用于產生指示信號的磁性編碼器的制造方法
【專利摘要】一種具有高分辨率軌道和參考軌道的磁性編碼器，該高分辨率軌道包括限定多個磁極接頭的多個北極/南極對；該參考軌道包括限定北極/南極接頭與南極/北極接頭的北極/南極對，該北極/南極接頭與所述高分辨率軌道的第一磁極接頭對齊，且該南極/北極接頭與所述高分辨率軌道的第二磁極接頭對齊。所述高分辨率軌道僅有單個磁極接頭被設置在所述高分辨率軌道的所述第一和第二磁極接頭之間。
【專利說明】用于產生指示信號的磁性編碼器
【背景技術】
[0001]本發明涉及磁性編碼器，且更具體地涉及用于產生指示信號的磁性編碼器。
【發明內容】
[0002]在一個實施方式中，本發明提供具有高分辨率軌道和參考軌道的磁性編碼器，該高分辨率軌道包括限定多個磁極接頭的北極/南極對；該參考軌道包括限定北極/南極接頭與南極/北極接頭的北極/南極對，該北極/南極接頭與所述高分辨率軌道的第一磁極接頭對齊，且該南極/北極接頭與所述高分辨率軌道的第二磁極接頭對齊。所述高分辨率軌道的僅單個磁極接頭被設置在所述高分辨率軌道的所述第一和第二磁極接頭之間。
[0003]本發明還提供了一種磁性編碼器，包括:高分辨率軌道，其包括限定多個磁極接頭的多個北極/南極對；和參考軌道，其包括限定北極/南極接頭與南極/北極接頭的北極/南極對。所述高分辨率軌道的多個磁極接頭包括連續的第一、第二和第三磁極接頭。所述第一磁極接頭與所述參考軌道的所述北極/南極接頭對齊，所述第三磁極接頭與所述參考軌道的南極/北極接頭對齊，且所述第二磁極接頭在所述第一和第三磁極接頭之間。
[0004]本發明還提供了一種磁性編碼器，包括:高分辨率軌道，其包括限定多個磁極接頭的多個北極/南極對；和參考軌道，其包括至少一個北極/南極對。所述參考軌道的所述至少一個北極/南極對的一個磁極具有比另一個磁極更短的長度。所述編碼器在與所述高分辨率軌道的選定磁極接頭對應的選定數量的位置指示標志位置處檢測信號，所述參考軌道的所述至少一個北極/南極對的較短磁極的長度尺寸設置成僅包括所述位置指示標志位置中的一個，以定義指示脈沖。
[0005]根據具體說明和附圖，本發明的其它方面將更加明顯。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0006]圖1是應用本發明的圓形軌道磁性編碼器的示意性表示。
[0007]圖2是圖1的編碼器產生的信號的圖形表示。
[0008]圖3是應用本發明的線性軌道磁性編碼器的圖形表示。
[0009]圖4是應用本發明的另一個圓形軌道磁性編碼器的圖形表示。
[0010]圖5是應用本發明的另一個線性軌道磁性編碼器的圖形表示。
【具體實施方式】
[0011]在對本發明的任何實施方式進行具體地說明之前，應理解本發明不限于以下說明或者附圖中示出的構件的具體結構和配置。本發明可包括其它實施方式，且可以多種方式實踐和進行。
[0012]圖1示出了本發明的磁性編碼器10。編碼器10包括具有多個北極/南極對18的高分辨率軌道14。該磁極對18限定了多個磁極接頭，包括北極/南極接頭22和北極/南極接頭26。在所示的實施方式中，磁極對18都為相同的尺寸，但并不要求必須這樣。磁極對18和所得到的磁極接頭22、26的數量可與圖1中所示的不同。
[0013]所示的編碼器10還包括相對于高分辨率軌道14固定的參考軌道30，其包括限定單個北極/南極接頭38和單個南極/北極接頭42的僅一個北極/南極對34。該磁極對34包括較短的磁極和較長的磁極。該單個北極/南極對34的較短磁極(在所示的實施方式中為南極)具有與高分辨率軌道14的北極/南極對18中的一對的角跨度相等的角跨度(如，在所示的實施方式中為14.4度)。在這里和在所附權利要求中所使用的詞“角跨度”指相對于中心點C測量的參考磁極或者磁極對的角長度或者長度尺寸。盡管所示的實施方式示出了磁極對34的南極比北極短(即，具有較短的角跨度)，在其它實施方式中，北極可以是磁極對34的較短極而南極可具有較長長度。此外，盡管所示的參考軌道30在高分辨率軌道14的徑向內側，然而應理解參考軌道30可以可選地設置在該高分辨率軌道14的徑向外側。此外，盡管所示的高分辨率軌道14和參考軌道30形成為同心的圓，然而在其它實施方式中，軌道14、30可形成為彼此平行的線性軌道(參見圖3-相似的部件以相似的參考標記加上單引號(’)符號指示)。上述的相同關系和以下關于圓形軌道編碼器10的進一步說明將被保留用于線性軌道編碼器10’，只不過“角跨度”或者“角長度”被簡單地轉換為“線性長度”。“角長度”和“線性長度”二者最終定義磁極的長度尺寸。此外，當轉換成線性軌道30’時，磁極對34’實施為嵌入在較大北極中的南極，使得一個磁極(圖3中的南極)由另一個磁極圍繞(圖3中的南極兩側的北極)。
[0014]編碼器10的軌道14、30盡管示出為彼此完全分離的，然而通常形成在單件可磁化的材料上。通過加工和已知技術將材料磁化形成軌道14、30而形成該分離的軌道14、30。
[0015]編碼器10還包括設置在軌道14、30上方且從其間隔開的傳感器芯片50。可以是一串或一列傳感器(如，霍爾傳感器)形式的高分辨率傳感器54被設置在高分辨率軌道14上方。可以是一串或一列傳感器(如，霍爾傳感器)形式的參考傳感器58被設置在參考軌道30上方。
[0016]編碼器10根據傳感器芯片50和軌道14、30之間的相對移動(如，同心軌道編碼器10的旋轉或者線性軌道編碼器10’的平移)而輸出信號(參見圖2)。本發明的軌道配置提供了指示信號或脈沖的產生，其指示軌道14、30的參考或指示位置。例如，當軌道14、30被設置在旋轉目標輪上以與該目標輪共同旋轉時，單個指示位置可以指示要求的角度位置，例如上死點、下死點或者其它重要位置。
[0017]圖2是編碼器10產生的信號的圖形表示。水平軸線表示軌道14、30的角度位置Θ，而豎直軸線表示與芯片50上的各傳感器54、58相關的電壓V。線62表示來自高分辨率軌道14的信號(由高分辨率傳感器54檢測)，而線66表不來自參考軌道30的信號(如參考傳感器58所探測)。圖1和2被標有相應的位置指示標志P1、P2、P3、P4和P5，以有助于將軌道位置與所產生的信號相關聯。
[0018]參看高分辨率軌道14所產生的信號62，可看見在各北極/南極接頭22處的電壓從正到負的改變，以及在各南極/北極接頭26處從負到正的改變。在所示的配置，南極產生負電壓讀數，而北極產生正電壓讀數。在其它實施方式中，與極性相關的正和負電壓可被反轉。參看參考軌道30產生的信號66，可看見在北極/南極接頭38處電壓從正到負的改變，以及在南極/北極接頭42處的從負到正的改變。
[0019]傳感器54、58檢測沿著高分辨率軌道14的各南極/北極接頭26 (在各位置指示標志P1、P2、P3、P4、P5等處)處的電壓或電壓交迭(voltage crossovers),并檢測在位置指示標志P3處的指示信號或脈沖，由于該位置為在整個360度旋轉范圍上的僅有的參考信號66的電壓小于高分辨率信號62的電壓的位置指不標志位置。在其它實施方式中，位置指示標志可以是設置在每個磁極接頭(22和26)處而不是僅在每隔一個磁極接頭(22和26)處。傳感器芯片50將在每個位置指示標志處或者高分辨率信號62的南極/北極接頭26處的高分辨率信號62和參考信號66的電壓值進行比較，以識別什么時候產生指示脈沖。在與極性相關的電壓值反轉的實施方式中，指示信號可以是在整個360度旋轉范圍中僅有的參考信號66高于高分辨率信號62的位置。換言之，來自參考軌道的信號66形成關于高分辨率軌道14的信號的單個非正常值或者異態，其可由電路檢測為指示信號或脈沖。
[0020]更具體地，在各位置指示標志PU P2、P3、P4和P5處，高分辨率軌道14限定與從負到正的電壓交迭點(即，其中V = O)相關的南極/北極接頭26。類似地，在位置指示標志PU P2、P3、P4和P5之間的各北極/南極接頭22處，高分辨率軌道14與從正到負的電壓交迭點相關。位置指示標志P1、P2、P4和P5都在參考軌道30的北極的角跨度范圍內，與參考信號66的正電壓值相關。僅有位置指示標志P3位于參考軌道30的單個南極的范圍內，與參考信號66的負電壓值相關聯。僅在位置P3處,參考信號66的值小于在高分辨率信號62的電壓交迭處的零位值。因此，芯片50在與位置指示標志P3 —致的軌道14、30的相關位置處產生指示信號或脈沖。
[0021]高分辨率軌道14和參考軌道30的特定磁極對配置使得在位置指示標志P3處產生單個指示信號的能力是可能的。具體地，高分辨率軌道14包括第一、第二和第三連續的磁極接頭，其分別以82、84和86指示(磁極接頭82、84和86是高分辨率軌道14的多個磁極接頭22、26中的三個)。第一磁極接頭82與參考軌道30的北極/南極接頭38對齊，第三磁極接頭86與參考軌道30的南極/北極接頭42對齊，且第二磁極接頭84在第一和第三磁極接頭82、86之間。如在這里和在所附權利要求中所使用的，術語“對齊”表示參考磁極接頭在相對于所示的同心軌道配置的中心點C的相同角位置處。在可選的實施方式中，軌道形成為彼此平行的線性軌道(參見圖3)，術語“對齊”表示參考磁極接頭彼此共線。如果參考軌道30的北極為較短的磁極，該關系也成立。
[0022]為了以另一種方式描述以上關系，參考軌道30的單個北極/南極接頭38與高分辨率軌道14的多個磁極接頭22、26的第一磁極接頭82對齊，且參考軌道30的單個南極/北極接頭42與高分辨率軌道14的多個磁極接頭22、26的第二磁極接頭86對齊。高分辨率軌道14僅有單個磁極接頭84被設置在高分辨率軌道14的多個磁極接頭22、26的磁極接頭82和86之間。因此，所有的三個磁極接頭82、84和86與參考軌道14的較短磁極對齊(即，在所示的實施方式中的南極)。以另一種方式來說，高分辨率軌道14僅有單個磁極接頭84被完全設置在參考軌道30的北極/南極接頭38和南極/北極接頭42之間的角跨度中。高分辨率軌道14沒有其它磁極接頭被設置在參考軌道30的單個磁極對34的南極(即，較短的磁極)所限定的角跨度中。單個磁極接頭84與位置指示標志P3重合且定義指示脈沖。
[0023]本發明的所示出的編碼器10提供了指示脈沖，其為現有技術的編碼器所產生的指示脈沖的兩倍寬(即，具有波長的兩倍)。編碼器10形成較寬的指示脈沖意味著可在傳感器54、58以及軌道14、30之間使用較大的空氣間隙。這是由于較大的指示脈沖產生的磁場從軌道14、30朝向傳感器芯片50延伸得比較窄的指示脈沖產生的磁場更遠。
[0024]當軌道14、30可彼此間隔開且在傳感器芯片50上的傳感器54、58也可彼此間隔開時，使得參考軌道30的單個北極/南極對34不在產生的信號之間引起干擾，編碼器10的軌道配置工作良好。該軌道配置還相對于其它的具有用于產生指示信號的更小和更復雜的磁極接頭配置的編碼器被簡化。這有助于制造編碼器10，允許使用較大的工具。
[0025]以上討論大體說明了圖1中所示的編碼器10，然而本領域技術人員應理解其它實施方式和配置也落入本發明的范圍和寬度內。例如，盡管圖2中所示的指示脈沖是高分辨率信號62的波長的兩倍，然而應理解指示脈沖可些許更窄或更寬而仍提供所要求的脈沖寬度。具體地，為了使該指示脈沖更窄，參考軌道30的所示單個磁極對34的南極的角跨度將被縮短(或者可選地高分辨率軌道14的磁極對18的角跨度可被延長)，使得磁極接頭82和86中的一個或者該二者不再與參考軌道30的相應磁極接頭38、42對齊。只要與位置指示標志P3對應的磁極接頭84保持在單個磁極對34的南極(S卩，較短磁極)的角跨度內且成角度地位于磁極接頭38和42之間，則由于參考信號的電壓仍將小于在磁極接頭84處的高分辨率信號的零電壓，所以仍然在位置指示標志P3處產生指示信號。
[0026]類似地，為了增寬指示脈沖，參考軌道30的所示單個磁極對34的南極的角跨度可被增長(或者可選地高分辨率軌道14的磁極對18的角跨度可被縮短)，只要參考信號電壓僅在位置指示標志P3處小于高分辨率信號即可。換言之，指示脈沖可被增寬至剛剛在參考信號電壓在位置指示標志P2和P4中的一個或二者處落至高分辨率電壓之前處。在另一個實施方式中，應理解可對電路進行修改以通過檢測到參考信號小于高分辨率信號的兩個或三個連續位置指示標志(如，P2、P3和P4)而識別指示脈沖。
[0027]在落入本發明的范圍內的另一個修改中，編碼器可包括2個或更多的指示脈沖，通常繞編碼器的一周等距隔開。以上所示和所述的關于僅使用參考軌道30的單個北極/南極對34的原理對于在參考軌道上有兩個、三個、四個或者任何期望數量的北極/南極對同樣適用。在一個用于無刷直流電機的應用中，編碼器可通過在參考軌道30上結合四個北極/南極對而具有四個指示脈沖。圖4示出了一個實施方式，其中相似的部件以相同的參考標記加上雙引導(”)符號表示。在高分辨率軌道14”的磁極對18”和磁極接頭22”、26”以及參考軌道上的各磁極對的磁極接頭38”和42”之間的相同的關系在該修改后的編碼器10”的四個角度位置中重復，以提供四個指示脈沖。對此，在參考軌道30”上的各北極/南極對34”具有一個磁極(如，南極)，其角跨度比磁極對34”的另一個磁極(如，北極)短(即，較短長度)，且較短磁極的角跨度僅包括高分辨率軌道14的一個單獨位置指示標志或者檢測位置。
[0028]圖5示出了與圖4的編碼器10”相對應的線性軌道編碼器實施方式10”’。相似的部件以相同的參考標記加上三引號(”’)符號表示。
[0029]應理解，盡管所示的實施方式示出了北極和南極的一種可能配置，然而所有的北極可被改為南極且所有的南極可被改為北極且不偏離本發明的范圍。如在這里和所附的權利要求中所使用的，對北極/南極對的任何提及不要求任何具體的方位(即，哪個磁極是該對中的第一 /第二或者左/右)。此外，如在這里和所附權利要求中所使用的，對給定北極/南極對的北極/南極接頭以及南極/北極接頭的任何提及僅指由該磁極對限定的兩個相鄰磁極接頭，而不要求磁極對的任何具體的方位(即，哪個磁極是在該對中的第一/第二或者左/右)。
[0030]在所附權利要求中提出了本發明的多個特征和優點。
【權利要求】
1.一種磁性編碼器，包括: 高分辨率軌道，其包括限定多個磁極接頭的多個北極/南極對；和 參考軌道，其包括限定北極/南極接頭與南極/北極接頭的北極/南極對，該北極/南極接頭與所述高分辨率軌道的第一磁極接頭對齊，且該南極/北極接頭與所述高分辨率軌道的第二磁極接頭對齊； 其中所述高分辨率軌道僅有單個磁極接頭被設置在所述高分辨率軌道的所述第一和第二磁極接頭之間。
2.如權利要求1所述的磁性編碼器，其中所述編碼器在所述高分辨率軌道的所述第一和第二磁極接頭之間設置的所述單個磁極接頭的位置處產生的信號定義指示脈沖。
3.根據權利要求1所述的磁性編碼器，其中所述參考軌道的所述北極/南極對中的一個磁極的長度比另一個磁極短。
4.根據權利要求3所述的磁性編碼器，其中所述參考軌道是圓形的，且其中所述參考軌道上各磁極的長度限定一角跨度。
5.根據權利要求3所述的磁性編碼器，其中所述參考軌道是線性的，且其中所述參考軌道上各磁極的長度限定一線性長度。
6.根據權利要求3所述的磁性編碼器，其中所述編碼器檢測在與所述高分辨率軌道的選定磁極接頭對應的選定數量的位置指示標志位置處檢測信號，且其中所述參考軌道的北極/南極對的較短磁極的長度尺寸被設置成僅包括所述位置指示標志位置中的一個單獨位置，從而定義指示脈沖。
7.根據權利要求1所述的磁性編碼器，其中所述參考軌道的北極/南極對是該參考軌道上僅有的北極/南極對，其中與所述高分辨率軌道的第一磁極接頭對齊的所述北極/南極接頭是該參考軌道上僅有的北極/南極接頭，且其中與所述高分辨率軌道的第二磁極接頭對齊的所述南極/北極接頭是所述參考軌道上的僅有的南極/北極接頭。
8.根據權利要求1所述的磁性編碼器，其中所述參考軌道包括兩個或更多北極/南極對，各北極/南極對具有較短磁極和較長磁極。
9.根據權利要求1所述的磁性編碼器，其中所述參考軌道包括四個北極/南極對，各北極/南極對具有較短磁極和較長磁極。
10.一種磁性編碼器，包括: 高分辨率軌道，其包括限定多個磁極接頭的多個北極/南極對；和 參考軌道，其包括限定北極/南極接頭與南極/北極接頭的北極/南極對， 其中所述高分辨率軌道的所述多個磁極接頭包括連續的第一、第二和第三磁極接頭；且 其中所述第一磁極接頭與所述參考軌道的所述北極/南極接頭對齊，所述第三磁極接頭與所述參考軌道的所述南極/北極接頭對齊，且所述第二磁極接頭在所述第一和第三磁極接頭之間。
11.根據權利要求10所述的磁性編碼器，其中所述編碼器在所述第二磁極接頭處產生的信號定義指示脈沖。
12.根據權利要求10所述的磁性編碼器，其中所述參考軌道的所述北極/南極對中的一個磁極的長度比另一個磁極短，且其中所述連續的第一、第二和第三磁極接頭與所述參考軌道的較短磁極對齊。
13.根據權利要求12所述的磁性編碼器，其中所述參考軌道是圓形的，且其中所述參考軌道上各磁極的長度限定一角跨度。
14.根據權利要求12所述的磁性編碼器，其中所述參考軌道是線性的，且其中所述參考軌道上各磁極的長度限定一線性長度。
15.根據權利要求10所述的磁性編碼器，其中所述參考軌道上的所述北極/南極對是該參考軌道上僅有的北極/南極對。
16.根據權利要求10所述的磁性編碼器，其中所述參考軌道上的所述北極/南極對是所述參考軌道上的兩個或更多北極/南極對中的一個。
17.一種磁性編碼器，包括: 高分辨率軌道，其包括限定多個磁極接頭的多個北極/南極對；和 參考軌道，其包括至少一個北極/南極對，所述參考軌道的所述至少一個北極/南極對中的一個磁極的長度比另一個磁極短； 其中所述編碼器在與所述高分辨率軌道的選定磁極接頭對應的選定數量的位置指示標志位置處檢測信號；且 其中所述參考軌道的所述至少一個北極/南極對的較短磁極的長度尺寸被設置成僅包括所述位置指示標志位置中的一個單獨位置，從而定義指示脈沖。
18.根據權利要求17所述的磁性編碼器， 其中所述高分辨率軌道的所述多個磁極接頭包括連續的第一、第二和第三磁極接頭； 其中所述參考軌道的所述至少一個北極/南極對限定北極/南極接頭和南極/北極接頭;且 其中所述第一磁極接頭與所述參考軌道的所述北極/南極接頭對齊，所述第三磁極接頭與所述參考軌道的所述南極/北極接頭對齊，且所述第二磁極接頭位于所述第一和第三磁極接頭之間且與定義所述指示信號的所述位置指示標志位置一致。
19.根據權利要求17所述的磁性編碼器，其中所述參考軌道是圓形的，且其中所述參考軌道上各磁極的長度限定一角跨度。
20.根據權利要求17所述的磁性編碼器，其中所述參考軌道是線性的，且其中所述參考軌道上各磁極的長度限定一線性長度。
21.根據權利要求17所述的磁性編碼器，其中所述參考軌道包括兩個或更多北極/南極對，各北極/南極對具有較短的磁極，其尺寸被設置成僅包括所述位置指示標志位置中的一個單獨位置，從而定義指示脈沖。
22.根據權利要求17所述的磁性編碼器，其中所述參考軌道包括四個北極/南極對，各北極/南極對具有較短的磁極，其尺寸被設置成僅包括所述位置指示標志位置中的一個單獨位置，從而定義指示脈沖。
【文檔編號】G01D5/245GK104246446SQ201380020835
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年3月13日 優先權日:2012年4月20日
【發明者】M.拉克羅伊克斯 申請人:迪姆肯公司