传感器装置的制作方法

本申请与2014年9月2日向USPTO提交的专利申请US 14/474， 638相关并要求优先权，其全部内容以引用的方式引入本申请。

技术领域

本公开总体上涉及电磁领域，更具体地，涉及传感器装置。

背景技术：

传感器被用于感测系统来检测诸如光、温度、运动等的特性。一种常用的传感器类型是基于磁场的角度传感器。角度传感器测量磁场方向并基于场方向计算角度。其他磁敏传感器测量磁通量密度。

然而，这种基于磁性的传感器易受到磁场的干扰。许多系统在严酷的环境中进行操作(诸如汽车系统)，并且具有会干扰磁场并导致错误的传感器测量的部件。

需要缓解或防止干扰以增强磁性传感器操作、精度和抵抗定位公差的稳健性的技术。

技术实现要素：

为了缓解或防止干扰以增强磁性传感器操作、精度和抵抗定位公差的稳健性，本公开提供了如下技术方案。

在一个方面，本公开的实施例提供了一种传感器装置，包括：可旋转主轴，沿着旋转轴延伸并且包括沿着旋转轴在第一主轴端部内延伸的孔；磁体模块，耦合至所述孔的至少一个面，并且被配置为在孔内生成磁场；以及感测元件，被配置为在可旋转主轴绕旋转轴旋转时感测由磁体模块引起的旋转磁场，并且其中感测元件具有灵敏点，灵敏点被布置在孔内并且暴露给旋转磁场。

在某些实施例中，所述孔具有内径Di，并且所述灵敏点在所述孔内被放置为与所述孔在所述可旋转主轴的一端处的开口相距距离da。

在某些实施例中，所述孔内的所述距离da等于或大于所述内径 Di的0.4倍。

在某些实施例中，所述可旋转主轴包括壁厚度为d的薄壁端部，所述薄壁端部在所述孔的长度的至少一部分之上沿轴向延伸。

在某些实施例中，所述薄壁端部具有相对磁导率μr，并且其中所述相对磁导率μr和内径Di上的壁厚度的乘积等于或大于10。

在某些实施例中，还包括屏蔽构件；其中所述屏蔽构件相对于所述磁体模块固定安装或者相对于所述磁体模块可旋转地安装；所述屏蔽构件与所述旋转轴同轴布置。

在某些实施例中，还包括屏蔽构件，其中所述屏蔽构件抵靠所述磁体模块可旋转地安装或者相对于所述磁体模块固定安装；所述屏蔽构件与所述旋转轴同轴布置。

在某些实施例中，所述屏蔽构件被实施为同轴安装至所述旋转轴的轴套。

在某些实施例中，还包括被配置为可旋转地支持所述可旋转主轴的轴承。

在某些实施例中，还包括被配置为在所述可旋转主轴的薄壁端部外可旋转地支持所述可旋转主轴的轴承，其中所述可旋转主轴的壁厚度在所述可旋转主轴的薄壁端部外大于所述可旋转主轴的薄壁端部内。

在某些实施例中，所述轴套相对于所述旋转轴在径向上具有厚度 d2；其中所述轴套的径向厚度d2等于或大于所述可旋转主轴的薄壁端部的壁厚度d。

在某些实施例中，所述轴套在径向上具有长度da2；并且其中所述轴套的长度da2等于或大于所述灵敏点在所述孔内被放置为与所述孔在所述可旋转主轴的一端处的开口相距的距离da。

在某些实施例中，所述轴套在轴向上包括所述轴套的长度da2的至少一部分之上的径向宽度的间隙gr。

在某些实施例中，所述可旋转主轴包括非磁性材料。

在某些实施例中，所述感测元件被实施为包括从由以下元件组成的组中选择的两个或更多个传感器：AMR感测元件、GMR感测元件、 TMR感测元件、CMR感测元件霍尔板、垂直霍尔器件、MAGFET感测元件和磁阻感测元件。

在某些实施例中，所述感测元件小于所述磁体模块的大小的 1/10。

在某些实施例中，所述磁体模块包括旋转对称或N折叠对称的至少一个磁性构件，其中N大于1。

在某些实施例中，所述感测元件被实施为分立换能器或集成感测元件。

在某些实施例中，所述感测元件包括布置在感测元件平面中的第一传感器和第二传感器，所述第一传感器响应于垂直于所述感测元件平面的方向上的第一磁场分量，而所述第二传感器响应于平行于所述感测元件平面的第二磁场分量；所述感测元件还被配置为提供至少一个输出信号，所述至少一个输出信号表示所述旋转磁场到平行于所述第一磁场分量和所述第二磁场分量的投影平面上的投影；其中所述至少一个输出信号完全确定所述旋转磁场的投影与所述投影平面中的参考方向之间的角度。

在某些实施例中，所述磁体模块被布置为相对于从由所述旋转轴、相对于所述旋转轴的径向以及相对于所述旋转轴的方位角方向组成的组中选择的至少一个方向与所述灵敏点对称。

通过实施上述实施例及其变形，改进的机构能够抵御目前严酷环境下的各种干扰，尤其是磁性干扰。

附图说明

图1是使用磁场进行操作的集成传感器系统的示图。

图2是具有中空主轴和环状磁体模块的主轴集成传感器系统的截面图。

图3是具有中空主轴和丸状磁体的主轴集成传感器系统的截面图。

图4是具有实心主轴和环状磁体模块的集成传感器系统的截面图。

图5是具有实心主轴和丸状磁体的集成传感器系统的截面图。

图6是示出传感器模块系统的示图。

图7是示出可用于磁体模块(诸如上述磁体模块)的环状磁体的截面图。

图8是可用于磁体模块(诸如上述磁体模块)的丸状或圆柱状磁体的截面图。

图9是示出操作传感器设备的方法的流程图。

图10是可与本文所述传感器系统组合使用的主轴的一部分的截面图。

图11A示出了用于数值仿真的场景，图11B示出了基于图11A 所示场景计算的仿真的一些结果。

图12以截面图示出了插入到主轴中的传感器的布置。

图12A示出了集成到主轴的孔中的传感器的又一实施例。

图12B示出了利用轴套集成到主轴的薄壁端部中的传感器的另一实施例。

图12C示出了如图10、图12A和图12B的实施例的主轴的可磁化薄壁端部的饱和。

图12D示出了利用又一轴套集成到主轴的薄壁端部中的传感器的另一实施例。

图12E示出了利用可选轴套集成到主轴的薄壁端部中的传感器的另一实施例。

图13示出了用于引线(leaded)传感器封装的设置。

图14A至图14D示出了根据本公开的用于磁体和传感器布置的对称考虑。

图15A至图15I示出了用于在主轴的端部处的薄壁孔内布置磁体的各种对称。

图16示出了孔内的分裂磁体。

图17示出了包括插入到主轴的孔中的凹槽的磁体。

图18示出了为了在主轴的孔内定向磁体的键(key)。

具体实施方式

现在将参照附图描述本实用新型，其中类似的参考标号用于表示类似的元件，并且其中所示结构和设备不需要按比例绘制。

所公开的设备、系统和方法用于促进角度传感器工作并缓解磁场中的干扰。诸如汽车系统的严酷环境具有各种部件以及影响电子、传感器和磁场的条件。这些干扰会导致错误的测量、传感器故障，并且要求满足位置公差以实现传感器操作中的特定精度等级。角度传感器通常用于识别关于轴旋转的对象的角度位置。在一些应用中，其可以仅用于明确地识别180度上的角度位置，即旋转一半。然而，在其他应用中，其可以用于识别360度上的角度位置，这对应于对象关于轴旋转的全旋转。

图1是使用磁场进行操作的集成传感器系统100的示图。以简化形式提供系统100以利于理解。系统100可用于严酷环境、汽车系统、车辆系统等。系统100可以在一个或多个设备或布置中制造。

诸如汽车系统的混合系统具有机械部件和电部件。机械部件包括引擎、电机、轮、流体、制动系统、致动器等。电部件包括传感器、处理单元、控制单元等。机械部件会创建对电部件的干扰。这些干扰包括功率骤增、功率损失、功率轨迹、大功率轨迹、振动、碎片、金属碎箔/碎片、流体污染、传动液污染(非常具有侵略性)、破裂清洁 (break cleaner)、冷却剂、材料、污垢等。电机、致动器和其他部件越多，就存在越多的电流和波动。

其他方法易受干扰并且不能提供对抗这些干扰的机构。

典型地，角度传感器将跟随轴或主轴的旋转移动。一个方法是向主轴的端部添加传感器并密封传感器。然而，密封增加了成本和附加处理，并且要求附加的空间。此外，主轴方法还包括在主轴的端部处放置传感器元件。这增加了主轴及附接至其的部件的总体长度，这要求额外的车辆/引擎空间。要求附加的安装件、连接件等来将传感器安装至主轴的端部。这可以进一步增加消耗的长度/空间，甚至要求更多的车辆/引擎空间。

系统100包括任选的传感器模块102、传感器元件104和磁体模块106。传感器模块102可以是封装件的形式或者任何其他有助于放置传感器104的形式，这将在下文进行讨论。系统100可以将传感器模块102与以壳体、主轴或其他部件的形式配置的屏蔽件集成来提供自屏蔽。此外，通过进行集成，系统100消耗与其他方法相比更少的空间。此外，系统100利用自屏蔽来允许具有较低能力的部件，同时提供适合的或选择的精度。

在一些实施方式中，传感器模块102可以是集成到壳体或其他部件中的集成部件。传感器模块102包括集成传感器元件104。模块102 还可以包括功率调节部件、信号生成部件、存储部件等。尽管未示出，但可以包括其他部件，包括安装件、紧固件、连接件、壳体等。在一个示例中，传感器模块102形成在具有引线框的裸片上。传感器102 使用过模制(over molded)的塑料包围在壳体中。提供针对引线框的连接件，并且提供与传感器模块102的外部连接，这将在下文进行详细解释。传感器模块可以耦合至诸如壳体、杠杆、臂、轴腿等的部件或者结合到其中。

传感器元件104测量磁场的方向或者磁场的通量的方向。然后，元件104或其他部件基于磁场方向的测量来计算诸如角度或主轴位置的特性。传感器104被配置为接收电源，提供测量值和/或接收控制或校准信息。在一个示例中，单个接口用于提供电源并传送测量值。在另一示例中，多条线或端口用于电源和/或通信。

传感器元件104是绝对或360度类型的传感器，表示其可以唯一地在全旋转的任何角度处测量通量。其是适当的类型，诸如磁阻或磁敏感类型的元件。

磁体模块106固定或附接至被测量的部件或者与该部件集成，并且被配置为接近传感器元件104生成磁场。在一个示例中，磁体模块 106可以完全磁化。磁体模块106可以包括各种大小和形状的磁体。一些示例性形状包括丸状或实心磁体、环状磁体等。选择大小来提供适当的磁场。典型地，大小包括厚度和直径。

诸如上面所示的干扰会扰乱被传感器元件104测量的磁场。然而，传感器模块102与部件集成来屏蔽模块102和元件104，而不要求昂贵的密封或其他机制来缓解干扰。为传感器元件104和磁体模块106 提供屏蔽的部件例如包括可旋转对象(诸如主轴、杆等)，其包括适当的材料。在一个示例中，适当材料包括相对较软的磁性材料，具有大于1的磁导率。

图2是具有中空主轴和环状磁体模块的集成传感器系统200的截面图。为便于理解，以简化形式提供系统200。系统200可用于严酷环境、汽车系统、车辆系统等。系统200可以制造在一个或多个设备中。一些部件的附加细节可以参考上文类似标号部件的描述。

系统200包括壳体208、传感器模块102、传感器元件104、磁体模块206和主轴210。系统200将传感器模块102与主轴210集成，其屏蔽传感器模块102和磁体模块206免受干扰并增强由磁体模块 206生成的磁场。

传感器模块102包括形成在壳体内的传感器元件104。壳体通常是过模制塑料，但不限于此。传感器元件104可以配置有引线框。模块102包括从传感器元件104的引线框到端口或外部连接的连接，这将在下文参照图13进行详细解释。

壳体208可以是变速箱、车厢、动力内燃机等的一部分。壳体208 被配置为接收并支持主轴210。在一个实施例中，壳体208包括中空凹部，主轴210插入其中。轴承212或另一部件/设备被配置为利于主轴210的旋转而不具有过量的摩擦。壳体208还可以包括其中插入或定位传感器模块102的模块开口。应该理解，当放置在模块开口中时，传感器模块将利于实际的传感器元件104相对于可旋转主轴210的预期定位并且磁体206使得主轴210的旋转可被传感器元件104“看见”。应注意，传感器模块102可从壳体208中取出。在另一示例中，传感器模块不可移动地附接至壳体208。在一个示例中，壳体208提供保护传感器模块102免受碎片和污染的密封。因此，壳体208可以被配置为提供磁性和/或电屏蔽。屏蔽传感器元件104和/或磁体206免受外部磁场影响的方面将在下文参照图10至图18进行更加详细的讨论。

主轴210与壳体208分离。主轴的第一端附接至电机或其他可旋转对象，并且第二端接近壳体208。主轴210的第二端可以耦合至轴承来利于旋转。主轴210可以是汽车系统的一部分，诸如传动系、变速系统等。主轴210通常是包括适当材料(诸如金属、软磁性材料等) 的长圆柱杆。适当材料的一些示例包括钢体和铝。软磁性材料的示例包括具有大于1的磁导率的材料。主轴210以每分钟旋转范围(RPM) 进行旋转以及在顺时针或逆时针的旋转方向上旋转。RPM可以包括低RPM范围(诸如0至200RPM)以及高RPM范围(诸如超过4,000 RPM)。

主轴210被示为具有示为x的旋转轴。主轴210关于旋转轴以旋转方向(可以是顺时针或逆时针)旋转。

主轴210可以是中空的、实心的或者是其他配置方式的。在图2 中，主轴210是中空的，并且具有所选的壁厚度。可选地，主轴210 可以是实心的，并且包括图2所示的薄壁端部。传感器模块102和传感器元件104的至少一部分在第二端处部分地延伸到主轴210的开口部分中。此外，磁体模块206也至少部分地位于主轴的开口部分中。通过中空，与实心主轴相比，主轴可以具有更低的成本和重量。

磁体模块206生成具有通量的磁场并且被配置用于测量。在该示例中，磁体模块206包括沿着主轴210的内表面(即，在图2中为内圆周表面)定位的环状磁体。环状磁体相对于旋转轴z部分地环绕传感器模块102并环绕传感器元件104。

在该示例中，传感器模块102集成到壳体208中。传感器模块102 可以包括O形圈或类似材料以在传感器模块102和壳体208之间实现密封(图2中未示出)。传感器模块104被定位为接近模块102的第二端。传感器元件104通常测量由磁体模块206生成的磁场，更精确地，当用作角度传感器时测量磁场的方向。在主轴210旋转时，由磁体生成的磁场对于传感器元件104来说看起来是可用于监控主轴的旋转位置的旋转磁场。

由传感器元件104得到的测量值被用于计算角度测量，包括主轴的径向位置、主轴的角度位置、每分钟旋转数(RPM)、旋转方向等。

诸如电子控制单元(ECU)的控制单元可接收来自传感器模块102 的测量值或角度信息。

图3是具有中空主轴或主轴的至少薄壁端部以及丸状磁体的主轴集成传感器系统300的截面图。为便于理解，以简化形式提供系统 300。系统300可用于严酷环境、汽车系统、车辆系统等。可以在一个或多个设备中制造系统300。系统300类似于上述系统200，但是使用丸状或圆形磁体来代替环状磁体。一些部件的附加细节可参照上面类似标号部件的描述。

系统300包括壳体208、传感器模块102、传感器元件104、磁体模块306和主轴210。系统300将传感器模块102集成到主轴210中，其电、机械和/或磁性地屏蔽传感器模块102以免受干扰。

传感器模块102包括形成在壳体内的传感器元件104。壳体是过模制塑料。传感器元件104通常配置有引线框。模块102包括从传感器元件104的引线框到端口或外部连接的连接。

壳体208可以是传动系、变速系统等的一部分。壳体208被配置为接收并支持主轴210。壳体208包括中空的凹部(称为壳体凹部)，主轴210插入其中。轴承212或另一部件/设备被配置为利于主轴210 的旋转而不增加额外的摩擦。

主轴210与壳体208分离。主轴的第一端附接至电机或其他可旋转对象，并且第二端邻近壳体208。主轴210通常是包括诸如上述的适当材料的长圆柱杆。主轴210以每分钟旋转数(RPM)范围进行旋转并且在顺时针或逆时针的旋转方向上旋转。RPM可以包括低RPM 范围(诸如0至200RPM)和高RPM范围(诸如超过4,000RPM)。

主轴210可以是中空的、实心的或者其他结构。在图3中，主轴 210也是中空的并且具有所选壁厚度。传感器模块102的一部分在第二端处部分地延伸到主轴210的开口部分中。磁体模块306位于主轴的开口部分内。

磁体模块306生成具有通量的磁场并被配置用于测量。主轴210 增强所生成的磁场。在该示例中，磁体模块306包括定位为横跨主轴 210中的开口的丸状或圆形磁体。丸状磁体沿着与传感器模块102和传感器元件104相同的轴z定位。此外，丸状磁体具有被选择来提供适当磁场的直径和厚度。直径可以小于主轴210的内表面的直径。

如上所述，传感器模块102被集成到壳体208中。传感器模块102 可以包括O形圈或类似材料来在传感器模块102和壳体208之间进行密封。传感器元件被定位为接近模块102的第二端。传感器模块104 测量磁场，更精确地测量由磁体模块306生成的磁场的定向。

由传感器元件104得到的测量值被用于计算主轴的方位角或角度位置、每分钟旋转数(RPM)、旋转方向等。

诸如电子控制单元(ECU)的控制单元可接收来自传感器模块102 的测量值和/或角度信息。

图4是具有实心主轴410和环形磁体模块206的传感器系统400 的截面图。为便于理解，以简化形式设置系统400。系统400可用于严酷环境、汽车系统、车辆系统等。此外，系统400可以制造在一个或多个设备中。一些部件的附加细节可以参考上面类似标号部件的描述。

系统400包括壳体208、传感器模块102、传感器元件104、磁体模块206和主轴410。系统400将传感器模块102集成到主轴410中，其电、机械和/或磁性地屏蔽传感器模块102以免受干扰。

传感器模块102也包括任选地形成在壳体内的传感器元件104。在一个示例中，壳体通常是过模制塑料。传感器元件104可以配置有引线框。模块102可包括从传感器元件104的引线框到端口或外部连接的连接。

壳体208可以是传动系、变速系统等的一部分。壳体208被配置为接收并支持主轴410。壳体208包括中空凹部，主轴410插入其中。任选的轴承212或另一部件/设备被配置为利于主轴410的旋转而不具有额外的摩擦。

主轴410与壳体208分离。主轴的第一端附接至电机或其他可旋转对象，并且第二端接近壳体208。主轴410通常是包括适当材料(诸如金属)的长圆柱杆。适当材料的一些示例如上所述。主轴410以每分钟旋转数(RPM)范围进行旋转以及在顺时针或逆时针的旋转方向上旋转。RPM可以包括低RPM范围(诸如0至200RM)以及高RPM 范围(诸如超过400RPM)。

在该示例中，主轴410是实心的，并且具有所选直径。主轴410 的第二端包括主轴腔414。腔414使用适当的机制(诸如钻孔)形成在第二端内。腔414具有一定的直径和深度。传感器模块102的至少一部分延伸到主轴腔414中。此外，磁体模块206位于主轴腔内。通过实心，与具有上面参照图2和图3讨论的中空主轴相比，主轴410 可以具有超强的强度。

磁体模块206生成具有通量的磁场并且被配置用于测量。在该示例中，磁体模块206包括沿着主轴腔414的内表面定位的环状磁体。环状磁体在z方向上部分地环绕传感器模块102并环绕传感器元件 104。与丸状磁体相比，环形磁体206通常提供用于关于轴位移进行测量的更好磁场。

在该示例中，传感器模块102集成到壳体208中。传感器模块102 可以包括O形圈或类似材料以在传感器模块102和壳体208之间实现密封。传感器元件被定位为接近模块102的第二端。传感器元件104 测量由磁体模块206生成的磁场。

由传感器元件104得到的测量值被用于计算主轴的径向位置、每分钟旋转数(RPM)、旋转方向等。诸如电子控制单元(ECU)的控制单元可接收来自传感器模块102的测量值或角度信息。

图5是具有实心主轴和丸状磁体的主轴集成传感器系统500的截面图。为便于理解，以简化形式提供系统500。系统500可用于严酷环境、汽车系统、车辆系统等。此外，系统500可以制造在一个或多个设备中。一些部件的附加细节可以参考上面类似标号部件的描述。

系统500包括壳体208、传感器模块102、传感器元件104、磁体模块306和主轴410。系统200将传感器模块102和磁体模块306集成到主轴410中，其电、机械和/或磁性地屏蔽传感器模块102以免受干扰。

传感器模块102也包括形成在壳体内的传感器元件104。壳体是过模制塑料。传感器元件104可以配置有引线框。模块102包括从传感器元件104的引线框到端口或外部连接的连接。

壳体208可以是传动系、变速系统等的一部分。壳体208被配置为接收并支持主轴410。壳体208包括中空凹部，主轴410插入其中。轴承212或另一部件/设备被配置为利于主轴410的旋转而不具有额外的摩擦。

主轴410与壳体208分离。主轴的第一端附接至电机或其他可旋转对象，并且第二端接近壳体208。主轴410通常是包括诸如上述的适当材料的长圆柱杆。主轴410以每分钟旋转数(RPM)范围进行旋转以及在顺时针或逆时针的旋转方向上旋转。RPM可以包括低RPM 范围以及高RPM范围及其改进。

在该示例中，主轴410是实心的，并且具有所选直径。主轴410 的第二端包括主轴腔414。腔414使用适当的机制形成在第二端内。腔414具有一定的直径和深度。部分传感器模块102部分地延伸到主轴腔414中。此外，磁体模块306位于主轴腔内。

磁体模块306生成具有通量的磁场并且被配置用于测量。在该示例中，磁体模块306包括定位在主轴腔414内的丸状磁体。丸状磁体定位在具有传感器104的轴上，即图5中的z轴。此外，丸状磁体具有一定的直径和厚度，如上面参照图3所述。

在该示例中，传感器模块102集成到壳体208和主轴410中。传感器模块102可以包括O形圈或类似材料以在传感器模块102和壳体 208之间实现密封。传感器元件被定位为接近模块102的第二端。传感器元件104测量由磁体模块206生成的磁场或磁场的方向。磁体206 的磁场对于传感器来说可以“看见”，作为表示旋转主轴410的角度位置的旋转磁场。

如上面已经解释的，由传感器元件104得到的测量值被用于计算主轴的径向位置、每分钟旋转数(RPM)、旋转方向等。诸如电子控制单元(ECU)的控制单元可接收来自传感器模块102的测量值或角度信息。测量值或信息包括仿真或数字原始数据、计算的角度信息等。

图6是示出传感器模块系统600的示图。系统600可被上述系统和设备使用并且设置得利于理解。

系统600包括传感器模块102、接口616和控制器或控制单元614。传感器模块102包括传感器元件104。传感器元件104是磁敏感技术，诸如磁阻、霍尔效应等。传感器元件104被配置为测量接近元件104 的磁场、磁通量密度、磁场方向等。传感器元件104形成在裸片上并具有用于电能和提供测量值的引线框。

传感器模块102包括由适当材料形成的壳体618，诸如过模制塑料。壳体618通常密封传感器元件104以免受碎片和其他干扰。

接口616连接至传感器元件104。接口616可以包括针对传感器元件104以及壳体618外的一个或多个线/连接。接口616被配置为将测量结果从传感器元件104传输至控制器614，并且向传感器元件104 提供电能。

控制器614连接至接口616并且被配置为控制传感器元件104并接收来自传感器元件104的磁场/通量测量结果。控制器614确定关于部件的角度信息，诸如角度位置、角位置、旋转速度、加速度等。部件通常是可旋转部件，诸如电机轴、轮、传动系轴、变速轴等。具体地，控制器614被配置为确定角位置、角度方向、RPM等。

图7是可用于磁体模块(诸如上述磁体模块)的环状磁体700的截面图。环状磁体700可用于上述系统来生成用于测量角度信息(包括位置和RPM)的磁场。

磁体700位于电机、轮等的主轴的端部内。磁体生成通过其组成和尺寸确定的适当磁场。

尺寸包括外直径720、宽度厚度722和内直径724。内直径724 与外直径之间的差限定了环厚度。通常。宽度厚度和环厚度越大，所生成的磁场越大且传感器元件可以抵抗传感器相对于磁体的位移的公差(也称为定位公差)越大。

图8是可用于磁体模块(诸如上述磁体模块)的丸状或圆形磁体 800的截面图。丸状磁体800可用于上述系统来生成用于测量角度信息(包括位置和RPM)的磁场。

磁体800可以定位在电机主轴、轮等中的端部内。磁体800生成通过其组成和尺寸确定的适当磁场分布或通量。

尺寸包括直径820和厚度822。通常，直径820和厚度822越大，所生成的磁场越大，并且传感器元件可以抵抗位置公差的公差越大，这将在下面详细说明。

图9是示出操作传感器设备的方法900的流程图。方法900将传感器模块插入或集成到主轴中以提供针对干扰的屏蔽，并且任选地增强磁场的生成。方法900可与上述系统、设备及其变形结合使用。

方法900开始于框902，其中传感器模块被配置或定位在主轴和/ 或壳体内中。主轴为传感器模块提供屏蔽，使得诸如上述干扰被缓解或避免。壳体可以是壳体或车厢壁，诸如汽车变速部件等。传感器模块可以是模制的，并且通常可以从壳体中取出。传感器模块包括被配置为在一个、两个或三个轴(1D、2D、3D)上测量磁场或者磁场方向的传感器元件(磁阻)。

主轴被配置为具有主轴凹部，并且在框904中，磁体模块被定位在主轴凹部中。主轴凹部可以通过钻孔或其他适当的机制形成在实心或中空主轴中。磁体模块包括诸如环状磁体或丸状磁体的磁体。

在框906中，通过磁体模块生成磁场。磁场随着主轴的旋转而旋转。基本通过主轴屏蔽磁体模块以免受干扰，从而，没有干扰地生成磁场。

在框908中，通过传感器模块测量磁场。通过主轴屏蔽传感器模块，从而基本屏蔽为没有干扰。因此，使用一些屏蔽的磁场测量通常比非屏蔽方法更加精确。

在框910中，基于磁场测量值，通过控制单元确定角信息。角信息例如包括主轴的旋转速度、主轴的角位置等。应该理解，角信息可以可选地通过传感器元件得到并且得到的角信息被传输至ECU。

考虑图10的设置，以下应该讨论传感器元件(例如上面参照图1 至图6进行了讨论)优选在轴或管101内处于多深。图10示出了在左端具有孔的主轴101的截面图。孔直径为Di。主轴101可以由软磁性材料制成。这表示相对磁导率μ_r大于100，通常在1000和10000 之间，并且矫顽力较小，通常小于1kA/m。这里没有示出磁体(例如参见图2和图4中的磁体206，图3和图5中的磁体306，图7中的磁环700或图8中的磁丸800)，因为其与给出的以下规则无关。

传感器元件104(图10中未示出)具有灵敏点，其通过旋转轴z 上的交叉x来表示。与给出的磁体无关，磁场感测元件104(例如，分别为图1至图6中示出的传感器元件104)的灵敏点应该优选在孔内的距离da处，其中da＞0.4*Di。在这种条件下，可穿透薄壁主轴端将有效地屏蔽外部磁场与传感器元件104。如果传感器元件104插入大于da＝0.4*Di，则屏蔽通常提高，尽管仅适度针对大da。如果传感器元件104插入小于da＝0.4*Di，则任何外部磁场的大部分仍然存在于传感器位置，并且会劣化传感器元件104的(角度)传感器功能。

图11A示出了用于数值仿真的结构以达到上述传感器元件104插入到可旋转主轴101的薄壁端部的孔中的插入da小于0.4*Di的估计值。假设仿真的参数是：主轴的内直径Di＝22mm，并且主轴的外直径为26mm，轴的相对磁导率μr在100至7400之间变化。管101沿着z方向从z＝-50mm延伸到+50mm。由于对称性考虑，在图11A中仅模制几何形状的1/8。在这些仿真中，施加Bx方向上的磁场干扰，并且传感器元件104被假设对Bx分量敏感。

图11B示出了基于与图11A关联的参数和设置的仿真结果。在图 11B中，绘制了管外大距离处的施加Bx分量之上的传感器位置处采样的Bx分量的比率的幅度。

作为图11B的图表的横坐标，直径(在管端部处z＝0.05m)上的 z位置的比率被绘制为等于仿真中使用的上述参数的(-1)*da/Di。图 11B的仿真中变化的参数是相对磁导率μr。

如果测试点(即，沿着z轴的潜在传感器位置)是管101内的直径的一半，则屏蔽非常好。根据Kaden“Wirbeistrome und Schirmung in der Nachrichtentechnik”(p.82)，管101内的深度屏蔽为

其中d表示壁厚度。根据图10，2*d等于外直径D-内直径Di。

根据该公式，可以推导出，当磁场感测元件在孔内较深时，用于角度误差的以下规则：角度误差[°]＝ca.(57/μr)*(Di/d)*(Bd/Bm)，其中Bd为干扰磁场，Bm为磁体的磁场。通常，干扰磁场多达1.5mT，磁体的磁场为40mT，并且角度误差应小于0.2°。因此，得到设计规则μr*d/Di＞10。

屏蔽的相对磁导率μr乘以其厚度d除以内径应该大于10。

示例：

管101具有22mm的内径和2mm的壁厚度，磁体的磁场为40mT，并且干扰为1.5mT。如果传感器在管内11mm，μr＝800，屏蔽为3％，则管内的干扰为0.03*1.5mT＝0.045mT。这给出0.045/40*180/pi＝0.065 °且其保持μr*d/Di＝800*2/22＝73＞10。

如果按照因子7.3减小μr，这将给出限制μr*d/Di＝10，并且得到 0.065°*7.3＝0.47°的角度误差。为了更好屏蔽，更大的μr和/或管101 的更厚壁和/或孔的更小直径Di分别是有利的。

根据上述数值仿真，本领域技术人员将理解，对于小μr来说，屏蔽小于大μr的情况，这是不重要的。本领域技术人员还应该意识到，对于大μr来说，更感兴趣的是将传感器元件104插入到主轴101 的孔中足够深。也就是说，如果传感器元件104仅插入到孔中0.4*Di (这对应于坐标值(z-0.05)/0.022＝-0.4)，则屏蔽对于μr＝7400和μr＝3200来说基本相同，然而，如果传感器元件104插入Di(这对应于坐标值(z-0.05)/0.022＝-1)，则μr＝7400曲线比μr＝3200屏蔽外部磁场多于2.5倍。

所考虑的又一方面是针对设置的涡电流和/或滞后的效果，其中传感器元件104和/或磁体沿着旋转轴被布置在孔内。

如果磁性感测元件104沿着旋转轴(图10中的z轴)定位，则永久磁体附接至可旋转主轴，存在用于屏蔽磁性感测元件104免受外部磁性干扰的两种可能性：

(i)屏蔽可以相对于磁体静止，或者(ii)磁体和屏蔽可以彼此相对地旋转。

在情况(i)中，屏蔽可以附接至磁体或主轴101，使得磁体和屏蔽在(磁场)感测元件104周围同步旋转。在情况(ii)中，屏蔽可以附接至传感器元件104或定子(诸如用于主轴的安装点)，不随着主轴旋转。

优选地，屏蔽不相对于磁体移动。这种设置将防止磁体(图2、图4中的206，图3、图5中的306，图7中的700和图8中的800) 的强磁场在屏蔽内生成涡电流。这些涡电流应该避免，因为它们产生次级磁场，这将导致传感器104的角度测量的角度误差。涡电流导致主轴旋转期间磁场落后于旋转磁场，并且主轴101的旋转越快，这会越关键。

此外，在涡电流和磁体之间存在可干扰的小力，其将例如以旋转能量的形式消散成热量。

此外，当使用屏蔽时，屏蔽与磁体之间的精确相对定位是受关注的。假设磁体和屏蔽不同轴，这会扭曲由感测元件104所感测的磁场，并且导致角度误差。通常，更简单地限定屏蔽与磁体之间的精确位置，如果它们不相互移动的话。相反，如果相互移动，则它们之间的相对定位就不是很精确，例如由于轴承中的间隙。

最后，屏蔽的磁性滞后会导致针对测量角度的附加角度误差。如果旋转方向频繁改变，则屏蔽会向磁体引起的磁场添加小磁性畸变。由于磁性屏蔽的滞后所引起的磁性畸变通常不同于顺时针和逆时针旋转，因为屏蔽的滞后使得总磁场落后于磁体的磁场。

在特定情况下，仍然优选使用相对于传感器104静止的磁性屏蔽，因此磁体相对于屏蔽旋转。如果主轴101的惯性移动需要保持较小以使不需要在主轴101上安装屏蔽，则这种设置是感兴趣的。

进一步地，在本公开中，感测元件104被描述为集成电路。作为可选，感测元件104可以实施为分立元件。两种选项都具有它们自身的优点，这将在下面进行详细说明。

实施感测元件104的角度传感器电路通常需要至少一个磁场感测元件来基于传感器位置处的(旋转)磁场检测磁体的旋转位置。为此，可以使用磁控电阻器，如AMR(各向异性磁控电阻器)、GMR(巨磁控电阻器)、TMR(隧穿磁控电阻器)、CMR(超巨磁控电阻器)、霍尔板、垂直霍尔效应器件、MAGFET或磁阻传感器元件。

在许多情况下，传感器电路需要甚至两个或更多个这样的传感器元件以实施感测元件104，它们在不同方向上对准。不同方向是：在磁控电阻器或霍尔效应器件的情况下，它们的参考方向(即，AMR、霍尔效应器件和MAGFET情况下的电流流动方向，而在GMR、TMR 和CMR的情况下，参考方向为固定磁化的方向)。不同方向需要显著不同，这表示至少相差15°。

在理想设置中，不同方向相差90°；除了AMR，它们相差45°。与磁体相比，这些多于一个的磁场感测元件应该较小，并且紧密布置 (与磁体的特性尺寸相比紧密)。如果磁体具有10mm的尺寸，则当实施感测元件104时，用于计算角度的所有磁场感测元件应该在＜ 0.5mm的区域内(即，磁体的1/20)。作为优选，上限可以为：它们应该不大于磁体的大小的1/10。应该如下构建磁体的大小：磁体布置通常特征在于三个空间尺寸。根据情况，三个空间尺寸可以相同，在这种情况下该尺寸可以认为是磁体的大小。然而，如果磁体的三个空间尺寸不相同，则对于本公开的剩余部分，三个空间尺寸中的任一个都可以认为是表示磁体的大小。对于实施感测元件104，如果只有磁场感测元件被放置在孔101内或者如果磁场感测元件加上信号调节电路被放置在孔101内(最好从图10中看出)，则其是不相关的。在第一种情况下，感测元件104可以使用分立换能器来实施，在后一种情况下，感测元件104可以使用集成传感器来实施。

集成传感器应该构造为包括集成电路。集成电路是向传感器元件提供电能并且例如通过预放大和A/D转换以及针对温度漂移对准等任选地调节它们的输出信号的电路。

根据情况，可以感兴趣地在单个芯片上实施集成传感器或者在公共封装件中作为多个芯片解决方案。

TMR理想地适合作为分立磁场感测设备，因为它们生成可在几厘米或几十厘米的距离上传输至信号调节电路的大信号。还可以将多个芯片安装在单个电子封装件中，并且将其插入到主轴101的孔中。

最后，应该提及，如果实施感测元件104的集成传感器是3D磁场传感器，则集成传感器(更精确地，传感器芯片)不需要沿着z轴或沿着磁体内或主轴101内的任何预限定的定向来对准。3D磁场传感器应该构造为基本上测量磁场矢量的所有分量的传感器。这种3D 磁场传感器可以包括：霍尔板，用于检测例如磁场矢量的x分量；垂直霍尔效应设备，用于检测例如磁场矢量的y分量；以及垂直霍尔效应设备以检测例如磁场矢量的z分量。本领域技术应该容易理解3D 传感器的其他可能实施方式，为了简化这里不再说明。

本领域技术人员进一步理解，在将感测元件104定位在主轴210 内时使用的轴承可以对角度传感器104的性能产生影响，这将在以下简要讨论。

图12示出了包括磁体206的主轴210的端部的截面图。轴承212 用于安装壳体208，这又帮助安装传感器元件104。由于磁场感测元件104和磁体206被放置在主轴210的端部处的孔内，所以存在感测元件104和/或磁体206与主轴210的轴承212(例如，滚珠轴承但不限于此)干扰的潜在风险，轴承212通常也接近主轴的端部210。

一方面，孔降低了主轴210的强度。如果壁厚度(图10中的(D-Di) /2)太小，则会发生在重负载的情况下，主轴210的端部变形的情况，这会导致磁体206断裂或松散并且不再刚性附接至主轴210。如果轴承212劣化，则其会升温并且这种温度上升会使得磁体206故障或者从主轴210的端部分解或脱开。轴承212通常采用某些种类的油脂来减小摩擦，并且这种油脂会到达传感器封装102和/或磁体206，这会导致不想要的化学反应(例如，减小将磁体206附接至主轴210的胶的强度)。

对付这种问题的一种简单方式是将传感器元件104和磁体移动到孔内更深，总之推荐此方式，以提高电磁屏蔽。

图12A示出了与上文讨论的轴承相关的一些问题的第一解决方案。图12A示出了与旋转轴(表示为z轴)平行的主轴101的端部的截面图。

在图12A中，轴承212在主轴101上被拉动为远于图12，也就是说，轴承被定位得更加远离孔。在图12A的设置中，在感测元件 104的位置处具有产生磁场的两个磁体206。不用于限制，磁体206 可以实施为单一构件或包括多于两个的构件。如之前参照图10所讨论的，再次通过交叉x来表示远离孔的开口的距离da的感测元件104 的位置。

对于图12A的布置，由磁体206经受且由轴承212引起的力和机械应力被最小化。换句话说，与图12讨论的设置相比，减小了轴承212和磁体206之间的交互。与图12的设置相比，图12A的设置中使得轴承212与磁体之间的热耦合最小化。主轴101可以具有小肩部 103(例如，半径方向上的1/10mm)，这避免了主轴的薄壁部分在轴承212在主轴101上方拉动时损伤。

图12B示出了在轴套214a安装至图12A所示主轴101的薄壁端部之后的状况。为了简要，使用类似的参考标号来示出类似元件。由于主轴101的端部处增加的总体壁厚度，图12B的实施方式相对于图 12A改善了屏蔽。

注意，外轴套214a的轻微偏心距(例如，由于安装公差，图12B 中未示出)最可能不增加角度传感器(即，感测元件104)的角度误差。这是因为通过厚度d的薄壁部分形成的内屏蔽占主导地位。也就是说，内屏蔽将屏蔽磁体免受外轴套214a的影响，使得磁体206与轴套214a之间的任何交互通过内屏蔽而大大减小。然而，注意，外轴套214a相对于外部磁性干扰增加了屏蔽效率。

优选地，应该保持d2＞d，即，外轴套214a的厚度d2应该大于主轴101的薄壁端部。然而，即使不保持d2＞d，外轴套214a也改善屏蔽，尽管具有较低的效率。

更优选地，应该保持da2＞da，即，外轴套214a的纵向长于磁场感测元件104插入孔的距离da。然而，即使不满足该条件，外轴套 214a也改善屏蔽，即便效率较低。

轴套214a优选是软(磁性)材料，其具有较大的相对磁导率μr ＞10，优选μr＞100，更优选μr＞1000，以及更优选μr＞10000。注意，轴套214a可以由与主轴101不同的材料制成。对于轴套214a和主轴101由不同材料制成，由于以下原因优选轴套214a具有大于主轴101的μr：(永久)磁体206具有强磁化。由于磁体206接近壁厚度d的薄壁主轴端部；磁体206也将磁化主轴101的薄壁端部。薄壁主轴端部的这种磁化将劣化其屏蔽能力：薄壁主轴端部将接近饱和，从而对于小的叠加外部磁场来说降低其有效磁导率。

在本公开的情况下，饱和被理解为材料内的所有磁性运动基本与 (强)净磁场对准，使得它们不能进一步响应于附加的叠加小磁场。

因此，主轴101的薄壁端部不能再针对叠加的小磁场进行屏蔽。净效应是主轴101的暴露于大磁场的那些部分对于屏蔽来说低效(它们将作用为犹如薄壁端部的壁在磁性感测中变得更薄)。材料的相对磁导率μr越大，磁场饱和材料越小。

图12C示出了这种关系。B是以特斯拉[T]为单位的磁通量， H是以每米安培[A/m]为单位的磁场，以及μ0是真空的磁导率 (＝4π*10^-7[T])，以及Brem是在所有内运动沿着激发H场对准的情况下得到的材料的剩磁：曲线接近原点H＝0越陡峭，相对磁导率μr越大，这也表示与用于比较的图12C中的虚线表示的以较小斜率接近原点H＝0的材料相比，材料在较小磁场H1＜H2下饱和。

进一步看出，轴套214a(参见图12B)仅仅是在图12B的设置中屏蔽掉静磁场的部分。这种情况例如可以发生在主轴101由非磁性材料(如铝或黄铜或碳纤维)制成而轴套214a由软磁材料制成的情况下。在这种情况下，轴套214a将屏蔽磁场感测元件104免受外部磁干扰。

轴套214a还最小化轴承212与磁体206之间不想要的交互。应该理解，轴承212具有可移动部分(例如，球)，其可以是磁性的并由此可以由于磁体206的磁场而磁化。因此，磁化的轴承202可以生成不明确定义的磁场，其在由向内朝向孔设置长度da的交叉x表示的磁场感测元件104的位置处叠加在磁体206的磁场上。因此，磁化的轴承202将在主轴101的旋转位置的测量中引发附加的误差。

应该理解，图12B的磁体206是圆柱形，而图12A的磁体包括两个独立的磁体206。在两种情况下，主轴的端部内的孔通过螺栓孔来终止。不用于限制，可以想到其他选项并且限制本公开。

图12D示出了类似于上面参照图12A和图12B所讨论的另一布置。为了简单，图12D中的类似实体给出与图12A或图12B相似的参考标号。插入到图12D的主轴101的薄壁端部的孔中的传感器的布置显著包括与图12B的轴套214a不同的轴套214b。图12D的轴套在宽度gr的径向上示出间隙。该间隙可以便利地仅填充有空气或塑料或其他非磁性材料。间隙gr将帮助提高轴套214a的屏蔽效率。有利地，将磁体206的强度调整为径向间隙gr的宽度，使得磁体206的磁场将不过度地饱和轴套214b。这种设置将进一步增加轴套214b的屏蔽效率。

图12E示出了轴套214c的又一变形。图12E的布置类似于图12D 和图12B，并且为了简要，使用类似的参考标号来表示类似的元件。然而，在图12D中，轴套214b的径向间隙gr沿着轴向在轴套214b 的整个长度上方延伸，图12E的轴套214c的径向间隙gr仅部分地沿着主轴101的薄壁端部的长度延伸。优选地，间隙gr可以至少在感测元件的长度上方延伸(由沿着旋转轴的x、远离孔的开口的距离da 表示)。以这种方式，轴套214将有效地至少屏蔽感测元件免受任何磁干扰。对于图12D的轴套214b，磁体206的强度可以调整到径向间隙gr的宽度，从而不过度地饱和轴套214c。

当在主轴101的薄壁端部内设置感测元件的布置(在图10、图 12A、图12B、图12D和图12E中由x表示)时，可以考虑各个元件的对应尺寸以优化该布置的整体性能。

通常，孔101的内径Di应该尽可能小，因为这首先会针对给定的磁体质量在磁场感测元件的位置处产生具有较大磁场的较小磁体 (或者等效地，相对于磁体材料的成本的可实现磁场的比率)。第二，内孔直径Di越小，通过主轴101的薄壁端部和/或轴套214a、214b、 214c更有效地屏蔽掉外部磁场。

如果标准SMD传感器封装被用于感测元件106(最好从图12中看出，其中SMD传感器封装104被定向为垂直于旋转轴)，则SMD 传感器封装具有近似为5mm*6mm的横向尺寸。如果封装被焊接至小印刷电路板(PCB)并且两者均放置在主轴内，则这要求近似12mm 的磁体206的最小内孔直径。然后，主轴的孔直径Di需要为至少 16mm，并且主轴外径应该至少为18-20mm。

然而，对于引线传感器封装，情况有些不同，如图13所看到的。图13示出了穿过接近主轴101的孔内的感测元件106的位置的薄壁端部内的主轴101的截面图。

在本公开的剩余部分中，引线传感器封装应该理解为至少一个半导体芯片(由图13中的芯片表示)安装在封装内并且被一些保护盖 (诸如本领域已知的模塑料mc)覆盖的传感器封装。对于引线传感器来说，至少两个传感器引线伸出保护盖mc，并且传感器引线与芯片接触以能够为芯片提供电能并且得到芯片的输出信号。便利地，引线被引导至封装的一侧(其是主轴侧的开放端-图13的左侧)。

注意，引线可以在其周界处的多个面处进入保护盖mc，然而，有用地，引线朝向一侧弯曲，即，主轴101的开放端。当然，优选情况是，所有引线在封装的一面伸出。还需要芯片安装在图13所示的引线框上。引线框可以包括芯片胶合或安装至其的裸片焊盘。应该理解，要求引线以激励感测元件并得到传感器的输出。可选地，可以使用简单的线来代替引线框。还应该理解，引线框对于本公开讨论的所有感测元件来说是任选的。

此外，芯片可以各种方式接触：例如，通过图13所示的接合线 (bw)或者通过引线框上的倒装芯片组件或本领域已知的其他方法，这对于本公开来说是不重要的，因此不再赘述。

通过用于磁场感测元件的封装加上该封装与磁体206的内孔之间的所需公差来给出Di的下限。直径方向上的最小可能半导体芯片大小大约为1mm。这在直径方向上给出2.5mm的封装大小。因此，磁体的最小孔直径为3mm，因此主轴的薄壁端部的最小孔直径Di为 5mm。为了得到主轴的机械稳定性，主轴的最小外径为6mm。

注意，在图13中，磁场感测元件106优选检测投影到垂直于z 轴的平面上的磁场矢量的定向。芯片通常被布置为平行于z轴。从而，磁场矢量投影到垂直于z轴的平面可以分解为x和y分量，从而y分量位于芯片的平面中，并且x分量垂直于芯片。

如果现在决定使用具有(x，y，z)轴的笛卡尔坐标系统。从而，磁场感测元件106必须能够检测由磁体206生成的磁场的x和y分量之间的角度。根据tan(角度)＝Bx/By，这是平面外的(因为x垂直于芯片平面)。公共磁阻元件仅检测平面内角度(即，根据tan(角度)＝Bx/By，磁场的y和z分量之间的角度)。可以通过至少一个霍尔板和一个垂直霍尔效应设备的组合来检测平面外角度。

进一步理解，感测元件106在孔内的放置应该是尽可能关于磁体206对称。同样，将磁体206在孔内放置得尽可能对称。

图14A示出了具有圆柱磁体206的主轴101的薄壁端部的截面图。注意，图14A如同本文参考的其他附图，其可以不按比例绘制。感测元件106的位置通过沿着x轴的交叉表示。实际上，感测元件的位置被选择为图14A的设置的原点。磁体206可以绕着传感器位置x 沿z方向对称放置。对于这种放置，长度S1等于S2。如果进一步磁体206的开口与z轴同心，则如图14A所示，距离S5等于距离S6。然而，磁体的开口与磁体206的外周界不同心，图14A的距离S7可以不等于距离S8。进一步理解，如果磁体206的内孔和/或磁体206 的周界的形状可以为椭圆形而不是圆形，则S5可以不等于S6。

优选地，上面提到的等式尽可能多地基本保持，即，S1＝S2，S3＝S4， S5＝S6，以及S7＝S8。用于尽可能多满足上述等式的动机在于可以实现磁场的磁场同质的最高可能等级。如果上述等式满足，则这是说明磁场的空间导数的最大数量将在传感器位置x处消失的不同方式。作为使磁场导数消失的结果，消失磁场导数的方向上的(组件)公差将不对感测元件106的角度测量产生影响。本领域技术人员应该理解，在假设磁体206的基本均质磁化的情况下进行上述对称考虑。

图14B至图14D示出了具有磁体206的主轴101的薄壁端部的变形，并且孔S3+S4的长度以传感器位置x为圆心。为了简要，使用类似的参考标号来表示类似的元件。

在图14B中，孔以圆锥形尖端终止，而图14C的孔从内径Di变细到最小直径Dm，而代替地，图14D的孔从内径Di开始变化产生到最小直径之间Dm的肩部。本领域技术人员应该理解实现在远离开口的端部处(图中的右侧)终止孔的不同形式的方式。

注意，到目前为止，当沿着z轴看时，主轴101的薄壁孔、磁体 206以及磁体的孔被认为是圆形的。对于这些元件来说，非常大量的形状是可以的，并且以下参照图15A至图15I仅讨论其选择。这些附图分别示出了在垂直于旋转z轴的平面中在主轴的薄壁端部处的孔的截面图。

图15A示出了具有圆形外周界的主轴101、圆形孔以及具有圆形外周界和孔的磁体206的截面，其中所有圆形孔和/或外径与旋转轴z 同心。

在图15B中，主轴101的外周界是圆柱的，而主轴101的孔是椭圆形的，磁体的外周界适合椭圆形孔。此外，磁体的孔也是椭圆形的，并且主轴孔的长轴和短轴可以不与磁体206的椭圆孔的长轴和短轴一致。在图15B的设置中，磁体的外周界的长轴沿着x方向，而磁体孔的长轴沿着y方向。可选地，两个长轴还可以平行或者它们之间可以具有任何其他角度。

图15C示出了圆柱主轴101，同时主轴的薄壁端部中的孔是正方形或矩形。实际上，磁体206的外周界与主轴101的孔的形状匹配。磁体206的孔是圆形。同样，所有形状以旋转轴z为中心，然而这不限制本公开。

图15D类似于图15C，但是磁体206的孔是矩形或正方形来代替圆形。磁体206的外周围与主轴101的孔的矩形匹配。

图15E类似于图15C或图15D。然而，在图15E中，磁体206 的孔是六边形。同样，磁体206的外周界与主轴101的孔的矩形匹配。

在图15F中，主轴101的孔是五边形周界，而磁体206的孔是六边形。如前，主轴101内的孔的内径与磁体206的外周界匹配。

在图15G至图15H中，主轴101的孔具有与磁体206的外周界不同的几何形状。在图15G中，主轴101的薄壁端部的内径是圆形，而磁体206的外周界为五边形。这种设置在主轴的孔的内周界与磁体 206的外周界之间留下一些空隙。图15G的磁体206包括六边形孔。

在图15H中，主轴101的外周界不是圆形而是六边形，而主轴 101的薄壁端部的孔的周界是圆形。磁体的外周界是五边形。对于图 15H，磁体的孔是六边形。

在图15G和图15H的情况下，在相应的磁体206与主轴的孔之间具有间隙，该间隙具有可变宽度。应该理解，磁体206可以胶合到主轴101的孔中或者通过任何适当的方式固定到孔内。

在图15I中，在磁体206与主轴101的孔之间具有恒定宽度的间隙。间隙可以填充有空气或塑料或一些其他材料(其基本是非磁性的或者一些胶)以将相应的磁体206固定在主轴101的孔内。

如本文所讨论的，不用于限制，磁体206可以分解为2、3、4…、 N个部分，它们以当绕着旋转轴z旋转角度360°/N时具有对称性的图案来布置。其等同于原始形状，这也称为N折对称性。对于N＝4 包括磁体部分206a、206b、206c、206d的情况来说，在图16中以截面示出了N折对称性的磁体206。这种分割的磁体206例如可以通过本领域已知的注射模制工艺来制造。

本领域技术人员应该理解，为了基于传感器位置处的(旋转)磁场确定主轴101的旋转位置，在主轴101的孔内确认磁体206的明确限定的位置，尤其关于方位角方向(其是主轴101的旋转方向)。为此，方便地在磁体206的外周界上设置一个或多个凹槽205a、205b 和205c。凹槽可以填充有用于将磁体胶合到主轴的孔中的胶。凹槽 205a、205b、205c还可以具有占据主轴10的孔内的磁体206的热机械张力的目的，从而减小磁体206上的机械应力。这将帮助避免磁体 206的破裂。虽然在图17中将凹槽205a、205b、205c示为磁体206 的凹槽，但凹槽可以可选地或附加地设置在孔的内径上(图17中未示出)。

图18示出了保证主轴101内的磁体206的限定方位位置的又一选项。作为又一可选，还可以在磁体和主轴中引入特定的唯一对称性，这用作限定磁体206相对于主轴101的方位位置的键207。同样，图 18给出这种故意不对称的非限制性示例。类似地，磁体可以与主轴 101内的孔的配合形状组合为截锥形状。

虽然以下将方法及其变形示出和描述为一系列动作或事件，但应该理解，这些动作或事件的所示顺序不用于限制的目的。例如，除了本文所示和/或所述之外，一些动作可以以不同的顺序发生和/或与其他动作或事件同时发生。此外，不是所有示出的动作都可以被要求实施本公开的一个或多个方面或实施例。此外，本文示出的一个或多个动作可以在一个或多个独立的动作和/或阶段中执行。

应该理解，所要求的主题可以使用标准编程和/或工程技术实施为方法、装置或制品，从而产生软件、固件、硬件或任何它们的组合来控制计算机实施所公开的主题(例如，图1、图2等所示的系统/设备是可用于实施上述方法的系统的非限制性示例)。术语“制品”用于包括可从任何计算机可读设备、载体或介质访问的计算机程序。当然，本领域技术人员将意识到，可以对这种结构进行许多修改而不背离所要求主题的范围或精神。

传感器布置包括传感器元件和磁体模块。传感器元件被配置为测量磁场并且被定位在主轴内。主轴被配置为屏蔽磁体模块和传感器元件。磁体模块被配置为生成磁场。传感器元件至少部分地位于主轴内。

另一传感器布置包括传感器模块、壳体和主轴。传感器模块被配置为测量磁场。壳体具有模块开口和壳体凹部。传感器模块定位在模块开口内。主轴耦合至凹部并且具有被配置为生成磁场的磁体模块。主轴被配置为屏蔽磁体模块和传感器模块。

集成传感器设备包括传感器模块、壳体和磁体模块。传感器模块被配置为测量磁场。壳体具有模块开口和主轴凹部，并且被配置为屏蔽传感器模块。传感器模块被定位在模块开口内。磁体模块定位在主轴内。主轴耦合至主轴凹部。磁体模块被配置为操作磁场。主轴被配置为屏蔽磁体模块。

公开了具有传感器模块、接口和控制单元的传感器系统。传感器模块定位在壳体内并且具有被配置为提供磁场的测量值的传感器元件。壳体屏蔽传感器模块免受一个或多个干扰。接口耦合至被屏蔽的传感器模块并且被配置为从被屏蔽的传感器模块传送磁场测量值。控制单元被配置为基于磁场测量值确定角度信息。

公开了操作传感器设备的方法。传感器模块被配置为定位在壳体中。通过壳体屏蔽传感器模块免受一个或多个干扰。主轴被配置为具有主轴凹部。磁体模块定位在主轴凹部内。通过主轴屏蔽磁体模块免受一个或多个干扰。通过磁体模块生成磁场。通过传感器模块测量磁场。

具体地，关于由上述部件或结构(组件、设备、电路、系统等) 执行的各个动作，用于描述这些部件的术语(包括“装置”)用于对应于执行所述部件的指定功能的任何部件或结构(例如，功能等效)，除非另有指定，即使结构上不等效于执行本实用新型的所示示例性实施方式的功能的公开结构。此外，虽然仅参照多个实施方式中的一个公开了本实用新型的特定特征，但这些特征可以与其他实施方式的一个或多个其他特征组合，针对任何给定或特定的应用而可以期望或有利的。此外，术语“包括”、“具有”或其变形用于详细的描述和权利要求，这些术语类似于术语“包含”的方式。