CN100420918C - 具有两个磁轨迹的角位移编码器 - Google Patents

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Abstract

本发明披露了一种用于确定本体沿着运动坐标的位置的结构，其中所述本体呈已磁化的编码器的形式，在本体的一个表面上具有沿着运动方向延伸的两个磁轨迹，它们至少基本上彼此平行，其中，沿着运动方向以特定的间隔，第一个磁轨迹具有这样的已磁化的部分，其中磁北极被对准以便至少在磁化方向上很大程度上一致，所述磁化方向基本上和本体的表面呈直角；并且其中，以和上述的沿着运动坐标的间隔一致的特定间隔，第二个磁轨迹具有这样的已磁化的部分，其中磁南极被对准以便至少在所述磁化方向上很大程度上一致，并且其中，在每种情况下，其中一个磁轨迹的已磁化部分相对于在其它磁轨迹的两个已磁化部分之间的间隙至少基本上在中央设置，具有呈角度传感器的形式的磁阻传感器，其被设置在磁轨迹的上方，用于确定在沿着运动坐标延伸的区域内由磁轨迹的已磁化部分产生的磁场的方向，所述运动坐标基本上平行于本体的表面。利用本发明，形成一种简单的结构，用于精确地确定一个本体沿着运动方向的位置，其中这种结构不必被中心地固定在所述本体的头部的上游。

Description

具有两个磁轨迹的角位移编码器
本发明涉及沿着运动坐标确定一个本体的位置的结构。
磁阻传感器在自动化领域得到了许多不同的应用。具体地说，其中使用角度传感器确定大多数不同的运动结构元件的转动角度，例如在转向系统中，在确定踏板的位置或确定车辆发动机的节气门的位置时。因而角度传感器可被连附于和可转动的结构元件相连的一个永磁体的上游，使得由在角度传感器和由角度传感器检测的永磁体之间的角度可以计算结构元件的角度位置。
这种结构的一个代表性的例子示意地示于图1。其中，可转动的结构元件例如轴或其类似物用标号1表示。永磁体3相对于其转动轴线2位于中心，其用这种方式被连附于可转动的结构元件1的端面4上，使得其随结构元件1转动。永磁体3具有北极5和南极6。和永磁体3相对，同样相对于轴线2为中心的角度传感器7被永久地固定，即不随结构元件1转动。当结构元件1沿着转动坐标8围绕转动轴线2转动时，由角度传感器7测量沿着这个转动坐标8的结构元件1的转动角度。
这种结构预先假定角度传感器和永磁体相对于其头部的上游的可转动的结构元件的转动轴线可以被固定。
从US-PS 4274053得知一种旋转磁编码器，其使用对磁场敏感的电阻器确定角位移的绝对值。一个鼓形的、杯形的、或盘形的旋转元件被固定到一个可转动轴上。在旋转元件的一个表面上，提供被分成多个轨迹的磁介质。每个轨迹产生数量和方向随旋转元件的转动而改变的磁场。作为另一种方案，在旋转元件的表面上提供多个永磁体，用于产生随旋转元件的转动而改变的磁场。在轨迹的旋转路径附近，提供对磁场敏感的多个电阻器，所述电阻器产生表示磁场敏感的电阻器的电阻值改变的大小的模拟信号。一个旋转状态传感器接收所述模拟信号，并产生数字信号与/或模拟信号，其构成可转动的轴的角位置的度量，用绝对值表示。
利用这种结构，在确定轴的角位置时要求足够细的分辨率，因而要求大量的轨迹和相关的磁场敏感的电阻器。这使得这种结构极其复杂。
本发明的目的在于产生一种简单的结构，用于精确地确定本体沿着一个运动坐标的位置，其中所述结构不必被中心地固定到本体的头部的上游。
按照本发明的目的由用于确定本体沿着运动坐标的位置的结构实现了，其中所述本体呈已磁化的编码器的形式，在本体的一个表面上具有沿着运动坐标延伸的两个磁轨迹，它们至少基本上彼此平行，其中，沿着运动坐标以特定的间隔，第一个磁轨迹具有这样的已磁化的部分，其中磁北极被对准以便至少在磁化方向上很大程度上一致，所述磁化方向基本上和本体的表面呈直角；并且其中，以和上述的沿着运动坐标的间隔一致的特定间隔，第二个磁轨迹具有这样的已磁化的部分，其中磁南极被对准以便至少在所述磁化方向上很大程度上一致，并且其中，在每种情况下，其中一个磁轨迹的已磁化部分相对于在其它磁轨迹的两个已磁化部分之间的间隙至少基本上在中央设置，具有呈角度传感器的形式的磁阻传感器，其被设置在磁轨迹的上方，用于确定在沿着运动坐标延伸的区域内由磁轨迹的已磁化部分产生的磁场的方向，所述运动坐标基本上平行于本体的表面。
按照本发明的结构具有能够以简单的、坚固的方式构成的优点，即使在以高的分辨率确定本体沿着运动坐标的位置的情况下。此外，其不依赖于固定到本体上的特定位置，而是可以被非常灵活地使用。如果对于磁轨迹或者要由角度传感器确定其磁场的永磁体的固定具有约束条件，则这是尤其有利的，即，例如，由于结构的原因当这些磁轨迹或这些永磁体不能直接地固定到旋转编码器的转轴上时。
本发明的对应的、有利的改进由从属权利要求限定。
下面参照附图中所示的实施例的例子进一步说明本发明，不过本发明不限于这些实施例，其中：
图1表示用于确定可转动的结构元件例如轴的转角的结构的例子，具有永久磁体和角度传感器，它们被固定在可转动的结构元件的头部的上游；
图2表示本发明的第一实施例；
图3示意地表示在按照图2的结构中的磁轨迹的一个实施例；以及
图4表示本发明的第二实施例。
在图2中再次选择按照图1的可转动的结构元件即其中所示的轴作为被设计作为已磁化的编码器并且要确定其沿着运动坐标的位置的本体。其端面4是空闲的，不过，两个磁轨迹10，11被连附于轴1的侧向表面9上，它们沿着呈图1所示的旋转坐标8的形式的运动坐标至少基本上相互平行地延伸，即，所述磁轨迹10，11沿着轴1的周向延伸。
这种磁轨迹10和11的结构的例子示于图3。由标号10表示的这些磁轨迹中的第一个磁轨迹沿着运动坐标8以特定的间隔呈现已磁化的部分12，其中磁北极N被对准，使得磁化方向至少基本上是一致的，对于轴1的侧向表面9基本上以直角延伸。第二磁轨迹11以特定的和上述的间隔一致的间隔沿着运动坐标8呈现已磁化的部分13，其中磁南极S被对准，使得至少基本上和所述磁化方向一致，并且其中，在每种情况下，磁轨迹10或11之一的已磁化部分12或13相对于另一个磁轨迹11或10的两个已磁化部分13或12之间的间隙15或14分别至少基本上位于中心，具有呈角度传感器7的形式的磁阻传感器，被设置在磁轨迹10，11的上方，用于确定在沿着运动坐标8延伸的区域内由磁轨迹10，11的已磁化部分12，13产生的磁场的方向，所述运动坐标基本上平行于本体的表面，即平行于轴的侧向表面9。标号16表示的箭头指示由磁轨迹10，11的已磁化部分12，13产生的磁场的方向。
如果轴1现在围绕转动轴线2转动，借以使磁轨迹10，11对着角度传感器7沿着旋转坐标8运动，由磁轨迹10，11的已磁化部分12，13产生的磁场的方向16沿着这个旋转坐标8改变。这由角度传感器7检测，所述角度传感器借以确定轴1沿着旋转坐标8的运动。
如果在每个磁轨迹10，11内在轴1的周边上设置多个已磁化部分12和13，则由磁轨迹10，11的已磁化部分12，13产生的磁场的角度传感器7检测的每个方向沿着轴1的周边以相同的数量重复自身多次。因此由角度传感器7检测的角度测量值在轴1的回转期间发生相应的多次。不过，这种多值性在许多应用中是没有意义的。然而，用于确定本体沿着运动坐标即例如轴1在由磁轨迹10或11的两个相邻的已磁化部分12或13之间的间隔预先确定的区域内沿着旋转坐标8的位置是足够的，其中显然，在所述的这些区域即在这些部分12或13相对的区域中，是角度传感器7当前所在的位置。这种应用的例子例如有确定多极的永久激励的同步机的转子的位置。因此，同步机的极距和磁轨迹10，11的已磁化部分12，13的细分最好被选择使得一致，其中的轴1由同步机的转子轴形成。
在上述的实施例中，在沿着轴1的周边的磁轨迹10，11的整个范围内，已磁化部分12，13的特定间隔沿着编码器即轴1的运动坐标8在两个磁轨迹10，11上是相同的。
图4表示按照本发明的磁轨迹的实施例的另一些例子，它们用标号20，21和22，23表示，并表示它们沿着运动坐标在本体24的表面上的布置。本体24沿旋转坐标8围绕转轴线2的转动再次以举例方式示出。本体24的端部呈空心轴的形式，具有圆形的端面25，在其上设置有磁轨迹20，21，相对于转轴线2呈同心圆的形式。这些磁轨迹20，21的磁化形式和图2、图3的例子中的实施例对应。如果需要，用标号22，23表示的磁轨迹也可以设置在附加的载体27的端面26上，所述附加载体为基本旋转对称的、盘形的、相对于转轴线2同心的存在于本体24上。磁轨迹22，23被设置在相对于转轴线2为同心圆的盘形27的端面26上。
在图中未示出的不同的实施例中，磁轨迹也可以被直线地设置在本体上，所述本体沿着至少基本上是直线的运动坐标运动。因此本发明也可以用于形成直线采集传感器。

Claims (6)

1. 一种用于确定本体沿着运动坐标的位置的结构，其中所述本体呈已磁化的编码器的形式，在本体的一个表面上具有沿着运动坐标延伸的两个磁轨迹，它们至少基本上彼此平行，其中，沿着运动坐标以特定的间隔，第一个磁轨迹具有这样的已磁化的部分，其中磁北极被对准以便至少在磁化方向上很大程度上一致，所述磁化方向基本上和本体的表面呈直角；并且其中，以和上述的沿着运动坐标的间隔一致的特定间隔，第二个磁轨迹具有这样的已磁化的部分，其中磁南极被对准以便至少在所述磁化方向上很大程度上一致，并且其中，在每种情况下，其中一个磁轨迹的已磁化部分相对于在其它磁轨迹的两个已磁化部分之间的间隙至少基本上在中央设置，具有呈角度传感器的形式的磁阻传感器，其被设置在磁轨迹的上方，用于确定在沿着运动坐标延伸的区域内由磁轨迹的已磁化部分产生的磁场的方向，所述运动坐标基本上平行于本体的表面；
所述本体的表面被设计为基本上是旋转对称，并且所述磁轨迹设置在这个表面上以便基本上是旋转对称的。
2. 如权利要求1所述的结构，其特征在于，已磁化部分的特定的间隔在磁轨迹的整个范围上沿着编码器的运动坐标在两个磁轨迹上是相同的。
3. 如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述本体被设计为至少大致是圆柱形的，所述磁轨迹布置在所述本体的侧向表面上。
4. 如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述本体被设计为至少大致是圆柱形的，所述磁轨迹在所述本体的端面上以同心圆的形式布置。
5. 如权利要求4所述的结构，其特征在于，所述本体被设计为空心轴，所述磁轨迹在所述空心轴的端面上以同心圆的形式布置。
6. 如权利要求4所述的结构，其特征在于，所述本体被设计为基本上旋转对称的，呈基本上旋转对称的盘形，并且所述磁轨迹以同心圆的形式被设置在所述盘形的端面上。
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