磁编码装置的制作方法

专利名称：磁编码装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种》兹编码装置、 一种使用这种编码系统测量旋转 的可移动部件的移动的系统、以及一种用于测量》走转的可移动部件 的轴向移动的方法。
更具体地，本发明涉及对围绕轴线i走4争并沿着平^f亍于^走转轴线 的轴线移动的可移动部〗牛的轴向移动的测量。
背景技术：
为了能适当地操作，铰链接合(pinjoint)需要轴向操作间隙。 然而，此间隙通常随导向部件和轴承的状况而改变。因此，有必要 测量轴向间隙，该轴向间隙是轴承磨损的良好指标。例如，在铁路 客车轴箱中，轴承受到摩擦腐蚀，当轴承环磨损时以及随着轴承环
的磨损，这导致超过1 mm的轴向间隙。
在现有寺支术中，4吏用编码器和传感器测量旋转构件的移动的》兹 系统是已知的。编码器通常是磁环，其与旋转构件整体形成并包括 环形眉兹專九(magnetic annular track),以相同3巨离分布的多个南北》兹 极对在该环形石兹4九上械J兹化。固定传感器^皮定^[立成与石兹4九径向相对， 并且该固定传感器包括对磁场敏感的元件。传感器传送f兹信号，更 具体地，这些磁信号的频率使得传感器能确定旋转构件的旋转速度。 然而，这种系统不允许测量旋转的可移动部件的轴向移动。
7将传感器定位成与磁环相对也是已知的，并且，测量磁场强度 的变化以确定旋转构件的轴向移动也是已知的。然而，这种测量不 可靠，因为对磁场强度的测量显示出明显的温度漂移。因此，此系 统不能在具有显著温度变化的严苛环境中使用。
为了确定轴在孔中的轴向位移，也存在"轴端"解决方案，其 中，位置传感器或近程式传感器被安装成与轴端相对。然而，除了 在某些情况中由于整体尺寸而不可行这个事实以外，轴端有时还具
有返回当前圓锥形小齿4仑的这个作用，而这使此解决方案不可行。
另外，欧洲专利申i青EP 1 875 422 7>开了 一种用于才企测轴向位 移的系统。此系统使用与旋转构件整体形成的多极磁环以及定位成 与石兹环圓周径向相对JU巨石兹环圓周 一定读凄欠3巨离(reading distance ) 的固定传感器。磁环的外围上具有显著的磁跃迁，该磁跃迁相对于 旋转部件的旋转轴线倾4牛。当^走转构件轴向移动时，系统4全测该特 征任一侧上的磁极长度的改变。然后，就能从中推断出旋转部件的 轴向位移。然而，在每次旋转中仅执行一次轴向位移的测量，并且 此磁极上的速度的测量是不真实的。因此，此解决方案不能进行高 分辨率的速度测量。
曰本专利申请JP 2006201157 乂>开了 一种系统，该系统使得能 够测量旋转中的可移动部件的轴向位移。测量系统包括与滚珠轴承 的内环整体制成的环形编码器，以及固定至轴承的外环且定位成与 编码器的环形编码》兹道径向相对的 一个或两个传感器。
在曰本专利申i青JP 2006201157的图10中所示的一个实施方式 中，编码器包4舌两个编码^兹道。两个》兹道在相-于的三角方向上都具 有恒定角度的螺旋形图案。 一传感器被定位成与两个磁道中的每个 相对，并且，计算机单元根据传感器所传送的信号之间的相位差确 定4由向^f立移。200910167600.6
感器读耳又。因此，编码》兹道必须足够宽，以检测明显的轴向位移。
因此，编码装置具有4交大的整体尺寸。

发明内容
本发明旨在通过提供不太笨重的编码装置来解决这些问题，使 得能够以可靠准确的方式测量可移动部件的轴向位移和旋4争速度。
为了此目的，根据第一方面，本发明提供了一种用于测量沿轴
线A旋转的可移动部件的移动的》兹编码装置，其包4舌具有轴线B的 磁环，磁环被设计为相对于所述轴线A与所述可移动部件同心地制 成一体，所述》兹环包括外围》兹道，以相同距离分布的多个南北f兹极 对在该外围磁道上被磁化。该装置的显著之处在于，所述外围磁道 的》兹一及具有螺;旋形的形^1犬，该螺;旋形具有轴线B和变^b的螺;旋角a， a根据函数o^f(x)而变化，其中，x表示在轴线B上所考虑的点的轴 向坐才亍、。
因此，才艮据本发明的编码装置4又需要一个万兹环，并且监测外围 磁道的传感器因而能聚集成组。
另外，由于螺旋角才艮据确定的函凄t而变化，因而编码装置可^又 具有一个由两个传感器读耳又的f兹道，以确定部^牛的轴向^f立移。因此， 磁环的整体尺寸减小。因此，有利于才艮据本发明的石兹编码装置的集 成(integration )。
因此，才艮据本发明的》兹编码装置对于必须限制整体尺寸的应用 场合尤其有利。另外，由于测量系统^使用两个传感器，因而能获得两个复制的 速度测量结果。那么，测量的重复性保证了速度测量的增加的安全
性，当速度测量用于ABS或防滑系统中时，这尤其有益。
有利地，螺旋角a可才艮据函凄史a=f(x)=arc tan (2K x)而变化，其 中，K表示非零的(nonnull)比例常婆丈。
因此，旋转的可移动部件的轴向位移是相位移的线性函数。因 此，这种编码装置能简单地确定轴向位移。
才艮据本发明的第二方面，本发明涉及一种用于测量围绕轴线A ;旋转的可移动部件的轴向移动的方法，包4舌
-才艮据本发明第一方面的编码装置；
-用于4企测》兹场的装置，至少包^r第一固定的》兹传感器和第二
固定的箱f传感器，上述传感器定位在4皮此相距非零的轴向距离d处 且与编码装置的外围磁道径向相对地定位在距所述外围》兹道一读出 距离处，并且，上述石兹传感器对编码装置所感生的石兹场变化每文感； 以及
-信号处理单元，^皮布置成用于确定由第一传感器传送的第一 信号与第二传感器传送的第二信号之间的相位移，以便确定旋转的
所述可移动部4牛的向4立移。 有利地，第一传感器包括
-多个壽丈感元件，位于垂直于轴线A的相同平面内，敏感元件 ^皮分成至少两个子纽/f牛；以及-电子电路，被布置成用于根据这种子組件所传送的信号来传送
两个才莫拟信号SIN1和COSl，这两个才莫拟信号正交且具有相同的振幅。
在根据本发明的第 一实施方式中，第 一传感器传送的第 一信号 是伪正弦模拟信号，第二传感器传送的第二信号也是伪正弦模拟信 号，并且，处理单元确定第一信号与第二信号之间的时间相位移。 因此，能够以简单且^f更宜的方式确定轴向位移。
在才艮据本发明的第二实施方式中，信号处理单元包4舌
-计算机，用于从信号SIN1和COS1中确定信号ARC TAN1 (SIN1/COS1 ),以及
-运算器，用于根据与第二传感器传送的信号经过预定阈值相 对应的信号ARC TAN1 ( SIN1/COS1 )确定信号SIN与第二信号之
间的相^立移。
因此，测量系统独立于可移动部件的S走转速度的变化而确定轴 向4立移。
在本发明的第三实施方式中，测量系统包括
-空间分辨率倍增器，用于从两个正交的^lt拟信号SIN1和 COS1中产生至少一个数字信号，该数字信号的状态每个^f兹周期改 变N次，N是大于或等于4的整^t;以及
-计算机，用于通过计算该数字信号处于信号SIN1经过零与参 考信号经过零之间的状态条件的次数，来确定信号SIN1与第二信 号之间的相位移。的信
因此，由于数字信号的状态改变的次数代表传感器在所考虑的f兹极对上的绝对位置，所以，该测量系统也使得确定轴向位移的值成为可能，该轴向位移的值不受可移动部件的旋转速度的变化的影响。
有利地，空间分辨率倍增器被布置成从两个正交的模拟信号
SIN1和COSl中产生两个正交的凄t字信号，这两个正交的凄t字信号的状态每个石兹周期改变N次。因此，两个正交的凄t字信号的出现4吏得获得轴旋转的方向成为可能。
有利地，系统进一步包括用于存储瞬时相位移的极值的存储器和用于从上述才及值中推导出编码装置与4企测装置之间的轴向间隙的
分析器。
有利地，第一传感器和第二传感器处于共用的定制ASIC集成电路中。因此，这种检测装置的整体尺寸是有限的，从而便于对其进行集成。另外，将两个传感器集成到同一个集成电路上，使得能
够实质性地降^^测量系统的制造成本。
最后，根据本发明的第三方面，本发明涉及对围绕轴线A旋转的可移动部件相对于固定参考系的轴向移动的测量，包括至少以下步骤
-爿使用至少一个环形》兹道产生相^f于可移动部4牛的固定》兹场，在相对于可移动部件的参考系中距轴线A的预定径向距离处，所述》兹场的其中一个径向分量是所考虑的》兹道上的角位置 和所考虑的》兹道上的轴向4立置X的函凄t关系F(G)， X),即F(O，X) = + G(X)]〕
其中，P是整数，G是X的给定的严格递增函数，甲是周期为2兀的周期函数，
-传送第一信号S,该第一信号是从相对于固定且独立的参考系的第 一 固定传感器所检测的磁道产生的磁场变化的函数，
-传送参考信号REF，该参考信号是从相对于与第一传感器隔开轴向距离d的固定参考系的第二固定传感器所4企测的^兹道产生的
》兹场变^:的函凄t，以及
-根据信号S和信号REF确定由第 一传感器所检测的磁场变化与乂人第二传感器所4企测的i兹场变化之间的瞬时相^f立移；以及
-才艮据瞬时相位移确定》兹道相对于传感器的轴向移动。
因此，根据本发明的方法使得能够4吏用具有有限整体尺寸的测量系统以可靠的方式确定可移动部件的轴向^f立移。
在第二实施方式中，该方法包4舌以下步4f:
-根据代表了从相对于参考系并与环形磁道相对地定位的第一传感器所检测的磁场变化的信号，传送两个具有相同振幅的正交的才莫拟信号SIN1和COS1,
画从信号SIN1 和COS1 中确定信号S-ARC TAN1(SINl/COSl)。
在第二实施方式的替代方式中，该方法包4舌以下步骤-根据代表了从第二传感器所检测的磁场变化的信号，传送两
个正交的具有相同振幅的模拟信号SIN2和COS2,
-才艮据信号SIN2和/或COS2确定信号REF。
在有利的替代解决方案中，该方法包括以下步骤
-确定信号REF=ARC TAN2 (SIN2/COS2),
-确定瞬时相位移，该相位移是信号REF与信号S=arc Tanl(SINl/COSl)之间的差。
然后，根据此替代解决方案，该方法使得能够实时了解轴的轴
向位移。
有利地，该方法包括以下步骤当信号REF在至少一个预定方向上通过了预定阈值时，根据信号S=ARC TAN1 (SINl/COSl)所取
的^直确定才目4立牙多。
有利;也，信号REF与信号SIN2或与信号COS2成比例。在优选实施方式中，函凄tG是带有常^tR的线性函凄t，即
f _ Y
V 义o J
因此，相位移(j)的值是轴向位移的线性函数。


在参照附图阅读以下描述时，本发明的其4也目的和优点将变得
显而易见，附图中图1 a是才艮据第 一 实施例的用于测量轴向位移的系统的示意图lb是示出了根据部件的轴向位移的相位移SIN/REF的曲线的曲线图lc是示出了磁环磁极的磁3夭迁的形状的曲线图，当石兹极为螺旋形时，该螺旋形的螺旋角a根据函数o^f(x)-arctan2Kx而变化；
图2是根据本发明的第一实施例的测量系统的示意图，其中，第一传感器和第二传感器分别传送所示的信号SIN和REF;
图3是才艮据本发明的第二实施例的测量系统的示意图，其中，第-H专感器传送两个正交的4言号SIN1和COSl,这两个^言号由一计算才几处理，以确定信号ARC TAN1 (SINl/COSl)，并且，第二传感器传送所示的信号REF;
图4是根据第三实施例的测量系统的示意图，其中，第一传感器传送两个正交的〗言号SIN1和COS1,这两个4言号由一分辨率4咅增器处理，以产生数字信号，并且，第二传感器传送所示的信号REF;以及
图5示出了两个正交的凄丈字信号(信道A和信道B)，这两个数字信号由空间分辨率倍增器从两个正交的数字信号SINl和COSl产生，且这两个数字信号的状态每个磁周期改变N次，并且还示出了使用所述两个正交的数字信号的所有跃迁而获得的数字信号。
具体实施例方式
才艮据本发明的系统和方法旨在测量围绕轴线A旋转并平行于轴线A平移的可移动部4牛的轴向移动，上述可移动部4牛例如为图la中所示的4由l。在以下描述中，轴沿着其旋转轴线A的位移被称为"轴向位移"。X表示轴线b ("编码，，^兹环的轴线)上的所考虑的点(consideredpoint)的轴向坐标，Y表示在垂直于轴线b的平面中测量的、^磁环的夕卜围》兹道上的点的曲线坐标。
另外，"才及长Lp，，表示沿着轴线Y测量的一》兹才及的长度。
另夕卜，在本描述的含义中，螺旋角表示由^兹才及螺旋的切线相对于轴线X所形成的角度。
这里，霍尔效应探针表示包括至少一个敏感元件(通常是板状半导体)的传感器，从而，当电流i通过该霍尔效应^:针时，并且
当该霍尔效应探针另外受到与该电流形成角度e的感应b时，电压
V( V二K丄b. sine)出现在垂直于电流i以及垂直于感应b的方向上，其中K 一皮称为"霍尔常数"，并且是每文感元件的材料特征和几何形
4犬特4正，K随着溫度而变^匕。
这里，"磁致电阻"表示对磁场强度敏感的变阻器，即，由半导体材4+制成的电阻，当垂直于流过该电阻的电流方向施加的单向石兹场的强度发生变化时，此半导体材料的欧姆值变化。
测量位移的系统包括被称为编码装置的磁脉沖发生器、用于检测》兹场的4企测装置、以及信号处理单元8，该信号处理单元能够处理由检测装置传送的信号以便获得想要的信息，更具体地，获得轴1的4由向4立牙多。
图la中示出了根据本发明的编码装置。该编码装置包括一个多极磁环2,其具有轴线b (也叫做"编码器")。》兹环2相对于轴1的旋转轴线A与该轴同心地制成一体。^磁环2包括偶数个北极和南极，这些北极和南极定位在磁环2的圆周上并形成外围》兹道。磁极3、 4以相同的3巨离分布在眉兹环2的外围上，并具有恒定的》兹才及长度 Lp。
例如，磁环2可以是由掺杂有钡铁氧体微粒或锶铁氧体微粒的 合成材料或任何其他硬质4失;兹体材料制成的部件。该材料包括多个 相邻场，其中纟会定场相对于两个相邻场的相反》兹4匕方向形成了》兹环 的磁极3、 4。
根据本发明，夕卜围i兹道的》兹极为带有轴线B的螺旋形形状，其 螺旋角根据函数a-f(x)而变化，其中，x表示所考虑的点在轴线B 上的轴向坐才示。
换句话说，在与轴相关的参考系中，在距轴线A预定的径向距 离处，由磁环2产生的》兹场的其中一个分量是所考虑的^f立于^兹道上 的角位置0和所考虑的位于石兹道上的轴向位置X的函凄tF(0， X)，即
其中，P是整数，G是X的给定的严格递增函数，甲是周期为 2兀的周期函数，因此，其能够在一系列正弦函数中展开
屮⑨=￡ A,, sin("9)+ 5 cos(w6 ) 其中，n是整数指数，An和Bn是常数值。
》兹场;险测装置包4舌两个固定传感器5、 6。传感器5、 6例如/人 包括霍尔效应探针、磁致电阻、隧道磁致电阻或巨型磁致电阻的组 中选出。传感器5、 6定位成与磁环2的外围磁道径向相对。传感器 5、 6的读凄t轴线(也称作a,和a2 )相距恒定长度d，并相对于轴1 的旋转轴线A径向地定向。才企测装置能够以集成的方式用在石圭基4反或等同物(例如AsGa) 上，以形成用于特定应用场合的定制集成电路，并且，该电路有时 被称为ASIC (特定用途集成电路)，以代表4皮部分地或全部地根据 某种需求而设计的集成电路。然后，在图l所示的实施例中，第一 传感器5和第二传感器6集成在ASIC 9上。
传感器5、 6被布置在距外围磁道一读数距离处，以使它们能够 传送代表了由磁环2在所考虑的气隙处传送的磁感应的信号。因此， 当轴1旋转时，传感器5、 6传送与多极^磁环2在所考虑的气隙处传 送的f兹场强度成比例的正弦才莫拟信号。当然，这些正弦信号的时间 周期与》兹极的石兹极长度Lp成比例，并与轴1的旋转速度成比例。
当轴1轴向i也移动时，》兹环2相对于读凄t轴线at和a2移动，并 且第一传感器5传送的信号与第二传感器6传送的信号之间的相位 移(j)改变。事实上，由于^兹环2的》兹才及3 ， 4为螺^走形，且该螺S走形 的螺旋角oc能够变化，因而第一传感器5传送的信号与第二传感器 6传送的信号之间的相4立移随轴向位移的幅度而变4匕。
结果，信号处理单元8能够根据两个传感器5、 6传送的信号之
间的相4立移和函凄t OFf(X)来确定部件的轴向4立移。
在所示实施例中，f兹环的石兹才及3、 4具有才艮据函凄t y二KxS的螺 旋面形状(参照图lc)。换句话说，螺旋角能够根据函数o^f(x)-arc tan2Kx而变化，其中，K表示非零的比例常数。
在此情况中，函数G(上述产生磁场的函数F( ， X)的参数)是
义 一 义n
V i0 乂
其中，R和xo是常数值。相位移(l)是Ay的线性函数，Ay表示分别位于第一传感器和第二 传感器的读^t平面中的、^兹; 夭迁的两个点的曲线坐标的差。
另外，当磁环的磁极3、 4具有根据函数y-x2的螺旋面形状时， Ay等于(X2-(X+d)2) = -2Xd-d2 , 2Xd为轴向4立移X的线'1"生函^:(参
照图lc)。因此，相位移(j)的值是轴向位移的线性函数。因此，相位
移的测量使得能够仅通过简单的比例比值推导出轴1的轴向位移。
在本发明的优选实施例中，该系统设置有用于存储相位移的极 值的存储器和从该极值推导出编码装置与^r测装置之间的轴向间隙 的分析器。
下面要描述的几个测量系统和方法能够用来确定来自第一 4专感 器的信号与来自第二传感器的信号之间的相位移。
在图2所示的第一实施例中，两个传感器5、 6传送伪正弦才莫拟 时间信号SIN和伪正弦模拟时间信号REF。在此情况中，信号处理 单元8通过测量(例如)用以分离信号SIN经过零与信号REF经过 零的时间间隔来确定两个信号SIN和REF之间的时间相位移。
因此，所4吏用的测量系统相对简单且《更宜。然而，由此获纟寻的 测量结果的准确性不完全令人满意，这是因为所测量的相位移的值 取决于可移动部件的旋转速度在两个经过零的检测之间的稳定性。
在图3所示的本发明第二实施例中，第一传感器5是包括电子 电路和多个对准元件的传感器，其中多个对准元件定位在垂直于轴 线A的相同平面内，且只^磁场每文感并^皮分成至少两个子^^牛，电子 电路被设置成用来根据这种子组件传送的信号传送两个基本完全正 交的具有相同振幅的4莫拟信号SIN1和COSl。例如，由本申请人提交的申请FR2 790 827中描述了这种传感器。
第二传感器6传送伪正弦模拟信号REF。
信号处理单元8包括计算机，如图3所示，该计算机使得能够 从信号SIN1/COS1中确定信号ARC TANl-arc tan (SINl/COSl)。另 外，为了确定信号SIN1与第二信号REF之间的相位移，处理单元 8包括一个运算器。该运算器根据与第二传感器传送的信号REF经 过确定阈值相对应的信号ARCTAN1 SIN1/COS1的值，确定这些传 感器所传送的信号之间的相位移。例如，通过在函凄tREF经过零的 过程中测量上述值和信号ARC TAN1来确定相位移的值。
本方法比之前描述的方法更准确。事实上，本方法使得能够获 得不取决于速度变化的测量结果，这是因为信号ARCTAN1所取的
值代表了传感器在所考虑的磁极对上的绝对位置。
在第二实施例的替代解决方案中(未示出)，第一传感器5和第 二传感器6是包括电子电路和多个对准元件的传感器，多个对准元 件定^f立在垂直于轴线A的相同平面内且对》兹场壽文感，电子电^各布置 成用来传送两对模拟信号STN1、 COS1和SIN2、 COS2,这两对模 拟信号中的每对基本完全正交且具有相同的振幅。在此情况中，计 算才几能够乂人4言号SIN1和COS1中确定4言号ARC TANl=arc tan (SIN1/COS1),并从信号SIN2和COS2中确定信号ARC TAN2=arc tan (SIN2/COS2)。然后，运算器确定4言号ARC TAN1和ARC TAN2 所耳又的瞬时值之间的差，从而确定相位移。
由此，根据此替代解决方案的系统和测量方法使得能够实时了 解轴的轴向位移，假设测量系统安装在轴1上之后被初始化。在本发明的第三实施例中，如图4所示，第一传感器也是包括 电子电路和多个元件的传感器，这些元件对,兹场敏感并被分成至少 两个子组件，电子电路^皮设置成用来根据这种子组件传送的信号传 送两个基本上完全正交的才莫拟信号SIN1和COSl。
然后，测量系统包括空间分辨率倍增器，其从两个正交的才莫拟 信号SIN1和COS1中产生至少一个数字信号，该^t字信号的状态 每个磁周期改变N次，N是大于或等于4的整数。例如，本申请人 的文献EP 0 929 795中描述了这种分辨率倍增器电^"。空间分辨率 倍增器可集成于信号处理单元8或集成于传感器5。
在优选实施例中，如图5所示，空间分辨率倍增器从两个^^拟 信号SIN1和COS1中产生两个正交的^t字信号。因此，测量系统 能够确定轴旋转的方向。另外，当使用上述两个正交的数字信号的 边缘时，能获得如图4中和图5的下部中所示的数字信号，示出了
每个所述正交lt字信号的两倍的灵每文度。
为了确定相位移，信号处理单元8包括计数器，其能够计算数 字信号在信号SIN1经过零与参考信号REF经过零之间的状态的改 变次数。在优选实施例中，如图4所示，通过计算与两个正交凄丈字
信号的边缘相对应的高分辨率ft字信号的边纟彖的lt量来测量相位移。
例如，假设高分辨率信号在磁周期上具有以相同距离分布的 128个边纟彖，那么，两个边纟彖之间的距离等于360/128=2.81》兹度。 然后，当信号SIN1和信号REF移动了 17个高分辨率边缘时，相位 移一寻等于17 x 2.81=47.8磁度。
本方法的优点是，其非常准确，并且能够独立于速度变化来测 量相位移。最后，在第三实施例的替代解决方案中(未示出)，第二传感器 也是包括电子电路和多个对准元件的传感器，所述多个对准元件定
^f立在垂直于轴线A的相同平面内且对^兹场，敏感，所述电子电鴻4皮i殳 置成用于传送两个才莫拟信号SIN2和COS2。另夕卜，测量系统包4舌第 二分辨率倍增器，其从两个正交的模拟信号SIN2和COS2中产生 至少一个数字信号，该数字信号的状态每个^F兹周期改变N次，N是 大于或等于4的整数。
为了测量相位移并进而从中推导出轴向位移的振幅，信号处理 单元8包括数字计数器，该数字计数器通过第一传感器传送的高分 辨率边缘而增加，并通过第二传感器传送的高分辨率边缘而减小。
当轴相对于传感器处于初始位置时，计数器保持在零附近，这 是因为增加的边缘和减小的边缘一样多。然而，当轴1移动时，信 号相位的变化导致计数器上显示的值的增加或减小。
因此，本方法使得能够通过测量计数器变化的幅度而更准确地 了解轴向位移的幅度。另外，本方法还不依赖于可移动部件的旋转 速度的变化。
在上文中用一个实例描述了本发明。应该注意，在不背离本发 明的范围的前才是下，本领域的才支术人员能够对本发明的实施方式进 行各种改变。
权利要求
1.一种磁编码装置，用于测量沿轴线A旋转的可移动部件(1)的移动，包括具有轴线B的磁环(2)，所述磁环被设计为相对于所述轴线A与所述可移动部件(1)同心地制成一体，所述磁环(2)包括外围磁道，以相同距离分布的多个南北磁极对(3，4)在所述外围磁道上被磁化并且具有螺旋形的形状，所述螺旋形具有轴线B和变化的螺旋角α，所述螺旋角根据函数α＝f(x)而变化，其中，x表示所述轴线B上所考虑的点的轴向坐标。
2. 根据权利要求1所述的磁编码装置，其特征在于，所述螺旋角 a能够根据函数o^f(x)二arctan(2Kx)而变化，其中，K表示非零的比例常凄t。
3. —种用于测量沿轴线A ^走转的可移动部件(1 )的4由向移动的 系纟充，包4舌才艮据权利要求1或权利要求2中任一项所述的编码装置；用于检测磁场的装置，至少包括第一固定磁传感器(5) 和第二固定磁传感器(6)，这两个固定磁传感器定位在彼此相 距非零的轴向距离d处且与所述编码装置的外围石兹道径向相 对i也定位在离所述外围石兹道一读凄t^巨离处，并且，所述固定箱t 传感器对所述编码装置感生的》兹场变化4丈感；以及信号处理单元(8)，被布置成用于确定所述第一传感器 传送的第一信号与所述第二传感器传送的第二信号之间的相 位移，乂人而确定S走转的所述可移动部件(1)的轴向〗立移。
4. 根据权利要求3所述的用于测量移动的系统，其特^正在于，所述第一传感器(5)包括第一多个敏感元件，位于垂直于所述轴线A的相同平面 内，所述每文感元件浮皮分成至少两个子组件；以及电子电路，被布置成用于根据所述子组件所传送的信号 传送两个正交的具有相同振幅的^t拟信号SIN1和COSl。
5. 根据权利要求4所述的测量系统，其特征在于，所述测量系统 包括空间分辨率倍增器，用于从两个正交的模拟信号SIN1和 COS1中产生至少一个数字信号，所述数字信号的状态每个磁 周期改变N次，N是大于或等于4的整数；以及计算机，用于通过计算数字信号在信号SIN1经过零与参 考信号经过零之间的状态条件的数量，来确定信号SIN1与第二孑言号之间的沖目^立牙多。
6. 根据权利要求5所述的测量系统，其特征在于，所述空间分辨 率倍增器净皮布置成从两个正交的才莫拟信号SIN1和COS1中产 生两个正交的数字信号，这两个数字信号的状态每个^t周期改变N次。
7. 根据权利要求4所述的测量系统，其特征在于，所述信号处理 单元包括计算机，用于乂人所述信号SIN1和COS1中确定4言号ARC TAN1 (SINl/COSl)，以及运算器，用于根据与第二传感器所传送信号的经过预定 阈值相对应的信号ARC TAN1确定信号SIN1与第二信号之间 的相位移。
8. 根据权利要求3所述的测量系统，其特征在于，第一传感器传 送的第一信号是伪正弦模拟信号，第二传感器传送的第二信号 是伪正弦模拟信号，并且处理单元确定所述第一信号与所述第 二信号之间的时间相位移。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的测量系统，其特4正在于，所 述系统进一步包括用于存储所述相位移的^l值的存卡者器和用 于从所述极值中推导出编码装置与检测装置之间的轴向间隙 的分析器。
10. 根据前面权利要求中任一项所述的测量系统，其特;f正在于，所述第一传感器和所述第二传感器处于共用的定制ASIC集成电 路中。
11. 一种测量围绕轴线A旋转的可移动部件相对于固定参考系的轴向移动的方法，其4争4正在于，所述方法至少包纟舌以下步-骤^吏用至少一个环形石兹道来产生相对于所述可移动部件的 固定万兹场，在与所述可移动部件相关的参考系中3巨离轴线A 预定径向距离处，所述^兹场的其中 一 个径向分量为所考虑的》 兹 道上的角位置0和所考虑的磁道上的轴向位置X的函数F( ， X)，即<formula>formula see original document page 4</formula>其中，P是整数，G是X的给定的严格递增函数，W是 周期为2兀的周期函^:，传送第一信号S，所述第一信号是从相对于固定且独立 的参考系的第 一 固定传感器所;险测的》兹道产生的》兹场变化的函数，传送参考信号REF，所述参考信号是从相对于所述固定 参考系与所述第一传感器隔开轴向距离D的第二固定传感器 所;险测的f兹道产生的》兹场变化的函凄史，以及根据信号S和信号REF确定从所述第一传感器所检测的 磁场变化与从所述第二传感器所检测的磁场变化之间的瞬时 相位移；以及才艮据所述瞬时相位移确定所述^兹道相^"于所述传感器的 4由向移动。
12. 根据权利要求11所述的测量移动的方法，其特征在于，所述 方法包括以下步艰《根据代表了从相对于所述参考系并与环形；兹道相对地定 位的第一传感器所;险测的;兹场变化的信号，传送两个正交的具 有相同振幅的模拟信号SIN1和COSl，/人所述4言号SIN1和COS1中确定4言号S=ARC TAN1 CSINl/COSl)。
13. 根据权利要求12所述的测量移动的方法，其特征在于，所述 方法包4舌以下步-骤才艮据代表了从所述第二传感器所4全测的^兹场变化的信 号，传送两个正交的具有相同振幅的才莫拟信号SIN2和COS2,才艮据信号SIN2和/或COS2确定信号REF。
14. 根据权利要求13所述的测量移动的方法，其特征在于，所述 方法包纟舌以下步艰爻确定所述4言号REF=ARC TAN2 (SIN2/COS2),确定所述瞬时相位移，所述瞬时相位移是所述〗言号REF 和所述信号S=arcTanl (SINl/COSl)之间的差。
15. 冲艮据4又利要求12至14所述的测量移动的方法，其对争4正在于， 所述方法包纟舌以下步骤当所述信号REF在至少一个预定方向上经过了预定阈值 时，根据信号S=ARCTAN1 (SINl/COSl)所取的值确定所述相位移。
16. 根据权利要求15所述的测量移动的方法，其特征在于，所述 信号REF与信号SIN2或与所述信号COS2成比例。
17. 才艮据4又利要求12至16中的任一项所述的测量移动的方法，其 特征在于，所述函数G是具有常数R的线性函数，即<formula>formula see original document page 6</formula>
全文摘要
本发明涉及一种用于测量沿轴线A旋转的可移动部件(1)的轴向移动的磁编码装置，包括具有轴线B的磁环(2)，磁环被设计为相对于所述轴线A与所述可移动部件(1)同心地制成一体，所述磁环(2)包括外围磁道，以相同距离分布的多个南北磁极对(3，4)在外围磁道上被磁化。本装置的特征在于，所述外围磁道的磁极具有螺旋形形状，螺旋形具有轴线B和变化的螺旋角α，α根据函数α＝f(x)而变化，其中，x表示处轴线B上的所考虑的点的轴向坐标。本发明还涉及一种包括这种编码装置的测量系统以及一种用于测量旋转的可移动部件的轴向移动的方法。
文档编号G01D5/12GK101660926SQ200910167600
公开日2010年3月3日 申请日期2009年8月28日 优先权日2008年8月28日
发明者帕斯卡尔·德比奥勒, 艾蒂安·旺达姆 申请人:S.N.R.鲁尔门斯公司