包括永磁体的非接触式位置传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种非接触式的位置传感器，包括生成磁场的永磁体以及用于在至少两个方向上检测磁场的至少一个检测元件(或磁敏元件)；永磁体能够在运动方向上运动并且具有在运动方向上连续可变的磁化；并且磁化的变化沿着不同的场分量具有与至少两个不同的准周期贡献的组合相对应的形状；该传感器还包括用于组合这些场分量的值并确定所述位置的精确值的计算机。算机。算机。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括永磁体的非接触式位置传感器


[0001]本专利技术涉及用于绝对角度或线性位置精确测量的非接触式磁和/或电磁位置传感器领域。此类传感器使得能够以相当于总行程的0.1％，即，对于在完整旋转上执行的检测<0.5
°
的高精度来检测角度位置或线性位移。
[0002]在现有技术中，用于对参考点(相对于固定点围绕轴线成角度(或线性)地运动)的角度(或线性)位置进行磁测量的设备是已知的。这样的测量设备通常包括旋转的磁元件(或磁阻元件
‑
EMC)和测量磁通量或该磁通量(或磁场)的轴向分量和/或径向分量的磁敏元件(EMS)，由此通过计算推导出敏感的磁元件相对于参考点的角度位置。
[0003]“360
°
霍尔效应传感器”类型或“正余弦霍尔效应传感器”类型的第一传感器解决方案使用测量磁场的至少两个分量的单一探头，或使用一个在偏移期间生成通量比例变化的磁路。这种测量设备的精度是有限的(通常≥1
°
机械)，并且可能被认为对某些应用(例如用于机器人)是不够的。
[0004]使用至少两个霍尔效应探头的同一类型的传感器使得有可能提高这种测量设备的精度(特别是通过不同的场分量的结合)，但该精度仍然接近0.5
°
机械度，并且可能仍然被认为对某些应用(例如机床)是不够的。
[0005]另一系列带有绕组定子的铁磁类型传感器，通常被称为旋转变压器(例如，磁阻旋转变压器)，使用分布在定子部分上的磁发射器和接收器线圈系统。这些旋转变压器的准确度非常高，但它们在应用中被描述为笨重、昂贵并且组装复杂。它们被广泛用于工业(例如机床)和汽车工业(动力转向、变速器)，但仍然限于少数高端应用。
[0006]第三系列传感器使用若干磁道(每个磁道都具有给定的磁化轮廓或磁通量)，通常在它们之间进行索引。
[0007]“Nonius”或“游标效应”类型的传感器是第三系列中的一部分，其中两个轨道上的磁极对数不同，从而在用于指定角度(或线性)位置的磁信号中生成相移。
[0008]在该系列中已知的还有能够产生数字信号的多极“编码器”类型的传感器，这些传感器被组合在一起，使得能够确定相对或绝对的角度位置，或者将“360
°
霍尔效应传感器”和“编码器”类型的数字传感器关联在一起的组合传感器，使得能够将一次完整旋转的粗略模拟测量结果与大量的数字信号相组合，使得可以经由专用算法局部细化该测量结果，从而能够计算出精确的角度值。
[0009]这些传感器(或编码器)非常精确(<0.5
°
)，比旋转变压器更紧凑，但它们需要使用至少2个磁轨(或EMC)，并且每磁轨至少一个磁探头(或EMS)。这些传感器被描述为比仅包括单一EMC的传感器更昂贵，组装更复杂。它们的使用通常限于卫星、机床、装配机器人和医疗机器人中的高精度定位技术。
现有技术
[0010]同样已知的是法国专利FR2923903，它描述了一种角度或线性磁位置传感器，该传感器包括由至少一个磁体组成的移动元件，该磁体的磁化方向在由运动方向和法线方向定
义的表面上沿磁体运动方向线性变化、至少四个磁敏元件和根据移动元件的绝对位置提供信号的至少一个处理电路，其中第一组磁敏元件由位于同一点、在空间上与第二组磁敏元件偏移的一对磁敏元件组成，第二组磁敏元件也由位于同一点、在磁体的运动方向上的一对磁敏元件组成。第一组磁敏元件和第二组磁敏元件中的磁敏元件能够测量磁场的切向分量，并且第一组磁敏元件和第二组磁敏元件中的磁敏元件能够测量磁场的法向分量。处理电路能够产生至少两个代数组合，每个代数组合包括第一组磁敏元件的分量和第二组磁敏元件的分量，从而确定两个实质上电移相90
°
的正弦信号。
[0011]专利FR2919385还描述了一种实现两个非接触式360
°
传感器来产生绝对多圈传感器的解决方案。第一非接触式传感器用于测量旋转构件从0
°
到360
°
的旋转角，第二传感器用于确定旋转构件的完整旋转次数。在两个传感器之间集成了连续齿轮减速比n的机械系统。减速器的输入轴与第一传感器相连，第二传感器的转子与减速器的输出轴相连。每当第一传感器转一整圈，第二传感器只转1/n圈。第二传感器使得能够以有限的精度和分辨率获得总绝对角的测量结果，但第一传感器通过细化第二传感器的测量结果解决了这个问题，从而在360
°
范围内获得非常精确的精度和分辨率。此外，在第一传感器失效的情况下，第二传感器甚至能够检测到(n倍的分辨率降低)旋转构件在旋转过程中的位置，并检测到第一传感器的故障情况。
[0012]专利FR2898189描述了使用相对于彼此可移动的至少一个永磁体和至少一个磁敏元件的线性或曲线旋转运动磁传感器的另一种解决方案，其特征在于，磁体具有磁化方向，该磁化方向在由所述运动方向和法线方向定义的表面上沿磁体的运动方向基本呈线性变化，在旋转传感器的情况下，排除了径向磁化。
[0013]专利EP2711663描述了另一盘形解决方案，其具有可以绕轴线(Z)旋转移动的点(P)。第一传感器和与盘一体的第一磁元件协作，以测量点(P)相对于原点(O)的近似角度位置(θa)。第二磁元件在盘的外围周向布置。第二传感器被布置在原点(O)，以针对与该第二传感器相对定位的第二磁元件，测量该第二磁元件的上游端相对于原点(O)的角度位置。装置根据近似角度位置(θa)确定哪个第二元件与第二传感器相对定位。装置根据所确定的第二元件和第二传感器测量结果来计算参考点(P)的精确角度位置(θ)。
[0014]现有技术的缺点
[0015]最简单的现有技术磁传感器不能获得足够的角度(或线性)精度来成功地用于需要高精度定位的应用中。

技术实现思路

[0016]本专利技术的目的是通过提供一种简单而廉价的磁测量角度或线性位置的设备来弥补这一主要缺陷。就其最一般的意义而言，本专利技术涉及一种非接触式的位置传感器，该非接触式位置传感器包括生成磁场的永磁体(或磁编码元件)以及在至少两个方向上所述磁场的至少一个检测元件(或磁敏元件)，该永磁体能够在运动方向上运动，并且具有沿着运动方向连续可变的磁化，其特征在于，所述磁化的变化根据不同的场分量呈现与至少两个(准)周期性贡献的组合相对应的形状，该传感器还包括用于组合这些场分量的值并确定精确位置值的计算机。
[0017]术语“准周期性”是指周期性组合的泛化，其模式从一个周期到另一个周期具有微
小的变化，但各个模式的间隔是恒定的。
[0018]可选地，检测元件可以放置在通量集中器中。
[0019]有利的是，所述的磁化根据不同的场分量、根据至少两个周期性贡献的组合相对应的形状而变化，所述至少两个周期性贡献是根据不同的周期p和n*p(实数n>0，在位移中恒定或可变)的，第二模式是携载第一模式的载波信号，这种双模式使得能够组合粗略测量结果和经由测量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种非接触式的位置传感器，所述位置传感器包括生成磁场的永磁体(1)以及所述磁场在至少两个方向上的至少一个检测元件(或磁敏元件)(3，11)；所述永磁体(1)能够在运动方向上运动并且具有沿着所述运动方向连续可变的磁化；所述磁化的变化根据不同的场分量具有与至少两个不同的准周期性贡献的组合相对应的形状；所述传感器还包括用于组合所述场分量的值并确定精确位置值的计算机，其特征在于，所述磁化随着载波和至少一个次级信号而变化，所述载波频率的周期为p*n(实数n>0，在偏移中恒定或可变)，所述载波频率的测量结果确定粗略位置，并且所述至少一个次级信号按照更小周期p携载，以提供经处理来提供所述位置的精确测量结果。2.根据权利要求1所述的位置传感器，其特征在于，所述载波和被携载信号彼此索引，以产生与所执行的偏移成比例的相移。3.根据权利要求2所述的位置传感器，其特征在于，所述载波和被携载信号是非周期性的。4.根据权利要求2所述的位置传感器，其特征在于，所述磁化具有至少一个磁异常，以用于检测机械的完整旋转或偏移中的给定位置。5.根据权利要求2所述的位置传感器，其特征在于，所述永磁体包括至少一个多极永磁体或多极磁体组件。6.根据权利要求1所述的位置传感器，其特征在于，所述永磁体是电动机、发电机、致动器、减速器或耦合器的转子的全部或部分。7.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：R，
类型：发明
国别省市：