專利名稱：磁導率位置檢測器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種新穎的位置、速度和方向檢測器，更具體地說，本發(fā)明涉及一種監(jiān)測和識別在相對轉動或線性移動的兩個元件之間的絕對位置、速度和方向的裝置。
本裝置的主要特征在于是一種能夠精確地識別上述參數(shù)的低成本裝置。
正如本領域的熟練技術人員所知，常規(guī)的系統(tǒng)應用光學或電磁絕對位置檢測器來測量和控制參數(shù)，比如應用分解器或編碼器。
然而，所有的這些裝置都具有的缺點是成本較高并且需要復雜且昂貴的電子電路來對這些裝置所提供的信號進行譯碼。
這些常規(guī)的系統(tǒng)的另一個缺點是對于重型工作它們并不具有所需的堅固性。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種低成本的位置、速度和方向的檢測器，這種檢測器并不要求復雜而昂貴控制電路。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種低成本的位置、速度和方向的檢測器，這種檢測器具有簡單而堅固的結構。
本發(fā)明再一個目的是提供一種專用的裝置，這種裝置能夠很容易地加入到電機中以確保精確度、堅固性且容易維護，由于所應用的電機的幾何結構的原因，更具體地說是由于轉子齒或磁極的結構設置，在某些情況下該裝置在電機中的這種應用尤其簡單。
應用能夠檢測彼此相對運動的兩個元件之間的位置、速度和方向的裝置，通過監(jiān)測和控制該裝置所測量的磁導率，本發(fā)明的這些目的和其它目的和優(yōu)點都能夠?qū)崿F(xiàn)。
這種裝置包括連接到一個部件上的至少一對磁極探測元件和連接到另一個部件的連續(xù)基準元件。
該對磁極探測元件由包括鐵磁片的鐵心構成，在其對著基準元件的端面上設置有至少兩個縱向齒并為驅(qū)動線圈所包圍。
磁極元件這樣構造齒的寬度和齒之間的間隔正好等于連續(xù)基準元件的齒寬度和其間隔。
磁極元件之間完全沒有電和磁的耦合但它們彼此之間按照如下的方式機械地連接，當磁極元件的齒的中心線與連續(xù)基準元件的齒的中心線完全地重合時，其它的磁極元件的齒的中心線將與連續(xù)基準元件的齒的中心線正好錯開半個齒寬。
每個磁極探測元件都被包括至少一個驅(qū)動線圈的繞組所包圍。
驅(qū)動線圈由在先所建立的產(chǎn)生磁場的高頻電流源分別供電。在這種線圈中產(chǎn)生的電壓為磁極探測元件所測量的磁導率的函數(shù)。
在使用不止一個線圈的情況下，電流源沒有供電的線圈用作讀線圈，該線圈所產(chǎn)生的電壓是磁極探測元件所測量的磁導率的函數(shù)。
上面所述的連續(xù)基準元件是電機的主要部件，并且它還具有包括鐵磁片的鐵心，在沿著它的對著該對磁極元件的表面均勻地分布有縱向齒。
在連續(xù)基準元件的齒之間的距離應為齒寬的大約2-2.5倍。
在基準元件連接到一個運動部件之后，將一對磁極元件連接到另一個部件，可取的是連接到靜止的部件，以便當一個磁極元件的齒的中心線與連續(xù)基準元件的齒的中心線完全地重合時，另一個磁極元件的齒的中心線相對于連續(xù)基準元件的齒的中心線正好錯開半個齒寬。
根據(jù)下文參考所附的附圖作的描述將會更好地理解本發(fā)明的目的，附圖僅是說明性的，它并不構成對本發(fā)明的范圍的限制，其中附

圖1所示為依據(jù)本發(fā)明的原理構造的位置檢測裝置的橫截面示意圖；附圖2所示另一種方式構造的磁極探測元件(1A和1B)的結構示意圖；附圖3和4所示為具有直線化的元件的附圖1和2的示意圖；和附圖5和6所示分別為在磁極元件(1A和1B)的驅(qū)動線圈端子上的電壓波形圖。
在圖1中，本發(fā)明的位置檢測裝置包括一對磁極探測元件(1A和1B)和基準元件(2)，該磁極探測元件帶有驅(qū)動線圈(3A和3B)和供應線圈的電流源(4A和4B)。
在圖2中，磁極探測元件(1A和1B)具有驅(qū)動線圈(3A和3B)和讀線圈(5A和5B)。
依據(jù)附圖1和2，本發(fā)明的磁阻檢測器由一對磁極探測元件(1A,1B)形成，每個磁極探測元件都具有包括鐵磁片的鐵心，在鐵心的朝向基準元件(2)的表面上設置有相應的縱向齒(10A,10B)并具有容納繞組(3A和3B)的槽。
這些繞組(3A和3B)包括包圍一對磁極探測元件(1A,1B)的磁性材料的許多線圈，以便當這些繞組通電時產(chǎn)生垂直于該對磁極探測元件的齒的外部表面的磁場。
磁阻檢測器的主要部件是所說的基準元件(2)，而該基準元件(2)也具有鐵磁片的鐵心，在沿著對著該對磁極探測元件(1A,1B)的表面上均勻分布有縱向齒(21)，所說的齒(21)的齒寬和齒間距等于該對磁極探測元件的齒的齒寬和齒間距。所說的基準元件(2)設置在要檢測其轉動、速度和方向的移動部件附近。
為更好地理解本發(fā)明，如附圖3和4所示，以一對磁極探測元件和直線化的基準元件為參考，下文更詳細地描述磁阻檢測器的操作。
在目前所描述的基本操作方式中，基準元件(2)連接到運動部件上，檢測和測定轉動的角速度或線速度和方向。磁極探測元件又連接到固定的運動基準結構上。具體地說，例如，在應用這種檢測器測定轉動速度和馬達轉動方向方面，基準元件(2)連接到其轉子上，而探測元件以共平面的方式連接到馬達殼體。
在附圖3中，可以看到一對磁極探測元件(1A)的齒(10A)與基準元件(2)的齒(21)對準。
還在附圖3中，還可以看到其它對的磁極探測元件(1B)的齒(10B)的中心線相對于基準元件(2)的齒(21)的中心線錯開半個齒。
在這種位置，給線圈3a和3b通電，即產(chǎn)生了磁場，該磁場的磁力線穿過連續(xù)基準元件并集聚到(封閉在)磁極元件。
如從附圖5中可以看出(在橫坐標為2時)，在線圈3A中產(chǎn)生的電壓最大，而如從附圖6中所看到(在橫坐標為2時)，在線圈3B中產(chǎn)生的電壓為在最大值和最小值之間的中間值。
一旦基準元件的齒移位，在兩線圈3A和3B中產(chǎn)生的電壓值將會按照通過磁極探測元件的齒所檢測的磁導率成比例地變化。
所獲得的值在基準元件的齒的每個齒間距上是周期性的并是重復的。
如從附圖5和6中可以看出，在線圈3A和3B中產(chǎn)生的每對電壓值僅與在磁極探測元件的齒和連續(xù)基準元件的齒之間的一個相對位置相對應。
通過在連續(xù)基準元件的齒的一個間距之下的跨距中獲得的2個連續(xù)讀數(shù)之差異，我們可以通過公知的方式得出上述元件的位移的方向。
通過獲得這種差異并測定在這兩讀數(shù)之間的時間間隔，應用公知的數(shù)學運算可以得出連續(xù)基準元件的線速度或角速度，相應地，可以得出它所連接著的運動元件的線速度或角速度，比如電動機的轉子或內(nèi)燃機的曲軸。
雖然已經(jīng)描述并說明了次同步磁阻檢測器的某些構造形式，但是應該指出的是本發(fā)明的原理可以應用到任何結構中或者利用該對探測元件1A和1B的讀數(shù)元件5A和5B或探測繞組3A和3B的任何類型的供給。
權利要求
1．一種“磁導率位置檢測器”，其特征在于它包括連續(xù)基準元件(2)和至少兩個磁極探測元件(1A,1B)，每個磁極探測元件都具有包括磁片的鐵心和朝該對探測元件(1A,1B)凸起的縱向齒，所說的磁極探測元件進一步包括能夠容納繞組(3A,3B)的許多槽，所說的繞組包括許多均勻繞在該對磁極探測元件(3A,3B)的磁性材料上的許多線圈。
2．依據(jù)權利要求2所述的檢測器，其特征在于每個磁極探測元件(1A,1B)具有包括僅一個探測線圈的繞組(3A,3B)。
3．依據(jù)權利要求1所述的檢測器，其特征在于每個磁極探測元件(1A,1B)具有包括一個探測線圈和一個讀線圈的繞組(3A,3B)。
4．依據(jù)權利要求1所述的檢測器，其特征在于通過讀取在每個繞組(3A,3B)中的相對電壓來測定在磁極探測元件(1A,1B)和基準元件(2)之間的相對位置，并從在時間上錯開的兩個連續(xù)讀數(shù)中得出在磁極探測元件(1A,1B)和基準元件(2)之間的相對移位速度。
5．依據(jù)權利要求1所述的檢測器，其特征在于磁極探測元件(1A,1B)的齒(10A,10B)的尺寸和間距等于基準元件(2)的齒(21)的尺寸和間距。
6．依據(jù)權利要求1所述的檢測器，其特征在于第一磁極探測元件(1A)相對于第二磁極元件(1B)錯位地設置。
7．依據(jù)權利要求1所述的檢測器，其特征在于連續(xù)基準元件是圓形的或直線形的。
全文摘要
一種連續(xù)基準元件(2)的位置、速度和位移速度檢測器,其由一對包括具有縱向齒(10A,10B)的磁片的磁極探測元件(1A,1B)構成,縱向齒沿著對著連續(xù)基準元件(2)的表面分布。磁極探測元件還包括繞組(3A,3B),當通以預先建立的電流時,該繞組產(chǎn)生磁場。通過讀取線圈電壓和通過識別該對磁極探測元件和基準元件的齒相對位移速度和方向的裝置,識別位置、方向和位移速度。本發(fā)明還應用了對比移位90度的兩正弦波信號檢測系統(tǒng)。
文檔編號G01D5/20GK1312461SQ0012928
公開日2001年9月12日 申請日期2000年9月30日 優(yōu)先權日1999年9月30日
發(fā)明者費爾南多·加西亞 申請人:阿特拉斯－欣德勒電梯有限公司