用于初始化基于韦根传感器的旋转角度测量系统的方法与旋转角度测量系统与流程

本发明涉及一种用于初始化基于韦根(wiegand)传感器的旋转角度测量系统的方法，并且涉及一种用于检测轴的旋转运动的基于韦根传感器的旋转角度测量系统，该系统包括可以被安装成以便与待检测的轴一起旋转的永磁励磁单元(excitation unit)以及包括韦根导线和径向围绕韦根导线的传感器线圈的静止韦根传感器。

背景技术：

1、基于韦根传感器的旋转角度测量系统在现有技术中是众所周知的，并且特别用于控制和监测机器、工厂或车辆中的电动机，尤其是伺服电动机。旋转角度测量系统经常也被称为角度测量设备、旋转角度传感器或旋转编码器。

2、永磁励磁单元被安装成以便与轴一起旋转，并且以这样的方式被配置，使得当励磁单元旋转时，在韦根传感器的位置处产生交变励磁磁场。韦根传感器的韦根导线是磁双稳态的，其中韦根导线的磁化方向在足够强的励磁磁场的影响下突然反转，并且指向相对于韦根导线的磁化方向相反的方向。这种韦根导线磁化的突然反转在径向围绕韦根导线的传感器线圈中产生短电压脉冲。在励磁单元旋转期间，由此产生的交变励磁磁场因而持续地在韦根传感器的传感器线圈中产生电压脉冲，其中电压脉冲的频率与励磁单元的旋转速度成正比，因此与轴的旋转速度成正比。

3、如果韦根传感器暴露在强磁场中，例如在运输或安装期间，韦根导线可以被强磁化，使得在旋转角度测量系统的操作期间，由励磁单元产生的励磁磁场不足以完全反转韦根导线的磁化。作为结果，在传感器线圈中只产生相对弱的电压脉冲，该电压脉冲不能被旋转角度测量系统的评估单元可靠地检测到。此外，归因于相对弱的电压脉冲，在基于能量自给自足的韦根传感器的旋转角度测量系统中可能发生故障，在该系统中，归因于能量供应不足，电压脉冲的电能被用于向整个旋转角度测量系统供应能量。

技术实现思路

1、在这种背景下，任务是创建一个可靠的基于韦根传感器的旋转角度测量系统。

2、该任务通过具有权利要求1的特征的用于初始化基于韦根传感器的旋转角度测量系统的方法，以及通过具有权利要求7的特征的基于韦根传感器的旋转角度测量系统来解决。

3、在根据本发明的用于初始化基于韦根传感器的旋转角度测量系统的方法中，旋转角度测量系统首先被安装在使用地点。具体地，永磁励磁单元被安装在待检测的轴上，以便与所述的轴一起旋转，并且具有韦根导线和径向围绕韦根导线的传感器线圈的韦根传感器以这样的方式被布置，使得在励磁单元旋转期间，在韦根传感器的位置处由励磁单元产生交变励磁磁场。在安装过程期间，励磁单元通常直接附接到轴的轴向端。韦根传感器通常被布置在壳体中，在安装期间，该壳体被放置在固定励磁单元的轴的轴向端上。

4、根据本发明，在将旋转角度测量系统安装在使用地点之后，通过旋转角度测量系统的初始化单元将初始化交变电流馈送到径向围绕韦根导线的传感器线圈中，其中初始化交变电流被提供有随时间交变的电流方向和随时间降低的电流幅度。以此，在线圈内部，即在韦根导线的位置处，产生指向平行于韦根导线的轴向方向的初始化磁场，该磁场的方向随时间交变，并且其幅度/强度随时间降低。

5、由于韦根导线是铁磁性的，韦根导线中所谓的“基本磁体”倾向于沿着外部施加的磁场对准它们自己。归因于交变的初始化磁场，这些基本磁体因而持续地“翻转”，其中在初始化磁场的每个方向逆转时翻转的基本磁体的比例随着初始化磁场强度的降低而降低。这在韦根导线内产生了基本磁体的相对无序的布置，使得从宏观角度来看，韦根导线本质上没有磁极化，即它没有被磁化。

6、根据本发明的用于初始化基于韦根传感器的旋转角度测量系统的方法因此允许可能潜在地由旋转角度测量系统的运输或安装引起的韦根导线的磁化被理想地完全消除或者至少显著地减小。这允许在操作期间经由由永磁励磁单元产生的励磁磁场可靠地逆转韦根导线的磁化，并且因此允许可靠地检测轴旋转。根据本发明的初始化方法因而提供了一种可靠的基于韦根传感器的旋转角度测量系统。

7、优选地，馈送到传感器线圈中的初始化交变电流的电流方向以及由此产生的初始化磁场的方向因此改变至少5次，优选地至少10次，特别优选至少20次。这允许韦根导线的磁化可靠地减小。

8、在本发明的优选实施例中，在将初始化交变电流馈送到传感器线圈中开始时，初始化交变电流的起始电流幅度是在将初始化交变电流馈送到传感器线圈中结束时初始化交变电流的终止电流幅度的至少两倍，优选地至少三倍，为了可靠地减小韦根导线的磁化。

9、有利地，在馈送初始化交变电流之前，旋转角度测量系统的永磁励磁单元以这样的方式被布置，使得由励磁单元在韦根导线的位置处产生的励磁磁场横切于(transverseto)韦根导线的轴向方向，使得励磁磁场的磁场线本质上横切于韦根导线的轴向方向。优选地，励磁单元被布置成使得韦根导线的轴向方向和励磁磁场之间的角度为70°至110°，特别优选80°至100°。因而，励磁磁场不具有或只具有相对小的平行于韦根导线轴向方向的励磁磁场分量，使得励磁磁场对韦根导线的磁化逆转没有显著作用。这使韦根导线的磁化能够可靠地逆转，因此可靠地减小了韦根导线的磁化。

10、在本发明的可选的有利实施例中，在馈送初始化交变电流时，励磁单元以恒定的旋转频率旋转，并且初始化交变电流以这样的方式脉冲，使得时不时当励磁单元在韦根导线的位置处产生的励磁磁场横切于韦根导线的轴向方向时，初始化交变电流脉冲被馈送到传感器线圈中。优选地，在每种情况下，在韦根导线的轴向方向和励磁磁场之间的角度为70°到110°、特别优选地80°到100°的时候时，将初始化交变电流脉冲被馈送到传感器线圈中。可以使用韦根传感器或附加磁场传感器来检测励磁磁场。如上所述，在励磁磁场横切于韦根导线的轴向方向的时候激励传感器线圈允许韦根导线的磁化的可靠逆转，并因此可靠地减小了韦根导线的磁化。归因于励磁单元的均匀旋转和初始化交变电流的受控脉冲，不需要励磁单元的精确定位来实现这一点。

11、在本发明的另一个可选有利实施例中，在将初始化交变电流施加到传感器线圈期间，永磁励磁单元以这样的方式移动，使得由励磁单元在韦根导线的位置处产生的励磁磁场的平行于韦根导线的轴向方向的平行分量和通过将初始化交变电流馈送到传感器线圈中而在韦根导线的位置处产生的初始化磁场的平行于韦根导线的轴向方向的平行分量始终指向相同的方向，即，总是对着相同的方向。在这种语境下，术语“始终”和“总是”要以这样的方式来解释，使得在馈送过程的主要时间部分期间，励磁磁场的平行分量和初始化磁场的平行分量指向相同的方向，使得励磁磁场在韦根导线的磁化逆转中“支持”初始化磁场。这允许以相对低的电流幅度并因此以相对低的电能可靠地减小韦根导线的磁化，而不需要励磁单元的精确定位。

12、优选地，在馈送初始化交变电流期间，励磁单元以恒定的旋转频率旋转，其中励磁单元的旋转频率与初始化交变电流的交变频率成正比。这里，比例系数等于励磁单元的磁极数量的倒数，使得在韦根传感器的位置处产生的励磁磁场的交变频率等于通过将初始化交变电流馈送到传感器线圈中而产生的初始化磁场的交变频率。这表示了一种相对容易的方式来移动励磁单元，以这样的方式使得励磁磁场的平行分量和初始化磁场的平行分量在初始化交变电流的整个馈送期间始终指向相同的方向，由于励磁单元在初始化交变电流的馈送开始之前只需要旋转对准一次。

13、在本发明的可选优选实施例中，励磁单元在馈送初始化交变电流期间交变顺时针和逆时针旋转，以这样的方式使得励磁单元旋转方向的交变频率与初始化交变电流的交变频率成正比。这允许励磁单元以这样的方式移动，使得励磁磁场的平行分量和初始化磁场的平行分量在初始化交变电流的整个馈送期间始终指向相同的方向，而不需要励磁单元以及因此不需要励磁单元所附接的轴的显著绝对旋转。

14、特别优选地，励磁单元以这样的方式旋转，使得励磁单元分别顺时针或逆时针旋转的旋转角度随时间降低。作为结果，在初始化交变电流的极值时刻，励磁磁场的平行分量的绝对值随时间降低，这允许韦根导线的磁化特别高效地减小。

15、根据本发明的用于检测轴的旋转运动的基于韦根传感器的旋转角度测量系统包括永磁励磁单元，该永磁励磁单元可以被安装成以便与待检测的轴一起旋转。励磁单元可以由单个永磁体形成，或者可以具有附接到磁体载体的多个永磁体。励磁单元通常是旋转对称的，并且具有沿着励磁单元的圆周均匀分布的磁极。励磁单元通常直接附接到轴的轴向端。

16、根据本发明的用于检测轴的旋转运动的基于韦根传感器的旋转角度测量系统包括具有韦根导线和径向围绕韦根导线的传感器线圈的静止韦根传感器。韦根传感器的一般设计和操作在现有技术中是众所周知的。韦根传感器以这样的方式布置，使得当励磁单元旋转时，在韦根传感器的位置处由励磁单元产生交变励磁磁场。韦根传感器通常布置在壳体中，该壳体被放置在固定励磁单元的轴的轴向端上。

17、另外，根据本发明，提供了初始化单元，其被配置为将初始化交变电流馈送到传感器线圈中，其中初始化交变电流被提供有随时间交变的电流方向和随时间降低的电流幅度。因此，初始化单元被配置用于在韦根导线的位置处产生初始化磁场，该初始化磁场指向平行于韦根导线的轴向方向，该方向随时间交变，并且其幅度/强度随时间降低。初始化单元可以由专用电路和/或适当编程的集成电路或微控制器构成。初始化单元可以包括电连接到传感器线圈的自带的电流源，或者可以被配置用于控制电连接到传感器线圈的单独的电流源。

18、如上所述，初始化单元允许消除或至少显著减小可能潜在地由旋转角度测量系统的运输或安装引起的韦根导线的磁化，因而提供了可靠的基于韦根传感器的旋转角度测量系统。

19、优选地，根据本发明的基于韦根传感器的旋转角度测量系统包括具有电流源的评估单元，其中评估单元被配置为经由电流源将检测电流馈送到传感器线圈中，用于检测韦根导线的磁化方向，其中初始化单元被配置为经由评估单元的电流源将初始化交变电流馈送到传感器线圈中。评估单元可以由专用电路和/或适当编程的集成电路或微控制器构成。特别优选地，评估单元和初始化单元由单个集成电路构成。这提供了一种紧凑的、构造简单的基于韦根传感器的旋转角度测量系统。