CN115003987A - 使用等距隔开的磁传感器阵列的位置传感器系统 - Google Patents

使用等距隔开的磁传感器阵列的位置传感器系统 Download PDF

Info

Publication number
CN115003987A
CN115003987A CN202080095763.2A CN202080095763A CN115003987A CN 115003987 A CN115003987 A CN 115003987A CN 202080095763 A CN202080095763 A CN 202080095763A CN 115003987 A CN115003987 A CN 115003987A
Authority
CN
China
Prior art keywords
magnetic sensor
sensor array
signal
cosine
sine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202080095763.2A
Other languages
English (en)
Inventor
A·J·桑托斯
王磊
M·E·拉克洛瓦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Timken Co
Original Assignee
Timken Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Timken Co filed Critical Timken Co
Publication of CN115003987A publication Critical patent/CN115003987A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/24471—Error correction
    • G01D5/24485—Error correction using other sensors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G01D5/145—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/30—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/245—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using a variable number of pulses in a train
    • G01D5/2451—Incremental encoders
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/48—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
    • G01P3/481—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/48—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
    • G01P3/481—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
    • G01P3/487—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals delivered by rotating magnets

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

一种用于确定旋转轴的位置和/或速度的系统和方法包括：用于固定到可旋转轴的目标轮，目标轮包括多个北极/南极对，每个北极/南极对的每个极基本上是相同尺寸；和传感器组件。传感器组件包括用于感测极对以提供余弦信号和正弦信号的第一磁传感器阵列和用于感测极对以提供余弦信号和正弦信号的第二磁传感器阵列，其中，第二磁传感器阵列横向于第一磁传感器阵列设置。电子处理器被配置成接收来自第一磁传感器阵列和第二磁传感器阵列的输入，并确定轴的位置和/或速度。

Description

使用等距隔开的磁传感器阵列的位置传感器系统
相关申请
本专利申请要求于2020年2月5日提交的先前提交的共同待审的美国临时专利申请62/970、441的权益，其全部内容在此通过引用并入。
技术领域
本发明涉及位置和/或速度感测系统和方法。
背景技术
对于确定旋转或线性移动目标的绝对位置，已知各种绝对位置传感器和相关联的信号处理技术。例如，美国专利No. 8058868公开了一种这样的离轴磁传感器的示例，该传感器使用具有均匀地隔开并定尺寸的高分辨率磁极的双磁道多极磁目标。'868专利描述了如何使用高分辨率霍尔效应传感器(如Timken MPS160或MPS512传感器芯片)来检测磁极对上的局部绝对位置。'868专利还示出了如何使用具有一个或多个极对的第二磁道来生成粗糙或低分辨率的绝对位置信号，其然后可以与高分辨率霍尔效应传感器(如Timken MPS160或MPS512传感器芯片)一起使用以在更长的弧或更长的线性范围内确定精细或高分辨率的绝对位置。
发明内容
本发明考虑了对以上描述传感器布置和信号处理的改进。
本公开引入技术以有效提高输出信号的精度。减少的误差包括：(a)由于目标轮的偏离中心状况而导致的每转一次误差、(b)由于每个磁体极的周向长度上的小变化而导致的周期间误差(inter cycle error)、(c)由于每个磁体极的正弦曲线形状上的小变化而导致的周期间误差、以及(d)由于用于磁传感器阵列的传感器阵列集成电路内的正弦和余弦信号路径中的失真和噪声差异上的小变化而导致的周期间误差。
在一个实施例中，一种用于确定装置的可旋转轴的位置和/或速度的系统包括：用于固定到可旋转轴的目标轮，目标轮包括多个北极/南极对，每个北极/南极对的每个极基本上是相同尺寸；和传感器组件。传感器组件包括：第一磁传感器阵列，其用于感测极对以提供余弦信号和正弦信号；第二磁传感器阵列，其用于感测极对以提供余弦信号和正弦信号，其中，第二磁传感器阵列横向于第一磁传感器阵列设置；和电子处理器，其被配置成接收来自第一磁传感器阵列和第二磁传感器阵列的输入，并确定轴的位置和/或速度。
另一个实施例针对一种用于确定装置的可旋转轴的位置和/或速度的方法。方法包括利用第一磁传感器阵列感测包括多个北极/南极对的固定到可旋转轴的目标轮以提供余弦信号和正弦信号，以及利用用于感测极对的第二磁传感器阵列感测目标轮以提供余弦信号和正弦信号，其中，第二磁传感器阵列横向于第一磁传感器阵列设置。方法还包括对来自第一磁传感器阵列的余弦信号和正弦信号与来自第二磁传感器阵列的余弦信号和正弦信号进行求和，以及利用电子处理器从经求和的余弦信号和经求和的正弦信号确定轴的位置和/或速度。
在另一个实施例中，第二磁传感器阵列相对于第一磁传感器阵列成180机械角度。
通过考虑详细描述和附图，本发明的其它方面将变得显而易见。
附图说明
图1图示了目标轮的一个实施例的俯视图。
图2示出了针对围绕图1的目标轮延伸的磁体图案的一个实施例。
图3示出了传感器组件的俯视图。
图4示出了针对包括传感器组件的位置感测系统的一个实施例的框图。
图5图示了求和电路的示意图的一个实施例。
图6图示了针对来自磁传感器阵列的信号的三个组合图表。
图7图示了用于示出目标轮偏转(run-out)和轴偏转的图样。
图8图示了用于比较和示出误差的三个组合图表。
图9图示了针对来自磁传感器阵列的信号的三个组合图表。
图10示出了具有四个磁传感器阵列的另一个传感器组件的俯视图。
具体实施方式
在详细解释本发明的任何实施例之前，将理解本发明在其应用方面不限于以下描述中阐述的或以下附图中图示的构造的细节和部件的布置。本发明能够实现其它实施例并且能够以各种方式实践或实施。而且，将理解，本文中使用的措辞和术语是为了描述的目的，并且不应被视为限制性的。本文中“包括”、“包含”或“具有”及其变型的使用意在包含其后列出的项目及其等效体以及附加项目。除非另外指定或限制，否则用语“安装”、“连接”、“支撑”和“耦合”及其变型被宽泛地使用并且包含直接和间接的安装、连接、支撑和耦合。此外，“连接”和“耦合”不限于物理或机械连接或耦合。
如对于本领域的普通技术人员来说也应该显而易见的那样，图中所示出的系统是实际系统可能是那样的模型。如提到的那样，所描述的模块和逻辑结构中的许多能够在由微处理器或类似装置执行的软件中实现，或者能够在使用包括例如专用集成电路(“ASIC”)的各种部件的硬件中实现。如“处理单元”和“电子处理器”之类的用语可以包括或表示硬件和/或软件两者。因此，权利要求不应限于特定示例或术语或者限于任何特定硬件或软件实现或软件或硬件的组合。
图1图示了圆形形状的多极磁体目标轮20的一个实施例，其包括轮毂24，该轮毂具有用于接收可旋转轴的开口28。轮毂24包括隔开的孔口32，用于安装到轴以随其旋转。目标轮20包括围绕其整体延伸的外部多极磁环36。参考图2，多极磁环36表示北极/南极对的单个磁道(track)，并且优选地是包括二十五个磁极对或北极/南极对的磁体的单个高分辨率磁道。每个北极/南极对的每个极是相同尺寸(例如，弧长)。在其它实施例中，目标轮20的高分辨率磁道可以具有更多或更少的磁极对。也考虑具有多个磁道的其它实施例，其包括用于确定目标轮20和轴的绝对位置的第二参考磁道。
图3图示了磁位置传感器组件50的俯视图，该磁位置传感器组件包括用于接近可旋转轴和目标轮20的固定对齐的内部边缘54。磁位置传感器组件50包括外部边缘56并具有大体上马蹄形状或“C”形状的环形主体。
图3中所示出的磁位置传感器组件50包括第一磁传感器阵列60和第二磁传感器阵列66。磁传感器阵列60、66两者都感测目标轮20的极对以提供余弦信号和正弦信号。第二磁传感器阵列66横向于第一磁传感器阵列60或相对于第一磁传感器阵列60成180机械角度的角而设置，并且横跨可旋转轴(未示出)的中心轴线对齐，该中心轴线设置在传感器组件50接近其内部边缘54的开口侧内。因此，磁传感器阵列60、66旨在围绕可旋转轴的中心轴线并相对于其等距布置，并且在磁传感器阵列60、66之间绘制的线旨在与可旋转轴的中心轴线相交。磁传感器阵列60、66各自可以包括一系列感测元件，诸如霍尔效应传感器。在一个实施例中，第一磁传感器阵列60是第一霍尔效应传感器阵列并且第二磁传感器阵列66是第二霍尔效应传感器阵列，它们各自包括16个感测元件。
图3中所示出的传感器组件50包括印刷电路板70，该印刷电路板具有各种电路和接收来自磁传感器阵列60、66的位置信号的电子处理器80。在一个实施例中，电子处理器80采用专用集成电路(ASIC)的形式。
图4示出了包括第一磁传感器阵列60和第二磁传感器阵列66的位置和速度确定系统100的一个实施例的框图。位置/速度确定系统100包括设置在印刷电路板上的求和电路110以接收来自磁传感器阵列60、66的正弦信号和余弦信号。求和电路110将经求和的输入或经求和的信号提供给设置在印刷电路板70上的电子处理器80。电子处理器80与设置在印刷电路板70上的存储器130通信。在一个实施例中，电子处理器80针对另一个装置提供位置或速度输出135。
图5图示了包括成对的放大器140、144的求和电路110的示意图的一个实施例。求和电路110被配置成对针对磁传感器阵列60、66中的每一个的正弦信号和余弦信号进行求和。在一个实施例中，求和电路110包括模拟数字转换器(ADC)并且将经求和的余弦和正弦信号作为数字信号提供给电子处理器80。
在一个实施例中，设置有单独的模拟数字转换器用于将模拟余弦和正弦信号转换为数字信号。在另一个实施例中，单独的ADC(未示出)设置有电子处理器80以将模拟余弦和正弦信号转换为数字信号。
在一个实施例中，存储器130包括程序存储区域和数据存储区域。程序存储区域和数据存储区域可以包括诸如只读存储器(“ROM”)、随机访问存储器(“RAM”)(例如，动态RAM[“DRAM”]、同步DRAM[“SDRAM”]等)、电可擦除可编程只读存储器(“EEPROM”)、闪速存储器、硬盘、SD卡或其它合适的磁、光学、物理或电子存储器装置的不同类型的存储器的组合。电子处理器80连接到存储器130并且执行能够被存储在存储器130的RAM(例如，在执行期间)、存储器130的ROM(例如，在大体上永久的基础上)或另一个非暂时性计算机可读介质中的软件指令。所包括的针对用于位置感测系统的过程和方法的软件可以存储在存储器130中。软件可以包括固件、一个或多个应用程序、程序数据、筛选程序(filter)、规则、一个或多个程序模块和其它可执行指令。在一些实施例中，电子处理器80包括内部存储器。
位置和速度确定系统100包括从电子处理器80提供的位置和/或速度输出135，该电子处理器将可旋转轴的位置或速度提供给另一个装置、诸如为了控制和/或显示目的的控制装置。
操作
在操作中，目标轮20被固定到可旋转轴。传感器组件50邻近于目标轮20设置，使得第一磁传感器阵列60和第二磁传感器阵列66与多极磁环36对齐以感测磁体及其运动。
第一磁传感器阵列60和第二磁传感器阵列66感测由图5中所图示的求和电路110求和的余弦信号和正弦信号。图6以伏特与相位角的关系在图表的顶部处示出了的正弦1信号和余弦1信号的图表160。正弦2信号和余弦2信号在图160的中间示出。正弦1信号加上正弦2信号的总和以及余弦1信号和余弦2信号的和在图6中的最低的图表处示出。
存在各种用于组合余弦信号和正弦信号的数值方法，诸如由以下组成的组中的一种或多种：例如，在单独计算相位角之前进行简单求和、在单独计算相位角之后进行相位角平均以及为了精确结果进行矢量求和。图3中所示出的成对的磁传感器阵列60、66以180机械角度移位分开并且也可以被认为是双磁传感器阵列。
电子处理器80接收经求和的余弦和正弦值并执行程序或方法步骤以确定可旋转轴的位置和/或旋转速度。经由来自电子处理器80的位置/速度输出135将位置或速度提供给显示器和/或控制装置。
目标轮偏转和轴偏转
图7示出了用于解释目标轮偏转和轴偏转误差的旋转矢量图(clock facediagram)。包含数字“12”的方框表示第一磁传感器阵列60，并且包含时钟数字“6”的方框表示第二磁传感器阵列66。中心轴线175表示横向于图7中在磁传感器阵列60、66之间所示出的虚线180的可旋转轴的中心轴线。因此，可旋转轴的中心轴线175在距离和方向方面完全位于磁传感器阵列60、66之间。
目标轮偏转或轴偏转由各种因素引起，其包括未对齐、振动或使用/磨损。在这样的实例中，中心轴线175移位到图7中所示出的位置175X。因此，如由虚线180X所示出那样，中心轴线和支撑目标轮20的旋转轴未对齐。当然，多极磁环36没有与磁传感器阵列60、66正确对齐。然而，目标轮偏转或轴偏转的相对位置将由于成180度的角的磁传感器阵列60、66的位置而平衡。由一个磁传感器阵列60偏离的距离与由另一个磁传感器阵列66偏离的相反距离相匹配。
图8示出了当目标轮偏离中心且未与磁传感器阵列60、66完全对齐时用于比较单个磁传感器阵列和成对的磁传感器阵列60、66的精度的图表190。
图8的图表190的顶部示出了正弦1+正弦2信号的和以及余弦1和余弦2信号的和。中间图表示出了对于针对单个磁传感器阵列的正弦1和余弦1的弧分误差。对于单个磁传感器阵列的误差，弧分范围为-10到10弧分。底部图表示出了对于(正弦1+正弦2)和(余弦1+余弦2)的弧分误差。误差范围为从0.05弧分到-0.05弧分。因此，对于图3中所示出的具有成180机械角度设置的磁传感器阵列60、66的布置，理论上的改进是显著的。
第二实施例
对以上论述的第一实施例提供独特的非直观配置的第二实施例将磁传感器阵列60、66维持在如图3中所示出的180度偏移的相对位置处，但然后一个磁传感器阵列66被定位为在相同位置不侧向或竖直移位地围绕其自身旋转180度(从图3的视角替换上侧)，使得第二磁传感器阵列66被定位为在相同位置旋转180度或颠倒(reversed)。作为颠倒的定向的结果，第二磁传感器阵列的正弦信号路径提供余弦信号并且第二磁传感器阵列的余弦信号路径提供正弦信号。然后，来自磁传感器阵列60、66中的一个的正弦信号可以与另一个磁传感器阵列的余弦信号进行相加或求和，并且来自一个磁传感器阵列的余弦信号与另一个磁传感器阵列的正弦信号进行相加或求和。通过在第二磁传感器阵列中使用相反信号路径，得到了减少磁传感器阵列60、66中的系统误差的益处，以及具有由正弦信号和余弦信号求和的最终信号的延迟、非线性和阻抗特性的更好平衡。针对偶数个磁极对或北极/南极对提供该布置。
针对包括奇数个磁极对或北极/南极对的布置，不需要旋转第二传感器阵列66的定向以具有与如以上阐述那样的相同的被切换的正弦信号和余弦信号。
第三实施例
对以上配置的另一个独特的非直观修改将是使磁传感器阵列60、66移位180机械角度和90电气角度两者。结果将是第二磁传感器阵列66中的正弦信号路径产生余弦信号并且余弦信号路径产生倒正弦信号。该技术特别合适于如由Timken MPS160和MPS512传感器阵列产生的差分信号。对来自两个磁传感器阵列60、66的两个差分正弦信号进行求和以产生改进的正弦信号。通过利用来自磁传感器阵列中的一个的余弦-代替余弦+且利用余弦+代替余弦-，将对来自一个磁传感器阵列60的余弦信号与来自另一个磁传感器阵列66的倒余弦进行求和。信号的这种组合可以减少磁传感器阵列60、66中的系统误差的总和，以及提供来自正弦和余弦源的最终经求和的信号的延迟、非线性和阻抗特性的更好平衡。以上的第二实施例和第三实施例中的两种技术也可以进行组合。在偶数个极对磁体的情况下，第二传感器阵列66可以进一步移位90电气角度。
图9是以180机械角度+或-90电气角度分开的磁传感器阵列60、66的信号总和的示例。图9示出了第一磁传感器阵列60和第二磁传感器阵列66如何感测通过图5中所图示的求和电路110求和的余弦信号和正弦信号。图9以伏特与相位角的关系在图表的顶部处示出了正弦1信号和余弦1信号的图表。正弦2信号和余弦2信号在图表200的中间示出。正弦1信号加上余弦2信号的总和以及余弦1信号减去正弦2信号的和在图9中的最低的图表处示出。
以上公开的布置也适用于多于两个磁传感器阵列60、66。例如，三传感器设计也可以减少由磁体的三角形形状引起的误差。
两对磁传感器阵列实施例
对位置和速度确定系统100的进一步改进通过使用如图10中所示出的独特的空间配置中的四个磁传感器阵列来实现。图10图示了磁位置传感器组件250的俯视图。磁位置传感器组件250包括用于接近可旋转轴和目标轮20的固定对齐的内部边缘254。磁位置传感器组件250包括外部边缘256并限定大体上马蹄形状或“C”形状的环形主体。
磁位置传感器组件250包括限定第一磁传感器阵列对的第一磁传感器阵列260和第二磁传感器阵列266。磁传感器阵列260、266两者都感测目标轮20的极对以提供余弦信号和正弦信号。第二磁传感器阵列266横向于第一磁传感器阵列260或成180机械角度的角而设置。因此，磁传感器阵列260、266围绕可旋转轴的中心轴线并相对于其等距布置，并且在磁传感器阵列260、266之间绘制的线旨在与可旋转轴的中心轴线相交。磁传感器阵列260、266各自可以包括一系列感测元件，诸如霍尔效应传感器。
图10中所示出的磁位置传感器组件250包括限定第二磁传感器阵列对的第三磁传感器阵列281和第四磁传感器阵列287。磁传感器阵列281、287两者都感测目标轮20的极对以提供余弦信号和正弦信号。图10示出了第四磁传感器阵列287横向于第三磁传感器阵列281或相对于第三磁传感器阵列成180机械角度的角而设置。
第三磁传感器阵列281和第四磁传感器阵列287分别邻近第一磁传感器阵列260和第二磁传感器阵列266设置。紧密靠近导致了对于安装和维护提供优势的图10中所示出的“C”形状传感器。至少第三传感器阵列和第四传感器阵列的正弦和余弦信号被提供给附加的求和电路或被提供给求和电路110，用于与来自由第一磁传感器阵列260和第二磁传感器阵列266限定的第一磁传感器阵列对的余弦信号和正弦信号进行求和。
附加的第三磁传感器阵列281和第四磁传感器阵列287用来通过提高正弦和余弦信号的信号噪声比来改进位置/速度确定系统100的总体性能，因为每个磁传感器阵列260、266、281、287会增加总信号，但不会增加总信号噪声。磁传感器阵列260、266、281、287也用来对来自多极磁体目标轮20的信号进行平均。因为磁极在目标轮上的位置的误差通过产生总体正弦和余弦信号(其具有减少的误差和更精确的角位置)被平均，这种特殊的平均产生更精确且恒定的信号。考虑至少更多一个附加的磁传感器阵列对来减少误差。此外，在一些实施例中，提供附加的成对的磁传感器以感测第二磁道并获得针对轴的绝对位置。
本领域的技术人员将理解，对于具有单个圆形磁道的公开的实施例中的任何，可以选择附加磁道从而根据需要具有相对位置，使得磁道中的任何可以设置为外侧磁道、内侧磁道或中间磁道。相应的附加的磁传感器阵列被考虑用于感测附加的磁道。在一些实施例中，检测轴的绝对位置并且提供格雷码节段作为磁体。在其它实施例中，位置被校准。
在以下权利要求中阐述本发明的各种特征和优势。

Claims (20)

1.一种用于确定装置的可旋转轴的位置和/或速度的系统，所述系统包括：
用于固定到可旋转轴的目标轮，所述目标轮包括多个北极/南极对，所述北极/南极对的每个极基本上是相同尺寸；和
传感器组件，其包括：
第一磁传感器阵列，其用于感测所述极对以提供余弦信号和正弦信号；
第二磁传感器阵列，其用于感测所述极对以提供余弦信号和正弦信号，其中，所述第二磁传感器阵列横向于所述第一磁传感器阵列设置；和
电子处理器，其被配置成接收来自所述第一磁传感器阵列和所述第二磁传感器阵列的输入，并确定所述轴的位置和/或速度。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第二磁传感器阵列横向于所述第一磁传感器阵列成180机械角度的角而设置。
3.根据权利要求2所述的系统，求和电路被配置成对来自所述第一磁传感器阵列的所述正弦信号和来自所述第二磁传感器阵列的所述正弦信号进行求和，并且对来自所述第一磁传感器阵列的所述余弦信号和来自所述第二磁传感器阵列的所述余弦信号进行求和，并且其中，所述求和电路将经求和的正弦信号和经求和的余弦信号提供给所述电子处理器。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，当所述目标轮相对于所述可旋转轴的中心轴线偏移时，所述经求和的余弦信号和经求和的正弦信号提高了精度。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一磁传感器阵列是第一霍尔效应传感器阵列并且所述第二磁传感器阵列是第二霍尔效应传感器阵列。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述第一霍尔效应传感器阵列和所述第二霍尔效应传感器阵列各自包括16个感测元件。
7.根据权利要求2所述的系统，其中，所述第二磁传感器阵列被定位为在相同位置旋转180度或颠倒，其中，所述第二磁传感器阵列的正弦信号路径提供余弦信号并且所述第二磁传感器阵列的余弦信号路径提供正弦信号。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，在所述第二磁传感器阵列中使用相反信号路径导致所述余弦信号的求和以及所述正弦信号的求和，并且提供所述第一磁传感器阵列和所述第二磁传感器阵列中的系统误差的减少以及经求和的余弦信号和经求和的正弦信号的延迟、非线性和阻抗的平衡。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第二磁传感器阵列横向于所述第一磁传感器阵列成180机械角度的角而设置并且移位90电气角度，其中，所述第二磁传感器阵列的正弦信号路径提供余弦信号并且所述第二磁传感器阵列的余弦信号路径提供倒正弦信号。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述目标轮包括北极/南极对的单个磁道。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述目标轮包括北极/南极对的高分辨率磁道和参考磁道，其中，所述系统确定所述轴的绝对位置。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述第一磁传感器阵列和所述第二磁传感器阵列限定用于感测所述高分辨率磁道的第一磁传感器阵列对，并且所述传感器组件包括设置用于感测所述高分辨率磁道的至少一个附加的磁传感器阵列对。
13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一磁传感器阵列和所述第二磁传感器阵列限定第一磁传感器阵列对，并且所述传感器组件包括用于感测所述极对以提供余弦信号和正弦信号的第三磁传感器阵列以及用于感测所述极对以提供余弦信号和正弦信号的第四磁传感器阵列，其中，所述第四磁传感器阵列横向于所述第三磁传感器阵列设置，并且其中，所述第三磁传感器阵列和所述第四磁传感器阵列限定至少第二磁传感器阵列对以提高针对所述轴所确定的所述位置和/或所述速度的精度。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述电子处理器被配置成接收来自至少所述第一磁传感器阵列对和所述第二磁传感器阵列对的输入，以确定所述轴的所述位置和/或所述速度。
15.根据权利要求1所述的系统，其中，组合所述余弦信号和正弦信号包括由以下组成的组中的一种：在单独计算相位角之前进行简单求和、在单独计算相位角之后进行相位角平均以及进行矢量求和。
16.一种用于确定装置的可旋转轴的位置和/或速度的方法，其包括：
利用第一磁传感器阵列感测包括多个北极/南极对的固定到可旋转轴的目标轮以提供余弦信号和正弦信号；
利用用于感测所述极对的第二磁传感器阵列感测所述目标轮以提供余弦信号和正弦信号，其中，所述第二磁传感器阵列横向于所述第一磁传感器阵列设置；
对来自所述第一磁传感器阵列的所述余弦信号和所述正弦信号与来自所述第二磁传感器阵列的所述余弦信号和所述正弦信号进行求和；以及
利用电子处理器从经求和的余弦信号和经求和的正弦信号确定所述轴的位置和/或速度。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第二磁传感器阵列横向于所述第一磁传感器阵列成180机械角度的角而设置。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第一磁传感器阵列和所述第二磁传感器阵列设置在包括所述电子处理器的传感器组件上，所述电子处理器被配置成接收来自所述第一磁传感器阵列和所述第二磁传感器阵列的输入用于确定所述轴的所述位置和/或所述速度。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，由求和电路提供对来自所述第一磁传感器阵列的所述余弦信号和所述正弦信号与来自所述第二磁传感器阵列的所述余弦信号和所述正弦信号的所述求和。
20.根据权利要求17所述的方法，其中，所述第一磁传感器阵列和所述第二磁传感器阵列设置在包括所述电子处理器的传感器组件上，所述电子处理器被配置成接收来自所述第一磁传感器阵列和所述第二磁传感器阵列的输入用于确定所述轴的所述位置和/或所述速度，并且
其中，由求和电路提供对来自所述第一磁传感器阵列的所述余弦信号和所述正弦信号与来自所述第二磁传感器阵列的所述余弦信号和所述正弦信号的所述求和。
CN202080095763.2A 2020-02-05 2020-10-06 使用等距隔开的磁传感器阵列的位置传感器系统 Pending CN115003987A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202062970441P 2020-02-05 2020-02-05
US62/970441 2020-02-05
PCT/US2020/054362 WO2021158265A1 (en) 2020-02-05 2020-10-06 Position sensor system using equidistantly spaced magnetic sensor arrays

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115003987A true CN115003987A (zh) 2022-09-02

Family

ID=73013832

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080095763.2A Pending CN115003987A (zh) 2020-02-05 2020-10-06 使用等距隔开的磁传感器阵列的位置传感器系统

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220412774A1 (zh)
EP (1) EP4100701A1 (zh)
KR (1) KR20220119489A (zh)
CN (1) CN115003987A (zh)
WO (1) WO2021158265A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117289184A (zh) * 2023-11-07 2023-12-26 中国科学院空天信息创新研究院 一种利用双磁传感器辅助识别干扰磁场的方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0337519A (ja) * 1989-07-03 1991-02-18 Nippon Soken Inc 位置検出方法及びその装置
US7208939B2 (en) * 2001-02-28 2007-04-24 Bvr Technologies Co. Methods and apparatus for sensing angular position and speed of a rotatable shaft utilizing linearized annular magnet and commutated ratiometric hall sensors
CN101421589B (zh) 2006-04-10 2012-08-08 铁姆肯美国公司 转向装置位置检测系统和方法
WO2011061794A1 (ja) * 2009-11-18 2011-05-26 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ 磁気式アブソリュートエンコーダーおよびモーター
JP5375796B2 (ja) * 2010-11-05 2013-12-25 株式会社デンソー 回転角検出装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置
US9470552B2 (en) * 2014-02-06 2016-10-18 Infineon Technologies Ag Axial and perpendicular angle sensor in single package
EP3450922B1 (en) * 2016-04-28 2020-10-21 Mitsubishi Electric Corporation Failure determination device for angle detector of rotating machine and failure determination method
JP6877170B2 (ja) * 2017-02-14 2021-05-26 日本電産サンキョー株式会社 ロータリエンコーダ及びその絶対角度位置検出方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117289184A (zh) * 2023-11-07 2023-12-26 中国科学院空天信息创新研究院 一种利用双磁传感器辅助识别干扰磁场的方法
CN117289184B (zh) * 2023-11-07 2024-02-02 中国科学院空天信息创新研究院 一种利用双磁传感器辅助识别干扰磁场的方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP4100701A1 (en) 2022-12-14
US20220412774A1 (en) 2022-12-29
WO2021158265A1 (en) 2021-08-12
KR20220119489A (ko) 2022-08-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101228733B1 (ko) 선회 장치 위치 감지 시스템 및 방법
US9379598B2 (en) Absolute encoder device and motor
JP6649018B2 (ja) ロータリエンコーダ、およびロータリエンコーダの絶対角度位置検出方法
US20210072049A1 (en) Absolute position sensor using hall array
US10775200B2 (en) Rotary encoder and absolute angular position detection method thereof
US8278911B2 (en) Inductive angle-of-rotation sensor and method for operating an inductive angle-of-rotation sensor
US7834616B2 (en) Magnetic speed, direction, and/or movement extent sensor
KR102195533B1 (ko) 로터리 인코더 및 로터리 인코더의 각도 보정 방법
US20110156505A1 (en) Magnetic encoder and actuator
JP2001518609A (ja) 相対位置計測器
US9989381B2 (en) Angle sensor with magnetic patterns
CN108426587B (zh) 旋转编码器
CN101707879A (zh) 角位置传感器
US20220003572A1 (en) Magnetic field sensors for detecting absolute position of multi-track targets
JP2008032562A (ja) 回転検出装置および回転検出装置付き軸受
CN115003987A (zh) 使用等距隔开的磁传感器阵列的位置传感器系统
US7183760B2 (en) Position pickup for rotational speed sensor
JP6877169B2 (ja) ロータリエンコーダ
JP4862336B2 (ja) 回転角度センサ
JP2019190873A (ja) エンコーダ
CN116659717A (zh) 扭矩确定系统
CN118174598A (zh) 一种角位置传感器的检测方法、装置、设备及介质
JP2018109518A (ja) 回転検出器
JPH02105015A (ja) 回転体の絶対位置検出装置
JP2011027448A (ja) 回転検出装置および回転検出装置付き軸受

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination