CN106255889A - 采用感应传感器和旋转轴向目标表面的旋转感测 - Google Patents

采用感应传感器和旋转轴向目标表面的旋转感测 Download PDF

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Abstract

一种旋转感测系统适用于基于涡电流感测来感测马达旋转。轴向目标表面(20)与马达转子(15)结合，并且包括一个或多个传导目标区段(21A、21B、23A、23B)。感应传感器(30)邻近轴向目标表面(20)安装，并且包括一个或多个感应感测线圈(31A、31B、33A、33B)，以使得转子旋转促使目标区段(21A、21B、23A、23B)在感测线圈(31A、31B、33A、33B)下方横向旋转。电感数字转换器(IDC)(50)驱动传感器激励电流以朝向旋转轴向目标表面(20)投射磁感测场。传感器响应由连续传感器相位周期表征，这些传感器相位周期在感测线圈与目标区段对准时的LMIN与感测线圈未对准时的LMAX之间循环。在转子旋转周期中的传感器相位周期的数量对应于目标区段(21A、21B、23A、23B)的数量。IDC(50)将来自连续传感器相位周期的传感器响应测量结果转换成旋转数据。

Description

采用感应传感器和旋转轴向目标表面的旋转感测
技术领域
本发明总体涉及用于角度、频率和方向的旋转感测，诸如用于感测马达(发电机)旋转。
背景技术
电动马达包括在静止的定子内旋转的转子。转子或定子是用永磁体形成的，并且其它部件是用载流绕组形成的。例如，步进马达通常使用具有定子绕组的磁性转子。
在转子由磁性材料形成的实施方式中，到定子绕组的马达电流驱动生成旋转磁场，该旋转磁场在定子电流的一个周期中完成一次回转，其转子角速度取决于电流驱动的频率。
马达驱动系统可以被设计用于可调节速度控制和双向马达旋转。马达控制需要用于感测马达旋转信息(诸如旋转频率、角度和方向)的系统。然而，用于步进马达和其它马达应用的旋转感测系统易受到来自耦合到感测系统的定子磁场的EMI(电磁干扰)的影响。
发明内容
所描述的示例包括用于通过(多个)感应传感器和旋转轴向目标表面进行旋转感测的方法和设备，诸如可适用于马达应用(诸如定位器/步进马达)。
根据一个示例，一种旋转感测方法适用于感测转子的旋转，并且可用于旋转感测系统，该旋转感测系统包括被配置用于与转子轴向旋转的轴向目标表面，并且包括至少一个传导目标区段，并且包括邻近轴向目标表面安装的感应传感器，该感应传感器包括基本上平行于轴向目标表面并且与轴向目标表面间隔开的至少一个感应感测线圈，以使得转子旋转促使目标区段在每个转子旋转周期期间在感测线圈下方横向旋转。
该方法包括驱动激励电流到感测线圈以朝向轴向目标表面投射时变磁感测场(B场)，由此随着它在感测线圈下方旋转而在目标区段中感生涡电流。响应于至少一个目标区段相对于至少一个感测线圈及其投射的B场的旋转，感应传感器生成由传感器相位周期表征的传感器响应，因此：(a)传感器相位周期在相位_周期_LMIN处开始，其中感测线圈与目标区段对准以输出与最大感生涡电流对应的最小传感器响应LMIN；(b)传感器相位周期过渡通过相位_周期_LMAX，其中感测线圈与目标区段未对准以输出与最小感生涡电流对应的最大传感器响应LMAX；以及(c)传感器相位周期在相位_周期_LMIN处的下一个传感器相位周期开始时结束；并且(d)在转子旋转周期中的传感器相位周期的数量对应于目标区段的数量。
该方法进一步包括：(a)采集与至少一个感测线圈在包括相位_周期_LMIN和相位_周期_LMAX的连续传感器相位周期中的传感器响应对应的传感器响应测量结果；以及(b)将传感器响应测量结果转换为代表与传感器响应测量结果相关的旋转轴向目标表面的旋转信息的传感器响应数据。传感器响应数据可以对应于旋转频率和旋转角度中的至少一个。
在各种所描述的示例中，轴向目标表面可以包括在轴向目标表面上均匀间隔开的多个目标区段，并且感应传感器可以包括多个感测线圈，其数量等于或小于目标区段的数量，并且相对于多个目标区段来布置，以使得：传感器相位周期被同步，并使得传感器响应被同步。多个感测线圈和多个目标区段被配置成使得在整个转子旋转周期内来自多线圈感应传感器的传感器响应基本上是正弦传感器响应信号，其在连续的传感器360°相位周期中的相位_周期_LMIN和相位_周期_LMAX之间循环。感应传感器可以包括具有以相反极性缠绕的第一感测线圈和第二感测线圈的至少一个感测线圈对，以使得在整个转子旋转周期内该对感测线圈的传感器响应基本上是正弦传感器响应信号，其作为连续的传感器360°相位周期在相位_周期_LMIN和相位_周期_LMAX之间循环。感应传感器可以包括至少一组I和Q感测线圈，其相对于至少一个目标区段布置，以使得相应的传感器I和Q相位周期偏移一IQ相偏，并且使得：对于在一个方向上的旋转，传感器I相位周期滞后于传感器Q相位周期；并且对于在另一个方向上的旋转，传感器I相位周期领先于传感器Q相位周期，由此使得能够将I和Q传感器响应测量结果转换成与旋转轴向目标表面的旋转方向信息对应的传感器响应数据。
附图说明
图1示出适用于示例性马达应用中的旋转感测系统的示例功能实施例。
图2A、图2B、图2C示出被配置用于降低对共模EMI的灵敏度的旋转感测系统的示例功能实施例。
图3A和图3B示出被配置用于方向感测的旋转感测系统的示例功能实施例。
具体实施方式
示例实施例示出了具有(多个)感应传感器和旋转轴向目标表面的旋转感测的各种特征和优点。
简言之，旋转感测系统可适用于基于涡电流感测来感测马达旋转。轴向目标表面被安装到马达转子，并且包括一个或多个传导目标区段。感应传感器邻近轴向目标表面安装，并且包括一个或多个感应感测线圈，以使得转子旋转在(多个)感测线圈下方横向旋转(多个)目标区段。电感数字转换(IDC)单元驱动传感器激励电流以朝向旋转轴向目标表面投射磁感测场(B场)。传感器响应由连续传感器相位周期表征，其在以下两项之间循环：相位_周期_LMIN，其中感测线圈与目标区段对准；以及相位_周期_LMAX，其中感测线圈未对准。在转子旋转周期中的传感器相位周期的数量对应于目标区段的数量。IDC将来自连续传感器相位周期的传感器响应测量结果转换成旋转数据/信息。在示例实施例中：(a)反向缠绕的成对感测线圈减小对共模EMI的易感度(susceptibility)；并且I和Q成对的感测线圈被相移(IQ相偏)，以使能感测旋转方向。
图1示出了旋转感测系统的示例功能实施例，其适于在示例马达应用(诸如定位器/步进马达)中使用，并且包括轴向目标表面20和感应传感器30。
马达10在功能上示出为具有壳体11、定子13和转子15，转子15被配置为用于使转子围绕转子轴旋转。对于示例步进马达应用，转子用永磁体来构造，并且定子包括定子绕组，其由马达驱动系统驱动以生成驱动转子/定子旋转的定子磁场。
旋转感测系统被结合在马达10中，并且适用于感测转子15的旋转。旋转感测的示例实施例在功能上示出于：(a)图2A和2B，包括成对感测线圈，其相反地缠绕以减小对共模EMI的易感度(susceptibility)；和(b)图3A，包括被相移以使能感测旋转方向的I和Q成对感测线圈。
该旋转感测系统包括并入用于与转子15一起旋转的轴向目标表面20，以及平行于旋转的轴向目标表面20并与旋转的轴向目标表面20间隔开的感应传感器30(非旋转)。轴向目标表面20可以包括一个或多个传导目标区段。传感器30可以包括平行于轴向目标表面20并与轴向目标表面20间隔开的一个或多个感测线圈。在各种实施例中，目标区段可以围绕轴向目标表面均匀地间隔开，并且多个感测线圈可以是：(a)成对的(以减小对共模EMI的易感度)，如在图2A、图2B、图2C、图3A和图3B的示例实施例中；和/或(b)相对于目标区段对称地布置，以增加读数/测量量值，如在图2A、图2B和图2C的示例实施例中；和/或(c)布置有IQ偏移以使得能够感测旋转方向，如在图3A和图3B中的示例实施例中。
轴向目标表面20被结合到转子10中以便与转子15一起轴向旋转。如图所示，轴向目标表面20被构造为安装到转子15的轴向载体(盘)。替代实施方式包括在转子15的对应表面上形成轴向目标表面20(包括一个或多个传导目标)，并且使用转子15的表面的现有传导元件(以使得转子表面提供轴向目标表面)。(多个)目标区段可以以各种合适的方式形成在轴向目标表面20上，诸如单独的传导元件或通过传导图案化来形成。
参考图1和在图2A、图2B和图3A中的示例实施方式，旋转感测系统包括轴向目标表面20(具有多个目标区段)、感应传感器30(具有多个感测线圈)以及电感数字转换器(IDC)50。
轴向目标表面20被配置用于与转子15一起轴向旋转，并且包括一个或多个传导目标区段。感应传感器30被安装在马达10内与轴向目标表面20相邻，并且包括基本上平行于轴向目标表面并与轴向目标表面间隔开的一个或多个感应感测线圈。转子旋转促使(多个)目标区段在每个转子旋转周期期间在(多个)感测线圈下方横向旋转。
在图2A、图2B和图3A的示例实施例中，轴向目标表面被配置为具有多个均匀间隔开的目标区段21-23，并且感应传感器30被配置为具有多个感测线圈，其是：(a)在图2A和图2B中的两个相反缠绕的成对感测线圈31A、31B和33A、33B；以及(b)在图3A中的相反缠绕和相移的I和Q成对感测线圈30I_A、30I_B和30Q_A、30Q_B。转子旋转是顺时针的，并且每个目标区段在每个转子旋转周期期间在每个感测线圈下方横向旋转。
IDC 50被耦合到(多个)感应感测线圈。在图2A和图2B中，IDC 50被配置为具有串联耦合到线圈31A、31B和33A、33B的单个通道30。在图3A中，IDC 50被配置为具有分别耦合到I和Q成对感测线圈30I_A、30I_B和30Q_A、30Q_B的双I/Q通道30I、30Q，每个被相反缠绕以布置有IQ偏移(示为示例四分之一相位周期偏移)。
IDC 50表示传感器电子装置，其被配置用于传感器激励和传感器响应采集(测量结果/读数)以及将其转换成代表旋转信息(诸如传感器读数数据样本)的传感器响应数据。IDC 50驱动AC激励电流到(多个)感测线圈以朝向旋转的轴向目标表面投射时变磁感测场(B场)。IDC 50采集与在连续传感器相位周期中的(多个)感测线圈的传感器响应对应的传感器响应测量结果。IDC 50将模拟传感器响应测量结果/读数转换成代表旋转的轴向目标表面的旋转信息(其与传感器响应测量结果/读数相关)的传感器响应数据。IDC实施方式可能要求传感器响应测量结果具有不能由(多个)感测线圈提供的最小总电感，在这种情况下(多个)感测线圈可以通过附加电感(诸如外部电感器)耦合到感应换能器。
传感器响应数据/信息可以诸如通过旋转处理单元(例如，MCU)用于处理/生成旋转信息。这种旋转信息的示例是旋转频率、角度和/或方向。
作为示例实施方式，旋转感测系统可以基于谐振感应感测来实现，其中感应传感器30和IDC 50被配置用于谐振感测。感应传感器30可以被配置有包括一个或多个串联耦合的感测线圈电感器的传感器谐振器电路，并配置有串联/并联谐振器电容器。(多个)感测线圈电感器和串联/并联谐振器电容器形成传感器谐振器储能电路(其可以被配置有单独的串联/外部电感器以向IDC 50提供最小有效电感读数)。在传感器谐振器(LC储能电路)中的损耗可以通过与(多个)感测线圈电感器串联的电阻Rs来表征，并且被称为传感器损耗。
对于传感器激励，IDC 50可以被配置为驱动传感器谐振器以维持持续(稳态)振荡的谐振状态。被驱动的谐振器感测线圈电感器投射感测B场，该感测B场在穿过投射的B场旋转的目标区段中感生出涡电流。对于具有多个串联耦合的感测线圈电感器的实施方式，IDC50驱动该多线圈传感器谐振器，以使得每个感测线圈电感器生成到旋转的轴向目标表面的被投射感测B场。
对于传感器响应采集，IDC 50可以被配置为采集对应于对(多个)旋转目标区段的传感器(谐振器)响应的测量结果/读数，如反映在传感器谐振器的谐振状态的变化中。例如，传感器谐振器响应可以基于测量表现为传感器谐振器损耗的变化的涡电流损耗，或者测量表现为谐振器频率的变化的感测线圈电感的变化(由于涡电流反向电动势的变化所导致)。在涡电流损耗的情况下，传感器谐振器损耗可以由串联电阻Rs或等效谐振器并联阻抗Rp(Rp＝(1/Rs)*(L/C))表征，其中总传感器谐振器阻抗(1/Rp)的变化(其为电感和电阻两者的函数)被测量为抵消传感器谐振器阻抗并维持传感器谐振(持续振荡)所需的负阻抗(-1/Rp)的变化。在传感器谐振器电感的情况下，由感生涡电流引起的反电动势的变化有效地改变传感器(线圈)电感，这表现为维持传感器谐振(持续振荡)所需的谐振器振荡频率的相应变化。
独立于(基于谐振感应感测或其它手段的)涡电流感测的方法，包括传感器30和IDC 50的谐振感测系统可以被配置用于基于反映为传感器损耗的变化的传导目标区段中的涡电流损耗或者改变有效传感器电感的涡电流诱发的反电动势来进行传感器响应读出。设计考虑包括针对温度效应所要求的灵敏度和容限。例如，基于传感器涡电流损耗的涡电流感测更灵敏，但是传感器电感对温度效应较不敏感。
在该示例中，传感器电感是传感器响应的方便指示(诸如在图2C和图3B中使用的LMIN和LMAX)。除非上下文清楚地表明指示电感，否则基于电感的传感器响应(且特别是LMIN和LMAX)是总体上指代传感器响应，其包括基于由感生涡电流引起的反电动势的传感器电感的变化，但是也包括由感生涡电流损耗导致的传感器损耗的变化，并且还包括基于传感器电阻和传感器电感的变化的总传感器阻抗的变化。在该示例中，传感器响应与其如何被表征、表现或测量无关。
参考图2A和图2B以及在图2C中的示例传感器响应波形，响应于目标区段相对于(多个)感测线圈和投射的(多个)B场的旋转，传感器响应由传感器相位周期表征。在图2A和图2B的示例功能实施例中，转子旋转是顺时针的，以使得：(a)例如，目标区段21在感测线圈31A下方顺时针旋转；(b)在图2A中，目标区段21与感测线圈31A(及其投射的B场)对准；并且(c)在图2B中，它们未对准。
传感器响应相位周期在相位_周期_LMIN处开始，其中感测线圈与目标区段(图2A，31A、21)对准以输出对应于最大感生涡电流(最大涡电流损耗)的最小传感器响应LMIN(图2C，35)。传感器相位周期过渡通过相位_周期_LMAX，其中感测线圈(图2B，31A)与目标区段(图2B，21)未对准以输出对应于最小感生涡电流(最小涡电流损耗)的最大传感器响应LMAX(图2C，35)。传感器相位周期在相位_周期_LMIN处的下一个传感器相位周期开始时结束。在转子旋转周期中的传感器相位周期的数量对应于目标区段的数量。
IDC 50被配置为在连续的传感器相位周期中采集对应于(多个)感测线圈的传感器响应的传感器响应测量结果，每个传感器相位周期包括在相位_周期_LMIN和相位_周期_LMAX之间的过渡。IDC 50将来自连续传感器相位周期的传感器响应测量结果转换为对应于与传感器响应测量结果相关的旋转轴向目标表面的旋转信息的传感器响应数据。
图2A和图2B(具有图2C中的示例传感器响应波形)以及图3A(具有图3B中的示例传感器响应波形)中所示的示例实施方式示出使用多个目标区段和多个感测线圈的旋转感测。多个目标区段21-23在轴向目标表面上均匀间隔开。感测线圈的数量优选地等于目标区段的数量。多个感测线圈相对于多个目标区段布置，以使得传感器相位周期被同步，从而传感器响应被同步。
具体地，多个目标区段21-23在轴向目标表面上均匀地间隔开，并且相对于(多个)感测线圈被布置，以使得在整个转子旋转周期内来自(多个)感测线圈的感应传感器的传感器响应基本上是正弦传感器响应信号，其在连续的传感器360°相位周期中的相位_周期_LMIN和相位_周期_LMIN之间循环，如在图2C(35)和图3B(35I、35Q)中的示例传感器响应波形所示。
图2A、图2B和图3A是未按比例绘制的功能说明。目标区段和感测线圈的数量、尺寸、布置和形状将取决于轴向目标表面(转子)的尺寸，并且表示设计折中(包括分辨率、灵敏度和EMI)。例如，虽然在本示例中的旋转感测仅需要单个目标和单个感测线圈(诸如在仅需要旋转计数的应用中)，但是多个目标可以被用于：(a)增加旋转分辨率/角分辨率(即在由目标区段的数量/布置确定的相位周期内分辨转子的相位角)；以及(b)对于均匀间隔开的目标区段，实现正弦型传感器响应。多个感测线圈可以用于通过来自具有同步传感器响应相位周期的多个感测线圈的附加传感器响应来增加灵敏度(读出量值)。增加目标区段的数量增加了分辨率，但是需要减小感测线圈尺寸，这减小了感测线圈电感，并且这会影响可制造性。增加感测线圈的数量(通过求平均)减少了系统机械噪声的影响，诸如由于振动和机械公差(诸如影响线圈至表面的距离)所导致的影响。因此，有利的配置可以包括最大数量的目标区段和相应数量的感测线圈，但是EMI考量可能需要具有偶数个感测线圈(相反缠绕)的配置，并且使得该数量的目标区段可以被限制为感测线圈的数量加一。
图2A、图2B、图2C示出旋转感测系统的示例功能实施例，其被配置用于降低对共模EMI的灵敏度，并且包括以相反极性缠绕的成对感测线圈31A、31B和33A、33B。图2A示出与目标区段21、22对准的成对感测线圈31A、31B，以及与目标区段23、24对准的成对感测线圈33A、33B。图2B示出了在转子旋转(顺时针)之后，成对感测线圈31A、31B与目标区段21、22未对准，并且成对感测线圈33A、33B与目标区段23、24未对准。图2C示出了在连续的正弦传感器相位周期中在LMIN和LMAX之间循环的示例波形35。
具体地，该旋转感测系统被配置有：(a)以相反极性缠绕的一个或多个成对的感测线圈；和(b)布置在轴向目标表面上的至少一个目标区段对，以使得成对感测线圈的传感器相位周期相对于目标区段对是同步的。
在图2A和图2B的示例实施方式中，多个目标区段21-23在与转子15结合的轴向目标表面上均匀地间隔开。感应传感器30包括两对感测线圈31A、31B和33A、33B(相反缠绕)。成对的感测线圈31A、31B和33A、33B相对于目标区段21-23布置，以使得成对的感测线圈的传感器相位周期是同步的(并且对于增加的读出量值是相加的)。
参考图2A，转子15已经旋转，以使得：(a)成对的感测线圈31A、31B与目标区段21、22对准；并且(b)成对的感测线圈33A、33B与目标区段23和24对准。参考图2B，转子15已经旋转(顺时针)，以使得：(a)成对的感测线圈31A、31B现在与目标区段21、22未对准；并且(b)成对的感测线圈33A、33B现在与目标区段23和24未对准。
参考图2C中的示例传感器响应波形，成对的感测线圈31A、31B和33A、33B在整个转子旋转周期中的传感器响应是基本上正弦的传感器响应信号35，其作为连续的传感器360°相位周期在相位_周期_LMIN和相位_周期_LMAX之间循环。
图3A和图3B示出了旋转感测系统的示例功能实施例，其被配置用于方向感测(并且用于降低对共模EMI的灵敏度)。图3A示出了独立的I和Q成对感测线圈30I_A、30I_B和30Q_A、30Q_B(相反缠绕)，其被布置为具有：(a)传感器I和Q 360°相位周期的四分之一的IQ相偏；(b)分别与目标区段21、23对准的I感测线圈30I_A、30I_B；和(c)相对于目标区段22、24分别偏移IQ偏移的Q感测线圈30Q_A、30Q_B。图3B示出具有四分之一IQ相偏的示例波形35I和35Q，其在连续正弦传感器相位周期中的LMIN和LMAX之间循环，对于顺时针旋转来说35I滞后于35Q，并且对于逆时针旋转来说35I领先于35Q。
具体地，旋转感测系统被配置有相对于(多个)目标区段布置的一组或多组I和Q成对感测线圈(相反缠绕)，以使得相应的传感器I和Q相位周期偏移一IQ相偏，并且使得：(a)对于在一个方向上的旋转，传感器I相位周期滞后于传感器Q相位周期；和(b)用于在另一方向上的旋转，传感器I相位周期领先于传感器Q相位周期。
在图3A的示例实施方式中，多个目标区段21-23在转子15的轴向目标表面上均匀地间隔开。独立的I和Q成对的感测线圈30I_A、30I_B和30Q_A、30Q_B(相反缠绕)被布置为具有传感器I和Q 360°相位周期的四分之一(90°)的IQ相偏。在转子15的旋转周期中的图示点处，I感测线圈30I_A、30I_B分别与目标区段21和23对准，并且Q感测线圈30Q_A、30Q_B分别相对于目标区段22和24偏移传感器I和Q 360°相位周期的四分之一(90°)的IQ相偏。
参考图3B中的示例传感器响应波形，对于I和Q成对感测线圈30I_A、30I_B和30Q_A、30Q_B(相反缠绕)，在整个转子旋转周期中的I和Q传感器响应分别是基本上正弦的I和Q传感器响应信号35I和35Q，每个信号在连续的传感器I和Q 360°相位周期中的相位_周期_LMIN和相位_周期_LMAX之间循环，在相位上偏移传感器I和Q 360°相位周期的四分之一(90°)的IQ相偏。对于顺时针旋转，传感器响应正弦曲线35I滞后于传感器响应正弦曲线35Q。对于逆时针旋转，传感器响应正弦曲线35I领先于传感器响应正弦曲线35Q。
IDC 50将I和Q传感器响应信号转换成对应于旋转轴向目标表面的旋转方向信息的传感器响应数据。
前面描述了适用于感测转子的旋转的旋转感测系统的各个方面和技术特征。旋转感测系统包括结合到转子中的轴向目标表面、被配置用于感测转子旋转的感应传感器以及被配置为捕获代表转子旋转信息的传感器响应测量结果/读数的IDC单元。轴向目标表面被配置用于与转子一起轴向旋转，并且包括至少一个传导目标区段。感应传感器邻近轴向目标表面安装，其包括基本上平行于轴向目标表面并与轴向目标表面间隔开的至少一个感应感测线圈，以使得转子旋转促使目标区段在每个转子旋转周期中在感应线圈下方横向旋转。IDC单元被耦合到至少一个感测线圈，并且被配置为驱动激励电流到感测线圈，以朝向轴向目标表面投射时变磁感测场(B场)，由此随着其在感测线圈下方旋转而在目标区段中感生涡电流。响应于至少一个目标区段相对于至少一个感测线圈及其投射的B场的旋转，感应传感器生成由传感器相位周期表征的传感器响应，以使得：(a)该传感器相位周期在相位_周期_LMIN处开始，其中感测线圈与目标区段对准以输出对应于最大感生涡电流的最小传感器响应LMIN；(b)该传感器相位周期过渡通过相位_周期_LMAX，其中感测线圈与目标区段未对准以输出对应于最小感生涡电流的最大传感器响应；(c)该传感器相位周期在相位_周期_LMIN处的下一个传感器相位周期开始时结束；并且(d)转子旋转周期中的传感器相位周期的数量对应于目标区段的数量。IDC单元被进一步配置为：(a)在包括相位_周期_LMIN和相位_周期_LMAX的连续传感器相位周期中采集与至少一个感测线圈的传感器响应对应的传感器响应测量结果；以及(b)将传感器响应测量结果转换成代表与传感器响应测量结果相关的旋转轴向目标表面的旋转信息的传感器响应数据。旋转信息可以对应于旋转频率和旋转角度中的至少一个。
在各种实施例中，感应传感器可以包括具有以相反极性缠绕的第一感测线圈和第二感测线圈的至少一个感测线圈对，以及布置在轴向目标表面上的至少一个目标区段对，以使得成对感测线圈的传感器相位周期相对于目标区段对是同步的。轴向目标表面可以包括在轴向目标表面上均匀间隔开的多个目标区段，以使得在整个转子旋转周期中成对的感测线圈的传感器响应是作为连续的传感器360°相位周期在相位_周期_LMIN和相位_周期_LMAX之间循环的基本上正弦的传感器响应信号。
在其它实施例中，感应传感器可以包括相对于至少一个目标区段布置的至少一组I和Q感测线圈，以使得相应的传感器I和Q相位周期被偏移IQ相偏，并且使得：(a)对于在一个方向上的旋转，传感器I相位周期滞后于传感器Q相位周期；并且(b)对于在另一方向上的旋转，传感器I相位周期领先于传感器Q相位周期。IDC单元进一步被配置为将I和Q传感器响应测量结果转换成对应于旋转轴向目标表面的旋转方向信息的传感器响应数据。轴向目标表面可以包括在轴向目标表面上均匀间隔开的多个目标区段，以使得：(a)在整个转子旋转周期中的I和Q感测线圈的I和Q传感器响应基本上是正弦I和Q传感器响应信号；和(b)在连续传感器I和Q 360°相位周期中的相位_周期_LMIN和相位_周期_LMAX之间的每个周期分别在相位上偏移IQ相偏(诸如基本上是传感器I和Q 360°相位周期的四分之一)。
在权利要求的范围内，对所描述的实施例进行修改是可能的，并且其它实施例是可能的。

Claims (20)

1.一种旋转感测系统，其适用于感测转子的旋转，包括：
轴向目标表面，其被配置用于与所述转子轴向旋转，并且包括至少一个传导目标区段；
感应传感器，其邻近所述轴向目标表面安装，包括基本平行于所述轴向目标表面并且与所述轴向目标表面间隔开的至少一个感应感测线圈，以使得转子旋转促使所述目标区段在每个转子旋转周期内在所述感测线圈下方横向旋转；以及
电感数字转换单元即IDC单元，其耦合到所述至少一个感测线圈，并且被配置为驱动激励电流到所述感测线圈以朝向所述轴向目标表面投射时变磁感测场即B场，由此随着所述目标区段在所述感测线圈下方旋转而在所述目标区段中感生涡电流；
其中所述感应传感器被配置为响应于所述至少一个目标区段相对于所述至少一个感测线圈及其投射的B场的旋转而生成由传感器相位周期表征的传感器响应；
其中所述传感器相位周期在相位_周期_LMIN处开始，其中所述感测线圈与所述目标区段对准以输出与最大感生涡电流对应的最小传感器响应LMIN；
其中所述传感器相位周期过渡通过相位_周期_LMAX，其中所述感测线圈与所述目标区段未对准以输出与最小感生涡电流对应的最大传感器响应LMAX；
其中所述传感器相位周期在下一个传感器相位周期在相位_周期_LMIN处开始时结束；
其中在转子旋转周期中的传感器相位周期的数量对应于目标区段的数量；以及
其中所述IDC单元进一步被配置为：在包括相位_周期_LMIN和相位_周期_LMAX的连续传感器相位周期中采集与所述至少一个感测线圈的传感器响应对应的传感器响应测量结果；并且将所述传感器响应测量结果转换为代表与所述传感器响应测量结果相关的所述旋转轴向目标表面的旋转信息的传感器响应数据。
2.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述轴向目标表面包括在所述轴向目标表面上均匀间隔开的多个目标区段；
所述至少一个感测线圈和所述多个目标区段被配置成使得在整个转子旋转周期内来自所述感测线圈的所述感应传感器的所述传感器响应基本上是正弦传感器响应信号，所述正弦传感器响应信号在连续的传感器360°相位周期中的相位_周期_LMIN和相位_周期_LMAX之间循环；以及
所述传感器响应数据对应于旋转频率和旋转角度中的至少一个。
3.根据权利要求2所述的系统，其中：
所述感应传感器包括多个感测线圈，其数量等于或小于目标区段的数量；以及
所述多个感测线圈相对于所述多个目标区段来布置，以使得：传感器相位周期是同步的，从而传感器响应是同步的。
4.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述感应传感器包括具有以相反极性缠绕的第一感测线圈和第二感测线圈的至少一个感测线圈对；以及
至少一个目标区段对被布置在所述轴向目标表面上，以使得成对感测线圈的所述传感器相位周期相对于所述目标区段对是同步的。
5.根据权利要求4所述的系统，其中：
所述轴向目标表面包括在所述轴向目标表面上均匀间隔开的多个目标区段，以使得在整个转子旋转周期内的所述成对感测线圈的所述传感器响应基本上是正弦传感器响应信号，所述正弦传感器响应信号作为连续的传感器360°相位周期在相位_周期_LMIN和相位_周期_LMAX之间循环；以及
所述旋转信息对应于旋转频率和旋转角度中的至少一个。
6.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述转子和所述轴向目标表面能够在任一方向上旋转；
所述感应传感器包括相对于所述至少一个目标区段布置的至少一组I和Q感测线圈，以使得相应的传感器I和Q相位周期偏移IQ相偏，并且使得：对于在一个方向上的旋转，所述传感器I相位周期滞后于所述传感器Q相位周期；并且对于在另一个方向上的旋转，所述传感器I相位周期领先于所述传感器Q相位周期；以及
所述IDC单元进一步被配置成将I和Q传感器响应测量结果转换为与所述旋转轴向目标表面的旋转方向信息对应的传感器响应数据。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述轴向目标表面包括在所述轴向目标表面上均匀间隔开的多个目标区段，以使得在整个转子旋转周期内所述I和Q感测线圈的所述I和Q传感器响应基本上是正弦的I和Q传感器响应信号，并且使得在连续的传感器I和Q360°相位周期中的相位_周期_LMIN和相位_周期_LMAX之间的每一个周期在相位上分别偏移所述IQ相偏。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述IQ相偏基本上是所述传感器I和Q360°相位周期的四分之一即90°。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述转子被结合在电动马达中，并且被配置用于马达旋转。
10.一种电感数字转换电路即IDC电路，其适用于感测转子的旋转，所述IDC电路可配置用于旋转感测系统，所述旋转感测系统包括被配置用于与所述转子轴向旋转的轴向目标表面，并且包括至少一个传导目标区段，并且包括邻近所述轴向目标表面安装的感应传感器，所述感应传感器包括基本平行于所述轴向目标表面并与所述轴向目标表面间隔开的至少一个感应感测线圈，以使得转子旋转促使所述目标区段在每个转子旋转周期期间在所述感测线圈下方横向旋转，所述IDC电路耦合到所述感应感测线圈，并且所述IDC电路包括：
激励电路系统，其被配置为驱动激励电流到所述感测线圈以朝向所述轴向目标表面投射时变磁感测场即B场，由此随着所述目标区段在所述感测线圈下方旋转而在所述目标区段中感生涡电流；
其中所述感应传感器被配置为响应于所述目标区段相对于所述感测线圈及其投射的B场的旋转而生成由传感器相位周期表征的传感器响应；
其中所述传感器相位周期在相位_周期_LMIN处开始，其中所述感测线圈与所述目标区段对准以输出与最大感生涡电流对应的最小传感器响应LMIN；
其中所述传感器相位周期过渡通过相位_周期_LMAX，其中所述感测线圈与所述目标区段未对准以输出与最小感生涡电流对应的最大传感器响应LMAX；
其中所述传感器相位周期在相位_周期_LMIN处的下一个传感器相位周期开始时结束；
其中在转子旋转周期中的传感器相位周期的数量对应于目标区段的数量；以及
采集电路系统，其被配置为采集与在包括相位_周期_LMIN和相位_周期_LMAX的连续传感器相位周期中的所述至少一个感测线圈的传感器响应对应的传感器响应测量结果；以及
转换电路系统，其被配置为将所述传感器响应测量结果转换为代表与所述传感器响应测量结果相关的所述旋转轴向目标表面的旋转信息的传感器响应数据。
11.根据权利要求10所述的电路，其中：
所述轴向目标表面包括在所述轴向目标表面上均匀间隔开的多个目标区段；
所述至少一个感测线圈和所述多个目标区段被配置为使得来自在整个转子旋转周期内的所述感测线圈的所述感应传感器的所述传感器响应基本上是正弦传感器响应信号，所述正弦传感器响应信号在连续的传感器360°相位周期中的相位_周期_LMIN和相位_周期_LMAX之间循环；以及
所述传感器响应数据对应于旋转频率和旋转角度中的至少一个。
12.根据权利要求11所述的电路，其中：
所述感应传感器包括多个感测线圈，其数量等于或小于目标区段的数量；以及
所述多个感测线圈相对于所述多个目标区段来布置，以使得：传感器相位周期是同步的，从而传感器响应是同步的。
13.根据权利要求10所述的电路，其中：
所述感应传感器包括具有以相反极性缠绕的第一感测线圈和第二感测线圈的至少一个感测线圈对；以及
至少一个目标区段对被布置在所述轴向目标表面上，以使得成对感测线圈的所述传感器相位周期相对于所述目标区段对是同步的。
14.根据权利要求13所述的电路，其中：
所述轴向目标表面包括在所述轴向目标表面上均匀间隔开的多个目标区段，以使得在整个转子旋转周期内的所述成对感测线圈的所述传感器响应基本上是正弦传感器响应信号，所述正弦传感器响应信号作为连续的传感器360°相位周期在相位_周期_LMIN和相位_周期_LMAX之间循环；以及
所述旋转信息对应于旋转频率和旋转角度中的至少一个。
15.根据权利要求10所述的电路，其中所述转子和所述轴向目标表面能够在任一方向上旋转，并且所述电路进一步包括：
至少一组I和Q感测线圈，其相对于所述至少一个目标区段布置，以使得相应的传感器I和Q相位周期偏移IQ相偏，并且使得：对于在一个方向上的旋转，所述传感器I相位周期滞后于所述传感器Q相位周期；并且对于在另一个方向上的旋转，所述传感器I相位周期领先于所述传感器Q相位周期；
其中所述IDC单元进一步被配置为将I和Q传感器响应测量结果转换为与所述旋转轴向目标表面的旋转方向信息对应的传感器响应数据。
16.根据权利要求15所述的电路，其中所述轴向目标表面包括在所述轴向目标表面上均匀间隔开的多个目标区段，以使得在整个转子旋转周期内所述I和Q感测线圈的所述I和Q传感器响应基本上是正弦I和Q传感器响应信号，并且使得在连续的传感器I和Q360°相位周期中的相位_周期_LMIN和相位_周期_LMAX之间的每个周期在相位上分别偏移所述IQ相偏。
17.一种适用于感测转子的旋转并且可用于旋转感测系统的旋转感测的方法，所述旋转感测系统包括被配置用于与所述转子轴向旋转的轴向目标表面，并且包括至少一个传导目标区段，并且包括邻近所述轴向目标表面安装的感应传感器，所述感应传感器包括基本上平行于所述轴向目标表面并且与所述轴向目标表面间隔开的至少一个感应感测线圈，以使得转子旋转促使所述目标区段在每个转子旋转周期期间在所述感测线圈下方横向旋转，所述方法包括：
驱动激励电流到所述感测线圈以朝向所述轴向目标表面投射时变磁感测场即B场，由此随着所述目标区段在所述感测线圈下方旋转而在所述目标区段中感生涡电流；
响应于所述至少一个目标区段相对于所述至少一个感测线圈及其投射的B场的旋转，通过所述感应传感器生成由传感器相位周期表征的传感器响应；
其中：所述传感器相位周期在相位_周期_LMIN处开始，其中所述感测线圈与所述目标区段对准以输出与最大感生涡电流对应的最小传感器响应LMIN；所述传感器相位周期过渡通过相位_周期_LMAX，其中所述感测线圈与所述目标区段未对准以输出与最小感生涡电流对应的最大传感器响应LMAX；所述传感器相位周期在相位_周期_LMIN处的下一个传感器相位周期开始时结束；并且在转子旋转周期中的传感器相位周期的数量对应于目标区段的数量；
采集与所述至少一个感测线圈在包括相位_周期_LMIN和相位_周期_LMAX的连续传感器相位周期中的传感器响应对应的传感器响应测量结果；以及
将所述传感器响应测量结果转换为代表与所述传感器响应测量结果相关的所述旋转轴向目标表面的旋转信息的传感器响应数据。
18.根据权利要求17所述的方法，其中：
所述轴向目标表面包括在所述轴向目标表面上均匀间隔开的多个目标区段；以及
所述感应传感器包括多个感测线圈，其数量等于或小于目标区段的数量，并且相对于所述多个目标区段布置，以使得：传感器相位周期是同步的，从而传感器响应是同步的；
其中所述多个感测线圈和所述多个目标区段被配置成使得在整个转子旋转周期内来自所述多线圈感测传感器的所述传感器响应基本上是正弦传感器响应信号，所述正弦传感器响应信号在连续的传感器360°相位周期中的相位_周期_LMIN和相位_周期_LMAX之间循环；以及
其中所述传感器响应数据对应于旋转频率和旋转角度中的至少一个。
19.根据权利要求17所述的方法，其中：
所述感应传感器包括具有以相反极性缠绕的第一感测线圈和第二感测线圈的至少一个感测线圈对；
所述轴向目标表面包括在所述轴向目标表面上均匀间隔开的多个目标区段，以使得在整个转子旋转周期内的成对感测线圈的所述传感器响应基本上是正弦传感器响应信号，所述正弦传感器响应信号作为连续的传感器360°相位周期在相位_周期_LMIN和相位_周期_LMAX之间循环；以及
所述旋转信息对应于旋转频率和旋转角度中的至少一个。
20.根据权利要求17所述的方法，其中：
所述转子和所述轴向目标表面能够在任一方向上旋转；
所述感应传感器包括相对于所述至少一个目标区段布置的至少一组I和Q感测线圈，以使得相应的传感器I和Q相位周期偏移IQ相偏，并且使得：对于在一个方向上的旋转，所述传感器I相位周期滞后于所述传感器Q相位周期；并且对于在另一个方向上的旋转，所述传感器I相位周期领先于所述传感器Q相位周期；以及
所述轴向目标表面包括在所述轴向目标表面上均匀间隔开的多个目标区段，以使得在整个转子旋转周期内所述I和Q感测线圈的所述I和Q传感器响应基本上是正弦I和Q传感器响应信号，并且使得在连续的传感器I和Q360°相位周期中的相位_周期_LMIN和相位_周期_LMAX之间的每个周期在相位上分别偏移所述IQ相偏；以及
所述方法进一步包括将I和Q传感器响应测量结果转换为与所述旋转轴向目标表面的旋转方向信息对应的传感器响应数据。
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