[发明专利]位置传感器系统

说明书

本发明涉及一种用于高速电机的感应式位置传感器系统，所述传感器系统不包括磁体、电刷或磁屏蔽。该传感器系统包括：传感器，该传感器包括感应线圈和无源线圈，该感应线圈在无源线圈中感应电压；电子信号处理电路，其包括芯片，用于处理对应于在无源线圈中感应的磁场的信号；以及导体元件，该导体元件相对于无源线圈可移动，使得无源线圈中感应的磁场变化，其中传感器包括三个线圈，该三个线圈中的一个是感应线圈，并且该三个线圈中的两个是无源线圈，并且该芯片是模拟芯片，该模拟芯片提供模拟的正弦/余弦输出信号。

描述

本发明涉及一种感应式位置传感器系统。

正确地确定电机的位置很重要，并且这通常使用诸如编码器或解算器的元件来实现，编码器或解算器是一种用于控制和调节任务的旋转变压器。

解算器的位置检测通常借助于包括磁体的传感器来实现(诸如欧洲专利EP1538448 A1和EP0562775中公开的那些传感器)。使用感应式位置传感器进行位置检测也是已知的，尽管在这些情况下使用数字芯片来提供数字信号。这些数字芯片模型的问题在于，它们在高速时锁定，并且停止正常工作。

专利PCT WO2015/16481A1公开了一种用于确定电机旋转的传感器系统，其不包括磁体。该文献中公开的基于涡流现象的模型包括无源导体元件，该无源导体元件在互连的有源线圈下方移动，并且使用电感-数字转换器(IDC)以在线圈中生成励磁，该励磁又在导体中生成傅科(Foucault)电流，并将由传感器测量的电感数据转换成关于无源导体元件旋转位置的信息。然而，这种传感器仅具有数字输出信号，并且具有与上述磁体传感器相同的缺点，即在高速时会被锁定。

专利PCT WO2005098370 A1公开了一种感应传感器设备，以用于使用涡流或傅科电流的物理现象来测量可移动部件的位置。然而，其配置使其不适合高速运行。

本发明的一个目的是公开一种没有在高速时锁定的缺点的位置传感器系统。

根据本发明的传感器系统允许基于傅科电流原理来确定电机的位置。更具体地，根据本发明的传感器系统允许根据当导体元件放置在传感器的线圈上方(特别是其无源(即感应)线圈上方)时由耦合到电机的轴的所述导体元件引起的电压变化来确定电机的绝对位置。此外，由根据本发明的传感器提供的信号是非常高速的模拟正余弦信号。本发明允许检测高达600,000rpm的速度。

本发明的传感器系统改进了已知系统，其包括至少一个感应电流的线圈和至少两个作为接收器或无源线圈的线圈。感应线圈在接收器线圈中生成电压，使得当导体元件或“目标”通过所述线圈上方时，由于涡流效应，所述导体元件位于其上方的线圈的电压被抵消。当导体元件的完全旋转发生时，所述导体元件在两个接收器线圈中产生正弦/余弦信号，所述正弦/余弦信号使得可以确定导体元件的角位置(或线性位置，取决于设计)。本发明中使用的芯片应用涡流原理来检测在一组线圈之间移动的目标导体元件的位置。

确定位置不需要计算负荷，因为它是从感应线圈或多个感应线圈的电压读数直接确定的。不同于其他已知的其中输出信号必须使用额外的电子器件来解调的传感器系统，根据本发明的传感器系统不需要使用所述额外的电子器件。

使用模拟芯片意味着传感器系统适用于高速应用，在高速应用的情况下其他类型的芯片会被锁定。使用基于感应原理的这种模拟芯片(无需磁体)意味着传感器系统的成本更加经济。此外，它使所述系统不受其他磁场的影响而不必使用磁屏蔽，并且还允许其在恶劣环境和高温的情况下使用。

因此，与其他解决方案相比，根据本发明的传感器也是经济的，因为不需要磁体、电刷或磁屏蔽来确定应用的位置。