CN109477730A - 磁位置传感器安装结构 - Google Patents

Abstract

一种用于感测铰接结构的转动关节的位置的位置感测装置。该位置感测装置包括盘和磁传感器组件。所述盘包括：具有m个磁极对的第一磁环以及具有n个磁极对的第二磁环，其中m和n互素；以及安装结构，所述盘可通过该安装结构在制造期间安装到磁化夹具并且在工作期间安装到铰接结构，该安装结构仅允许所述盘按照单一取向安装到磁化夹具和铰接结构。磁传感器组件包括用于检测第一磁环的磁极对的第一磁传感器阵列以及用于检测第二磁环的磁极对的第二磁传感器阵列。

Description

磁位置传感器安装结构

背景技术

在涉及铰接结构的应用中，常常可取的是确定铰接结构的最远侧连杆的远端的位置。这可通过沿着铰接结构从其基部到最远侧连杆感测各个连杆相对于最后一个的位置来实现。此系列测量可与铰接结构的已知布局组合用于确定最远侧连杆的远端相对于基部的位置。旋转位置传感器用于感测连杆之间的相对旋转。线性位置传感器用于感测连杆之间的相对纵向运动。

霍尔效应磁传感器通常用于感测连杆之间的相对运动。在典型的旋转位置传感器中，围绕环布置一组交流磁极。传感器与环相互作用，并且被定位成使得随着期望感测的旋转发生，磁极移动经过传感器。例如，环可绕轴附接并且传感器可附接到壳体，轴在该壳体内旋转。随着磁极移动经过传感器，传感器检测磁极性的改变。通过对极性的改变次数计数，可感测相对于基准位置的旋转量。为了感测旋转方向，可设置两对这样的环和传感器，并且将其布置成使得一个传感器在旋转位置处检测其环的磁转变，所述旋转位置相对于另一传感器检测其环的磁转变的位置偏移。通过考虑由各个传感器检测的转变的相对定时，可感测旋转方向。

机器人领域利用铰接结构作为机器人手臂。对于机器人手臂而言准确位置感测是重要的，以便确保其末端执行器按照预期精确地操纵。位置传感器的磁环越大，越准确地感测机器人手臂的两个连杆的相对旋转。然而，在一些机器人应用中，例如在外科手术机器人领域中，可取的是位置传感器非常紧凑以配合在可用空间内并使其给手臂增加的重量最小化。

因此，需要一种改进的位置传感器，其平衡准确性和紧凑性的竞争要求。

发明内容

根据本发明的一方面，提供了一种用于感测铰接结构的转动关节的位置的位置感测装置，该位置感测装置包括：盘，其包括：具有m个磁极对的第一磁环以及具有n个磁极对的第二磁环，其中m和n互素；以及安装结构，所述盘可通过该安装结构在制造期间安装到磁化夹具，在工作期间安装到铰接结构，该安装结构仅允许所述盘按照单一取向安装到磁化夹具和铰接结构；以及磁传感器组件，其包括：用于检测第一磁环的磁极对的第一磁传感器阵列以及用于检测第二磁环的磁极对的第二磁传感器阵列。

安装结构可包括一组安装特征，其在盘上形成不对称图案。安装特征可以是通孔。安装特征可以是销。

安装结构可包括在盘中的用于与磁化夹具和铰接结构的对应特征对准的对准凹口。

第一磁环和第二磁环可为同心的。

第二磁环可在径向上与第一磁环分开预定距离。该预定距离可至少为磁极对的长度。

适当地，|m-n|>1。适当地，|m-n|>7。

第一和第二磁环可设置在盘的同一表面上或盘的相反表面上。

第一和第二磁传感器阵列中的每一个的长度可等于或小于磁极对的长度。

第一磁传感器阵列的径向范围可小于第一磁环的径向范围，并且第二磁传感器阵列的径向范围可小于第二磁环的径向范围。

第一和第二磁传感器阵列中的每一个可为直线的。第一和第二磁传感器阵列中的每一个可包括四个传感器。

盘还可包括具有h个磁极对的第三磁环，其中，m、n和h互素，并且|h-m|>1和|h-n|>1。适当地，第一、第二和第三磁环同心。

附图说明

现在参照附图通过示例描述本发明。附图中：

图1示出配备有位置感测装置的轴的一般表示；

图2示出图1的盘3的尺寸；

图3示出图1的磁环的一部分；

图4示出图1的磁传感器阵列；

图5是示出理论和实际位置传感器读数的曲线图；

图6是示出当内径向边界为限制时确定两个磁环的极对数的方法的流程图；

图7是示出当外径向边界为限制时确定两个磁环的极对数的方法的流程图；

图8是示出理论和实际组合的位置传感器读数的曲线图；以及

图9示出用于安装盘的布置；

图10示出由磁传感器阵列检测的磁场；

图11示出在单个磁极对经过磁传感器组件的同时所得的理论和实际传感器读数；

图12示出用于极对的校正功能；以及

图13示出在整个磁环经过磁传感器组件的同时所得的理论和实际传感器读数。

具体实施方式

以下涉及一种用于铰接结构的位置感测装置以及组装该位置感测装置的方法。通过铰接结构的各个关节的感测位置，可从所感测的关节位置和铰接结构的已知布局的组合确定铰接结构的远端的位置。在机器人手臂的示例中，机器人手臂的基部经由通过关节连接在一起的一系列连杆联接到机器人手臂的远端处的末端执行器。这些可以是转动关节或平移关节(prismatic joint)。在转动关节的情况下，感测关节的旋转。换言之，感测转动关节附接的两个轴的相对旋转。感测旋转角度和旋转方向。在平移关节的情况下，感测关节的纵向运动。换言之，感测平移关节附接的两个轴的相对运动。感测移动距离和移动方向。

图1示出用于检测轴1绕轴线2的旋转的位置感测装置的示例。位置感测装置检测轴1绕轴线2的旋转的角度和方向。位置感测装置包括磁传感器组件和盘3。盘3在图2上更详细地示出。盘3是具有外径向边界4和内径向边界5的环。环的两个边界以盘3的中心点为中心。外径向边界的半径为r_o。内径向边界的半径为r_i。盘3随正感测位置的元件快速运动。在这种情况下，盘3被刚性地安装到轴1。轴1和盘3之间不允许相对运动。盘3绕轴线2旋转。换言之，盘3和轴1绕公共轴线旋转。

两个磁环6、7设置在盘3上。磁环不可相对于彼此移动。两个磁环是同心的。两个磁环以盘的中心为中心。换言之，磁环被布置在以轴1的旋转轴线2作为其轴线的圆中。盘的中心与内磁环6的中心线9之间的径向距离为r_m。盘的中心与外磁环7的中心线10之间的径向距离为r_n。磁环6、7的中心线9、10分开径向距离s。径向距离s的最小值是预定的。适当地，径向距离s至少为极对的长度。换言之，s≥2y。

各个磁环承载限定磁极8的若干永磁体。在各个磁环的感测表面上，磁体的极性围绕环在北极和南极之间交替。内磁环6具有m个磁极对。外磁环7具有n个磁极对。在制造公差内，内磁环6上的各个磁极8的形状和尺寸相同。在制造公差内，外磁环7上各个磁极8的形状和尺寸相同。适当地，在制造公差以及内磁环的圆弧半径不同于外磁环的圆弧半径的事实内，内磁环6上的各个磁极8的形状和尺寸与外磁环7上的各个磁极8相同。图3中更详细地示出磁环的一部分。各个磁极8具有径向长度x和周向长度y。在一个示例中，y为2mm。在此示例中，极对(即，北极和相邻的南极对)具有4mm的周向长度。

磁传感器组件被安装到铰接结构以检测两个元件之间的相对旋转。磁传感器组件被刚性地附接到那些元件中的一个，使得磁传感器组件不被允许相对于该元件移动。盘3被刚性地附接到那些元件中的另一个，使得磁环6、7不被允许相对于该另一元件移动。在图1的示例的情况下，盘3被刚性地附接到轴1。磁传感器组件被刚性地附接到铰接结构的轴1相对于其旋转的部分。

磁传感器组件检测第一和第二磁环与磁传感器组件的相对旋转。磁传感器组件包括两个磁传感器阵列11、12。内磁传感器阵列11与内磁环6相邻设置并与内磁环6对准。外磁传感器阵列12与外磁环7相邻设置并与外磁环7对准。由于磁传感器组件被安装到轴1相对于其旋转的铰接结构，所以随着轴1旋转，磁环6和7转动经过磁传感器阵列11、12。各个传感器阵列能够随着它设置在其上的磁环的北极和南极之间的转变移动经过传感器阵列而检测那些转变。在示例性实现方式中，第一磁环6和第二磁环7在径向上分开至少极对的长度。增加环的分离减小了各个环对另一环的传感器造成的干扰。因此，将环分开至少极对的长度有助于内磁传感器阵列11仅检测内磁环6的转变，并且外磁传感器阵列12仅检测外磁环7的转变。

各个磁传感器阵列11、12包括一组传感器。图4示出磁传感器阵列包括四个单独的传感器13a、13b、13c、13d的示例。各个磁传感器阵列为直线的。可从图4看出，各个传感器布置在直线上。这一组传感器全部为相同的尺寸和形状并且之间具有相等的间距。各个传感器13具有宽度t和长度u，并且与下一传感器分开距离v。相邻传感器的中心分开距离z。在图4所示的磁传感器阵列具有四个单独的传感器的示例中，z与极对的长度的四分之一相同。换言之，z＝y/2。因此，在标记为1和3的传感器的中心经过相邻极之间的边界的同时，标记为2和4的传感器的中心经过相邻极的中心。外传感器(标记为1和4)的中心分开极对的长度的四分之三。在示例性实现方式中，t小于磁环的径向范围x。换言之，t<x。

由于各个传感器在直线上，而磁环为圆形，所以随着轴旋转，各个传感器的中心没有始终与磁极的中心对准。传感器的中心与磁极的中心之间的偏移随着轴旋转而变化。此可变偏移导致传感器输出中的系统误差。在另选实现方式中，磁传感器阵列11、12各自为以盘3的中心为中心的圆形配置。在这种情况下，各个磁传感器阵列的中心线的半径与其正读取的磁环的中心线的半径相同。因此，随着轴旋转，磁传感器阵列的中心线始终与其正读取的磁环的中心线对准。

传感器可以例如是霍尔效应传感器、磁簧传感器、磁阻传感器或电感传感器。

各个磁传感器阵列11、12被布置为提供表示其邻近极的相对位置的多位输出。磁环上的极的数量和相对放置被布置为使得在要测量的旋转角度范围内轴的各个位置与来自两个磁传感器阵列11、12的独特的一组输出关联。内环上的极数m和外环上的极数n不同且互素。其选择在下面进一步描述。来自传感器的输出传递到处理单元14。

可选择磁传感器阵列11、12的周向位置和盘3绕轴线2的旋转位置，以使得由磁传感器阵列11感测的内磁环6上的极之间的转变与由磁传感器阵列12感测的外磁环7上的极之间的转变发生于轴的不同旋转位置。这允许从由各个磁传感器阵列感测的转变的相对次序推断轴的旋转方向。

磁传感器阵列11、12的输出传递到处理单元14。处理单元包括可被硬编码以解释来自磁传感器阵列11、12的信号的处理器装置15，或者可以是被配置为执行以非瞬时方式存储在存储器16中的软件代码的专用处理器。处理器装置将来自传感器的信号组合以在17形成整合输出信号。

现在将描述选择内磁环6上的磁极对数m和外磁环7上的磁极对数n的方法。

m和n的选择可经受以下约束中的任一个、任何组合或全部。

1.内磁环6和外磁环7二者需要配合在盘3上。适当地，内磁传感器阵列11和外磁传感器阵列12也各自设置在盘3的占地面积内。内径向边界5在半径r_i处。为了将内磁传感器阵列11配合在盘3上而不超过内径向边界5，内磁环的中心线9与内径向边界5分开至少磁传感器组件11的径向宽度的设置在内磁环的中心线9与内径向边界5之间的部分。该部分可以是磁传感器组件的径向宽度的一半，即，w_m/2。换言之，r_m>r_i+w_m/2。如果传感器阵列在传感器组件内径向偏移，则该部分可更大。在一个示例中，r_m>r_i+(w_m+t)/2。外径向边界4在半径ro处。为了将外磁传感器阵列12配合在盘3上而不超过外径向边界4，外磁环的中心线10与外径向边界4分开至少磁传感器组件12的径向宽度的设置在外磁环的中心线10与外径向边界4之间的部分。该部分可以是磁传感器组件的径向宽度，即，w_n/2。换言之，r_n<r_o-w_n/2。如果传感器阵列在传感器组件内径向偏移，则该部分可更大。在一个示例中，r_n<r_o-(w_n+t)/2。

2.相邻传感器的中心分开极对的长度的四分之一。换言之，相邻传感器分开y/2。这确保了随着盘旋转，磁传感器阵列可检测各个极转变。

3.内磁环6的中心线与外磁环7的中心线之间的径向距离s大于预定距离。该预定距离由对杂散磁场的期望的不敏感性设定。适当地，s>2y。在这种情况下，内磁传感器阵列11正检测的内磁环6上的最近磁极总是比外磁环7上的磁极更近。类似地，外磁传感器阵列12正检测的外磁环7上的最近磁极总是比内磁环6上的磁极更近。因此，这防止了由一个磁环上的磁传感器阵列检测来自另一磁环的磁场产生的干扰。

4.各个磁传感器阵列中的传感器的最小数量b大于阈值。该阈值使得存在足够的空间采样以用于明确的位置读数。适当地，b>4。在没有检测到磁谐波的情况下四个传感器就足够了。

5.各个磁传感器的宽度t小于磁环x的径向范围。换言之，t<x。如果磁传感器阵列窄于磁环，则所检测到的转变的信噪比降低。

6.盘的内径向边界可由铰接结构约束。例如，在图1中，盘的内径向边界由轴1限制。在这种情况下，内径向边界的半径r_i必须至少与轴1的半径一样大。

7.盘的外径向边界可由铰接结构约束。例如，位置传感器可配合在铰接结构的壳体内。在这种情况下，外径向边界的半径r_o必须至少与壳体的半径一样小。

8.位置传感器被布置为检测最大旋转角度。该最大旋转角度取决于正检测其旋转的元件。对于转动关节，要检测的最大旋转角度取决于该关节在运动链中的位置。要检测的最大旋转角度可小于360°。要检测的最大旋转角度可大于360°。位置测量的精度与要检测的旋转角度成比例。要检测的旋转角度越大，所需的位置测量的精度越高。传感器读数精度由下式给出：

精度＝±2y×1/2×1/∑极对 (式1)

∑极对是盘上的所有磁环的极对数之和。当盘上存在两个磁环时，∑极对＝m+n。磁环上的极对越多，磁环越大。因此，越大的磁环导致越精确的位置测量。要检测的旋转角度越大，m和/或n越大以实现所需精度。因此，用于检测一个元件相对于另一个元件的旋转的磁环上的极对数由两个元件之间要检测的相对旋转角度约束。在转动关节的情况下，m和n的选择是要检测的转动关节的最大旋转角度所特定的。

图5是示出从图1所示形式的位置感测装置所得的理论和实际位置传感器测量的曲线图。x轴是外磁传感器阵列12的位置传感器测量，并且y轴是内磁传感器阵列11的位置传感器测量。星形线图示出精度为100％的理论测量。实线图示出示例实际读数。由于盘上的磁环的磁化中的制造变化、磁传感器阵列中的制造变化和/或磁环与磁传感器阵列之间的未对准，这些示例实际读数不同于理论读数。在图5中，实际读数与理论读数具有一致偏移，这表明实际读数中的系统误差。该偏移可能是由于对盘磁化时的误差。例如，磁环的中心可相对于盘的旋转中心略微偏移。图5还表明了读数中超出系统误差的附加误差。为了精确地检测哪一传感器读数是预期的，则图5的图中的实际读数的实线需要比理论读数的另一条线更靠近理论读数的正确线。

现在将针对盘3的内径向边界为限制的示例描述确定m和n的值的方法。例如，盘可被安装在轴上，因此，盘3的内径向边界的半径r_i必须大于轴的半径。图6示出该方法的步骤。

在步骤20，确定最小值r_m,min。这是限制内半径r_i所允许的内磁环的中心线9的最小半径。如上面的约束1中所描述的，在其最小值处，内磁环的中心线9与内径向边界5分开磁传感器组件11的径向宽度的设置在内磁环的中心线9与内径向边界5之间的部分。这是为了确保磁传感器组件11被限制在内径向边界内。在一个示例中，最小值r_m,min由下式给出：

r_m,min＝r_i+(w_m+t)/2 (式2)

在步骤21，确定内磁环的最小极对数m。磁环具有整数极对。因此，m是整数。r_m,min增加至r_m的最低值，其中

2πr_m＝m2y (式3)

其中m是整数。

在步骤22，确定最小值r_n,min。这是限制内半径r_i所允许的外磁环的中心线10的最小半径。如上面的约束3中所描述的，在其最小值处，外磁环的中心线10在径向上与内磁环的中心线9分开预定距离。该预定距离适当地足够大，以减小或最小化一个磁环的传感器读数中由另一磁环导致的干扰。

r_n，min＝r_m+s (式4)

其中r_m来自式3，s是预定距离。

在步骤23，确定外磁环的最小极对数n。磁环具有整数极对。因此，n是整数。r_n,min增加至r_n的最低值，其中

2πr_n＝n2y (式5)

其中n为整数。

在步骤24，确定在步骤21和23确定的m和n的值是否互素。如果m和n互素，则这些是提供最紧凑的盘的m,n对。在这种情况下，m被选为内磁环上的极对数，n被选为外磁环上的极对数。该方法前进至步骤25：通过将具有带m个极对的内磁环和带n个极对的外磁环的盘安装到铰接结构来构造位置感测装置。盘被刚性地附接到铰接结构的它被配置为感测其位置的元件。盘被安装为绕与它被配置为感测其位置的元件相同的轴线旋转。

如果在步骤24，确定在步骤21和23确定的m和n的值不互素，则该方法前进至步骤26。在步骤26，在步骤23确定的n的值增加1。在步骤27，确定在步骤26确定的n的新值与在步骤21确定的m的值是否互素。如果它们不互素，则该方法返回到步骤26：n的值增加1。然后，该方法返回到步骤27：确定n的新值是否与m互素。步骤26和27迭代地继续，每次迭代将n的值增加1，直至达到与m互素的n值。每次迭代由此将m和n之差增加1。

一旦找到与m互素的n值，该方法就前进到步骤28。在步骤28，在步骤21确定的m的值被设定为内磁环6的极对数的范围的下界。另外在步骤28，在步骤27确定为与m互素的n值被设定为外磁环7的极对数的范围的上界。

在步骤29，识别落在由步骤28设定的范围内的另外的互素m,n对。换言之，识别另外的m和n值，其互素并且m大于在步骤28中设定的下界并且n小于在步骤28中设定的上界。这些互素m,n对也满足任何其它约束，例如使得外磁环与内磁环至少分开预定最小距离值。

在例示性示例中，在步骤21和23初始确定的m和n值为m＝30和n＝35。这些不互素。在步骤26迭代n得到m,n对，m＝30和n＝37。在步骤29，识别出以下另外的互素对：m＝31,n＝36；m＝31,n＝37；m＝32,n＝37。

在步骤30，选择互素m,n对之一。该m,n对可以是在步骤21中确定的m值与在步骤27中确定为与该m值互素的n值，或者另选地，该m,n对可在步骤29确定。所选择的m,n对取决于实现方式。

在一个示例中，在步骤30选择m的值最大的互素m,n对。在上面所提供的示例中，将选择m＝32,n＝37。可从式1看出，选择m的值最大的m,n对使所得传感器的精度最大化。

在另一示例中，在步骤30选择n的值最小的互素m,n对。在上面所提供的示例中，将选择m＝31,n＝36。选择n的值最小的m,n对使盘的外半径r_o最小化，因此使传感器所占据的总空间最小化。

在另一示例中，在步骤30选择n-m的值最小的互素m,n对。选择n-m的值最小的m,n对使盘的径向宽度最小化，因此提供了最紧凑的传感器。在上面所提供的示例中，两个m,n对具有最小的n-m值：m＝31,n＝36；以及m＝32,n＝37.

在步骤30选择的m,n对可根据要感测的最大旋转角度来选择。如上所述，最大旋转角度指定所需最小精度，该所需最小精度继而指定了磁环上的极对数的所需最小和。这是提供紧凑传感器的竞争约束。为了平衡这些竞争要求，可在步骤30选择和超过磁环上的极对数的所需最小和的最小互素m,n对。

在特定实现方式中可应用这些标准的任一个或组合。例如，可选择n-m的值最小的互素m,n对。在n-m的值最小的互素m,n对不止一个的情况下，可选择其中具有最大m的一个。因此，在上面的示例中，将选择m＝32,n＝37。

一旦在步骤30选择互素m,n对，所选择的m,n对的m被选为内磁环上的极对数，并且所选择的m,n对的n被选为外磁环上的极对数。然后，该方法前进到步骤25：通过如前所述将具有带m个极对的内磁环和带n个极对的外磁环的盘安装到铰接结构来组装位置感测装置。

现在将针对盘3的外径向边界为限制的示例描述确定m和n的值的方法。例如，盘可被安装在壳体内，因此盘3的外径向边界的半径r_o必须小于壳体到盘的中心点的最近距离。图7示出该方法的步骤。

在步骤40，确定最大值r_n,max。这是限制外半径r_o所允许的外磁环的中心线10的最大半径。如上面的约束1中所描述的，在其最大值处，外磁环的中心线10与外径向边界4分开磁传感器组件12的径向宽度的设置在外磁环的中心线10与外径向边界4之间的部分。这是为了确保磁传感器组件12被限制在外径向边界内。在一个示例中，最大值r_n,max由下式给出：

r_n，max＝r_o-(w_n+t)/2 (式6)

在步骤41，确定外磁环的最大极对数n。磁环具有整数极对。因此，n是整数。r_n,max减小至r_n的最高值，其中

2πr_n＝n2y (式7)

其中n是整数。

在步骤42，确定最大值r_m,max。这是限制外半径r_o所允许的内磁环的中心线9的最大半径。如上面的约束3中所描述的，在其最小值处，内磁环的中心线9在径向上与外磁环的中心线10分开预定距离。该预定距离适当地足够大，以减小或最小化一个磁环的传感器读数中由另一磁环导致的干扰。

r_m，max＝r_n-s (式8)

其中r_n来自式7，并且s是预定距离。

在步骤43，确定内磁环的最大极对数m。磁环具有整数极对。因此，m是整数。r_m,max减小至r_m的最高值，其中

2πr_m＝m2y (式9)

其中m是整数。

在步骤44，确定在步骤41和43确定的m和n的值是否互素。如果m和n互素，则这些是提供最紧凑的盘的m,n对。在这种情况下，m被选为内磁环上的极对数，n被选为外磁环上的极对数。该方法前进至步骤45：通过将具有带m个极对的内磁环和带n个极对的外磁环的盘安装到铰接结构来构造位置感测装置。盘被刚性地附接到铰接结构的它被配置为感测其位置的元件。盘被安装为绕与它被配置为感测其位置的元件相同的轴线旋转。

如果在步骤44，确定在步骤41和43确定的m和n的值不互素，则该方法前进到步骤46。在步骤46，在步骤43确定的m的值减小1。在步骤47，确定在步骤46确定的m的新值与在步骤41确定的n的值是否互素。如果它们不互素，则该方法返回到步骤46：m的值减小1。然后，该方法返回到步骤47：确定m的新值是否与n互素。步骤46和47迭代地继续，每次迭代将m的值减小1，直至达到与n互素的m值。每次迭代由此将m和n之差增加1。

一旦找到与n互素的m值，该方法就前进到步骤48。在步骤48，在步骤41确定的n的值被设定为外磁环7的极对数的范围的上界。另外在步骤48，在步骤47确定为与n互素的m值被设定为内磁环6的极对数的范围的下界。

在步骤49，识别落在由步骤48设定的范围内的另外的互素m,n对。换言之，识别另外的m和n值，其互素并且m大于在步骤48中设定的下界并且n小于在步骤48中设定的上界。这些互素m,n对也满足任何其它约束，例如使得外磁环与内磁环分开至少预定距离。

在步骤50，选择互素m,n对之一。该m,n对可以是在步骤41中确定的n值与在步骤47中确定为与该m值互素的m值，或者另选地，该m,n对可在步骤49确定。所选择的m,n对取决于实现方式。

在一个示例中，在步骤40选择m的值最大的互素m,n对。可从式1看出，选择m的值最大的m,n对使所得传感器的精度最大化。

在另一示例中，在步骤50选择n-m的值最小的互素m,n对。选择n-m的值最小的m,n对使盘的径向宽度最小化，因此提供了最紧凑的传感器。

在步骤50选择的m,n对可根据要感测的最大旋转角度来选择。可在步骤50选择和超过磁环上的极对数的所需最小和的最小互素m,n对。

在特定实现方式中可应用这些标准的任一个或组合。例如，可选择n-m的值最小的互素m,n对。在n-m的值最小的互素m,n对不止一个的情况下，可选择其中具有最大m的一个。

一旦在步骤50选择互素m,n对，所选择的m,n对的m被选为内磁环上的极对数，并且所选择的m,n对的n被选为外磁环上的极对数。然后，该方法前进到步骤45：通过如前所述将具有带m个极对的内磁环和带n个极对的外磁环的盘安装到铰接结构来组装位置感测装置。

将理解，图6和图7的流程图表示在盘的内径向边界或外径向边界为限制的情况下确定内磁环和外磁环上的极数的示例性方法。未必需要所描述的所有步骤以确定极数。例如，在图6的步骤21和23确定的最小极数m和n可在不实际确定最小半径r_m,min和r_n,min的情况下确定。类似地，在图7的步骤41和43确定的最大极数m和n可在不实际确定最大半径r_m,max和r_n,max的情况下确定。

由传感器检测的旋转角度可如下从来自内磁环和外磁环的传感器读数确定。所检测的旋转角度等于外磁环的完整转数加外磁环的当前传感器读数。图8是示出从图1所示形式的位置感测装置得到的理论和实际传感器测量的曲线图。x轴是外磁传感器阵列12的位置传感器测量。y轴是组合的传感器读数，((外传感器阵列读数×n)-(内传感器阵列读数×m))。星形线图示出100％精度的理论测量。实线图示出示例实际读数。星形线图是一系列直线。各条直线表示外磁环的具体转数和内磁环的具体转数。因此，确定由传感器检测的旋转角度的一个方法是确定：

X＝(外传感器阵列读数×n)-(内传感器阵列读数×m) (式10)

并将X与查找表进行比较，该查找表将X映射到外环的转数。则旋转角度为：

旋转角度＝外环转数+当前外传感器阵列读数 (式11)

另选地，可相对于内传感器阵列读数按照类似方式确定旋转角度。

在图1和图2所示的示例中，磁环6和7二者被设置在盘3的同一表面上。然而，磁环6和7可被设置在盘3的相反表面上。在这种情况下，磁传感器阵列被安装在盘3的相反表面上方。内磁传感器阵列被安装在内磁环上方以检测该内磁环上的极转变。外磁传感器阵列被安装在外磁传感器阵列上方以检测该外磁环上的极转变。在这种情况下，内磁环和外磁环的中心线9和10之间的最小径向间距s小于磁环在盘的同一表面上的情况。这是因为由极在盘的相反表面上暴露于磁传感器阵列的磁环对磁传感器阵列造成的干扰小于由在盘的同一侧离开与磁传感器阵列相同的距离的磁环造成的干扰。因此，内磁环和外磁环的中心线之间的径向距离可小于极对的长度2y。

在图1和图2所示的示例中，内磁环6和外磁环7在同一盘3上。另选地，内磁环和外磁环可被设置在不同的盘上。那些不同的盘具有相同的旋转轴线，其与要检测旋转的元件相同。然而，那些不同的盘沿着旋转轴线分开。例如，当测量转动关节的旋转时，盘可被安装在关节的相反侧。这出于包装/紧凑原因可能是可取的。在此示例中，内磁环和外磁环上的极对数m和n将如本文所述确定。然而，由于内磁环和外磁环在轴向上分开，所以由一个磁环对另一磁环的感测造成的干扰可忽略不计，因此没有磁环径向上分开的约束。

本文所描述的设备和方法可用于检测一个元件相对于另一元件的小于完整一转。本文所描述的设备和方法也可用于检测一个元件相对于另一元件的大于完整一转。

在示例实现方式中，电机驱动齿轮箱，齿轮箱驱动铰接结构的元件。一个磁环被刚性地附接到电机的电机轴输出。另一磁环被刚性地附接到齿轮箱的驱动轴输出。因此，两个磁环在轴向上分开。电机轴和驱动轴的旋转轴线相同。两个磁环均以该旋转轴线为中心。适当地，具有m个极的内磁环被附接到电机轴，具有n个极的外磁环被附接到驱动轴。n>m。如果使用分数传动比，则可区分驱动轴的超过一转。例如，对于13:4的传动比，可区分驱动轴的最多四转。这在机器人实现方式中有用，因为其使得在设置期间能够确定驱动轴的位置，而不必在一个方向完全旋转驱动轴，然后在另一方向完全旋转驱动轴。

在m小于阈值的布置中，内磁环的磁传感器阵列11被实现为同轴圆形阵列，而非线性阵列。阈值是使得线性磁传感器阵列充分地不与内磁环的中心线的弧相交以提供可用读数的最大极数m。

在一个实现方式中，m＝l。在这种情况下，内磁环上仅存在一个极对。该极对以盘3的中心为中心。该极对在盘的旋转轴线上。该极对未与外磁环上的任何极对对准。这使得能够检测旋转方向。使用m＝l使得能够使用非常紧凑的传感器，然而其精度较低(参见式1)。

如上所述，所选择的m,n对互素。在所有情况下，n-m>1。在内磁环6和外磁环7在盘3的同一表面上的情况下，n-m≥7。这是因为内磁环和外磁环的中心线之间的径向距离s大于或等于极对的长度以避免干扰。各个磁环上的极对数为整数。因此，两个磁环上的极对数之间的最小差是大于2π(即，7)的第一整数。在一个示例中，n-m≥8。例如，n＝41，m＝33。在另一示例中，n-m≥10。例如，n＝47，m＝37。

上述设备和方法涉及感测两个磁环6、7的旋转。相同的方法可适于感测三个或更多个磁环的旋转。所有磁环为同轴的。其可全部设置在同一盘或者沿其旋转轴线轴向上分开的多个盘上。式1表明，感测的位置的精度随着磁环上的极对之和增加而增加。因此，通过利用更多的磁环，测量更精确的位置。各个磁环上的极对数与所有其它磁环上的极对数互素。因此，在存在具有m、n和h个极对的三个磁环的情况下，m、n和h全部互素。各个磁环适当地与相邻磁环径向上分开至少预定距离。在磁环全部在盘的同一表面上的情况下，各个磁环优选与相邻磁环分开至少极对的长度2y。

在图6的情况下，对于具有不止两个磁环的位置传感器，将如步骤21和23中那样安排确定最小值m和最小值n。如果存在第三磁环，则将按照通过步骤22和23确定n的相同方式确定最小值h，但是这次具有n个极对的环与具有h个极对的环之间为最小径向分隔。类似地，如果存在另外的磁环，则按照对应方式针对各个另外的磁环重复步骤22和23。只有在步骤24中所有极对数互素的情况下，方法才前进至步骤25。否则，针对各个另外的环执行方法步骤26和27，直至确定各个环的互素极对数的集合。在步骤28将最小磁环的极对数设定为该磁环的下界。在步骤28将最大磁环的极对数设定为该磁环的上界。此外，在步骤29为所有磁环确定互素极对数，从而确保相邻环之间的分隔至少是最小径向分隔。在步骤30根据上述方法选择极对组合。通过将盘安装到铰接结构来构造位置感测装置，其具有一组磁环，在各个环上具有在步骤30选择的极对数。

在图7的情况下，对于具有不止两个磁环的位置传感器，将如步骤41和43中那样安排确定最大值n和最大值m。如果存在第三磁环，则将按照通过步骤42和43确定m的相同方式确定最大值h，但是这次具有m个极对的环与具有h个极对的环之间为最小径向分隔。类似地，如果存在另外的磁环，则按照对应方式针对各个另外的磁环重复步骤42和43。只有在步骤44中所有极对数互素的情况下，方法才前进至步骤45。否则，针对各个另外的环执行方法步骤46和47，直至确定各个环的互素极对数的集合。在步骤48将最小磁环的极对数设定为该磁环的下界。在步骤48将最大磁环的极对数设定为该磁环的上界。此外，在步骤49为所有磁环确定互素极对数，从而确保相邻环之间的分隔至少是最小径向分隔s。在步骤50根据上述方法选择极对组合。通过将盘安装到铰接结构来组装位置感测装置，其具有一组磁环，在各个环上具有在步骤50选择的极对数。

本文所描述的位置传感器能够绝对确定两个对象的相对旋转位置。换言之，可从传感器的输出直接确定位置，而不会例如由于相对旋转位置处于参考配置中而需要累计运动。

参照图1和图2描述的设备和方法涉及测量两个元件的相对旋转。然而，相同的原理适用于测量两个元件的相对线性运动。在这种情况下，不是将磁性阵列作为磁极对的环布置，而是将它们布置成磁极对的线性轨道。使用两个或更多个线性轨道。轨道具有互素磁极对数。各个轨道平行于正感测其位置的元件的线性运动延伸。各个线性磁传感器阵列安装在各个磁轨道上方，使得随着元件移动，线性磁传感器阵列检测线性磁传感器阵列的极转变。例如，对于在壳体内线性移动的元件，磁传感器阵列可被安装到元件，并且磁轨道被固定到壳体。

在制造时，盘3被磁化以使得磁环6、7具有上述布局。磁化头按照与图1的磁传感器阵列11、12相同的方式安装在盘上方以将盘磁化。磁性背板被定位在盘的与磁化头安装在其上方的表面相反的表面上。盘旋转，从而将磁环的各个极对磁化。

极被定位在盘上的精度受到制造误差限制。那些误差包括径向定位误差和角间距误差。在盘被安装到铰接结构时当磁环的中心与盘的旋转轴线之间存在偏移时发生径向定位误差。当安装时，各个磁环的中心线将不在距旋转轴线恒定半径处。当在位置传感器中使用时，各个磁环的中心线距旋转轴线的半径围绕其圆周变化，因此对于磁环的不同极对是不同的。如果磁化头的预期和实际径向位置之间存在偏移，则也发生径向定位误差。在这种情况下，由磁化头感应的磁环距盘的中心具有恒定半径，但不是预期半径。因此，整数个极对无法围绕磁环的圆周配合，这导致磁环的一个或更多个极对的长度不均匀。

各个磁环的极对预期具有恒定周向长度2y。当极的周向长度围绕磁环不均匀时，发生角间距误差。如果在磁化期间盘没有在磁化头下方均匀旋转，则可能发生这种误差。如果极不具有均匀的长度，则所感测的位置将不精确。

径向定位误差和角间距误差导致不规则且不与旋转轴线同心的极图案。所需位置测量的精度取决于其用途。在机器人，特别是外科手术机器人领域，位置测量需要高度精确。机器人手臂的所有关节的位置测量与机器人手臂的已知布局组合使用，以确定末端执行器的位置。需要高精度地知道末端执行器的位置，以便控制它执行需要精细控制的手术，例如缝合患者体内的组织。位置测量可能需要具有±25μm的精度，其中精度由式1确定。如先前所讨论的，所需精度随需要能够检测的旋转角度而变化。需要能够检测的旋转角度越大，所需精度越大。

盘3的所有磁环在同一磁化夹具上同时磁化。磁化夹具具有与盘上要磁化的磁环一样多的磁化头。各个磁化头感生一个磁环的磁极对图案。在示例性实现方式中，两个磁环上的极的放置之间的差异精确到±2y×1/2×1/∑极对内。通过使用相同的设置同时磁化所有磁环，横跨所有磁环一致地施加任何径向定位误差。类似地，由于盘未以均匀速率旋转而引起的任何角间距误差将横跨所有磁环一致地施加。这些系统误差同等地影响所有磁环的极对，因此引入到两个磁环上的极的放置之间的差异的误差将小于单独地引入两个环中的误差之和。因此，当两个环被一起磁化时为了实现期望的精度磁化中所需的公差显著小于(几乎一半)环被单独地磁化时所需的公差。系统误差可在位置测量中检测并补偿。例如，参照图5，实线图的实际数据中的一部分误差是系统误差，这可从实线相对于理论数据线一致地偏移看出。该偏移可能是由于上述类型的磁化误差。可确定并去除此恒定偏移，以生成更精确的结果。

当盘被安装到磁化夹具时，磁化夹具的磁化头可被定位在距盘的旋转中心相同的半径线上。这确保了在磁化期间由盘的不均匀旋转引入的任何误差沿着相同径向线施加到所有磁环。当盘被安装到铰接结构时，位置感测装置的磁传感器阵列被定位在距盘的旋转中心相同的径向线上。在磁化期间，磁传感器阵列相对于磁化头所在的盘位于相同的位置和取向。

磁传感器阵列中的传感器可为整体的。通过在同一工艺中形成传感器，任何误差在传感器之间一致，因此当评估传感器读数以生成位置测量时更容易被识别为系统误差。

盘的磁环上的极对数的值m、n、h等可被选为在其它约束内尽可能大。这增加了后续测量的精度，因此减小了由制造工艺引入的同心度和位置误差。

盘按照它被安装到磁化夹具的相同配置来安装到铰接结构。换言之，盘按照它被安装到磁化夹具的相同位置和取向来安装到铰接结构。适当地，仅存在盘可安装到磁化夹具和铰接结构的单一取向。盘包括辅助用户将盘按照它被安装到磁化夹具的相同配置安装到铰接结构的安装结构。

图9示出示例性安装结构。该安装结构包括一组通孔60a、60b、60c、60d。这些通孔在盘上形成不对称图案。这些通孔使得盘能够被安装到磁化夹具和铰接结构上的互补特征。那些互补特征按照与盘上的通孔的不对称图案相同的不对称图案布置。例如，盘可按照与盘上的通孔的图案相同的布置安装到从磁化夹具/铰接结构突出的销。在此示例中，通过将盘抵靠磁化夹具/铰接结构保持的保持机构来将盘固定到磁化夹具/铰接结构。例如，销可以是螺纹销，并且螺纹螺母可螺纹连接到螺纹销上以将盘保持到磁化夹具/铰接结构。在另一示例中，磁化夹具/铰接结构可具有与盘上的通孔的图案相同的不对称图案的螺纹凹槽。可通过将盘穿过通孔螺纹连接到磁化夹具/铰接结构螺纹凹槽中来将盘保持到磁化夹具/铰接结构。

图9示出通孔作为安装结构的安装特征。然而，其它类型的安装特征也将是适合的，只要在磁化夹具/铰接结构上按照相同的不对称图案设置互补特征，并且只要盘可通过安装特征和互补特征被固定到磁化夹具/铰接结构即可。例如，盘上的安装特征可以是销，并且磁化夹具/铰接结构具有互补特征。

因此，使用图9所示的偏移安装特征图案使得盘仅能够按照单一取向被安装到互补磁化夹具/铰接结构。

图9还示出另一示例性安装结构。该安装结构包括一个或更多个对准凹口61。当安装在磁化夹具或铰接结构上时，对准凹口61与磁化夹具/铰接结构上的互补特征对准。这确保了盘在安装到磁化夹具和铰接结构二者时处于相同的取向。图9示出了对准凹口，但是盘特征上的任何类型的标记将是合适的，只要对应标记设置在磁化夹具/铰接结构上以使盘的标记对准即可。

在制造期间一旦将盘磁化，就可精确地测量和记录极位置。可记录各个极的长度或者各个极长度相对于预期长度的误差。可记录盘的旋转轴线与极之间的径向距离。这些测量可被记录在处理单元14中。极位置的此特性可随后在位置传感器使用时使用，以便补偿在制造期间引入的误差。通过使用确保盘按照它被安装到磁化夹具的相同取向安装到铰接结构的安装结构，处理单元能够将来自传感器阵列的传感器的感测数据映射到所记录的磁环的特性数据，并且校正已知制造误差，从而得到更精确的位置测量。

另选地或另外地，可校准位置感测装置。校准处理涉及生成校正函数，该校正函数随后被应用于位置读数以便生成更精确的校正的位置读数。

图10示出随着磁环相对于磁传感器阵列转动由磁传感器阵列检测的磁场。70表示曲线图的示出从第一磁极对检测的磁场的部分，71表示曲线图的示出从第二磁极对检测的磁场的部分。各个传感器可相对于磁极对位于标记为1、2、3和4的位置。换言之，如先前所述，传感器的中心分开极对的长度的四分之一。外传感器(标记为1和4)的中心分开极对的长度的四分之三。理论上，随着磁环移动经过磁传感器阵列，磁场正弦地变化，正弦波的一个周期表示一个极对。然而，磁环的制造中的缺陷以及磁传感器组件与磁环的对准导致磁场偏离完美正弦波。

图11示出在单个磁极对经过磁传感器组件时得到的理论传感器读数。该理论传感器读数为多位，由图11中的线72表示。图11还示出在单个磁极对经过磁传感器组件时得到的实际传感器读数。实际传感器读数为多位，由图11中的曲线73表示。

现在将描述旨在针对图11所示的误差校正测量的传感器位置读数的校准处理。单独地对盘的各个磁环应用该处理。

首先，针对磁环的各个极对由磁传感器阵列得到位置读数73。该位置读数下面称为该极对的校准极对位置读数。对于各个极对，将校准极对位置读数73与模型极对位置读数72进行比较，以便生成用于该极对的极对校正函数。可从图11看出，校准极对位置读数73的曲线围绕模型极对位置读数72的直线振荡。校准极对位置读数73的曲线可围绕模型极对位置读数72的直线周期性地振荡。对于各个极对，可通过将曲线拟合到校准极对位置读数73，然后从拟合的曲线减去模型极对位置读数的直线来生成极对校正函数。该曲线可使用最小二乘法来拟合。另选地，该曲线可使用本领域已知的任何其它方法来拟合。拟合的曲线可由周期性振荡函数描述。例如，拟合的曲线可以是正弦函数。图12示出极对的校正函数，其是振幅为A的正弦波。换言之，Asinθ，其中θ是极对正弦波内的角度。尽管图12仅示出第一谐波Asinθ，极对的校正函数中可包括更高的谐波。

然后对磁环的极对的极对校正函数取平均以生成磁环的平均极对校正函数。如果各个极对的校正函数由正弦波表示，则平均极对校正函数由下式给出：

其中m是磁环上的极对数。

适当地，将该校正函数存储在处理单元14中。随后，当位置传感器进行位置测量时，使用平均极对校正函数来校正位置测量。位置测量包括多个极对位置读数。从位置测量的各个极对位置读数减去平均极对校正函数，从而生成校正的位置测量。

从磁环的各个极对位置读数减去平均极对校正函数不如利用各个单独的极对的误差精确。然而，每磁环仅存储一个平均极对校正函数降低了校正所需的存储器使用。另外，减去平均极对校正函数在算法上不如使用单独的极对误差复杂，因此降低了校正所需的处理能力。

图13示出在整个磁环经过磁传感器组件时得到的理论传感器读数。这些理论传感器读数为多位，由图13的线74表示。图13还示出在整个磁环经过磁传感器组件时得到的实际传感器读数。这些实际传感器读数为多位，由图13中的曲线75表示。曲线76表示已如关于图10至图12所述校正了极对误差的实际传感器读数。图13示出实际传感器读数中的另一误差。该误差与直线74所表示的理论传感器读数相比近似为正弦波误差。

现在将描述旨在针对图13所示的另一误差校正测量的传感器位置读数的校准处理。单独地对盘的各个磁环应用该处理。

首先，针对磁环的各个极对由磁传感器阵列得到位置读数73。如上，该位置读数被称为该极对的校准极对位置读数。对于各个极对，如上所述将校准极对位置读数73与模型极对位置读数72进行比较，以便生成用于该极对的极对校正函数。对于各个极对，然后通过从该极对的校准极对位置读数减去极对校正函数来生成校正的校准极对位置读数。在图13的示例中，取向76表示磁环的所有极对的校正的校准极对位置读数。

然后，通过将磁环上的所有极对的校正的校准极对位置读数与模型转动位置读数进行比较来生成转动校正函数。可从图13看出，校正的校准极对位置读数76的曲线围绕模型转动位置读数74的直线振荡。校正的校准极对位置读数76的曲线可围绕模型转动位置读数74的直线周期性地振荡。可通过将曲线拟合到校正的校准极对位置读数76，然后从拟合的曲线减去模型转动位置读数74的直线来生成转动校正函数。该曲线可使用最小二乘法来拟合。另选地，该曲线可使用本领域已知的任何其它方法来拟合。拟合的曲线可由周期性振荡函数描述。例如，拟合的曲线可以是正弦函数。正弦函数可以是振幅为B的正弦波，即，其中是转动正弦波内的角度。尽管在此示例中，拟合的曲线仅是第一谐波也可包括更高谐波。

可将转动校正函数存储在处理单元14中。随后，当位置传感器进行位置测量时，使用转动校正函数通过从位置读数减去转动校正函数来校正位置测量。

可在位置测量上实现所描述的校准机制二者，以使得使用平均极对校正函数和转动校正函数二者校正位置测量。另选地，可仅实现校准机制之一。该单个校准机制可以是平均极对校正机制或转动校正机制。

一旦磁性盘被安装到转动关节或者铰接结构中正感测其相对旋转的其它元件，就可实现校准机制。通过在此阶段实现校准，可检测并补偿在位置传感器就地组装期间(例如，在将磁传感器组件在磁性盘上方对准时)引入的误差以及在制造期间引入的误差。传感器可在使用中使用上述校准机制重新校准。可在制造期间实现校准机制，并且向位置传感器供应存储在处理单元14中的并且随后在使用期间被应用于所测量的位置读数的所描述的校正函数。

在机器人，特别是外科手术机器人领域，可取的是机器人手臂尽可能小且轻。机器人手臂的各个关节上所使用的位置传感器也优选小且轻。例如，盘3可由铝制成。在该领域，在机器人手臂上原位磁化盘不切实际。由于机器人手臂的紧凑本质，没有足够的空间围绕机器人手臂应用标准磁化夹具以便磁化盘。另外，在磁化期间使用用于盘的磁性背板以便磁化盘。例如，钢用作该背板。为了原位磁化盘，盘将需要由钢或另一磁性材料制成。这将阻碍制造诸如铝的轻质材料的盘。因此，盘不原位磁化，而是采取本文所描述的措施以复制铰接结构处的磁化夹具环境，以便补偿制造期间引入的误差。

申请人在此孤立地公开了本文所描述的各个单独的特征以及两个或更多个这样的特征的任何组合，只要这些特征或组合能够根据本领域技术人员的常识基于本说明书作为整体实现，而不管这些特征或特征的组合是否解决了本文所公开的任何问题，并且不限制于权利要求的范围。申请人指出本发明的各方面可由任何这样的单独特征或特征的组合组成。根据以上描述，对于本领域技术人员将显而易见的是，可在本发明的范围内进行各种修改。

Claims (18)

1.一种用于感测铰接结构的转动关节的位置的位置感测装置，该位置感测装置包括：

盘，该盘包括：

具有m个磁极对的第一磁环以及具有n个磁极对的第二磁环，其中m和n互素，以及

安装结构，所述盘能够通过该安装结构在制造期间安装到磁化夹具并且在工作期间安装到所述铰接结构，该安装结构仅允许所述盘按照单一取向安装到所述磁化夹具和铰接结构；以及

磁传感器组件，该磁传感器组件包括：用于检测所述第一磁环的磁极对的第一磁传感器阵列以及用于检测所述第二磁环的磁极对的第二磁传感器阵列。

2.根据权利要求1所述的位置感测装置，其中，所述安装结构包括在所述盘上形成不对称图案的一组安装特征。

3.根据权利要求2所述的位置感测装置，其中，所述安装特征是通孔。

4.根据权利要求2所述的位置感测装置，其中，所述安装特征是销。

5.根据任何前述权利要求所述的位置感测装置，其中，所述安装结构包括所述盘中的对准凹口，该对准凹口用于与所述磁化夹具和铰接结构的对应特征对准。

6.根据任何前述权利要求所述的位置感测装置，其中，所述第一磁环和所述第二磁环同心。

7.根据任何前述权利要求所述的位置感测装置，其中，所述第二磁环在径向上与所述第一磁环分开预定距离。

8.根据权利要求7所述的位置感测装置，其中，所述预定距离至少为磁极对的长度。

9.根据任何前述权利要求所述的位置感测装置，其中|m-n|>1。

10.根据任何前述权利要求所述的位置感测装置，其中|m-n|>7。

11.根据任何前述权利要求所述的位置感测装置，其中，所述第一磁环和所述第二磁环被设置在所述盘的同一表面上。

12.根据权利要求1至10中的任一项所述的位置感测装置，其中，所述第一磁环和所述第二磁环被设置在所述盘的相反表面上。

13.根据任何前述权利要求所述的位置感测装置，其中，所述第一磁传感器阵列和所述第二磁传感器阵列中的每一个的长度等于或小于磁极对的长度。

14.根据任何前述权利要求所述的位置感测装置，其中，所述第一磁传感器阵列的径向范围小于所述第一磁环的径向范围，并且所述第二磁传感器阵列的径向范围小于所述第二磁环的径向范围。

15.根据任何前述权利要求所述的位置感测装置，其中，所述第一磁传感器阵列和所述第二磁传感器阵列中的每一个为直线的。

16.根据任何前述权利要求所述的位置感测装置，其中，所述第一磁传感器阵列和所述第二磁传感器阵列中的每一个包括四个传感器。

17.根据任何前述权利要求所述的位置感测装置，其中，所述盘还包括具有h个磁极对的第三磁环，其中，m、n和h互素，并且|h-m|>1并且|h-n|>1。

18.根据权利要求17所述的位置感测装置，其中，所述第一磁环、所述第二磁环和所述第三磁环同心。