǎo)致錯(cuò)誤的測量、傳感器故障，并且需要滿足位置容限以便在傳感器的操作中實(shí)現(xiàn)特定精度水平。角度傳感器通常令人感興趣的是識別圍繞軸旋轉(zhuǎn)的對象的角位置。在一些應(yīng)用中，可能令人感興趣的是明確地識別僅在180度上（即半圈）的角位置。然而，在其他應(yīng)用中，可能令人感興趣的是在360度內(nèi)明確地識別角位置，其對應(yīng)于對象圍繞軸旋轉(zhuǎn)的完整旋轉(zhuǎn)。

隨著電動(dòng)自行車的出現(xiàn)，一種新的通勤形式是可用的，所述新的通勤形式自從出現(xiàn)以后已經(jīng)變得越來越受歡迎。根據(jù)本公開的傳感器布置（也被稱為軸內(nèi)角度感測系統(tǒng)）可以被用在電動(dòng)自行車中。因此，本公開教導(dǎo)了一種傳感器布置，所述傳感器布置包括用于電動(dòng)自行車的可旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸、磁體模塊和至少一個(gè)感測元件。可旋轉(zhuǎn)軸沿著旋轉(zhuǎn)軸延伸并且包括孔?？籽刂D(zhuǎn)軸從軸的第一端面或第一端部延伸。磁體模塊被布置在用于電動(dòng)自行車的驅(qū)動(dòng)軸的孔內(nèi)并且被耦合到驅(qū)動(dòng)軸。磁體模塊被配置為在孔內(nèi)生成磁場。至少一個(gè)感測元件被配置為響應(yīng)于驅(qū)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)來感測磁場的旋轉(zhuǎn)。

圖1是使用磁場操作的集成傳感器系統(tǒng)100的圖。以簡化的形式提供系統(tǒng)100以便于促進(jìn)理解?？梢栽趷毫迎h(huán)境、汽車系統(tǒng)、車輛系統(tǒng)等中利用系統(tǒng)100。系統(tǒng)100可以被制造成一個(gè)或多個(gè)設(shè)備或布置。

諸如汽車系統(tǒng)的混合系統(tǒng)具有機(jī)械組件和電氣組件。機(jī)械組件包括引擎、電機(jī)、輪、流體、制動(dòng)系統(tǒng)、致動(dòng)器等。電氣組件包括傳感器、處理單元、控制單元等。機(jī)械組件可以產(chǎn)生針對電氣組件的干擾。這些干擾包括功率浪涌、功率損耗、功率跡線、高功率跡線、振動(dòng)、碎片、金屬薄片/件、流體污染、傳輸流體污染（非常有侵蝕性）、破壞清潔劑、冷卻劑、材料、污垢等。電機(jī)、致動(dòng)器和其他組件越多，存在的電流和波動(dòng)就越多。

其他方法易受干擾的影響并且未能提供針對這些干擾的機(jī)制。

通常，角度傳感器將跟蹤軸線或軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。一種方法是將傳感器添加到軸的端部并且封裝傳感器。然而，封裝增加了成本和附加處理，并且需要附加空間。另外，這種方法還包括將傳感器元件放置在軸的端部。這增加了軸或與軸附連的組件的總長度，這需要額外的車輛/引擎空間。需要附加的安裝件、連接器等以將傳感器安裝到軸的端部。這些可能進(jìn)一步增加所消耗的長度/空間，并且需要甚至更多的車輛/引擎空間。

系統(tǒng)100包括可選的傳感器模塊102、傳感器元件104和磁體模塊106。傳感器模塊102可以是封裝的形式或用于放置傳感器104的任何其他輔助裝置，如下面將進(jìn)一步解釋的。系統(tǒng)100可以將傳感器模塊102與形式為殼體、軸或其他組件的屏蔽件集成，以提供自屏蔽。另外，通過集成，系統(tǒng)100比其他方法消耗更少的空間。此外，系統(tǒng)100利用自屏蔽以允許具有較低能力的組件，同時(shí)提供適當(dāng)或所選擇的精度。

在一些實(shí)現(xiàn)中，傳感器模塊102可以是集成組件，因?yàn)樗患稍跉んw或其他組件中。傳感器模塊102包括集成的傳感器元件104。模塊102還可以包括功率調(diào)節(jié)組件、信號生成組件、存儲器組件等。盡管未示出，但是可以包括其他組件，包括安裝件、緊固件、連接、外殼等。在一個(gè)示例中，傳感器模塊102形成在具有引線框架的管芯上。傳感器模塊102使用過模制塑料被封閉在外殼中。提供到引線框架的連接，并且所述連接提供到傳感器模塊102的外部連接，如下面將更詳細(xì)地解釋的。傳感器模塊可以被耦合到組件或合并到組件中，該組件諸如是殼體、桿、臂、軸腿等。

傳感器元件104測量磁場的方向或磁場通量的方向。然后，元件104或另一組件基于場方向的測量來計(jì)算特性，諸如角度或軸位置。傳感器元件104被配置為接收供電，提供測量和/或接收控制或校準(zhǔn)信息。在一個(gè)示例中，單個(gè)接口被用于供電和傳輸測量。在另一示例中，多個(gè)線或端口被用于電力和/或通信。

傳感器元件104是絕對或360度類型的傳感器，從而意味著它可以測量獨(dú)特地在整個(gè)旋轉(zhuǎn)上的任何角度處的通量。傳感器元件104具有適當(dāng)?shù)念愋?，諸如磁阻或磁敏類型的元件。

磁體模塊106被固定或附連到待測量的組件或與待測量的組件集成，并且被配置為在傳感器元件104附近生成磁場。在一個(gè)示例中，磁體模塊106可以在直徑上被磁化。磁體模塊106可以包括各種尺寸和形狀的磁體。一些示例形狀包括丸或固體磁體、環(huán)形磁體等。尺寸被選擇為提供適當(dāng)?shù)拇艌觥Ｍǔ?，尺寸包括厚度和直徑?/p>

干擾（諸如上面所示的干擾）可能干擾由傳感器元件104測量的磁場。然而，在不需要大量封裝或其他減輕干擾的機(jī)制的情況下，傳感器模塊102與組件集成以屏蔽模塊102和元件104。為傳感器元件104和磁體模塊106提供屏蔽的組件包括例如由適當(dāng)材料構(gòu)成的可旋轉(zhuǎn)物體，諸如軸、棒等。在一個(gè)示例中，適當(dāng)?shù)牟牧习ň哂写笥?的磁導(dǎo)率的相對軟的磁性材料。

圖1b是指示本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的電動(dòng)自行車的一些元件的示意圖。電動(dòng)自行車10包括框架11、前叉11a、后叉11c和鞍形柱11b。前叉11a支持前輪13a的前輪轂12a，該元件中的每個(gè)未按比例示出，但僅僅是為了說明性目的。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將領(lǐng)會(huì)到，提供通常實(shí)現(xiàn)為（可再充電）電池14的能量儲存器，以便支持驅(qū)動(dòng)電動(dòng)自行車10的騎行者（未示出）。電池14給在騎行時(shí)支持自行車的推力的電機(jī)15供能。

傳統(tǒng)的自行車由騎行者經(jīng)由曲軸12c和齒輪24向后輪轂12b施加的力提供動(dòng)力。齒輪24可以提供平移到后輪轂12c的m圈的曲軸12c的n圈的固定齒輪比，比率n：m也被稱為齒輪比。齒輪24可以提供可變齒輪比作為齒轂變速?？蛇x地或另外，可變齒輪比可以使用在曲軸和/或后輪轂12b處從不同尺寸的鏈輪變速的鏈條來提供。變速器可以被用于鏈條變速，如本領(lǐng)域中已知的。這種可變齒輪比與電動(dòng)自行車組合也是可能的。

作為非限制性示例，電機(jī)15在圖1b中被示出為在后輪轂12b的中心。電機(jī)15可以與后輪轂12b直接接合。替代地或另外，齒輪可以被實(shí)現(xiàn)為電機(jī)15的一部分，或者可以使用從傳統(tǒng)自行車已知并且在前面已經(jīng)簡要解釋的傳統(tǒng)齒輪變速設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。

對于電動(dòng)自行車，存在電機(jī)15如何通過提供附加的推力來支持騎車者的多個(gè)選項(xiàng)。電機(jī)15可以替代圖1b的例示被實(shí)現(xiàn)在與曲軸12c接合的鞍形柱內(nèi)，如在本領(lǐng)域中已知的。

電機(jī)15可以替代地或另外與前輪轂12a接合。電動(dòng)自行車的電機(jī)15可以經(jīng)由可能令人感興趣用于運(yùn)動(dòng)電動(dòng)自行車的單獨(dú)的皮帶或鏈條進(jìn)一步與前輪轂12a或后輪轂接合，從而使電動(dòng)自行車的傳統(tǒng)傳動(dòng)系不變。

圖1c示出圖示了根據(jù)如下概述的本公開的包括驅(qū)動(dòng)軸101的電機(jī)15的示意圖，對于該驅(qū)動(dòng)軸101，角度測量令人感興趣的是利用角度測量布置。電動(dòng)自行車的驅(qū)動(dòng)軸101可以耦合到可選齒輪24，其提供固定齒輪比n：m或可變齒輪比，如前面解釋的。齒輪24通常提供從驅(qū)動(dòng)軸101到前輪轂12a、后輪轂12b或曲軸12c中的至少一個(gè)的耦合。

圖2是具有空心軸和環(huán)形磁體模塊的集成傳感器系統(tǒng)200的橫截面圖。系統(tǒng)200以簡化形式被提供以便促進(jìn)理解?？梢栽趷毫迎h(huán)境、汽車系統(tǒng)、車輛系統(tǒng)等中利用系統(tǒng)200。系統(tǒng)200可以被制造成一個(gè)或多個(gè)設(shè)備。對于一些組件的附加細(xì)節(jié)可以從類似編號的組件的上述描述進(jìn)行參考。

系統(tǒng)200包括殼體208、傳感器模塊102、傳感器元件104、磁體模塊206和軸210。系統(tǒng)200將傳感器模塊102與軸210集成，該軸210屏蔽傳感器模塊102和磁體模塊206免受干擾并加強(qiáng)由磁體模塊206生成的磁場。

傳感器模塊102包括形成在外殼內(nèi)的傳感器元件104。外殼通常是過模制塑料，但不限于此。傳感器元件104可以被配置有引線框架。然后，模塊102包括從傳感器元件104的引線框架到端口的連接或外部連接，如將關(guān)于圖13更詳細(xì)地解釋的。

殼體208可以是變速箱、隔室、動(dòng)力系燃燒引擎等的一部分。殼體208被配置為接收和支持軸210。在一個(gè)實(shí)施例中，殼體208包括挖空的凹部，將軸210插入到該凹部中。軸承212或另一組件/設(shè)備被配置為在沒有過度摩擦的情況下促進(jìn)軸210的旋轉(zhuǎn)。殼體208還可以包括傳感器模塊102被插入或定位于其中的模塊開口。應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)傳感器模塊被放置在模塊開口中時(shí)，傳感器模塊將促進(jìn)實(shí)際傳感器元件104相對于可旋轉(zhuǎn)軸210的預(yù)期定位，并且磁體206使得軸210的旋轉(zhuǎn)對傳感器元件104“可見”。注意的是，傳感器模塊102可從殼體208移除。在另一示例中，傳感器模塊不可移除地附連到殼體208。在一個(gè)示例中，殼體208提供密閉密封，其保護(hù)傳感器模塊102免于碎片和污染物。另外，殼體208可以被配置為提供磁屏蔽和/或電氣屏蔽。下面將關(guān)于圖10-18更詳細(xì)地討論將傳感器元件104和/或磁體206屏蔽免于任何外部磁場的方面。

軸210與殼體208分離。軸的第一端被附連到電機(jī)或其他可旋轉(zhuǎn)物體，并且第二端鄰近殼體208。軸210的第二端可以耦合到軸承以促進(jìn)旋轉(zhuǎn)。軸210可以是汽車系統(tǒng)諸如動(dòng)力傳動(dòng)系、傳動(dòng)系統(tǒng)等的一部分。軸210通常是由適當(dāng)材料（諸如金屬、軟磁性材料等）構(gòu)成的長圓柱形棒。適當(dāng)金屬的一些示例包括鋼和鋁。軟磁性材料的示例包括具有大于1的磁導(dǎo)率的材料。軸210以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)（rpm）的范圍以及在旋轉(zhuǎn)方向（順時(shí)針或逆時(shí)針）旋轉(zhuǎn)。rpm可以包括諸如0至200rpm的低rpm范圍和諸如超過4,000rpm的范圍的高rpm范圍。

軸210被示出為具有示出為z的旋轉(zhuǎn)軸線。軸210以旋轉(zhuǎn)方向圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方向可以是順時(shí)針或逆時(shí)針。

軸210可以是挖空的、實(shí)心或以其他方式配置的。在圖2中，軸210是空心的，并且具有選擇的壁厚。替代地，軸210可以是實(shí)心的，并且包括如圖2所示的薄壁端部。傳感器模塊102和傳感器元件104的至少一部分在第二端處部分地延伸到軸210的開口部分中。另外，磁體模塊206還至少部分地位于軸的開口部分內(nèi)。通過被挖空，軸可以具有與實(shí)心軸相比更低的成本和重量。

磁體模塊206生成具有通量并配置用于測量的磁場。在該示例中，磁體模塊206包括沿著軸210的內(nèi)表面（即，圖2中的內(nèi)圓周表面）定位的環(huán)形磁體。環(huán)形磁體部分地圍繞傳感器模塊102并且關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸線z圍繞傳感器元件104。

在該示例中，傳感器模塊102被集成到殼體208中。傳感器模塊102可以包括o形環(huán)或類似材料以在傳感器模塊102和殼體208（圖2中未示出）之間密封。傳感器元件104被定位在模塊102的第二端附近。傳感器元件104通常測量由磁體模塊206生成的磁場，更準(zhǔn)確地說，當(dāng)用作角度傳感器時(shí)測量磁場的方向。在軸210旋轉(zhuǎn)時(shí)，由磁體生成的磁場將對傳感器元件104呈現(xiàn)為可以用于監(jiān)視軸的旋轉(zhuǎn)位置的旋轉(zhuǎn)磁場。

由傳感器元件104獲得的測量結(jié)果用于計(jì)算角度測量結(jié)果，包括軸的徑向位置、軸的角度位置、每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)（rpm）、旋轉(zhuǎn)方向等。

諸如電子控制單元（ecu）的控制單元可以從傳感器模塊102接收測量結(jié)果和/或角信息。

圖3是具有空心軸或至少軸的薄壁端部和丸形磁體的軸集成傳感器系統(tǒng)300的橫截面圖。系統(tǒng)300以簡化形式被提供以便促進(jìn)理解?？梢栽趷毫迎h(huán)境、汽車系統(tǒng)、車輛系統(tǒng)等中利用系統(tǒng)300。系統(tǒng)300可以被制造成一個(gè)或多個(gè)設(shè)備。系統(tǒng)300類似于上述系統(tǒng)200，但是利用丸或圓形磁體而不是環(huán)形磁體。對于一些組件的附加細(xì)節(jié)可以從類似編號的組件的上述描述進(jìn)行參考。

系統(tǒng)300包括殼體208、傳感器模塊102、傳感器元件104、磁體模塊306和軸210。系統(tǒng)300將傳感器模塊102集成到軸210中，該軸210電氣地、機(jī)械地和/或磁性地屏蔽傳感器模塊102免受干擾。

傳感器模塊102包括形成在外殼內(nèi)的傳感器元件104。外殼是過模制塑料。傳感器元件104通常被配置有引線框架。模塊102包括從傳感器元件104的引線框架到端口的連接或外部連接。

殼體208可以是動(dòng)力傳動(dòng)系、傳動(dòng)系統(tǒng)等的一部分。殼體208被配置為接收和支持軸210。殼體208包括稱為殼體凹部的挖空凹部，將軸210插入到該凹部中。軸承212或另一組件/設(shè)備被配置為在沒有過度摩擦的情況下促進(jìn)軸210的旋轉(zhuǎn)。

軸210與殼體208分離。軸的第一端被附連到電機(jī)或其他可旋轉(zhuǎn)物體，并且第二端在殼體208附近。軸210通常是由諸如以上描述的適當(dāng)材料構(gòu)成的長圓柱形棒。軸210以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)（rpm）的范圍并且在旋轉(zhuǎn)方向（順時(shí)針或逆時(shí)針）旋轉(zhuǎn)。rpm可以包括諸如0至200rpm的低rpm范圍和諸如超過4,000rpm的高rpm范圍。

軸210可以是挖空的、實(shí)心或以其他方式配置的。在圖3中，軸210再次被挖空并具有選擇的壁厚。傳感器模塊102的一部分在第二端處部分地延伸到軸210的開口部分中。磁體模塊306位于軸的開口部分內(nèi)。

磁體模塊306生成具有通量并配置用于測量的磁場。軸210加強(qiáng)所生成的磁場。在該示例中，磁體模塊306包括跨軸210中的開口定位的丸或圓形磁體。沿著與傳感器模塊102和傳感器元件104相同的軸線z定位丸形磁體。此外，丸形磁體具有被選擇為提供適當(dāng)磁場的直徑和厚度。直徑可以小于軸210的內(nèi)表面的直徑。

如上所述，傳感器模塊102被集成到殼體208中。傳感器模塊102可以包括o形環(huán)或類似材料，以在傳感器模塊102和殼體208之間密封。傳感器元件被定位在模塊102的第二端附近。傳感器元件104測量磁場，更準(zhǔn)確地說，測量由磁體模塊306生成的磁場的定向。

由傳感器元件104獲得的測量結(jié)果用于計(jì)算軸的方位角或角位置、每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)（rpm）、旋轉(zhuǎn)方向等。

諸如電子控制單元（ecu）的控制單元可以從傳感器模塊102接收測量結(jié)果和/或角信息。

圖4是具有實(shí)心軸410和環(huán)形磁體模塊206的傳感器系統(tǒng)400的橫截面圖。系統(tǒng)400以簡化形式被提供以便促進(jìn)理解。可以在惡劣環(huán)境、汽車系統(tǒng)、車輛系統(tǒng)等中利用系統(tǒng)400。另外，系統(tǒng)400可以被制造成一個(gè)或多個(gè)設(shè)備。對于一些組件的附加細(xì)節(jié)可以從類似編號的組件的上述描述進(jìn)行參考。

系統(tǒng)400包括殼體208、傳感器模塊102、傳感器元件104、磁體模塊206和軸410。系統(tǒng)200將傳感器模塊102集成到軸410中，該軸410電氣地、機(jī)械地和/或磁性地屏蔽傳感器模塊102免受干擾。

傳感器模塊102再次包括可選地形成在外殼內(nèi)的傳感器元件104。在一個(gè)示例中，外殼是過模制塑料。傳感器元件104可以被配置有引線框架。模塊102可以包括從傳感器元件104的引線框架到端口的連接或外部連接。

殼體208可以是動(dòng)力傳動(dòng)系、傳動(dòng)系統(tǒng)等的一部分。殼體208被配置為接收和支持軸410。殼體208包括挖空凹部，將軸410插入該凹部中?？蛇x軸承212或另一組件/設(shè)備被配置為在沒有過度摩擦的情況下促進(jìn)軸410的旋轉(zhuǎn)。

軸410與殼體208分離。軸的第一端被附連到電機(jī)或其他可旋轉(zhuǎn)物體，并且第二端在殼體208附近。軸410通常是由諸如金屬的適當(dāng)材料構(gòu)成的長圓柱形棒。以上示出適當(dāng)材料的一些示例。軸410以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)（rpm）的范圍并且在旋轉(zhuǎn)方向（順時(shí)針或逆時(shí)針）旋轉(zhuǎn)。rpm可以包括諸如0至200rpm的低rpm范圍和諸如超過4,000rpm的高rpm范圍。

在該示例中，軸410是實(shí)心的并且具有選擇的直徑。軸410的第二端包括軸腔414。腔414使用諸如鉆孔的適當(dāng)機(jī)制形成在第二端內(nèi)。腔414具有直徑和深度。傳感器模塊102的至少一部分延伸到軸腔414中。另外，磁體模塊206位于軸腔內(nèi)。與空心軸相比，軸410由于是實(shí)心的而可以具有優(yōu)越的強(qiáng)度，如關(guān)于圖2和圖3所討論的。

磁體模塊206生成具有通量并配置用于測量的磁場。在該示例中，磁體模塊206包括圍繞軸腔414的內(nèi)表面定位的環(huán)形磁體。環(huán)形磁體部分地圍繞傳感器模塊102并且在z方向上圍繞傳感器元件104。與丸形磁體相比，環(huán)形磁體206通常提供用于關(guān)于軸向位移進(jìn)行測量的更好的場。

在該示例中，傳感器模塊102被集成到殼體208中。傳感器模塊102可以包括o形環(huán)或類似材料，以在傳感器模塊102和殼體208之間密封。傳感器元件被定位在模塊102的第二端附近。傳感器元件104測量由磁體模塊206生成的磁場。

由傳感器元件104獲得的測量結(jié)果用于計(jì)算軸的徑向位置、每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)（rpm）、旋轉(zhuǎn)方向等。諸如電子控制單元（ecu）的控制單元（未示出）可以從傳感器模塊102接收測量結(jié)果和/或角信息。

圖5是具有實(shí)心軸和丸形磁體的軸集成傳感器系統(tǒng)500的橫截面圖。系統(tǒng)500以簡化形式被提供以便促進(jìn)理解?？梢栽趷毫迎h(huán)境、汽車系統(tǒng)、車輛系統(tǒng)等中利用系統(tǒng)500。另外，系統(tǒng)500可以被制造成一個(gè)或多個(gè)設(shè)備。對于一些組件的附加細(xì)節(jié)可以從類似編號的組件的上述描述進(jìn)行參考。

系統(tǒng)500包括殼體208、傳感器模塊102、傳感器元件104、磁體模塊306和軸410。系統(tǒng)200將傳感器模塊102和磁體模塊306集成到軸410中，該軸410電氣地、機(jī)械地和或磁性地屏蔽傳感器模塊102免受干擾。

傳感器模塊102包括形成在外殼內(nèi)的傳感器元件104。外殼是過模制塑料。傳感器元件104可以被配置有引線框架。模塊102包括從傳感器元件104的引線框架到端口的連接或外部連接。

殼體208可以是動(dòng)力系、傳動(dòng)系統(tǒng)等的一部分。殼體208被配置為接收和支持軸410。殼體208包括挖空的凹部，將軸410插入到該凹部中。軸承212或另一組件/設(shè)備被配置為在沒有過度摩擦的情況下促進(jìn)軸410的旋轉(zhuǎn)。

軸410與殼體208分離。軸的第一端被附連到電機(jī)或其他可旋轉(zhuǎn)物體，并且第二端在殼體208附近。軸410通常是由諸如以上示出的適當(dāng)材料構(gòu)成的長圓柱形棒。軸410以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)（rpm）的范圍并且在旋轉(zhuǎn)方向（順時(shí)針或逆時(shí)針）旋轉(zhuǎn)。rpm可以包括低rpm范圍和高rpm范圍及其變型。

軸410是實(shí)心的并且具有選擇的直徑。軸410的第二端包括軸腔414。腔414使用適當(dāng)?shù)臋C(jī)制形成在第二端內(nèi)。腔414具有直徑和深度。傳感器模塊102的一部分部分地延伸到軸腔414中。另外，磁體模塊306位于軸腔內(nèi)。

磁體模塊306生成具有通量并配置用于測量的磁場。在該示例中，磁體模塊306包括定位在軸腔414中的丸形磁體。丸形磁體被定位在具有傳感器104的軸線，即圖5中的z軸線上。此外，丸形磁體具有如以上關(guān)于圖3所描述的直徑和厚度。

在該示例中，傳感器模塊102被集成到殼體208和軸410中。傳感器模塊102可以包括o形環(huán)或類似材料，以在傳感器模塊102和殼體208之間密封。傳感器元件被定位在模塊102的第二端附近。傳感器元件104測量由磁體模塊206生成的磁場或磁場方向。來自磁體206的磁場作為指示旋轉(zhuǎn)軸410的角位置的旋轉(zhuǎn)磁場對傳感器是“可見的”。

由傳感器元件104獲得的測量結(jié)果用于計(jì)算軸的徑向位置、每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)（rpm）、旋轉(zhuǎn)方向等，如以上已經(jīng)解釋的。諸如電子控制單元（ecu）的控制單元（未示出）可以從傳感器模塊102接收測量結(jié)果和/或角信息。測量結(jié)果或信息包括模擬或數(shù)字原始數(shù)據(jù)、計(jì)算的角度信息等。

圖6是描繪傳感器模塊系統(tǒng)600的圖。系統(tǒng)600可以與以上系統(tǒng)和設(shè)備一起使用，并且被提供以促進(jìn)理解。

系統(tǒng)600包括傳感器模塊102、接口616和控制器或控制單元614。傳感器模塊102包括傳感器元件104。傳感器元件104是磁敏技術(shù)，諸如磁阻、霍爾效應(yīng)等。傳感器元件104被配置為測量在元件104附近的磁場、磁通密度、磁場方向等。傳感器元件104形成在管芯上并且具有引線框架以用于供電并提供測量結(jié)果。

傳感器模塊102包括由諸如過模制塑料的適當(dāng)材料形成的外殼618。外殼618通常密封傳感器元件104免于碎片和其他干擾。

接口616連接到傳感器元件104。接口616可以包括到傳感器元件104并且在外殼618外部的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)線/連接。接口616被配置為將測量結(jié)果從傳感器元件104傳輸?shù)娇刂破?14，并且向傳感器元件104供電。

控制器614連接到接口616并且被配置為控制傳感器元件104并且從傳感器元件104接收磁場/通量測量結(jié)果?？刂破?14確定關(guān)于組件的角信息，諸如角度位置、角位置、旋轉(zhuǎn)速度、加速度等。該組件通常是可旋轉(zhuǎn)組件，諸如電機(jī)軸、輪、動(dòng)力傳動(dòng)軸、傳動(dòng)軸等。特別地，控制器614被配置為確定角位置、角方向、rpm等。

圖7是可以被用于磁體模塊（諸如上述磁體模塊）中的環(huán)形磁體700的橫截面視圖。環(huán)形磁體700可以被用于以上系統(tǒng)中，以生成用于測量角信息（包括位置和rpm）的磁場。

磁體700被定位在電機(jī)、輪等的軸的端部內(nèi)。磁體生成由其組成和尺寸確定的適當(dāng)?shù)膱觥?/p>

尺寸包括外徑720、寬度厚度722和內(nèi)徑724。在內(nèi)徑724和外徑之間的差定義環(huán)厚度。通常，寬度厚度和環(huán)厚度越大，所生成的磁場越大，并且傳感器元件對傳感器相對于磁體的位移（也被稱為定位容限）可以更加容忍。

圖8是可以被用于磁體模塊（諸如上述磁體模塊）中的丸或圓形磁體800的橫截面視圖。丸形磁體800可以被用于以上系統(tǒng)中，以生成用于測量角信息（包括位置和rpm）的磁場。

磁體800可以被定位在電機(jī)、輪等的軸的端部內(nèi)。磁體800生成由其組成和尺寸確定的適當(dāng)?shù)拇艌龇植蓟蛲俊?/p>

尺寸包括直徑820和厚度822。通常，直徑820越大并且厚度822越大，所生成的磁場越大，并且傳感器元件對位置容限可以更加容忍，如將在以下更詳細(xì)地解釋的。

圖9是圖示操作傳感器設(shè)備的方法900的流程圖。方法900將傳感器模塊插入或集成到軸中，以便于提供針對干擾的屏蔽并且可選地加強(qiáng)磁場的生成。方法900可以結(jié)合以上系統(tǒng)、設(shè)備及其變型來使用。

方法900開始在框902處，其中傳感器模塊被配置或定位到軸和/或殼體中。軸提供對傳感器模塊的屏蔽，使得減輕或避免諸如以上描述的干擾的干擾。殼體可以是隔室的外殼或壁，諸如汽車傳動(dòng)組件等。傳感器模塊可以是過模制的，并且通?？蓮臍んw移除。傳感器模塊包括配置為測量一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)軸線（1d、2d、3d）或磁場方向上的磁場的傳感器元件（磁阻）。

軸被配置為具有軸凹部，并且磁體模塊在框904處被定位在軸凹部內(nèi)。軸凹部可以通過鉆孔或另一適當(dāng)機(jī)制以實(shí)心或空心軸形成。磁體模塊包括磁體，諸如環(huán)形磁體或丸形磁體。

在框906處，由磁體模塊生成磁場。當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁場隨著軸旋轉(zhuǎn)。磁體模塊通過軸基本上被屏蔽而免于干擾，并且因此，在沒有干擾的情況下生成磁場。

在框908處，由傳感器模塊測量磁場。傳感器模塊通過軸屏蔽，并且因此基本上被屏蔽而免于干擾。因此，使用一些屏蔽的磁場測量通常比非屏蔽方法更準(zhǔn)確。

在框910處，由控制單元基于磁場測量結(jié)果來確定角信息。角信息包括例如軸的旋轉(zhuǎn)速度、軸的角位置等。將領(lǐng)會(huì)的是，角信息可以替代地由傳感器元件導(dǎo)出，并且導(dǎo)出的角信息被轉(zhuǎn)發(fā)到ecu。

考慮如圖10中的設(shè)置，將在下面討論傳感器元件（如例如關(guān)于圖1-6所討論的）應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地在軸線或管101內(nèi)部多深。圖10示出在其左端具有孔的軸101的橫截面視圖。孔直徑為di。軸101可以由軟磁性材料制成。這意味著相對磁導(dǎo)率μr大于100，通常在1000和10000之間，并且矯頑力小，通常小于1ka/m。在這里未示出磁體（例如參見圖2和圖4中的磁體206、圖3和圖5中的磁體306、圖7中的磁體環(huán)700或圖8的磁性丸800），因?yàn)榇朋w對于將給出的以下規(guī)則是不相關(guān)的。

傳感器元件104（圖10中未示出）具有敏感點(diǎn)，該敏感點(diǎn)由旋轉(zhuǎn)軸線z上的交叉x表示。不論給定的磁體如何，磁場感測元件104（例如，分別為圖1-6的傳感器元件104）的敏感點(diǎn)應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地在孔內(nèi)部的距離da處，其中da>0.4*di。在該條件下，可滲透的薄壁軸端將有效地屏蔽傳感器元件104免于外部磁場。如果傳感器元件104被插入大于da=0.4*di，則屏蔽通常改善，但僅適度地對于大da。如果傳感器元件104被插入小于da=0.4*di，則任何外部磁場的很大一部分仍然存在于傳感器位置處，并且可能損壞傳感器元件104的（角度）傳感器功能。

圖11a示出一種配置，所述配置用于數(shù)值模擬，以便于實(shí)現(xiàn)到可旋轉(zhuǎn)軸101的薄壁端部的孔中的小于0.4*di的傳感器元件104的插入da的以上估計(jì)。假設(shè)模擬中的參數(shù)是：軸的內(nèi)徑di=22mm，軸的外徑為26mm，軸線的相對磁導(dǎo)率μr從100變化到7400。管101沿z方向從z=-50mm延伸到+50mm。由于對稱考慮因素，在圖11a中僅對1/8的幾何形狀建模。在這些模擬中，施加在bx方向上的磁干擾場，并且假設(shè)傳感器元件104對bx分量敏感。

圖11b圖示基于如結(jié)合圖11a所概述的參數(shù)和設(shè)置的模擬的結(jié)果。在圖11b中，繪制了在傳感器位置處采樣的bx分量與在管外部的大距離處施加的bx分量的比率的大小。

作為針對圖11b的曲線圖的橫坐標(biāo)，繪制了z位置與直徑的比率（在管端部在z=0.05m處），針對在模擬中使用的以上參數(shù)，所述比率等于（-1）*da/di。在圖11b的模擬中變化的參數(shù)是相對磁導(dǎo)率μr。

如果測試點(diǎn)（即，沿著z軸線的電位傳感器位置）是管101內(nèi)部的直徑的一半，則屏蔽是相當(dāng)好的。管102內(nèi)部深處的屏蔽是

，

根據(jù)kaden“wirbelstr?meundschirmungindernachrichtentechnik”，第82頁，其中d表示壁厚。根據(jù)圖10，2*d等于外徑d-內(nèi)徑di。

根據(jù)該公式，當(dāng)磁場感測元件在孔內(nèi)部深處時(shí)，可以推導(dǎo)出針對角度誤差的凸出的以下經(jīng)驗(yàn)法則：

角度誤差[°]=ca.（57/μr）*（di/d）*（bd/bm），其中干擾磁場為bd和磁體的磁場為bm。通常，干擾場高達(dá)1.5mt，磁場為40mt，并且角度誤差應(yīng)當(dāng)小于0.2°。

因此，得到下述設(shè)計(jì)規(guī)則：μr*d/di>10。

屏蔽的相對磁導(dǎo)率μr乘以其厚度d除以內(nèi)徑應(yīng)當(dāng)大于10。

示例：

管101具有22mm的內(nèi)徑和2mm的壁厚，磁場為40mt，并且干擾為1.5mt。如果傳感器在管內(nèi)部11mm，其中μr=800，屏蔽為3%，因此管內(nèi)部的干擾為0.03*1.5mt=0.045mt。這給出0.045/40*180/pi=0.065°的角度誤差，并且μr*d/di=800*2/22=73>10成立。

如果將μr減少到原來的1/7.3，則這將給出限制μr*d/di=10并且導(dǎo)致0.065°*7.3=0.47°的角度誤差。為了更好地屏蔽，管101的較大μr和/或較厚的壁和/或孔的較小直徑di分別是有利的。

根據(jù)以上的數(shù)值模擬，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，對于小的μr，屏蔽小于針對大μr的屏蔽——這是不重要的。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將進(jìn)一步認(rèn)識到，對于大的μr，更加令人興趣的是插入傳感器元件104深得足以進(jìn)入軸101的孔中：這就是說，如果傳感器元件104僅插入孔中0.4*di（其對應(yīng)于橫坐標(biāo)值（z-0.05）/0.022=-0.4），對于μr=7400和μr=3200，屏蔽幾乎是相同的，然而，如果將傳感器元件104插入di（其對應(yīng)于橫坐標(biāo)值（z-0.05）/0.022=-1），則μr=7400曲線屏蔽外部磁場是μr=3200的2.5倍以上。

要考慮的另一方面是用于設(shè)置的渦流和/或滯后的影響，其中傳感器元件104和/或磁體沿著旋轉(zhuǎn)的軸線被布置在孔內(nèi)。

如果磁性感測元件104被定位成沿著旋轉(zhuǎn)軸線（其是圖10中的z軸線），并且永磁體被附連到可旋轉(zhuǎn)軸，則存在用于屏蔽磁性感測元件104免于外部磁干擾的兩個(gè)可能性：

（i）屏蔽件可以相對于磁體靜止，或者（ii）磁體和屏蔽件可以針對彼此旋轉(zhuǎn)。

在情況（i）中，屏蔽件可以附連到磁體或軸101，使得磁體和屏蔽件圍繞（磁場）感測元件104同步地旋轉(zhuǎn)。在情況（ii）中，屏蔽件可以附連到傳感器元件104或不與軸一起旋轉(zhuǎn)的定子，諸如用于軸的安裝點(diǎn)。

優(yōu)選的是，屏蔽件不相對于磁體移動(dòng)。這種設(shè)置將防止磁體的強(qiáng)場（圖2、4中的206、圖3、5中的306、圖7中的700和圖8中的800）在屏蔽件內(nèi)部生成渦流。應(yīng)當(dāng)避免這些渦流，因?yàn)樗鼈儺a(chǎn)生次級磁場，所述次級磁場導(dǎo)致傳感器104的角度測量中的角度誤差。渦流導(dǎo)致在軸的旋轉(zhuǎn)期間滯后于旋轉(zhuǎn)磁場的磁場，軸101的旋轉(zhuǎn)越快，這越關(guān)鍵。

此外，在渦流和磁體之間存在小的力，其可能例如以被散逸成熱的旋轉(zhuǎn)能量的形式發(fā)生干擾。

此外，當(dāng)使用屏蔽件時(shí)，在屏蔽件和磁體之間的不精確的相對定位令人感興趣。假設(shè)磁體和屏蔽件不是同軸的，這可能使由感測元件104感測的磁場失真并且導(dǎo)致角度誤差。通常，如果它們不針對彼此移動(dòng)，則更容易限定在屏蔽件和磁體之間的精確位置。相反，如果它們針對彼此旋轉(zhuǎn)，例如由于軸承中的間隙，則它們的相對定位不太精確。

最后，屏蔽件的磁滯可能導(dǎo)致針對測量角度的附加角度誤差。如果旋轉(zhuǎn)方向頻繁變化：則屏蔽件可能對由磁體引起的磁場增加小的磁性失真。由于磁屏蔽件的磁滯引起的磁性失真通常對于順時(shí)針和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)是不同的，因?yàn)槠帘渭拇艤沟每倛鰷笥诖朋w的場。

在某些情況下，可能仍然優(yōu)選的是，使用與傳感器104靜止的磁屏蔽件，并且因此磁體相對于屏蔽件旋轉(zhuǎn)：如果軸101的慣性矩需要被保持為小，使得不想將屏蔽件安裝在軸101上，則這種設(shè)置是令人感興趣的。

在本公開中，進(jìn)一步，感測元件104被描述為集成電路。作為替代，感測元件104可以被實(shí)現(xiàn)為離散元件。兩個(gè)選項(xiàng)都具有其自己的優(yōu)點(diǎn)，如將在下面更詳細(xì)解釋的。

實(shí)現(xiàn)感測元件104的角度傳感器電路通常需要至少一個(gè)磁場感測元件以基于傳感器位置處的（旋轉(zhuǎn)）磁場來檢測磁體的旋轉(zhuǎn)位置。為此，可以使用比如amr（各向異性磁電阻）、gmr（巨磁電阻）、tmr（隧道磁電阻）、cmr（龐磁電阻）、霍爾板、垂直霍爾效應(yīng)器件、magfet或磁阻抗傳感器元件的磁電阻。

在許多情況下，傳感器電路甚至需要兩個(gè)或更多個(gè)這種傳感器元件，以便實(shí)現(xiàn)感測元件104，所述傳感器元件在不同方向上對準(zhǔn)：不同的方向是：在磁電阻或霍爾效應(yīng)器件的情況下，它們的參考方向（其在amr、霍爾效應(yīng)器件和magfet的情況下是電流流動(dòng)方向，而在gmr、tmr、cmr的情況下，參考方向是釘扎磁化的方向）。不同的方向需要顯著不同，這意味著至少15°差異。

在理想的設(shè)置中，不同的方向相差90°；除了其中不同方向是45°差異的amr之外。這些多于一個(gè)的磁場感測元件應(yīng)當(dāng)與磁體相比是小的，并且靠近在一起（與磁體的特征尺寸相比接近）：如果磁體具有10mm的尺寸，則在實(shí)現(xiàn)感測元件104時(shí)，用于計(jì)算角度的所有磁場感測元件應(yīng)當(dāng)在<0.5mm（即磁體的1/20）的區(qū)域內(nèi)。作為優(yōu)選的上限，可以說：它們應(yīng)當(dāng)分開不大于磁體尺寸的1/10。磁體的大小應(yīng)當(dāng)在下面進(jìn)行解釋：磁體布置通常由三個(gè)空間維度表征。根據(jù)環(huán)境，三個(gè)空間維度可以是相同的，在該情況下，該尺寸可以被認(rèn)為是磁體的大小。然而，如果磁體的三個(gè)空間維度不相同，則對于本公開的其余部分，可以考慮表示磁體的大小的三個(gè)空間維度中的任一個(gè)。

為了實(shí)現(xiàn)感測元件104，僅磁場感測元件是否被放置在孔101內(nèi)部，或者磁場感測元件加上信號調(diào)節(jié)電路是否被放置在孔101內(nèi)部（在圖10中最佳看到的）是不相關(guān)的。在第一種情況下，感測元件104可以使用離散的換能器來實(shí)現(xiàn)，在后一種情況下，感測元件104可以使用集成傳感器來實(shí)現(xiàn)。

集成傳感器應(yīng)當(dāng)被解釋為包括集成電路。集成電路是電子電路，所述電子電路向傳感器元件供電并且可選地例如通過預(yù)放大和ad轉(zhuǎn)換并且校準(zhǔn)與溫度漂移等來調(diào)節(jié)傳感器元件的輸出信號。

根據(jù)環(huán)境，可能令人感興趣的是在單個(gè)芯片上實(shí)現(xiàn)集成傳感器或者在共同封裝中實(shí)現(xiàn)為多芯片解決方案。

tmr理想地適合作為離散磁場感測設(shè)備，因?yàn)樗鼈儺a(chǎn)生大信號，所述信號可以在幾厘米或幾十厘米的距離上被傳輸?shù)叫盘栒{(diào)節(jié)電路。也有可能將幾個(gè)芯片安裝到單個(gè)電子封裝中并將其插入到軸101的孔中。

最后，應(yīng)當(dāng)提及的是，如果實(shí)現(xiàn)感測元件104的集成傳感器是3d磁場傳感器，則集成傳感器（更準(zhǔn)確地說是傳感器芯片）不需要沿著z軸或沿著磁體內(nèi)部或軸101內(nèi)部的任何預(yù)定義定向?qū)?zhǔn)。3d磁場傳感器應(yīng)當(dāng)被解釋為基本上測量磁場矢量的所有分量的傳感器。這種3d磁場傳感器可以由下述各項(xiàng)組成：霍爾板，用于檢測例如磁場矢量的x分量；垂直霍爾效應(yīng)器件，用于檢測例如磁場矢量的y分量；加上垂直霍爾效應(yīng)器件，用于檢測例如磁場矢量的z分量。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將容易領(lǐng)會(huì)到3d傳感器的其他可能的實(shí)現(xiàn)，為了簡潔起見，不應(yīng)在這里解釋其他可能的實(shí)現(xiàn)。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將進(jìn)一步領(lǐng)會(huì)到，當(dāng)將感測元件104定位在軸210內(nèi)部時(shí)使用的軸承可能對角度傳感器104的性能具有影響，如下面將簡要討論的。

圖12圖示包括磁體206的軸210的端部的橫截面視圖。軸承212用于安裝殼體208，殼體208進(jìn)而有助于安裝（多個(gè)）傳感器元件104。由于（多個(gè)）磁場感測元件104和磁體206被放置在軸210的端部處的孔內(nèi)部，所以存在（多個(gè)）感測元件104和/或磁體206干擾軸210的軸承212（例如球軸承，但不限于此）的潛在風(fēng)險(xiǎn)，所述軸承212通常也靠近軸的端部210。

一方面，孔降低了軸210的強(qiáng)度。如果壁厚（圖10中的（d-di）/2）過低，則可能發(fā)生在重負(fù)載下，軸210的端部變形，這可能導(dǎo)致磁體206斷裂或松動(dòng)，并且不再剛性地附連到軸210。如果軸承212故障，則它可能升溫，并且該溫度升高可能使得磁體206發(fā)生故障或者從軸210的端部分解或松動(dòng)。軸承212通常采用某種類型的油脂以減少摩擦，并且該油脂可以到達(dá)傳感器封裝102和/或磁體206，其中該油脂可能導(dǎo)致不想要的化學(xué)相互作用（例如減小將磁體206附連到軸210的膠的強(qiáng)度）。

針對這些問題的一個(gè)簡單補(bǔ)救措施是將傳感器元件104和磁體更深地移動(dòng)到孔內(nèi)部，這不管怎樣是為了改善電磁屏蔽而推薦的。

圖12a圖示與如前面所討論的軸承相關(guān)的一些問題的第一解決方案。圖12a示出平行于被指示為z軸線的旋轉(zhuǎn)軸線的軸101的端部的橫截面視圖。

在圖12a中，軸承212比圖12中在軸101上被拉得更遠(yuǎn)，這就是說，軸承被定位成更遠(yuǎn)離孔。在圖12a的設(shè)置中，存在產(chǎn)生感測元件104的位置處的磁場的兩個(gè)磁體206。在沒有限制的情況下，磁體206可以被實(shí)現(xiàn)為單一構(gòu)件或包括多于兩個(gè)的構(gòu)件。感測元件104在遠(yuǎn)離孔的開口的距離da處的位置再次由交叉x指示，如前面結(jié)合圖10所討論的。

對于圖12a的布置，由磁體206經(jīng)受并且由軸承212引起的力和機(jī)械應(yīng)力被最小化。換言之，與如圖12中所討論的設(shè)置相比，軸承212和磁體206之間的相互作用減小。與圖12的設(shè)置相比，在圖12a的設(shè)置中，最小化在軸承212和（多個(gè)）磁體之間的熱耦合。軸101可以具有小的肩部103（例如，徑向方向上為1/10mm），這避免了當(dāng)軸承212在軸101上被拉動(dòng)時(shí)損壞軸的薄壁部分。

圖12b圖示在如圖12a所圖示的那樣套筒214a被安裝到軸101的薄壁端部之后的情況。為了簡潔起見，使用相同的附圖標(biāo)記圖示相同的元件。由于在軸101的端部處的總的增加的壁厚，圖12b的實(shí)現(xiàn)將改善圖12a的布置上的屏蔽。

注意的是，外套筒214a的輕微偏心（例如由于安裝容限（圖12b中未示出））最可能不會(huì)增加角度傳感器（即（多個(gè)）感測元件104）的角度誤差。這是因?yàn)橛珊穸萪的薄壁部分所形成的內(nèi)屏蔽件是主導(dǎo)的。這就是說，內(nèi)屏蔽件將磁體與外套筒214a屏蔽開，使得磁體206和套筒214a之間的任何相互作用通過內(nèi)屏蔽件被大大減小。然而，應(yīng)當(dāng)注意的是，外套筒214a增加了關(guān)于外部磁干擾的屏蔽效率。

優(yōu)選地，d2>d應(yīng)當(dāng)成立，即外套筒214a應(yīng)當(dāng)具有比軸101的薄壁端部更大的厚度d2。然而，即使d2>d不成立，外套筒214a也改善屏蔽，但是具有較低效率。

甚至更優(yōu)選的是，da2>da應(yīng)當(dāng)成立，即外套筒214a在軸向方向上比（多個(gè)）磁場感測元件104插入到孔中的距離da更長。然而，即使不滿足該條件，外套筒214a也改善了屏蔽，但是具有較低效率。

套筒214a優(yōu)選是具有大的相對磁導(dǎo)率μr>10的軟（磁性）材料，甚至更優(yōu)選地μr>100，甚至更優(yōu)選地μr>1000，并且再次甚至更優(yōu)選地μr>10000的軟（磁性）材料。應(yīng)當(dāng)注意的是，套筒214a可以由與軸101不同的材料制成。對于由不同材料制成的套筒214a和軸101，優(yōu)選的是套筒214a出于下述原因而具有比軸101更大的μr：（永）磁體206具有強(qiáng)磁化。由于磁體206靠近壁厚d的薄壁軸端部；因此磁體206也將磁化軸101的薄壁端部。該薄壁軸端部的磁化將惡化其屏蔽能力：薄壁軸端部將更接近飽和，從而減小其針對小疊加外部磁場的有效磁導(dǎo)率。

在本公開的上下文中，飽和應(yīng)當(dāng)被理解為基本上材料內(nèi)部的所有磁矩與（強(qiáng)）凈磁場對準(zhǔn)，使得它們不能進(jìn)一步響應(yīng)于附加的疊加的小磁場。

因此，軸101的薄壁端部不再能夠針對疊加的小磁場進(jìn)行屏蔽。凈效果是軸101的暴露于大磁場的那些部分對于屏蔽不太高效——它們將在磁性方面表現(xiàn)為薄壁端部的壁變得甚至更薄。材料的相對磁導(dǎo)率μr越大，使材料飽和的磁場就越小。

圖12c圖示該關(guān)系。b是以特斯拉[t]為單位的磁通密度，h是以每米安培[a/m]為單位的磁場，并且μ0是真空的磁導(dǎo)率（=[t]），并且brem是材料的剩磁，其是在所有內(nèi)部矩沿著激勵(lì)h場對準(zhǔn)時(shí)所獲得的：曲線在原點(diǎn)h=0附近越陡，相對磁導(dǎo)率μr越大，但這也意味著材料比在原點(diǎn)h=0附近具有較小斜率的材料在較小磁場h1<h2處飽和，如圖12c中的虛線所示以用于比較。

還可以設(shè)想到，套筒214a（參見圖12b）是在圖12b的設(shè)置中屏蔽掉靜磁場的唯一部分。這種情況可能例如在下述情況下發(fā)生：軸101由比如鋁或黃銅或碳纖維的非磁性材料制成，而套筒214a由軟磁性材料制成。在這種條件下，套筒214將屏蔽（多個(gè)）磁場感測元件104免于外部磁干擾。

屏蔽件214a還最小化軸承212和磁體206之間的不想要的相互作用。將領(lǐng)會(huì)的是，軸承212具有可移動(dòng)部分（例如球），該可移動(dòng)部分可以是磁性的，并且因此可能由于磁體206的磁場而被磁化。因此，磁化軸承202可以生成不良定義的磁場，所述磁場在（多個(gè)）磁場感測元件104的位置處疊加在磁體206的場上，如由交叉x指示的，其向內(nèi)進(jìn)入孔中長度da。因此，磁化軸承202將在軸101的旋轉(zhuǎn)位置的測量中引起附加的誤差。

將領(lǐng)會(huì)的是，圖12b的磁體206具有圓柱形形狀，而圖12a的磁體包括兩個(gè)獨(dú)立磁體206。在兩種情況下，在軸的端部內(nèi)的孔由螺柱孔終止。在沒有限制的情況下，另外的選項(xiàng)是可想到的，并且不限于本公開。

圖12d示出與關(guān)于圖12a和圖12b討論的布置類似的另一布置。為了簡潔起見，用與圖12a或12b中的附圖標(biāo)記相同的附圖標(biāo)記給出圖12d中的實(shí)體。插入到圖12d的軸101的薄壁端部的孔中的傳感器的布置特別地包括與圖12b的套筒214a不同的套筒214b。圖12d的套筒示出了寬度gr的徑向方向上的間隙。該間隙可以方便地僅被填充有空氣或塑料或其他非磁性材料。間隙gr將有助于提高套筒214b的屏蔽效率。將有利的是，將磁體206的強(qiáng)度調(diào)節(jié)到徑向間隙gr的寬度，使得磁體206的磁場將不會(huì)使套筒214b過度飽和。這種設(shè)置將進(jìn)一步增加套筒214b的屏蔽效率。

圖12e圖示套筒214c的另一變型。圖12e的布置類似于圖12d和12b的布置，并且為了簡潔起見，使用相同的附圖標(biāo)記來指示相同的元件。同時(shí)，在圖12d中，套筒214b的徑向間隙gr在軸向方向上在套筒214b的整個(gè)長度上延伸，圖12e的套筒214c的徑向間隙gr僅部分地沿著軸101的薄壁端部的長度延伸。優(yōu)選地，間隙gr可以至少在感測元件的長度（由沿著旋轉(zhuǎn)軸線的x指示，遠(yuǎn)離孔的開口距離da）上延伸。這樣，套筒214將有效地至少屏蔽感測元件免于任何外部磁干擾。對于圖12d的套筒124b，磁體206的強(qiáng)度可以被調(diào)節(jié)到徑向間隙gr的寬度，以便于不使套筒214c過度飽和。

當(dāng)設(shè)計(jì)軸101的薄壁端部內(nèi)的（多個(gè)）感測元件（在圖10、12a、12b、12d和12e中由x指示）的布置時(shí)，可以考慮獨(dú)立元件的相應(yīng)尺寸以便優(yōu)化布置的整體性能。

通常，孔101的內(nèi)徑di應(yīng)當(dāng)盡可能小，因?yàn)檫@將首先導(dǎo)致對于給定磁體質(zhì)量的（多個(gè)）磁場感測元件的位置處具有較大磁場的較小磁體（或者等效地：可實(shí)現(xiàn)的磁場與磁體材料成本的比率）。第二，內(nèi)孔直徑di越小，通過軸101的薄壁端部和/或套筒214a、214b、214c屏蔽掉外部磁場就越高效。

如果標(biāo)準(zhǔn)smd傳感器封裝用于（多個(gè)）感測元件106（在圖12中最佳看到，其中smd傳感器封裝104定向成垂直于旋轉(zhuǎn)軸線），則smd傳感器封裝具有大約5mm×6mm的橫向尺寸。如果封裝被焊接到小的印刷電路板（pcb）并且二者被放置在軸內(nèi)部，則這需要磁體206的最小內(nèi)孔直徑大約為12mm。然后，軸的孔徑di需要至少為16mm，并且軸外徑應(yīng)當(dāng)至少為18-20mm。

然而，對于帶引線的傳感器封裝，情況有些不同，如可以從圖13看出的：圖13圖示在軸101的孔內(nèi)部靠近感測元件106的位置的薄壁端部內(nèi)穿過軸101的橫截面視圖。

遍及本公開的其余部分，帶引線的傳感器封裝應(yīng)當(dāng)被理解為傳感器封裝，在所述傳感器封裝中至少一個(gè)半導(dǎo)體芯片（在圖13中被指示為芯片）被安裝在封裝內(nèi)部并且由一些保護(hù)蓋（諸如本領(lǐng)域已知的模制化合物mc）覆蓋。對于帶引線的傳感器，還有至少兩個(gè)傳感器引線伸出保護(hù)蓋mc，并且傳感器引線與芯片接觸，以便于能夠給芯片供應(yīng)電能并得到芯片的輸出信號。將引線引導(dǎo)到封裝的一側(cè)（其是軸側(cè)的開口端——圖13中的左側(cè)）是方便的。

注意的是，引線可能在其周界的幾個(gè)面處進(jìn)入保護(hù)蓋mc——然而有用的是，引線朝向一側(cè)（即軸101的開口端）彎曲。當(dāng)然，優(yōu)選的情況是所有引線伸出封裝的一面。將（多個(gè)）芯片安裝在如圖13所示的引線框架上也不是必須的。引線框架可以包括管芯座和引線，芯片被膠合或安裝到該管芯座。應(yīng)當(dāng)理解，需要引線以便于激勵(lì)感測元件并獲得傳感器的輸出。替代地，可以使用簡單的導(dǎo)線而不是引線框架。而是應(yīng)當(dāng)理解，引線框架對于遍及本公開所討論的所有感測元件是可選的。

此外，可以以各種方式接觸芯片：例如，通過接合線（bw），如圖13所示，或者通過在引線框架或本領(lǐng)域中已知的其他接觸裝置上的倒裝芯片裝配，其對于本公開不是必要的，并且因此不再詳細(xì)討論。

由用于（多個(gè)）磁場感測元件的封裝加上在該封裝與磁體206的內(nèi)孔之間的必要間隙給出di的下限。在直徑方向上的最小可能的半導(dǎo)體芯片尺寸是大約1mm。這給出了直徑方向上的2.5mm的封裝尺寸。因此，針對磁體的最小孔徑為3mm，并且因此軸的薄壁端部的最小孔徑di為5mm。為了保持軸的機(jī)械穩(wěn)定性，軸的最小外徑為6mm。

注意的是，在圖13中，磁場感測元件106優(yōu)選地檢測投射到垂直于z軸線的平面上的磁場矢量的定向。芯片通常被布置成平行于z軸線。因此，磁場矢量到垂直于z軸線的平面上的投射可以被分解為x分量和y分量，由此y分量在芯片的平面中，并且x分量是垂直于芯片。

如果現(xiàn)在決定使用具有（x，y，z）軸線的笛卡爾坐標(biāo)系。因此，磁場感測元件106必須能夠檢測由磁體206生成的磁場的x分量和y分量之間的角度。這是根據(jù)tan（角度）=bx/by（因?yàn)閤垂直于芯片平面）的面外角度。共同磁阻元件僅檢測面內(nèi)角度（即，根據(jù)tan（角度）=by/bz的磁場的y分量和z分量之間的角度）。可以通過至少一個(gè)霍爾板和一個(gè)垂直霍爾效應(yīng)器件的組合來檢測面外角度。

還應(yīng)當(dāng)理解，感測元件106放置到孔中應(yīng)當(dāng)關(guān)于磁體206盡可能對稱。在相同的情況下，令人感興趣的是將磁體206盡可能對稱地放置在孔內(nèi)。

圖14a圖示具有圓柱形磁體206的軸101的薄壁端部的橫截面視圖。應(yīng)當(dāng)注意的是，類似于本文所引用的其他附圖，圖14a可能未按比例繪制。感測元件106的位置由沿著z軸線的交叉指示。事實(shí)上，感測元件的位置被選擇為圖14a的設(shè)置中的原點(diǎn)。可以圍繞傳感器位置x在z方向上對稱地放置磁體206。對于這種放置，長度s1等于s2。如果磁體206的開口還與z軸線同心，則距離s5等于距離s6，如圖14a所示。然而，如果磁體的開口不與磁體206的外周界同心，則距離s7可能不等于圖14a的距離s8。還將理解的是，如果磁體206的內(nèi)孔和/或磁體206的周界可以在形狀上是橢圓形或非圓形的，則s5可以不等同于s6。

優(yōu)選地，盡可能多的上述等式應(yīng)當(dāng)基本成立，即s1=s2，s3=s4，s5=s6和s7=s8。滿足盡可能多的以上等式的動(dòng)機(jī)是可以實(shí)現(xiàn)磁場的最高可能水平的場均勻性的事實(shí)。不同的說法是，如果滿足以上等式，則磁場的最大數(shù)量的空間導(dǎo)數(shù)將在傳感器位置x處消失。作為磁場導(dǎo)數(shù)的消失的結(jié)果，在消失的磁場導(dǎo)數(shù)的方向上的（裝配）容限將不會(huì)對感測元件106的角度測量有影響。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將領(lǐng)會(huì)到，在磁體206的基本均勻磁化的假設(shè)下，進(jìn)行以上對稱性考慮。

圖14b-14d圖示具有磁體206的軸101的薄壁端部和以傳感器位置x為中心的孔的長度s3+s4的變型。為了簡潔起見，使用相同的附圖標(biāo)記來指代相同的元件。

在圖14b中，孔終止于錐形尖端，而圖14c的孔從內(nèi)徑di向最小直徑dm逐漸減小，而代替地圖14d的孔從產(chǎn)生肩部的內(nèi)徑di改變?yōu)樽钚≈睆絛m。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將領(lǐng)會(huì)到，在面向背離開口的端部（在圖中被描繪在右側(cè)）實(shí)現(xiàn)不同形式的終止孔的方式。

將注意的是，到目前為止，當(dāng)沿著z軸線觀察時(shí)，軸101的薄壁孔、磁體206以及磁體的孔被認(rèn)為是圓形的。非常大量的形狀對于這些元件是可能的，并且將在下面結(jié)合圖15a-15i僅討論其選擇。這些圖分別圖示了在垂直于旋轉(zhuǎn)z軸線的平面中的軸的薄壁端部處的到孔中的橫截面視圖。

圖15a示出具有圓形外周界、圓形孔以及具有圓形外周界和孔二者的磁體206的軸101的橫截面，其中所有圓形孔和/或周界與旋轉(zhuǎn)軸線z同心。

在圖15b中，軸101的外周界是圓柱形的，而軸101的孔是橢圓形的，磁體的外周界適配到橢圓形孔中。此外，磁體的孔也是橢圓形的，然而軸孔的長軸和短軸可以不與磁體206的橢圓孔的長軸和短軸重合。在圖15b的設(shè)置中，磁體的外周界的長軸沿著x方向，而磁體孔的長軸沿著y方向。替代地，兩個(gè)長軸也可以是平行的或者處于它們之間的任何其他角度。

圖15c示出圓柱形軸101，而軸的薄壁端部中的孔具有正方形或矩形形狀。磁體206的外周界實(shí)際上匹配軸101的孔的形狀。磁體206的孔具有圓形形狀。同樣，所有形狀都以旋轉(zhuǎn)軸線z為中心，然而這不限制本公開。

圖15d類似于圖15c，但是磁體206的孔是矩形或正方形的，而不是圓形的。磁體206的外周界與軸101的孔的矩形形狀匹配。

圖15e類似于圖15c或15d。然而，在圖15e中，磁體206的孔具有六邊形形狀。同樣，磁體206的外周界與軸101的孔的矩形形狀匹配。

在圖15f中，軸101的孔具有五邊形周界，而磁體206的孔具有六邊形形狀。如前面那樣，軸101內(nèi)的孔的內(nèi)周界與磁體206的外周界匹配。

在圖15g-15h中，軸101的孔具有與磁體206的外周界不同的幾何形狀。在圖15g中，軸101的薄壁端部的內(nèi)周界是圓形的，而磁體206的外周界具有五邊形形狀。這種設(shè)置在軸的孔的內(nèi)周界和磁體206的外周界之間留有一些間隙。圖15g的磁體206包括六邊形孔。

在圖15h中，軸101的外周界不是圓形的，而是六邊形的，而軸101的薄壁端部的孔的周界具有圓形形狀。磁體的外周界具有五邊形形狀。關(guān)于圖15h，磁體的孔具有六邊形形狀。

在圖15g和圖15h的兩種情況下，在相應(yīng)的磁體206和軸的孔之間具有間隙，但是該間隙具有變化的寬度。將領(lǐng)會(huì)到，磁體206可以被膠合到軸101的孔中或通過任何合適的裝置機(jī)械地固定在孔內(nèi)部。

在圖15i中，在磁體206和軸101的孔之間存在恒定寬度的間隙。該間隙可以被填充有空氣或者塑料或基本上非磁性的一些其他材料或者一些膠，以便將相應(yīng)的磁體206固定在軸101的孔內(nèi)。

在沒有限制的情況下，如本文所討論的，磁體206可以被分解成2、3、4...n段，這些段被布置成具有對稱性的圖案，使得當(dāng)圍繞旋轉(zhuǎn)軸線z旋轉(zhuǎn)角度360°/n時(shí)其與原始形狀相同，所述對稱性也可以被稱為n重對稱性。對于包括磁體段206a、206b、206c、206d的n=4的情況，在圖16中以橫截面示出了n重對稱性的磁體206。這種分段磁體206可以例如通過本領(lǐng)域已知的注射模制工藝來生產(chǎn)。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將領(lǐng)會(huì)到，為了基于傳感器位置處的（旋轉(zhuǎn)）磁場來確定軸101的旋轉(zhuǎn)位置，令人感興趣的是確保磁體206在軸101的孔內(nèi)特別是關(guān)于方位角方向的良好定義的位置，所述方向是軸101的旋轉(zhuǎn)方向。為此，方便的是在磁體206的外周界上提供一個(gè)或多個(gè)凹槽205a、205b和205c。凹槽可以被填充有用于將磁體膠合到軸的孔中的膠。凹槽205a、205b、205c還可以具有下述目的：接受軸101的孔內(nèi)部的磁體206的熱機(jī)械應(yīng)變，以便減小磁體206上的機(jī)械應(yīng)力。這將有助于避免磁體206的斷裂。雖然在圖17中圖示凹槽205a、205b、205c作為磁體206的凹槽，但是凹槽可以替代地或另外被提供在孔的內(nèi)周界上（圖17中未示出）。

圖18圖示確保磁體206在軸101內(nèi)的定義的方位角位置的另一選項(xiàng)。作為另一選項(xiàng)，還有可能將某些獨(dú)特的非對稱性引入到磁體和軸中，所述非對稱性用作鍵槽207以定義磁體206相對于軸101的方位角位置。圖18再次給出了這種故意非對稱性的非限制性示例。同樣地，磁體可以具有與軸101內(nèi)的孔的配合形狀組合的平截頭體形狀。

圖19a圖示具有外徑d的軸101內(nèi)的磁體206的另一實(shí)施例。當(dāng)軸101的軸向方向上的孔具有恒定的內(nèi)徑2*s4并且磁體206具有相應(yīng)的外徑時(shí)，磁體206的內(nèi)徑沿著軸向方向z從2*s5變化到2*s3，其中s3<s5或s3>s5（未示出）。

圖19b圖示外徑d的軸101內(nèi)的磁體206的另一變型。對于圖19b的示例性實(shí)施例，孔的內(nèi)徑從2*s4逐漸減小到2*s6。相應(yīng)地，孔內(nèi)的磁體206的外徑對應(yīng)于沿著磁體206的軸向延伸的孔的內(nèi)徑。將注意的是，磁體206的外徑的錐形形狀和孔的內(nèi)徑可以被選擇為將磁體206布置在孔內(nèi)在預(yù)期軸向位置中，比如說以由圖19b中的交叉指示的傳感器布置的敏感點(diǎn)為中心。與圖19a內(nèi)所圖示的實(shí)施例不同，對于圖19b的實(shí)施例，可能不需要進(jìn)一步的措施來將磁體布置在孔內(nèi)在沿著軸向方向z的預(yù)期位置中。與圖19a的實(shí)施例不同，可能足夠的是，將磁體206滑入孔中，直至當(dāng)磁體達(dá)到磁體206的外表面與孔的內(nèi)表面匹配的預(yù)期軸向位置時(shí)，磁體停止其沿著軸向方向z的行進(jìn)，如圖19b所示。

圖20圖示在軸101的孔內(nèi)的磁體206的另一實(shí)現(xiàn)。然而，孔的內(nèi)徑包括臺階或肩部，從而將孔的內(nèi)徑從2*s4改變?yōu)?*s6，其中s6<s4。顯然，肩部提供了用于限制磁體206在z方向上的軸向可移動(dòng)性的支座（abutment）。

將領(lǐng)會(huì)到，如本文所討論的，在軸的孔內(nèi)的任何傳感器和/或磁體布置關(guān)于測量引擎的可旋轉(zhuǎn)軸或驅(qū)動(dòng)軸的角位置是特別令人感興趣的。想到的示例是內(nèi)燃機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸、任何動(dòng)力傳動(dòng)系/傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)軸、或者如在作為非限制性示例的電動(dòng)車輛中使用的電機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸。應(yīng)當(dāng)理解，如在本公開中考慮的，可旋轉(zhuǎn)軸101被配置為傳遞高達(dá)幾百或甚至千牛頓米nm的扭矩。因此，如本公開內(nèi)容內(nèi)設(shè)想到的軸101需要具有足夠的扭轉(zhuǎn)剛度以可靠地傳遞這種高扭矩。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將進(jìn)一步領(lǐng)會(huì)到，在比如說電動(dòng)車輛的引擎艙內(nèi)可能存在相當(dāng)大的空間限制。為了控制這種車輛的電機(jī)，需要以高精度知道驅(qū)動(dòng)軸的角位置。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，該任務(wù)使用旋轉(zhuǎn)變壓器來解決，即，驅(qū)動(dòng)軸的將指示軸的角位置的機(jī)械延伸部。顯然，這種旋轉(zhuǎn)變壓器需要在引擎艙內(nèi)的額外空間作為權(quán)衡。

此外，如由旋轉(zhuǎn)變壓器指示的角位置的精確度取決于對驅(qū)動(dòng)軸101進(jìn)行延伸的旋轉(zhuǎn)變壓器的精確安裝。旋轉(zhuǎn)變壓器相對于驅(qū)動(dòng)軸的位置的任何偏差或容限將惡化驅(qū)動(dòng)軸的角位置的精度，如旋轉(zhuǎn)變壓器元件所示。包括在驅(qū)動(dòng)軸的軸向方向上的孔的軸的端部的部分和包含角感測元件的孔優(yōu)于在本領(lǐng)域中已知的旋轉(zhuǎn)變壓器解決方案的優(yōu)點(diǎn)也盛行于內(nèi)燃機(jī)，比如說例如在由這種內(nèi)燃機(jī)提供動(dòng)力的汽車中。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將容易地領(lǐng)會(huì)到，為了驅(qū)動(dòng)軸101傳遞高扭矩運(yùn)動(dòng)，對于旋轉(zhuǎn)變壓器通常具有顯著的裝配容限。這些容限可能由軸的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)變形、所涉及的機(jī)械部件的定位容限或類似的旋轉(zhuǎn)變壓器元件引起。

驅(qū)動(dòng)軸101的靜態(tài)變形可能是由于軸或物體撞擊驅(qū)動(dòng)軸本身的任何惡化引起的。

驅(qū)動(dòng)軸的動(dòng)態(tài)變形可以由驅(qū)動(dòng)軸的不平衡引起，比如說由于變形引起，該變形引起由于這種變形所致的附加慣性矩。顯然，這種靜態(tài)和/或動(dòng)態(tài)變形將投射到旋轉(zhuǎn)變壓器元件上，并且惡化由旋轉(zhuǎn)變壓器元件指示的角位置的可實(shí)現(xiàn)的精度。

旋轉(zhuǎn)變壓器元件的靜態(tài)變形同樣可以由物體撞擊旋轉(zhuǎn)變壓器并使其變形而引起。這種變形可能潛在地引起旋轉(zhuǎn)變壓器相對于驅(qū)動(dòng)軸的軸線偏移，僅舉一個(gè)示例。這種變形可進(jìn)一步引起旋轉(zhuǎn)變壓器的不平衡，所述旋轉(zhuǎn)變壓器的不平衡在旋轉(zhuǎn)變壓器與驅(qū)動(dòng)軸101旋轉(zhuǎn)期間引起附加的慣性矩，其可實(shí)際上支持旋轉(zhuǎn)變壓器和/或驅(qū)動(dòng)軸101的進(jìn)一步劣化。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將領(lǐng)會(huì)到，重型滾子軸承可以與傳遞高扭矩運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)軸組合而令人感興趣。與通常用于在幾牛頓米或甚至低于一牛頓米的范圍內(nèi)的低扭矩運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)的精密軸承的情況相比，這種滾柱軸承將需要大量的軸承側(cè)隙。與用于低扭矩運(yùn)動(dòng)的傳遞的精密軸承相比，重型軸承中的軸承側(cè)隙通常將增加徑向和軸向方向上的反沖。

因此，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說變得顯而易見的是，為什么令人感興趣的是，當(dāng)使用用于傳遞高扭矩旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)軸的角度感測解決方案時(shí)，提供用于驅(qū)動(dòng)軸101的軸承202、212，如本文所公開并且已經(jīng)參考圖2-5、圖12-12b、圖12d和圖12e已經(jīng)描述的。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將進(jìn)一步領(lǐng)會(huì)，使用根據(jù)本公開的用于由驅(qū)動(dòng)軸101傳遞的高扭矩運(yùn)動(dòng)的固體或塊狀軸是方便的。對于空心軸，證明可能難以可靠地傳遞高扭矩運(yùn)動(dòng)，因?yàn)榭招妮S可能不提供針對這種傳遞所需要的扭轉(zhuǎn)剛度。本公開通過將角度感測元件放置到驅(qū)動(dòng)軸101的端部內(nèi)的軸向孔中來實(shí)現(xiàn)更高精度的角度測量。作為權(quán)衡的機(jī)械穩(wěn)定性，具體地可以減小該空心的端部的扭轉(zhuǎn)剛度。因此，可能令人感興趣的是，提供驅(qū)動(dòng)軸的一部分，該部分是厚重的并且由軸承支持，如在圖12a、b、d和12e中所討論的實(shí)施例中可以看到的。對于這種布置，軸承在由于軸101的端部內(nèi)的軸向孔而導(dǎo)致的減少的扭轉(zhuǎn)剛度的一部分中不與驅(qū)動(dòng)軸接合。

如本文所公開的（角）感測元件106的“軸內(nèi)”放置的益處是減少由靜態(tài)或動(dòng)態(tài)變形引起的附加機(jī)械容限，如以上關(guān)于旋轉(zhuǎn)變壓器的使用所討論的。

可能令人感興趣的是，將感測元件106密封免于車輛的引擎艙內(nèi)的惡劣環(huán)境。這種惡劣環(huán)境可能例如由于將潛在地危害感測元件106的侵蝕性液體而引起的，所述液體諸如例如是傳動(dòng)潤滑劑，其存在于由內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行的汽車中通常已知的齒輪箱中，以給出非限制性示例。自動(dòng)齒輪箱通常包括一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)軸101，針對一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)軸101角位置和/或角速度是令人感興趣的，以便于提供平滑的齒輪變速體驗(yàn)。

應(yīng)當(dāng)理解，以下關(guān)于感測元件106的任何公開也可以適用，而不限于如以上結(jié)合圖1-6和12所討論的感測元件104。

此外，可能令人感興趣的是，密封（角）感測元件106免于磁性污染，因?yàn)榇判晕廴究赡芑诖鸥袦y原理而影響感測元件106。磁性污染以多種類型的機(jī)械中無所不在的鐵屑的形式是已知的。如果這種磁性污染到達(dá)驅(qū)動(dòng)軸101內(nèi)的孔，則（角）感測將顯著惡化。因此，對于如本文所公開的軸（角）感測，對孔的密封可能是令人感興趣的。

圖21a和21b圖示感測元件106的可能密封的示例。圖21a和21b中所示的布置有些類似于結(jié)合圖13討論的布置。蓋212用于封閉驅(qū)動(dòng)軸101的端部內(nèi)的軸向孔。蓋可以由印刷電路板（pcb）材料制成，但不限于此。圖21a和21b中的相同元件被給予同樣的附圖標(biāo)記，并且因此將不再進(jìn)行詳細(xì)討論，以避免過多的重復(fù)。

在圖21a的實(shí)施例中，提出使用安裝到蓋212的表面的環(huán)208。可能令人感興趣的是，使環(huán)208與密封構(gòu)件210配合。方位角方向上的溝槽可以容納密封構(gòu)件210。密封構(gòu)件210可以被實(shí)現(xiàn)為簡單的o形環(huán)或如本領(lǐng)域已知的密封軸承，例如被實(shí)現(xiàn)為包括內(nèi)密封唇狀物（未示出）的軸承以密封孔的內(nèi)部免受外部的影響。在沒有限制的情況下，密封軸承還可以包括外密封唇狀物。應(yīng)當(dāng)注意的是，與驅(qū)動(dòng)軸101傳遞的扭矩?zé)o關(guān)，密封構(gòu)件210可以在方位方向內(nèi)與傳遞的扭矩的大部分接觸。用于密封構(gòu)件以便承受在方位角方向上傳遞的扭矩的大部分的適當(dāng)材料和尺寸在本領(lǐng)域中是已知的。針對密封構(gòu)件的非限制性示例是適當(dāng)尺寸的壓制o形環(huán)，其密封孔的內(nèi)部免受外部的影響。

還令人感興趣的是安裝蓋212，使得蓋212不跟隨驅(qū)動(dòng)軸101的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而是相對于方位角方向采取靜止位置，同時(shí)將孔的內(nèi)部密封免受外部的影響。蓋212以及因此（角）感測元件216相對于驅(qū)動(dòng)軸101的靜態(tài)或定子位置可以使用保持器結(jié)構(gòu)（未示出）來實(shí)現(xiàn)。

圖21b公開了可能密封感測元件106免受驅(qū)動(dòng)軸101的外部的影響的另一實(shí)施例。連接到蓋212的墊圈214被用于包圍軸（即驅(qū)動(dòng)軸101）的空心端部的圓周。可以方便的是，實(shí)現(xiàn)在徑向方向（在圖21b中被指示為垂直方向x）上的橋接墊圈214和驅(qū)動(dòng)軸101的密封元件。至于圖21a的密封構(gòu)件，密封構(gòu)件208可以被實(shí)現(xiàn)為o形環(huán)或包括至少一個(gè)本領(lǐng)域已知的密封唇狀物的軸承。

根據(jù)如關(guān)于圖21a和21b所討論的密封構(gòu)件208的變型，可以實(shí)現(xiàn)跟隨驅(qū)動(dòng)軸101的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的蓋208。這種用于密封感測元件106的設(shè)計(jì)將放寬對密封構(gòu)件208的要求，因?yàn)槟切┰⒉辉俦┞队趥鬟f的扭矩，而是伴隨驅(qū)動(dòng)軸101運(yùn)動(dòng)。然而，應(yīng)當(dāng)注意的是，對于這種設(shè)置，將需要另一密封元件210，其包括穿過蓋212的pcb的一部分。這為了確保（角）感測元件106相對于可旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸101保持在基本上固定的角位置是令人感興趣的。

盡管與采用旋轉(zhuǎn)變壓器的設(shè)置相比，（角）感測元件106在驅(qū)動(dòng)軸101的端部內(nèi)的軸集成或“軸內(nèi)”布置有助于減少徑向和/或軸向裝配容限，但是這些裝配容限仍然存在軸內(nèi)布置，但是處于減少的水平。這就是說，對于相對于驅(qū)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)軸線具有比如說0.5mm的偏心率的旋轉(zhuǎn)變壓器，利用旋轉(zhuǎn)變壓器實(shí)現(xiàn)的角度誤差將大于利用用于設(shè)置的軸內(nèi)布置實(shí)現(xiàn)的角誤差，具有相對于旋轉(zhuǎn)軸線的0.5mm的磁體的偏心率。

一個(gè)選項(xiàng)是采用具有高均勻性的磁場的磁體布置206，以便于進(jìn)一步減少針對軸101內(nèi)的角感測元件106的軸內(nèi)布置的徑向和/或軸向裝配容限的惡化效果。應(yīng)當(dāng)理解，高均勻性磁體可以與如本文所公開的任何軸內(nèi)磁體布置206一起使用。

圖22a圖示這種高均勻性磁體布置206的第一示例。在圖22a中示出了磁體布置的橫截面視圖。圖22a中的交叉指示一旦磁體被布置在驅(qū)動(dòng)軸（未示出）的孔內(nèi)對應(yīng)于驅(qū)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)軸線的位置的位置。作為非限制性示例，圖22a的磁體布置包括布置成形成八邊形形狀的磁環(huán)的八個(gè)磁性構(gòu)件。對于磁性構(gòu)件中的每一個(gè)，指示磁化方向206-1至206-4。對于磁性構(gòu)件的這種布置，基本上均勻的總磁場207將形成在磁性環(huán)內(nèi)部，而在環(huán)狀磁體布置206外部，可能存在非常少磁場或者實(shí)質(zhì)上甚至幾乎沒有磁場。這種磁體布置在本領(lǐng)域中稱為halbach磁體?？赡芊奖愕氖窃诿總€(gè)段已經(jīng)被磁化之前或之后將單獨(dú)磁體元件206膠合在一起?？梢蕴娲夭捎貌贾么判栽?06的任何其他方式，只要布置將基本上不妨礙環(huán)結(jié)構(gòu)內(nèi)的磁場的均勻性。

熟悉halbach類型的磁體布置206的人將領(lǐng)會(huì)到，halbach磁體布置206在軸向方向上的延伸優(yōu)選地大于halbach類型磁體在徑向方向上的內(nèi)徑，甚至更優(yōu)選地大于halbach類型磁體在徑向上的外徑。這種尺寸通常有助于改善徑向方向和類似的軸向方向上的磁場均勻性。

圖22b以橫截面視圖圖示halbach類型磁體206的另一示例性實(shí)施例。將注意到，圖22b的磁體206包括具有非均勻磁化的單一構(gòu)件，所述磁化在所示的橫截面內(nèi)略微平衡，使得大多數(shù)磁場線集中在磁體206的中心，而環(huán)形磁體的外部幾乎沒有磁場。如關(guān)于圖22a、22b所討論的，這種用于磁體206的halbach類型布置的優(yōu)點(diǎn)是雙重的：

首先，感測元件106將對徑向和/或軸向方向上的裝配容限不太敏感，關(guān)于這種位移，在存在這種裝配容限的情況下，傳感器將幾乎看不到或看到非常小的磁場（方向）的改變。因此，在基本上均勻的磁場207的區(qū)域（如圖22a-c所示）內(nèi)放置多于一個(gè)的（角）感測元件106變得更容易。然后，多于一個(gè)感測元件將看到相同的磁場207，這在構(gòu)建冗余和/或多樣化的磁（角）感測系統(tǒng)時(shí)可能是令人感興趣的。多樣化的磁（角度）感測系統(tǒng)利用多于一個(gè)的感測元件來測量磁場207，每個(gè)感測元件采用不同的（即多樣化的）感測原理，比如說第一個(gè)使用gmr傳感器，第二個(gè)使用霍爾傳感器，作為非限制示例。

在（瞬時(shí)）干擾的情況下，多于一個(gè)的多樣化感測元件由于其多樣化的感測原理將對（瞬時(shí)）干擾不同地作出響應(yīng)。因此，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將領(lǐng)會(huì)到，當(dāng)采用多于一個(gè)的多樣化感測元件時(shí)，（瞬時(shí)）干擾將變得明顯。替代地，當(dāng)使用僅僅冗余的多于一個(gè)的感測元件時(shí)，由于（瞬時(shí)）干擾而引起的任何感測數(shù)據(jù)將不會(huì)變得明顯，所有這些感測元件采用相同的，即非多樣化的感測原理。對于僅冗余的多于一個(gè)感測元件，所有感測元件將示出如由相同（瞬時(shí)）干擾（也稱為由于（瞬時(shí)）干擾而導(dǎo)引起的共同原因故障）所引起的基本相同的感測值。

作為halbach類型磁體206的第二優(yōu)點(diǎn)，磁體206外部的空間將基本上沒有任何磁場，這將減少從磁體206投射到圍繞磁體206的任何磁敏感結(jié)構(gòu)以及因此投射到驅(qū)動(dòng)軸101的任何磁干擾。此外，磁體在鐵質(zhì)軸的孔內(nèi)部的偏心安裝不會(huì)惡化在halbach類型環(huán)形磁體的中心的感測元件上的磁場的均勻性，因?yàn)榇朋w不向包圍它的軸施加磁場。

圖22b的halbach類型磁體206可以被形成為采用實(shí)現(xiàn)非均勻磁體的一些模制技術(shù)或磁化技術(shù)的單一構(gòu)件，如在申請人于2015年7月29日提交的申請人的早期專利申請作為us14/812,907中詳細(xì)解釋的，該申請整體地并入本文。

圖22c圖示另一halbach類型磁體206的橫截面，其中環(huán)形磁體內(nèi)的磁化幾乎連續(xù)地改變，而環(huán)內(nèi)的磁場示出非常高的均勻性。

雖然下面將方法及其變型圖示和描述為一系列動(dòng)作或事件，但是將領(lǐng)會(huì)到，所圖示的這種動(dòng)作或事件的排序不應(yīng)以限制性意義進(jìn)行解釋。例如，一些動(dòng)作可以以不同的順序發(fā)生和/或與除了本文所圖示和/或描述的動(dòng)作或事件之外的其他動(dòng)作或事件同時(shí)發(fā)生。另外，并非所有所圖示的動(dòng)作都可能需要來實(shí)現(xiàn)本文的公開的一個(gè)或多個(gè)方面或?qū)嵤├?。而且，本文所描繪的動(dòng)作中的一個(gè)或多個(gè)可以在一個(gè)或多個(gè)分離的動(dòng)作和/或階段中執(zhí)行。

應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)到，所要求保護(hù)的主題可以被實(shí)現(xiàn)為使用標(biāo)準(zhǔn)編程和/或工程技術(shù)來產(chǎn)生軟件、固件、硬件或其任何組合以控制計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)所公開的主題（例如，圖1、圖2等中所示的系統(tǒng)/設(shè)備是可用于實(shí)現(xiàn)以上方法的系統(tǒng)的非限制性示例）的方法、裝置或制品。如本文所使用的術(shù)語“制品”旨在包括可從任何計(jì)算機(jī)可讀設(shè)備、載體或介質(zhì)訪問的計(jì)算機(jī)程序。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，在不脫離所要求保護(hù)的主題的范圍或精神的情況下，可以對該配置進(jìn)行許多修改。

傳感器布置包括傳感器元件和磁體模塊。傳感器元件被配置為測量磁場并且被定位在軸內(nèi)。軸被配置為屏蔽磁體模塊和傳感器元件。磁體模塊被配置為生成磁場。傳感器元件至少部分地被定位在軸內(nèi)。

另一傳感器布置包括傳感器模塊、殼體和軸。傳感器模塊被配置為測量磁場。殼體具有模塊開口和殼體凹部。傳感器模塊被定位在模塊開口內(nèi)。軸被耦合到軸凹部并且具有配置為生成磁場的磁體模塊。軸被配置為屏蔽磁體模塊和傳感器模塊。

一種集成傳感器設(shè)備，包括傳感器模塊、殼體和磁體模塊。傳感器模塊被配置為測量磁場。殼體具有模塊開口和軸凹部，并且被配置為屏蔽傳感器模塊。傳感器模塊被定位在模塊開口內(nèi)。磁體模塊被定位在軸內(nèi)。軸被耦合到軸凹部。磁體模塊被配置為生成磁場。軸被配置為屏蔽磁體模塊。

公開了一種具有傳感器模塊、接口和控制單元的傳感器系統(tǒng)。傳感器模塊位于殼體內(nèi)并且具有被配置為提供磁場的測量結(jié)果的傳感器元件。殼體屏蔽傳感器模塊免于一個(gè)或多個(gè)干擾。接口被耦合到屏蔽的傳感器模塊，并且被配置為從屏蔽的傳感器模塊傳輸磁場測量結(jié)果?？刂茊卧慌渲脼榛诖艌鰷y量結(jié)果確定角信息。

公開了一種操作傳感器設(shè)備的方法。傳感器模塊被配置或定位到殼體中。傳感器模塊被殼體屏蔽而免于一個(gè)或多個(gè)干擾。軸被配置為具有軸凹部。磁體模塊被定位在軸凹部內(nèi)。磁體模塊通過軸被屏蔽而免于一個(gè)或多個(gè)干擾。磁場由磁體模塊生成。磁場由傳感器模塊測量。

特別地，關(guān)于由上述組件或結(jié)構(gòu)（組合件、設(shè)備、電路、系統(tǒng)等）執(zhí)行的各種功能，用于描述這種組件的術(shù)語（包括對“裝置”的引用）意在對應(yīng)于（除非另外指示）執(zhí)行所描述的組件的指定功能的任何組件或結(jié)構(gòu)（例如，即，在功能上等同），即使在結(jié)構(gòu)上不等同于執(zhí)行本發(fā)明的本文所圖示的示例性實(shí)現(xiàn)中的功能的所公開的結(jié)構(gòu)。此外，盡管可以關(guān)于幾個(gè)實(shí)現(xiàn)中的僅一個(gè)公開本發(fā)明的特定特征，但是這種特征可以與其他實(shí)現(xiàn)的一個(gè)或多個(gè)其他特征組合，如對于任何給定或特定應(yīng)用可能期望和有利的。此外，在詳細(xì)描述和權(quán)利要求書的任一個(gè)中使用術(shù)語“包括著”、“包括”、“有著”、“具有”、“帶有”或其變體的程度上，這種術(shù)語意在以類似于術(shù)語“包括”的方式是包括性的。