用于絕對(duì)角度位置的感測系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】用于絕對(duì)角度位置的感測系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請
[0002]本申請是于2013年7月26日提交的美國專利申請?zhí)?3/951,847和于2013年7月26日提交的美國專利申請?zhí)?3/951,858的延續(xù)，且要求于2013年7月26日提交的美國專利申請?zhí)?3/951,847和于2013年7月26日提交的美國專利申請?zhí)?3/951,858的優(yōu)先權(quán)。以上申請的全部教導(dǎo)通過引用并入本文。
[0003]背景
[0004]霍爾效應(yīng)傳感器是響應(yīng)于磁場改變其輸出的傳感器?；魻栃?yīng)傳感器可以用于檢測旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的角度位置。對(duì)于這樣的用途，霍爾效應(yīng)傳感器通常輸出旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的角度位置。例如，霍爾效應(yīng)傳感器的輸出可以是0-360度，或0-2JT弧度。
[0005]概述
[0006]在一個(gè)實(shí)施方案中，傳感器可以確定待感測旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的絕對(duì)角度位置。該傳感器可以包括配置成根據(jù)該旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)的傳感器轉(zhuǎn)子。該傳感器轉(zhuǎn)子可以包括聯(lián)接至該傳感器轉(zhuǎn)子的第一磁體，和具有在其上的螺紋的軸。該傳感器還可以包括套筒，該套筒可以包括第二磁體以及與該軸的螺紋互補(bǔ)的螺紋。該套筒可以配置成根據(jù)傳感器轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)沿該軸軸向地行進(jìn)。該傳感器還可以包括配置成感測第一磁體的定向的第一感測器(transducer)，以及配置成感測該第二磁體的沿該軸的位置的至少一個(gè)第二感測器。
[0007]該傳感器還可以包括互補(bǔ)的保持對(duì)(complimentary retaining pair)，該保持對(duì)配置成促使套筒根據(jù)傳感器轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)沿該軸軸向行進(jìn)。
[0008]該第一感測器或該至少一個(gè)第二感測器可以是霍爾效應(yīng)感測器、光學(xué)感測器、電阻感測器，或感應(yīng)式感測器。
[0009]該傳感器還可以包括定位在第一磁體與第二磁體之間的磁屏蔽件。
[0010]該至少一個(gè)第二感測器可以包括多個(gè)感測器。該多個(gè)感測器的第一數(shù)量可以是該傳感器可以計(jì)數(shù)的傳感器轉(zhuǎn)子圈數(shù)的第二數(shù)量、該傳感器的感測長度，或該第二數(shù)量與該傳感器的感測長度的組合的函數(shù)。
[0011]該多個(gè)感測器的第一數(shù)量可以是六個(gè)感測器，且該傳感器可以計(jì)數(shù)的圈數(shù)的第二數(shù)量可以是十。
[0012]該傳感器還可以包括處理器，該處理器配置成將來自第一感測器與該至少一個(gè)第二感測器的輸出轉(zhuǎn)換成該旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的絕對(duì)角度位置的表征。
[0013]套筒可以聯(lián)接有止動(dòng)軸承，該止動(dòng)軸承配置成如果徑向跳動(dòng)發(fā)生，保持套筒與軸的螺紋相關(guān)聯(lián)，以使套筒能夠響應(yīng)于傳感器轉(zhuǎn)子的反轉(zhuǎn)而與軸重新相關(guān)聯(lián)。彈簧承載球組件是止動(dòng)軸承的示例。
[0014]該至少一個(gè)第二感測器可以安裝在印刷電路板上。
[0015]該印刷電路板可以是子印刷電路板，該子印刷電路板可以直角或其它角度安裝至主電路板。第一感測器可以聯(lián)接至主電路板。
[0016]在另一個(gè)實(shí)施方案中，用于使用傳感器確定旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的絕對(duì)角度位置的方法包括根據(jù)旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)使傳感器轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。該傳感器轉(zhuǎn)子可以包括聯(lián)接至該傳感器轉(zhuǎn)子的第一磁體，和具有在其上的螺紋的軸。該方法還可以包括使套筒根據(jù)傳感器轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)沿該軸軸向地行進(jìn)。套筒可以包括第二磁體以及與軸的螺紋互補(bǔ)的螺紋。該方法可以另外地包括在第一感測器處感測第一磁體的定向。該方法還可以包括通過至少一個(gè)第二感測器感測第二磁體的沿該軸的位置。
[0017]該方法還可以包括通過互補(bǔ)的保持對(duì)促使套筒根據(jù)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)沿軸軸向地行進(jìn)。
[0018]該方法還可以包括從組中選擇第一感測器或第二感測器，該組包括:霍爾效應(yīng)感測器、光學(xué)感測器、電阻感測器，以及感應(yīng)式感測器。
[0019]該方法還可以包括在第一磁體與第二磁體之間定位磁屏蔽件。
[0020]該方法還可以包括根據(jù)傳感器可以計(jì)數(shù)的轉(zhuǎn)子圈數(shù)的第二數(shù)量、傳感器的感測長度，或它們的組合確定多個(gè)感測器的第一數(shù)量，其中，該至少一個(gè)第二感測器包括多個(gè)感測器。
[0021]所確定的該多個(gè)感測器的第一數(shù)量可以是六個(gè)感測器，且該傳感器可以計(jì)數(shù)的圈數(shù)的第二數(shù)量可以是十。
[0022]該方法還可以包括在處理器處將來自第一感測器和至少一個(gè)第二感測器的輸出轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的絕對(duì)角度位置的表征。
[0023]該方法還可以包括使套筒與止動(dòng)軸承聯(lián)接，該止動(dòng)軸承配置成如果徑向跳動(dòng)發(fā)生，保持套筒與軸的螺紋相關(guān)聯(lián)，以使套筒能夠響應(yīng)于轉(zhuǎn)子的反轉(zhuǎn)而與軸重新相關(guān)聯(lián)。
[0024]該方法還可以包括將該至少一個(gè)第二感測器安裝在印刷電路板上。
[0025]該方法還可以包括將印刷電路板以直角安裝至主電路板，第一感測器聯(lián)接至主電路板，其中，印刷電路板是子印刷電路板。
[0026]在另一個(gè)實(shí)施方案中，確定旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的絕對(duì)角度位置的方法可以包括選擇多個(gè)傳感器中的至少一個(gè)傳感器以用作至少一個(gè)選定的傳感器。該選擇可以基于該多個(gè)傳感器的輸出。該方法還可以包括基于該至少一個(gè)選定的傳感器的輸出和旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的角度位置計(jì)算旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的絕對(duì)角度位置。
[0027]選擇該至少一個(gè)傳感器可以包括確定該多個(gè)傳感器的提供最高輸出的傳感器，且基于該至少一個(gè)選定的傳感器相對(duì)于確定為具有最高輸出的傳感器的位置選擇該至少一個(gè)選定的傳感器。
[0028]計(jì)算絕對(duì)角度位置可以包括計(jì)算該至少一個(gè)選定的傳感器中的多個(gè)傳感器中的第一傳感器的第一輸出與該至少一個(gè)選定的傳感器中的多個(gè)傳感器中的第二傳感器的第二輸出的第一差異，基于第一差異與旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的角度位置比的第二差異計(jì)算截?cái)嘀担谠摻財(cái)嘀?、該至少一個(gè)選定的傳感器的標(biāo)識(shí)符，以及旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的角度位置計(jì)算圈數(shù)，且返回輸出值，該輸出值基于圈數(shù)的倍數(shù)與旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的角度位置的輸出差值。
[0029]計(jì)算圈數(shù)值可以包括將截?cái)嘀蹬c至少一個(gè)量程截?cái)啾容^，確定該截?cái)嘀档膶?duì)應(yīng)的范圍，且基于所確定的對(duì)應(yīng)的范圍計(jì)算圈數(shù)值。
[0030]計(jì)算圈數(shù)值可以基于指示產(chǎn)生最高輸出的給定的傳感器相對(duì)于該多個(gè)傳感器中的其它傳感器的位置的值。
[0031]圈數(shù)值的倍數(shù)可以是4096。
[0032]輸出值可以表示旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的絕對(duì)角度旋轉(zhuǎn)和角度旋轉(zhuǎn)。
[0033]該方法還可以包括將常數(shù)相加至第一差異。
[0034]該多個(gè)傳感器可以包括六個(gè)傳感器。
[0035]該方法可以在現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、處理器，以及查閱表(LUT)中的至少一個(gè)上執(zhí)行。
[0036]在另一個(gè)實(shí)施方案中，用于確定旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的絕對(duì)角度位置的系統(tǒng)可以包括傳感器選擇模塊，該傳感器選擇模塊配置成選擇多個(gè)傳感器中的至少一個(gè)傳感器以用作至少一個(gè)選定的傳感器。該選擇可以基于該多個(gè)傳感器的輸出。該系統(tǒng)還可以包括計(jì)算模塊，該計(jì)算模塊配置成基于該至少一個(gè)選定的傳感器的輸出和旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的角度位置計(jì)算旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的絕對(duì)角度位置。
[0037]該選擇模塊還可以配置成選擇該多個(gè)傳感器中的提供最高輸出的傳感器，且基于該至少一個(gè)選定的傳感器相對(duì)于確定為具有最高輸出的傳感器的位置選擇該至少一個(gè)傳感器。
[0038]該計(jì)算模塊還可以配置成計(jì)算在該至少一個(gè)選定的傳感器中的該多個(gè)傳感器中的第一傳感器的第一輸出與所確定的至少一個(gè)傳感器中的該多個(gè)傳感器中的第二傳感器的第二輸出的第一差異。該計(jì)算模塊還可以配置成基于第一差異與旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的角度位置的比的第二差異計(jì)算截?cái)嘀?。該?jì)算模塊還可以進(jìn)一步配置成基于截?cái)嘀怠⒅辽僖粋€(gè)選定的傳感器的標(biāo)識(shí)符，以及旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的角度位置計(jì)算圈數(shù)，且配置成返回輸出值，該輸出值基于圈數(shù)值的倍數(shù)與旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的角度位置的輸出差異。
[0039]計(jì)算模塊還可以配置成將截?cái)嘀蹬c至少一個(gè)量程截?cái)啾容^，確定該截?cái)嘀档膶?duì)應(yīng)的范圍，且基于所確定的對(duì)應(yīng)的范圍計(jì)算圈數(shù)值。
[0040]計(jì)算模塊還可以配置成基于具有最高輸出的給定的傳感器相對(duì)于該多個(gè)傳感器中的其它傳感器的位置計(jì)算圈數(shù)值。
[0041 ]圈數(shù)值的倍數(shù)可以是4096。
[0042]該輸出值可以表示旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的絕對(duì)角度旋轉(zhuǎn)和相對(duì)角度位置。
[0043]該計(jì)算模塊還可以配置成將常數(shù)相加至第一差異。
[0044]該多個(gè)傳感器可以包括六個(gè)傳感器。
[0045]該系統(tǒng)可以是現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、處理器，以及查閱表(LUT)中的至少一個(gè)。
[0046]在另一個(gè)實(shí)施方案中，確定旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的絕對(duì)角度位置的方法可以包括基于多個(gè)傳感器中的給定的傳感器的給定輸出選擇該多個(gè)傳感器中的至少一個(gè)傳感器的至少一個(gè)輸出。該方法還可以包括基于選定的至少一個(gè)輸出和旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的角度位置計(jì)算旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的絕對(duì)角度位置。
[0047]該選擇可以包括將該多個(gè)傳感器中的給定的傳感器確定為提供相對(duì)于該多個(gè)傳感器的其它輸出的最高輸出，且進(jìn)一步地，其中，每個(gè)選定的至少一個(gè)輸出是由對(duì)應(yīng)的連續(xù)的傳感器提供的連續(xù)的輸出，該對(duì)應(yīng)的連續(xù)的傳感器相對(duì)于在該多個(gè)傳感器的有序列表中的給定的傳感器是連續(xù)的。
[0048]計(jì)算絕對(duì)角度位置可以包括計(jì)算第一差異，其中，對(duì)于多個(gè)連續(xù)的輸出，該第一差異可以基于在每個(gè)選定的至少一個(gè)