[发明专利]磁性线性或旋转编码器

说明书

技术领域

本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述类型的磁性线性或旋转编码器。关于此类编码器的描述例如见于公开案DE 10 2007 039 050 A1和DE 10 2010 022 154 A1。

背景技术

DE 10 2009 023 515 A1和DE 10 2010 010 560联系同类编码器指出，为了取得高度精确的测量结果，有必要借助例如四个磁场传感器来测定表征相关位置的磁场值，以便能根据所产生的例如四个测量值来形成两个差值并根据这两个差值形成一个商数(比率差分法)，从而消除叠加扰动变量(例如叠加于测量磁场的外部磁场)和倍增扰动变量(例如与温度相关的漂移现象)的影响。从理论上说，此方法的应用确实是获得高精度测量结果的必要条件。这种方法不受所用传感器类型的影响，其详情(也包括应用于电感式位置编码器的情况)请参阅DE 42 24 225 A1。

然而实际操作时发现，即便采用比率差分法，测量结果也会受环境因素影响而波动，从而使得可得精度非期望地受到限制。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种能大幅提高测量精度的前述类型的线性或旋转编码器。

权利要求1中所概括的特征是本发明用以达成上述目的的解决方案。

本发明基于以下认识：采用比率差分法来获得高精度测量结果的充分条件是，在每个可能的位置上以及在每个时间点上，高分辨率传感器单元的所有磁场传感器中受环境参数影响的测量场以百分比计算的变化率至少在一个测量周期期间是相同的。测量周期是指线性或旋转编码器产生特定精度和特定分辨率的单个测量值所需要的时间。如果铁磁回路的晶体结构在变化着的环境参数的明确范围内保持一般均质或者在最简单的情况下初步近似地保持不变(测量回路的磁阻R_m＝恒定)，就满足了上述条件。借此例如确保激励磁场与每个磁场传感器所感测到的测量场之间是线性关系。

如果a、b、c和d是相应磁场传感器的信号，γ、η是倍增扰动变量的因子并且Δ是叠加扰动变量，那么在存在纯正弦和余弦信号的情况下，理想情况下(η＝1)实心轴旋转编码器的测量值m适用以下公式：

(1)

铁磁材料的结构和磁性能尤其会随着温度变化而发生剧烈变化。因此根据本发明，原则上需要对所述编码器接触测量场的所有铁磁部件都进行退火处理(即热处理)以稳定这些铁磁部件的晶体结构，使得其在温度正常波动时(即在约-50℃至约+150℃的温度范围内)保持不变或保持均质。

但是一般而言，要达到本发明所力求达到的目标，至少需要对紧邻激励磁场设置的铁磁元件如轭体和致偏体进行热处理。但这种情况下必须同时向外屏蔽激励磁场，使得所存在的剩余场强(这些剩余场强使得受温度影响的铁磁组件如起屏蔽作用的罩体能忍受波动)不再对测量结果产生影响。因此根据本发明的改进方案，所述轭体和致偏体是用经退火处理的铁磁金属(优选高导磁合金)制成。

所述致偏体和轭体采用一体成型方案是有益的，但是如果磁分离物体能产生一体式物体所具有的磁作用，就不一定必须采用一体成型方案。

此外，有利地仅使用像IC和电容器这样的在其壳体中不包含任何铁磁组件的电子组件。如果无法实现这一点，就将这些电子组件远离激励磁场布置，使得温度波动所引发的磁性能变化实际不可能再影响测量场。

为避免磁滞效应对测量精度产生不良影响，优选让致偏体随激励单元一起运动，亦即在旋转编码器中随激励单元一起旋转。

此外还须消除来自于外部的会干扰测量结果的外部磁场。为此，所述传感器除了经退火处理的轭体外还包含铁磁屏护件，但该屏护件不必经退火处理。所述屏护件的任务是削弱外部磁场，使得由高导磁合金物体合围形成的内腔中的剩余磁场趋近于零或者仅产生垂直于磁场传感器的(叠加)干扰场。鉴于经退火处理的元件对冲击敏感，因为冲击会使其晶体结构恢复初始状态，因此未经退火处理的屏护件同时起机械保护作用。

许多情况下无法通过退火来稳定编码器轴；就此而言，筒形或槽形轭体也连同致偏体一起用于向外屏蔽激励磁场。

由此，通过上述步骤形成一种以正确的理论基础应用比率差分法来获得极高精度测量结果的磁性线性或旋转编码器。

附图说明

下面结合实施例和附图对本发明进行说明，其中：

图1为本发明插设在轴体自由端上的旋转编码器(实心轴编码器)的剖面示意图；

图2为本发明的实心轴编码器的另一实施方式对应于图1的剖面图；