[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

CN100491922C - 磁编码器 - Google Patents

磁编码器 Download PDF

Info

Publication number
CN100491922C
CN100491922C CNB2005800234056A CN200580023405A CN100491922C CN 100491922 C CN100491922 C CN 100491922C CN B2005800234056 A CNB2005800234056 A CN B2005800234056A CN 200580023405 A CN200580023405 A CN 200580023405A CN 100491922 C CN100491922 C CN 100491922C
Authority
CN
China
Prior art keywords
magnetic
normal pitch
pole
index
magnetic track
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB2005800234056A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1985150A (zh
Inventor
杉山靖
二家本博之
太田隆
若林纯一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nok Corp
Original Assignee
Nok Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nok Corp filed Critical Nok Corp
Publication of CN1985150A publication Critical patent/CN1985150A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100491922C publication Critical patent/CN100491922C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/249—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using pulse code
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/249—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using pulse code
    • G01D5/2492—Pulse stream
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/245—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using a variable number of pulses in a train
    • G01D5/2451—Incremental encoders

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

一种环形磁编码器，其中作为磁极的多个S极和N极交替排列，所述磁编码器具有一种结构，其中，根据一个转动角度，在转动方向上所述磁极宽度的变化能够确定该转动角度，于是小的转动就能确定一个转动角度。

Description

磁编码器
技术领域
本发明涉及一种磁编码器，用于探测安装在例如汽车或家用电器上的转动部件的转动。
背景技术
磁编码器用于探测例如汽车的曲柄转角(crank angle)。图13显示了一个常规磁编码器的例子。如图13所示，磁编码器包括一个信号输出部分101，用来作为位置标准。所述信号输出部分101的排列要使得圆周方向上的磁极宽度为圆周方向上另一部分的磁极宽度的两倍。圆周方向上除了信号输出部分101之外的区域中的所有的磁极的宽度被设置成固定的(圆周方向上信号输出部分101中的磁极宽度之半)。在所述区域中探测基于所述信号输出部分101(0°)的转动角度。
此外，在专利文件1中也公布了一种技术。在该技术中，用作位置标准的信号输出部分以凸面的形式凸出，而在其它部分，预定的磁极排列图形是连续的。在磁极的排列图形部分中探测基于信号输出部分的转动角。
在这种磁编码器中，为了探测用于位置标准的信号输出部分，所述信号输出部分应该穿过用于由传感器探测的部分。因此，为了探测信号输出部分，所述磁编码器有时转动接近360°的最大角度。
近来，从环境的角度鼓励实现无空转(idling stop)。然而，重新启动引擎的同时，燃料被喷射入所有的汽缸。把燃料喷入所有的汽缸从环境的角度看不可取。为了解决这个问题，要求基于曲柄角度、凸轮角度等等在刚启动引擎之后来定位汽缸，以便只给需要燃料的汽缸喷射燃料。
然而在通常情况中，为了探测信号输出部分，磁编码器要转动接近360°的最大角度。因此，在短时间内不能由小的转动来确定转动角度。
专利文件2和3公布的技术中，转动角度能在短时间内确定。然而，在这些技术中，结构复杂且组件数目多，所以，进一步的改进是所希望的。
专利文件1：JP-A-7-74020
专利文件2：JP-A-9-49453
专利文件3：JP-A-11-229948
发明内容
本发明要解决的问题
本发明的一个目标是，提供一种磁编码器，它能够用小的转动来确定一个转动角。
解决问题的方法
为了解决上述问题，本发明用以下的模式来实现。
就是说，本发明中的磁编码器是一个环形磁编码器，其中作为磁极的多个S极和N极交替排列，所述磁编码器的结构中，根据一个转动角度，在转动方向上磁极宽度的变化能够确定该转动角度。
根据本发明，转动方向上磁极宽度的不同能够确定转动角，使得小的转动能够确定一个转动角。
此外，本发明中的磁编码器是一种环形磁编码器，其中作为磁极的多个S极和N极交替排列，所述磁极的排列图形包括：
多个索引部分，以固定的间隔在圆周方向上出现；
多个标准间距部分，分别设置在所述索引部分之间；以及
多个特殊间距部分，分别设置在所有的所述标准间距部分中或者除了一个标准间距部分的其它标准间距部分中，对于各个标准间距部分，所述特殊间距部分设有不同的模式，
其中所述索引部分、标准间距部分和特殊间距部分在圆周方向上有不同的磁极宽度。
根据本发明，由索引部分分割成的片段中，磁极的排列图形对于每个片段都是不同的。就是说，标准间距图形出现在所有的索引部分之间，而在每个片段中特殊间距部分的模式都不同(包括没有特殊间距部分的情形)。这就能够基于特殊间距部分来确定一个片段。因此，小的转动就能确定一个转动角度。
作为对每个标准间距部分都设置不同模式的特殊间距部分的例子，可以考虑的有，设置在每个标准间距部分中都不同的位置，用于设置所述特殊间距部分，或者，将所述特殊间距部分中的磁极的数目设置为在每个标准间距部分中所述特殊间距部分的磁极数目都不同。
此外，本发明中的磁编码器是一种环形磁编码器，其中，作为磁极的多个S极和N极交替排列，所述磁编码器包括：
第一磁道，其中分别具有相同磁极排列的多个排列图形被排列在一起；以及
第二磁道，其中分别具有不同磁极排列的多个排列图形被排列在一起。
在上述情况中，优选基于所述第一磁道的排列图形和所述第二磁道的排列图形之间的比较来探测转动角度。
此外，在所述第二磁道上的磁极的排列图形中，包括在各个排列图形中的磁极数目优选为互不相同。
此外，优选为，所述第一磁道上磁极的排列图形在圆周方向上其磁极的宽度都是相同，并且圆周方向上宽度相同的磁极出现在所述磁道的整个圆周上。
此外，优选为，所述第一磁道上磁极的排列图形包括位于其头部的索引部分、和具有同样的磁极数目的标准间距部分，所述标准间距部分设置为紧接着所述索引部分，以及在圆周方向所述索引部分和标准间距部分在磁极宽度上是不同的。
上述各个结构可以尽可能多地组合起来供使用。
本发明的效果
按照本发明，小的转动可以确定一个转动角。
附图说明
图1是本发明实施例1中的磁编码器的局部透视图；
图2显示了本发明实施例1中的磁编码器的磁极的排列图形；
图3显示了在启动电池电动机(cell motor)时，曲柄轴以等加速度经转动直到在一圈内达到600rpm的条件下转动量和角速度之间的关系；
图4显示了当本发明实施例1中的磁编码器一旦从图2中的C点开始转动时脉冲时间的变化；
图5显示了当本发明实施例1中的磁编码器一旦从图2中的D点开始转动时脉冲时间的变化；
图6显示了当本发明实施例1中的磁编码器一旦从图2中的E点开始转动时脉冲时间的变化；
图7显示了本发明实施例1中的磁编码器的磁极排列图形的修正；
图8显示了本发明实施例2中的磁编码器的磁极排列图形；
图9是本发明实施例3中的磁编码器的局部透视图；
图10显示了本发明实施例3中的磁编码器的磁极排列图形；
图11显示了本发明实施例3中的磁编码器的输出信号；
图12显示了本发明实施例4中的磁编码器的磁极排列图形；
图13是一个常规实施例中的磁编码器的局部透视图。
参考数字和符号的描述
1：磁编码器(magnetic encoder)
1a：磁道(track)
1b：预定图形(predetermined pattern)
1c：细间距图形(fine pitch pattern)
1d：索引(index)
1w：轮子(wheel)
2：探测器(detecting means)
10：磁编码器(magnetic encoder)
10a：第一磁道(first track)
10b：第二磁道(second track)
10w：轮子(wheel)
20、30：探测器(detecting means)
具体实施方式
下面参考附图，在实施例的基础上详细例示实施本发明的最佳模式。然而，在实施例中所描述的组成部分的尺寸、材料、形状和相对排列等等并不限制本发明的范围，除非提出了具体的特殊描述。
实施例1
图1是本发明实施例1中的磁编码器的局部透视图。本实施例中的磁编码器1包含一个轮子1w和在所述轮子1w外周上提供的一条磁道1a。用于探测磁场强度的探测器2被设置为与所述磁道1a表面相对。所述磁编码器1的大小可以根据要要安装的转动部件来适当地选择。
测磁传感器被用来作为探测器2。所述测磁传感器是一个将磁能量作为对象来探测的传感器。所述测磁传感器的具体例子有，运用电磁感应进行工作的磁头、差分变压器、采用将磁能转化为电能的操作的霍尔元件以及MR元件(磁阻效应元件)。
所述磁道1a由S极和N极构成，这些S极和N极是磁极，它们交替排列在整个圆周上。当所述磁道1a转动时，与探测器2(在所述探测器2的探测位置处)相面对的所述磁极的极性从N变为S或从S变为N。这时磁场的变化作为脉冲被探测到。磁编码器1的转动角和角速度可以基于探测到的脉冲数、脉冲宽度等等而被计算出来。
在本实施例中，所述磁道1a这样排列，使得通过用45°角将磁编码器1的从0°到360°的圆周分成八份而得到的位置(0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°)可以被计算出来。
所述磁道1a的磁极的排列图形这样安排，使得预定图形1b以固定的间隔(45°间隔)重复，如图2所示。所述预定图形1b包含一个索引1d(索引部分)、一个标准间距图形(标准间距部分)和一个在所述标准间距图形中的细间距图形1c(特殊间距部分)。然而在本实施例中，只有一个预定图形1b不含有细间距图形1c。所述索引1d、标准间距图形和细间距图形1c的相同点是，其中磁极S极和N极都是交替排列的，但是在圆周方向上的磁极宽度是各不相同的。在本实施例中，所述圆周方向上的磁极宽度按照从索引1d、标准间距图形到细间距图形1c的顺序变窄。
索引1d位于预定图形1b的头部(图2中的左端)。因此，索引1d以固定的间隔(45°间隔)设置在整个圆周上。按照某种固定间距(标准间距)排列的标准间距图形设置在预定图形1b中的不是索引1d的区域。因此，标准间距图形分别设置在索引1d和索引1d之间。细间距图形1c分别设置在除一个标准间距图形外的各个标准间距图形中。
预定图形1b分别设置在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，预定图形1b以45°的间隔重复设置在磁道1a的整个圆周上。
细间距图形1c包含两个细N极和一个夹在其中间的细S极。细间距图形1c没有设置在0°到45°间的预定图形1b中，如图2所示。在其它预定图形1b中，细间距图形1c的设置要使得在角度变大时其在预定图形1b中的位置渐渐地向后移动。即是说，细间距图形1c被排列的位置在磁道1a上的每个预定图形1b中都是不同的。因此，细间距图形1c的位置的预先排列为对应着转动角。
在本实施例中，如图1所示，磁道1a的磁场由探测器2从磁编码器1外周表面之外来探测。
在具有这种结构的磁编码器1中，可以确定从任何位置转动90°的范围内的一个位置(0°，45°，90°，135°，180°，225°，270°或315°)，该位置处于以45°将0°到360°所分割成的某区域中。
例如，在从图2中的点A开始转动的情况中，预定图形1b中的细间距图形1c的位置信息可以在B中的预定图形1b的区域中获得，这个过程基于细间距图形1c的脉冲，从获得第一个索引1d开始，直到获得第二个索引1d。所述位置信息用于确定所读出的预定图形1b对应着哪个转动角。在上述例子中可以看到，预定图形1b对应着90°到135°。因此，可以确定，获得第二个索引脉冲的位置为135°。
如上面所述，要探测的是，细间距图形1c是否存在于所述索引1d和所述索引1d之间的部分。如果细间距图形1c存在的话，就指明了该细间距图形1c在这部分中的位置。这样就可以以45°来区别磁编码器1的转动角度。那时，需要用来确定转动角的磁编码器1的转动角度为45°到90°，这个角度是测量磁道1a上的两个索引之间部分所必须的。
所以，根据本实施例中的磁编码器1，小的转动就能确定转动的角度。在磁编码器1反向转动的情形中，可以区分反向转动，因为读取磁道1a上索引1d的N极和S极的顺序改变了，使得小的转动也能使反向转动被终止。
考虑到上面的描述，可以提供以下的好处。在例如四缸引擎的情况中，为了确定气缸的位置，传统上曲柄轴最大要转到360°。另一方面，根据本实施例，从引擎启动算，曲柄轴在90°转动角内就可以确定气缸的位置。因此，燃料就可以只喷射到需要的气缸中，使得不必要的燃料喷射减少。从环境的角度看，这是很有效的。
此外，本实施例中的磁编码器1作为一种非接触转动控制器是有效的。本实施例中的磁编码器1也可以用于，例如，机器人手臂的转动控制。
现在，在本实施例中，来比较在一个磁道1a上被分成八个的预定图形1b中的索引1d、标准间距图形和细间距图形1c的脉冲时间宽度(占空比，duty)。例如，在角速度在开始时发生变化的情形中，所述变化或许会引起上述各个项的区别上的困难。
然而，即使在这种情形中，基于角速度的上升特性设置间距宽度，使得每个标准间距图形和细间距图形1c的大小清晰，或者比较前后脉冲的宽度，就能够使一个绝对位置被探测到。
作为例子，例示磁编码器1被安装到汽车曲柄轴上的情形。这里，所例示的情形为，在启动电池电动机(cell motor)时，曲柄轴的角速度以等加速度经转动一周就达到600rpm。图3显示了上述情形中曲柄轴的转动量和角速度的关系。
这里例示的另一情形为，磁极的排列图形角度(对应着S极宽度和N极宽度的总宽度(角度))对于索引1d为8.2°，对于标准间距图形为4.6°，对于细间距图形为2.3°。
图4到图6显示了当具有上述结构的磁编码器1转动一次时，脉冲时间的变化。在这些图中，水平轴给出了探测到的脉冲，而垂直轴给出了脉冲宽度(脉冲时间)。图4到图6分别显示了从图2中的点C、D、E开始的情形。在任何一种情形中，在90°的转动中肯定能探测到索引1d的一个脉冲和细间距图形1c的(两个)脉冲。因此，甚至在开始的时刻都可以探测到转动角度(绝对位置)。
在上面的描述中，所提到的结构中，预定图形1b中的细间距图形1c的位置的改变使得能够确定预定图形1b的转动角度。然而，当预定图形1b中的细间距图形1c对于每个预定图形1b来说实质上不同时，也可以确定所述预定图形1b。
例如，对每个预定图形1b，改变构成细间距图形1c的磁极的数目，也可以确定预定图形1b的转动角度。在更具体的例子中，磁道1a上的预定图形1b中的细间距图形1c的数目每隔45°都增加，如图7所示。图7显示了磁道1a的局部。在图7中，图的左侧所示的细间距图形1c包含N极和S极各一个，而图的右侧所示的细间距图形1c包含N极和S极各两个。在这种结构中，确定在磁道1a的一个输出中的两个索引之间的部分中的细间距图形1c中的磁极的数目，就能以45°角确定磁编码器1的转动角度。
当然，根据细间距图形1c中磁极的排列位置和数目的结合，可以在每个预定图形1b中提供不同模式的细间距图形1c。在例如预定图形1b的间隔窄而在整个圆周上设置的预定图形1b的数目较大的情况中，这样做是有效的。在本实施例中，所例示的是这样的情况，细间距图形被分别提供给除一个标准间距图形外的各个标准间距图形。然而，这并不是说，为所有的标准间距图形所提供的细间距图形具有不同的模式。而且，本实施例中所例示的情形为，索引部分(索引1d)、标准间距部分(标准间距图形)和特殊间距部分(细间距图形1c)中的磁极的宽度在圆周方向以上述顺序变窄。然而，这并不是说，只要每个宽度不同，涉及到大小的关系不重要。
实施例2
参考图8，将描述本发明的第二个实施例中的磁编码器。在实施例2中，将描述使用上述实施例1中的磁编码器1的更具体的例子。
在实施例2中，例示的情形为在四缸引擎的曲柄轴中使用磁编码器1。图8显示了本发明实施例2中的磁编码器的磁极的排列图形。在图8中显示的是，曲柄轴中所用的磁编码器1的磁道1a上的磁极的排列图形和凸轮轴中所用的磁编码器的磁道3a上的磁极的排列图形。曲柄轴中所用的磁编码器1的磁道1a上的磁极的排列图形与上述实施例1中的情形具有相同的结构，所以对上面情况的描述将作适当的省略。
在四缸引擎中，当曲柄轴转动360°×2圈时，凸轮轴转动360°。在引擎的上升时刻(在引擎启动的启动时刻)，曲柄轴和凸轮轴的相对位置是固定的。因此，获得曲柄角度位置就可以确定凸轮的位置(凸轮角度)。然而，应该判断曲柄轴是在第一圈还是在第二圈，因为如上所述，曲柄轴转动两周时凸轮轴转动一周。
作为一种判断的方法，在曲柄轴上安装具有实施例1所示磁道1a的磁编码器1，而在凸轮轴上安装具有图8所示磁道3a的磁编码器。这使得能探测到凸轮的凸轮信号和凸轮位置信号。为了能探测凸轮这一侧的信号，可以使用一个类似于磁编码器1的探测器2的元件。至于磁编码器1，这里省略其描述，因为它与上述实施例1所给出的描述相同。
安装在凸轮轴上的磁编码器，在其整个外周表面上设置如图8所示的磁道3a。作为磁极的S极和N极在磁道3a的圆周上各占一半。磁道3a上的排列图形的周期为360°。
磁道3a的0°到180°(N极)和180°到360°(S极)分别对应着设置在曲柄轴上的磁编码器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，来确定曲柄是在第一圈还是在第二圈。在实施例2中，凸轮位置信号在0°到180°的N极上输出Hi来探测曲柄在第一圈，在180°到360°的S极上输出Lo，来探测曲柄在第二圈，以便判断曲柄的转动数。
如上所述，按照实施例2，四缸引擎中曲柄轴在90°之内的转动使得能够确定曲柄角以及凸轮位置(凸轮角)，于是可以获得汽缸的位置。这使得能够对引擎进行控制，其中，从刚刚启动引擎的时刻开始就减少不必要的燃料注入。
实施例3
图9是本发明实施例3中的磁编码器局部的透视图。实施例3中的磁编码器10包含一个轮子10w，以及在所述轮子10w的外周上设置的第一磁道10a和第二磁道10b。分别用于探测第一和第二磁道10a和10b的磁场强度的探测器20和30设置为与所述第一和第二磁道10a和10b表面相对。可以按照要安装的转动部件来适当选择所述磁编码器10的大小。
对于探测器20和30，所使用的是测磁传感器。该测磁传感器是一个将磁能量作为对象来探测的传感器。所述测磁传感器的具体例子有，运用电磁感应进行工作的磁头、差分变压器、采用将磁能转化为电能的操作的霍尔元件以及MR元件(磁阻效应元件)。
第一磁道10a和第二磁道10b靠在一起置于所述轮子10w的外周上。所述第一磁道10a和第二磁道10b都具有这样的结构，其中作为磁极的S极和N极交替设置在整个圆周上。所述第一磁道10a和第二磁道10b的转动引起位于与探测器20和30(探测器20和30的探测位置)相对的磁极的极性从N到S或从S到N的变化。磁场的变化作为脉冲被探测出来，用来基于被探测到的脉冲的数目、宽度等等计算磁编码器10的转动角度和转动速度。
第一磁道10a的结构中，设置有多个(4个)排列图形，每个所述排列图形分别具有相同的磁极排列。另一方面，第二磁道10b的结构中，设置有多个(4个)排列图形，每个所述排列图形分别具有不同的磁极排列。下面将更详细地描述这一点。
在第一磁道1a中，每个都具有一对N极和S极的各排列图形分别设置于0°到90°、90°到180°、180°到270°以及270°到360°位置上，如图10所示。在圆周方向，每个排列图形中的N极和S极的磁极宽度都相等，就是说，各个磁极的宽度为45°。因此，所述第一磁道1a的结构中，在圆周方向具有相同的宽度N极和S极交替排列在整个圆周上。
基于对第一磁道1a上的磁场的探测，这样一种结构使得能够探测到磁编码器10的45°角的转动。就是说，从探测到作为脉冲的磁场极性从N到S的改变到探测到作为脉冲的磁场极性从S到N的改变这段时间内(以及从探测到作为脉冲的磁场极性从S到N的改变到探测到作为脉冲的磁场极性从N到S的改变这段时间内)，磁编码器10转动了45°。
另一方面，第二磁道1b用来计算确定位置(0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°和315°)的信息，这些位置是通过用45°将磁编码器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°的位置上分别设置具有不同数目磁极的排列图形。就是说，在0°到90°设置一对N极和S极，在90°到180°设置两对N极和S极，在180°到270°设置四对N极和S极，在270°到360°设置六对N极和S极，如图10所示。
换言之，在第二磁道1b中，根据转动角度的不同，在邻近第一磁道1a上的排列图形(具有一对N极和S极的图形)的每个排列图形中磁极的数目是不同的。具体说，当转动角度变大时，磁极数目一步一步地增加。因此，第二磁道1b的排列图形被预先安排为对应着转动角度。
图11显示了探测器20和30的输出信号。如图11所示，第一磁道10a的输出信号的波形具有周期90°，其中N极为Hi，S极为Lo。
另一方面，第二磁道10b的输出信号的波形在0°到90°、90°到180°、180°到270°以及270°到360°的各个90°的区域中周期不同。就是说，在Hi和Lo之间的转换脉冲数在0°到45°和45°到90°的区域内为零，在90°到135°和135°到180°的区域内为1，在180°到225°和225°到270°的区域内为3，在270°到315°和315°到360°的区域内为5。在0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°和315°处的脉冲没有算作Hi和Lo之间的转换脉冲。
在具有这样一种结构的磁编码器10中，用45°将0°到360°分割成的各区域中的一个位置(0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°和315°)可以通过从任何位置起转动90°之内而确定。
例如，从图11中的点A起开始转动的情形中，在时间段B期间的一个Lo区域中，即从获得第一个脉冲(在该脉冲时第一磁道10a的输出从Hi转换为Lo)，到获得后继脉冲(在该脉冲时所述输出从Lo转换为Hi)，第二磁道10b的输出中在Hi和Lo之间的转换脉冲数为1。因此可以看到，在第一磁道10a中，获得从Lo转换到Hi脉冲的位置为180°。
如上所述，在一个区段中(对应着45°角)，该区段始于第一磁道10a的输出从Hi转换到Lo或者从Lo转换到Hi，直到从Lo到Hi或者从Hi到Lo转换，对在第二磁道10b中在Hi和Lo之间转换的脉冲的数目进行计数。所述脉冲数目用于确定在第一磁道10a的一个输出区段的末尾处磁编码器10的转动角度。在这种情况下，需要用来确定一个转动角的磁编码器10的转动角度变成了45°到90°，这是用来测量第一磁道10a的一个区段中Hi和Lo之间的转换脉冲所必须的。
所以，按照实施例3中的磁编码器10，小的转动就使得能够确定转动角度。此外，即使在磁编码器10反向转动的情形中，反向转动也能被区分出来，因为，在第一磁道10a中Hi和Lo之间的转换脉冲发生的一个区段中，第二磁道10b中Hi和Lo的顺序发生了变化。这使得通过小的转动就可以终止反向转动。
根据上面所述，有下面叙述的优点。在例如四缸引擎的情况中，为了确定一个汽缸的位置，传统上曲柄轴最大要转动360°。另一方面，根据实施例3，从启动引擎起曲柄轴只要转动90°之内就使得可以确定汽缸的位置。因此，燃料就可以只喷入需要的汽缸中，所以，可以减少不必要的燃料喷入。从环境的角度看，这是有效的。
此外，实施例3中的磁编码器10作为一个非接触转动控制器是有效的，它也可以用于例如机器人手臂的转动控制。
实施例4
图12显示了本发明实施例4中的磁编码器的磁极的排列图形。实施例4是实施例3的修正。
在实施例4中，第一磁道上具有45°间隔的每个磁极排列图形具有在其头部的一个索引(索引部分)，以及包含相等数目的磁极的图形(标准间距部分)，该图形形成为紧接着所述索引，所有的所述排列图形在图形上都是相同的，如图12所示。在圆周方向索引部分和标准间距部分的磁极的宽度是不同的。另一方面，第二磁道上具有45°间隔的每个磁极排列图形在磁极数目和排列图形上都是不同的。在实施例3中，在第二磁道上，N极和S极对的数目对于每个排列图形来说是不同的。然而在实施例4中，单极的数目是不同的。就是说，在实施例4中，当转动角增加45°时，第二磁道上磁极数目一个一个地增加，使得磁极的数目在0°到45°间为4，在45°到90°间为5，在90°到135°之间为6。这使得当转动角增加时，每个排列图形中的Hi和Lo之间的转换脉冲一个一个地增加。然而，在第二磁道上，宽度与第一磁道上的索引部分的磁极宽度相同的一对磁极设置为与所述索引部分相邻，接下来的磁极的宽度在每个排列图形中都不同，其目的是为了减少磁场干涉。在实施例4中在第一磁道设置索引部分的原因是，为了使45°角的转换清楚。换言之，在实施例4中，在第一磁道的索引部分的输出脉冲的脉冲宽度长，而在非索引部分的脉冲宽度短。因此，脉冲宽度的变化使得能够探测到45°角的转换。
在实施例4中，比较第一磁道的输出和第二磁道的输出也使得能够在45°到90°角的范围内确定转动角度，类似实施例3的情形。就是说，基于在第一磁道上从探测到第一个索引到探测到后继的索引的这段时间内在第二磁道上Hi和Lo之间的转换脉冲数，可以确定转动角度。另外，在实施例3中，磁极的排列使得第二磁道上每转动固定的角度都增加一对N极和S极。然而，在实施例4中，磁极数目设置为对于固定的转动角度只增加一个单极。因此，即使是在设定小的固定转动角度的情形中(在增加一个圆周上的排列图形的数目的情形中)转动角度变大时，也可以减少磁极数目上的增加。因此，可以防止磁极的宽度太小，于是降低了灵敏度的退化。

Claims (6)

1.一种环形磁编码器，其中多个S极和N极交替排列，所述S极和N极为磁极，所述磁极的排列图形包括：
多个索引部分，以固定的间隔在圆周方向上设置；
多个标准间距部分，分别设置在所述索引部分之间；以及
多个特殊间距部分，分别设置在所有的所述标准间距部分中，或者设置在除了一个标准间距部分的其它标准间距部分中，对于设置有所述特殊间距部分的所述各个标准间距部分，所述特殊间距部分以不同的模式设置，
其中所述索引部分、所述标准间距部分和所述特殊间距部分在所述圆周方向上有不同的磁极宽度。
2.根据权利要求1所述的磁编码器，其中，对于设置有所述特殊间距部分的每个标准间距部分，所述特殊间距部分设置的位置是不同的。
3.根据权利要求1所述的磁编码器，其中，在设置有所述特殊间距部分的每个标准间距部分中，所述特殊间距部分中的磁极的数目是不同的。
4.一种环形磁编码器，其中，多个S极和N极交替排列，所述S极和N极为磁极，所述磁编码器包括：
第一磁道，其中排列有多个排列图形，所述多个排列图形分别具有相同磁极排列；以及
第二磁道，其中排列有多个排列图形，所述多个排列图形分别具有不同磁极排列；
其中所述第一磁道上磁极的每个排列图形包括设置在其头部的索引部分、和一个磁极数目相等的标准间距部分，所述标准间距部分紧接着所述索引部分设置，其中在圆周方向所述索引部分和所述标准间距部分在磁极宽度上是不同的。
5.根据权利要求4所述的磁编码器，其中基于所述第一磁道的输出和所述第二磁道的输出之间的比较，来探测转动角度。
6.根据权利要求4所述的磁编码器，其中在所述第二磁道上的磁极的各排列图形中，包括在所述各个排列图形中的磁极数目是不同的。
CNB2005800234056A 2004-07-12 2005-07-12 磁编码器 Expired - Fee Related CN100491922C (zh)

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004204894 2004-07-12
JP204894/2004 2004-07-12
JP204895/2004 2004-07-12
JP2004204895 2004-07-12
JP320400/2004 2004-11-04
JP2004320400 2004-11-04
PCT/JP2005/012863 WO2006006605A1 (ja) 2004-07-12 2005-07-12 磁気エンコーダ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1985150A CN1985150A (zh) 2007-06-20
CN100491922C true CN100491922C (zh) 2009-05-27

Family

ID=35783944

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2005800234056A Expired - Fee Related CN100491922C (zh) 2004-07-12 2005-07-12 磁编码器

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7667455B2 (zh)
EP (1) EP1775559A1 (zh)
JP (1) JP4586800B2 (zh)
KR (1) KR100919068B1 (zh)
CN (1) CN100491922C (zh)
WO (1) WO2006006605A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102933940A (zh) * 2010-06-03 2013-02-13 Ntn株式会社 磁性编码器

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5039357B2 (ja) * 2006-02-14 2012-10-03 株式会社リコー ブラシレスモータの駆動制御装置、画像読取装置及び画像形成装置
US7679533B2 (en) * 2007-10-02 2010-03-16 Renco Encoders Inc. Photodiode array for an optical encoder, photodiode detection system, and optical encoder
KR101163908B1 (ko) * 2008-03-17 2012-07-09 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 원점 위치 신호 검출기
CN101672661B (zh) * 2008-09-08 2012-12-19 方强 一种一维绝对位置编码系统
DE102008055680A1 (de) * 2008-10-28 2010-04-29 Balluff Gmbh Positons-/Wegmesssystem mit kodiertem Maßkörper
DE102008059774A1 (de) * 2008-12-01 2010-06-02 Continental Teves Ag & Co. Ohg Magnetischer Encoder
DE102009016663A1 (de) 2009-03-31 2010-10-07 Balluff Gmbh Positions-/Wegmesssystem
GB0906257D0 (en) 2009-04-08 2009-05-20 Renishaw Plc Position encoder apparatus
GB0906258D0 (en) * 2009-04-08 2009-05-20 Renishaw Plc Position encoder apparatus
US20110101964A1 (en) * 2009-11-05 2011-05-05 Udo Ausserlechner Magnetic Encoder Element for Position Measurement
DE102010021158A1 (de) * 2010-05-21 2011-11-24 Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg Wälzlager mit integriertem Generator und Verfahren zum Energiemanagement eines solchen Wälzlagers
DE102011053309A1 (de) 2011-09-06 2013-03-07 Balluff Gmbh Positions-/Wegmesssystem
DE102012102855A1 (de) 2012-04-02 2013-10-02 Asg Luftfahrttechnik Und Sensorik Gmbh Verfahren und Anordnung zur Positionsbestimmung eines Bauteils sowie Sensor
US20140288883A1 (en) * 2013-03-25 2014-09-25 Infineon Technologies Ag Method for determining an angle of a magnetic pole of a rotating object
CN106471378B (zh) * 2014-08-29 2021-05-18 斯凯孚公司 传感器轴承单元、包括这种单元的机械系统及其制造方法
CN107027319B (zh) * 2014-12-29 2019-06-14 铁姆肯公司 可编程传感器
TWI601939B (zh) * 2016-03-04 2017-10-11 國立清華大學 絕對位置偵測裝置及方法
CN106767955A (zh) * 2016-12-27 2017-05-31 江西省智成测控技术研究所有限责任公司 一种基于磁编码器的离轴式绝对角度测量的实现方法
US10866122B2 (en) * 2019-01-23 2020-12-15 Allegro Microsystems, Llc Magnetic field sensor for detecting an absolute position of a target object
US10816366B2 (en) * 2019-01-23 2020-10-27 Allegro Microsystems, Llc Magnetic field sensor for detecting an absolute position of a target object
US11346688B2 (en) 2020-07-06 2022-05-31 Allegro Microsystems, Llc Magnetic field sensors for detecting absolute position of multi-track targets
DE102020121895A1 (de) * 2020-08-20 2022-02-24 Bourns, Inc. Sensor zum Erfassen einer Position
CN113686236B (zh) * 2021-08-24 2025-01-17 潍柴动力股份有限公司 曲轴转角及应变测量装置

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2529665A1 (fr) 1982-07-05 1984-01-06 Sfena Capteur rotatif de position angulaire a sorties numeriques
US4746862A (en) * 1985-05-14 1988-05-24 Victor Company Of Japan Ltd. Apparatus for detecting both rotational speed and reference rotational angle of a rotary member
US4785241A (en) * 1985-08-08 1988-11-15 Canon Denshi Kabushiki Kaisha Encoder unit using magnetoresistance effect element
JPH0660824B2 (ja) * 1985-08-14 1994-08-10 株式会社日立製作所 絶対位置検出装置
JPH0638047B2 (ja) * 1985-10-09 1994-05-18 株式会社日立製作所 磁気的に位置を検出する装置
JPS6333603A (ja) * 1987-01-24 1988-02-13 Keihin Densokuki Kk 光学的位置検出装置
JP3200172B2 (ja) 1992-07-02 2001-08-20 キヤノン株式会社 移動方向検出方法
JPH0618283A (ja) 1992-07-03 1994-01-25 Nikon Corp 光電式アブソリュートエンコーダ
US5461311A (en) * 1992-12-24 1995-10-24 Kayaba Kogyo Kabushiki Kaisha Rod axial position detector including plural scales wherein nonmagnetized portions have differing spacing and differing depths and means for calculating the absolute position are provided
JP3185199B2 (ja) 1993-08-31 2001-07-09 大同特殊鋼株式会社 多極着磁磁石とその着磁方法
US6246233B1 (en) 1994-12-30 2001-06-12 Northstar Technologies Inc. Magnetoresistive sensor with reduced output signal jitter and temperature compensation
JP3395518B2 (ja) 1995-05-31 2003-04-14 トヨタ自動車株式会社 内燃機関のクランク角検出装置
US5841274A (en) * 1997-01-29 1998-11-24 Mitutoyo Corporation Induced current absolute position transducer using a code-track-type scale and read head
JPH11229948A (ja) 1998-02-06 1999-08-24 Unisia Jecs Corp エンジンの回転位置検出装置
JP2000018971A (ja) * 1998-06-30 2000-01-21 Toshiba Corp エンコーダ

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102933940A (zh) * 2010-06-03 2013-02-13 Ntn株式会社 磁性编码器
CN102933940B (zh) * 2010-06-03 2015-07-08 Ntn株式会社 磁性编码器
US9250102B2 (en) 2010-06-03 2016-02-02 Ntn Corporation Magnetic encoder

Also Published As

Publication number Publication date
JP4586800B2 (ja) 2010-11-24
CN1985150A (zh) 2007-06-20
KR100919068B1 (ko) 2009-09-28
US7667455B2 (en) 2010-02-23
EP1775559A1 (en) 2007-04-18
KR20070032356A (ko) 2007-03-21
US20080061771A1 (en) 2008-03-13
JPWO2006006605A1 (ja) 2008-04-24
WO2006006605A1 (ja) 2006-01-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100491922C (zh) 磁编码器
US6208131B1 (en) Electronic position and speed sensing device
EP2839247B1 (en) Magnetic encoder for producing an index signal
US6323641B1 (en) Non-contacting position sensor with helical flux linkage
US7021127B2 (en) Self-powered wireless sensor assembly for sensing angular position of the engine crankshaft in a vehicle
US5671714A (en) Apparatus for controlling operation timing of internal combustion engine
CN109779772B (zh) 用于v型发动机的双ecu控制装置及控制方法
US11448524B2 (en) Multipole magnet for use with a pitched magnetic sensor
US11119113B2 (en) Rotational speed sensor arrangement
CN110177999A (zh) 感测器轮组件和用于获取绝对角度位置和旋转方向的方法
EP1396629B1 (en) Rotation Detecting Apparatus
CN108561235A (zh) 发动机运行控制方法及装置
WO1997048893A2 (en) Method and apparatus for detecting rotational direction
US6404185B1 (en) Apparatus and method for sensing an angular position of a flux linkage member
CN101210522B (zh) 一种信号盘和包括该信号盘的发动机气缸顺序判别装置以及方法
CN105209850B (zh) 扭矩感测器
US20040032255A1 (en) Magnetic 360 degree absolute non-contact rotary position sensor
CN100476181C (zh) 在引擎中使用的燃烧装置控制系统
JP2558379B2 (ja) マルチシリンダエンジンの噴射ポンプの角速度及び角度位置検出方法と装置
JP2004198425A (ja) 回転可能なエレメントの回転角を検出するための装置
JP2541597B2 (ja) 内燃機関の制御のための装置
CN110671204A (zh) 发动机系统和发动机系统的控制方法
US20060123909A1 (en) Method and arrangement for detecting parameters in displacement or angle sensors
EP2161548A2 (en) A control unit and method for determining the angular position of a drive shaft of an internal combustion engine
US6837100B1 (en) Detection of combustion misfiring

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20090527

Termination date: 20110712