专利名称：旋转角度检测系统的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及旋转角度检测系统，尤其涉及检测旋转轴的角 位置的检测系统，该检测系统减少机械误差、在制造方面经济并且可 扩展为适应多重旋转测量。
背景技术：
一个已知的实例角度检测系统包括非接触式传感器元件和在相 关轴与非接触式传感器元件之间的中间机构。旋转轴的角位置被间接 测量。旋转轴包括转动至少一个额外轴的齿轮，该额外轴的角位置由 非接触式传感器直接测量。然后，基于直接的测量和被测轴与旋转轴 之间的关系计算旋转轴的角位置。在添力口中间机构中所固有的诸如齿 轮间隙的机械误差出现在旋转轴的角位置的间接测量中。
另一个已知的实例角4企测系统取消了中间一凡构。该实例系统包括-一对磁体以测量旋转轴的角位置，然而其它的角检测系统只需要一个 》兹体。因此，该实例系统在制造方面更昂贵和复杂。
此外，已知的系统只能测量旋转轴直到360。的相对角位置。已知 的系统不能考虑诸如旋转轴在达到其60°的当前角位置之前可能已经 完成两个满360。的旋转，并因此将具有780°的实际角位置，即，[(2 转)x(360。)]+60。-780。。
因此，需要减少机械误差，在制造方面经济并提供多重旋转测量 的旋转角度检测系统。
发明内容
本发明包括旋转检测系统，其包括轴、环绕轴的磁体、 一对各位 于磁体远端附近的盘状件、和至少一个检测装置。磁体产生磁场，当轴旋转时磁场的角度改变。这对盘状件将由磁体产生的磁场引向至少 一个检测装置。该至少 一个检测装置对表示轴的角位置的磁场角度中 的变化敏感。
对于需要轴旋转少于180。的应用， 一个检测装置是足够的。然而， 对于需要轴旋转高达360。的应用，应包括第二检测装置，以确定地测 量轴的角位置。
对于需要轴旋转超出一个满360。回转的应用，应包括计数机构。 计数机构包括改进的盘状件和槽轮机构(Geneva gear),通过以已知的 方式对槽轮机构进行分度(index)，将旋转轴的连续运动转换成精确的 间断运动以计算轴的各个360°回转。
从下列说明和附图可以更好地理解本发明的这些和其他特征，下 文为附图描述。
图1是本发明的旋转检测系统的示例实施例的图示； 图2A是本发明的旋转检测系统的示例实施例在最大正角测量时 的图示；
图2B是本发明的旋转检测系统的示例实施例在0°角测量时的图
示；
图2C是本发明的旋转检测系统的示例实施例在最大负角测量时 的图示；
图3是本发明的旋转检测系统的示例实施例的图示，其包括计数 机构；禾口
图4是图3的计数机构的详细图示；
图5是本发明的旋转检测系统的示例实施例，其包括计数机构和 圆形盘状件；以及
图5A是本发明的旋转检测系统的示例实施例，其包括计数机构 和非圆形盘状件。
具体实施例方式
图1是本发明的旋转检测系统10的示例实施例的图示。旋转轴
12限定轴线A-A，并延伸通过壳体14。环形/磁体16环绕旋转轴12， 并产生^f兹场F。 一对盘状件20将-兹场F引向第一检测装置18,该第 一检测装置18在该对盘状件20之间安装到壳体14上。第一检测装 置18是对磁场F中的变化敏感的传感器，其可包括但不限于磁阻传 感器、^磁感应传感器或者线性霍尔效应传感器。
这对盘状件20包括偏心地安装到旋转轴12上的第一盘状件20A 和第二盘状件20B，其各安装在环形f兹体16的相对的远端上。第一盘 状件20A限定延伸通过第一盘状件20A的中心点的第一轴线B-B。第 二盘状件限定延伸通过第二盘状件20B的中心点的第二轴线C-C。旋 转轴12与这对盘状件20的各个在偏心位置处相交，〗吏得轴线A-A与 轴线B-B偏移距离Dl5而轴线A-A与轴线C-C偏移基本上等于距离 Di的距离D2。
这对盘状件20将由环形磁体16产生的磁场F引导到第一检测装 置18附近的期望位置。也就是说，磁场F由环形磁体16产生，并从 S传播到N。第一盘状件20A将由环形磁体16产生的磁场引向位于 第一盘状件20A与第二盘状件20B之间的第一才企测装置18。当旋转 轴12旋转时，由第一检测装置18^r测的并与》兹场F相关的角度0发 生改变。与磁场F相关的角度0的变化由第一检测装置18测量，并 且表示旋转轴12的角位置。
在图示的示例实施例中，这对盘状件20是圆形的铁质(ferrous)盘 状件。然而，应当注意的是，这对盘状件20不局限于圆形的4夹质盘 状件，并且可以用不同的材料制造，或加工成不同的形状以适应不同 的应用。
图2A是实例检测装置IO的一个示例实施例处于在最大正角测量 0P。S的原始位置的图示。第一盘状件20A和第二盘状件20B偏心地安装到旋转轴12上。角度0相对于旋转轴12的轴线A-A的从第一盘 状件20A的边缘30到第二盘状件20B的边缘32所确定。当旋转轴 12、环形磁体16和这对盘状件20处于原始位置时，角位置是O。，其 被看作是最大正角测量0p。s。在原始位置上，第一盘状件20A的边缘 30远离轴线A-A的距离是D3，第二盘状件20B的边缘32远离轴线 A-A的距离是D4，并且距离D3小于距离D4。
图2B是本发明的检测装置10的示例实施例在零角度测量0zero 时的图示。旋转轴12、环形磁体16和这对盘状件20从原始位置到 90°的旋转导致零角度测量0zero。在零角度测量0^。时，旋转轴12 旋转到如下位置第一盘状件20A的边缘30远离轴线A-A的距离是 D3,第二盘状件20B的边缘32远离轴线A-A的距离是D4，并且距离 D3等于距离D4。
图2C是检测装置10在最大负角测量0neg时的图示。旋转轴12、 环形磁体16和这对盘状件20从原始位置到180。的持续旋转导致最大
负角测量0neg。在最大负角测量0neg时，旋转轴12旋转到如下位置
第一盘状件20A的边缘30远离轴线A-A的距离是D3,第二盘状件 20B的边缘32远离轴线A-A的距离是D4，并且距离03大于距离D4。
对于需要角旋转测量小于180°的应用，单一的检测装置18是足 够的。然而，旋转轴12、环形;兹体16和这对盘状件20超出180°的 持续旋转，例如从原始位置到270°,导致图2B所示的零角度测量0zer。。 因此，为了确定地测量大于180。的角旋转，第二检测装置50(图5所 示)安装到壳体14上，其与第一检测装置18成较大的角度，典型地至 少90°,并且检测装置之间的已知关系用于确定旋转轴12的角位置。
将第二检测装置50(图5所示)添加到检测系统IO仅仅将检测系统 10的测量能力增加到360°。因此，对于需要角旋转测量超出360°或 一个满回转的应用，利用计凄t^L构(图3, 4, 5和5A所示)以扩展测量范 围，/人而适应多重S走转应用。
图3是本发明的旋转检测系统10的示例实施例的图示，其包括计数机构34,该计数机构34将连续运动，即旋转轴12的旋转，转换 成精确的间断运动，即对旋转轴12的各个360°旋转进行分度。计数 机构34包括改进的第二盘状件20B，和安装到计数轴38上的槽轮机构 36。改进的第二盘状件20B,包括停歇(dwell)特征42和分度销40。当 旋转轴12、环形》兹体16和包括改进的第二盘状件20Bi的这对盘状件 20旋转时，分度销40接合槽轮机构36内的槽缝44(图4所示)，并针 对旋转轴12的各个360°回转为槽轮机构分度一个站点(图4所示)。 第三检测装置52(图5所示)位于壳体14内接近计数机构34，并检测 槽轮机构36的分度。因为典型的转向系统需要旋转轴12的三个到四 个360。回转，故当旋转轴12旋转超出一个360。回转时，由第三检测 装置52(图5所示)检测的槽轮机构36的分度用于确定旋转轴12的实 际角位置。
图4是图3所示的计凝:^U勾34的详细图示。在所示的实例中， 槽轮机构36包括四个(4)槽缝44;然而，槽缝44的数量可基于应用改 变。各个槽缝代表站点。因此，实例槽轮机构36包括四个连续站点。 针对旋转轴12的各个360。回转对槽轮机构36分度一次，而第三检测 装置52(图5所示)检测槽轮机构36的分度。当改进的第二盘状件20B! 与旋转轴12 —起顺时针旋转时，分度销40连续地接合各个槽缝44, 以已知的方式将槽轮机构36机械地分度到四个连续站点的各个上。
在所示的实施例中，分度销40和停歇特征42与改进的第二盘状 件20B!成整体，以简化制造。
图5是本发明的旋转^f企测系统10的示例实施例的图示，其包括 计数机构34,其中，第一盘状件20A和改进的第二盘状件20Bi是圆 形的。第一^r测装置18和第二^r测装置50位于第一盘状件20A和改 进的第二盘状件20B!附近。第一检测装置18和第二检测装置50检测 由上述环形》兹体16产生的石兹场中的角度变化。
在本实例中，槽轮机构36包括8个槽缝44，各个槽缝代表连续 站点，其与位于改进的第二盘状件20Bi上的分度销40相互作用，以针对旋转轴12的各个360。旋转对槽轮机构36进行分度。第三检测装 置52位于槽轮机构36附近，并检测槽轮机构36的分度。
可选地，可以添加如54示意性表示的第三4金测装置，以满足系 统冗余度的要求或者改善旋转检测系统10的精确度。在该结构中， 第一检测装置18、第二检测装置50和第三检测装置54布置成彼此隔 开大约120。。此外，应该注意的是，还可添加额外的传感器(未示出)， 以改善系统的精确度。
由第一检测装置18和第二检测装置50检测的磁场中的角度变化 用于确定上述旋转轴12的角位置。此外，由第三检测装置52检测的 槽轮机构36的分度用于确定旋转轴12的360。旋转的数目。因此，通 过结合从检测装置18,50和52确定的信息，可以确定旋转轴12在多 重旋转中的角位置。
图5A是本发明的旋转检测系统10的另一个示例实施例的图示， 其包括计数机构34、第一盘状件20Ai和改进的第二盘状件20B1。在 本实例中，第一盘状件20A'和改进的第二盘状件20B'是非圆形的， 并添加第二分度销401以适应非圆形的几何形状。分度销40和第二分 度销401都位于改进的第二盘状件20B1上。
第一检测装置18和第二检测装置50位于第一盘状件20A和改进 的第二盘状件20B1附近。第一检测装置18和第二检测装置50检测由 上述环形磁体16产生的磁场中的角度变化。
在本实例中，槽轮机构36包括8个槽缝44，各槽缝代表连续站 点，其与分度销40和第二分度销40t相互作用。分度销40和第二分 度销404十对旋转轴12的各个360。旋转对槽轮机构36分度两次。第 三检测装置52位于槽轮机构36附近，并检测槽轮机构36的分度。
由第一检测装置18和第二检测装置50检测的磁场中的角度变化 用于确定上述旋转轴12的角位置。此外，由第三检测装置52检测的 槽轮机构36的分度用于确定旋转轴12的360°旋转的数目。因此，通 过结合从检测装置18, 50和52确定的信息，可以确定旋转轴12在多重旋转中的角位置。
尽管已经公开了本发明的优选实施例，但是本领域技术人员应认 识到某些改进将在本发明的范围内。因此，应当研究权利要求以确定 本发明的真正的范围和内容。
权利要求
1.一种旋转角度检测系统，其包括轴；位于所述轴附近用于产生磁场的磁体；偏心地安装到所述轴上的一对盘状件，其中，所述一对盘状件中的各个布置在所述磁体的相对远端附近，用于引导所述磁场；以及位于所述轴附近用于检测所述磁场的至少一个检测装置。
2. 根据权利要求1所述的旋转角度检测系统，其特征在于，所述轴限定第一轴线，所述一对盘状件中的各个限定横向于所述第一轴线的平面。
3. 根据权利要求2所述的旋转角度检测系统，其特征在于，所述轴与所述一对盘状件中的各个在偏心位置处相交。
4. 根据权利要求3所述的旋转角度检测系统，其特征在于，所述,兹体沿着所述第一轴线从所述一对盘状件中的一个附近的第一位置延伸到所述一对盘状件中的另 一个附近的第二位置。
5. 根据权利要求1所述的旋转角度^r测系统，其特征在于，所述一对盘状件中的各个具有大致圆形的形状。
6. 根据权利要求1所述的旋转角度^H则系统，其特征在于，所述一对盘状件中的各个具有非圓形的形状。
7. 根据权利要求1所述的旋转角度才t测系统，其特征在于，所述》兹体环绕所述轴。
8. 根据权利要求1所述的旋转角度4企测系统，其特征在于，所述一对盘状件引导处于随所述轴旋转而变化的角度的所述磁场，所述至少 一个检测装置对所述磁场的角度的变化敏感。
9. 根据权利要求8所述的旋转角度检测系统，其特征在于，所述磁场的角度表示所述轴的角位置。
10. 根据权利要求1所述的旋转检测系统，其特征在于，所述至少 一个检测装置包括第 一检测装置和第二检测装置。
11. 根据权利要求IO所述的旋转检测系统，其特征在于，所述第一检测装置位于所述一对盘状件之间的第一位置，所述第二检测装置位于所述一对盘状件之间的第二位置。
12. 根据权利要求11所述的旋转检测系统，其特征在于，所述第一^r测装置产生第一信号，所述第二^r测装置产生第二信号，其中，所述第 一信号与所述第二信号之间的关系表示所述轴的角位置。
13. 根据权利要求12所述的旋转检测系统，其特征在于，所述旋转检测系统还包括第三检测装置，其在所述第 一检测装置和所述第二检测装置中的任一个失效的情况下对所述第一检测装置和所述第二检测装置提供冗余。
14. 根据权利要求12所述的旋转检测系统，其特征在于，所述旋转检测系统还包括至少一个额外的检测装置，以改善系统检测的精确度。
15. 根据权利要求1所述的旋转检测系统，其特征在于，所述旋转检测系统还包括计数机构。
16. 根据权利要求15所述的旋转检测系统，其特征在于，所述计数才几构包括从动轮，其由计数轴驱动并且包括闭锁半径和用于接收销的切口 ；主动轮，其由所述轴驱动并且包括所述销；以及计数传感器。
17. 根据权利要求16所述的旋转检测系统，其特征在于，针对与所述轴的360度旋转相符的所述主动轮的各个360度回转，所述从动轮从一 个站点分度到随后站点。
18. 根据权利要求17所述的旋转检测系统，其特征在于，所述计数传感器产生表示所述主动轮的各个360度回转完成的计数信号。
19. 一种测量轴的角位置的方法，其包括步骤产生》兹场；通过一对盘状件将所述^f兹场引导到至少一个^r测装置；4企测与所述i兹场相关的角度；以及基于检测到的所述》兹场的角度，确定所述轴的角位置。
20. 根据权利要求19所述的测量轴的角位置的方法，其特征在于，所述磁场被引导到两个检测装置，并且所述轴的角位置基于来自所述两个检测装置的输入而确定。
21. 根据权利要求20所述的测量轴的角位置的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤计算所述轴的各个360度回转；以及确定所述轴的360度回转的总数。
22. 根据权利要求21所述的测量轴的角位置的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤通过将所述轴的360度回转的总数乘以360度并加上所述角位置，确定所述轴的总的角位置。
全文摘要
本发明包括旋转检测系统，其包括轴、环绕轴的磁体，一对各位于磁体远端附近的盘状件和至少一个检测装置。磁体产生磁场，当轴旋转时磁场的角度改变。这对盘状件将由磁体产生的磁场引向至少一个检测装置。该至少一个检测装置对表示轴的角位置的磁场角度中的变化敏感。
文档编号G01D5/20GK101529210SQ200780033642
公开日2009年9月9日 申请日期2007年7月2日 优先权日2006年7月11日
发明者B·G·巴宾, C·斯佩尔曼, G·克里斯滕森 申请人:欧陆汽车系统美国有限公司