專利名稱：無接觸檢測發(fā)生器部件轉(zhuǎn)速和/或位置的帶編碼器的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于無接觸地檢測可繞軸線轉(zhuǎn)動的發(fā)生器部件
(Geberteil)的轉(zhuǎn)速和/或位置的裝置，該裝置具有環(huán)狀的永磁性的編碼器， 該編碼器具有在周向上交替地設(shè)置的規(guī)則的N極和S極以及至少一個不規(guī) 則的極，該編碼器還具有帶有差分霍爾傳感器的掃描頭。
背景技術(shù)：
這種類型的裝置在多方面用于檢測軸的轉(zhuǎn)速、也用于對軸進(jìn)行位置測 量。編碼器安置在發(fā)生器部件上并且掃描頭提供相應(yīng)的信號，由這些信號 可導(dǎo)出轉(zhuǎn)速信息或位置信息。
由US 2003/0116703 Al已知一種裝置，在該裝置中，編碼器裝備有交 替的規(guī)則的N極和S極，并所述裝置設(shè)有帶有差分霍爾傳感器的掃描頭。 為了可進(jìn)行位置確定，編碼器在其外周上的極構(gòu)造上具有至少一個不均勻 性。該不均勻性在于以較大的角長度或弧度形成一個所選擇的極，并且 該極以特殊的磁化獲得特別的構(gòu)型，這樣的編碼器只是難于制造，因?yàn)椴?規(guī)則的極的幾何構(gòu)型難于磁化。而且在安置具有位于其中的傳感器的掃描 頭時偏離其軸向位置會引起檢測分度時的誤差。
EP 0 496 918 Al說明了另一種可能性一尤其是用于檢測位置的可能 性。這里，在一個掃描頭中使用兩個彼此隔開一定距離安裝的霍爾傳感器， 當(dāng)所述霍爾傳感器與發(fā)生器部件的標(biāo)記相對時，所述霍爾傳感器發(fā)出傳感 器信號。作為發(fā)生器部件可使用兩個彼此相對扭轉(zhuǎn)的齒輪，其中，在一個 齒輪的每個齒與另一個齒輪的一個齒間(空位)相對?？赏ㄟ^該裝置實(shí)現(xiàn) 的對稱特性并不令人滿意。
本發(fā)明的目的在于，避免迄今公開的裝置的缺點(diǎn)，并提供這樣一種裝 置，該裝置制造簡單，并允許可靠地檢測發(fā)生器部件的轉(zhuǎn)速或位置。尤其
是在寬且非常寬的極的中間出現(xiàn)的磁場擾動(Einbruch)對編碼器傳感器 系統(tǒng)的正確功能應(yīng)沒有影響。應(yīng)實(shí)現(xiàn)對發(fā)生器部件進(jìn)行精確的角測量。
通過權(quán)利要求1的特征所述目的來實(shí)現(xiàn)。從屬權(quán)利要求2至9是本發(fā) 明內(nèi)容有利的改進(jìn)方案。為了能夠?qū)崿F(xiàn)所述目的，開頭所述的裝置裝備有 相反地磁化的雙軌編碼器，并且給每個編碼器軌分別配設(shè)差分霍爾傳感器 的一個傳感元件。試驗(yàn)中已經(jīng)證實(shí)，這樣的裝置可得到高的磁場穩(wěn)定性， 此外，傳感器間距中的分度誤差小至可以忽略。傳感器與編碼器表面的徑 向距離對發(fā)生器部件的位置測量精度幾乎沒有影響。而且，測量敏感度與 極寬度的相關(guān)性基本上得到避免。通過單個軌的極進(jìn)行相反的磁化以及給 每個軌配設(shè)差分霍爾傳感器的一個傳感元件，可產(chǎn)生兩個信號，這些信號 的變化走勢分別配設(shè)給一個軌和一個傳感元件，并且這些信號在它們的正 區(qū)域和負(fù)區(qū)域中反向取向。
為了可進(jìn)行位置測量， 一個軌的極中至少一個極設(shè)計成在周向上具有 比相鄰的極大的極寬度。在所述一個軌中具有較大弧度的這個極與另一個 軌上的一個具有相同極寬度的反向的極相配。
各個軌的軸向軌寬度優(yōu)選設(shè)計成大小相同的。傳感元件軸向鄰近地并排 安置。傳感元件之間的軸向距離A決定了到不再能保證功能之前，該傳 感器編碼器系統(tǒng)可彼此相對移動多遠(yuǎn)。通過傳感元件的一半距離在兩個方 向上限定功能范圍。此外，距離A還決定了從哪個以。為單位的極寬度 PB起極邊界的角位置與傳感器距離的不相關(guān)性只是由物理上的補(bǔ)償效應(yīng)/ 對稱原因給出。從極寬度Pfi>，起使用補(bǔ)償效應(yīng)，從m〉11^ 起極邊界與傳感器距離無關(guān)。由此取消了對磁化工具的優(yōu)化。這按照下面 的事實(shí)進(jìn)行7c x D x PB除以360。。軸向距離A應(yīng)選擇得小于算出的結(jié)果。 對于降低距離誤差特別有利的是，傳感元件之間的軸向距離A小于7t x D x
PB除以2 x360。。以理想方式應(yīng)這樣選擇傳感器，《吏得傳感元件之間的距 離A相應(yīng)于雙軌編碼器的最小極的半個極寬度PB (7i = pi - 3.1416)。


下面借助于附圖中所示的實(shí)施例來詳細(xì)描述本發(fā)明。其中 圖1以俯視圖表示具有差分霍爾傳感器的雙軌編碼器的示意圖； 圖2表示磁場的一個局部，在圖1示出的編碼器的區(qū)段畫出圖線；以
及
圖3表示具有不同極寬度的磁場的局部。
具體實(shí)施例方式
圖中沒有示出該裝置的各個部分，因?yàn)檫@些部分本身是已知的，并且 也可從開頭所述的屬于現(xiàn)有技術(shù)中的US公開文獻(xiàn)中獲知。因此，圖1中 示出i殳計成雙軌編碼器(Doppelspurencoder) 1的編碼器的表面的一個局 部，并且所述編碼器以規(guī)則的N極2和S極3被相反地磁化。在每個編碼 器軌4和5上布置有相應(yīng)數(shù)量的極2和3。極2和3的數(shù)量由預(yù)給定的分 度角確定，對于規(guī)則的極2和3該分度角通常在3。與12°之間。對于每個 規(guī)則的極2和3，極寬度或角長度14是大小相同的。除了規(guī)則的極2和3 之外，在每個編碼器軌4和5上布置有具有較大的角長度13 (極寬度)的 不規(guī)則極6和7，所述不規(guī)則極也被彼此相反地磁化。雙軌編碼器1配設(shè) 有差分霍爾傳感器8，并且這樣進(jìn)行配設(shè)，即，使每個軌4、 5配設(shè)有一傳 感元件9、 10。編碼器具有規(guī)則的極2和3以及具有不規(guī)則的極6和7的 構(gòu)型不僅允許檢測軸的轉(zhuǎn)速，而且允許對其上安裝有凸輪或類似物的軸進(jìn) 行位置確定。軌4、 5分別彼此相對的極寬度PBS和PBN大小相同。差 分霍爾傳感器8相對于位于軌4與5之間的中間平面12布置在中央。這里 已經(jīng)證明有利的是，傳感元件9與10之間的軸向距離A相應(yīng)小于雙軌編 碼器1的最小的極2、 3的半個極寬度PB (14)。試驗(yàn)中表明，傳感元件 9與10之間的軸向距離A —般與編碼器的直徑D以及與雙軌編碼器1的
規(guī)則極2和3的極寬度PB R成確定的比例，并且可按照7t x D x PB R除 以360。來計算。在此特別有利的是，用半個極寬度來進(jìn)行計算，即tcxDx PBR除以2 x360。。由此獲得特別好的補(bǔ)償效應(yīng)。試驗(yàn)中表明，在該裝置 的這種構(gòu)型中，在轉(zhuǎn)速上和在位置確定上都可獲得非常好的測量結(jié)果。
圖2中局部示出了曲線走勢的圖線，該曲線走勢分別根據(jù)霍爾傳感器 9和10處的角位置在以特斯拉為單位的磁通密度的磁場(B-Feld)中得到。 在此可看到規(guī)則的極2、 3的均勻性以及對于不規(guī)則極6和7位于中間的強(qiáng) 烈偏差。
圖3示出了對于帶有具有不同極寬度的極的裝置曲線走勢的圖線。這 樣的裝置優(yōu)選在凸輪軸中使用，因?yàn)槲恢脺y量在此更為重要。
權(quán)利要求
1.一種用于無接觸地測量可繞軸線轉(zhuǎn)動的發(fā)生器部件的轉(zhuǎn)速和/或位置的裝置，該裝置具有環(huán)狀的永磁性的編碼器，該編碼器具有在周向上交替地設(shè)置的N極和S極以及至少兩個不同的極寬度，該編碼器還具有帶有差分霍爾傳感器的掃描頭，其特征在于該編碼器設(shè)計成被相反磁化的雙軌編碼器(1)；所述差分霍爾傳感器(8)的每個傳感元件(9，10)配設(shè)給編碼器軌(4，5)之一。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于傳感元件(9, 10)軸向 鄰近地并排設(shè)置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的裝置，其特征在于所述軌(4， 5 )上彼 此相配的極寬度(PBS， PBN)大小相同。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3之一的裝置，其特征在于傳感元件(9, IO)之間的軸向距離(A)小于7ixDxPBR除以360。，其中，D是編碼 器(1)的直徑，PBR是雙軌編碼器(1)規(guī)則的極(2， 3)的極寬度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的裝置，其特征在于傳感元件(9， 10)之間的軸向距離(A)小于nxDxPBR除以2 x360°。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5之一的裝置，其特征在于傳感元件(9， 10)之間的軸向距離(A)對應(yīng)于雙軌編碼器(1)最小的極的半個極寬度 PB。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6之一的裝置，其特征在于編碼器(1)設(shè) 計成具有至少與發(fā)動機(jī)所具有的缸一樣多的極對的凸輪軸編碼器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至6之一的裝置，其特征在于編碼器(1)具 有規(guī)則的極(2， 3)和不規(guī)則的極(6， 7)，編碼器軌(4， 5)的不規(guī)則 極(6， 7)在周向上具有比規(guī)則的極(2， 3)的極寬度(14)大的極寬度(13)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，其特征在于 一個軌(4)中的具有較 大的極寬度(13)的不規(guī)則的極(7)分別與另一個軌(5)上的具有相同 的極寬度(13)的相反的極(6)相配。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于無接觸地測量可繞軸線轉(zhuǎn)動的發(fā)生器部件的轉(zhuǎn)速和/或位置的裝置，該裝置具有環(huán)狀的永磁性的編碼器，該編碼器具有在周向上交替地設(shè)置的N極和S極以及至少兩個不同的極寬度，該編碼器具有帶有差分霍爾傳感器的掃描頭，其中，所述編碼器設(shè)計成相反磁化的雙軌編碼器(1)；所述差分霍爾傳感器(8)的每個傳感元件(9，10)配設(shè)給編碼器軌(4，5)之一。
文檔編號G01D5/245GK101097225SQ20071012695
公開日2008年1月2日 申請日期2007年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月1日
發(fā)明者C·岡德, H·穆特爾, L·薩拉尼亞克, 蓋紹 M·馮, R·海因里希, R·萊茵斯 申請人:卡爾弗羅伊登柏格兩合公司