集成有轴的角度传感设备的利记博彩app

本申请是2014年9月2日提交给美国专利商标局的美国专利申请US14/474638的部分的继续，该申请整体地并入于此。

本申请还是于2015年7月29日提交的题为“Magnetic Field Sensor(磁场传感器)”的美国专利申请序号14/812,907的部分的继续，该申请是于2014年5月29日提交的题为“Magnetic-Field Sensor(磁场传感器)”的序号14/290,780的部分的继续，该申请是于2008年5月30日提交的题为“Magnetic-Field Sensor(磁场传感器)”的美国专利申请序号12/130,678的分案申请，该申请要求于2007年5月30日提交的德国专利申请号102007025000.4的优先权，该申请的所有由此通过引用并入于此。

背景技术：

传感器被用在传感系统中以检测特性，诸如光、温度、运动等等。常用的一种类型的传感器是基于磁场的角度传感器。该角度传感器测量磁场方向，并且基于磁场方向计算角度。其它的磁敏感传感器测量磁通量密度。

但是，这样的基于磁性的传感器对于磁场的干扰是敏感的。许多系统在诸如汽车系统的严酷环境下操作，并且具有可对磁场产生干扰并造成错误的传感器测量结果的部件。

所需要的是减轻或避免干扰的技术，以提高磁性传感器的操作，精确性和针对定位公差的鲁棒性。

附图说明

图1是集成的传感器系统的图，该传感器系统使用磁场而操作；

图2是具有空心轴和环状磁体模块的集成有轴的传感器系统的剖面图；

图3是具有空心轴和丸(pill)状磁体的集成有轴的传感器系统的剖面图；

图4是具有实心轴和环状磁体模块的集成的传感器系统的剖面图；

图5是具有实心轴和丸状磁体的集成的传感器系统的剖面图；

图6是描绘传感器模块系统的图；

图7是图示环状磁体的剖面图，该磁体可用在磁体模块，诸如上述的磁体模块中；

图8是图示丸状或柱状磁体的剖面图，该磁体可用于磁体模块，比如，上述的磁体模块；

图9是图示操作传感器设备的方法的流程图；

图10是结合如本文描述的传感器系统可用的轴的部分的剖面视图；

图11A图示用在数值模拟中的情景(scenario)；

图11B图示基于图11A所示的情景而计算的模拟的一些结果；

图12在剖面视图中图示嵌入到轴中的传感器的布置；

图12A图示集成于轴的孔中的传感器的进一步实施例；

图12B图示集成于带有套筒的轴的薄壁端部中的传感器的另一实施例；

图12C图示如图10、12A和图12B的实施例中那样的轴的可磁化的薄壁端部的饱和(saturation)；

图12D图示集成于带有又一套筒的轴的薄壁端部中的传感器的另一实施例；

图12E图示集成于带有替代套筒的轴的薄壁端部中的传感器的另一实施例；

图13图示针对带有引线的传感器的封装的设置；

图14A-14D图示按照本公开的磁体和传感器布置的对称性考虑；

图15A-15I图示在轴的端部处的薄壁孔内布置(多个)磁体的各种对称性；

图16图示位于孔内的分离式磁体；

图17图示磁体，该磁体包括嵌入到轴的孔中的槽；

图18图示楔(key)，以使磁体定向位于轴的孔的内部；

图19A图示位于轴的孔内的进一步磁体实施例；

图19B图示位于轴的锥孔内的又一磁体布置；

图20图示位于轴的孔内的另一磁体布置；

图21A、21B和21C图示包括磁体布置和传感元件的孔的开口的密封(sealing)；

图22A、22B图示Halbach类型磁体布置；

图22C图示又一单一非均匀性的磁体布置。

具体实施方式

现在将参照附图，对本发明进行描述，其中，同样的参考标记用于通篇指代同样的元件，并且其中，所图示的结构和设备不必按照比例而绘制。

公开了设备、系统和方法，其促进角度传感器，并且减轻磁场中的干扰。诸如汽车系统的严酷环境具有各种部件和条件，其对电子器件、传感器和磁场造成影响。这些干扰可造成错误的测量结果、传感器故障，并要求满足位置公差，以便在传感器的操作中获得某种精度水平。角度传感器通常被关注用于识别围绕轴线的旋转的物体的角位置。在一些应用中，可关注在仅仅180度内即半圈清楚地识别角位置。在其它的应用中，但是，可关注在对应着物体围绕轴线旋转一整圈的360度内清楚地识别角位置。

图1是使用磁场而操作的集成的传感器系统100的图。该系统100以简化的形式来提供，以便促进理解。该系统100可被用在严酷环境、汽车系统、车辆系统等等中。该系统100可被制造成一个或多个设备或布置。

诸如汽车系统的混合系统具有机械部件和电子部件。机械部件包括引擎、马达、车轮、流体、制动系统、促动器等等。电子部件包括传感器、处理单元、控制单元等等。机械部件可以对电子部件产生干扰。这些干扰包括功率骤增、功率损失、功率轨迹、高功率轨迹、振动、碎屑、金属片/件、流体污染、变速箱油污染(非常有侵害性)、刹车盘清洁剂、冷却液、材料、污垢等等。马达、促动器和其它的部件越多，存在的电流(current)和波动就越多。

其它的方法对于干扰是敏感的，并且无法提供针对这些干扰的机构。

典型地，角度传感器将跟踪轴线或轴的旋转运动。一个方法是将传感器添设于轴的端部，并且对该传感器进行封装。但是，封装使成本增加，和增加额外的处理，并且要求额外的空间。另外，这样的方法也包括将传感器元件置于轴的端部。这使轴或附着于轴的部件的总体长度增加，其要求额外的车辆/引擎空间。要求额外的安装件、连接器等等，以将传感器安装于该轴的端部。这些部件能够进一步增加所消耗的长度/空间，并且要求甚至更多的车辆/引擎空间。

系统100包括可选择的传感器模块102、传感器元件104和磁体模块106。传感器模块102可处于封装的形式，或有助于放置传感器104的任何其它的形式，如在后面进一步说明的那样。系统100可将传感器模块102与形式为外壳、轴或其它的部件的屏蔽罩(shield)集成在一起，以提供自屏蔽。此外，通过集成，与其它的方法相比较，系统100消耗更少的空间。另外，系统100利用自屏蔽，以允许具有较低性能同时提供适合或经选择的精确度的部件。

在一些实施方式中，传感器模块102可以是集成的部件，因为传感器模块102集成于外壳或其它的部件中。传感器模块102包括集成的传感器元件104。模块102还可包括功率调节部件、信号发生部件、存储部件等等。尽管没有示出，但可包括其它的部件，该其他的部件包括安装件、紧固件、连接件、壳体等等。在一个例子中，传感器模块102形成于具有引线框架的管芯上。传感器模块102被封闭在使用过模压塑料(over molded plastic)的壳体中。引线框架的连接器被提供并且引线框架的连接器提供与传感器模块102的外部连接，如在后面更详细地描述的那样。传感模块可与部件耦合，或合并到部件中，该部件诸如外壳、杆、臂、桥(axle)腿等等。

传感器元件104测量磁场的方向或磁场的磁通的方向。然后，元件104或另外的部件基于场方向的测量结果来计算特性，诸如角度或轴位置。传感器元件104被配置成接收电源，提供测量结果，和/或接收控制或校准信息。在一个例子中，单个接口用于电源和传送测量结果。在另一例子中，多个电线或端口用于功率和/或通信。

传感器元件104是绝对或360度型传感器，从而表明其可唯一地在整个一圈内以任何角度测量磁通。其具有适合的类型，诸如磁阻或磁敏型元件。

磁体模块106固定或附着于待测部件，或与该待测部件集成在一起，并且被配置成生成接近传感器元件104的磁场。在一个例子中，可在直径方向对该磁体模块106进行磁化。磁体模块106可包括具有各种尺寸和形状的磁体。一些例子的形状包括丸状或实心磁体、环磁体等等。选择尺寸，以提供适合的磁场。通常，尺寸包括厚度和直径。

干扰(诸如，在上面给出的那些)可对由传感器元件104测量的磁场造成干扰。但是，传感器模块102在不要求大量的封装或减轻干扰的其它的机构的情况下，与对模块102和元件104进行屏蔽的部件集成在一起。对传感器元件104和磁体模块106提供屏蔽的部件例如包括可旋转的物体，诸如轴，杆等等，其由适合的材料组成。在一个例子中，适合的材料包括具有大于1的磁导率的相对软的磁性材料。

图2是具有空心轴和环状磁体模块的集成的传感器系统200的剖面图。系统200以简化的形式被提供，以便促进理解。系统200可被用在严酷的环境、汽车系统、车辆系统等等中。系统200可被制造成一个或多个设备。可从类似编号的部件的上面描述参考针对一些部件的额外细节。

系统200包括外壳208、传感器模块102、传感器元件104、磁体模块206和轴210。系统200将传感器模块102与轴210集成，这屏蔽传感器模块102和磁体模块206免受干扰的影响，并增强由磁体模块206生成的磁场。

传感器模块102包括形成于壳体内的传感器元件104。壳体典型是过模压塑料，但是并不限于此。传感器元件104可配置有引线框架。模块102包括从传感器元件104的引线框架到端口或外部的连接件的连接件，如关于图13而更加详细地解释的那样。

外壳208可以是变速箱、车厢(compartment)，动力系内燃机等等。外壳208被配置成接收和支撑轴210。在一个实施例中，外壳208包括轴210嵌入其中的中空的凹部。轴承212或另外的部件/设备被配置成在没有过大的摩擦的情况下促进轴210的旋转。外壳208还可包括模块开口，传感器模块102嵌入或定位于该模块开口中。应理解到，传感器模块在放置于模块开口中时将促进实际的传感器元件104相对可旋转的轴210和磁体206的预期定位，从而使得轴210的旋转对于传感器元件104来说“可见”。应注意到，传感器模块102可从外壳208上除去。在另一例子中，传感器模块不可除去地附着于外壳208。

在一个例子中，外壳208提供密闭(hermitic)密封，其保护传感器模块102不受碎屑和污染物的影响。此外，外壳208可被配置成提供磁和/或电屏蔽。对传感器元件104和/或磁体206进行屏蔽而不受任何外部磁场的影响的方面将在下面参照图10-18更详细地被描述。

轴210与外壳208分开。轴的第一端部附着于马达或其它的可旋转的物体，并且轴的第二端部接近外壳208。轴210的第二端部可与轴承耦合，以促进旋转。轴210可以是汽车系统的一部分，诸如传动系、变速系统等等。轴210一般是长条柱状杆，其由适合的材料，诸如金属、软磁材料等等组成。适合的金属的一些例子包括钢和铝。软磁材料的例子包括其磁导率大于1的材料。轴210以一定的每分钟转数(RPM)范围且在旋转方向上顺时针或逆时针地旋转。RPM可包括低RPM范围，诸如0至200RPM，以及高RPM范围，诸如超过4000RPM的范围。

轴210被示出具有示出为Z的旋转轴线。轴210围绕旋转轴线以旋转方向旋转，旋转可以是顺时针或逆时针的。

轴210可以是中空的、实心的、或以其它方式配置。在图2中，轴210是空心的，并且具有选择的壁厚。替换地，轴210可以是实心的，并且包括如图2所示的薄壁端部。传感器模块102和传感器元件104中的至少部分部分地延伸到轴210的第二端部处的开口部分。另外，磁体模块206还至少部分地位于轴的开口部分内。通过形成空心，与实心轴相比，轴可具有更低的成本和重量。

磁体模块206生成具有磁通并且配置用于测量的磁场。在本例子中，磁体模块206包括环状磁体，该环状磁体沿轴210的内表面，即图2中的内圆周面而定位。环状磁体关于旋转轴线z部分地围绕传感器模块102，并且围绕传感器元件104。

在本例子中，传感器模块102集成于外壳208中。传感器模块102可包括O型环或类似材料，以便密封在传感器模块102和外壳208(在图2中没有示出)之间。传感器元件104靠近模块102的第二端部而定位。传感器元件104典型测量由磁体模块206生成的磁场，更精确地说，当用作角度传感器时，测量该磁场的方向。在轴210旋转时，由磁体生成的磁场作为旋转磁场而相对传感器元件104而出现，该旋转磁场可用于监测轴的旋转位置。

通过传感器元件104而获得的测量结果用于计算与角有关的测量结果，其包括轴的径向位置、轴的角位置、每分钟转数(RPM)、旋转的方向等等。

诸如电子控制单元(ECU)的控制单元可从传感器模块102接收测量结果和或与角有关的信息。

图3是具有空心轴或至少该轴的薄壁端部和丸状磁体的集成有轴的传感器系统300的剖面图。系统300以简化的形式被提供，以促进理解。系统300可被用在严酷的环境、汽车系统、车辆系统等等中。系统300可制造成一个或多个设备。系统300与如上所述的系统200类似，但是，该系统300利用丸或圆(round)形磁体而不是环状磁体。可从类似编号的部件的上面描述参考针对一些部件的额外细节。

系统300包括外壳208、传感器模块102、传感器元件104、磁体模块306、和轴210。系统300将传感器模块102集成于轴210中，该轴210对传感器模块102进行电，机械，和/或磁屏蔽以免受到干扰的影响。

传感器模块102包括形成于壳体内的传感器元件104。壳体是过模压塑料。传感器元件104典型地配置有引线框架。模块102包括从传感器元件104的引线框架到端口或外部连接件的连接件。

外壳208可以是动力系、变速系统等等的部分。外壳208被配置为接收并支撑轴210。外壳208包括轴210嵌入其中的中空的凹部，其称为壳体凹部。轴承212或另外的部件/设备被配置为在没有过大摩擦的情况下促进轴210的旋转。

轴210与外壳208分开。轴的第一端部附着于马达或其它的可旋转的物体，并且第二端部接近壳体208。轴210一般是长条柱状杆，其由诸如在上面描述的适合的材料组成。轴210以一定的每分钟转数(RPM)的范围且在旋转方向上顺时针或逆时针地旋转。RPM可包括低RPM范围，诸如0至200RPM，以及高RPM范围，诸如超过4000RPM的范围。

轴210可以是中空的、实心的、或以其它方式配置。在图3中，轴210又是空心的，并且具有选择的壁厚。传感器模块102中的一部分部分地延伸到轴210的第二端部处的开口部分。磁体模块306位于轴的开口部分内。

磁体模块306生成具有磁通并且配置用于测量的磁场。轴210增强已生成的磁场。在本例子中，磁体模块306包括丸或圆形的磁体，其跨该轴210中的开口而定位。丸状磁体沿与传感器模块102和传感器元件104相同的轴线z而定位。另外，丸状磁体具有为了提供适合的磁场而选择的直径和厚度。直径可小于轴210的内表面的直径。

如上所述，传感器模块102集成于外壳208中。传感器模块102可包括O型环或类似材料，以便密封在传感器模块102和外壳208之间。传感器靠近模块102的第二端部而定位。传感器元件104测量磁场，更准确地说，测量由磁体模块306所生成的磁场的定向。

通过传感器元件104而获得的测量结果用于计算轴的方位角或角位置、每分钟转数(RPM)、旋转的方向等等。

诸如电子控制单元(ECU)的控制单元可从传感器模块102接收测量结果和/或与角有关的信息。

图4是具有实心轴410和环状磁体模块206的传感器系统400的剖面图。系统400以简化的形式被提供，以便促进理解。系统400可被用在严酷环境、汽车系统、车辆系统等等中。另外，系统400可制造成一个或多个设备。可从类似编号的部件的上面描述参考针对一些部件的额外细节。

系统400包括外壳208、传感器模块102、传感器元件104、磁体模块206、和轴410。系统400将传感器模块102集成于轴410中，该轴410对传感器模块102进行电，机械，和或磁屏蔽以免受到干扰的影响。

传感器模块102又包括传感器元件104，传感器元件104可选择地形成于壳体内。在一个例子中，外壳是过模压塑料。传感器元件104可配置有引线框架。模块102可包括从传感器元件104的引线框架到端口或外部连接件的连接件。

外壳208可以是动力系、变速系统等等的部分。外壳208被配置为接收和支撑轴410。外壳208包括轴410嵌入其中的中空的凹部。可选择的轴承212或另外的部件/设备被配置成在没有过大的摩擦的情况下促进轴410的旋转。

轴410与外壳208分开。轴的第一端部附着于马达或其它的可旋转的物体，并且轴的第二端部接近外壳208。该轴410一般是长条柱状杆，其由适合的材料，诸如金属组成。上面示出适合的金属的一些例子。轴410以一定的每分钟转数(RPM)范围且在旋转方向上顺时针或逆时针地旋转。RPM可包括低RPM范围，诸如0至200RPM，以及高RPM范围，诸如超过4000RPM的范围。

本例子中，轴410是实心的，并且具有经选择的直径。轴410的第二端部包括轴腔414。使用适合的机构，诸如钻孔，将腔414形成于第二端部内。腔414具有直径和深度。传感器模块102的至少部分延伸到轴腔414中。另外，磁体模块206位于轴腔内。由于是实心的，与关于图2和图3而讨论的空心轴相比，轴414可具有较高的强度。

磁体模块206生成具有磁通并且配置用于测量的磁场。在本例子中，磁体模块206包括环状磁体，该环状磁体围绕轴腔414的内表面而定位。环状磁体在z方向上部分地围绕传感器模块102，并且围绕传感器元件104。环状磁体206典型地提供比丸状磁体更好的磁场，用于关于轴向位移而进行测量。

在本例子中，传感器模块102集成于外壳208中。传感器模块102可包括O型环或类似材料，以便密封在传感器模块102和外壳208之间。传感器元件靠近模块102的第二端部而定位。传感器元件104测量由磁体模块206生成的磁场。

通过传感器元件104而获得的测量结果用于计算轴的径向位置、每分钟转数(RPM)、旋转的方向等等。诸如电子控制单元(ECU)的控制单元(没有示出)可从传感器模块102接收测量结果和或与角有关的信息。

图5是具有实心轴和丸状磁体的集成有轴的传感器系统500的剖面图。系统500以简化的形式被提供，以便促进理解。系统500可被用在严酷环境、汽车系统、车辆系统等等中。另外，系统500可制造成一个或多个设备。可从类似编号的部件的上面描述参考针对一些部件的额外细节。

系统500包括外壳208、传感器模块102、传感器元件104、磁体模块306、和轴410。系统200将传感器模块102和磁体模块306集成于轴410中，该轴410对传感器模块102进行电，机械，和或磁屏蔽以免受到干扰的影响。

传感器模块102包括形成于壳体内的传感器元件104。壳体是过模压塑料。传感器元件104可配置有引线框架。模块102包括从传感器元件104的引线框架到端口或外部连接件的连接件。

外壳208可以是动力系、变速系统等等的部分。外壳208被配置为接收和支撑轴410。外壳208包括轴410嵌入其中的中空的凹部。轴承212或另外的部件/设备被配置成在没有过大的摩擦的情况下促进轴410的旋转。

轴410与外壳208分开。轴的第一端部附着于马达或其它的可旋转的物体，并且第二端部接近外壳208。轴410一般是长条柱状杆，其由诸如在上面示出的适合的材料组成。轴410以一定的每分钟转数(RPM)的范围且在旋转方向上顺时针或逆时针地旋转。RPM可包括低RPM范围和高RPM范围，以及它们的变化。

轴410是实心的，并且具有经选择的直径。轴410的第二端部包括轴腔414。使用适合的机构，将腔414形成于第二端部内。腔414具有直径和深度。传感器模块102的部分部分地延伸到轴腔414中。另外，磁体模块306位于轴腔内。

磁体模块306生成具有磁通并且配置用于测量的磁场。在本例子中，磁体模块306包括定位于轴腔414中的丸状磁体。丸状磁体定位于具有传感器104的轴线，即图5中的z轴线上。另外，丸状磁体具有直径和厚度，如在上面关于图3描述的那样。

在本例子中，传感器模块102集成于外壳208和轴410中。传感器模块102可包括O型环或类似材料，以便密封在传感器模块102和外壳208之间。传感器靠近模块102的第二端部而定位。传感器元件104测量由磁体模块306生成的磁场，或该磁场的方向。来自磁体306的磁场对于传感器“可见”作为指示旋转轴410的角位置的旋转磁场。

通过传感器元件104而获得的测量结果用于计算轴的径向位置、每分钟转数(RPM)、旋转的方向等等，如在上面已经解释的那样。诸如电子控制单元(ECU)的控制单元(没有示出)可从传感器模块102接收测量结果和/或与角有关的信息。测量结果或信息包括模拟或数字原始数据、经过计算的角度信息等等。

图6是描绘传感器模块系统600的图。系统600可与上面的系统和设备一起使用，并且被提供以促进理解。

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是磁敏技术，诸如磁阻、霍尔效应等等。传感器元件104被配置成测量接近元件104的磁场、磁通量密度、磁场方向等等。传感器元件104形成于管芯上，并具有用于功率和提供测量的引线框架。

传感器模块102包括壳体618，该壳体618由适合的材料，诸如过模压塑料形成。外壳618一般对传感器元件104进行密封，而免受碎屑和其它的干扰的影响。

接口616与传感器元件104连接。接口616可包括到传感器元件104并且在壳体618外部的一个或多个电线/连接件。接口616被配置成将测量结果从传感器元件104传送给控制器614，并且对传感器元件104进行供电。

控制器614与接口616连接，并且被配置成控制传感器元件104并且从传感器元件104接收磁场/磁通测量结果。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、加速度等等。部件一般是可旋转的部件，诸如马达轴、车轮、动力系轴、传动轴等等。特别地，控制器614被配置成确定角位置、角方向、RPM等等。

图7是环状磁体700的剖面图，环状磁体700可被用在磁体模块，诸如上面描述的磁体模块中。环状磁体700可被用在上面的系统中，以生成用于测量角度信息的磁场，该角度信息包括位置和RPM。

磁体700定位于马达、车轮等等的轴的端部内。磁体生成由其成分(composition)和尺寸确定的适合的场。

尺寸包括外径720、宽度厚度722、和内径724。内径724和外径之间的差定义环厚度。一般来说，环厚度和宽度厚度越大，所生成的磁场就越大，并且传感器元件可抵抗该传感器相对磁体的位移(也被称为定位公差)的耐受性越大。

图8是丸状或圆形磁体800的剖面视图，该磁体800可被用在磁体模块，诸如上面描述的磁体模块中。丸状磁体800可被用在上面的系统中，以生成用于测量角度信息的磁场，该角度信息包括位置和RPM。

磁体800可定位于马达、车轮等等的轴的端部内。磁体800生成由其成分和尺寸确定的适合的磁场分布或磁通。

尺寸包括直径820和厚度822。一般来说，直径820越大并且厚度822越大，所生成的磁场就越大，并且传感器元件可抵抗定位公差的耐受性就越大，如将在后面更详细地解释的那样。

图9是图示操作传感器设备的方法900的流程图。方法900将传感模块嵌入或集成于轴中，以便提供抵抗干扰的屏蔽，并且可选择地增强磁场的生成。方法900可与上面的系统、设备和它们的变化结合而使用。

方法900开始在块902处，其中，传感器模块被配置或定位到轴或外壳中。轴对传感器模块提供屏蔽，使得减轻或避免干扰，诸如在上面描述的干扰。外壳可以是诸如汽车传动部件等等的车厢的壳体或壁。传感器模块可以是过模压的，并且典型地可从外壳除去。传感器模块包括传感器元件(磁阻)，其被配置成测量在一个、两个或三个轴线(1D，2D，3D)或磁场的方向上的磁场。

轴被配置成具有轴凹部，并且在块904处将磁体模块定位于该轴凹部内。通过钻孔或另外的适合机构，轴凹部可形成于实心或空心轴中。磁体模块包括磁体，诸如环状磁体或丸状磁体。

在块906处，通过磁体模块生成磁场。在轴旋转时，磁场伴随该轴而旋转。磁场模块通过轴而基本上被屏蔽免受干扰的影响，结果，在没有干扰的情况下，生成磁场。

在块908处，通过传感器模块量磁场。传感器模块通过轴来屏蔽，并且结果，传感器模块基本上被屏蔽免于干扰。结果，使用一些屏蔽的磁场测量结果一般比未屏蔽的方法更准确。

在块910处基于磁场测量结果通过控制单元确定角度信息。角度信息包括例如轴的旋转速度、轴的角位置等等。将领会到，可替换地通过传感器元件得出角度信息，并且所得出的角度信息正被转发给ECU。

关注如图10中那样的设置，在下面分析将讨论，传感器元件(如例如关于图1-6所讨论的那样)应优选地位于轴线或管101内部多深。图10示出轴101的剖面视图，在该轴101的左端部具有孔。孔直径是Di。轴101可由软磁材料制成。这表明，相对磁导率μ_r大于100，典型地在1000与10000之间，并且矫顽磁力小，典型地小于1kA/m。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的磁丸800)在这里没有示出，因为其与将给出的下面的规则无关。

传感器元件104(在图10中没有示出)具有敏感点，其由位于旋转轴线z上的交叉x表示。与给定的磁体无关，磁场传感器元件104(例如，分别为图1-6的传感器元件104)的敏感点应优选地在孔内部，位于距离da处，其中，da＞0.4×Di。在该条件下，导磁性的薄壁轴的端部将有效地对传感器元件104屏蔽外部磁场。如果传感器元件104被嵌入大于da＝0.4×Di，则屏蔽性一般对于大的da又仅仅适度地提高。如果传感器元件104被嵌入小于da＝0.4×Di，则任何外部磁场的相当大的部分仍存在在传感器位置处并且可损害传感器元件104的(角度)传感器功能。

图11A示出用于数值模拟以便达到传感器元件104的嵌入da小于到可旋转的轴101的薄壁端部中的0.4×Di的上面的估计的配置。模拟中假定的参数是：轴的内径Di＝22mm，轴的外径为26mm，轴线的相对磁导率μ_r从100变化到7400。管101沿z方向从z＝-50mm延伸到z＝+50mm。由于对称考虑而在图11A中建模几何形状的仅仅1/8。在这些模拟中，在B_x方向施加磁性干扰场，并且假定传感器元件104对于B_x分量是敏感的。

图11B图示基于如图11A所概述的参数和设置的模拟的结果。在图11B中，对采用在传感器位置处采样的B_x分量相对在该管外部的大的距离处的已施加的B_x分量的比例的量值进行绘图。

作为针对图11B的绘图的横坐标，z位置相对直径(在距管端部，z＝0.05mm)的比例而绘图，该比例等于用于模拟中的上面的参数的(-1)×da/Di。在图11B的模拟中改变的参数是相对磁导率μ_r。

如果测试点，即沿z轴线的潜在的传感器位置是管101内部的直径的一半，则屏蔽性是非常好的。在该管101内部的深处，按照Kaden und Schirmung in der Nachrichtentechnik”，p.82，屏蔽性为

其中，d表示壁厚。按照图10，2×d等于(外径D-内径Di)。

当磁场传感元件位于孔内部的深处时，根据该公式，可推导角误差的下述的拇指规则：角误差[°]＝ca.(57/μ_r)×(Di/d)×(B_d/B_m)，其中干扰磁场为B_d，并磁体的磁场为B_m。经常，干扰磁场高达1.5mT，磁体的磁场是40mT，并且角误差应小于0.2°。因此，达到设计规则：μr^＊d/Di＞10。

屏蔽罩的相对磁导率μ_r与其厚度d与内径的比值的乘积应大于10。

例子：

管101的内径为22mm，并且其壁厚为2mm，磁体的场为40mT，并且干扰磁场为1.5mT。如果传感器位于管内部的11mm处，其中，μ_r＝800，则屏蔽性为3％，因此，该管内部的干扰为0.03×1.5mT＝0.045mT。这给出角误差：0.045/40×180/pi＝0.065°，并且得出：μ_r×d/Di＝800×2/22＝73＞10。

如果μ_r减少到原来的7.3倍，则这给出极限值μ_r×d/Di＝10，并且导致角误差：0.065°×7.3＝0.47°。为了更好的屏蔽，更大的μ_r和/或管101的更厚的壁和/或孔的更小直径Di分别具有有利性。

根据上面的数值模拟，本领域的普通技术人员将理解到，针对小的μ_r，屏蔽性比针对大的μ_r更小——这是不重要的。本领域的普通技术人员还将进一步认识到，对于大的μ_r，更加关注的是将传感器元件104嵌入到轴101的孔中足够深：这就是说，如果传感器元件104仅仅以0.4×Di(其与横坐标值(z-0.05)/0.022＝-0.4相对应)嵌入到孔中，则屏蔽性对于μr＝7400和μr＝3200来说非常接近相同，而如果传感器元件104以Di(其与横坐标值(z-0.05)/0.022＝-1相对应)而嵌入，则μ_r＝7400的曲线所屏蔽的外部磁场是针对μ_r＝3200的情况所屏蔽的外部磁场的2.5倍。

要考虑的另一方面是对于其中传感器元件104和/或磁体沿旋转的轴线而布置于孔内的设置的涡电流和/或磁滞的影响。

如果磁传感元件104沿旋转轴线(其为图10中的z轴线)而定位，并且永久磁体附着于可旋转的轴，则存在屏蔽磁传感元件104免受外部磁场干扰的影响的两个可能性：

(i)屏蔽罩可相对于磁体处于静止，或(ii)磁体和屏蔽罩可相互旋转。

在情况(i)中，屏蔽罩可附着于磁体或轴101，使得磁体和屏蔽罩同步地围绕(磁场)传感元件104而旋转。在情况(ii)中，屏蔽罩可附着于传感器元件104或定子诸如轴的安装点，而不伴随轴而旋转。

优选的是，屏蔽罩不相对于磁体而运动。这样的设置防止磁体(图2，4中的206、图3，5中的306、图7中的700和图8中的800)的强场在该屏蔽罩内部生成涡电流。应当避免这些涡电流，因为它们产生副磁场，其导致传感器104的角度测量结果的角误差。涡电流导致在轴旋转期间滞后于旋转磁场的磁场，这对于轴101的旋转越快就越关键。

另外，在涡电流和磁体之间存在小的力，其可以以例如耗散成热量的旋转能量的形式进行干扰。

此外，在使用屏蔽罩时，屏蔽罩和磁体之间的精确的相对定位是令人关注的。假定磁体和屏蔽罩不同轴，这可使传感器元件104感测的磁场畸变，并且导致角误差。一般来说，定义屏蔽罩和磁体之间的准确位置是较简单的，如果它们不相互运动的话。相反地，它们的相对定位是较不精确的，如果它们例如由于轴承的间隙而相互旋转的话。

最终，屏蔽罩的磁滞可导致针对测量的角度的额外的角误差。如果旋转的方向频繁地改变：则屏蔽罩可对磁体引起的磁场添加小的磁畸变。由于磁屏蔽的磁滞造成的磁畸变典型地对于顺时针方向和逆时针方向的旋转来说是不同的，因为屏蔽罩的磁滞使总场滞后于磁体的场。

在特定情况下，可能仍优选的是，使用对于传感器104处于静止的磁屏蔽罩，并且因此磁体相对屏蔽罩而旋转：这样的设置是令人关注的，如果轴101的惯性力矩需要保持小的，使得不想将屏蔽罩安装于轴101上。

在本公开的更前面的部分中，传感元件104被描述为集成电路。作为替换方式，传感元件104可作为分离的元件而实现。两个选择方案具有其本身的优点，如在下面以更详细地解释的那样。

实现传感元件104的角度传感器电路典型地需要至少一个磁场传感元件，以基于位于传感器位置处的(旋转)磁场检测磁体的旋转位置。为此，可使用比如AMR(各向异性磁电阻)、GMR(巨磁电阻)、TMR(隧道磁电阻)、CMR(庞磁电阻)、霍耳板、垂直霍耳效应设备、MAGFET或磁阻传感器元件的磁电阻。

在许多情况下，传感器电路甚至需要两个或更多个这样的传感器元件，以便实现传感元件104，这些传感器元件在不同的方向上对齐：该不同的方向是：在磁电阻或霍耳效应设备的情况下，它们的参考方向(其在AMR、霍耳效应设备和MAGFET的情况下是电流流动方向，而参考方向在GMR、TMR、CMR的情况下是钉扎(pinned)磁化的方向)。不同的方向需要显著地不同，这表示至少相差15°。

在理想的设置中，不同的方向相差90°；除了其中不同的方向相差45°的AMR以外。相对磁体来说，这些一个以上的磁场传感元件应当是小的，并且靠近在一起(与磁体的特征尺寸相比较是靠近的)：如果磁体的尺寸为10mm，则在实现传感器元件104时用于计算角度的所有磁场传感元件应当在＜0.5mm(即，磁体的1/20)的区域内。作为优选的上限，可以说，它们不应当分开超过磁体尺寸的1/10。磁体的大小应以下述来解释：典型地通过三个空间尺寸表征磁体布置。取决于环境，三个空间尺寸可相同，在该情况下，该尺寸可视为磁体的大小。但是，如果磁体的三个空间尺寸不相同，对于本公开的剩余部分，可认为三个空间尺寸的任意一个表示磁体的大小。如果仅仅磁场传感元件被放置于孔101内部，或如果磁场传感元件加信号调节电路被放置于孔101内部(在图10中最佳地看到)，则对于实现传感元件104，其是无关的。在第一情况下，传感元件104可使用分离的换能器(transducer)来实现，在后一情况下，传感元件104可使用集成的传感器来实现。

集成的传感器应视为包括集成电路。集成电路是电子电路，其为传感器元件供电并且可选择地例如通过前置放大和A/D转换和对温度漂移等的校准对它们的输出信号进行调节。

取决于环境，可受关注的是，将集成的传感器实现于单个芯片上，或作为共同的封装中的多个芯片解决方案。TMRs理想地适合作为分离的磁场传感设备，因为它们生成大的信号，其可通过几厘米或几十厘米的距离而被传输给信号调节电路。还有可能将几个芯片安装于单个电子封装中，并且将其嵌入到轴101的孔中。

最后，应提到的是，如果实现传感元件104的集成的传感器是3D磁场传感器，则集成的传感器更精确地说是传感器芯片不需要沿z轴线或沿任何预先定义的定向在磁体内部或在轴101内部对齐。3D磁场传感器应被解释为下述的传感器：该传感器测量磁场矢量的基本所有分量。这样的3D磁场传感器可由检测例如磁场矢量的x分量的霍耳板、检测例如磁场矢量的y分量的垂直霍耳效应设备、加上检测例如磁场矢量的z分量的垂直霍耳效应设备构成。本领域的普通技术人员将容易领会到3D传感器的其它可能的实现方式，其为了简化起见应在这里不被解释。

本领域的普通技术人员将进一步领会到，在将传感元件104定位于轴210内部时所使用的轴承可对角度传感器104的性能产生影响，如在后面将简要讨论的那样。

图12图示包括磁体206的轴210的端部的剖面视图。轴承212用于安装外壳208，该外壳208进而帮助安装(多个)传感器元件104。由于(多个)磁场传感元件104和磁体206被放置于孔内部在轴210的端部处，所以存在(多个)传感元件104和/或磁体206干扰轴210的轴承212(例如，滚珠轴承，但是并不限于此)，其也通常靠近该轴的端部210。

从一方面来说，孔使轴210的强度降低。如果壁厚(图10中的(D-Di)/2)过低，则可能发生下述情况：在重荷载下，轴210的端部变形，这可导致磁体206断裂或松动，并且不再刚性地附着于轴210。如果轴承212失效，则其可变热，并且该温度的上升可使磁体206失灵，或从轴210的端部解体或松动。轴承212经常采用某种润滑油，以减少摩擦，并且该润滑油可到达传感器封装102和/或磁体206，其中，其可导致不想要的化学作用(例如，减少将磁体206附着于轴210的胶的强度)。

一个简单针对这些问题的解决方法是将传感器元件104和磁体更深地移动到孔的内部，无论如何推荐该方法，以提高电磁屏蔽。

图12A图示对与如在前面描述的轴承相关的一些问题的第一解决方案。图12A示出与指示作为z轴线的旋转的轴线平行的轴101的端部的剖面视图。

在图12A中，比在图12中相比，将轴承212在轴101之上拉出得更远，这就是说，轴承定位得更远离孔。在图12A的设置中，存在两个磁体206，其在传感元件104的位置处产生磁场。在没有限定的情况下，磁体206可实现为单一构件，或包括多于两个构件。传感元件104远离孔的开口的距离da处的位置再次由交叉x指示，如结合图10在前面讨论的那样。

对于图12A的布置，将由磁体206所经历和由轴承212所引起的力和机械应力最小化。换言之，与如图12中讨论的设置相比，减少轴承212和磁体206之间的相互作用。与图12的设置相比，在图12A的设置中将轴承212和(多个)磁体之间的热耦合最小化。轴101可具有小的肩部103(例如，径向的1/10mm)，其避免在轴承212从轴101中拉出时，轴的薄壁部分损害。

图12B图示在如图12A所示，套筒214a安装于轴101的薄壁端部上之后的情况。为了简洁起见，使用同样参考标记图示同样元件。由于轴101的端部处的总体增加的壁厚，图12B的实现方式将相对于图12A的布置提高屏蔽性：

应注意到，外套筒214a的稍稍的偏心(例如，由于安装公差——在图12B中没有示出)是非常可能不增加角度传感器即(多个)传感元件104的角误差。这是因为通过厚度d的薄壁部分而形成的内屏蔽是主要的。这就是说，内屏蔽将磁体屏蔽免受外套筒214a的影响，使得通过内屏蔽而大大降低磁体206和套筒214a之间的任何相互作用。但是，要注意到，外套筒214a使关于外部磁干扰的屏蔽效率增加。

优选地，应保持d2＞d，即外套筒214a应具有比轴101的薄壁端部更大的厚度d2。但是，即使未保持d2＞d，外套筒214a仍提高屏蔽性，但是具有较低效率。

甚至更优选地，应保持da2＞da，即外套筒214a在轴向上大于(多个)磁场传感元件104嵌入该孔中的距离da。但是，即使未满足该条件，外套筒214a仍提高屏蔽性，但是具有较低效率。

套筒214a优选的是软(磁)材料，其大的相对磁导率μ_r＞10，优选地μ_r＞100，甚至更优选地μ_r＞1000，并且又甚至更优选地μ_r＞10000。要注意到，套筒214a可以由不同于轴101的材料制成。对于由不同的材料制成的套筒214a和轴101，优选的是，套筒214a出于下述原因具有比轴101更大的μ_r：(永久)磁体206具有强磁化性。由于磁体206紧靠壁厚d的薄壁轴端部，所以磁体206也将使轴101的薄壁端部磁化。该薄壁轴端部的磁化将恶化其屏蔽能力：薄壁轴端部将更接近于饱和，由此对于小的叠加的外部磁场来说，降低其有效的磁导率。

在本公开的上下文中，饱和要被理解为与(强)净磁场对齐的材料内的基本上全部的磁力矩，使得它们不能进一步对附加叠加的小磁场作出响应。

结果，轴101的薄壁端部不能再针对叠加的小磁场进行屏蔽。净效果是暴露于大的磁场的轴101的那些部分对于屏蔽的效率是较小的——它们将好像薄壁端部的壁在磁感应中变得甚至更薄的那样作用。材料的相对磁导率μ_r越大，要使材料饱和的磁场就越小。

图12C图示该关系。B是单位为特斯拉(Tesla)[T]的磁通密度，H是单位为安培每米[A/m]的磁场，并且μ0是真空的磁导率(＝4π×10^-7[T])，以及B_rem是材料的剩磁，其是在所有内部磁矩(moment)沿激励H场而对齐的情况下获得的：曲线靠近原始H＝0越陡，相对磁导率μ_r越大，但这还指与靠近原始H＝0，具有较小的坡度的材料相比，材料在较小的磁场H₁＜H₂处饱和，如为了比较而通过图12C中的虚线所指示的那样。

还可想到，套筒214a(参见图12B)是图12B的设置中的屏蔽静磁场的唯一部件。例如，如果轴101由比如铝或黄铜，或碳纤维的非磁性材料制成，而套筒214a由软磁性材料制成，则这样的情形就可能发生。在这样的条件下，套筒214a将屏蔽(多个)磁场传感元件104免受外部磁场干扰的影响。

屏蔽罩214a还使轴承212和磁体206之间的不想要的相互作用最小化。将领会到，轴承212具有可移动的部件(例如，滚珠)，其可以是磁性的，并且因此可由于磁体206的磁场而被磁化。结果，磁化的轴承202可生成较不明确地定义的磁场，该磁场叠加于处于向内进入孔中的长度da的(多个)磁场传感元件104的位置处的磁体206的磁场上，如交叉x所示。因此，磁化的轴承202将在轴101的旋转位置的测量中引起额外的误差。

将领会到，图12B的磁体206是柱形的，而图12A的磁体包括两个个体的磁体206。在该两种情况下，轴的端部内的孔通过螺钉孔终止。在没有限制的情况下，可想到进一步的选项，并且不限于本公开。

图12D示出与关于图12A和图12B描述的布置类似的另一布置。为了简化起见，图12D中的同样实体被给定与图12A或图12B中的实体同样的参考标记。嵌入到图12D的轴101的薄壁端部的孔中的传感器的布置特别地包括不同于图12B的套筒214a的套筒214b。图12D的套筒呈现径向宽度的间隙gr。间隙可方便地仅填充有空气、或塑料、或其它的非磁性材料。间隙gr将有助于提高套筒214b的屏蔽效率。将有利的是，调整磁体206的强度到径向间隙gr的宽度，使得磁体206的磁场不会使套筒214b过度饱和。这样的设置将进一步增加套筒214b的屏蔽效率。

图12E图示套筒214c的另一变体。图12E的布置与图12D和图12B的布置类似，并且为了简洁起见，使用同样的参考标记指示同样的元件。虽然在图12D中套筒214b的径向间隙gr在轴线方向上在套筒214b的全长范围内延伸，但是，图12E的套筒214c的径向间隙gr沿轴101的薄壁端部的长度而仅仅部分地延伸。优选地，间隙gr可至少在传感元件的长度(由沿旋转轴线的x，远离孔的开口的距离da指示)的范围内延伸。这样，套筒214将有效地至少将传感元件屏蔽免受任何的外部磁性干扰的影响。对于图12D的套筒124b，可调节磁体206的强度到径向间隙gr的宽度，以便不使套筒214c过度饱和。

在设计位于轴101的薄壁端部内的(多个)传感元件的布置(由图10、图12A、图12B、图12D、和图12E中的x指示)时，可考虑个体元件的相应尺寸，以便优化布置的总体性能。

一般来说，孔101的内径Di应尽可能小，因为这首先将导致更小的磁体针对给定的磁体质量(或作为等同方式：可获得的磁场与磁体材料的成本的比例)在(多个)磁场传感元件的位置处具有更大的磁场。其次，内孔直径Di越小，通过轴101的薄壁端部和/或套筒214a、214b、214c而屏蔽外部磁场就越高效。

如果标准SMD传感器封装用于(多个)传感元件106(在图12最佳地看到，其中SMD传感器封装104与旋转轴线垂直地定向)，则SMD传感器封装具有大致5mm×6mm的横向尺寸。如果封装焊接于小的印刷电路板(PCB)，并且两者被放置于轴内部，则这要求大致12mm的磁体206的最小的内孔直径。然后，轴的孔直径Di需要至少是16mm，并且轴的外径应当至少是18-20mm。

但是，对于带有引线的传感器封装，该情况是稍有不同的，如可根据图13而知道的那样。图13图示位于薄壁端部内的通过轴101的剖面视图，该薄壁端部接近位于轴101的孔内部的传感元件106的位置。

贯穿本公开的剩余部分，带有引线的传感器封装应被理解为传感器封装，其中，如图13中的芯片所示的那样，至少一个半导体芯片安装于封装内部，并且通过诸如本领域中已知的模制化合物mc的某一保护外罩覆盖。对于带有引线的传感器，另外的至少两个传感器引线伸出到保护外罩mc的外面，并且传感器引线与芯片接触，以便能够对芯片供给电能，并得到芯片的输出信号。方便的是，将引线引导到封装的一侧(其是图13中的左侧——轴侧的开口端)。

应注意到，引线可能在几个表面处在其周界处进入该保护外罩mc——但是有用的是，使引线朝向一侧弯曲，即朝向轴101的开口端弯曲。当然，优选的情况是，所有引线在封装的一个面处伸出。(多个)芯片安装于图13所示的引线框架上也不是必需的。引线框架可包括芯片胶合或安装到的管芯座和引线。要理解到，要求引线，以便对传感元件供给能量，并且获得传感器的输出。替换地，可使用简单的电线，而不是引线框架。当然要理解到，引线框架对于贯穿本公开而讨论的所有传感元件来说，是可选择的。

另外，可以以下述各种方式接触芯片：例如，如图13所示，通过接合线(bw)；或通过引线框架上的倒装芯片组装；或本领域中已知的接触的其它手段，其对于本公开来说不是必要的，并且因此将不详细地被讨论。

Di的下限值通过(多个)磁场传感元件的封装和该封装与磁体206的内孔之间的必需间隙而给定。径向上的可能最小的半导体芯片大小约为1mm。这给定径向上的封装大小为2.5mm。因此，磁体的最小孔直径为3mm，并且由此，轴的薄壁端部的最小孔直径Di为5mm。为了保持轴的机械稳定性，该轴的最小外径为6mm。

应注意到，在图13中，磁场传感元件106优选地检测投影到与z轴线垂直的平面上的磁场矢量的定向。芯片典型地与z轴线平行地布置。结果，磁场矢量到与z轴线垂直的平面上的投影可分解为x和y分量，其中，y分量在芯片的平面中，并且x分量与芯片垂直。

如果现在决定使用具有(x，y，z)轴线的笛卡尔坐标系。结果，磁场传感元件106必须能够检测磁体206生成的磁场的x和y分量之间的角度。这是根据tan(角)＝Bx/By平面外的角度(因为x与芯片平面垂直)。普通的磁阻元件仅仅检测平面内角度(即，根据tan(角)＝By/Bz的磁场的y和z分量之间的角度)。平面外的角度可通过至少一个霍耳板和一个垂直霍耳效应设备的组合来检测。

还应理解到，传感元件106于孔中的放置应尽可能地相对于磁体206对称。在相同原理下，应关注的是，尽可能对称地将磁体206放置于孔内。

图14A图示带有柱状磁体206的轴101的薄壁端部的剖面视图。应注意到，图14A比如在本文中参照的其它附图可以不按照比例而绘制。传感元件106的位置由沿着z轴线的交叉所指示。实际上，在图14A的设置中，选择传感元件106的位置作为原点。可围绕传感器位置x在z方向上对称地放置磁体206。对于这样的放置，长度S1等于S2。如果磁体206的开口还与z轴线同心，则距离S5等于距离S6，如图14A所示。但是，如果磁体的开口不与磁体206的外周界同心，则距离S7可不与图14A的距离S8相等。还将理解到，如果磁体206的内孔和/或磁体206的周界可在形状上是椭圆的，或非圆的，则S5可不等于S6，。

优选地，尽可能多的上面提到的等式应基本上有效，即，S1＝S2，S3＝S4，S5＝S6，以及S7＝S8。满足尽可能多的的等式的动机是下述事实：可实现磁场的场均匀性的最高可能等级。换言之，如果满足上面的等式，则磁场的空间导数的最大数量将在传感器位置x处消失。作为消失的磁场导数的结果，在消失磁场导数的方向上的(装配)公差不会对传感元件106的角度测量结果产生影响。本领域的普通技术人员将领会到，在磁体206的基本上均匀磁化的假设下，做出上面的对称考虑。

图14B-14D图示围绕传感器位置x的孔的长度S3+S4和具有磁体206的轴101的薄壁端部的变体。为了简洁起见，使用同样参考标记指代同样元件。

在图14B中，孔终止在锥状尖端中，而图14C的孔从内径Di逐渐变细到最小直径Dm，而代替地图14D的孔从产生肩部的内径Di改变到最小直径Dm。本领域的普通技术人员将领会到实现使孔终止于背对开口的一端(图中右侧描绘)的不同形式的方式。

将注意到，到目前为止，在沿z轴线观看时，已将轴101的薄壁孔、磁体206以及磁体的孔视为圆的。非常大的数量的形状对于这些元件来说是可能的，并且仅仅对其选择将在下面结合图15A-15I进行讨论。这些附图分别图示在与旋转z轴线垂直的平面中到轴的薄壁端部的孔中的剖面视图。

图15A示出具有圆形外周界的轴101、圆孔、以及具有圆形外周界和孔两者的磁体206的剖面，其中，所有圆孔和/或周界与旋转轴线z同心。

在图15B中，轴101的外周界是柱状的，而轴101的孔是椭圆的，磁体的外周界嵌合到椭圆孔中。另外，磁体的孔也是椭圆的，但是，轴孔的长轴和短轴可不与磁体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是沿x方向的，而磁体孔的长轴是沿y方向的。替换地，两个长轴也可平行，或在它们之间呈任何其它角度。

图15C示出柱状轴101，而轴的薄壁端部中的孔呈正方形或长方形状。磁体206的外周界实际上与轴101的孔的形状匹配。磁体206的孔呈圆形。此外，所有形状围绕旋转轴线z，但是这不限制本公开。

图15D与图15C类似，但磁体206的孔呈长方形或正方形状，而不是圆形。磁体206的外周界与轴101的孔的长方形状相匹配。

图15E与图15C或15D类似。但是，在图15E中，磁体206的孔呈六边形状。此外，磁体206的外周界与轴101的孔的长方形相匹配。

在图15F中，轴101的孔呈五边形周界，而磁体206的孔呈六边形状。如前面那样，位于轴内的孔的内周界与磁体206的外周界相匹配。

在图15G-15H中，轴101的孔具有不同于磁体206的外周界的几何形状。在图15G中，轴101的薄壁端部的内周界是圆形的，而磁体206的外周界呈五边形状。这样的设置在轴的孔的内周界和磁体206的外周界之间留下某一间隙。图15G的磁体206包括六边形的孔。

在图15H中，轴101的外周界不是圆形的，而是六边形的，而轴101的薄壁端部的孔的周界呈圆形状。磁体的外周界呈五边形状。对于图15H，磁体的孔孔呈六边形状。

在图15G和图15H的两个情况下，在相应的磁体206和轴的孔之间具有间隙，但该间隙具有变化的宽度。将领会到，磁体206可胶合到轴101的孔中，或以机械方式通过任何的适合机构而固定于该孔内部。

在图15I中，磁体206和轴101的孔之间具有恒定宽度的间隙。间隙可填充有空气或塑料，或基本上是非磁性的一些其它材料，或一些胶，以便将相应的磁体206固定于轴101的孔内。

在没有限制的情况下，如在本文所讨论的，磁体206可分成2，3，4，......N个节段，其以具有对称性的图案来布置，使得在围绕旋转轴线z以角度360°/N旋转时，其与原始的形状相同，该原始的形状也可称为N重对称性。针对N＝4包括磁体节段206a、206b、206c、206d的情况，在图16中，在剖面中示出N重对称性的磁体206。这样的分节段的磁体206可例如通过在本领域中已知的注射成型工艺来生产。

本领域的普通技术人员将领会到，为了基于位于传感器位置处的(旋转)磁场确定轴101的旋转位置，要关注的是保证特别是相对于作为轴101的旋转方向的方位角方向，在轴101的孔内很好地定义磁体206的位置。为此，方便的是，提供位于磁体206的外周界上的一个或多个槽205a、205b和205c。槽可填充有胶，其用于将磁体胶合于轴的孔中。槽205a、205b、205c还可具有下述目的：接收位于轴101的孔内部的磁体206的热-机械应变，以便减少磁体206上的机械应力。这将有助于避免磁体206的断裂。虽然图17中图示槽205a、205b、205c作为磁体206的槽，但是槽可以替换地或另外被提供在孔的内周界上(在图17中没有示出)。

图18图示保证位于轴101内的磁体206的已定义的方位角位置的另外选项。作为另外选项，还有可能向磁体和轴中引入某些唯一的非对称性，其用作定义磁体206相对于轴101的方位角位置的楔207。此外，图18给出了这样的有意的非对称性的非限制性例子。同样地，磁体能够呈平截头体的形状，其与位于轴101内部的孔的配合形状组合。

图19A图示位于具有外径D的轴10内的磁体206的另一实施例。虽然轴10的轴向上的孔具有恒定的内径2×S4，并且磁体206具有对应的外径，但是，磁体206的内径沿轴线方向z从2×S5变化到2×S3，其中，S3＜S5或S3＞S5(没有示出)。

图19B图示位于外径D的轴101内的磁体206的另一变体。对于图19B的示范性实施例，孔的内径从2×S4逐渐变小到2×S6。相应地，位于孔内的磁体206的外径沿磁体206的轴线延伸而与孔的内径对应。将注意到，孔的内径和磁体206的外径的锥状形状可以被选择成，将磁体206于期望的轴向位置布置于孔内，这就是说，围绕由图19B中的交叉指示的传感器布置的敏感点。不同于图19A内所示的实施例，对于图19B的实施例，可不要求进一步的测量以于沿轴线方向z的预期的位置中在孔内布置磁体。不同于图19A的实施例，可足以将磁体206滑动到孔中，直至磁体到达预期的轴线位置时停止其沿轴线方向z的行进为止，在预期的轴线位置中磁体206的外面与孔的内面配合，如图19B所指示的。

图20图示位于轴101的孔内的磁体206的另一实现方式。但是，孔的内径包括台阶部或肩部，其使该孔的内径从2×S4改变到2×S6，其中，S6＜S4。显然，肩部提供用于限制磁体206在z方向上的轴向移动性的对接部。

将领会到，如在本文中讨论的，位于轴的孔内的任何传感器和/或磁体布置特别受关注的是测量引擎的驱动轴或可旋转的轴的角位置。可想到的例子是内燃发动机的驱动轴、任何动力系/驱动机构系统的传动轴、或作为非限制性的例子的用在电动车辆中的电动马达的驱动轴。应理解到，在本公开中考虑的可旋转的轴被配置成传输高达几百或甚至几千牛顿米Nm的转矩。因此，本公开内所设想的轴101需要具有足够的扭力刚性，以便可靠地传送这样高的转矩。

本领域的普通技术人员还将领会到，在比如电动车辆的引擎车厢内可存在基本上空间的限制。为了控制这样的车辆的电动马达，驱动轴的角位置需要以高的精确性而知晓。根据现有技术，使用分解器(resolver)即将指示该轴的角位置的驱动轴的机械延伸，来完成该任务。显然，这样的分解器要求在引擎车厢内作为权衡(trade off)的额外空间。

另外，由分解器指示的角位置的精确性的取决于精确地安装延伸驱动轴101的分解器。分解器相对于驱动轴的位置的任何偏差或公差将恶化由分解器元件所指示的驱动轴的角位置的准确性。在驱动轴的轴线方向上包括孔的轴的端部以及包含角度传感元件的孔相对本领域中已知的分解器解决方案的优点还主要针对内燃发动机，比如例如在通过这样的内燃发动机而提供动力的汽车中。

本领域的普通技术人员将容易领会到，对于传送高转矩运动的驱动轴101来说，典型地存在针对分解器的明显装配公差。这些公差可由轴的静态或动态变形、有关机械零件的定位公差、或类似的分解器元件引起。

驱动轴101的静态变形可由于轴的任何恶化或物体撞击驱动轴本身而引起。

驱动轴的动态变形可由驱动轴的非平衡而引起，比如由于变形引起，从而引起由于这样的变形造成的惯性的附加力矩。显然，这样的静态或动态变形将呈现于分解器元件中，并且恶化由分解器元件所指示的角位置的可获得的准确性。

分解器元件的静态变形同样可由撞击分解器并且使其变形的物体引起。这样的变形可潜在地使分解器相对于驱动轴的轴线而偏移，以仅举一个例子。这样的变形还可使分解器的不平衡，其引起在具有驱动轴101的分解器的旋转的期间的附加惯性的力矩，这实际上可能支持分解器和/或驱动轴101的进一步恶化。

本领域的普通技术人员将领会到，重载滚柱轴承与传输高转矩运动的驱动轴组合是受关注的。这样的滚柱轴承将要求轴承的间隙(backlash)大大超过典型的下述情况，该情况指用于传送低转矩运动的精确轴承的情况，而该低转矩为少许的牛顿米，甚至在1牛顿米以下。与用于传输低转矩运动的精确轴承相比，重载轴承中的轴承间隙将典型使径向和轴向的间隙增加。

因此，对于本领域的技术人员来说，将变得显而易见的是，为什么以下情况受关注：当使用角度传感解决方案用于传送高转矩旋转的驱动轴时提供轴承202、212用于驱动轴101，如在本文中公开和已经关于图2-5、12-12B、12D与12E描述的那样。

本领域的普通技术人员还将领会到，方便的是使用根据本公开的固体或块状的轴用于由驱动轴101传送的高转矩运动。对于空心轴，可证明难以可靠地传送高转矩运动，因为空心轴可能不提供这样的传送所要求的扭力刚度。本公开通过将角传感元件置于位于驱动轴101的端部内的轴向孔中实现更高的精确角度测量。由于权衡的机械稳定性，特别的是，该空心端部的扭力刚度可被降低。因此，可能受关注的是提供块状并由轴承支撑的驱动轴的部分，如在图12A、B、D和12E中讨论的实施例中可看到的那样。对于这样的布置，轴承由于轴向孔位于轴101的端部内而不在降低扭力刚度的部分中与驱动轴接合。

如在本文中公开的(角度)传感元件106的“在轴内”的放置的益处是降低由静态或动态变形引起的附加的机械公差，如关于分解器的使用而在上面讨论的那样。

可受关注的是，在车辆的引擎车厢内，将传感元件106密封免受严酷环境的影响。这样的严酷环境例如可由将潜在地损害传感元件106的侵害性液体引起，该液体诸如例如存在于通过内燃发动机运行的汽车中普遍知晓的齿轮箱中的传动设备润滑油，以举一个限制性的例子。汽车齿轮箱典型包括一个或多个驱动轴101，对于该驱动轴101，角位置和/或角速度是受关注的，以便提供平滑的齿轮换挡体验。

应理解到，在下面涉及传感元件106的任何公开还可适用而不限于如结合图1-6和图12而在上面讨论的传感器元件104。

此外，可受关注的是，将(角度)传感元件106密封而免受磁污染的影响，因为基于磁感测的原理，其可影响传感元件106。磁污染在许多类型的机械中无处不在的铁屑的形式中是已知的。如果这样的磁污染到达位于驱动轴101内的孔，则(角度)传感将大大地恶化。因此，对于如在本文中公开的轴(角度)传感来说，孔的密封可受关注。

图21A和21B图示传感元件106的可能密封的例子。图21A和21B所示的布置与结合图13而讨论的布置有些类似。外罩212用于将轴向孔封闭于驱动轴101的端部内。外罩可由印刷电路板(PCB)材料制成，但是并不限于此。图21A和21B中的同样元件被给定相同的参考标记，并且因此不应再次被详细讨论，以避免过量的重复。

在图21A的实施例中，提出使用安装于外罩212的表面的环208。可受关注的是，使环208与密封件210配合。方位角方向上的槽可容纳密封件210。密封件210可被实现为简单的O型环或本领域中已知的密封式轴承，例如，被实现为轴承，该轴承包括内密封唇(未示出)，其将孔的内部密封免受外部的影响。在没有限制的情况下，密封式轴承还可包括外密封唇。应注意到，与驱动轴101所传送的转矩无关，密封件210可在方位角方向内与所传送的转矩的大部分接触。用于密封件以便承受方位角方向上的所传送的转矩的大部分的适合材料和尺寸在本领域中是已知的。针对密封件的非限制性的例子是适合尺寸的经冲压的O型环，其将孔的内部密封免受外部的影响。

另外受关注的是，安装外罩212，使得其不跟随驱动轴101的旋转运动，而是相对方位角方向采取静态位置，同时将孔的内部密封免受外部的影响。相对于驱动轴101的外罩212以及因此(角度)传感元件216的静态或定子位置可使用支撑物结构(未示出)来实现。

图21B公开了将传感元件106与驱动轴101的外部密封开的可能密封的另一实施例。采用与外罩212连接的垫圈214，以包围轴(即，驱动轴101)的空心端部的周围。可方便的是，实现在径向(如图21B中的竖直方向x所示)桥接垫圈214和驱动轴101的密封元件。对于图21A的密封件，密封件208可被实现为O型环或轴承，其如在本领域中已知的那样包括至少一个密封唇。

根据关于图21A和21B讨论的密封件28的变体，可实现外罩208跟随驱动轴101的旋转运动。用于将传感元件106密封的这样的设计将减轻对密封件208的要求，因为那些元件将不再暴露于所传送的力矩，而是伴随驱动轴101而运动。但是应注意到，对于这样的设置，将要求另外的密封元件210，其包围横贯外罩212的PCB的部分。这是受关注的，以便确保(角度)传感元件106位于相对可旋转的驱动轴101的基本上固定的角位置。

虽然与采用分解器的设置相比，位于驱动轴101的端部内的(角度)传感元件106的轴集成或“轴内”的布置有助于减少径向和/或轴向装配公差，但是这些装配公差仍对于轴内布置存在，但是处于降低的水平。这就是说，对于具有相对于驱动轴的旋转轴线的比如0.5mm的偏心度的分解器，以分解器实现的角误差将大于以针对相对于旋转轴线的磁体的偏心度为0.5mm的设置的轴内布置实现的角误差。

一个选项是采用具有高均匀性的磁场的磁体布置206，以便进一步降低位于轴101内的角度传感元件106的轴内布置的径向和/或轴向装配公差的恶化效果。应理解到，高均匀性的磁体可与如在本文中公开的轴内磁体布置206的任何一个一起使用。

图22A图示这样的高均匀性的磁体布置206的第一例子。在图22A中，示出磁体布置的剖面视图。图22A中的交叉指示下述位置：一旦磁体布置在驱动轴(未示出)的孔内，该位置与驱动轴的旋转轴线的位置对应。图22A的磁体布置包括八个磁性构件，该磁性构件布置成形成八边形形状的磁体环作为非限制的例子。对于磁性构件中的每个，指示了磁化206-1到206-4的方向。对于磁性构件的这样的布置，基本上均匀的总体磁场207将形成于磁环内部，而在环状的磁体布置206外部，可存在非常小的磁场或实质上甚至不存在磁场。这样的磁体布置在本领域中已知为Halbach磁体。可以方便的是，在每个节段磁化之前或之后，将个体磁体元件206胶合在一起。可代替地采用布置磁体元件206的任何其它方式，只要布置将基本上不妨碍环结构内的磁场的均匀性。

熟悉Halbach类型的磁体布置206的人员将领会到，Halbach磁体布置206在轴线方向上的延伸优选地大于Halbach类型的磁体在径向上的内径，甚至更优选地大于Halbach类型的磁体在径向上的外径。这样的尺寸典型地有助于提高在径向和类似的轴向上的磁场均匀性。

图22B在剖面视图中图示Halbach类型磁体206的另一示范性实施例。将注意到，图22B的磁体206包括单一构件，该单一构件具有非均匀性磁化，其在所示的剖面内稍微被平衡，使得多数的磁力线集中于磁体206的中心，而在环状的磁体的外部实质上没有磁场。如关于图22A、22B讨论的针对磁体206的这样的Halbach类型布置的优点是双重的：

首先，传感元件106对于径向和/或轴向的装配公差是不太敏感的，对于这样的位移，在存在这样的装配公差的情况下，传感器将实质上在磁场(方向)上看不到改变，或看到非常小的改变。因此，变得更容易的是，将一个以上的(角度)传感元件106置于基本上均匀的磁场207(如图22A-C所示)的区域内。然后，一个以上的传感元件106将看到相同的磁场207，其可在建立多余的和/或相异的磁(角度)传感系统时受关注。相异的磁(角度)传感系统用一个以上的传感元件测量磁场207，每个传感元件采用不同，即相异的传感原理，比如，第一个使用GMR传感器，第二个使用霍尔传感器，作为非限制性的例子。

在(瞬态)干扰的情况下，一个以上的相异传感元件由于它们的相异传感原理将不同地对该(瞬态)干扰作出响应。因此，本领域的普通技术人员将领会到，在采用一个以上的相异传感元件时，(瞬态)干扰将变得显而易见。代替地，在仅仅使用多余的一个以上的传感元件时，由于(瞬态)干扰引起的任何传感的数据将变得不显而易见，所有的传感元件采用相同，即，非相异的传感原理。对于仅仅多余的一个以上的传感元件，所有的传感元件将示出基本上相同的传感值，其由相同的(瞬态)干扰引起——也称为由于(瞬态)干扰引起的共同原因的故障。

作为Halbach类型磁体206的第二优点，位于磁体206外部的室基本上不存在任何磁场，这将使从磁体206投射到围绕磁体206并且因此围绕驱动轴101的任何磁敏感结构的任何磁干扰降低。另外，因为磁体不将磁场施加于环绕它的轴，所以位于含铁的轴的孔内部的磁体的偏心安装不会使得位于Halbach类型的环磁体的中心处的传感元件上的磁场的均匀性恶化。

图22B的Halbaeh类型磁体206可作为单一构件而形成，该单一构件采用实现非均匀性磁体的一些模制技术或磁化技术，如在申请人于2015年7月29日的申请日作为US14/812907提交的较早的专利申请内详细地解释的那样，该申请整体地并入在本文中。

图22C图示另一Halbach类型磁体206的剖面，其中，位于环状磁体内的磁化几乎连续地改变，而位于环内部的磁场示出非常高的均匀度。

虽然方法及其变体作为一系列动作或事件而在下面进行描述和说明，但是将领会到，这样的动作或事件的已说明的次序不要以限制意义来解释。例如，一些动作可以不同的顺序而发生和/或与除了在本文中描述和/或说明的动作或事件以外的其它动作或事件同时发生。另外，可以要求并非所有的已说明的动作实现在本文中的公开的一个或多个方面或实施例。此外，在本文中描绘的一个或多个动作可以以一个或多个分离的动作和/或阶段来执行。

领会到的是，所要求保护的主题可被实现为方法、装置、或制品，其使用标准的编程和/或工程技术，以产生软件、固件、硬件或其任何组合，以便控制计算机实现所公开的主题(例如，图1，2等中所示的系统/设备是可用于实现上面的方法的系统的非限制性的例子)。如在本文中使用的术语“制品”旨在涵盖从任何计算机可读设备、载体、或介质可访问的计算机程序。当然，本领域的技术人员将认识到，可在不脱离所要求保护的主题的范围或精神的情况下对该配置做出许多修改。

传感器布置包括传感器元件和磁体模块。传感器元件被配置成测量磁场，并且定位于轴内。轴被配置成对磁体模块和传感器元件进行屏蔽。磁体模块被配置成生成磁场。传感器元件至少部分地定位于该轴内。

另一传感器布置包括传感器模块、外壳和轴。传感器模块被配置成测量磁场。外壳具有模块开口和外壳凹部。传感器模块定位于模块开口内。轴与轴凹部耦合，并且具有磁体模块，该磁体模块被配置成生成磁场。轴被配置成对磁体模块和传感器模块进行屏蔽。

集成的传感器设备包括传感器模块、外壳和磁体模块。传感器模块被配置成测量磁场。外壳具有模块开口和轴凹部，并被配置成对传感器模块进行屏蔽。传感器模块定位于模块开口内。磁体模块定位于轴内。轴与轴凹部耦合。磁体模块被配置成生成磁场。轴被配置成对磁体模块进行屏蔽。

公开了一种传感器系统，其具有传感器模块、接口和控制单元。传感器模块位于外壳内，并且具有传感器元件，该传感器元件被配置成提供磁场的测量结果。外壳将传感器模块屏蔽免受一个或多个干扰的影响。接口与受到屏蔽的传感器模块耦合，并且被配置成从受到屏蔽的传感器模块传送磁场测量结果。控制单元被配置成基于磁场测量结果确定角度信息。

公开了一种对传感器设备进行操作的方法。传感器模块被配置或定位于外壳中。通过外壳屏蔽传感器模块免受一个或多个干扰的影响。轴被配置成具有轴凹部。磁体模块定位于轴凹部内。通过轴屏蔽磁体模块免受一个或多个干扰的影响。通过磁体模块生成磁场。通过传感器模块测量磁场。

特别是关于通过上面描述的部件或结构(装配件、设备、电路、系统等)执行的各种功能，用于描述这样的部件的术语(包括对“手段”的引用)旨在对应于(除非另外指示)任何部件或结构，其执行所描述的部件(比如，其是功能上等同的)的指定功能，即使在结构上不等同于执行本发明的在本文中说明的示范性实施方式中的功能的公开结构。另外，虽然可以已经关于几个实施方式中的仅一个公开本发明的特定特征，但是这样的特征可与其它的实施方式的一个或多个其它的特征组合，因为对于任何给定的或特定的应用来说，其是期望的，并且是有利的。而且，就术语“包括”、“包括着”、“具有”、“含有”、“带有”或它们的变体被用在详细的描述和权利要求书中的范围来说，这样的术语旨在以与术语“包含”类似的方式是包括性的。