[发明专利]迫零均衡矢量合成绝对编码器的实现方法及其装置

说明书

本发明涉及一种迫零均衡矢量合成绝对编码器实现方法及其装置，构成为在一定电角度周期上设置N个位移感测传感器而能够得到相位延迟的正弦波或者方波信号V1、V2、...Vn的编码器装置中，将该N个信号建模成具有N个延迟抽头的迫零均衡器之后，取定义为在各延迟抽头强制使各延迟信号V1、V2、...Vn除了自身以外的所有抽头的信号之和成为0的特性方程式的逆函数而算出其中最优的迫零均衡器系数并合成，从而仅最优地测出各信号所包括的信号中的位移信号，并修复成失真最小化的位移正交信号。

技术领域

本发明涉及感测进行直线运动或者旋转运动的物体的移动位移的迫零均衡矢量合成绝对编码器实现方法及其装置，更加详细地，涉及如下的迫零均衡矢量合成绝对编码器实现方法及其装置，在一定电角度周期上设置N个位移感测传感器而可以得到相位延迟的N个正弦波或者方波信号的绝对编码器装置，例如，以线形或者圆形排列的具有360度电角度周期的永磁体对(magnetic pole-pair)排列中以根据永磁体排列而具有一定的相位延迟的方式将N个磁转换元件布置为线形或者圆形，并将所述磁转换元件感测到的N个相位延迟信号以具有N个抽头(Tap)的迫零均衡器(Zero Force Equalizer)的形态建模之后，仅提取所述N个相位延迟信号包括的正交信号(sin(θ),cos(θ))成分而导出特性方程式，并且利用作为满足所述特性方程式的无失真函数的逆变换(inverse transform)而算出将失真和正交性最优化的正弦合成系数和余弦合成系数，从而得到具有最大的正交性且去除了原信号中包括的失真和噪声的纯粹的正交信号而实现高分辨率编码器。

根据本发明，在使用一般的模拟型霍尔传感器作为所述磁转换元件的情形下，可以大大改善永磁体排列导致的磁通量不平衡、霍尔传感器的磁通量饱和、电源电压的波动或者由于外部磁场导致的磁通量扰动等引起的编码器位置信息的误差，从而可以得到非常准确的位置信息，并且可以非常容易且以价格最低廉的方式实现14位以上高精密度霍尔传感编码器，因此将其作为代表性示例进行说明。

背景技术

霍尔传感器正在应用于测量旋转的物体的旋转速度或者测量在其周围移动的磁性物质的位置等多种领域，并且由于结构简单，耐久性优异，其用途正在扩大。

如图1a所示，霍尔传感器(hall sensor)是利用如下的霍尔效应的传感器：当在导体中有电流流过的状态下，在与电流I的方向垂直地形成有磁场B时，在电流流过的导体内沿与电流垂直的方向产生电位差Vout，即，电场的。因此，如果将霍尔传感器的比例常数设为γ，则输出电压可以表示为Vout＝(γ×I×B)[V]。并且，如果将贯通霍尔传感器的磁场B的永磁体的磁极强度设为M，将永磁体与霍尔传感器之间的距离设为R，则由于磁场B与R的平方成反比，因此贯通霍尔传感器的磁通密度B将对永磁体与霍尔传感器之间的距离非常敏感，从而在很多情况下霍尔传感器的输出信号容易饱和或者永磁体的物理形状或者误差导致贯通霍尔传感器的磁通密度分布失真。

图1b是霍尔传感器的输出特性曲线，随着磁通密度B的变化，霍尔传感器输出电压Vout由于包括磁通量分布非直线部分的多种原因而在大部分情形下输出包括失真(如图2b所示)的信号，而不输出图2a中的理想正弦波。

并且，在一般的霍尔传感器，输出信号在不经过单独的稳定电路的情况下与输入的电压直接成比例地创建，因此为了得到高分辨率位置信息，必须进行驱动电源的波动管理，内部-外部原因引起的磁通失真也是需要考虑的重要变量之一。即，模拟霍尔传感器的敏感度非常高，因此在实际装置中发生由于内部-外部磁场干扰等导致磁通密度B向特定方向偏移并失真的现象，该现象也表现为霍尔传感器输出电压的失真，从而最终导致得到准确的位置信息变得困难。难以直接通过这种形态的失真的霍尔传感器的输出信号检测出准确的位置信息，目前的现状为难以制造实际14位以上的高分辨率编码器。