CN102822631A - 具有磁性传感器的运动学状态编码器和目标物体 - Google Patents
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Abstract
一种设备(1000)，包括第一物理部件(1004)、第二物理部件(1006)和传感器配置。第一和第二物理部件在设备的操作使用中相对于彼此运动。传感器配置传感第一和第二物理部件的相对运动学状态。传感器配置包括磁体(110)和传感器(112)。传感器传感在传感器的位置处的磁体的磁场的属性。传感器关于第一物理部件固定地安装。传感器配置包括关于第二物理部件固定地安装的目标物体(114)。目标物体配置用于依赖于相对运动学状态影响属性特点。根据本发明，目标物体(114)包括多个互锁段部。
Description
技术领域
本发明涉及一设备，其包括具有第一物理部件、第二物理部件和配置用于传感第一和第二物理部件的相对运动学状态的传感器配置的系统。本发明进一步涉及用于这样设备的系统，涉及用于这样设备的传感器配置，涉及用于传感器配置中的目标物体，和涉及用于目标物体中的部分。
背景技术
以下术语用于本文中。表述“物理部件的运动学状态”是指物理部件关于一些预定参考系统的位置和/或速度和/或加速度。表述“两物理部件的相对运动学状态”是指物理部件相对于彼此的位置和/或速度和/或加速度。表述“运动学量”在本文中是指代表运动学状态的物理量。
两物理部件的相对运动学状态可以通过利用许多传感技术的任何一种进行测量。已知的传感技术的例子是基于确定磁场强度，或者磁场强度的变化率，作为第一物理部件相对于第二物理部件的相对位置或者相对速度。磁性传感是远程传感技术的例子。也就是，它是非接触的，因为磁性传感器配置并不引入与第一和第二部件的任何的物理接触。结果，磁性传感器配置实际上不受例如部件上的污垢的累积、润滑剂的存在的影响，并且如果适当设计，不受来自外部源的磁场的影响。
美国专利6,051,969公开用于检测轮转速的传感器转子。传感器转子包括磁化环。磁化环包括彼此曲率半径相同的具有外和内缘的多个环件。环件设置为环的形状。磁化环通过磁化形成以使得相反的磁极在其圆周方向交替形成。传感器转子还具有压入环，磁化环固定到该压入环内部。
发明内容
本发明的实施例涉及一种设备，包括具有第一物理部件、第二物理部件和传感器配置的系统。第一和第二物理部件配置用于在设备的操作使用中相对于彼此运动。传感器配置被配置用于传感第一和第二物理部件的相对运动学状态。传感器配置包括磁体和传感器。传感器能够操作以传感在传感器的位置处的磁体的磁场的属性。传感器关于第一物理部件固定地安装。传感器配置包括关于第二物理部件固定安装的目标物体。目标物体配置用于依赖于相对运动学状态影响属性特点。目标物体包括多个互锁段部。
限定词“互锁”用于表明已经在它们彼此连接的部分形成段部，以使得它们通过例如钩挂、啮合、楔形榫头连接等接合。
该互锁解释如下。相邻的互锁段部必要地具有在它们之间的接缝或者气隙。气隙优选地保持足够小以保持相对运动学状态中的误差如通过磁性传感确定的低。考虑作为段部的特定的一个的与段部的相邻的一个的另一部分面对的部分的表面区域，也就是，考虑相邻段部接口的表面区域。如果表面区域形成为至少在以下之一延伸：目标物体相对运动的方向和在大致垂直于所述相对运动的方向的平面中的另一方向，则传感的相对运动学状态的误差降低。换句话说，特定的段部的接口表面具有相对于大致垂直于相对运动方向的虚拟平面变化的轮廓。如果互锁接口如此形成，传感到的相对运动学状态的误差可以降低，这是因为接缝对磁场的影响的空间分布。气隙并不集中在目标物体相对于传感器的单一特定位置处，而是沿着相对运动方向延伸开。在传感到的相对运动学状态中的局部发生的误差是在传感器处的实际磁场的矢量和意在的磁场矢量之间的差异的结果。误差随着两个段部之间的边界处的气隙的增大而增大，随着段部在它们的气隙处的表面区域而减小。例如，燕尾部可以增大所述区域足够倍数以允许相邻的段部之间的实际气隙是在0.02-0.05毫米的范围内。
任选地，互锁通过操作时段部的轻微弹性形变以彼此接合而建立相邻的段部之间的连接。
依靠多个段部的互锁形成目标物体使得多个段部由于它们的接合接口的形状而能够相对于彼此精确定位。多个互锁段部的连锁可以比如果如在US 6,051,969中的段部没有用于互锁的接口并且必须焊接到彼此的情形更容易地整体安装在设备中。注意到，段部的焊接将使得段部产生局部高温。高温可能导致磁化的损失或者降低，如果段部在构建目标物体以前已经磁化的话。高温还可能导致段部的形状变形。
利用多个段部的第一优点是，它使得系统的设计者能够使用模块化方法来构建各式各样的不同类型的目标物体。也就是，影响磁场的不同尺寸和/或不同形状和/或不同材料的目标物体可以通过许多不同的标准化的互锁段部形成。统一形状和/或统一物理构造的段部可用于构建不同尺寸或者不同形状的目标物体，其取决于系统的意在应用的空间要求。或者，可以提供影响磁场的不同尺寸和/或不同形状段部或者不同材料的段部。该选择使得能够构建任何的甚至更大的目标物体组，以为了甚至更好地调整最终目标物体到系统的意在的应用。
优选地，段部由金属注射成型(MIM)工艺形成。如已知的，MIM是具有广泛工业应用的技术从而以成本有效的方式大规模地制造小的复杂形状的金属零件。通过任何适当技术制造复杂形状的一批大的金属物体因此在商业上会比利用MIM制造许多更大批次的更小的金属零件并由许多更小的零件组装更大的金属物体更无吸引力。
通过少量的不同类型的段部构建目标物体的第二优点是，该方法使得能够实现所谓的“De Bruijn序列”，用于编码相对运动学状态。De Bruijn序列在组合数学领域是已知的。De Bruijn序列是选自字符表的相继字母的序列，例如，字符表{A，B，C}，或者字符表{0，1}。所述特定的序列具有这样的字符样式，从而每个可能的辅助序列在该特定的序列中仅发生一次，该辅助序列具有特定序列短的预先确定的长度并且出现在该特定序列中。也就是，De Bruijn序列是最短的序列，其一次性精确地包括特定长度的所有可能的排列（来自于给定设置）。如果在De Bruijn序列中的每个特定类型的段部产生特定的传感信号，那么通过缓冲在相对运动过程中最近产生的传感信号的先进先出（FIFO）缓冲器的内容可以确定第一物理部件和第二物理部件的相对运动学状态。
互锁段部可形成附连例如贯穿焊接或者胶粘到第二物理物体的刚性连锁。或者，互锁段部可形成柔性连锁。例如，段部配置用于使得相邻的互锁段部能够围绕垂直于第一物理部件和第二物理部件的相对运动轨迹取向的一个或两个公共轴枢转。
例如，特定的一个段部可以用作校准部分，例如，以表明在互锁段部的连锁中的参考状态(例如，参考位置或者参考旋转角)。校准段部然后配置用于临时采用特定的校准方案，例如，特定磁化模式或者在面对传感器的校准段部表面处的特定空间轮廓。例如，校准部分具有在操作使用中面对传感器的第一表面，和在所述段部相对侧面的第二表面。当校准部分通过传感器时，第一表面和第二表面关于影响传感器处的磁场具有不同的能力。第一表面和第二表面具有不同的磁化模式和/或不同的空间轮廓。通过在形成互锁段部的连锁的一部分时枢转或者翻转校准部分，第二表面形成为面对传感器而不是第一表面。这使得能够具有校准或者复位定位功能，而不必制造不同的部件：一种类型用于校准，另一类型用于操作使用。或者，校准部分自身是模块化构型。校准部分具有基底部分和顶部部分。基底部分配置用于互锁相邻的段部，顶部部分配置用于影响在传感器处的磁场，如上面描述的。顶部部分可移除地附连(例如，锁定或者胶粘)到基底部分。顶部部分可以临时由配置用于校准的特定顶部部分替换。
在所述设备的一实施例中，多个段部包括第一段部和第二段部。第一段部具有第一接口，第二段部具有第二接口。第一接口和第二接口配置用于互锁第一段部和第二段部。第一接口的第一形状和第二接口的第二形状形成为空间互补。第一接口的第一形状在第一物理部件和第二物理部件的相对运动的第一方向延伸。第一形状具有第一轮廓，该轮廓在大致垂直于第一方向的第二方向变化，第二接口的第二形状在第一方向延伸并具有在第二方向变化的第二轮廓。例如，第一轮廓和第二轮廓的每一个在第二方向线性地随着距离改变。第一轮廓和第二轮廓可还在垂直于第一方向和第二方向的第三方向变化。
在本发明的设备的进一步的实施例中，磁体关于传感器固定安装。多个互锁段部的每个包括各自的用于导引磁场通量的导引装置。导引装置是可操作的以影响依赖于相对运动学状态的属性。
例如，导引装置包括具有高导磁率的材料，例如，铁磁材料。如已知的，具有高导磁率的材料如同它是对磁场的通量的导引件一样工作。如果具有高导磁率的材料定位为接近于磁体，相对于不存在高导磁率的材料时磁场的场力线的轨迹，具有高导磁率的材料的存在改变磁场的场力线轨迹。由具有高导磁率的材料的存在所引起的磁场变化依赖于具有高导磁率材料的形状和体积，依赖于代表磁体和导引装置之间的距离的量，例如，磁体和导引装置的最靠近磁体的部分之间的距离，以及依赖于导引装置相对于磁体的空间取向。
为了示例上面的，在所述设备的一实施例中，各导引装置形成为各段部的面对第一物理部件的各顶部表面。各顶部表面具有沿着运动方向在各个段部上变化的各自的轮廓。当第一物理物体和第二物理物体相对于彼此运动时，接近于传感器的特定的段部的变化轮廓具有对在传感器位置处的磁场不断变化的影响。在传感器处的磁场的变化给出关于相对运动的信息。
作为进一步的示例，在所述设备的进一步的实施例中，各轮廓具有各第一轨迹和各第二轨迹，第一轨迹和第二轨迹彼此平行地在运动方向延伸。第一轨迹包括在运动方向交替的第一凸起和第一凹陷的第一顺序。第二轨迹包括在运动方向交替的第二凸起和第二凹陷的第二顺序。两个或多个平行轨迹的存在使得能够更精确地确定相对运动学状态和/或确定相对运动方向。
在所述设备的另一实施例中，多个互锁段部的每个包括面对第一物理物体的各自的顶部表面。磁体包括具有磁性颗粒的层。所述层容纳在各顶部表面上。所述层配置为产生沿着各段部在运动方向变化的磁场。例如，每个各自的顶部表面成型为具有在相对运动方向交替的凸起和凹陷。所述层仅覆盖凸起，使得凹陷没有被覆盖。作为另一例子，所述层覆盖凹陷和凸起。作为又另一例子，各顶部表面是平坦的，所述层配置为Halbach阵列。
在进一步的实施例中，多个互锁段部形状统一。如前所述，目标物体的模块化结构具有多个优点，尤其是如果各个段部都是相同的话。
在进一步的实施例中，第一物理物体包括滚动元件轴承的外环。第二物理物体包括滚动元件轴承的内环。滚动元件轴承包括多个容纳在内环和外环之间的滚动元件。目标物体成形为另一环，该环安装在滚动元件轴承上并且与内环和外环其中之一共轴。
如上面描述的本发明实施为一设备或者机器。本发明还可以实施为用于本发明的设备的系统、用于本发明的设备的传感器配置、用于本发明的设备的目标物体、或者用于本发明的设备中的目标物体的段部。
附图说明
通过例子参照附图更详细地解释本发明，其中：
图1是本发明的第一设备的方框图；
图2和3分别示出用于传感器配置中的目标物体的一对段部的第一例子和第二例子；
图4是示出图3中的第二例子的一些细节的图形；
图5和6是一对段部的例子的图形，该一对段部的每个具有成型表面，该表面具有双轨迹以影响磁场；
图7是目标物体的图形，该物体的连接段部形成De Bruijn序列；
图8和9示出在目标物体中的段部的实施例的例子；
图10、11和12是结合有滚动元件轴承的角编码器的图形；
图13是本发明的第二设备的图形；
图14、15、16和17是用于第二设备中的目标物体的段部的各例子的各图形；和
图18、19、20和21是用于互锁相邻的段部的接口的例子的图形。
在整个附图中，相似的或者相应的特征用相同的附图标记表示。
具体实施方式
图1是本发明中的第一设备100的方框图。第一设备100是例如机器。第一设备100包括系统102，该系统具有第一物理部件104、第二物理部件106和传感器配置108。第一物理部件104和第二物理部件106配置用于相对于彼此运动。传感器配置108配置用于传感第一物理部件104和第二物理部件106的相对运动学状态。传感器配置108包括磁体110和传感器112。传感器112是可操作的以产生表征由磁体110产生并在传感器112位置处被传感的磁场的属性的传感器信号。例如，由传感器112传感的属性是磁场矢量相对于传感器112的取向和/或磁场矢量的强度，或者磁场矢量的特定分量的强度。来自传感器112的传感器信号提供给信号处理系统113。信号处理系统113容纳在第一设备100中，或者位于远程位置。信号处理系统113是可操作的以处理从传感器112接收的传感器信号。传感器信号的处理是为了例如保持关于第一物理部件104和第二物理部件106的相对运动学状态的事件历史日志，如在例如工况监视的情形中；和/或是为了控制依赖于传感器信号的第一设备100的操作的目的。传感器112和信号处理系统113之间的通信使用有线或者无线连接，或者其组合。
传感器112包括例如一个或多个霍尔效应传感器装置、一个或多个其操作是基于磁阻(MR)或者巨型磁阻(GMR)的传感器装置、或者一个或多个线圈传感器装置。如果传感器112利用多个线圈传感器装置予以实施，线圈可以容纳在用于即使当存在来自外部磁场的干涉时允许第一物理部件104和第二物理部件106的相对位移的编码的轭中。基于线圈的轭在旋转可变差动变压器(RVDT)中为大家所熟知。RVDT基于线圈感应中的差异检测物体位置。该轭可以由层叠结构，例如压力模制元件或者由深拉板材制成的元件，而制成。
在图1的例子中，磁体110和传感器112相对于第一物理部件104固定地安装。磁体110安装在传感器112处或附近。传感器配置108进一步包括目标物体114。目标物体114安装为相对于第二物理部件106固定。相应地，当第一物理部件104和第二物理部件106相对于彼此运动时，传感器112和目标物体114也相对于彼此运动，并且与第一物理部件104和第二物理部件106相对于彼此运动的方式相同。目标物体114配置用于影响由传感器112传感的依赖于相对运动学状态的磁场属性的特点。该属性特点表征例如存在或者没有磁场属性、磁场属性的量值等，如上所述。如果第一物理部件104和第二物理部件106的相对运动学状态变化，在传感器112位置处的磁场属性特点相应变化。结果，传感器112提供表征属性变化或者不断变化的属性的传感器信号。来自传感器112的传感器信号然后表征第一物理部件104和第二物理部件106的相对运动学状态。
为完整起见，注意到，传感器配置108可包括除了传感器112之外的其它传感器(未示出)，和/或传感器配置108可包括除磁体110之外的其它磁体。在使用多个传感器和磁体的情形下，将一些传感器和磁体关于第一物理部件104固定地安装并且将其它传感器和磁体关于第二物理部件106固定地安装会是有利的。
目标物体114包括多个互锁段部，例如第一段部116、第二段部18、第三段部120、第四段部122、第五段部124和第六段部126。机械互锁由例如咬合配合实施，该咬合配合要求相邻的段部116-126的弹性形变部分接合相邻的段部116-126。替代地，或者，此外，每对相邻的互锁段部116，118，120，122，124和126具有用于彼此接合的空间互补形状的接口。
具有由多个段部116-126形成的，优选互锁的目标物体114的优点在上面已经讨论过了。
多个互锁段部116-126一起配置为形成用于导引磁场通量的导引装置。通量的导引取决于第一物理部件104和第二物理部件106的相对运动学状态。互锁的技术优势是，互锁促进段部之间的通量的无缝过渡。一些气隙将保留，其导致目标物体114的导磁率降低，但是该损失可以通过增大互锁区域而降低。
多个互锁段部116-126的不同段部可以具有与依赖于第一物理物体104和第二物理物体106的相对运动学状态影响磁体110的磁场的场力线有关的不同形状和/或不同材料特征分布。与影响磁场的场线有关的形状的例子是多个互锁段部116-126的每一个的面对传感器112的表面的轮廓和/或范围。
材料特征的例子是用于实施一个或多个段部116-126的材料的导磁率、一个或者多个段部116-126的化学组成、用于实施一个或多个段部116-126的材料的密度，等等。例如，互锁段部116-126的每一个由无源磁性材料例如铁素体钢(AISI 430)形成。
例如，每一互锁段部116-126由具有高导磁率的相同的材料组成以构成对磁通量的导引。也就是，每一互锁段部116-126用于吸引磁力线。如果多个互锁段部116-126的形状不同，并且材料特征对于所有的互锁段部116-126是相同的，目标物体114整体上以关于第一物理物体104和第二物理物体106的相对位置不同的方式影响由传感器112传感的磁场。例如，假定第二物理部件106配置用于相对于第一物理部件104沿着平行于由多个互锁段部116-122形成的连锁方向，如箭头128所示的预定路径运动。例如，路径为沿着箭头128的方向取向的直线的一部分，多个互锁段部116-126的连锁与该直线对准。或者，路径是圆的至少一部分，多个互锁段部116-126的连锁形成环的至少一部分。箭头128然后表明与路径相切的运动方向。因此，第一物理物体104和第二物理物体106的相对位置和相对运动方向以其中在传感器112处的磁场被影响的方式被编码。
在上面的例子中，多个互锁段部116-126的每一个可以具有不同于任何其它的互锁段部116-126的形状。或者，多个互锁段部116-126的一些可以具有第一形状，多个互锁段部116-126的其它可以具有不同于第一形状的第二形状。第一物理部件104和第二物理部件106的相对运动学状态因此能够利用De Bruijn序列如上所述地进行编码。
作为另一例子，多个互锁段部116-126关于影响局部磁场的能力具有统一的形状和统一的材料特征。例如，假定第二物理部件106配置用于相对于第一物理部件104沿着关于由多个互锁段部116-122形成的连锁倾斜的如箭头130所示的预定路径运动。也就是，在第一物理部件104和第二物理部件106之间的最小距离依赖于第一物理部件104和第二物理部件106的相对位置而变化。这样，第一物理部件104和第二物理部件106的相对位置的特征在于，例如，目标物体114和磁体110之间的距离最短。如果目标物体114更靠近磁体110，与如果目标物体114更远离磁体110的情形相比，由传感器112传感的磁场将更强地受到影响。再者，第一物理物体104和第二物理物体106的相对位置和相对运动方向以其中传感器112处的磁场被影响的方式被编码。
作为又另一例子，多个互锁段部116-126关于影响磁场的能力具有统一的形状和统一的材料特性。假定第二物理部件106配置用于相对于第一物理部件104沿着平行于由多个互锁段部116-122形成的连锁的如箭头128所示的方向的预定路径运动。这样的预定路径的例子包括直线的一部分和圆的一部分，如上所述。进一步假定多个互锁段部116-126形成平行于预定路径的连锁，并且多个互锁段部116-126的每一个具有面对第一物理部件104并且在平行于预定路径的方向成型的表面。例如，成型表面的特征在于，凹陷和凸起在预定路径方向交替发生。相应地，当第二物理部件106相对于第一物理部件104沿着预定路径运动时，随着多个互锁的统一的段部116-126的任何一个首先接近磁体110，通过磁体110，然后后退，磁场以重复的方式受到影响。在这个例子中，来自传感器112的传感器信号可用于确定第一物理部件104和第二物理部件106相对于彼此运动的速度的大小，因为该速度与由传感器112传感到的磁场的变化率相关联。现考虑多个互锁的统一的段部116-126的每一个具有一表面，该表面面对第一物理部件104并具有在平行于预定路径的方向的特定轮廓。如果特定轮廓具有镜像对称，第一物理部件104和第二物理部件106的相对运动方向不能容易地在没有进一步的测量的情形下得以确定。对此的原因在于，在相对运动过程中由传感器112传感到的磁场的变化并不允许对在一个方向运动和在相反方向运动进行区分。如果该轮廓不是镜像对称的，原则上可以从由传感器112传感到的磁场的变化推导出关于运动方向的信息。当运动停止时，由第一物理部件104和第二物理部件106呈现的相对位置不能在没有进一步测量的情形下不管轮廓如何地被容易地确定，所述进一步的测量为例如计算在传感器信号中关于第一物理部件104和第二物理部件106的基准位置相对于彼此的周期性发生的变化的量。但是，关于方向和/或相对位置速度的信息在某些应用场合并不需要。
如又另一例子，多个互锁段部116-126关于影响磁场的能力具有统一的形状和不同的材料特性。再者，第一物理部件104和第二物理部件106的相对运动学状态可以从由传感器112提供的传感器信号推导出：不同的互锁段部116-126具有不同的材料特性使得能够以识别对传感到的磁场变化产生作用的相关的互锁段部从而识别相对运动学状态的方式影响传感器112处的磁场。
图2示出目标物体114的第一实施例200中的一对段部116-122，例如第一段部116和第二段部118的横截面的第一例子。第一段部116和第二段部118是统一的形状并具有成型表面。横截面是沿着平行于相对运动方向128剖开的。第一段部116和第二段部118的每一个的表面成型为凸起和凹陷的交替序列。第一段部116和第二段部18的每一个具有第一凸起202、第二凸起204、第三凸起206和第四凸起208。第一段部116和第二段部118的每一个具有在第一凸起202和第二凸起204之间的第一凹陷210、在第二凸起204和第三凸起206之间的第二凹陷212以及在第三凸起206和第四凸起208之间的第三凹陷214。
第一凸起202、第二凸起204、第三凸起206和第四凸起208的每一个具有垂直于相对运动方向128的各自的镜像对称平面。第一凹陷210、第二凹陷212和第三凹陷214的每一个具有垂直于相对运动方向128的各自的另一对称平面。
第一段部116和第二段部118的每一个具有与第一凸起202相邻的第一接口216和与第四凸起208相邻的第二接口218。第一接口216和第二接口218是空间互补形状的。结果，第二段部118的第一接口216配置用于接合第一段部116的第二接口218。在接合时，进一步的凹陷形成在第一段部116的第四凸起208和第二段部118的第一凸起202之间。进一步的凹陷具有与第一凹陷210、第二凹陷212和第三凹陷214的任何一个相同的形状和相同的尺寸。
当第一段部116和第二段部118相对于磁体110运动时，凹陷和凸起的交替序列导致在来自传感器112的传感器信号中的交替变化。由于第一凸起202、第二凸起204、第三凸起206、第四凸起208、第一凹陷210、第二凹陷212、第三凹陷214和进一步凹陷的对称轮廓传感器112不能在第一物理部件104和第二物理部件108的相对运动的相反方向之间进行区分。
图3示出目标物体114的第二实施例300中的一对段部116-122，例如第一段部116和第二段部118的横截面的第二例子。同样地，第一段部116和第二段部118是统一的形状并具有成型表面。横截面是沿着平行于相对运动方向128剖开的。第一段部116和第二段部118的每一个的表面成型为凸起和凹陷的交替序列。第一段部116和第二段部18的每一个具有第一凸起202、第二凸起204、第三凸起206和第四凸起208。第一段部116和第二段部118的每一个具有在第一凸起202和第二凸起204之间的第一凹陷210、在第二凸起204和第三凸起206之间的第二凹陷212、和在第三凸起206和第四凸起208之间的第三凹陷214。
第一段部116和第二段部118的每一个具有与第一凸起202相邻的第一接口216和与第四凸起208相邻的第二接口218。第一接口216和第二接口218是空间互补形状的。结果，第二段部118的第一接口216配置用于接合第一段部116的第二接口218。在接合时，进一步的凹陷形成在第一段部116的第四凸起208和第二段部118的第一凸起202之间。进一步的凹陷具有与第一凹陷210、第二凹陷212和第三凹陷214的任何一个相同的形状和相同的尺寸。
在第二实施例300中，第一凸起202、第二凸起204、第三凸起206、第四凸起208、第一凹陷210、第二凹陷212、第三凹陷214和进一步凹陷的任何一个都不具有垂直于相对运动方向128的镜像对称平面。当第一段部116和第二段部118相对于磁体110运动时，凹陷和凸起的交替序列导致来自传感器112的传感器信号的交替变化。由于第一凸起202、第二凸起204、第三凸起206、第四凸起208、第一凹陷210、第二凹陷212、第三凹陷214和进一步凹陷的非对称轮廓，来自传感器112的传感器信号能够在第一物理部件104和第二物理部件108的相反的相对运动方向之间进行区分。
现必须参照图4，其是如图3所示的第二实施例300的例子的一部分的图形。图4的图形示出第二凸起204。因为第一凸起202、第二凸起204、第三凸起206和第四凸起208具有统一的形状，以下的同样适用于第一凸起202、第三凸起206和第四凸起208。如图4所示，第二凸起204具有左侧402和右侧404。左侧402具有比右侧404更缓的坡度。
现考虑第一物理部件104和第二物理部件106在匀速下的相对运动，其中第二凸起204相对于磁体110在第一箭头406的方向运动，也就是运动到右侧。第二凸起404从左侧接近磁体110、通过磁体110，并退到右侧。当第二凸起204开始影响传感器112位置处的磁场时，由于右侧404的陡峭，由传感器112传感到的对磁场的影响非常快速地增大。当第二凸起204通过磁体110时，由于左侧402的平缓的坡度，在传感器112处产生的磁场的变化是平缓的并且在减小。
现考虑第一物理部件104和第二物理部件106在匀速下的相对运动，其中第二凸起204相对于磁体110在第二箭头408的方向运动，也就是运动到左侧。第二凸起404从右侧接近磁体110、通过磁体110，并退到左侧。当第二凸起204开始影响传感器112位置处的磁场时，由于右侧404的平缓坡度，由传感器112传感到的对磁场的影响逐渐增大。当第二凸起204通过磁体110时，由于右侧402的陡峭的坡度，在传感器112处产生的磁场的变化是突然减小的。
在第一箭头406方向的相对运动引起来自传感器112的周期性的传感器信号，具有对在传感器112处的磁场突然增大的影响。在第二箭头408方向的相对运动引起来自传感器112的周期性的传感器信号，具有对在传感器112处的磁场的突然减小的影响。突然增大的影响的发生意味着第二凸起204的运动是在第一箭头406的方向，即到右侧，而突然减小的影响的发生意味着第二凸起204在第二箭头408方向运动，即到左侧。相应地，缺乏镜像对称性的段部116-126的任何一个的表面使得能够区分第一物理部件104和第二物理部件106的相反的相对运动方向。
参照图1、2、3和4讨论的实施例的操作已经在这样的情形中解释过：其中目标物体114的多个互锁段部116-126的每一个形成沿着第一物理物体104和第二物理物体106的相对运动路径的单一轨迹的不断变化的形状和/或不断变化的材料特性，从而影响依赖于第一物理物体104和第二物理物体106的相对运动学状态的传感器112位置处的磁场。代替单一轨迹，也可以使用多个平行轨迹的不断变化的形状和/或不断变化的材料特性。
现必须参照图5，其是示出彼此接合以形成目标物体114的一部分的第一段部116和第二段部118的上表面的图形。在目标物体114的操作使用中，该上表面面对传感器112。第一段部116和第二段部118已经画出为各个矩形，这些矩形一起限定平行于第一物理部件104和第二物理部件106的相对运动方向的直线路径。矩形形状仅仅是通过例子的形式给出的。第一段部116和第二段部118的每一个可以成形为各自统一的环件以限定平行于第一物理部件104和第二物理部件106的相对运动方向的曲线路径。
第一段部116和第二段部118的每一个包括在第一物理物体104和第二物理物体106的相对运动方向506上平行延伸的第一轨迹502和第二轨迹504的部分。第一轨迹502和第二轨迹504的每一个的表面面对传感器112，并具有在相对运动方向506上变化的轮廓。每一段部出于各种原因可以使用多个平行轨迹。
第一原因如下。假定平行迹线的每一个具有跨过每个个体段部均一分布的N个凸起，并且这些段部是统一的形状。例如，第一段部116的第一轨迹502具有第一凸起508、第二凸起510、第三凸起512和第四凸起514；第一段部116的第二轨迹504具有第五凸起516、第六凸起518、第七凸起520和第八凸起522。第五凸起516通过在相对运动方向506的特定的偏置位于第一凸起508后面。第六凸起518通过特定的偏置位于第二凸起510后面。第七凸起520通过特定的偏置位于第三凸起512后面。第八凸起522通过特定的偏置位于第四凸起514后面。特定的距离不同于第一凸起508、第二凸起510、第三凸起512和第四凸起514的两相邻凸起之间的距离的一半。相应地，当第一物理部件104和第二物理部件106的相对运动在方向506上发生时，在传感器112处的磁场将首先受到第二轨迹504中的第八凸起影响，然后受到第一轨迹中的第四凸起514的影响。如果相对运动发生在与方向506相反的方向上，在传感器12处的磁场将首先受到第一轨迹中的第四凸起514的影响，然后受到第二轨迹504中的第八凸起的影响。结果，该构型能够确定第一物理部件104和第二物理部件106的相对运动方向。
参照图6的图形解释利用多个轨迹的第二个理由。假定目标物体114由互锁段部116-126组成，每个互锁段部116-126承载平行于相对运动方向506延伸的第一轨迹502和第二轨迹504。考虑第一段部116和第二段部118的序列。进一步假定第一轨迹502覆盖跨过第一段部116和第二段部118序列均匀分布的M个凸起，第二轨迹504覆盖跨过相同的第一段部116和第二段部118序列均匀分布的K个凸起，其中M和K是不同的整数，例如，M=K+1。还假定传感器112配置用于区分由第一轨迹502中的凸起导致的和由第二轨迹502中的另一凸起导致的传感到的磁场变化。最后，假定传感器112提供可以表示为逻辑高(逻辑“1”)或者逻辑低(逻辑“0”)的输出信号，并且通过传感器112下方的凸起与逻辑高(逻辑“1”)相关联，通过凹陷与逻辑低(逻辑“0”)相关联。相应地，当第一段部116和第二段部118的序列在传感器112下方通过时，第一轨迹502引起在传感器112处的第一系列的逻辑高和逻辑低。第二轨迹引起在传感器112处的第二系列的逻辑高和逻辑低。在第一系列和第二系列的单一一个中的个体的逻辑高或者个体的逻辑低并不允许确定第一段部116和第二段部118的序列的哪个部分通过传感器112下方。但是，该部分可以基于与第二系列的逻辑高或逻辑低同时发生的第一系列的逻辑高或者逻辑低的组合与第二系列的逻辑高或逻辑低同时发生的第一系列的逻辑高或者逻辑低的在先组合的协作而进行识别。如前所述，传感器112可以包括多个传感器装置，例如，每个个体轨迹一个传感器装置。
在图6的图形中，第一轨迹502具有在平行于第一物理部件104和第二物理部件106的相对运动方向506的方向上跨过第一段部116和第二段部118均匀分布的第一凸起602、第一凹陷604、第二凸起606和第二凹陷608。在图7的图形中，第二轨迹504具有第三凸起610、第三凹陷612、第四凸起614、第四凹陷616和第五凸起618和第五凹陷620。当第一段部116和第二段部118在方向506移动通过传感器112时，传感器112将产生传感器信号，该传感器信号呈现以下值：(0，0)；(0，1)；(1，1)；(1，0)；(0，1)；(0，0)；(1，0)和(1，1)，如图6中的附图标记622表示的。在这个例子中，注意到，每个特定顺序的两个逻辑值集合在第一段部116和第二段部118的通过过程中发生两次。但是，同样注意到，特定顺序的两个逻辑值集合的第一次发生比相同的特定顺序的集合的第二次发生具有不同的在前集合。例如，由第二段部118产生的传感器信号(0，1)在传感器信号(0，0)之后，由第一段部116产生的传感器信号(0，1)在传感器信号(1，0)之后。相应地，通过保持前面的传感器信号的轨迹，通过传感器112下方的第一段部116和第二段部118的特定部分可以被确定。
可以使用三个更平行的迹线，其每个具有不同数量的凸起，以为了更精确地确定在传感器112下方通过的目标物体114的相关部分。
图7示出对第一物理部件104和第二物理部件106的相对位置的编码的又另一方法。图7是用于对第一物理部件104和第二物理部件106的相对角位置的角编码的形成为环的目标物体114的第三实施例700的图形。第一物理部件104和第二物理部件106在这个例子中配置用于围绕公共轴旋转。图7的图形示出具有面对传感器112的成型表面的目标物体114的顶部表面。目标物体114由多个互锁段部形成：第一段部701、第二段部703、第三段部705、第四段部707、第五段部709、第六段部711、第七段部713和第八段部715。成型表面以从九点钟开始顺时针出现的顺序包括：第一凸起702、第一凹陷704、第二凹陷706、第三凹陷708、第二凸起710、第三凸起712、第四凸起714和第四凹陷716。第一凸起702、第二凸起710、第三凸起712、第四凸起714、第一凹陷704、第二凹陷706、第三凹陷708和第四凹陷716全部关于成型表面的参考平面进行限定。当第一凸起702、第二凸起710、第三凸起712和第四凸起714的任何一个通过传感器112时，相关的传感器信号由逻辑高(逻辑“1”)表示。当第一凹陷704、第二凹陷706、第三凹陷708和第四凹陷716的任何一个通过传感器112时，相关的传感器信号由逻辑低(逻辑“0”)表示。相应地，当目标物体114逆时针转动时，从第一凹陷704通过传感器112开始，传感器信号具有下面的循环型态：0，0，0，1，1，1，0，1。现假定传感器信号被缓冲用于在先入先出(FIFO)缓冲器(未示出)中的三个连贯值。FIFO缓冲器的内容然后具有鲜明的重复型态：(0，0，0)；(0，0，1)；(0，1，1)；(1，1，1)；(1，1，0)；(1，0，1)和(0，1，0)。注意到，三个数字的每个可能的组合在围绕圆的一整圈中仅出现一次。由于在第一段部701、第二段部703、第三段部705、第四段部707、第五段部709、第六段部711、第七段部713和第八段部715中的以所示方式分布凸起和凹陷，三个数字FIFO缓冲器的内容独特地识别目标物体114关于传感器112的相对角位置，因此识别第一物理部件104和第二物理部件106的相对运动学状态。如图7所示的凸起和凹陷的分布是所谓的De Bruijn序列的例子。通过定义，S尺寸的字符表上的级R的DeBruijn序列是周期串，其中在串中长度R的SR数量的字的每一个恰好发生一次。在图7的例子中，级R=3并且字符表{0，1}具有尺寸S=2。可以证明的是De Bruijn序列对于R和S的所有整数来说是存在的。
代替利用基于De Bruijn序列的编码方案，可以利用例如单一轨迹的葛莱码（Graycode）或者多轨迹的葛莱码。参见例如“single-track Gray code ora multi-track Gray Code.See,e.g.,"Single-track Gray codes",Hiltgen,A.P.;Paterson,K.G.;Brandestini,M;IEEE Transactions on Information Theory,Vol.42(5),Sept.1996,pages 1555-1561”。
图8和9是示出在参照图6讨论的例子之后模制的第一段部116的实施例的图形。图8是第一段部116的顶部表面的图形。图9是第一段部116的三维视图。第一段部16成形为平面圆环的扇形。第一段部16具有成型表面，该成型表面具有由凸起和凹陷的第一交替序列形成的第一轨迹502，和具有由凸起和凹陷的第二交替序列形成的第二轨迹504。为了不使得图形不清楚，凸起的仅单一的特定一个以及凹陷的单一的特定一个在各第一轨迹502和第二轨迹504中标上附图标记。附图标记802表示第一轨迹502中的特定凸起。附图标记804表示第一轨迹502中的特定凹陷。附图标记806表示第二轨迹504中的特定凸起。附图标记808表示第二轨迹504中的特定凹陷。注意到，第一段部16的左侧和右侧边缘已经成形为以使得分别形成第一接口216和第二接口218，如参照图2讨论的。还注意到，第一段部116具有在第一轨迹502中的五个凸起，以及在第二轨迹504中的六个凸起。在所示的例子中，第一段部116跨过360°/22度的扇形，以使得二十二个段部的连锁形成一个整圆，这二十二个段部全部与第一段部116相同。
图10是用作第一设备100的实施例的角编码器1000的横截面的图形。角编码器1000物理地结合滚动元件轴承1002。
图11是角编码器1000的透视图的图形。
图12是角编码器1000的平面视图的图形。
滚动元件轴承1002包括外环1004、内环1006和多个安置在内环1006和外环1004之间的滚动元件。为了不使得图形模糊，仅第一滚动元件1008和第二滚动元件1010在图10中示出。外环1004关于固定的壳体1012固定。内环1006可以自由地关于外环1004共轴旋转。目标物体114形成为另一环，该另一环与内环1006共轴地安装且关于内环1006固定。外环1004扮演图1中的第一物理物体104的角色，内环1006扮演图1中第二物理物体106的角色。角编码器1000配置用于对内环1006关于外环1008的相对转动的角度编码。
目标物体114的另一环由多个统一的互锁段部组成：第一环段部1202、第二环段部1204、第三环段部1206、第四环段部1208、第五环段部1210、第六环段部1212、第七环段部1214、第八环段部1216、第九环段部1218、第十环段部1220、第十一环段部1222、第十二环段部1224、第十三环段部1226、第十四环段部、第十五环段部1230和第十六环段部1232，其明确地示出在图12的图中。多个环段部1202-1232的每一个如上面参照图8和9讨论地实施。
多个环段部1202-1232形成为互锁，例如，通过接合环段部1202之一的第一接口与相邻的一个环段部1202-1232的第二接口。第一接口和第二接口具有空间互补形状，例如，用于燕尾接合，用于实施咬合配合。
多个互锁环段部1202-1232可以直接附连到内环1006的侧表面，例如，通过胶粘或者激光点焊接。或者，在所示例子中，多个环段部1202-1232由金属片环1014支撑，该金属片环与内环1006共轴布置并附连到内环1006。金属片环1014在操作使用中位于内环1006和多个环段部1202-1232之间。例如，金属片环1014具有上表面，该上表面背对内环1006并形成圆形通道或者凹槽，该通道或者凹槽成形用于容纳多个环段部1202-1232。多个环段部1202-1232定位在圆形通道中。多个环段部1202可以被点焊、夹钳或者胶粘到金属片环1014。金属片环1014自身然后被点焊、胶粘或者其它方式附连到内环1006。
图13是本发明的第二设备1300的方框图。在图1的第一设备100中，如前面讨论的，目标物体114包括多个互锁段部116-126，这些段部一起配置为形成用于导引位于目标物体114的外部的磁体110的磁场通量的导引装置。通量的导引依赖于第一物理部件104和第二物理部件106的相对运动学状态。在第二设备1300中，第一设备100的磁体110功能上已经与目标物体114结合。
更具体地，如参照图2、3、4、5、6、7、8和9讨论的多个互锁段部116-126的每特定的一个具有顶部表面，当该特定的段部接近传感器112时所述顶部表面面对传感器12。顶部表面部分或完全涂覆有包含磁性颗粒的涂层。涂层包括磁性颗粒和橡胶(例如，腈丁基橡胶的衍生物)的混合物，或者磁性颗粒与塑料材料例如尼龙的混合物。
例如，考虑如图2中的第一实施例200中所示的、或者在图3中的第二实施例中所示的、或者在图7中的第三实施例中所示的成型顶部表面，或者根据图8和9中所示的段部的双轨迹构型。涂层跨过整个顶部表面而施加，或者仅施加到成型顶部表面的凸起。
例如，现必须参照图14，其示出第一段部116的横截面的第一例子，该段部116的顶部表面由包含磁性颗粒的涂层部分地覆盖。比如说第一实施例200，如上面参照图2讨论的，涂层被施加以仅覆盖多个段部116-126的每一个凸起。第一凸起202被包含磁性颗粒的层1402覆盖。第二凸起204被包含磁性颗粒的层1404覆盖。第三凸起206被包含磁性颗粒的层1406覆盖。第四凸起208被包含磁性颗粒的层1408覆盖。
对于另一例子，现在必须参照图15，其示出第一段部116的横截面的第二例子，该段部116的顶部表面被包含磁性颗粒的涂层完全覆盖。比如说第二实施例300，如上方参照图3讨论的，涂层包括覆盖第一凸起202、第二凸起204、第三凸起206和第四凸起208以及第一凹陷210、第二凹陷212和第三凹陷214的层1502。这样，当目标物体114移动通过传感器112时，层1502和传感器112之间的最小距离会周期性变化，从而使得能够对第一物理物体104和第二物理物体106的相对运动学状态编码。
对于又另一例子，必须参照图16，其示出第一段部116的横截面的第三例子，该段部116的顶部表面被包含磁性颗粒的涂层部分地覆盖。第一段部116的面对传感器112的顶部表面是平坦的，也就是，没有形成为具有不断变化的高度。顶部表面现适于覆盖有包含磁性颗粒的涂层的多个区域的方案。这些区域与没有涂层的其它区域彼此分隔开。例如，第一区域1602具有包含磁性颗粒的第一层1603。第二区域1604具有包含磁性颗粒的第二层1605。第三区域1606具有包含磁性颗粒的第三层1607。第四区域1608具有包含磁性颗粒的第四层1609。当目标物体114运动通过传感器112时，由第一层1603、第二层1605、第三层1607和第四层1609中的磁性颗粒产生的磁场的重复方案使得能够对第一物理物体104和第二物理物体106的相对运动学状态编码。
对于又另一例子，必须参照图17，其示出第一段部116的横截面的第四例子，第一段部116的顶部表面覆盖有包含磁性颗粒的涂层。该涂层包括具有磁性颗粒的层1702。层1702形成为例如Halbach阵列。如已知的，Halbach阵列是加强在阵列的一侧的磁场的强度，同时降低在阵列的另一侧的磁场强度到几何为零的特定永久磁体构型。这由旋转阵列中的一永久磁体相对于阵列中的下一永久磁体的磁场型态而产生。产生的磁场的大部分具有主要平行于第一段部116的顶部表面延伸的场力线，具有不断变化的极性。在图17的图形中，多个磁力线已经被画出以示出Halbach阵列的磁场：第一磁力线1704、第二磁力线1706、第三磁力线1708、第四磁力线1710、第五磁力线1712和第六磁力线1714。在图17的例子中，从左至右，第一磁力线1704具有逆时针方向的取向。接着，第二磁力线1706具有顺时针方向的取向。接着，第三磁力线1708具有逆时针方向的取向。接着，第四磁力线1710具有顺时针方向的取向。接着，第五磁力线1712具有逆时针方向的取向。接着，第六磁力线1714具有顺时针方向的取向。现在，考虑目标物体114由第一段部116形成，实施为具有形成为Halbach阵列的层1702，并且从第二段部118、第三段部120、第四段部122、第五段部124和第六段部126，全部具有类似于第一段部116的构型。当多个互锁段部116-126相对于传感器112运动时，在传感器112的位置处的磁场相应地变化。第一物理物体104和第二物理物体106的相对运动学状态然后就目标物体114所产生的磁场的属性进行编码。
图18示出第一段部116的第一接口216的构型和第二段部118的第二接口218的互补形状的构型的第一例子1800。
图19示出第一段部116的第一接口216的构型和第二段部118的第二接口218的互补形状的构型的第二例子1900。
图20示出第一段部116的第一接口216的构型和第二段部118的第二接口218的互补形状的构型的第三例子2000。
图21示出第一段部116的第一接口216的构型和第二段部118的第二接口218的互补形状的构型的第四例子2100。
为了清楚，图18、19、20和21仅示出从面对目标物体114时传感器112的位置观察的第一段部116的第一接口216和第二段部218的第二接口。也就是，图18、19、20和21示出第一段部116和第二段部218的部分的顶视图。配置为在本发明的操作使用中影响传感器112的位置处的磁场的第一段部116和第二段部118的部分已经省略。相对运动方向由如图1中的箭头128表示。
在图18中的第一例子1800示出在大致垂直于传感器112和目标物体114之间的最短距离的方向的平面中利用互补形状的齿用于互锁第一段部116和第二段部118的第一接口216和第二接口218的构型。在所示例子中，第一接口216具有第一齿1802，第二接口218具有第二齿1904。第一和第二接口216和218的每一个可以具有超过一个的齿。
在图19中的第二例子1900示出用于互锁第一段部116和第二段部118的第一接口216和第二接口218的构型，其中第一接口216和第二接口218形成为在一平面中留下气隙，该平面相对于相对运动方向128形成角度θ，其中0<θ<90度。
图20的第三例子2000示出用于互锁第一段部116和第二段部118的第一接口216和第二接口218的构型，其中第二接口具有凹陷2002，凹陷2002的形状与第一接口216中的延伸部2004相配。
图21的第四例子200示出第三例子2000的主题的变体，其中，在第一接口216中的延伸部2004在延伸部2004的基底2102处比在延伸部2004的顶部2104处更窄。凹陷2002与延伸部2004形状互补。当第四例子2100的延伸部2004定位在第四例子2100的凹陷2002中时，第一段部116的位置关于第二段部218固定。第一段部116和第二段部118以类似于七巧板物件的方式进行锁定。
注意到，在第一例子1800、第二例子1900、第三例子2000和第四例子2100中，形成在第一段部116和第二段部118之间的接缝，或者气隙，在当段部互锁时在第一段部116和第二段部118的平面图中的两个维度延伸。结果，气隙并不聚集在目标物体114相对于传感器112的单一特定位置，而是至少在相对运动方向展开，如箭头128所示的。气隙然后将具有对在传感器112的位置处传感到的磁场更少的影响，并且传感到的相对运动学状态的精度提高。
为完整起见，多个互锁段部116-126的连锁可以拓扑学地打开或者闭合。打开的连锁在两个末端点之间伸展。如果第一物理物体104和第二物理物体106的相对运动轨道在第一末端点和第二末端点之间伸展，则可以使用打开的连锁，并用于往复运动。闭合的连锁拓扑学上相当于一圆。闭合的连锁适合形成闭合环的一部分或者为闭合环的第一物理物体104和第二物理物体106的相对运动轨道。
Claims (13)
1.一种设备，包括具有第一物理部件(104)、第二物理部件(106)和传感器配置(108)的系统，其中：
第一物理部件和第二物理部件配置用于在设备的操作使用中相对于彼此运动；
传感器配置被配置用于传感第一物理部件和第二物理部件的相对运动学状态；
传感器配置包括磁体(110；1402，1404，1406，1408；1502；1603，1605，1607，1609；1702)和传感器(112)；
传感器是可操作的以传感在传感器的位置处的磁体的磁场的性质；
传感器关于第一物理部件固定地安装；
传感器配置包括关于第二物理部件固定安装的目标物体(114)；
所述目标物体配置用于影响依赖于相对运动学状态的所述性质的属性；
所述目标物体包括多个互锁段部(116，118，120，122，124，126)。
2.如权利要求1所述的设备，其中：
所述多个段部包括第一段部(116)和第二段部(118)；
第一段部具有第一接口(216)，第二段部具有第二接口(218)；
第一接口和第二接口配置用于互锁第一段部和第二段部；
第一接口的第一形状和第二接口的第二形状形成为空间互补；
第一接口的第一形状在第一物理部件和第二物理部件的第一相对运动方向延伸，并具有第一轮廓，该第一轮廓在大致垂直于第一方向的第二方向变化；
第二接口的第二形状在第一方向延伸并具有在第二方向变化的第二轮廓。
3.如权利要求2所述的设备，其中，第一轮廓和第二轮廓的每一个随着在第二方向的距离线性变化。
4.如权利要求1、2或者3所述的设备，其中：
所述磁体关于传感器固定地安装；
多个互锁段部的每个包括用于导引磁场的通量的各自的导引装置；
导引装置是可操作的以影响依赖于相对运动学状态的属性。
5.如权利要求4所述的设备，其中：
各导引装置形成为各段部的面对第一物理部件的各顶部表面；
各顶部表面具有在各段部上沿着运动方向变化的各轮廓。
6.如权利要求5所述的设备，其中：
各轮廓具有在运动方向彼此平行的各第一轨迹和各第二轨迹；
第一轨迹包括在运动方向交替的第一凸起和第一凹陷的第一序列，第二轨迹包括在运动方向交替的第二凸起和第二凹陷的第二序列。
7.如权利要求1、2或3所述的设备，其中：
所述多个互锁段部的每个包括面对第一物理物体的各自的顶部表面；
磁体包括具有磁性颗粒的层(1402，1404，1406，1408；1502；1603，1605，1607，1609；1702)；
所述层容纳在各顶部表面上；
所述层配置为产生在运动方向沿着各段部变化的磁场。
8.如权利要求1、2、3、4、5、6或者7所述的设备，其中：
第一物理物体包括滚动元件轴承(1002)的外环(1004)；
第二物理物体包括滚动元件轴承的内环(1006)；
所述滚动元件轴承包括多个容纳在所述内环和所述外环之间的滚动元件(1008，1010)；
所述目标物体成形为安装到滚动元件轴承并与所述内环和外环之一共轴的另一环。
9.如权利要求1、2、3、4、5、6、7或者8所述的设备，其中，所述多个互锁段部具有统一的形状。
10.一种用于如权利要求1、2、3、4、5、6、7、8或者9所述的设备的系统(102)。
11.一种用于如权利要求1、2、3、4、5、6、7、8或者9所述的设备的传感器配置(108)。
12.一种用于如权利要求1、2、3、4、5、6、7、8或者9所述的设备的目标物体(114)。
13.一种用于如权利要求1、2、3、4、5、6、7、8或者9所述的设备中的目标物体的段部(116；118；120；122；124；126)。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103487599A (zh) * | 2013-08-20 | 2014-01-01 | 中联重科股份有限公司 | 一种搅拌车监控系统、方法和搅拌车 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102013000431A1 (de) * | 2013-01-14 | 2014-07-17 | Micronas Gmbh | Schaltung und Messsystem |
| DE102013114825B4 (de) | 2013-12-23 | 2023-09-28 | Tdk-Micronas Gmbh | Vorrichtung zur Messung eines Winkels einer Drehachse |
| DE102016212105A1 (de) * | 2016-07-04 | 2018-01-04 | Continental Teves Ag & Co. Ohg | Vorrichtung und Verfahren zum Bestimmen einer Bewegung eines bewegbaren Elements mit einem magnetischen Encoder |
| CN111256570B (zh) * | 2020-01-15 | 2022-01-18 | 宝瑾测控技术（武汉）有限公司 | 一种格雷母线定位系统及方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4002937A (en) * | 1975-07-03 | 1977-01-11 | Dickey-John Corporation | Magnetic sensing device |
| GB2317705A (en) * | 1996-09-30 | 1998-04-01 | Cummins Engine Co Inc | Crankshaft rotation sensor |
| US6051969A (en) * | 1997-02-26 | 2000-04-18 | Ntn Corporation | Sensor rotor made from ring pieces having outer and inner edges with identical radiuses of curvature |
| EP1283337A2 (de) * | 2001-08-08 | 2003-02-12 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Mehrteiliges Referenzelement für eine Wellendrehwinkelmesseinrichtung |
| CN1664590A (zh) * | 2004-03-05 | 2005-09-07 | Skf公司 | 测量滚动接触轴承速度的无源传感器 |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2633274B2 (ja) * | 1987-12-28 | 1997-07-23 | 光洋精工株式会社 | 自動車のホイール用軸受ユニツト |
| US5214722A (en) * | 1989-10-16 | 1993-05-25 | The Torrington Company | Antifriction bearing assembly speed sensor |
| US5351028A (en) * | 1993-06-14 | 1994-09-27 | Honeywell Inc. | Magnetoresistive proximity sensor |
| US5614822A (en) * | 1994-01-28 | 1997-03-25 | Nsk Ltd. | Rolling bearing unit with rotational speed detection device having a tone wheel and a sensor |
| JP2000205811A (ja) * | 1999-01-08 | 2000-07-28 | Alps Electric Co Ltd | 回転型センサ |
| DE10118819A1 (de) * | 2001-04-17 | 2002-10-24 | Philips Corp Intellectual Pty | Anordnung zum Bestimmen der Position eines Bewegungsgeberelements |
| DE10118806A1 (de) * | 2001-04-17 | 2002-10-24 | Philips Corp Intellectual Pty | Anordnung zum Bestimmen der Bewegungsrichtung eines Bewegungsgeberelements |
| JP2003202224A (ja) * | 2001-12-28 | 2003-07-18 | Niles Parts Co Ltd | 回転角検出装置 |
| US8326570B2 (en) * | 2006-09-26 | 2012-12-04 | D&R Technologies, L.L.C. | Steering wheel position sensor |
| JP5450948B2 (ja) * | 2007-02-23 | 2014-03-26 | Ｎｔｎ株式会社 | 回転検出装置付き車輪用軸受 |
| EP2136213A4 (en) * | 2007-03-29 | 2014-03-26 | Ntn Toyo Bearing Co Ltd | ROTATION DETECTION ASSEMBLY AND BEARING WITH ROTATION DETECTION ASSEMBLY |
| US8203332B2 (en) * | 2008-06-24 | 2012-06-19 | Magic Technologies, Inc. | Gear tooth sensor (GTS) with magnetoresistive bridge |
| JP5333513B2 (ja) * | 2011-05-16 | 2013-11-06 | 株式会社デンソー | 回転センサ |
-
2010
- 2010-02-02 US US13/575,631 patent/US9217751B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2010-02-02 CN CN201080065853.3A patent/CN102822631B/zh not_active Expired - Fee Related
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- 2010-02-02 EP EP10703007A patent/EP2531819A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4002937A (en) * | 1975-07-03 | 1977-01-11 | Dickey-John Corporation | Magnetic sensing device |
| GB2317705A (en) * | 1996-09-30 | 1998-04-01 | Cummins Engine Co Inc | Crankshaft rotation sensor |
| US6051969A (en) * | 1997-02-26 | 2000-04-18 | Ntn Corporation | Sensor rotor made from ring pieces having outer and inner edges with identical radiuses of curvature |
| EP1283337A2 (de) * | 2001-08-08 | 2003-02-12 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Mehrteiliges Referenzelement für eine Wellendrehwinkelmesseinrichtung |
| CN1664590A (zh) * | 2004-03-05 | 2005-09-07 | Skf公司 | 测量滚动接触轴承速度的无源传感器 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103487599A (zh) * | 2013-08-20 | 2014-01-01 | 中联重科股份有限公司 | 一种搅拌车监控系统、方法和搅拌车 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2531819A1 (en) | 2012-12-12 |
| CN102822631B (zh) | 2015-03-04 |
| US20130307530A1 (en) | 2013-11-21 |
| WO2011095179A1 (en) | 2011-08-11 |
| US9217751B2 (en) | 2015-12-22 |
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