旋转编码器制造技术

本发明专利技术涉及一种感应式位移传感器以及用于感测动力工具的两个相对可移动部分之间的相对位移的相关方法。该位移传感器包括配置为进行相对移动的定子元件和转子元件，所述定子元件具有第一导电图形，其中，所述转子元件具有第二导电图形。第一导电图形和第二导电图形互感耦合。第一导电图形配置为接收具有基本恒定的振幅的高频激励信号。高频激励信号由于第一导电图形与第二导电图形之间的互感而导致在第二导电图形中生成中间信号。中间信号指示定子元件与转子元件之间的相对位移。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及带有用于感测位移的传感器的动力工具以及用于感测动力工具内的位移的方法。本专利技术具体涉及具有用于感测动力工具的两个相对可移动部分之间的位移的感应型旋转编码器的动力工具以及用于使用感应式旋转编码器来感测动力工具的两个可相对移动部分之间的位移的方法。
技术介绍
动力工具(如螺丝起子、螺母扳手、钻孔器)通常装配有至少一个用于感测一个或多个参数(例如动力工具的两个相对可移动部分之间的相对角位移)的某种形式的检测器排布。该一个或多个参数可以例如用于监测目的或反馈控制。根据应用来典型配置检测器排布，以测量线性位移或旋转位移(即，角位移)。检测器排布还具有作为接触式检测器排布或非接触式检测器排布的特点，这取决于检测器排布是否要求相关接线与相对可移动测量物体的物理接触。现今，全部各种不同的系统使用了不同的检测器排布来感测相对位置，即，两个相对可移动的元件之间(如，可旋转元件与静止元件之间)的位移。这些检测器排布通常被称为同步机、解析器、编码器、集电环或换能器，并且所述检测器排布基于物理感测原理(如，光学物理感测原理、磁性物理感测原理、感应式物理感测原理、电容式物理感测原理或涡流式物理感测原理)来工作。光学检测器排布通常实现安装于可旋转的测量物体(如，旋转轴)的盘，其中，所述盘由带有透明区域和不透明区域的玻璃或塑料制成。这些区域暴露于来自光源的光。然后，所产生的光(即，光学图案)由读取光学图案的光电检测器阵列所接收。然后，对所读取的光学图案进行处理，以便获得盘的位置，即，以便提供轴的角度。磁性检测器排布通常实现以交替的北极-南极配置所提供的一系列等距磁极。该一系列磁极安装在可旋转的测量物体(如，旋转轴)上。然后，磁性传感器(通常地，磁阻效应或霍尔效应)读取磁极位置。然后，可以由处理装置来处理这些位置以便确定轴的角度，与上述光学检测器排布类似。感应式检测器排布通常实现多个感应元件(以至少一个第一线圈安装于可旋转的测量物体(如，旋转轴)的形式)，其中，所述至少一个第一线圈在测量物体的旋转期间相对于至少一个第二线圈移动。通过使用交流电(AC)来给该至少一个第二线圈供能，由于互感而在第一线圈中感应生成电流。该至少一个第一线圈与该至少一个第二线圈之间的电连接程度代表该至少一个第一线圈与该至少一个第二线圈之间的相对位移。电容检测器排布通常使用可旋转的测量物体上的盘。在测量物体旋转时，所述盘会改变电容检测器排布的两个电极之间的电容量，其中，可以对电容量进行测量和处理，以便提供角位移的指示。涡流检测器排布通常使用具有高磁导率材料、低磁导率材料、非磁性材料的标码，其通过监测包括感应线圈传感器的AC电路的电感量的变化来进行检测和解码。然而，根据现有技术的检测器排布易于具有以下的一个或多个缺点：需要较大空间、需要复杂电路、导致较高功耗、难以维护、制造成本高、对外部磁场敏感、提供较低精度以及易耗损。由于这些缺点对动力工具的性能方面和/或制造成本具有负面影响，使用这些缺点导致不适合用于动力工具内。相应地，需要对用于感测动力工具的相对可移动部分之间的相对位移的检测器排布技术进行改进。
技术实现思路
本专利技术的一个目标是提供用于动力工具的鲁棒相对位移传感器。一个目标是进一步提供用于动力工具的精确的相对位移传感器。一个目标是进一步提供小型相对位移传感器，其在安装于动力工具内部时不需要太大空间。此外，额外的目标是提供这样的相对位移传感器：相比于根据现有技术的已知技术，该相对位移传感器较简单并且成本较低。通过由权利要求1限定的、根据本专利技术的用于动力工具的位移传感器实现这些目标中的一个或多个目标。该位移传感器包括定子元件和转子元件，所述定子元件和转子元件配置成沿着测量路径而相对移动。所述定子元件包括第一导电图形，所述转子元件包括第二导电图形。第一导电图形和第二导电图形彼此电感耦合。第一导电图形配置成接收激励信号。第二导电图形配置成由于第一导电图形与第二导电图形之间的互感而在第二导电图形中产生中间信号。所生成的中间信号指示该定子元件与该转子元件之间的相对位移。该激励信号是具有基本恒定的振幅的高频激励信号。可以限定激励信号具有基本恒定的振幅的事实，这是因为振幅不承载信息，即，不执行振幅调制。由此实现了这样的用于动力工具的位移传感器：由于激励信号在频率方面远离与存在于动力工具附近的电磁干扰源相关的频率，使用该位移传感器对于电磁干扰具有鲁棒性。中间信号的相位将指示转子元件与定子元件之间的相对位移(即，相对角位移)，或者更具体地，中间信号与高频激励信号之间的相位差将指示所述相对位置。进一步地，提高了关于稍后在转子元件与定子元件之间的未对准的容差。同样，可以在保持位移传感器的精度的情况下增加定子元件与转子元件之间的距离。同样，通过使用高频激励信号，定子元件和转子元件的导电图形分别可以实现为其内包含的电感量相对低并且仍然提供足够的阻抗以适应位移传感器的配置。这还允许构造各自的导电图形以形成导电元件(即，线圈)，每个导电图形围绕没有导电材料/元件的相对区域意味着可以对利用相对少的匝/每线圈元件来实现导电图形。另外，由于在将传感器信号变换为指示转子元件与定子元件之间的相对位移的值时仅需要考虑一个信号(形式为中间信号)，可以用较少的电路部件来实现位移传感器。这有助于产生小规格、低重量和低生产成本的位移传感器。相反，根据现有技术的位移传感器通常使用若干个接收信号，每个接收信号需要以专用解码电路进行解码以便输出指示相对位移的值。位移传感器的特征可以进一步在于，高频信号是具有从100Khz-100MHz的频率范围内选择的频率的信号。位移传感器的特征可以进一步在于，高频信号是具有从1MHz–10MHz的频率范围内选择的频率的信号。位移传感器的特征可以进一步在于，激励信号被配置成为包括多个高频激励信号的多相激励信号，每个高频激励信号均具有多相中的一相。以此实现了用于动力工具的位移传感器，其中，该位移传感器对于干扰的容差具有改进的鲁棒性，并且其中，可以利用较简单的电路来制造位移传感器的接收电路。更具体地，通过利用多相激励信号，可以使位移传感器的接收侧的电路更简单。除了使得可以在位移传感器的接收器侧上实现较简单的电路之外，还通过使用多相激励信号使得位移传感器更加具有鲁棒性，这是因为在接收器侧仅需要单个接收器/解码器电路。这与根据现有技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于动力工具(1)的位移传感器(2)，该位移传感器(2)包括：‑定子元件(4)和转子元件(3)，其配置为沿着测量路径进行相对移动，所述定子元件具有第一导电图形(CT1)并且所述转子元件具有第二导电图形(CT2)，其中，第一导电图形与第二导电图形彼此电感耦合，第一导电图形配置为接收激励信号(SE)，第二导电图形配置为在其中生成由第一导电图形与第二导电图形之间的互感引起的中间信号(SI)，所述中间信号指示定子元件与转子元件之间的相对位移，其特征在于该激励信号是具有基本恒定的振幅的高频激励信号(SE)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.06.07 SE 1350697-71.一种用于动力工具(1)的位移传感器(2)，该位移传感器(2)包括：
-定子元件(4)和转子元件(3)，其配置为沿着测量路径进行相对移动，所述
定子元件具有第一导电图形(CT1)并且所述转子元件具有第二导电图形(CT2)，
其中，第一导电图形与第二导电图形彼此电感耦合，第一导电图形配置为接收激
励信号(SE)，第二导电图形配置为在其中生成由第一导电图形与第二导电图形之
间的互感引起的中间信号(SI)，所述中间信号指示定子元件与转子元件之间的相
对位移，
其特征在于
该激励信号是具有基本恒定的振幅的高频激励信号(SE)。
2.根据权利要求1所述的位移传感器，其中，该激励信号是具有从100Khz-
100MHz的频率范围内选择的频率的信号。
3.根据权利要求1所述的位移传感器，其中，激励信号是具有从1MHz–10
MHz的频率范围内选择的频率的信号。
4.根据前述权利要求中任一项所述的位移传感器，其中，激励信号(SE)被
配置成包括多个高频激励信号(E1-E4)的多相激励信号，每个高频激励信号均具
有多个相中的一相。
5.根据权利要求4所述的位移传感器，其中，多相激励信号是具有四个相的
四相激励信号，所述四个相包括0度相、90度相、180度相和270度相。
6.根据权利要求4所述的位移传感器，其中，多相激励信号是具有三个相的
三相激励信号，所述三个相包括0度相、120度相和240度相。
7.根据权利要求4-6中任一项所述的位移传感器，其中，定子元件的第一导
电图形包括沿着定子元件的测量路径延伸的一系列驱动线圈(SDC1-SDCk)，一系
列驱动线圈(SDC1-SDCk)被安排于沿着测量路径重复n次的周期性重复的相模
式(P1)，其中，该周期性重复的相模式的每个驱动线圈被配置成被馈送有多相信
号的一相。
8.根据权利要求7所述的位移传感器，其中，周期性重复的相模式的每个驱
动线圈被配置成被馈送有按照周期性重复的相模式的驱动线圈的连续顺序而增量

\t式增大的多相激励信号的相。
9.根据前述权利要求中任一项所述的位移传感器，其中，转子元件的第二导
电图形包括一系列接收线圈(RRC1-RRCi)，这些接收线圈串联连接并且沿着转子
元件的测量路径延伸，转子元件的所述测量路径面向定子元件的测量路径。
10.根据权利要求8所述的位移传感器，其中，一系列接收线圈(RRC1-RRCi)
中的每个接收线圈(RRC1-RRCi)配置为限定沿着测量路径重复i-1次的周期性重
复的交变两相模式，从而使得一系列接收线圈中的每个接收线圈的相邻回路(L1，
L2)反相。
11.根据前述权利要求中任一项所述的位移传感器，其中，转子元件进一步包
括平衡驱动线圈(RDC)，该平衡驱动线圈(RDC)被配置成联接到第二导电图形
并且配置为通过在平衡驱动线圈和平衡接收线圈之间所形成的互感来将中间信号
传输至定子元件的平衡接收线圈(SRC)。
12.根据权利要求11所述的位移传感器，其中，平衡驱动线圈(RDC)与平衡
接收线圈(SRC)中的每一个包括两个线圈段(RDCA-RDCB，SRCA-SRCB)，其
中，所述两个线圈段被配置成使得在两个线圈段中流动的电流分别沿着转子元件
和定子元件的测量路径相对于彼此在相反的反向上流动。
13.根据前述权利要求中任一项所述的位移传感器，进一步包括联接至定子元
件的第一导电图形的信号生成器电路(6)，所述信号生成器配置为生成激励信号
并且将激励信号提供给第一导电图形以便为所述第一导电图形供能。
14.根据前述权利要求中任一项所述的位移传感器，进一步包括单相信号处理
器电路(5)，其配置为接收并处理在定子元件处所接收的与中间信号(SI)相对应
的单相接收信号(SR)，以便提供指示转子元件与定子元件之间的相对位移的输出
信号(SOUT)。
15.根据权利要求14所述的位移...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·H·T·莱韦伦茨，
申请(专利权)人：阿特拉斯·科普柯工业技术公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE