专利名称：无接触检测发生器部件转速和/或位置的带编码器的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于无接触地检测可绕轴线转动的发生器部件
(Geberteil)的转速和/或位置的装置，该装置具有环状的永磁性的编码器， 该编码器具有在周向上交替地设置的规则的N极和S极以及至少一个不规 则的极，该编码器还具有带有差分霍尔传感器的扫描头。
背景技术：
这种类型的装置在多方面用于检测轴的转速、也用于对轴进行位置测 量。编码器安置在发生器部件上并且扫描头提供相应的信号，由这些信号 可导出转速信息或位置信息。
由US 2003/0116703 Al已知一种装置，在该装置中，编码器装备有交 替的规则的N极和S极，并所述装置设有带有差分霍尔传感器的扫描头。 为了可进行位置确定，编码器在其外周上的极构造上具有至少一个不均匀 性。该不均匀性在于以较大的角长度或弧度形成一个所选择的极，并且 该极以特殊的磁化获得特别的构型，这样的编码器只是难于制造，因为不 规则的极的几何构型难于磁化。而且在安置具有位于其中的传感器的扫描 头时偏离其轴向位置会引起检测分度时的误差。
EP 0 496 918 Al说明了另一种可能性一尤其是用于检测位置的可能 性。这里，在一个扫描头中使用两个彼此隔开一定距离安装的霍尔传感器， 当所述霍尔传感器与发生器部件的标记相对时，所述霍尔传感器发出传感 器信号。作为发生器部件可使用两个彼此相对扭转的齿轮，其中，在一个 齿轮的每个齿与另一个齿轮的一个齿间(空位)相对。可通过该装置实现 的对称特性并不令人满意。
本发明的目的在于，避免迄今公开的装置的缺点，并提供这样一种装 置，该装置制造简单，并允许可靠地检测发生器部件的转速或位置。尤其
是在宽且非常宽的极的中间出现的磁场扰动(Einbruch)对编码器传感器 系统的正确功能应没有影响。应实现对发生器部件进行精确的角测量。
通过权利要求1的特征所述目的来实现。从属权利要求2至9是本发 明内容有利的改进方案。为了能够实现所述目的，开头所述的装置装备有 相反地磁化的双轨编码器，并且给每个编码器轨分别配设差分霍尔传感器 的一个传感元件。试验中已经证实，这样的装置可得到高的磁场稳定性， 此外，传感器间距中的分度误差小至可以忽略。传感器与编码器表面的径 向距离对发生器部件的位置测量精度几乎没有影响。而且，测量敏感度与 极宽度的相关性基本上得到避免。通过单个轨的极进行相反的磁化以及给 每个轨配设差分霍尔传感器的一个传感元件，可产生两个信号，这些信号 的变化走势分别配设给一个轨和一个传感元件，并且这些信号在它们的正 区域和负区域中反向取向。
为了可进行位置测量， 一个轨的极中至少一个极设计成在周向上具有 比相邻的极大的极宽度。在所述一个轨中具有较大弧度的这个极与另一个 轨上的一个具有相同极宽度的反向的极相配。
各个轨的轴向轨宽度优选设计成大小相同的。传感元件轴向邻近地并排 安置。传感元件之间的轴向距离A决定了到不再能保证功能之前，该传 感器编码器系统可彼此相对移动多远。通过传感元件的一半距离在两个方 向上限定功能范围。此外，距离A还决定了从哪个以。为单位的极宽度 PB起极边界的角位置与传感器距离的不相关性只是由物理上的补偿效应/ 对称原因给出。从极宽度Pfi>，起使用补偿效应，从m〉11^ 起极边界与传感器距离无关。由此取消了对磁化工具的优化。这按照下面 的事实进行7c x D x PB除以360。。轴向距离A应选择得小于算出的结果。 对于降低距离误差特别有利的是，传感元件之间的轴向距离A小于7t x D x
PB除以2 x360。。以理想方式应这样选择传感器，《吏得传感元件之间的距 离A相应于双轨编码器的最小极的半个极宽度PB (7i = pi - 3.1416)。
下面借助于附图中所示的实施例来详细描述本发明。其中 图1以俯视图表示具有差分霍尔传感器的双轨编码器的示意图； 图2表示磁场的一个局部，在图1示出的编码器的区段画出图线；以
及
图3表示具有不同极宽度的磁场的局部。
具体实施例方式
图中没有示出该装置的各个部分，因为这些部分本身是已知的，并且 也可从开头所述的属于现有技术中的US公开文献中获知。因此，图1中 示出i殳计成双轨编码器(Doppelspurencoder) 1的编码器的表面的一个局 部，并且所述编码器以规则的N极2和S极3被相反地磁化。在每个编码 器轨4和5上布置有相应数量的极2和3。极2和3的数量由预给定的分 度角确定，对于规则的极2和3该分度角通常在3。与12°之间。对于每个 规则的极2和3，极宽度或角长度14是大小相同的。除了规则的极2和3 之外，在每个编码器轨4和5上布置有具有较大的角长度13 (极宽度)的 不规则极6和7，所述不规则极也被彼此相反地磁化。双轨编码器1配设 有差分霍尔传感器8，并且这样进行配设，即，使每个轨4、 5配设有一传 感元件9、 10。编码器具有规则的极2和3以及具有不规则的极6和7的 构型不仅允许检测轴的转速，而且允许对其上安装有凸轮或类似物的轴进 行位置确定。轨4、 5分别彼此相对的极宽度PBS和PBN大小相同。差 分霍尔传感器8相对于位于轨4与5之间的中间平面12布置在中央。这里 已经证明有利的是，传感元件9与10之间的轴向距离A相应小于双轨编 码器1的最小的极2、 3的半个极宽度PB (14)。试验中表明，传感元件 9与10之间的轴向距离A —般与编码器的直径D以及与双轨编码器1的
规则极2和3的极宽度PB R成确定的比例，并且可按照7t x D x PB R除 以360。来计算。在此特别有利的是，用半个极宽度来进行计算，即tcxDx PBR除以2 x360。。由此获得特别好的补偿效应。试验中表明，在该装置 的这种构型中，在转速上和在位置确定上都可获得非常好的测量结果。
图2中局部示出了曲线走势的图线，该曲线走势分别根据霍尔传感器 9和10处的角位置在以特斯拉为单位的磁通密度的磁场(B-Feld)中得到。 在此可看到规则的极2、 3的均匀性以及对于不规则极6和7位于中间的强 烈偏差。
图3示出了对于带有具有不同极宽度的极的装置曲线走势的图线。这 样的装置优选在凸轮轴中使用，因为位置测量在此更为重要。
权利要求
1.一种用于无接触地测量可绕轴线转动的发生器部件的转速和/或位置的装置，该装置具有环状的永磁性的编码器，该编码器具有在周向上交替地设置的N极和S极以及至少两个不同的极宽度，该编码器还具有带有差分霍尔传感器的扫描头，其特征在于该编码器设计成被相反磁化的双轨编码器(1)；所述差分霍尔传感器(8)的每个传感元件(9，10)配设给编码器轨(4，5)之一。
2. 根据权利要求1的装置，其特征在于传感元件(9, 10)轴向 邻近地并排设置。
3. 根据权利要求1或2的装置，其特征在于所述轨(4， 5 )上彼 此相配的极宽度(PBS， PBN)大小相同。
4. 根据权利要求1至3之一的装置，其特征在于传感元件(9, IO)之间的轴向距离(A)小于7ixDxPBR除以360。，其中，D是编码 器(1)的直径，PBR是双轨编码器(1)规则的极(2， 3)的极宽度。
5. 根据权利要求1至4之一的装置，其特征在于传感元件(9， 10)之间的轴向距离(A)小于nxDxPBR除以2 x360°。
6. 根据权利要求1至5之一的装置，其特征在于传感元件(9， 10)之间的轴向距离(A)对应于双轨编码器(1)最小的极的半个极宽度 PB。
7. 根据权利要求1至6之一的装置，其特征在于编码器(1)设 计成具有至少与发动机所具有的缸一样多的极对的凸轮轴编码器。
8. 根据权利要求1至6之一的装置，其特征在于编码器(1)具 有规则的极(2， 3)和不规则的极(6， 7)，编码器轨(4， 5)的不规则 极(6， 7)在周向上具有比规则的极(2， 3)的极宽度(14)大的极宽度(13)。
9. 根据权利要求8的装置，其特征在于 一个轨(4)中的具有较 大的极宽度(13)的不规则的极(7)分别与另一个轨(5)上的具有相同 的极宽度(13)的相反的极(6)相配。
全文摘要
本发明涉及一种用于无接触地测量可绕轴线转动的发生器部件的转速和/或位置的装置，该装置具有环状的永磁性的编码器，该编码器具有在周向上交替地设置的N极和S极以及至少两个不同的极宽度，该编码器具有带有差分霍尔传感器的扫描头，其中，所述编码器设计成相反磁化的双轨编码器(1)；所述差分霍尔传感器(8)的每个传感元件(9，10)配设给编码器轨(4，5)之一。
文档编号G01D5/245GK101097225SQ20071012695
公开日2008年1月2日 申请日期2007年7月2日 优先权日2006年7月1日
发明者C·冈德, H·穆特尔, L·萨拉尼亚克, 盖绍 M·冯, R·海因里希, R·莱茵斯 申请人:卡尔弗罗伊登柏格两合公司