[发明专利]磁性编码器

说明书

本发明公开一种磁性编码器，包括：编码器元件，所述编码器元件包括在使用中固定到背衬构件的磁化元件，所述磁化元件一起限定了至少两个磁道的编码器区域，每个区域都包括一个磁极，沿每个磁道的所述磁极被布置为交替模式的北极和南极；传感器，其固定在某位置处，相对应所述位置有待确定所述磁道的磁化元件的位置；所述磁性编码器包括至少一个特征，其为将所述磁化元件相对于移动部分进行固定的机械固定件提供位置，且对由第一磁道发射的磁场的、由与所述第一磁道相关联的感测元件检测到的沿所述第一磁道的周期性变化有贡献，该周期性变化至少部分地抵消掉其他磁道的场的、同样由与所述第一磁道相关联的感测元件检测到的相应周期性变化。

技术领域

本发明涉及对磁性编码器的改进，并且特别是应用于小型多磁道线性或旋转编码器。

背景技术

线性或旋转磁性编码器可以用于测量位置，并且通常用于测量诸如马达转子等物体的线性运动或旋转位置。编码器通常包括三个主要部件。第一个是编码器元件，该编码器元件具有沿至少一个细长磁道布置的多个编码区域。线性编码器的磁道应是线性的并且从编码器的一端延伸到另一端，而旋转编码器的磁道应是弯曲的以形成围绕旋转轴线的无端环形磁道。一组传感器位于编码器附近，该组传感器在编码器平移或绕轴线旋转时检测编码器区域的通过情况，并且最后提供了信号处理器以处理来自传感器的输出信号。编码器可以用作增量编码器或绝对位置编码器，其不同之处在于传感器对通过的编码器区域进行响应的方式以及信号处理器处理输出信号的方式。

在典型的磁性编码器中，编码器元件包括沿磁道布置的一组磁化区域，该组磁化区域包括交替模式的北极和南极。随着编码器移动，磁极相对于传感器移动。传感器检测到变化的磁场，并且这会使传感器的输出产生相应的变化。

磁极可以通过对可以被永久磁化的材料的区域进行局部磁化来形成，这些磁极可以被形成为盘形或环形或其他形状。在其他布置中，可以将多个单个磁体在间隔开的位置处固定到衬底或嵌入到衬底中以限定磁道。

在一些应用中，有益的是，为线性编码器设置平行布置的两个磁道，而为旋转编码器设置围绕共同旋转轴线的两个磁道。如果一个磁道具有较宽磁极、而另一个磁道具有较窄的磁极，以使得对于给定长度的磁道，一个磁道上的磁极多于另一个磁道上的磁极，则可以使用传感器根据具有许多磁极的磁道与根据具有较少磁极的磁道的低分辨率的位置相组合来进行高分辨率增量测量。例如，在利用旋转编码器测量马达转子的位置的情况下，当马达启动时，低分辨率磁道的第一开关可以确定转子正在指向的方向，并且随后具有许多磁极的磁道可以提供非常高分辨率的位置以用于精细的马达控制。

使用两个平行或同心的磁道还可以提供故障诊断的机会。例如，如果当传感器提供的来自较少磁极的磁道的信号与来自较多磁极的磁道的信号不符时，则其中的一个传感器可能存在故障。

在具有两个磁道的情况下，每个磁道可以关联有一组传感器，其中，每个组对由于对应磁道的磁体的运动而引起的磁场变化做出响应。通过在每个磁道中使用不同数量的编码器区域并通过使一个磁道的相邻编码器区域之间的至少一些过渡与另一磁道的过渡相偏移——或者使传感器偏移——并对来自两个感测元件的输出进行比较，可以确定旋转位置和旋转方向。这在本领域中是众所周知的。

申请人已经发现，具有两个相邻磁道的磁性编码器存在问题，这一问题在编码器较小的情况下被放大。在一些应用中，诸如对马达转子的角位置和角方向的测量，封装约束可能非常严格，这意味着承载具有磁体的这两个同心磁道的编码器盘必须具有较小的直径。这要求使用较小的磁性编码器区域，并将这些区域紧密地包装在一起。申请人已经观察到，尺寸较小且紧密接近的磁体可能会导致内磁道的磁体的磁场影响外磁道的磁体的磁场，反之亦然。这种干扰将由于在每个磁道中使用的磁体数量的不同以及磁道之间的磁体偏移而在磁道周围变化。而且，由于制造公差，场传感器的位置可能在编码器之间变化，并且因此当盘旋转经过传感器元件时，从每个不同磁道感测到的场的强度和谐波含量将不同，因此这些场的总和的谐波含量将不同，并且因此传感器输出的谐波失真将在编码器之间变化。