CN101832789B - 绝对式磁性位置编码器 - Google Patents

Abstract

一种绝对式磁性位置编码器，包括：磁性载体(2)，所述磁性载体(2)固定连接到待监测物体并携带永磁体(5)，所述永磁体(5)在所述运动方向上间隔开并以成对的关系来构成磁体段，通过对所述磁体段进行计数和分辨来确定所述物体的位置；固定的磁敏传感器(7、8)，用于对所述磁体段进行精密分辨以及识别所述运动方向，所述固定的磁敏传感器(7、8)中的一个可以采用最小的电流至少周期性间或地进行供电；固定的韦根元件(9)，其至少在每个第二磁极对经过时提供电脉冲，电子装置(12)通过考虑所述运动方向将所述电脉冲增加到以非易失性模式存储的计数值或从所述计数值中减去所述电脉冲；以及逻辑电路(26)，其根据所述计数值和所述磁敏传感器的信号计算所述物体的位置，其中，对所述韦根元件的电脉冲能量的一部分进行存储，以便至少在外部电源出现故障时采用电流对所述电子装置和所述至少一个磁敏传感器进行供电。

Description

绝对式磁性位置编码器

本发明涉及在权利要求1的分类部分中给出的一种绝对式磁性位置编码器。

一方面，这种位置编码器包括所谓的段计数器，该计数器在待监测物体通过一个或多个预定的位置时就生成计数信号，所述一个或多个预定的位置的间隔被标识为“段”或段长。优选地，设有运动方向识别模块，使得可以将计数信号以正确的符号馈送给计数器（在一个运动方向上进行向上计数，在相反的运动方向上进行向下计数）。计数器中包含的段计数值表示待监测物体的大致的位置值。

另一方面，设有精密分辨装置，其用于生成精密位置值，其对段长再进行细分，但是该位置值是不明确的，因为它们并不包含它们所属的段的任何信息。

采用电子处理系统，有可能从段计数值和精密位置值的组合来确定唯一的总的位置值，其精度对应于精密位置值的精度。

将这种位置编码器称作“绝对式”，即使在其电源完全中断、特别是即使在与可能存在的电池分离时，也能够持续地进行前面概述的段计数以及计数值存储功能，从而一旦恢复了电源，即使待监测物体在此期间已经移动了，也能立即获得正确的段计数器计数值。

为了针对待监测物体是旋转轴的旋转编码器来实现这一点，非在先公开的DE102008051479.9描述了旋转编码器的传感器单元，其具有单级传动装置，该传动装置具有输入齿轮，其相对于旋转轴（称为“传动轴”）同心设置并不可旋转地连接到旋转轴。啮合到输入齿轮中的第二齿轮作为磁性载体，其中，永磁体不可旋转地安装在第二齿轮上以形成段计数器，该永磁体的磁化方向沿着垂直于第二齿轮的旋转轴延伸，并且在其磁场区域内有固定的韦根（Wiegand）元件，其包括韦根或脉冲线以及绕在上面的感应线圈。只要永磁体经过预定角坐标，感应线圈就将发出电脉冲，该电脉冲馈送给计数和存储装置，该计数和存储装置属于电子处理系统，并对这些脉冲以正确的符号进行计数（即，沿第一方向旋转时进行向上计数，反向旋转时进行向下计数）以及将相应获得的计数值进行存储。

在该情形下，例如根据EP0658745A2和DE10259223A1可知，旋转轴的一部分机械动能被分出来并累积在由永磁体和韦根或脉冲线构成的磁性中间存储模块中，直到达到了前面提到的预定角坐标。然后，在该位置，所存储的能量突然释放，其幅度之大使得感应线圈生成的电脉冲不仅可以用作计数信号，还可以为电子处理系统的至少一部分提供电能，其中该电子处理系统以正确的符号对计数脉冲进行计数并将新生成的段计数值存储在非易失性存储模块中，直到该系统执行了其任务。一旦外部电源恢复，就可以对段计数值进行询问。因此，这确保了在电源故障期间物体所通过的段的数量能够被成功地计数。

术语“段计数器”表示DE102008051479.9中描述的传感器组合，其对于传动轴每个完整的360°旋转生成多个计数脉冲，因为根据转速传动比m，第二齿轮旋转地相应地更快。在该情形中，所计数的“段”可对应于传动轴的半转、1/4转、1/3转等等。

根据DE102008051479.9，针对单个段的精细分辨率，设有单匝（single-turn）结构，其中同时也用于段计数器的相同永磁体可以作为该结构的励磁器。相关联的传感器可由多场霍尔探头构成，其位置在轴向上与永磁体正好相反，并能够提供具有16比特数量级分辨率的精密位置值。由于这涉及与过去无关的瞬时值，在没有外部电源的期间，无需检测该精密位置值和/或为其提供中间存储，因为，在恢复霍尔元件装置的外部电源以后，可以立即再次正确地获得该数值。

DE102008051479.9中描述的将单匝与段计数器进行的组合解决了最初当使用递升传动装置时存在的问题，即识别由单匝（半圆、1/3圆、1/4圆等等）提供的精密位置值所分辨的段，因为通过由段计数器确定的并与已知开始点相关的段计数值，电子计数和计算系统总是可以精确地计算哪个段正由单匝精密地分辨。

然而，已知装置的不足之处是使用了机械传动装置，其要求特定结构尺寸并涉及至少两个齿轮的量，其中这两个齿轮在转速变化时需要进行加速或减速。

比较而言，本发明的目的是提供在形式上既可以是线性编码器也可以是旋转编码器的位置编码器，其采用最少的可机械移动的部件进行操纵，并在该方面具有DE102008051479.9中描述的单匝和段计数器的组合所具有的所有选择和益处。

为达到该目的，本发明提供了一种用于测量物体的线性或旋转运动的绝对式磁性位置编码器，其特征在于，所述位置编码器包括：

-磁性载体，其固定连接到所述物体并具有多个磁极对，所述磁极对由永磁体构成并沿运动方向排列，所述磁极对的交替相继的北极和南极构成磁体段，通过对所述磁体段进行计数和分辨来确定所述物体的位置，

-固定的传感器元件装置，其用于对所述磁体段进行精密分辨以及用于识别所述磁性载体的运动方向，所述传感器元件装置包括至少两个磁敏传感器元件，所述至少两个磁敏传感器元件使用各个磁场区域，采用足够用于运动方向识别的最小电流至少间或地对所述至少两个磁敏传感器元件中的至少一个进行供电，

-固定设置的韦根元件，其至少由每个第二磁极对触发，以提供电脉冲，以及

-电子装置，其包括控制逻辑和能量管理电路以及具有非易失性存储模块的计数单元，所述电子装置考虑由所述传感器元件装置提供的信号并对所述磁性载体的运动方向进行表征，将所述韦根元件的所述电脉冲增加到存储在所述非易失性存储模块中的计数值或者将其从所述计数值中减去，以及

-逻辑电路，其与所述电子装置进行数据交换，所述逻辑电路根据所获取的计数值并考虑由所述传感器元件装置提供的所述信号来计算所述物体的瞬时绝对位置，

-其中，所述韦根元件提供的所述脉冲中包含充分的一部分电能，其至少在外部电源不存在的时期内用作所述电子装置的电源并用于向所述至少一个磁敏传感器提供所述最小电流，使得所述韦根元件的所述脉冲在这种工作条件下也可以被计数和处理。。

本申请下面使用的术语“磁敏传感器元件”用来表示霍尔元件以及磁阻传感器元件，特别是GMR传感器元件或者场板等等。如果相反地说明书提到使用“霍尔元件”，这不是要进行限制性地解释，并且本领域技术人员知道还可以以相应的方式使用所有其它种类的磁敏传感器元件。

磁性载体直接连接到待监测物体的方式使得其以相同的形式跟随或复制其运动，该情况避免了使用传动装置。通过使用至少两个间隔开放置的磁敏传感器元件，其中该磁敏传感器元件有选择地平行于磁性载体运动方向或者横向地特别是垂直于磁性载体运动方向延伸，这就有可能通过磁敏传感器元件提供的信号来支持对磁极段进行精密分辨，这些磁极段中的每一个从第一极性的磁极（例如南极）延伸到另一极性的磁极（北极），然而在这里，仍然存在着不确定性，即磁敏传感器元件的信号不包含关于涉及哪一磁极段的任何信息。

电子装置通过韦根元件所提供的脉冲的计数值来提供该信息，该计数值包含在非易失性存储模块中。与磁性载体或待监测物体的移动速度无关，即使在没有足够的外部电源（也没有电池等）时，它们包含足够的能量，不仅可以以足够的电能支持电子装置的计数和存储部分进行工作，还以周期性的最小充电电流支持至少一个磁敏传感器元件，虽然这并不支持精密分辨，但事实上支持了运动方向识别，使得可以实现以正确的符号进行计数。

然后，当外部电源再次可用时，向两个磁敏传感器元件提供进行完整数值的精密分辨所需的电流，该电流显著高于前面提到的最小电流，使得根据磁敏传感器元件的信号和电子装置的计数值，以高精度水平来确定待监测物体的瞬时位置。

有益的是，可以向电子装置的计数器件提供实际上无限的计数容量，使得有可能在大的运动范围内（例如相对于旋转物体旋转很多周）实现计数和精密分辨，并且从而进行高度准确地位置确定，而不涉及较大的复杂性和花费。

已知的增量编码器只能在确保有外部电源时（例如通过电池）才能生成正确的位置值。该电源中断后，它们必须返回已知的开始位置，从而可以再次正确操作。

相反地，根据本发明的位置编码器的又一重要属性是，其是绝对式编码器，即使在没有外部电源时也能持续地正确工作，使得当电源恢复时，即使待监测物体在电源故障期间已经沿着某个方向移动时，也可以立即提供正确的位置值。从而有可能省却了返回已知位置，其中返回已知位置在增量编码器中是必须的而在许多使用情形下却是不可能的。

因此，本发明提供了一种位置编码器，其中，当保持DE102008051479.9所描述装置的所有有益属性的同时，采用纯的磁式/电子部件来代替其中的机械传动装置，本文还可以将该磁式/电子部件称作“电子传动装置”。

在优选实施例中，可以设有第三磁敏传感器元件，其电源专门由韦根元件生成的电能周期性地提供，其信号仅用于方向识别，而其它两个磁敏传感器元件的信号在外部电能充分可用期间用于实现精密分辨。

所述至少两个用于实现精密分辨的磁敏传感器元件必须设置成在任一时刻，它们可以使用各个区域的磁场，并且就足够远的磁性载体的运动，它们提供的每个信号是周期性、稳定的形状，并且是唯一的。在当前上下文中，这表示仅有单个幅度的值与每个位置值相关联。具有这些属性并且相互之间按预先确定的相角（phase angle）而放置的信号，在下文中被简称为“传感器信号”，其中通过选择传感器元件相互空间位置来预先确定相角。

依靠每个段内共同的计算，使得有可能获取唯一的精密位置值。因此它们不需要是正弦曲线。

一种放置至少两个磁敏传感器元件而得到这种传感器信号的可能方式，将它们设置成沿着运动方向相互间隔并且该间隔近似等于磁体段长度的一半。在该情形下，两个信号中一个信号的幅度近似通过其最大值，而另一个通过其最小值，反过来也成立。该解决办法对于对准确度不具有特别高要求的传感器有意义。

对于高精度水平，在有益的解决办法中，传感器元件在运动方向上的间隔趋向于零或者几乎等于零。该至少两个磁敏传感器元件则设置成其相互间隔垂直于磁性载体运动方向，并且在旋转编码器情形下相对于旋转轴呈放射状延伸，其中，一般地，两个传感器元件的感应表面相互垂直。该变化具有重要的益处，即，两个磁敏传感器元件一直处于同一个永磁体的磁场区域中，使得在确定精密位置值时可以消除由于温度变化而引起的磁场强度的扰动。

第三种可能的选择提供了例如4个相对的成对关系连接的磁敏传感器元件，其设置成使得它们的感应表面处于由永磁体的磁化轴和运动矢量所定义的平面内，并通过永磁体的质心延伸，即，在旋转编码器的情形下，处于所讨论的径向平面的一个平面中，使得每一对的连接线成直角相交，其中，这些连接线的一条连接线平行于运动方向延伸，即，在旋转编码器情形下沿运动方向的切向延伸。这里，要求铁磁板的磁场偏转，这对于例如霍尔探头是公知的，这些霍尔探头由迈利芯（Melexis）以名称MLX90316（具有数字输出）或2SA-10（具有模拟输出）进行供应。

根据本发明的位置编码器的这些和进一步的有益结构在所附权利要求中给出。

下面通过参考附图，采用举例的形式，通过实施例来描述本发明，其中：

图1示出了根据本发明的采用旋转编码器形式的位置编码器中最主要功能部件的非常简要的透视图，该位置编码器具有磁性载体，该磁性载体包括可磁化材料并且在该磁性载体中直接设有永磁体；

图2示出了根据本发明的采用旋转编码器形式的位置编码器中最主要功能部件与图1对应的视图，该位置编码器包括磁性载体，该磁性载体包括不可磁化材料，在该不可磁化材料中嵌入了多个永磁体；

图3示出了根据本发明的采用线性编码器形式的位置编码器中最主要功能部件的非常简要的透视图，该位置编码器具有磁性载体，该磁性载体包括不可磁化材料，在该不可磁化材料中嵌入了多个永磁体；

图4示出了根据本发明的采用旋转编码器形式的位置编码器的又一实施例中最主要功能部件与图1对应的视图，该位置编码器具有磁敏传感器元件，该磁敏传感器元件设置在通过旋转轴延伸的轴面中并且在运动方向上的间隔几乎等于零，还具有另外一组永磁体，其提供支持识别磁性载体旋转方向的信号；

图5示出了根据本发明的采用旋转编码器形式的位置编码器的第三实施例中最主要功能部件与图1对应的视图，该位置编码器包括磁敏传感器元件，其置于与旋转轴垂直的单个平面（即径向平面）内；

图6示出了根据本发明的采用旋转编码器形式的位置编码器的第四实施例中最主要功能部件的示意平面图；

图7示出了根据本发明的与图6中旋转编码器相类似的旋转编码器的截面图；以及

图8示出了电子装置简要的电路框图，该电子装置用于接收、处理和转发韦根元件和磁敏传感器元件装置提供的信号。

在所有的图中，相同或等同的部件采用相同的参考标号来表示。

在图1和2中，其运动将在测量过程中进行检测的相应物体是轴45，该轴45在这里仅由其旋转轴1表示，并且仅在图7中示出，该轴45既可以绕顺时针方向旋转，也可以绕逆时针方向旋转，如双向箭头R所示。环形圆盘形式的磁性载体2相对于轴45同心设置，并且不可旋转地连接到轴45使得其复制轴45的旋转运动，即，磁性载体2与轴45以相同的角速度一起旋转。针对该目的，磁性载体2具有中心孔3，该中心孔3穿过磁性载体2，并用于容纳待监测的轴45，该轴45在插入孔3中以后固定在孔3中。该磁性载体2从而适合于空心轴结构。

在图1中示出的情形中，磁性载体2由圆盘形成，该圆盘或者全部由可磁化材料组成，或者在其外围区域具有可磁化材料，例如以磁条的形式。很重要的是，还设置有多个永磁体5，使得它们的极方向相对于轴45的旋转轴1沿切线方向延伸。在该情形下，这些永磁体5的安排使得磁北极和南极N和S分别在构成磁性载体2的环形圆盘外侧外围表面交替出现，这些极中的每一个与其相邻的极分别构成一对磁极，每对磁极对应于一磁体段。磁体段（即，外围方向上相邻的磁极的间距）的长度（在制造公差限度内）相等，并分别构成2π的第n部分（假如磁性载体2共有n个磁极）。换言之：如果穿过相邻磁极的两个径向线的相互夹角记为，则有下式成立：

包括至少两个磁敏传感器元件（具体而言为霍尔元件7、8）的传感器装置6和韦根元件9分别固定设置在磁性载体2的外围区域并与磁性载体2具有小的径向距离。对此，在磁性载体2的旋转方向上，两个霍尔元件7、8的间距等于半个磁极间距或半个磁体段，使得当霍尔元件7、8中的一个所生成的信号被当作对正弦信号的大致估计时，另一个可以看作相应的余弦信号；这两个传感器信号中的每一个在2个磁体段上具有为2的周期长度。

因此，轴45转过的为2π的完整一圈被所描述的装置分辨为n倍的精度，其对应于下面的机械传动装置的效果，其中轴连接到大的齿轮，该大齿轮驱动转速为其n倍的较小齿轮，较小齿轮则携带永磁体，该永磁体的磁场通过固定的四象限的霍尔探头，如DE102008051479.9中所描述的。由于代替了机械传动装置，根据本发明的装置因此可以看作是“电子传动装置”。

韦根元件9例如可以包括韦根或脉冲线10，其具有绕在其上的感应线圈11，该韦根元件9的方向沿着相对于磁性载体2的切线方向，并用来消除因使用n个磁极而产生的、当其移经至少每一个第二磁极时提供计数信号过程中瞬时生成的精密位置值的不确定性。在该情形下，两个霍尔元件7、8中一个的信号用于方向识别，这根据现有技术在原理上是已知的。因此，在相关联的电子装置12中可以形成连续的段计数值，该电子装置12在图8中更清楚地示出，其中，根据轴45相应的旋转方向，来自韦根元件9的新的脉冲或者添加到现有计数值或者从现有计数值中减去。对于轴45每次完整转过2π的每一圈，一般地出现n个这样的计数值，这同样地已经表示对该完整一圈进行粗略的“精密分辨”，然后通过来自霍尔元件7、8的信号实现额外的精密分辨，从而变为高精密分辨。

由于为用于检测由韦根元件9产生的脉冲的电子计数器提供任何需要大小的计数容量并不带来任何问题，因此可以针对无限数量的完整旋转来实现对轴45的转数进行计数，使得这涉及了真正的绝对多匝。

韦根元件9提供的脉冲的能含量（energy content）处于与移经其的磁性载体2的速度无关的第一近似，即，它与转速无关，并且其不仅总是足够来对这些脉冲进行计数而且还足够将其中包含的相当一部分的能量馈给能量存储模块24（见图8），该能量存储模块24当没有外部电源时采用足够用于方向识别的最小充电电流来周期性地向霍尔元件7、8中的至少一个进行供电，并采用足够的电能对采用正确的符号进行计数并采用非易失性数据存储模块来存储新获取的段计数值的计数单元29（图8）进行供电，以确保它们的功能。

图2中示出的实施例与图1中所示的不同之处首先在于，磁性载体2包括不可磁化材料，例如塑料材料、黄铜、铝等等，其中通过例如使材料在永磁体5周围注射成型来嵌入条形的永磁体5，这种方式使得它们的极方向与轴45的旋转轴1平行延伸，并且相应的磁北极和南极N和S分别在环形圆盘形状的磁性载体2的上表面和下表面14、15交替出现，其中磁极布置为紧邻外围表面3。前面关于图1的实施例的针对磁极间距和长度的描述同样适用于这里。

原则上这也适用于整个装置的操作模式，因为在这里两个霍尔元件7、8和韦根元件9也设置在永磁体5的磁场区域中。在该实例中霍尔元件7、8也涉及沿关于磁性载体2切线方向延伸的间距，其等于相邻磁极之间间距的一半，韦根元件9的韦根或脉冲线10的方向与旋转轴1平行。

传感器装置6还可以是集成芯片的形式，如虚线16所表示，这里包括额外的磁敏传感器元件，也由例如霍尔元件17构成，并在这里用来识别旋转方向，而其它两个霍尔元件7、8专用来对磁体段进行精密分辨。在该情形下，对于额外的霍尔元件17一直采用来自韦根元件9的计数脉冲的电能周期性地进行供电。关于馈送给霍尔元件17的电流脉冲时间的长度可以非常短，即，它们可由非常之多的电荷构成，使得无故障地检测由其生成的霍尔元件信号变为可能。受周期性控制的霍尔元件17的激励在有外部电源以及当外部电源出故障时均得以实现。

如果使用经典的霍尔元件7、8和17，则将它们设置成使得它们的磁场感应表面的法线沿磁场线平行方向延伸，这些磁场线则垂直地穿过这些表面。如前面所述，当使用例如由迈利芯供应的具有磁场偏转结构的霍尔探头时，还可以将磁场感应表面设置成使得它们的法线垂直于在偏转结构外部延伸的磁场线。

如果要采用与磁场线偏转结构结合的四象限霍尔探头来获得两个传感器信号，则磁场感应表面必须处于由永磁体5的磁化轴和运动方向所定义的表面上，因此在图2的实例中处于与旋转轴1同心的柱面上，其中，在该情形下，一对相对连接的磁场感应表面的连接线沿着运动方向，而另一对的连接线与其垂直。

对磁体段进行精密分辨的功能进一步由霍尔元件7、8来执行，其中在有外部电源的期间内，能够对该霍尔元件7、8永久供应电流，其允许对应于所涉及要求的准确精密分辨。

本申请所描述的使用霍尔元件7、8和17还可以采用与图1中实施例相同的方式来实现。另外，如其中所示，当仅有两个霍尔元件7和8时，它们可以设置在单个集成芯片上。

图3示出了立方体磁性载体2，其可以在预定的行程长度上在双向箭头F的方向上与待监测物体（未示出）一起往复移动，例如该物体可以涉及机床的滑动件。该磁性载体2也包括不可磁化材料，例如塑料材料，在该不可磁化材料中通过例如使材料在永磁体5周围注射成型来嵌入多个永磁体5，其方式使得它们暴露在磁性载体表面，即在图3中向上，并近似垂直于运动方向F延伸。不可否认地，图3仅示出了3个永磁体5，但是如果需要的话还可以有更多这种永磁体，其设置使得北极和南极在运动方向F上相互交替出现。

在永磁体5的磁场区域中，在磁性载体2的侧面也设有两个霍尔元件7、8，其间隔沿运动方向F延伸并等于半个磁体段。在该情形下，该装置也可以具有第三霍尔元件，如参考图2所描述的。原则上，还有可能将霍尔元件布置在磁性载体2上表面的上方。前面有关霍尔元件的对磁场感应表面的法线方向的有关描述也相应地适用。在该情形下，也有可能将具有铁磁磁场偏转板的四象限霍尔探头设置在通过永磁体5质心延伸的运动平面中。

同样包括韦根或脉冲线10以及绕于其上的感应线圈11的韦根元件9正好在磁性载体2上平面侧上方并近似地垂直于运动方向F，使得在正常情况下，当每个永磁体5因涉及的运动而移经韦根元件9时产生计数脉冲，该计数脉冲可以以相同的方式用于确定位置以及为图8中所示电子装置12的至少一部分以及霍尔元件7、8或17中的一个提供电源，如本申请前面所描述的。

将韦根元件设置成使得当触发韦根元件时周期性地分别控制的霍尔元件处于磁体的“视场”内。通常当段长是1800时视场为300。

从而，磁性载体2以及固定连接到磁性载体2的待监测物体（未示出）的相应位置在完全外部电源得到确保的每一时刻由霍尔元件信号和计数值唯一地表示，其中该霍尔元件信号支持对各个磁体段进行精密分辨，该计数值表征所述磁体段并以正确的符号（根据相应的运动方向向上计数或向下计数）产生韦根元件9的脉冲的计数。在外部电源不存在时，磁体段的计数在这里还继续进行，如前面针对旋转编码器所描述的，当该电源恢复时，精密分辨信号也立即再次可用。

图4中所示的磁性载体2具有多个圆柱形的、径向磁化的永磁体5，其以相等的角间距设置在外围，使得它们的磁轴（它们各自的北极和南极的连接线）沿径向延伸，其中，在相邻永磁体5的情形下，总是有南极，然后是北极，然后又是南极，等等，其在外侧交替放置。对于这些永磁体，为了简单起见，图4仅示出了3个，尽管实际上有8个这样的永磁体，其间距为所示出的角间距。韦根元件9位于这些永磁体5运动线路上方，使得韦根线相对于旋转轴1径向延伸。如前面描述的实施例那样，韦根元件9至少在至少每个第二永磁体5穿过预定的位置时生成计数和电源信号。

为了识别磁性载体2旋转的方向，即，要将当前产生的计数信号加到现有计数值还是从现有计数值中减去，这里磁性载体2包括若干个条形的辅助永磁体5a，其数量对应于永磁体5的数量，这些条形的辅助永磁体5a以相等的角间距分布在比永磁体5小的半径上，以此方式，使得它们的磁轴平行于旋转轴1延伸，位于上方的北极交替地处于每个位于上方的南极之后，反过来一样。位于环形磁性载体2上平面侧上方的是固定的磁敏传感器元件17，例如霍尔元件，其所处的相对于韦根元件9的角坐标使得，根据在其下方穿过的辅助永磁体5a的极性，磁敏传感器元件17当其产生计数和电源脉冲时及时地产生信号，该信号根据其各自的符号将新的计数脉冲增加到现有计数值或者从现有计数值中减去。因此，通过这些辅助永磁体5a，实现了正确的计数功能。

作为比较，对单独的段进行的精密分辨通过由永磁体5构成的磁极对和霍尔元件7和8来实现，其中霍尔元件7和8在这里设置成使得它们感应表面的质心位于通过旋转轴1的轴面4内。因此，这两个传感器元件在运动方向上的间距几乎等于零。霍尔探头7布置于永磁体5运动线路的上方，其设置成使得其感应表面的法线沿径向延伸。因此，霍尔探头7实质上检测分别在同一个永磁体5的北极和南极之间延伸的各个磁场，并且当这些永磁体5中的一个正在其下方通过时精确地传送最大幅度的信号，其中在该情形下该信号的符号由所讨论的永磁体5的方向来给出。如果两个相邻永磁体5具有近似相同的磁场强度，则在它们的中间它们的磁场基本上相互抵消，使得在此霍尔探头7的输出信号显示为零通过。对于永磁体5等距的安排从而生成周期性信号，其在理想情形下是正弦信号。

作为比较，在磁性载体2外围表面外侧、沿永磁体5轴向高度的中心径向布置霍尔探头8，其方向设置使得其感应表面的法线沿相对于旋转方向R的切线方向延伸，即垂直于平面4。霍尔探头8检测永磁体5之间沿外围方向延伸的磁场，并且大致在两个相邻永磁体5中间时输出信号具有最大的幅度，其符号同样依赖于所讨论的永磁体对的极性。如果永磁体5中的一个的磁轴位于与霍尔探头8的感应表面相同的半径上，则其输出信号显示为零通过。该输出信号因此也是周期性的，并且仅在理想情形下（在实际中不会出现）是正弦信号，但其相对于霍尔探头7的输出信号具有相移，使得可以确定对所讨论的段进行分辨的唯一的精密位置值。该实施例的一个益处在于，两个霍尔元件在任一时刻都检测同一个永磁体的磁场区域，从而，采用适当的信号处理，温度引起的磁场强度的扰动并不影响确定精密位置值。

在图5示出的实施例中，磁性载体2的永磁体5和韦根元件9采用与图4实施例同样的方式设置。这里不要求有辅助永磁体5a，因为传感器装置6协同永磁体5也执行产生表征旋转方向的信号的功能，如参考图1实例所已经描述的。

这里，传感器装置6包括4个霍尔元件7a、7b和8a、8b，其以相对成对的关系进行连接，并且其感应表面都位于同一个径向平面4a中，该径向平面4a在永磁体5轴高度一半处与磁性载体2的上表面和下表面平行地延伸。每一对霍尔元件7a和7b、8a和8b分别相隔，它们质心的连接线（想象的）相互垂直，对7a、7b的连接线相对于旋转轴1沿径向延伸，对8a、8b的连接线沿切向延伸。4个霍尔元件7a、7b和8a、8b中的每个被铁磁场偏转板40部分地覆盖。另外，在该情形下，磁性载体2一运动，就产生相互之间具有相移的周期性传感器信号，其支持唯一的精密位置值的确定。因为4个霍尔元件7a、7b和8a、8b优选地以共同芯片上的非常小的传感器排列形式布置，可以说它们在运动方向上以及其垂直方向上的间距几乎等于零。

图6示出了磁性载体2的平面图，关于永磁体5，其结构与图4中的磁性载体2完全类似。这里不要求有辅助永磁体5a，因为旋转方向识别信号同样由两个霍尔元件7或8中的一个结合永磁体5来产生。

在该情形下，韦根元件9也位于永磁体5的运动线路的上方。

与图4的实例的又一不同在于，霍尔元件8确实与霍尔元件7位于同一轴表面上，但并不是在永磁体5构成的圆的外部，而是在其内部，以及，霍尔元件7、8位于同一径向线上。霍尔元件7、8的感应表面的方向及其功能与参考图4所描述的相同。

图7中示出了根据本发明的旋转编码器的截面图，包括固定的基本上为圆柱形的壳体46，穿过壳体46延伸的是待监测的轴45。推压在轴45上的是图6所示的那种磁性载体2，其至少不可旋转地连接到轴45。在8个永磁体5当中，图7示出了在径向上相对的两个，它们的北极沿径向向外，南极沿径向向内，而它们相邻磁体（图7中未示出）的方向正好相反（见图6）。

电路板48在磁性载体2上方横跨整个壳体46，其中电路板48固定在壳体46上，电路板48上侧装有韦根元件9，在电路板48下侧在径向上与韦根元件9相反一侧装有两个霍尔元件7和8，霍尔元件7和8都位于圆形线路内，永磁体5在与永磁体5质心相同的轴向高度上沿该圆形线路移动。为支持这一点，在磁性载体2上表面设置了环形轴对称槽50。两个霍尔元件7和8活动表面相互成直角。

以虚线示出的霍尔元件7’和8’并不与霍尔元件7和8同时存在，而是作为可替换的位置选择。注意，对于这一点，霍尔元件7’必须同样具有磁场偏转结构，以便能够在示出的位置以其朝下的感应表面进行工作。

图8所示的电子装置12在示出的实施例中还附有具有充电单元的能量存储模块24，该电子装置12适用于与图2和4中所示的测量装置一起使用，即，其包括3个霍尔元件7、8和17。在有向线示出的对图8中各个模块进行互连的连接线中，实线表示的连接线用于纯粹的信号或信息传输，而虚线表示外部电源，点划线表示内部能量供应。

韦根元件9发送给中央控制逻辑和能量管理20的脉冲既包含信息部分（线21）也包含能量部分（线22），其通过控制逻辑和能量管理20在线25上传递给该变型中具有的能量存储模块24（其例如是电容的形式），并通过充电单元存储在那里。

通过线23提供的外部电源在正常操作下不仅用于向用于进行精密分辨和对信号进行计数的逻辑26（微控制器）提供能量供应，还用于向用于精密分辨的霍尔元件7、8（线27）、控制逻辑和能量管理20（线28）以及具有非易失性存储模块的计数单元29（线30）提供能量供应，而对于用来确定位置的霍尔元件17，即使在施加了外部电源时，也不采用相同的电源来供电，而是采用来自韦根元件9并从能量存储模块24通过控制逻辑20在线25和31上馈送的电源（线31）。

如果外部电源出现故障，则控制逻辑和能量管理20的一部分（线25）以及计数单元29都采用来自韦根元件9的能量从能量存储模块24（线32）进行供电，以确保无故障地工作。

当进行计数和存储所需的所有过程可以在韦根元件提供的每个能量脉冲的持续时间内完成时，单独的能量存储模块不是必需的。

如前面已经提到的，韦根元件9通过线21提供其信号脉冲，而霍尔元件17通过线33将其位置确定信号发送给控制逻辑和能量管理20。控制逻辑和能量管理20通过双向线34与用于精密分辨和信号计数的逻辑26进行数据交换，逻辑26通过线35接收霍尔元件7、8的精密分辨信号，并通过双向线36与用户传送由位置检测器所提供的数据。控制逻辑和能量管理20与计数单元29之间的数据交换通过双向线37来实现。

线38的作用是能够向韦根元件9提供电流，用于当装置通过外部电源进行工作时将段计数器与精密分辨进行同步，而不需要依赖于磁性载体2移动所触发的脉冲。

应该指出，任何通常的不具有磁场偏转板的霍尔元件也可以与这样的偏转结构一起使用，由此活动方向（即，磁场感应表面）改变900。因此，霍尔元件的安装位置也可能改变。以所示相同的方式，如果实现了适当的方向适配，还可以省略偏转结构。

Claims (14)

1.一种用于测量物体的线性或旋转运动的绝对式磁性位置编码器，其特征在于，所述位置编码器包括：

-磁性载体（2），其固定连接到所述物体并具有多个磁极对，所述磁极对由永磁体（5）构成并沿运动方向排列，所述磁极对的交替相继的北极和南极构成磁体段，通过对所述磁体段进行计数和分辨来确定所述物体的位置，

-固定的传感器元件装置（6），其用于对所述磁体段进行精密分辨以及用于识别所述磁性载体（2）的运动方向，所述传感器元件装置包括至少两个磁敏传感器元件（7、8），所述至少两个磁敏传感器元件使用各个磁场区域，采用足够用于运动方向识别的最小电流至少间或地对所述至少两个磁敏传感器元件中的至少一个进行供电，

-固定设置的韦根元件（9），其至少由每个第二磁极对触发，以提供电脉冲，以及

-电子装置（12），其包括控制逻辑和能量管理电路（20）以及具有非易失性存储模块的计数单元（29），所述电子装置考虑由所述传感器元件装置（6）提供的信号并对所述磁性载体（2）的运动方向进行表征，将所述韦根元件（9）的所述电脉冲增加到存储在所述非易失性存储模块中的计数值或者将其从所述计数值中减去，以及

-逻辑电路（26），其与所述电子装置（12）进行数据交换，所述逻辑电路根据所获取的计数值并考虑由所述传感器元件装置（6）提供的所述信号来计算所述物体的瞬时绝对位置，

-其中，所述韦根元件（9）提供的所述脉冲中包含充分的一部分电能，其至少在外部电源不存在的时期内用作所述电子装置（12）的电源并用于向所述至少一个磁敏传感器（7、8、17）提供所述最小电流，使得所述韦根元件（9）的所述脉冲在这种工作条件下也可以被计数和处理。

2.根据权利要求1所述的位置编码器，其特征在于，所述电子装置（12）包括具有充电单元的能量存储模块（24），所述能量存储模块由所述韦根元件（9）提供的所述脉冲进行充电。

3.根据权利要求1或2所述的位置编码器，其特征在于，用于对所述段进行精密分辨的所述两个磁敏传感器元件（7、8）在所述运动方向上间隔开。

4.根据权利要求3所述的位置编码器，其特征在于，所述磁敏传感器元件（7、8）在所述运动方向上的间隔小于或等于磁体段长度的一半。

5.根据权利要求3所述的位置编码器，其特征在于，所述磁敏传感器元件（7、8）在所述运动方向上的间隔趋向于零或几乎等于零。

6.根据权利要求4所述的位置编码器，其特征在于，所述磁敏传感器元件（7、8）在所述运动方向上的间隔趋向于零或几乎等于零。

7.根据权利要求1或2所述的位置编码器，其特征在于，用于对所述段进行精密分辨的所述两个磁敏传感器元件（7、8）在与所述运动方向垂直的方向上间隔开。

8.根据权利要求7所述的位置编码器，其特征在于，所述磁敏传感器元件（7、8）在所述运动方向上的间隔趋向于零或几乎等于零。

9.根据权利要求1或2所述的位置编码器，其特征在于，当使用四象限霍尔探头时，所述四象限霍尔探头中的每一对相对连接的磁场感应表面（7a、7b；8a、8b）具有间隔，其中一对（7a、7b）在所述运动方向上的间隔几乎等于零，另一对（8a、8b）在垂直于所述运动方向上的间隔几乎等于零。

10.根据权利要求1或2所述的位置编码器，其特征在于，分别由两个关联的不同磁极构成的所述多个磁极对与所述运动方向成平行关系延伸。

11.根据权利要求1或2所述的位置编码器，其特征在于，分别由两个关联的不同磁极构成的所述多个磁极对与所述运动方向成垂直关系延伸。

12.根据权利要求1或2所述的位置编码器，其特征在于，所述韦根元件（9）在所述磁极对的方向上延伸。

13.根据权利要求1或2所述的位置编码器，其特征在于，所述多个磁极对中的每一个由径向磁化、圆盘形状的永磁体（5）实现。

14.根据权利要求1或2所述的位置编码器，其特征在于，所述多个磁极对中的每一个由轴向磁化、条形的永磁体（5）实现。