[发明专利]电容式旋转位置编码器及电容式旋转位置检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及电容式旋转位置编码器以及电容式旋转位置确定的方法。

背景技术

本发明具体地涉及电容式旋转位置编码器的技术领域，在该编码器中，在通过电介质相对于彼此隔离的导电区随旋转位置而变化的重叠和在这种情况下变化的所述导电区之间的电容值的辅助下确定旋转位置。根据简化的理论模型，在这种情况下，所得的电容值与面积重叠比率成正比。

在这种情况下，在旋转编码器中，导电区可用气隙作为电介质无接触地一个在另一个上地进行旋转，结果传感器系统没有出现机械磨损。除了诸如空气的气体之外，这种类型的旋转编码器还可用液体作为电介质(也就是说，例如，在水或油中)进行操作。然而，另选地，还可以采用通过固体电介质相对于彼此对应地绝缘并且(例如)还重叠地滑动的区域。

为了得到绝对的旋转位置，必须提供能够在所需的测量范围(也就是说，例如，整转)内进行明确的(也就是说，绝对的)旋转位置确定的电容区布置。这可以(例如)通过电容比的非旋转对称构造来实现。例如，如(例如)在(例如)US 2005/110768中的便携式音乐播放器的操作单元的情况下已知的，采用布置成环形的多个电容敏感区并且手指(人或被实施为导电电极)沿着环形扫过这多个电容敏感区。然而，与这种操作单元形成对照，在这里讨论的旋转位置编码器具有明显更高的精度和低于1度的角度测量精度，优选地，甚至明显更低，也就是说，例如，在1/10度、1/100度或更低的范围内。

尽管假定可以实现电容区的对应几何构造、电容值与旋转位置的线性或已知的相关性，但这种类型的位置确定还受各种干扰影响(诸如，例如，变化的区域距离、电介质的改变(例如，取决于空气湿度、温度)、外部电场、轴向偏移、区域的不平行)的影响。

具体地，然而，非旋转对称布置表明的缺点是(具体地，如果需要以高角度分辨率进行准确的旋转位置确定)，它们也对各种干扰影响(诸如，离心率、倾斜、轴向距离变化、晃动)和外部干扰场敏感。

在这种情况下，由于造成测量误差的误差影响，导致为进行绝对旋转位置编码而引入的“代码”不对称不能与可能其它的对称移位区分开来。在如(例如)US5,736,865中描述的现有技术中的旋转对称编码的情况下，可以按通过几何形状进行控制的方式来减少或避免这种问题，但由于对称性，导致在这种情况下绝对位置信息不再是可用的。

为了得到准确的绝对位置信息，可仅仅增加沿着外围的敏感区的数量，以由于所述敏感区的角距较小，导致得到更高的角度分辨率。然而，就制造位置编码器而言和信号评价而言，在实践时都是复杂的。被大量制造并且可按相应简单和低成本方式使用的用于确定电容的标准电子组件(具体地，集成电路或用于这种电路的IP核)通常提供对有限数量通道(例如，大致达10、12、14、16或20个通道)的评价。用于评价更大数量的通道(例如，50或更多个通道)的组件没有被用作标准，或者因多路复用器电路等而需要额外的硬件花费。

发明内容

本发明的一个目的在于改进电容式旋转位置编码器，具体地，在一转内被绝对编码的旋转位置编码器，具体地，具有范围小于1度(优选地，0.1度或更低)的高角度精度的旋转位置编码器。

一个特定目的是提供一种电容式旋转位置编码器，该编码器在一转内被绝对编码并且以范围为小于1度(优选地，大约0.1度或更低的幅度范围)的高角度精度来决定旋转位置。

本发明的一个目的是提供一种电容式旋转位置编码器，该编码器可以被实施为使得，在评价期间，至少部分地补偿频繁的误差源(诸如，离心率、晃动、倾斜、环境条件的改变)。

旋转位置编码器的大规模生产还有小型化和成本降低是目的的其它部分。

在这种情况下，本发明的另一个目的还提供了一种用于绝对位置确定的电容式编码器，可用大量的商购常规电子组件并且可用电子生产中常规的标准工序来制作所述电容式编码器。

另一个目的提供了一种在电容式旋转位置传感器中高度准确地确定旋转位置(具体地，在子角度范围内)的对应评价方法，具体地，其中，意图在评价期间对多样性的误差和干扰影响进行补偿或平均。

根据本发明，涉及一种用于绝对确定绕着旋转轴的旋转位置的电容式旋转位置编码器。

这个旋转位置编码器具有收发器单元，所述收发器单元包括：