[发明专利]绝对式磁性位置编码器

说明书

本发明涉及在权利要求1的分类部分中给出的一种绝对式磁性位置编码器。

一方面，这种位置编码器包括所谓的段计数器，该计数器在待监测物体通过一个或多个预定的位置时就生成计数信号，所述一个或多个预定的位置的间隔被标识为“段”或段长。优选地，设有运动方向识别模块，使得可以将计数信号以正确的符号馈送给计数器(在一个运动方向上进行向上计数，在相反的运动方向上进行向下计数)。计数器中包含的段计数值表示待监测物体的大致的位置值。

另一方面，设有精密分辨装置，其用于生成精密位置值，其对段长再进行细分，但是该位置值是不明确的，因为它们并不包含它们所属的段的任何信息。

采用电子处理系统，有可能从段计数值和精密位置值的组合来确定唯一的总的位置值，其精度对应于精密位置值的精度。

将这种位置编码器称作“绝对式”，即使在其电源完全中断、特别是即使在与可能存在的电池分离时，也能够持续地进行前面概述的段计数以及计数值存储功能，从而一旦恢复了电源，即使待监测物体在此期间已经移动了，也能立即获得正确的段计数器计数值。

为了针对待监测物体是旋转轴的旋转编码器来实现这一点，非在先公开的DE 10 2008 051 479.9描述了旋转编码器的传感器单元，其具有单级传动装置，该传动装置具有输入齿轮，其相对于旋转轴(称为“传动轴”)同心设置并不可旋转地连接到旋转轴。啮合到输入齿轮中的第二齿轮作为磁性载体，其中，永磁体不可旋转地安装在第二齿轮上以形成段计数器，该永磁体的磁化方向沿着垂直于第二齿轮的旋转轴延伸，并且在其磁场区域内有固定的韦根(Wiegand)元件，其包括韦根或脉冲线以及绕在上面的感应线圈。只要永磁体经过预定角坐标，感应线圈就将发出电脉冲，该电脉冲馈送给计数和存储装置，该计数和存储装置属于电子处理系统，并对这些脉冲以正确的符号进行计数(即，沿第一方向旋转时进行向上计数，反向旋转时进行向下计数)以及将相应获得的计数值进行存储。

在该情形下，例如根据EP 0 658 745 A2和DE 102 59 223 A1可知，旋转轴的一部分机械动能被分出来并累积在由永磁体和韦根或脉冲线构成的磁性中间存储模块中，直到达到了前面提到的预定角坐标。然后，在该位置，所存储的能量突然释放，其幅度之大使得感应线圈生成的电脉冲不仅可以用作计数信号，还可以为电子处理系统的至少一部分提供电能，其中该电子处理系统以正确的符号对计数脉冲进行计数并将新生成的段计数值存储在非易失性存储模块中，直到该系统执行了其任务。一旦外部电源恢复，就可以对段计数值进行询问。因此，这确保了在电源故障期间物体所通过的段的数量能够被成功地计数。

术语“段计数器”表示DE 10 2008 051 479.9中描述的传感器组合，其对于传动轴每个完整的360°旋转生成多个计数脉冲，因为根据转速传动比m，第二齿轮旋转地相应地更快。在该情形中，所计数的“段”可对应于传动轴的半转、1/4转、1/3转等等。

根据DE 10 2008 051 479.9，针对单个段的精细分辨率，设有单匝(single-turn)结构，其中同时也用于段计数器的相同永磁体可以作为该结构的励磁器。相关联的传感器可由多场霍尔探头构成，其位置在轴向上与永磁体正好相反，并能够提供具有16比特数量级分辨率的精密位置值。由于这涉及与过去无关的瞬时值，在没有外部电源的期间，无需检测该精密位置值和/或为其提供中间存储，因为，在恢复霍尔元件装置的外部电源以后，可以立即再次正确地获得该数值。

DE 10 2008 051 479.9中描述的将单匝与段计数器进行的组合解决了最初当使用递升传动装置时存在的问题，即识别由单匝(半圆、1/3圆、1/4圆等等)提供的精密位置值所分辨的段，因为通过由段计数器确定的并与已知开始点相关的段计数值，电子计数和计算系统总是可以精确地计算哪个段正由单匝精密地分辨。

然而，已知装置的不足之处是使用了机械传动装置，其要求特定结构尺寸并涉及至少两个齿轮的量，其中这两个齿轮在转速变化时需要进行加速或减速。

比较而言，本发明的目的是提供在形式上既可以是线性编码器也可以是旋转编码器的位置编码器，其采用最少的可机械移动的部件进行操纵，并在该方面具有DE 10 2008 051 479.9中描述的单匝和段计数器的组合所具有的所有选择和益处。

为达到该目的，本发明提供了权利要求1中给出的特征。