[发明专利]用于高极数电机的集成多匝绝对位置传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有集成的绝对磁位置反馈的高极数电机，所述高极数电机通过相关的电子器件能够提供该电机的任意转数上的绝对位置感测。多转绝对位置反馈可以与高分辨率部分回转反馈组合以提供电机的任意转数上的高分辨率反馈。有多回转能力的反馈和高分辨率部分回转反馈两者的磁路是基于现存的电机磁路。

背景技术

电机被用于实现对象的受控运动的各种应用中。例如，电机被用于各种工业自动化和其他自动化应用中。在许多应用中，向电机或电机的控制器提供电机位置的精确度量以使得通过电机定位对象的精度可以更高是有用的。在许多应用中，即使电机在系统功率被关闭时已经被移动，知道电机在施加功率时的绝对位置也是有利的。在闭环系统中，一个或更多个传感器收集关于电机的位置、速率或加速度信息，并且将该信息提供给电机控制器。电机控制器内的闭环控制系统接收作为反馈的电机位置或其他信息，并且改进电机的定位或运动特性的精度。其操作通过反馈实现并且在闭环控制之下的电机常被称为伺服电机。

绝对多匝位置反馈可以通过若干方法获得，包括使用在它们之间具有机械传动装置的多个编码器部分或分解器部分、使用具有备用电池和电子计数器的传感器、以及使用磁脉冲发生器来感测位置移动并且可选地提供对脉冲的数量和序列进行计数以便跟踪轴位置所需的能量。

绝对位置传感器的分辨率通常通过将粗略绝对位置传感器的值与在一个回转的有限的时间段或部分内提供绝对位置的精细位置感测方法的那些值组合来改进。假如粗略位置感测方法能够在精细位置感测方法的周期的一小部分(afractionof)内确定位置，则可以用电子装置组合来自这两个传感器的数据以提供对于位置的宽泛的绝对范围的高分辨率位置反馈。

较高分辨率周期绝对位置传感器与粗略多匝(multi-turn)绝对位置传感器的组合在本领域中是众所周知的。美国专利No.7,579,829中的Wong描述了高分辨率绝对周期位置感测与较低分辨率多匝绝对位置感测的组合。较低分辨率绝对位置感测通过使用由机械传动装置耦合在一起的多个分解器而获得。美国专利申请公开No.US2011/0156699A1中的Shibata等人描述了类似的使用通过传动装置机械地耦合的多个分解器部分的多匝绝对位置感测方法。存在基于机械传动方法的变型的多个专利。

美国专利No.5,057,727中的Jones描述了“利用Wiegand效应器件的轴位置传感器(ShaftPositionSensorEmployingaWiegand-effectdevice)”。具体地说，美国专利No.5,057,727教导了使用Wiegand效应传感器来确定锯齿状软磁轮的粗略位置，其中Wiegand效应器件所需的磁场由非装轮式磁源提供。非装轮式磁源可以永久磁体或螺线管。来自多个Wiegand传感器的信号的定相提供递增位置信息。作为Wiegand效应传感器的基础的Wiegand导线的操作在Wiegand的美国专利No.3,820,090和Wiegand的美国专利No.4,247,601中被描述。Wiegand传感器包括被盘绕的感测导线环绕的Wiegand导线。当在对传感器施加足够强的磁场之后，所施加的磁场一变弱或逆转，Wiegand导线的内芯的磁化状态就突然逆转时，感测导线生成强烈的不同脉冲。基于该效应的传感器在包括Hinke等人的美国专利No.4,538,082的技术中是众所周知的。

美国专利申请公开No.US2010/0213927中的Mehnert等人描述了使用感测附着到将被监视的主体的多个交替极性的永久磁体的粗略磁敏位置传感器(诸如霍尔效应传感器)的绝对磁位置编码器，其中操作控制逻辑和非易失性计数器的功率由单个Wiegand元件提供。该粗略位置传感器与磁敏精细传感器(诸如霍尔效应传感器)组合以提供更高分辨率的部分。这些组合在电子逻辑中以提供不需要外部功率来维持其绝对位置计数的高分辨率多匝编码器。

美国专利No.8,111,065中的Menhert等人描述了由来自主轴的齿轮驱动以每转生成多个功率脉冲的组合Wiegand效应传感器，其中这些脉冲被计数以提供粗略绝对位置装置。绝对一匝编码器、分解器或霍尔效应位置传感器装置用于提供更高分辨率装置，其中高分辨率周期的和低分辨率的绝对计数组合来提供绝对位置感测装置。来自Wiegand效应器件的脉冲用于给粗略绝对计数电子器件供电以使得不需要外部电功率来跟踪输入轴的粗略运动。