專(zhuān)利名稱(chēng)：磁編碼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁編碼器，用于探測(cè)安裝在例如汽車(chē)或家用電器上的轉(zhuǎn)動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)。
背景技術(shù)：
磁編碼器用于探測(cè)例如汽車(chē)的曲柄轉(zhuǎn)角(crank angle)。圖13顯示了一個(gè)常規(guī)磁編碼器的例子。如圖13所示，磁編碼器包括一個(gè)信號(hào)輸出部分101，用來(lái)作為位置標(biāo)準(zhǔn)。所述信號(hào)輸出部分101的排列要使得圓周方向上的磁極寬度為圓周方向上另一部分的磁極寬度的兩倍。圓周方向上除了信號(hào)輸出部分101之外的區(qū)域中的所有的磁極的寬度被設(shè)置成固定的(圓周方向上信號(hào)輸出部分101中的磁極寬度之半)。在所述區(qū)域中探測(cè)基于所述信號(hào)輸出部分101(0°)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。
此外，在專(zhuān)利文件1中也公布了一種技術(shù)。在該技術(shù)中，用作位置標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)輸出部分以凸面的形式凸出，而在其它部分，預(yù)定的磁極排列圖形是連續(xù)的。在磁極的排列圖形部分中探測(cè)基于信號(hào)輸出部分的轉(zhuǎn)動(dòng)角。
在這種磁編碼器中，為了探測(cè)用于位置標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)輸出部分，所述信號(hào)輸出部分應(yīng)該穿過(guò)用于由傳感器探測(cè)的部分。因此，為了探測(cè)信號(hào)輸出部分，所述磁編碼器有時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)接近360°的最大角度。
近來(lái)，從環(huán)境的角度鼓勵(lì)實(shí)現(xiàn)無(wú)空轉(zhuǎn)(idling stop)。然而，重新啟動(dòng)引擎的同時(shí)，燃料被噴射入所有的汽缸。把燃料噴入所有的汽缸從環(huán)境的角度看不可取。為了解決這個(gè)問(wèn)題，要求基于曲柄角度、凸輪角度等等在剛啟動(dòng)引擎之后來(lái)定位汽缸，以便只給需要燃料的汽缸噴射燃料。
然而在通常情況中，為了探測(cè)信號(hào)輸出部分，磁編碼器要轉(zhuǎn)動(dòng)接近360°的最大角度。因此，在短時(shí)間內(nèi)不能由小的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)確定轉(zhuǎn)動(dòng)角度。
專(zhuān)利文件2和3公布的技術(shù)中，轉(zhuǎn)動(dòng)角度能在短時(shí)間內(nèi)確定。然而，在這些技術(shù)中，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且組件數(shù)目多，所以，進(jìn)一步的改進(jìn)是所希望的。
專(zhuān)利文件1JP-A-7-74020專(zhuān)利文件2JP-A-9-49453專(zhuān)利文件3JP-A-11-229948發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的問(wèn)題本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是，提供一種磁編碼器，它能夠用小的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)確定一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)角。
解決問(wèn)題的方法為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明用以下的模式來(lái)實(shí)現(xiàn)。
就是說(shuō)，本發(fā)明中的磁編碼器是一個(gè)環(huán)形磁編碼器，其中作為磁極的多個(gè)S極和N極交替排列，所述磁編碼器的結(jié)構(gòu)中，根據(jù)一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)角度，在轉(zhuǎn)動(dòng)方向上磁極寬度的變化能夠確定該轉(zhuǎn)動(dòng)角度。
根據(jù)本發(fā)明，轉(zhuǎn)動(dòng)方向上磁極寬度的不同能夠確定轉(zhuǎn)動(dòng)角，使得小的轉(zhuǎn)動(dòng)能夠確定一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)角。
此外，本發(fā)明中的磁編碼器是一種環(huán)形磁編碼器，其中作為磁極的多個(gè)S極和N極交替排列，所述磁極的排列圖形包括多個(gè)索引部分，以固定的間隔在圓周方向上出現(xiàn)；多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)間距部分，分別設(shè)置在所述索引部分之間；以及多個(gè)特殊間距部分，分別設(shè)置在所有的所述標(biāo)準(zhǔn)間距部分中或者除了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)間距部分的其它標(biāo)準(zhǔn)間距部分中，對(duì)于各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)間距部分，所述特殊間距部分設(shè)有不同的模式，其中所述索引部分、標(biāo)準(zhǔn)間距部分和特殊間距部分在圓周方向上有不同的磁極寬度。
根據(jù)本發(fā)明，由索引部分分割成的片段中，磁極的排列圖形對(duì)于每個(gè)片段都是不同的。就是說(shuō)，標(biāo)準(zhǔn)間距圖形出現(xiàn)在所有的索引部分之間，而在每個(gè)片段中特殊間距部分的模式都不同(包括沒(méi)有特殊間距部分的情形)。這就能夠基于特殊間距部分來(lái)確定一個(gè)片段。因此，小的轉(zhuǎn)動(dòng)就能確定一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)角度。
作為對(duì)每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)間距部分都設(shè)置不同模式的特殊間距部分的例子，可以考慮的有，設(shè)置在每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)間距部分中都不同的位置，用于設(shè)置所述特殊間距部分，或者，將所述特殊間距部分中的磁極的數(shù)目設(shè)置為在每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)間距部分中所述特殊間距部分的磁極數(shù)目都不同。
此外，本發(fā)明中的磁編碼器是一種環(huán)形磁編碼器，其中，作為磁極的多個(gè)S極和N極交替排列，所述磁編碼器包括第一磁道，其中分別具有相同磁極排列的多個(gè)排列圖形被排列在一起；以及第二磁道，其中分別具有不同磁極排列的多個(gè)排列圖形被排列在一起。
在上述情況中，優(yōu)選基于所述第一磁道的排列圖形和所述第二磁道的排列圖形之間的比較來(lái)探測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)角度。
此外，在所述第二磁道上的磁極的排列圖形中，包括在各個(gè)排列圖形中的磁極數(shù)目?jī)?yōu)選為互不相同。
此外，優(yōu)選為，所述第一磁道上磁極的排列圖形在圓周方向上其磁極的寬度都是相同，并且圓周方向上寬度相同的磁極出現(xiàn)在所述磁道的整個(gè)圓周上。
此外，優(yōu)選為，所述第一磁道上磁極的排列圖形包括位于其頭部的索引部分、和具有同樣的磁極數(shù)目的標(biāo)準(zhǔn)間距部分，所述標(biāo)準(zhǔn)間距部分設(shè)置為緊接著所述索引部分，以及在圓周方向所述索引部分和標(biāo)準(zhǔn)間距部分在磁極寬度上是不同的。
上述各個(gè)結(jié)構(gòu)可以盡可能多地組合起來(lái)供使用。
本發(fā)明的效果按照本發(fā)明，小的轉(zhuǎn)動(dòng)可以確定一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)角。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1中的磁編碼器的局部透視圖；圖2顯示了本發(fā)明實(shí)施例1中的磁編碼器的磁極的排列圖形；圖3顯示了在啟動(dòng)電池電動(dòng)機(jī)(cell motor)時(shí)，曲柄軸以等加速度經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)直到在一圈內(nèi)達(dá)到600rpm的條件下轉(zhuǎn)動(dòng)量和角速度之間的關(guān)系；圖4顯示了當(dāng)本發(fā)明實(shí)施例1中的磁編碼器一旦從圖2中的C點(diǎn)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)脈沖時(shí)間的變化；圖5顯示了當(dāng)本發(fā)明實(shí)施例1中的磁編碼器一旦從圖2中的D點(diǎn)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)脈沖時(shí)間的變化；圖6顯示了當(dāng)本發(fā)明實(shí)施例1中的磁編碼器一旦從圖2中的E點(diǎn)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)脈沖時(shí)間的變化；圖7顯示了本發(fā)明實(shí)施例1中的磁編碼器的磁極排列圖形的修正；圖8顯示了本發(fā)明實(shí)施例2中的磁編碼器的磁極排列圖形；圖9是本發(fā)明實(shí)施例3中的磁編碼器的局部透視圖；圖10顯示了本發(fā)明實(shí)施例3中的磁編碼器的磁極排列圖形；圖11顯示了本發(fā)明實(shí)施例3中的磁編碼器的輸出信號(hào)；圖12顯示了本發(fā)明實(shí)施例4中的磁編碼器的磁極排列圖形；圖13是一個(gè)常規(guī)實(shí)施例中的磁編碼器的局部透視圖。
參考數(shù)字和符號(hào)的描述1磁編碼器(magnetic encoder)1a磁道(track)1b預(yù)定圖形(predetermined pattern)1c細(xì)間距圖形(fine pitch pattern)1d索引(index)1w輪子(wheel)2探測(cè)器(detecting means)10磁編碼器(magnetic encoder)
10a第一磁道(first track)10b第二磁道(second track)10w輪子(wheel)20、30探測(cè)器(detecting means)具體實(shí)施方式
下面參考附圖，在實(shí)施例的基礎(chǔ)上詳細(xì)例示實(shí)施本發(fā)明的最佳模式。然而，在實(shí)施例中所描述的組成部分的尺寸、材料、形狀和相對(duì)排列等等并不限制本發(fā)明的范圍，除非提出了具體的特殊描述。
實(shí)施例1圖1是本發(fā)明實(shí)施例1中的磁編碼器的局部透視圖。本實(shí)施例中的磁編碼器1包含一個(gè)輪子1w和在所述輪子1w外周上提供的一條磁道1a。用于探測(cè)磁場(chǎng)強(qiáng)度的探測(cè)器2被設(shè)置為與所述磁道1a表面相對(duì)。所述磁編碼器1的大小可以根據(jù)要要安裝的轉(zhuǎn)動(dòng)部件來(lái)適當(dāng)?shù)剡x擇。
測(cè)磁傳感器被用來(lái)作為探測(cè)器2。所述測(cè)磁傳感器是一個(gè)將磁能量作為對(duì)象來(lái)探測(cè)的傳感器。所述測(cè)磁傳感器的具體例子有，運(yùn)用電磁感應(yīng)進(jìn)行工作的磁頭、差分變壓器、采用將磁能轉(zhuǎn)化為電能的操作的霍爾元件以及MR元件(磁阻效應(yīng)元件)。
所述磁道1a由S極和N極構(gòu)成，這些S極和N極是磁極，它們交替排列在整個(gè)圓周上。當(dāng)所述磁道1a轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，與探測(cè)器2(在所述探測(cè)器2的探測(cè)位置處)相面對(duì)的所述磁極的極性從N變?yōu)镾或從S變?yōu)镹。這時(shí)磁場(chǎng)的變化作為脈沖被探測(cè)到。磁編碼器1的轉(zhuǎn)動(dòng)角和角速度可以基于探測(cè)到的脈沖數(shù)、脈沖寬度等等而被計(jì)算出來(lái)。
在本實(shí)施例中，所述磁道1a這樣排列，使得通過(guò)用45°角將磁編碼器1的從0°到360°的圓周分成八份而得到的位置(0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°)可以被計(jì)算出來(lái)。
所述磁道1a的磁極的排列圖形這樣安排，使得預(yù)定圖形1b以固定的間隔(45°間隔)重復(fù)，如圖2所示。所述預(yù)定圖形1b包含一個(gè)索引1d(索引部分)、一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)間距圖形(標(biāo)準(zhǔn)間距部分)和一個(gè)在所述標(biāo)準(zhǔn)間距圖形中的細(xì)間距圖形1c(特殊間距部分)。然而在本實(shí)施例中，只有一個(gè)預(yù)定圖形1b不含有細(xì)間距圖形1c。所述索引1d、標(biāo)準(zhǔn)間距圖形和細(xì)間距圖形1c的相同點(diǎn)是，其中磁極S極和N極都是交替排列的，但是在圓周方向上的磁極寬度是各不相同的。在本實(shí)施例中，所述圓周方向上的磁極寬度按照從索引1d、標(biāo)準(zhǔn)間距圖形到細(xì)間距圖形1c的順序變窄。
索引1d位于預(yù)定圖形1b的頭部(圖2中的左端)。因此，索引1d以固定的間隔(45°間隔)設(shè)置在整個(gè)圓周上。按照某種固定間距(標(biāo)準(zhǔn)間距)排列的標(biāo)準(zhǔn)間距圖形設(shè)置在預(yù)定圖形1b中的不是索引1d的區(qū)域。因此，標(biāo)準(zhǔn)間距圖形分別設(shè)置在索引1d和索引1d之間。細(xì)間距圖形1c分別設(shè)置在除一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)間距圖形外的各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)間距圖形中。
預(yù)定圖形1b分別設(shè)置在0°到45°、45°到90°、90°到135°、135°到180°、180°到225°、225°到270°、270°到315°、以及315°到360°的位置上。如上所述，預(yù)定圖形1b以45°的間隔重復(fù)設(shè)置在磁道1a的整個(gè)圓周上。
細(xì)間距圖形1c包含兩個(gè)細(xì)N極和一個(gè)夾在其中間的細(xì)S極。細(xì)間距圖形1c沒(méi)有設(shè)置在0°到45°間的預(yù)定圖形1b中，如圖2所示。在其它預(yù)定圖形1b中，細(xì)間距圖形1c的設(shè)置要使得在角度變大時(shí)其在預(yù)定圖形1b中的位置漸漸地向后移動(dòng)。即是說(shuō)，細(xì)間距圖形1c被排列的位置在磁道1a上的每個(gè)預(yù)定圖形1b中都是不同的。因此，細(xì)間距圖形1c的位置的預(yù)先排列為對(duì)應(yīng)著轉(zhuǎn)動(dòng)角。
在本實(shí)施例中，如圖1所示，磁道1a的磁場(chǎng)由探測(cè)器2從磁編碼器1外周表面之外來(lái)探測(cè)。
在具有這種結(jié)構(gòu)的磁編碼器1中，可以確定從任何位置轉(zhuǎn)動(dòng)90°的范圍內(nèi)的一個(gè)位置(0°，45°，90°，135°，180°，225°，270°或315°)，該位置處于以45°將0°到360°所分割成的某區(qū)域中。
例如，在從圖2中的點(diǎn)A開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)的情況中，預(yù)定圖形1b中的細(xì)間距圖形1c的位置信息可以在B中的預(yù)定圖形1b的區(qū)域中獲得，這個(gè)過(guò)程基于細(xì)間距圖形1c的脈沖，從獲得第一個(gè)索引1d開(kāi)始，直到獲得第二個(gè)索引1d。所述位置信息用于確定所讀出的預(yù)定圖形1b對(duì)應(yīng)著哪個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)角。在上述例子中可以看到，預(yù)定圖形1b對(duì)應(yīng)著90°到135°。因此，可以確定，獲得第二個(gè)索引脈沖的位置為135°。
如上面所述，要探測(cè)的是，細(xì)間距圖形1c是否存在于所述索引1d和所述索引1d之間的部分。如果細(xì)間距圖形1c存在的話，就指明了該細(xì)間距圖形1c在這部分中的位置。這樣就可以以45°來(lái)區(qū)別磁編碼器1的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。那時(shí)，需要用來(lái)確定轉(zhuǎn)動(dòng)角的磁編碼器1的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為45°到90°，這個(gè)角度是測(cè)量磁道1a上的兩個(gè)索引之間部分所必須的。
所以，根據(jù)本實(shí)施例中的磁編碼器1，小的轉(zhuǎn)動(dòng)就能確定轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。在磁編碼器1反向轉(zhuǎn)動(dòng)的情形中，可以區(qū)分反向轉(zhuǎn)動(dòng)，因?yàn)樽x取磁道1a上索引1d的N極和S極的順序改變了，使得小的轉(zhuǎn)動(dòng)也能使反向轉(zhuǎn)動(dòng)被終止。
考慮到上面的描述，可以提供以下的好處。在例如四缸引擎的情況中，為了確定氣缸的位置，傳統(tǒng)上曲柄軸最大要轉(zhuǎn)到360°。另一方面，根據(jù)本實(shí)施例，從引擎啟動(dòng)算，曲柄軸在90°轉(zhuǎn)動(dòng)角內(nèi)就可以確定氣缸的位置。因此，燃料就可以只噴射到需要的氣缸中，使得不必要的燃料噴射減少。從環(huán)境的角度看，這是很有效的。
此外，本實(shí)施例中的磁編碼器1作為一種非接觸轉(zhuǎn)動(dòng)控制器是有效的。本實(shí)施例中的磁編碼器1也可以用于，例如，機(jī)器人手臂的轉(zhuǎn)動(dòng)控制。
現(xiàn)在，在本實(shí)施例中，來(lái)比較在一個(gè)磁道1a上被分成八個(gè)的預(yù)定圖形1b中的索引1d、標(biāo)準(zhǔn)間距圖形和細(xì)間距圖形1c的脈沖時(shí)間寬度(占空比，duty)。例如，在角速度在開(kāi)始時(shí)發(fā)生變化的情形中，所述變化或許會(huì)引起上述各個(gè)項(xiàng)的區(qū)別上的困難。
然而，即使在這種情形中，基于角速度的上升特性設(shè)置間距寬度，使得每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)間距圖形和細(xì)間距圖形1c的大小清晰，或者比較前后脈沖的寬度，就能夠使一個(gè)絕對(duì)位置被探測(cè)到。
作為例子，例示磁編碼器1被安裝到汽車(chē)曲柄軸上的情形。這里，所例示的情形為，在啟動(dòng)電池電動(dòng)機(jī)(cell motor)時(shí)，曲柄軸的角速度以等加速度經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)一周就達(dá)到600rpm。圖3顯示了上述情形中曲柄軸的轉(zhuǎn)動(dòng)量和角速度的關(guān)系。
這里例示的另一情形為，磁極的排列圖形角度(對(duì)應(yīng)著S極寬度和N極寬度的總寬度(角度))對(duì)于索引1d為8.2°，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)間距圖形為4.6°，對(duì)于細(xì)間距圖形為2.3°。
圖4到圖6顯示了當(dāng)具有上述結(jié)構(gòu)的磁編碼器1轉(zhuǎn)動(dòng)一次時(shí)，脈沖時(shí)間的變化。在這些圖中，水平軸給出了探測(cè)到的脈沖，而垂直軸給出了脈沖寬度(脈沖時(shí)間)。圖4到圖6分別顯示了從圖2中的點(diǎn)C、D、E開(kāi)始的情形。在任何一種情形中，在90°的轉(zhuǎn)動(dòng)中肯定能探測(cè)到索引1d的一個(gè)脈沖和細(xì)間距圖形1c的(兩個(gè))脈沖。因此，甚至在開(kāi)始的時(shí)刻都可以探測(cè)到轉(zhuǎn)動(dòng)角度(絕對(duì)位置)。
在上面的描述中，所提到的結(jié)構(gòu)中，預(yù)定圖形1b中的細(xì)間距圖形1c的位置的改變使得能夠確定預(yù)定圖形1b的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。然而，當(dāng)預(yù)定圖形1b中的細(xì)間距圖形1c對(duì)于每個(gè)預(yù)定圖形1b來(lái)說(shuō)實(shí)質(zhì)上不同時(shí)，也可以確定所述預(yù)定圖形1b。
例如，對(duì)每個(gè)預(yù)定圖形1b，改變構(gòu)成細(xì)間距圖形1c的磁極的數(shù)目，也可以確定預(yù)定圖形1b的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。在更具體的例子中，磁道1a上的預(yù)定圖形1b中的細(xì)間距圖形1c的數(shù)目每隔45°都增加，如圖7所示。圖7顯示了磁道1a的局部。在圖7中，圖的左側(cè)所示的細(xì)間距圖形1c包含N極和S極各一個(gè)，而圖的右側(cè)所示的細(xì)間距圖形1c包含N極和S極各兩個(gè)。在這種結(jié)構(gòu)中，確定在磁道1a的一個(gè)輸出中的兩個(gè)索引之間的部分中的細(xì)間距圖形1c中的磁極的數(shù)目，就能以45°角確定磁編碼器1的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。
當(dāng)然，根據(jù)細(xì)間距圖形1c中磁極的排列位置和數(shù)目的結(jié)合，可以在每個(gè)預(yù)定圖形1b中提供不同模式的細(xì)間距圖形1c。在例如預(yù)定圖形1b的間隔窄而在整個(gè)圓周上設(shè)置的預(yù)定圖形1b的數(shù)目較大的情況中，這樣做是有效的。在本實(shí)施例中，所例示的是這樣的情況，細(xì)間距圖形被分別提供給除一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)間距圖形外的各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)間距圖形。然而，這并不是說(shuō)，為所有的標(biāo)準(zhǔn)間距圖形所提供的細(xì)間距圖形具有不同的模式。而且，本實(shí)施例中所例示的情形為，索引部分(索引1d)、標(biāo)準(zhǔn)間距部分(標(biāo)準(zhǔn)間距圖形)和特殊間距部分(細(xì)間距圖形1c)中的磁極的寬度在圓周方向以上述順序變窄。然而，這并不是說(shuō)，只要每個(gè)寬度不同，涉及到大小的關(guān)系不重要。
實(shí)施例2參考圖8，將描述本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例中的磁編碼器。在實(shí)施例2中，將描述使用上述實(shí)施例1中的磁編碼器1的更具體的例子。
在實(shí)施例2中，例示的情形為在四缸引擎的曲柄軸中使用磁編碼器1。圖8顯示了本發(fā)明實(shí)施例2中的磁編碼器的磁極的排列圖形。在圖8中顯示的是，曲柄軸中所用的磁編碼器1的磁道1a上的磁極的排列圖形和凸輪軸中所用的磁編碼器的磁道3a上的磁極的排列圖形。曲柄軸中所用的磁編碼器1的磁道1a上的磁極的排列圖形與上述實(shí)施例1中的情形具有相同的結(jié)構(gòu)，所以對(duì)上面情況的描述將作適當(dāng)?shù)氖÷浴?br> 在四缸引擎中，當(dāng)曲柄軸轉(zhuǎn)動(dòng)360°×2圈時(shí)，凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)360°。在引擎的上升時(shí)刻(在引擎啟動(dòng)的啟動(dòng)時(shí)刻)，曲柄軸和凸輪軸的相對(duì)位置是固定的。因此，獲得曲柄角度位置就可以確定凸輪的位置(凸輪角度)。然而，應(yīng)該判斷曲柄軸是在第一圈還是在第二圈，因?yàn)槿缟纤?，曲柄軸轉(zhuǎn)動(dòng)兩周時(shí)凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周。
作為一種判斷的方法，在曲柄軸上安裝具有實(shí)施例1所示磁道1a的磁編碼器1，而在凸輪軸上安裝具有圖8所示磁道3a的磁編碼器。這使得能探測(cè)到凸輪的凸輪信號(hào)和凸輪位置信號(hào)。為了能探測(cè)凸輪這一側(cè)的信號(hào)，可以使用一個(gè)類(lèi)似于磁編碼器1的探測(cè)器2的元件。至于磁編碼器1，這里省略其描述，因?yàn)樗c上述實(shí)施例1所給出的描述相同。
安裝在凸輪軸上的磁編碼器，在其整個(gè)外周表面上設(shè)置如圖8所示的磁道3a。作為磁極的S極和N極在磁道3a的圓周上各占一半。磁道3a上的排列圖形的周期為360°。
磁道3a的0°到180°(N極)和180°到360°(S極)分別對(duì)應(yīng)著設(shè)置在曲柄軸上的磁編碼器1的磁道1a的0°到360°。
因此，按照0°到180°或者180°到360°的磁道3a，來(lái)確定曲柄是在第一圈還是在第二圈。在實(shí)施例2中，凸輪位置信號(hào)在0°到180°的N極上輸出Hi來(lái)探測(cè)曲柄在第一圈，在180°到360°的S極上輸出Lo，來(lái)探測(cè)曲柄在第二圈，以便判斷曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)。
如上所述，按照實(shí)施例2，四缸引擎中曲柄軸在90°之內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)使得能夠確定曲柄角以及凸輪位置(凸輪角)，于是可以獲得汽缸的位置。這使得能夠?qū)σ孢M(jìn)行控制，其中，從剛剛啟動(dòng)引擎的時(shí)刻開(kāi)始就減少不必要的燃料注入。
實(shí)施例3圖9是本發(fā)明實(shí)施例3中的磁編碼器局部的透視圖。實(shí)施例3中的磁編碼器10包含一個(gè)輪子10w，以及在所述輪子10w的外周上設(shè)置的第一磁道10a和第二磁道10b。分別用于探測(cè)第一和第二磁道10a和10b的磁場(chǎng)強(qiáng)度的探測(cè)器20和30設(shè)置為與所述第一和第二磁道10a和10b表面相對(duì)。可以按照要安裝的轉(zhuǎn)動(dòng)部件來(lái)適當(dāng)選擇所述磁編碼器10的大小。
對(duì)于探測(cè)器20和30，所使用的是測(cè)磁傳感器。該測(cè)磁傳感器是一個(gè)將磁能量作為對(duì)象來(lái)探測(cè)的傳感器。所述測(cè)磁傳感器的具體例子有，運(yùn)用電磁感應(yīng)進(jìn)行工作的磁頭、差分變壓器、采用將磁能轉(zhuǎn)化為電能的操作的霍爾元件以及MR元件(磁阻效應(yīng)元件)。
第一磁道10a和第二磁道10b靠在一起置于所述輪子10w的外周上。所述第一磁道10a和第二磁道10b都具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中作為磁極的S極和N極交替設(shè)置在整個(gè)圓周上。所述第一磁道10a和第二磁道10b的轉(zhuǎn)動(dòng)引起位于與探測(cè)器20和30(探測(cè)器20和30的探測(cè)位置)相對(duì)的磁極的極性從N到S或從S到N的變化。磁場(chǎng)的變化作為脈沖被探測(cè)出來(lái)，用來(lái)基于被探測(cè)到的脈沖的數(shù)目、寬度等等計(jì)算磁編碼器10的轉(zhuǎn)動(dòng)角度和轉(zhuǎn)動(dòng)速度。
第一磁道10a的結(jié)構(gòu)中，設(shè)置有多個(gè)(4個(gè))排列圖形，每個(gè)所述排列圖形分別具有相同的磁極排列。另一方面，第二磁道10b的結(jié)構(gòu)中，設(shè)置有多個(gè)(4個(gè))排列圖形，每個(gè)所述排列圖形分別具有不同的磁極排列。下面將更詳細(xì)地描述這一點(diǎn)。
在第一磁道1a中，每個(gè)都具有一對(duì)N極和S極的各排列圖形分別設(shè)置于0°到90°、90°到180°、180°到270°以及270°到360°位置上，如圖10所示。在圓周方向，每個(gè)排列圖形中的N極和S極的磁極寬度都相等，就是說(shuō)，各個(gè)磁極的寬度為45°。因此，所述第一磁道1a的結(jié)構(gòu)中，在圓周方向具有相同的寬度N極和S極交替排列在整個(gè)圓周上。
基于對(duì)第一磁道1a上的磁場(chǎng)的探測(cè)，這樣一種結(jié)構(gòu)使得能夠探測(cè)到磁編碼器10的45°角的轉(zhuǎn)動(dòng)。就是說(shuō)，從探測(cè)到作為脈沖的磁場(chǎng)極性從N到S的改變到探測(cè)到作為脈沖的磁場(chǎng)極性從S到N的改變這段時(shí)間內(nèi)(以及從探測(cè)到作為脈沖的磁場(chǎng)極性從S到N的改變到探測(cè)到作為脈沖的磁場(chǎng)極性從N到S的改變這段時(shí)間內(nèi))，磁編碼器10轉(zhuǎn)動(dòng)了45°。
另一方面，第二磁道1b用來(lái)計(jì)算確定位置(0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°和315°)的信息，這些位置是通過(guò)用45°將磁編碼器1的0°到360°分成8份而得到的。在第二磁道1b中，在0°到90°、90°到180°、180°到270°以及270°到360°的位置上分別設(shè)置具有不同數(shù)目磁極的排列圖形。就是說(shuō)，在0°到90°設(shè)置一對(duì)N極和S極，在90°到180°設(shè)置兩對(duì)N極和S極，在180°到270°設(shè)置四對(duì)N極和S極，在270°到360°設(shè)置六對(duì)N極和S極，如圖10所示。
換言之，在第二磁道1b中，根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)角度的不同，在鄰近第一磁道1a上的排列圖形(具有一對(duì)N極和S極的圖形)的每個(gè)排列圖形中磁極的數(shù)目是不同的。具體說(shuō)，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)角度變大時(shí)，磁極數(shù)目一步一步地增加。因此，第二磁道1b的排列圖形被預(yù)先安排為對(duì)應(yīng)著轉(zhuǎn)動(dòng)角度。
圖11顯示了探測(cè)器20和30的輸出信號(hào)。如圖11所示，第一磁道10a的輸出信號(hào)的波形具有周期90°，其中N極為Hi，S極為L(zhǎng)o。
另一方面，第二磁道10b的輸出信號(hào)的波形在0°到90°、90°到180°、180°到270°以及270°到360°的各個(gè)90°的區(qū)域中周期不同。就是說(shuō)，在Hi和Lo之間的轉(zhuǎn)換脈沖數(shù)在0°到45°和45°到90°的區(qū)域內(nèi)為零，在90°到135°和135°到180°的區(qū)域內(nèi)為1，在180°到225°和225°到270°的區(qū)域內(nèi)為3，在270°到315°和315°到360°的區(qū)域內(nèi)為5。在0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°和315°處的脈沖沒(méi)有算作Hi和Lo之間的轉(zhuǎn)換脈沖。
在具有這樣一種結(jié)構(gòu)的磁編碼器10中，用45°將0°到360°分割成的各區(qū)域中的一個(gè)位置(0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°和315°)可以通過(guò)從任何位置起轉(zhuǎn)動(dòng)90°之內(nèi)而確定。
例如，從圖11中的點(diǎn)A起開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)的情形中，在時(shí)間段B期間的一個(gè)Lo區(qū)域中，即從獲得第一個(gè)脈沖(在該脈沖時(shí)第一磁道10a的輸出從Hi轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)o)，到獲得后繼脈沖(在該脈沖時(shí)所述輸出從Lo轉(zhuǎn)換為Hi)，第二磁道10b的輸出中在Hi和Lo之間的轉(zhuǎn)換脈沖數(shù)為1。因此可以看到，在第一磁道10a中，獲得從Lo轉(zhuǎn)換到Hi脈沖的位置為180°。
如上所述，在一個(gè)區(qū)段中(對(duì)應(yīng)著45°角)，該區(qū)段始于第一磁道10a的輸出從Hi轉(zhuǎn)換到Lo或者從Lo轉(zhuǎn)換到Hi，直到從Lo到Hi或者從Hi到Lo轉(zhuǎn)換，對(duì)在第二磁道10b中在Hi和Lo之間轉(zhuǎn)換的脈沖的數(shù)目進(jìn)行計(jì)數(shù)。所述脈沖數(shù)目用于確定在第一磁道10a的一個(gè)輸出區(qū)段的末尾處磁編碼器10的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。在這種情況下，需要用來(lái)確定一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)角的磁編碼器10的轉(zhuǎn)動(dòng)角度變成了45°到90°，這是用來(lái)測(cè)量第一磁道10a的一個(gè)區(qū)段中Hi和Lo之間的轉(zhuǎn)換脈沖所必須的。
所以，按照實(shí)施例3中的磁編碼器10，小的轉(zhuǎn)動(dòng)就使得能夠確定轉(zhuǎn)動(dòng)角度。此外，即使在磁編碼器10反向轉(zhuǎn)動(dòng)的情形中，反向轉(zhuǎn)動(dòng)也能被區(qū)分出來(lái)，因?yàn)?，在第一磁?0a中Hi和Lo之間的轉(zhuǎn)換脈沖發(fā)生的一個(gè)區(qū)段中，第二磁道10b中Hi和Lo的順序發(fā)生了變化。這使得通過(guò)小的轉(zhuǎn)動(dòng)就可以終止反向轉(zhuǎn)動(dòng)。
根據(jù)上面所述，有下面敘述的優(yōu)點(diǎn)。在例如四缸引擎的情況中，為了確定一個(gè)汽缸的位置，傳統(tǒng)上曲柄軸最大要轉(zhuǎn)動(dòng)360°。另一方面，根據(jù)實(shí)施例3，從啟動(dòng)引擎起曲柄軸只要轉(zhuǎn)動(dòng)90°之內(nèi)就使得可以確定汽缸的位置。因此，燃料就可以只噴入需要的汽缸中，所以，可以減少不必要的燃料噴入。從環(huán)境的角度看，這是有效的。
此外，實(shí)施例3中的磁編碼器10作為一個(gè)非接觸轉(zhuǎn)動(dòng)控制器是有效的，它也可以用于例如機(jī)器人手臂的轉(zhuǎn)動(dòng)控制。
實(shí)施例4圖12顯示了本發(fā)明實(shí)施例4中的磁編碼器的磁極的排列圖形。實(shí)施例4是實(shí)施例3的修正。
在實(shí)施例4中，第一磁道上具有45°間隔的每個(gè)磁極排列圖形具有在其頭部的一個(gè)索引(索引部分)，以及包含相等數(shù)目的磁極的圖形(標(biāo)準(zhǔn)間距部分)，該圖形形成為緊接著所述索引，所有的所述排列圖形在圖形上都是相同的，如圖12所示。在圓周方向索引部分和標(biāo)準(zhǔn)間距部分的磁極的寬度是不同的。另一方面，第二磁道上具有45°間隔的每個(gè)磁極排列圖形在磁極數(shù)目和排列圖形上都是不同的。在實(shí)施例3中，在第二磁道上，N極和S極對(duì)的數(shù)目對(duì)于每個(gè)排列圖形來(lái)說(shuō)是不同的。然而在實(shí)施例4中，單極的數(shù)目是不同的。就是說(shuō)，在實(shí)施例4中，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)角增加45°時(shí)，第二磁道上磁極數(shù)目一個(gè)一個(gè)地增加，使得磁極的數(shù)目在0°到45°間為4，在45°到90°間為5，在90°到135°之間為6。這使得當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)角增加時(shí)，每個(gè)排列圖形中的Hi和Lo之間的轉(zhuǎn)換脈沖一個(gè)一個(gè)地增加。然而，在第二磁道上，寬度與第一磁道上的索引部分的磁極寬度相同的一對(duì)磁極設(shè)置為與所述索引部分相鄰，接下來(lái)的磁極的寬度在每個(gè)排列圖形中都不同，其目的是為了減少磁場(chǎng)干涉。在實(shí)施例4中在第一磁道設(shè)置索引部分的原因是，為了使45°角的轉(zhuǎn)換清楚。換言之，在實(shí)施例4中，在第一磁道的索引部分的輸出脈沖的脈沖寬度長(zhǎng)，而在非索引部分的脈沖寬度短。因此，脈沖寬度的變化使得能夠探測(cè)到45°角的轉(zhuǎn)換。
在實(shí)施例4中，比較第一磁道的輸出和第二磁道的輸出也使得能夠在45°到90°角的范圍內(nèi)確定轉(zhuǎn)動(dòng)角度，類(lèi)似實(shí)施例3的情形。就是說(shuō)，基于在第一磁道上從探測(cè)到第一個(gè)索引到探測(cè)到后繼的索引的這段時(shí)間內(nèi)在第二磁道上Hi和Lo之間的轉(zhuǎn)換脈沖數(shù)，可以確定轉(zhuǎn)動(dòng)角度。另外，在實(shí)施例3中，磁極的排列使得第二磁道上每轉(zhuǎn)動(dòng)固定的角度都增加一對(duì)N極和S極。然而，在實(shí)施例4中，磁極數(shù)目設(shè)置為對(duì)于固定的轉(zhuǎn)動(dòng)角度只增加一個(gè)單極。因此，即使是在設(shè)定小的固定轉(zhuǎn)動(dòng)角度的情形中(在增加一個(gè)圓周上的排列圖形的數(shù)目的情形中)轉(zhuǎn)動(dòng)角度變大時(shí)，也可以減少磁極數(shù)目上的增加。因此，可以防止磁極的寬度太小，于是降低了靈敏度的退化。
權(quán)利要求
1.一種環(huán)形磁編碼器，其中多個(gè)S極和N極交替排列，所述S極和N極為磁極，所述磁編碼器具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中，根據(jù)一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)角度，在轉(zhuǎn)動(dòng)方向上所述磁極的寬度的變化使得能夠確定該轉(zhuǎn)動(dòng)角度。
2.一種環(huán)形磁編碼器，其中多個(gè)S極和N極交替排列，所述S極和N極為磁極，所述磁極的排列圖形包括多個(gè)索引部分，以固定的間隔在圓周方向上設(shè)置；多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)間距部分，分別設(shè)置在所述索引部分之間；以及多個(gè)特殊間距部分，分別設(shè)置在所有的所述標(biāo)準(zhǔn)間距部分中，或者設(shè)置在除了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)間距部分的其它標(biāo)準(zhǔn)間距部分中，對(duì)于所述各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)間距部分，所述特殊間距部分以不同的模式設(shè)置，其中所述索引部分、所述標(biāo)準(zhǔn)間距部分和所述特殊間距部分在所述圓周方向上有不同的磁極寬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁編碼器，其中，對(duì)于每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)間距部分，所述特殊間距部分設(shè)置的位置是不同的。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁編碼器，其中，在每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)間距部分中，所述特殊間距部分中的磁極的數(shù)目是不同的。
5.一種環(huán)形磁編碼器，其中，多個(gè)S極和N極交替排列，所述S極和N極為磁極，所述磁編碼器包括第一磁道，其中排列有多個(gè)排列圖形，所述多個(gè)排列圖形分別具有相同磁極排列；以及第二磁道，其中排列有多個(gè)排列圖形，所述多個(gè)排列圖形分別具有不同磁極排列。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁編碼器，其中基于所述第一磁道的輸出和所述第二磁道的輸出之間的比較，來(lái)探測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)角度。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁編碼器，其中在所述第二磁道上的磁極的各排列圖形中，包括在所述各個(gè)排列圖形中的磁極數(shù)目是不同的。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁編碼器，其中，所述第一磁道上磁極的排列圖形在圓周方向上的磁極的寬度都是相同的，并且在所述圓周方向上寬度相同的所述磁極設(shè)置在所述磁道的整個(gè)圓周上。
9.根據(jù)權(quán)利要求5到7中的任何一個(gè)權(quán)利要求所述的磁編碼器，其中所述第一磁道上磁極的排列圖形包括設(shè)置在其頭部的索引部分、和一個(gè)磁極數(shù)目相等的標(biāo)準(zhǔn)間距部分，所述標(biāo)準(zhǔn)間距部分緊接著所述索引部分設(shè)置，其中在圓周方向所述索引部分和所述標(biāo)準(zhǔn)間距部分在磁極寬度上是不同的。
全文摘要
一種環(huán)形磁編碼器，其中作為磁極的多個(gè)S極和N極交替排列，所述磁編碼器具有一種結(jié)構(gòu)，其中，根據(jù)一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)角度，在轉(zhuǎn)動(dòng)方向上所述磁極寬度的變化能夠確定該轉(zhuǎn)動(dòng)角度，于是小的轉(zhuǎn)動(dòng)就能確定一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)角度。
文檔編號(hào)G01D5/249GK1985150SQ20058002340
公開(kāi)日2007年6月20日 申請(qǐng)日期2005年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月12日
發(fā)明者杉山靖, 二家本博之, 太田隆, 若林純一 申請(qǐng)人:Nok株式會(huì)社