專利名稱：確定兩個正交偽正弦信號的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)編碼器所發(fā)送的偽正弦信號確定兩個正交偽正弦信號的方法、實現(xiàn)這種方法的確定系統(tǒng)和包括這種確定系統(tǒng)的軸承。

背景技術(shù)：
本發(fā)明特別適用于確定諸如轉(zhuǎn)動件相對于固定件的位置或轉(zhuǎn)速之類的角數(shù)據(jù)的領(lǐng)域。
事實上，在諸如此類的應(yīng)用中，必需能有益地使用表示轉(zhuǎn)動件相對于固定件的角位置的兩個正交偽正弦信號。
從文件FR-A1-2 792 403中已知，為此使用了能發(fā)送偽正弦信號的編碼器和包括至少四個成直線地同等分布的傳感元的傳感器，這些傳感元各能提供一個表示編碼器所發(fā)送的信號的信號Si。為了形成兩個正交信號，該文件預(yù)期將這些信號Si組合以形成以下信號 U＝(S1-S2)-(S3-S4) 以及 V＝(S1+S2)-(S3+S4) 在這用提供磁信號的多磁極編碼器實現(xiàn)時，這個實施例具有許多優(yōu)點，因為它使得能夠 ●對于編碼器的若干磁極長度，使信號U和V保持正交； ●對于給定的磁極長度，通過調(diào)整放大信號U或V對應(yīng)的 調(diào)節(jié)增益來得到具有相同幅度的信號U和V；以及 ●消除磁偏置。
另一方面，在一定的具體工作狀況下，這個實施例可以對傳感元相對于編碼器的定位引入一定的限制。
例如，信號U和V的幅度的相等性可以受到以下影響 ●編碼器與它的轉(zhuǎn)動軸未對準(zhǔn)，這就是傳感元在一轉(zhuǎn)中檢測到具有可變磁極長度的磁極的原因； ●在編碼器上存在一些具有不同長度的磁極，無論是由于磁化缺陷還是由于所希望的配置所引起的；以及 ●施加了不完全適合編碼器的磁極長度的增益。
此外，在通過所有傳感元的直線與編碼器的平面不完全平行(即傳感器傾斜)時，信號U和V的正交性可以受到影響。這個現(xiàn)象在磁場的幅度相對于編碼器與傳感元之間的距離成指數(shù)改變越大時越關(guān)鍵。
最后，在傳感元沒有沿讀取射束的切線配置(傳感器扭轉(zhuǎn))的情況下，上面所說明的這兩種現(xiàn)象組合在一起，即 ●每個傳感元所看到的磁極長度不是相同的；以及 ●由于所提供的信號的邊緣效應(yīng)，傳感元所讀取的磁場的幅度不是相同的。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是減輕這些缺點，特別是通過提出調(diào)節(jié)來自傳感元的信號，這種調(diào)節(jié)關(guān)于正交性和幅度相等性導(dǎo)致響應(yīng)于傳感元相對于編碼器的定位和可能的編碼器制造缺陷，所提供的信號具有更顯著的可靠性。
為此，按照第一方面，本發(fā)明提出了一種根據(jù)編碼器所發(fā)送的偽正弦信號確定兩個正交偽正弦信號的方法，所述方法使用配置在所述編碼器的讀取距離內(nèi)的傳感器，所述傳感器包括至少四個成直線地同等分布的傳感元，所述傳感元各能提供一個表示編碼器所發(fā)送的信號的信號Si，所述方法預(yù)期測量信號Si，將所述信號Si組合以形成信號U＝(S1-S2)-(S3-S4)和V＝(S2-S3)，所述信號U和V是正交的。
按照第二方面，本發(fā)明提出了一種通過實現(xiàn)這種方法根據(jù)偽正弦信號確定兩個正交偽正弦信號的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括能發(fā)送該信號的編碼器和具有至少四個成直線地同等分布的傳感元的傳感器，所述傳感元各能提供一個表示編碼器所發(fā)送的信號的信號Si，所述系統(tǒng)還包括能形成信號Si和將所述信號Si組合以形成信號U和V的處理設(shè)備。
按照第三方面，本發(fā)明提出了一種裝備有這種確定系統(tǒng)的軸承，所述軸承包括一個固定件和一個轉(zhuǎn)動件，其中編碼器與轉(zhuǎn)動件相互連接而傳感器與固定件相互連接，從而傳感元配置在編碼器所發(fā)送的信號的讀取距離內(nèi)。



從下面結(jié)合附圖所作的說明中可以更清楚地看到本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點，在這些附圖中 圖1為按照本發(fā)明的一個實施例設(shè)計的確定系統(tǒng)的編碼器和傳感器的部分表示的頂視圖； 圖2為圖1中的傳感器內(nèi)的傳感元的配置情況的示意表示； 圖3示出了按照本發(fā)明設(shè)計的信號U和V相對于按照現(xiàn)有技術(shù)的信號U和W的傳遞函數(shù)； 圖4為裝備有按照本發(fā)明設(shè)計的確定系統(tǒng)的耐摩軸承的縱剖面示意表示。

具體實施例方式 以下將結(jié)合圖1和2對根據(jù)編碼器所發(fā)送的偽正弦信號確定兩個正交的偽正弦信號的系統(tǒng)和在這種系統(tǒng)中所使用的方法的實施例進(jìn)行說明。
在說明中，應(yīng)將偽正弦信號理解為意味著任何本來是正弦的或者至少一部分可以用正弦曲線正確近似的信號。
具體地說，按照本發(fā)明設(shè)計的系統(tǒng)和方法允許確定諸如轉(zhuǎn)動件相對于固定件的位置或轉(zhuǎn)速之類的角數(shù)據(jù)。
確定系統(tǒng)包括能發(fā)送正弦信號的編碼器1和配置在編碼器1的讀取距離內(nèi)的傳感器2。因此，如在本說明書的其余部分中可看到的那樣，由于提供編碼器1與轉(zhuǎn)動件集成一體而傳感器2與固定件集成一體，編碼器1所提供的偽正弦信號就表示所希望的角數(shù)據(jù)。
在所示的實施例中，編碼器1為磁編碼器，包括裝備有交替相繼的磁極長度不變的北磁極和南磁極1a的環(huán)。按已知方式，這種編碼器1能響應(yīng)編碼器1的運(yùn)動發(fā)送磁性偽正弦信號。然而，其他類型的編碼器和/或偽正弦信號也屬于本發(fā)明的范圍，無論它們具有例如光的、熱的或聲的性質(zhì)。
傳感器2包括至少四個成直線地同等分布的傳感元3，這些傳感元各能提供表示編碼器1在四個等距的虛擬點發(fā)送的信號的信號Si(i＝1至4)。形成傳感器2的裝置以及可能還有信號處理設(shè)備可以集成在一個基底上，以形成定制的專用集成電路(ASIC)。
在一些典型的實施例中，傳感元3從包括霍爾效應(yīng)傳感器、磁阻器、熱敏電阻器、光探頭和聲探頭的組中選擇。
確定系統(tǒng)還包括能形成信號Si和將這些信號Si組合以形成信號 U＝(S1-S2)-(S3-S4) 以及 V＝(S2-S3) 的處理設(shè)備。
信號U和V是正交的，與編碼器的磁極長度無關(guān)。因此，對于在很大范圍內(nèi)的各種磁極長度都能以已知方式使用信號U和V來確定編碼器1相對傳感器2的位置或轉(zhuǎn)速。此外，信號U和V還可以用來測量編碼器1所發(fā)送的偽正弦信號的幅度，因為信號U和V的幅度與所發(fā)送的信號的幅度成正比。
此外，由于信號U和V是通過相減得出的，因此它們沒有任何磁偏置。
在圖1和2所示的實施例中，傳感器2包括4N(N＝6)個傳感元3，它們同等地分布，成直線對準(zhǔn)，以形成一個由24個相互間隔恒定距離δ的傳感元組成的陣列(見圖2)。如在文件FR-A1-2 792 403中所指出的，使用傳感元3組成的陣列可以使信號U和V對于編碼器1的若干磁極長度保持正交?；蛘撸梢允褂盟膫€由不同數(shù)目的傳感元3組成的組來得到信號U和V。
為了執(zhí)行確定操作，用四個各有六個相鄰的傳感元3的組4來計算每個組4的信號之和，以便形成四個分別與各組相應(yīng)的信號Si。為此，處理設(shè)備包括用于計算每個組4所提供的信號之和從而形成信號Si的裝置。
圖1和2中，傳感元的一個組4示為一個定位在組4的重心處的單元5，這些單元5直線對準(zhǔn)，同等地以距離68＝d分布開。
此外，陣列排列成與編碼器1相對，從而這些傳感元3基本上沿讀取射束的切線布置。然而，在陣列相對于所述切線輕微不對準(zhǔn)的情況下，其對信號U和V的幅度和正交性的影響顯著小于現(xiàn)有技術(shù)的情況。
此外，就信號U和V的各自幅度來說，有可能預(yù)期放大至少其中一個信號，以便使它們均衡。為此，處理設(shè)備還包括用于放大信號U和/或V的裝置。
在距離d等于被測量的偽正弦信號的空間周期的四分之一(即在按照所示實施例的編碼器1的情況下為磁極長度的二分之一)的特定情況下，信號U和2V具有相同的幅度。在為隨后使用所形成的信號必需這種相等性的情況下，確定方法因此預(yù)期將信號V放大到2倍。為此，可以將處理設(shè)備的放大器的增益調(diào)整到這個值。
如果距離d為任何距離，可以通過乘以至少一個為此而調(diào)整的增益使信號U和V幅度均衡。
如圖3所示，在最佳工作點(橫坐標(biāo)0.25＝d/磁周期)的任一側(cè)，本發(fā)明的信號U和V相切，而現(xiàn)有技術(shù)的信號U和W＝(S1+S2)-(S3+S4)明顯相交。因此，在工作在遠(yuǎn)離最佳點的狀態(tài)的情況下，例如在編碼器1未對準(zhǔn)的情況下，本發(fā)明的信號的幅度將仍然是相似的，而按照現(xiàn)有技術(shù)它們將迅速發(fā)散。
同樣，在傳感器2傾斜的情況下，本發(fā)明的信號U和V對正交性損失比現(xiàn)有技術(shù)的信號敏感得多。
下面將結(jié)合圖4對裝備有按照本發(fā)明設(shè)計的確定系統(tǒng)的軸承進(jìn)行說明。圖4中，軸承呈現(xiàn)為耐摩軸承形式，這并不是說本發(fā)明就局限于這種特定的實施例。
耐摩軸承包括一個固定外環(huán)6、一個轉(zhuǎn)動內(nèi)環(huán)7和一些設(shè)置在這兩個環(huán)之間的使這兩個環(huán)可以相對轉(zhuǎn)動的滾動體8。
編碼器1例如通過過模壓在與轉(zhuǎn)動環(huán)7集成一體的護(hù)板9上與轉(zhuǎn)動環(huán)7相互連接，傳感器2與固定環(huán)6集成一體，從而傳感元3配置在編碼器1所發(fā)送的信號的讀取距離上。
此外，耐摩軸承包括確定轉(zhuǎn)動環(huán)7相對于固定環(huán)6的角數(shù)據(jù)的設(shè)備10，所述設(shè)備以已知方式使用兩個偽正弦信號U、V。此外，特別是在信號U和V的幅度相同時，確定設(shè)備可以包括對信號U和V進(jìn)行內(nèi)插的裝置，這能提高角數(shù)據(jù)的分辨率。
在使用按照本發(fā)明設(shè)計的信號U和V的優(yōu)點中可以列舉以下這些 ●對傳感器2的傾斜準(zhǔn)不敏感； ●對傳感元朝向編碼器1的設(shè)置容差敏感度低； ●降低了對傳感器2的扭轉(zhuǎn)的敏感度； ●在使用內(nèi)插器的情況下減小了輸出信號的誤差。
權(quán)利要求
1.一種根據(jù)編碼器(1)所發(fā)送的偽正弦信號確定兩個正交偽正弦信號的方法，所述方法使用配置在所述編碼器的讀取距離內(nèi)的傳感器(2)，所述傳感器包括至少四個成直線地同等分布的傳感元(3)，所述傳感元各能提供表示編碼器(1)所發(fā)送的信號的信號Si，所述方法包括測量信號Si，將所述信號Si組合以形成信號U＝(S1-S2)-(S3-S4)和V＝(S2-S3)，所述信號U和V是正交的。
2.權(quán)利要求1的確定方法，其特征是所述方法包括對信號U和/或V進(jìn)行放大，以使它們的幅度均衡。
3.權(quán)利要求2的確定方法，其特征是所述信號V被放大到2倍。
4.如在權(quán)利要求1至3中任一項中所述的確定方法，所述方法包括使用四個由相鄰傳感元(3)組成的組(4)，計算每個組(4)的信號之和，以便形成與每個組(4)相應(yīng)的信號Si。
5.一種通過實現(xiàn)如在權(quán)利要求1至4中任一項中所述的方法根據(jù)偽正弦信號確定兩個正交偽正弦信號的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括能發(fā)送該信號的編碼器(1)和具有至少四個成直線地同等分布的傳感元(3)的傳感器(2)，所述傳感元各能提供表示編碼器(1)所發(fā)送的信號的信號Si，所述系統(tǒng)還包括能形成信號Si和將所述信號Si組合以形成信號U和V的處理設(shè)備。
6.權(quán)利要求5的確定系統(tǒng)，其特征是所述處理設(shè)備還包括計算傳感元(3)所提供的信號之和的裝置和/或?qū)π盘朥和/或V進(jìn)行放大的裝置。
7.如在權(quán)利要求5或6中所述的確定系統(tǒng)，其特征是所述傳感元(3)從包括霍爾效應(yīng)傳感器、磁阻器、熱敏電阻器、光探頭和聲探頭的組中選擇。
8.如在權(quán)利要求5至7中任一項中所述的確定系統(tǒng)，其特征是所述編碼器(1)包括提供磁信號的多磁極環(huán)。
9.一種裝備有如在權(quán)利要求5至8中任一項中所述的確定系統(tǒng)的軸承，所述軸承包括一個固定件(6)和一個轉(zhuǎn)動件(7)，其中編碼器(1)與轉(zhuǎn)動件(7)相互連接，而傳感器(2)與固定件(6)相互連接，從而傳感元(3)配置在編碼器(1)所發(fā)送的信號的讀取距離內(nèi)。
10.權(quán)利要求9的軸承，其特征是所述軸承還包括確定轉(zhuǎn)動件(7)相對于固定件(6)的角數(shù)據(jù)的設(shè)備(10)，所述設(shè)備使用兩個正交偽正弦信號U、V。
11.權(quán)利要求10的軸承，其特征是所述確定設(shè)備(10)包括對信號U和V進(jìn)行內(nèi)插從而能提高角數(shù)據(jù)的分辨率的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種根據(jù)編碼器(1)所發(fā)送的偽正弦信號確定兩個正交偽正弦信號的方法，所述方法使用配置在所述編碼器的讀取距離內(nèi)的傳感器(2)，所述傳感器包括至少四個成直線地同等分布的傳感元(3)，所述傳感元各能提供一個表示編碼器(1)所發(fā)送的信號的信號Si，所述方法包括測量信號Si，將所述信號Si組合以形成信號U＝(S1-S2)-(S3-S4)和V＝(S2-S3)，所述信號U和V是正交的。本發(fā)明還涉及一種實現(xiàn)這種方法的確定系統(tǒng)以及包括這種確定系統(tǒng)的軸承。
文檔編號F16C41/00GK101113912SQ20071013812
公開日2008年1月30日 申請日期2007年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月27日
發(fā)明者帕斯卡爾·德比奧勒, 克里斯托弗·杜萊特 申請人:Snr軸承公司