CN101354234B - 旋转传感器及其运行方法 - Google Patents
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Abstract
一种旋转传感器及其运行方法，所述旋转传感器包括可围绕轴(A)相对旋转地设置的两个构件组(1，2)，其中第一构件组(1)具有触发传感器(1.1)以及多个磁传感器(1.3，1.4)。第二构件组(2)包括第一磁体(2.1，2.4)，第二磁体(2.2，2.5)和第三磁体(2.3，2.6)。对所述构件组(1，2)进行如下设计：在旋转完整的一圈时，可由所述磁传感器(1.3，1.4)探测到第一磁体(2.1，2.4)和第三磁体(2.3，2.6)的磁场。通过第二磁体(2.2，2.5)和第三磁体(2.3，2.6)可产生所述触发传感器(1.1)的触发信号，而通过第一磁体(2.1，2.4)对所述触发传感器(1.1)的触发信号的触发则保持停止。
Description
技术领域
本发明涉及一种旋转传感器以及一种用于运行该旋转传感器的方法。
背景技术
这种旋转传感器通常用于确定两个可相对旋转的机器部件的角位置。通常，这种旋转传感器用作通过相应驱动轴的多次旋转(多次旋转功能)确定绝对角位置的测量仪。旋转运动在此被增量地或绝对地检测。结合齿条和齿轮或者结合丝杠还可以利用角度测量装置测量直线运动。
通常，通过对部分盘的光学扫描对正常工作中的角度位置进行精确的确定，而为了对传动轴的旋转进行计数，采用磁扫描原理。在根本上希望即使在旋转传感器不与外部的电压源连接时，例如在断电时也能对相应的传动轴的旋转进行计数。为了实现紧急工作方面的功能，旋转传感器通常配设有所谓的多圈传动机构(Multiturn-Getriebe)。这种多圈传动机构将传动轴的旋转运动减速。于是例如采用磁原理可以对多圈传动机构中的齿轮的位置进行扫描。不言而喻，即使在旋转传感器断电时，相应的齿轮也可以进行旋转运动，此时传动轴例如通过重力运动。
由专利申请DE 10 2004 062 448 A1已知一种旋转传感器，其中沿着轴的圆周设有多个磁极区段。在这些磁极区段经过磁通集中器的自由端时，对铁磁元件进行突然磁化，由此提供用于激活计数存储器的足够的电能。
另外由EP 0 724 712 B1已知一种转角传感器，利用该转角传感器，在使用多个脉冲金属线的情况下，通过对逻辑的使用，可以能量自给自足地确定角位置。
这些由现有技术已知的旋转传感器特别是具有如下缺点：它们制造起来非常繁琐且很昂贵。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种旋转传感器，其由于其结构和其作用 原理可以比较成本低廉地制造。
根据本发明，所述目的通过本发明得以实现。旋转传感器包括第一构件组和第二构件组，其中所述两个构件组可围绕轴相对旋转地设置，和第一构件组具有：触发传感器以及多个磁传感器，这些磁传感器以所述轴为基准沿着圆周方向错开地设置，第二构件组包括：第一磁体，第二磁体和第三磁体，此外对所述两个构件组进行如下设计：在所述两个构件组至少相对旋转完整的一圈时，可由所述磁传感器探测到第一磁体和第三磁体的磁场，其中通过第二磁体和第三磁体可产生所述触发传感器的触发信号，而通过第一磁体停止产生所述触发传感器的触发信号。在用于运行旋转传感器的方法中，所述旋转传感器包括第一构件组和第二构件组，其中所述两个构件组可围绕轴相对旋转地设置，和第一构件组具有：触发传感器以及多个磁传感器，这些磁传感器以所述轴为基准沿着圆周方向错开地设置，第二构件组包括：第一磁体；第二磁体；和第三磁体，其中在两个构件组至少相对旋转完整的一圈时，可由所述磁传感器探测到第一磁体和第三磁体的磁场，其中通过第二磁体和第三磁体可产生所述触发传感器的触发信号，而通过第一磁体停止产生所述触发传感器的触发信号。
据此，本发明的旋转传感器包括第一构件组(例如定子)和第二构件组(例如转子)，其中这些构件组可围绕轴相对旋转地设置。第一构件组具有触发传感器(例如带有复位磁体的脉冲金属线)以及多个磁传感器，这些磁传感器以轴为基准沿着圆周方向错开地设置。第二构件组至少分别包括第一磁体、第二磁体和第三磁体。此外对这些构件组进行如下设计：在两个构件组至少相对旋转完整的一圈时，可由磁传感器探测到第一磁体和第三磁体的相应的磁场，其中通过第二磁体和第三磁体可分别产生触发传感器的触发信号，而通过第一磁体对触发传感器的触发信号的触发保持停止。
完整的一圈旋转系指构件组的旋转位置的相对变化为360°，也就是说，对于完整的一圈旋转而言，例如转子的一个点既在旋转运动开始时与定子的一个点相对，又在旋转运动结束时与其相对。第二构件组可以具有一个轴，特别是带有中央孔的中空轴。
作为触发传感器，可以使用磁敏感的单极的元件，例如脉冲金属线或霍尔元件。
对磁场的探测分别始终在磁场位于磁传感器附近时或者在磁体的作用范围处于磁传感器的范围内时才进行。当合适的磁体由于相对的旋转运动而靠近相关的触发传感器时或者当磁体和触发传感器在触发范围内彼此相对时，对触发信号进行触发。
在本发明的进一步设计中，也可以对这些构件组进行如下设计：当两个构件组至少相对旋转完整的一圈时，同样可由磁传感器探测到第二磁体的磁场。
特别是可以设计成MR元件或霍尔元件的磁传感器优选是全极感应的。也就是说，磁传感器独立于相关磁场的方向对磁场做出反应。
根据本发明的一种有益的设计，触发传感器包括脉冲金属线和复位磁体。对复位磁体进行如下定向，即其具有平行于脉冲金属线的纵向延伸的方向分量。另外对构件组进行如下设计：作为触发信号，可通过第二磁体和第三磁体产生脉冲金属线的电压脉冲，而通过第一磁体对脉冲金属线的电压脉冲的触发保持停止。
其中对复位磁体或其磁极定向进行如下定向：即复位磁体具有平行于脉冲金属线的纵向延伸的方向分量。
复位磁体也具有如下磁极方向，即该磁极方向具有平行于脉冲金属线的纵向延伸的方向分量。据此，概念“定向”相关地针对于磁极方向，其中磁极方向是两个磁极之间的连接线的方向。
在本发明的进一步设计中，脉冲金属线可以设有平行于轴的方向分量。此点在第二和/或第三磁体设置在旋转传感器的第二构件组的壳面上时特别有益。于是在这种情况下，第二构件组可以具有带有中央孔的中空轴。
但与此不同的是，本发明还包括如下旋转传感器，即对于这种旋转传感器而言，在第二构件组上存在径向的第二和第三磁体。在这种情况下，脉冲金属线也可以有益地朝向径向。在这种情况下，第一磁体同样可以径向地固定在第二构件组上。
第二磁体和第三磁体的磁极方向优选具有平行于轴的方向分量，而第一磁体的磁极方向则具有与轴反向平行的方向分量。也就是说，第一磁体可以相比于第二和第三磁体基本反向磁极地被磁化。另外可以对复位磁体和第一磁体进行如下定向，即它们的磁极方向相互平行。
根据本发明的一种有益的改进，旋转传感器分别包括两个第一磁 体、两个第二磁体和两个第三磁体。相应地，对于这种设计变型方案而言，也可以说是第一、第二和第三组磁体。旋转传感器也可以有益地分别具有四个第一磁体、四个第二磁体和四个第三磁体。
此外，还可以对旋转传感器进行如下设计：第二构件组的一个元件，例如轴，直接分别通过相应的磁极方向被局部磁化，因此不存在单独的磁体。
在本发明的进一步设计中，旋转传感器可以包括电子电路和非暂时的存储元件。其中在存储元件中可存储四个边缘状态(F1ankenzustand)和一个计数状态(如计数器读数)。在以后出现触发信号时，可从存储元件中读出存储内容，从而可借助电子电路确定构件组的相对旋转方向，以及可通过电子电路产生计数脉冲。因此基于旋转方向和计数脉冲的出现，可以将计数状态的变化存储在存储元件中。
边缘状态是从磁传感器的相应状态中导出的、且通过判断逻辑的规律来规定的状态。根据不同类型的磁体，即第一、第二和第三磁体，可以规定不同类型的边缘状态。
有益地，第三磁体的作用范围大于第一磁体或第二磁体的相应的作用范围。下面，作用范围应理解成弧长或角度。如果一个磁体在作用范围的范围内与磁传感器或触发传感器相对，那么该磁体可以触发磁传感器或触发传感器的反应，即触发信号。在触发宽度之外，不会由相关的磁体触发磁传感器或触发传感器的反应。
在本发明的进一步设计中，对触发范围进行如下设计，其边缘相对于磁传感器的状态边缘错开地出现。触发范围在下面同样也理解成弧长或角度。如果磁体在触发范围内与触发传感器相对，那么磁体可以将触发传感器中的触发信号触发。在触发范围之外，不会由相关的磁体将触发传感器的触发信号触发。
有益地，第二磁体的作用范围与其触发范围一样大，替代地或补充地，第三磁体的作用范围与其触发范围一样大。
根据本发明的一种有益的设计，沿着圆周方向，第一磁体相对于第二磁体错开第一角度，第二磁体相对于第三磁体错开第二角度，两个角度大小不同。
另外可以对旋转传感器进行如下设计：在两个构件相对旋转完整的一圈时，而起始点和结束点没有重叠，则可产生j个计数脉冲。于是第 一角度为95°/j±20°/j或360°/j-95°/j±20°/j优选为95°/j±10°/j或360°/j-95°/j±10°/j。第二角度可以为133°/j±20°/j或360°/j-133°/j±20°/j，特别是为133°/j±10°/j或360°/j-133°/j±10°/j。
在本发明的进一步设计中，沿着圆周方向，触发传感器可以相对于磁传感器之一错开角度133°/j±20°/j或360°/j133°/j±20°/j，优选错开角度133°/j±10°/j或360°/j-133°/j±10°/j此外，沿着圆周方向，这些磁传感器可以相对于触发传感器错开另一角度(38°±10°)/j或360°/j-(38°±10°)/j。
此外，本发明包括一种用于运行旋转传感器的方法，该旋转传感器包括第一构件组和第二构件组，其中这些构件组可围绕轴相对旋转。在这种情况下，第一构件组具有触发传感器(例如带有复位磁体的脉冲金属线)以及多个磁传感器，这些磁传感器以轴为基准沿着圆周方向错开地设置。第二构件组至少分别包括第一磁体、第二磁体和第三磁体。此外对这些构件组进行如下设计：在两个构件组至少相对旋转完整的一圈时，可由磁传感器探测到第一磁体和第三磁体的相应的磁场。此外通过第二磁体和第三磁体可分别产生触发传感器的触发信号，例如脉冲金属线的电压脉冲，而通过第一磁体对触发传感器的触发信号的产生保持停止。
根据对本发明的方法的另一种设计，在非暂时的存储元件中首先存储有四个边缘状态和一个计数状态。在以后出现电压脉冲或触发信号时，可从存储元件中读出这些存储内容，特别是边缘状态。由此基于此(存储内容)，借助电子电路确定构件组的相对旋转方向。一旦在电路中产生计数脉冲，就基于旋转方向和计数脉冲，将计数状态的变化存储在存储元件中。
有益地，在两个构件相对旋转一圈时，产生两个计数脉冲，也就是说，在旋转一圈时，起始点和结束点没有重叠，因此结束点就要到达起始位置时终止。
对于本发明在旋转传感器的紧急工作中的应用来说，恰好有益的是，电压脉冲的所含能量用于产生计数脉冲和计数状态在非暂时的存储元件中的存储。有益地，可以相关地使用基于具有铁磁特性的晶体的存储元件。这种存储元件需要相对少的电能，且通常称为FeRAM或FRAM。 替代地，也可以为此使用所谓的MRAM。特别有益的是，使用可任意频繁地写的存储元件。
替代地或补充地，也可以使用脉冲金属线的电压脉冲，用于接入电源，例如电池。
附图说明
本发明的旋转传感器和方法的其它细节和优点可由下面对照附图对实施例的说明得到。
图中示出：
图1为根据第一实施例的旋转传感器的局部侧视图；
图2a为根据第一实施例的旋转传感器在第一旋转位置的局部横剖视图；
图2b为根据第一实施例的旋转传感器在第二旋转位置的局部横剖视图；
图2c为根据第一实施例的旋转传感器在第三旋转位置的局部横剖视图；
图3a为根据第二实施例的旋转传感器的局部横剖视图；
图3b为根据第二实施例的旋转传感器的局部横剖视图；
图3c为根据第二实施例的旋转传感器的局部横剖视图；
图4示出磁传感器的以及脉冲金属线(Impulsdraht)的信号变化。
具体实施方式
图1中示出根据第一实施例的旋转传感器的一部分。旋转传感器具有第一部件组，在本实施例中，第一部件组用作定子1。围绕轴A相对于定子1可旋转地设有作为第二部件组的转子2。
定子1包括作为触发传感器的脉冲金属线1.1或维甘德传感器。所述脉冲金属线或维甘德传感器由一种特殊的具有作为外壳的硬磁金属和作为核芯的软磁金属的合金构成。一旦外部磁场超过一定的场强，就会产生跳跃式的对核芯的反复磁化，由此在脉冲金属线1.1的线圈中感应出电压脉冲，或者脉冲金属线1.1触发电压脉冲。
平行于脉冲金属线1.1的纵向延伸设有复位磁体1.2。其中复位磁体1.2的强度应使得一旦具有相应极性的外部磁场再次从脉冲金属线1.1 撤除，则复位磁体1.2的存在就会触发脉冲金属线1.1的复位。
另外，定子1包括两个被设计成MR元件1.3、1.4的磁传感器。MR元件1.3、1.4是全极感应的，也就是说，所述MR元件独立于其极性对磁场做出反应。
MR元件1.3、1.4的相应的状态S1.3、S1.4被输送给一种电路，这里为ASIC构件1.5，并被该ASIC构件分析。ASIC构件1.5安装在与定子固定连接的印制电路板1.7上。特别地，在印制电路板1.7上还有一个非暂时的存储元件，该存储元件在所示实施例中被设计成FeRAM存储元件1.6。
根据本实施例的旋转传感器在正常工作中按照光学原理工作。出于这个原因，在定子1上设有光电传感器单元1.8，该光电传感器单元特别是包括光源和光电探测器。
通过光电传感器单元1.8，在正常工作中，为了确定定子1和转子2之间的精确的相对角位置，可以采用垂直入射方法对部分盘2.8进行扫描，该部分盘抗扭地与转子2的中空轴2.7连接，由此可相对于定子1旋转。中空轴2.7用于抗扭地容纳电机轴，电机轴的旋转运动将被旋转传感器检测。
除了部分盘2.8外，转子2还具有多个磁体，这些磁体可以根据它们的功能被划分成三组。第一组是两个钝化磁体2.1、2.4(同样见图2a-2c)。钝化磁体2.1、2.4平行于轴A固定在转子2的壳面上，其中极相对于轴A错位设置或者磁极的连接线平行于轴A。其中钝化磁体2.1、2.4的北磁极在图1中设置在上方，复位磁体1.2也是如此设置。因此，对复位磁体1.2和钝化磁体2.1、2.4的定向应使它们的磁极方向平行。
作为第二组磁体，在转子2上有所谓的计数磁体2.2、2.5。另外，作为第三组磁体，在转子2上固定有辅助磁体2.3、2.6。计数磁体2.2、2.5的和辅助磁体2.3、2.6的磁极方向相同，且与钝化磁体2.1、2.4的磁极方向反向平行或相反。根据其磁极方向，通过计数磁体2.2、2.5和辅助磁体2.3、2.6可产生脉冲金属线1.1的电压脉冲，而对脉冲金属线1.1的电压脉冲的触发由于钝化磁体2.1、2.4而不会发生，因为钝化磁体的磁极方向不适于激活被复位磁体1.2复位的脉冲金属线1.1，从而脉冲金属线1.1可能会产生电压脉冲。
另一方面，钝化磁体2.1、2.4的、计数磁体2.2、2.5的和辅助磁体2.3、2.6的磁场可全部被全极感应的MR元件1.3、1.4探测到。还句话说，这些磁场能够改变MR元件1.3、1.4的状态S1.3、S1.4。
于是如果旋转传感器例如由于电流中断而脱离其正常工作，那么它将自动地切换到紧急工作模式。在这种紧急工作模式下，仅仅计数和存储各次旋转，由此在重新开始正常工作时可以立刻确定中空轴2.7的精确的旋转位置，同时考虑在紧急工作模式下进行的旋转。在本实施例中，在紧急工作模式下，中空轴2.7的每次旋转都会产生两个计数脉冲，从而在此似乎计数了一半次数的旋转。
将对照图2a至2c和表格I至III说明在紧急工作模式下旋转传感器的工作方式。其中将假定：转子2相对于定子1始终逆时针旋转。图2a至2c在很大程度上相应于图1的剖视图，其中该剖视图从上方观察。相应地，计数磁体2.2、2.5的和辅助磁体2.3、2.6的南磁极位于图面上，而钝化磁体2.1、2.4的北磁极位于图面上。
图2a中示出转子2处于角度v＝0°的第一旋转位置，其中辅助磁体2.6处于脉冲金属线1.1的附近，由于靠近辅助磁体2.6和辅助磁体的磁极方向，由脉冲金属线1.1触发电压脉冲。下面将此事标有序数1，也就是说，根据规定在图2a中触发第一个电压脉冲，由此将当前的下标n置为1。另外，在根据图2a的旋转位置，钝化磁体2.1与第二磁传感器1.4相对，而第一磁传感器1.3不探测磁场。因为磁传感器1.3、1.4是全极感应的，它们基本上也对钝化磁体2.1、2.4的磁场做出响应。因此在当前的旋转位置，磁传感器1.4产生如下信号：
S1.3II＝S1.3I＝0，和S1.4II＝S1.4I＝1。
在转子2已到达角度v＝0°的旋转位置之后，就不触发计数脉冲P，从而P1＝0。
附加地将所谓的辅助磁体边缘状态F1n、F2n的值置为：
F11＝0，和F21＝1。
此外，所谓的计数磁体边缘状态Z1n、Z2n的值为：
Z11＝0，和Z21＝1。
计数脉冲P1的值、辅助磁体边缘状态F1n、F2n的值和计数磁体边缘状态Z1n、Z2n的值由前述状态n-1导出，下面还将对此予以说明。
F11、F21、Z11、Z21的值在ASIC构件1.5中形成，然后存储在FeRAM 存储元件1.6中。因为在位置n＝1(v＝0°)，计数脉冲的状态为P1＝0，所以该计数状态不变地存储在存储元件中。对于包括在FeRAM存储元件1.6中的存储在内的整个过程来说，并未从外部输送电能。在此，电压脉冲的所含能量用于为电元件供电。从而旋转传感器在紧急工作中能量自给自足地工作。根据不同类型的磁体，这里即为计数磁体2.2、2.5和辅助磁体2.3、2.6，可以规定不同类型的边缘状态，这里为计数磁体边缘状态Z1n、Z2n；辅助磁体边缘状态F1n、F2n。
于是如果转子2继续逆时针旋转，则辅助磁体2.6离开脉冲金属线1.1，且辅助磁体的磁畴被复位磁体1.2完全折回，从而之后的对电压脉冲的触发基本上仅能通过计数磁体2.2、2.5之一或辅助磁体2.3、2.6之一来实现。
在图2b中示出了这种情况，其中转子2相对于根据图2a的旋转位置旋转了大约60°。通过计数磁体2.5(其磁极方向平行于辅助磁体2.6的磁极方向)，由脉冲金属线1.1触发第二电压脉冲，因此可以置为n＝2。相应地，再次在ASIC构件1.5中开始逻辑询问。因为现在两个磁传感器1.3、1.4与辅助磁体2.6相对，所以磁传感器1.3和磁传感器1.4切换到如下状态：S1.32＝1，且S1.42＝1。
借助表格III可以首先确定，是否必须触发计数脉冲，和在这种状态下是否可以确定旋转方向。在已经知道磁传感器1.3、1.4的状态为：S1.32＝1，S1.42＝1之后，且Z11＝0、Z21＝1以及F11＝0、F21＝1，则得到P2＝1。因此对于本实例而言，对应于表格III的下数第11行(见用椭圆标出的部分)，因此将明确地确定：转子2逆时针旋转(列R＝ccw，逆时针)且必须产生计数脉冲(列P＝1)。计数脉冲在ASIC构件1.5内部被传递至计数电路。然后，ASIC构件1.5的当前状态被传递至FeRAM存储元件1.6并存储在那里。
另外根据所确定的旋转方向，计数状态在条件P＝1时增加或减少一个增量。
在已知P2＝1的情况下，为了处理下一个对电压脉冲的触发事件，现在可以从表格I中确定出辅助磁体边缘状态F12、F22的当前值(同样见用椭圆标出的部分)：
P2＝1；S1.32＝1、S1.42＝1；F11＝0、F21＝1＝＞F12＝0、F22＝0。同样可以使用表格II确定出计数磁体边缘状态Z12、Z22的当前值(见用 椭圆标出的部分)：
S1.32＝1、S1.42＝1；Z11＝0、Z21＝1＝＞Z12＝0、Z22＝1。
完全一般地，对于所有旋转位置和旋转方向来说，可以在ASIC构件1.5中对值F1n、F2n、Z1n、Z2n进行确定，其方式为，按照判断逻辑的规则检查如下条件：
F1n＝(invP∧F1n-1∧invF2n-1)∨(invS1.3n∧invS1.4n∧invF1n-1∧
invF2n-1)∨(invP∧invS1.3n∧invS1.4n∧F1n-1)
F2n＝(invP∧invF1n-1∧F2n-1)∨(invS1.3n∧S1.4n∧invF1n-1∧invF2n-1)∨
(invP∧invS1.3n∧S1.4n∧F2n-1)
Z1n＝(S1.3n∧invS1.4n)∨(invS1.3n∧Z1n-1∧invZ2n-1)
Z2n＝(S1.3n∧S1.4n)∨(invS1.3n∧invZ1n-1∧Z2n-1)
cw＝(S1.3n∧invS1.4n∧invZ1n-1∧Z2n-1∧invF1n-1∧invF2n-1)∨(S1.3n∧
invS1.4n∧invZ1n-1∧Z2n-1∧invF1n-1∧F2n-1)∨(S1.3n∧invS1.4n∧
invZ1n-1∧Z2n-1∧F1n-1∧invF2n-1)∨(S1.3n∧invS1.4n∧Z1n-1∧invZ2n-1
∧F1n-1∧invF2n-1)∨(invS1.3n∧invS1.4n∧invZ1n-1∧Z2n-1∧invF1n-1∧
invF2n-1)∨(S1.3n∧invS1.4n∧Z1n-1∧invZ2n-1∧invF1n-1∧F2n-1)
ccw＝(S1.3n∧S1.4n∧invZ1n-1∧Z2n-1∧invF1n-1∧F2n-1)∨(S1.3n∧S1.4n∧
Z1n-1∧invZ2n-1∧invF1n-1∧invF2n-1)∨(S1.3n∧S1.4n∧Z1n-1∧invZ2n-1
∧invF1n-1∧F2n-1)∨(S1.3n∧S1.4n∧Z1n-1∧invZ2n-1∧F1n-1∧invF2n-1)
∨(invS1.3n∧S1.4n∧Z1n-1∧invZ2n-1∧invF1n-1∧invF2n-1)∨(S1.3n∧
S1.4n∧invZ1n-1∧Z2n-1∧F1n-1∧invF2n-1)
P＝ccw∨cw
如果转子2继续逆时针旋转，则钝化磁体2.4首先经过脉冲金属线1.1。但这并不会触发电压脉冲，因为钝化磁体2.4与计数磁体2.2、2.5和辅助磁体2.3、2.6反向平行地被磁化。当没有电压脉冲产生时，将不开始逻辑询问，且已经存储的值不变地保持在FeRAM存储元件1.6中。
在根据图2c的v＝180°的旋转位置才触发下一个电压脉冲，从而现在n＝3。ASIC构件1.5的逻辑现在询问磁传感器1.3、1.4的相应的状态，其中当＝3时，
S1.33＝0，S1.43＝1。
现在再次首先根据表格III检查，是否将触发计数脉冲，即确定P3的值。
因为Z12＝0、Z22＝1和F12＝0、F22＝0，根据判断逻辑的条件或者表格III得到：
P3＝0。
相应地不触发计数脉冲，因此对旋转方向的询问在此是无效的。FeRAM存储元件1.6中的计数状态因此保持不变。
然后根据表格I置位如下：
F13＝0、F23＝1。
最后借助表格II确定出：
Z13＝0、Z23＝1。
FeRAM存储元件1.6因此存储F1n、F2n、Z1n、Z2n的值和当前的计数状态。
在本实施例中，已观察始终一致的运动。因此如果在旋转传感器开始工作时可以使用已经合适的用于计数磁体边缘状态Z1n-1、Z2n-1和辅助磁体边缘状态的值F1n-1、F2n-1，那么将相应的默认值作为起始值存储在FeRAM存储元件1.6中。
采用本发明的用于运行旋转传感器的方法，可以对旋转进行明确的计数，即使旋转方向变换或者在中空轴2.7中引入振荡的运动。
通过对旋转传感器的相应设计以及对特殊分析逻辑的使用，现在可以提供一种旋转传感器，其可以能量自给自足地在紧急工作中工作，且可以仅装配一个脉冲金属线1.1。这有很大的优点，因为这种脉冲金属线1.1比较贵，从而通过本发明可以实现成本低廉的构造方式。
在图3a至3c中示出第二实施例，其与第一实例的区别主要在于，对钝化磁体2.1、2.4、计数磁体2.2、2.5、辅助磁体2.3、2.6和脉冲金属线1.1的相对设置彼此不同。通过这种方式，仪器对尺寸公差、例如制造公差的耐用性(Robustheit)得到了提高。下面的角度说明分别精确至小数点后一位。根据图3a，钝化磁体2.1、2.4相对于分别相邻的计数磁体2.2、2.5沿着圆周方向错开47.4°的角度γ。在确定角度γ时，分别从相应的磁体的中线起算。计数磁体2.2、2.5相对于分别相邻的辅助磁体2.3、2.6沿着圆周方向错开66.3°的角度α。另外，辅助磁体2.3、 2.6还相对于分别相邻的钝化磁体2.1、2.4错开66.3°的角度β。
根据图3b，脉冲金属线1.1相对于一个MR元件1.3沿着圆周方向错开66.3°的角度α。第二MR元件1.4位于相关的MR元件1.3和脉冲金属线1.1之间，第二MR元件1.4相对于另一MR元件1.3错开18.9°的角度Φ。
根据图3a和3c，钝化磁体2.1、2.4、计数磁体2.2、2.5和辅助磁体2.3、2.6具有作用范围(Wirkbreite)δ2.1、δ2.4、δ2.2、δ2.5、δ2.3、δ2.6。在本实施例中，作用范围δ2.1、δ2.4、δ2.2、δ2.5为18.9°，而辅助磁体2.3、2.6的作用范围δ2.3、δ2.6为37.9°。在组装状态下，在转子2和定子1之间有一个大小为G的空气隙。
一旦通过转子2的旋转，MR元件1.3、1.4的中线与作用范围δ2.1、δ2.4、δ2.2、δ2.5、δ2.3、δ2.6径向对准，则相关的MR元件1.3、1.4便做出响应。
对于脉冲金属线1.1以及计数磁体2.2、2.5和辅助磁体2.3、2.6而言，可以规定触发区域T2.2、T2.5、T2.3、T2.6(图4)，在这些触发区域中电压脉冲可以被脉冲金属线1.1触发。特别地，视转向而定，在触发区域T2.2、T2.5、T2.3、T2.6的边缘上触发电压脉冲。在本实施例中，对旋转传感器进行设计，从而触发区域T2.2、T2.5、T2.3、T2.6恰好与相应的作用范围δ2.2、δ2.5、δ2.3、δ2.6一样大。
图3c为旋转传感器的剖视图，该旋转传感器的转子2顺时针移动，从而计数磁体2.2的磁场恰好触发在脉冲金属线1.1中的电压脉冲。此时MR元件1.3恰好具有状态1，因为它位于作用范围δ2.3内。相反，MR元件1.4处于状态0。图4中示出转子2的旋转位置与MR元件1.3、1.4的状态和触发状态T的基于电压脉冲的关系。因此可以为根据图3c的旋转位置指配图4中的角度值71.1°。
通过对钝化磁体2.1、2.4、计数磁体2.2、2.5和辅助磁体2.3、2.6以及MR元件1.3、1.4和脉冲金属线1.1的特殊设置，电压脉冲的边沿分别以±4.7°的间隔恰好位于信号S1.3、S1.4的边沿之间。由此产生在旋转方向识别方面的特别高的可靠性，因为旋转传感器的相应的容限偏差一直到±4.7°。相同的观察情况也适于余下的在其上进行旋转角度识别的区域。
在这些实施例中，为了简化对本发明的说明，介绍了分别带有两个 钝化磁体、计数磁体和辅助磁体2.1、2.4；2.2、2.5；2.3、2.6的旋转传感器。但本发明还包括分别带有多于两个的钝化磁体、计数磁体和辅助磁体2.1、2.4；2.2、2.5；2.3、2.6的旋转传感器。特别是已表明有益的是，分别设有四个钝化磁体、计数磁体和辅助磁体2.1、2.4；2.2、2.5；2.3、2.6。
表格I
P 计数脉冲
n 由脉冲金属线触发的电压脉冲的数量
S1.3第n个电压脉冲情况下的磁传感器1.3的状态
S1.4第n个电压脉冲情况下的磁传感器1.4的状态
F1n-1第(n-1)个电压脉冲情况下的辅助磁体边缘状态的第一值
F2n-1第(n-1)个电压脉冲情况下的辅助磁体边缘状态的第二值
F1n 第n个电压脉冲情况下的辅助磁体边缘状态的第一值
F2n 第n个电压脉冲情况下的辅助磁体边缘状态的第二值
表格II
n 由脉冲金属线触发的电压脉冲的数量
S1.3第n个电压脉冲情况下的磁传感器1.3的状态
S1.4第n个电压脉冲情况下的磁传感器1.4的状态
Z1n-1第(n-1)个电压脉冲情况下的计数磁体边缘状态的第一值
Z2n-1第(n-1)个电压脉冲情况下的计数磁体边缘状态的第二值
Z1n 第n个电压脉冲情况下的计数磁体边缘状态的第一值
Z2n 第n个电压脉冲情况下的计数磁体边缘状态的第二值
表格III
| S1.3n | S1.4n | Z1n-1 | Z2n-1 | F1n-1 | F2n-1 | R | P |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | / | / |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | / | / |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | / | / |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | / | / |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | cw | 1 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | / | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | / | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | / | / |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | / | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | / | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | / | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | / | / |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | / | / |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | / | / |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | / | / |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | / | / |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | / | / |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | / | / |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | / | / |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | / | / |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | / | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | / | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | / | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | / | / |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | ccw | 1 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | / | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | / | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | / | / |
| 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | / | / |
| 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | / | / |
| 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | / | / |
| 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | / | / |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | / | / |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | / | / |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | / | / |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | / | / |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | cw | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | cw | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | cw | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | / | / |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | / | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | cw | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | cw | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | / | / |
| 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | / | / |
[0136]
n 由脉冲金属线触发的电压脉冲的数量
S1.3第n个电压脉冲情况下的磁传感器1.3的状态
S1.4第n个电压脉冲情况下的磁传感器1.4的状态
F1n-1第(n-1)个电压脉冲情况下的辅助磁体边缘状态的第一值
F2n-1第(n-1)个电压脉冲情况下的辅助磁体边缘状态的第二值
Z1n-1第(n-1)个电压脉冲情况下的计数磁体边缘状态的第一值
Z2n-1第(n-1)个电压脉冲情况下的计数磁体边缘状态的第二值
R 旋转方向(cw顺时针；ccw逆时针)
P 计数脉冲
Claims (22)
1.旋转传感器，包括第一构件组(1)和第二构件组(2)，其中所述两个构件组(1，2)可围绕轴(A)相对旋转地设置，和
-第一构件组(1)具有：
-触发传感器(1.1)以及
-多个磁传感器(1.3，1.4)，这些磁传感器以所述轴(A)为基准沿着圆周方向错开地设置，
-第二构件组(2)包括：
-第一磁体(2.1，2.4)，
-第二磁体(2.2，2.5)和
-第三磁体(2.3，2.6)，
此外对所述两个构件组(1，2)进行如下设计：在所述两个构件组(1，2)至少相对旋转完整的一圈时，可由所述磁传感器(1.3，1.4)探测到第一磁体(2.1，2.4)和第三磁体(2.3，2.6)的磁场，其中
通过第二磁体(2.2，2.5)和第三磁体(2.3，2.6)可产生所述触发传感器(1.1)的触发信号，而通过第一磁体(2.1，2.4)停止产生所述触发传感器(1.1)的触发信号。
2.如权利要求1所述的旋转传感器，其中所述磁传感器(1.3，1.4)是全极感应的。
3.如权利要求1所述的旋转传感器，其中所述触发传感器(1.1)包括脉冲金属线和复位磁体(1.2)，对所述复位磁体(1.2)进行如下定向，即其具有平行于所述脉冲金属线的纵向延伸的方向分量，和对所述两个构件组(1，2)进行如下设计：作为触发信号，可通过第二磁体(2.2，2.5)和第三磁体(2.3，2.6)产生脉冲金属线的电压脉冲，而通过第一磁体(2.1，2.4)停止所述脉冲金属线的电压脉冲的触发。
4.如权利要求3所述的旋转传感器，其中所述脉冲金属线以一个平行于所述轴(A)的方向分量设置。
5.如权利要求3所述的旋转传感器，其中对所述复位磁体(1.2)和第一磁体(2.1，2.4)进行如下定向，即它们的磁极方向是平行的。
6.如权利要求1所述的旋转传感器，其中所述磁传感器(1.3，1.4)是MR元件或霍尔元件。
7.如权利要求1所述的旋转传感器，其中第二磁体(2.2，2.5)和第三磁体(2.3，2.6)的磁极方向以一个平行于所述轴(A)的方向分量进行定向，而第一磁体(2.1，2.4)的磁极方向以一个反向平行于所述轴(A)的方向分量进行定向。
8.如权利要求1所述的旋转传感器，其中第二构件组(2)具有中空轴(2.7)。
9.如权利要求1所述的旋转传感器，其中所述旋转传感器包括电子电路(1.5)和非暂时的存储元件(1.6)，和
-四个边缘状态(F1，F2，Z1，Z2)和
-一个计数状态
可存储在所述存储元件(1.6)中并且在以后出现触发信号时，可从所述存储元件(1.6)中读出所述边缘状态(F1，F2，Z1，Z2)，从而借助所述电子电路(1.5)
-可确定所述两个构件组(1，2)的相互间的相对旋转方向(cw，ccw)，以及
-可通过所述电子电路(1.5)产生计数脉冲(P)，其中
基于所述旋转方向(cw，ccw)和所述计数脉冲(P)的出现，可将计数状态的变化存储在所述存储元件(1.6)中。
10.如权利要求9所述的旋转传感器，其中所述电子电路(1.5)是ASIC构件。
11.如权利要求1所述的旋转传感器，其中第三磁体(2.3，2.6)的作用范围(δ2.3，δ2.6)大于第一磁体(2.1，2.4)或第二磁体(2.2，2.5)的相应的作用范围(δ2.1，δ2.4；δ2.2，δ2.5)。
12.如权利要求1所述的旋转传感器，其中对触发区域(T2.2，T2.3，T2.5，T2.6)进行如下设计，即它们的边缘相对于所述磁传感器(1.3，1.4)的状态(S1.3，S1.4)的边缘错开地设置。
13.如权利要求1所述的旋转传感器，其中第二磁体(2.2，2.5)的作用范围(δ2.2，δ2.5)与其触发区域(T2.2，T2.5)一样大，和/或第三磁体(2.3，2.6)的作用范围(δ2.3，δ2.6)与其触发区域(T2.3，T2.6)一样大。
14.如权利要求1所述的旋转传感器，其中第一磁体(2.1，2.4)相对于第二磁体(2.2，2.5)沿着圆周方向错开一个角度γ和第二磁体(2.2，2.5)相对于第三磁体(2.3，2.6)沿着圆周方向错开一个角度α地布置并且这两个角度α，γ大小不同。
15.如权利要求14所述的旋转传感器，其中在所述两个构件组(1，2)相对旋转完整的一圈而起始点和结束点没有重叠时，则可产生j个计数脉冲(P)，和
-角度γ为95°/j±20°/j或360°/j-95°/j±20°/j；和
-角度α为133°/j±20°/j或360°/j-133°/j±20°/j。
16.如权利要求15所述的旋转传感器，其中沿着圆周方向，所述触发传感器(1.1)相对于所述磁传感器(1.3)之一错开133°/j±20°/j或360°/j-133°/j±20°/j的角度α地布置。
17.如权利要求15所述的旋转传感器，其中所述磁传感器(1.3，1.4)沿着圆周方向彼此错开(38°±10°)/j或360°/j-(38°±10°)/j的角度Φ地布置。
18.用于运行旋转传感器的方法，所述旋转传感器包括第一构件组(1)和第二构件组(2)，其中所述两个构件组(1，2)可围绕轴(A)相对旋转地设置，和
-第一构件组(1)具有：
-触发传感器(1.1)以及
-多个磁传感器(1.3，1.4)，这些磁传感器以所述轴(A)为基准沿着圆周方向错开地设置，
-第二构件组(2)包括：
-第一磁体(2.1，2.4)；
-第二磁体(2.2，2.5)；和
-第三磁体(2.3，2.6)，
其中在两个构件组(1，2)至少相对旋转完整的一圈时，可由所述磁传感器(1.3，1.4)探测到第一磁体(2.1，2.4)和第三磁体(2.3，2.6)的磁场，其中
通过第二磁体(2.2，2.5)和第三磁体(2.3，2.6)可产生所述触发传感器(1.1)的触发信号，而通过第一磁体(2.1，2.4)停止产生所述触发传感器(1.1)的触发信号。
19.如权利要求18所述的用于运行旋转传感器的方法，其中
-在非暂时的存储元件(1.6)中存储有
-四个边缘状态(F1，F2，Z1，Z2)和
-一个计数状态，和
-在以后出现触发信号时，从所述存储元件(1.6)中读出所述边缘状态(F1，F2，Z1，Z2)，和
-基于所述边缘状态，借助电子电路(1.5)确定所述两个构件组(1，2)的相对旋转方向(cw，ccw)，和
-在所述电子电路(1.5)产生计数脉冲(P)，从而
-基于所述旋转方向(cw，ccw)和所述计数脉冲(P)，将计数状态的变化存储在所述存储元件(1.6)中。
20.如权利要求18所述的用于运行旋转传感器的方法，其中在两个构件组(1，2)相对旋转一圈而起始点和结束点没有重叠时，产生两个或四个计数脉冲(P)。
21.如权利要求18所述的用于运行旋转传感器的方法，其中所述触发传感器(1.1)包括脉冲金属线和复位磁体(1.2)，且对所述复位磁体(1.2)进行如下定位，即它具有平行于所述脉冲金属线的纵向延伸的方向向量，和通过第二磁体(2.2，2.5)和第三磁体(2.3，2.6)产生所述脉冲金属线的电压脉冲，而通过第一磁体(2.1，2.4)停止所述脉冲金属线的电压脉冲的触发。
22.如权利要求21所述的用于运行旋转传感器的方法，其中所述电压脉冲的所含能量用于产生计数脉冲(P)和计数状态在非暂时的存储元件(1.6)中的存储。
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