CN105593645A - 用于绝对角度位置的感测系统 - Google Patents

Abstract

一种确定待感测的旋转构件的绝对角度位置的传感器系统。该传感器系统可以包括转子和轴，该转子具有联接至该转子的第一磁体，该轴具有在其上的螺纹。该传感器系统还可以包括具有第二磁体的套筒以及与轴的螺纹互补的螺纹。该套筒可以配置成根据转子的旋转沿该轴轴向地行进。该传感器系统还可以包括配置成感测第一磁体的定向的第一感测器，和配置成感测该第二磁体的沿该轴的位置的至少一个第二感测器。通过使用该传感器系统，可以确定圈数的绝对数量，和因此确定该旋转构件的绝对角度位置。

Description

用于绝对角度位置的感测系统

相关申请

本申请是于2013年7月26日提交的美国专利申请号13/951,847和于2013年7月26日提交的美国专利申请号13/951,858的延续，且要求于2013年7月26日提交的美国专利申请号13/951,847和于2013年7月26日提交的美国专利申请号13/951,858的优先权。以上申请的全部教导通过引用并入本文。

背景

霍尔效应传感器是响应于磁场改变其输出的传感器。霍尔效应传感器可以用于检测旋转构件的角度位置。对于这样的用途，霍尔效应传感器通常输出旋转构件的角度位置。例如，霍尔效应传感器的输出可以是0-360度，或0-2π弧度。

概述

在一个实施方案中，传感器可以确定待感测旋转构件的绝对角度位置。该传感器可以包括配置成根据该旋转构件的旋转而旋转的传感器转子。该传感器转子可以包括联接至该传感器转子的第一磁体，和具有在其上的螺纹的轴。该传感器还可以包括套筒，该套筒可以包括第二磁体以及与该轴的螺纹互补的螺纹。该套筒可以配置成根据传感器转子的旋转沿该轴轴向地行进。该传感器还可以包括配置成感测第一磁体的定向的第一感测器(transducer)，以及配置成感测该第二磁体的沿该轴的位置的至少一个第二感测器。

该传感器还可以包括互补的保持对(complimentaryretainingpair)，该保持对配置成促使套筒根据传感器转子的旋转沿该轴轴向行进。

该第一感测器或该至少一个第二感测器可以是霍尔效应感测器、光学感测器、电阻感测器，或感应式感测器。

该传感器还可以包括定位在第一磁体与第二磁体之间的磁屏蔽件。

该至少一个第二感测器可以包括多个感测器。该多个感测器的第一数量可以是该传感器可以计数的传感器转子圈数的第二数量、该传感器的感测长度，或该第二数量与该传感器的感测长度的组合的函数。

该多个感测器的第一数量可以是六个感测器，且该传感器可以计数的圈数的第二数量可以是十。

该传感器还可以包括处理器，该处理器配置成将来自第一感测器与该至少一个第二感测器的输出转换成该旋转构件的绝对角度位置的表征。

套筒可以联接有止动轴承，该止动轴承配置成如果径向跳动发生，保持套筒与轴的螺纹相关联，以使套筒能够响应于传感器转子的反转而与轴重新相关联。弹簧承载球组件是止动轴承的示例。

该至少一个第二感测器可以安装在印刷电路板上。

该印刷电路板可以是子印刷电路板，该子印刷电路板可以直角或其它角度安装至主电路板。第一感测器可以联接至主电路板。

在另一个实施方案中，用于使用传感器确定旋转构件的绝对角度位置的方法包括根据旋转构件的旋转使传感器转子旋转。该传感器转子可以包括联接至该传感器转子的第一磁体，和具有在其上的螺纹的轴。该方法还可以包括使套筒根据传感器转子的旋转沿该轴轴向地行进。套筒可以包括第二磁体以及与轴的螺纹互补的螺纹。该方法可以另外地包括在第一感测器处感测第一磁体的定向。该方法还可以包括通过至少一个第二感测器感测第二磁体的沿该轴的位置。

该方法还可以包括通过互补的保持对促使套筒根据转子的旋转沿轴轴向地行进。

该方法还可以包括从组中选择第一感测器或第二感测器，该组包括：霍尔效应感测器、光学感测器、电阻感测器，以及感应式感测器。

该方法还可以包括在第一磁体与第二磁体之间定位磁屏蔽件。

该方法还可以包括根据传感器可以计数的转子圈数的第二数量、传感器的感测长度，或它们的组合确定多个感测器的第一数量，其中，该至少一个第二感测器包括多个感测器。

所确定的该多个感测器的第一数量可以是六个感测器，且该传感器可以计数的圈数的第二数量可以是十。

该方法还可以包括在处理器处将来自第一感测器和至少一个第二感测器的输出转换成旋转构件的绝对角度位置的表征。

该方法还可以包括使套筒与止动轴承联接，该止动轴承配置成如果径向跳动发生，保持套筒与轴的螺纹相关联，以使套筒能够响应于转子的反转而与轴重新相关联。

该方法还可以包括将该至少一个第二感测器安装在印刷电路板上。

该方法还可以包括将印刷电路板以直角安装至主电路板，第一感测器联接至主电路板，其中，印刷电路板是子印刷电路板。

在另一个实施方案中，确定旋转构件的绝对角度位置的方法可以包括选择多个传感器中的至少一个传感器以用作至少一个选定的传感器。该选择可以基于该多个传感器的输出。该方法还可以包括基于该至少一个选定的传感器的输出和旋转构件的角度位置计算旋转构件的绝对角度位置。

选择该至少一个传感器可以包括确定该多个传感器的提供最高输出的传感器，且基于该至少一个选定的传感器相对于确定为具有最高输出的传感器的位置选择该至少一个选定的传感器。

计算绝对角度位置可以包括计算该至少一个选定的传感器中的多个传感器中的第一传感器的第一输出与该至少一个选定的传感器中的多个传感器中的第二传感器的第二输出的第一差异，基于第一差异与旋转构件的角度位置比的第二差异计算截断值，基于该截断值、该至少一个选定的传感器的标识符，以及旋转构件的角度位置计算圈数，且返回输出值，该输出值基于圈数的倍数与旋转构件的角度位置的输出差值。

计算圈数值可以包括将截断值与至少一个量程截断比较，确定该截断值的对应的范围，且基于所确定的对应的范围计算圈数值。

计算圈数值可以基于指示产生最高输出的给定的传感器相对于该多个传感器中的其它传感器的位置的值。

圈数值的倍数可以是4096。

输出值可以表示旋转构件的绝对角度旋转和角度旋转。

该方法还可以包括将常数相加至第一差异。

该多个传感器可以包括六个传感器。

该方法可以在现场可编程门阵列(FPGA)、处理器，以及查阅表(LUT)中的至少一个上执行。

在另一个实施方案中，用于确定旋转构件的绝对角度位置的系统可以包括传感器选择模块，该传感器选择模块配置成选择多个传感器中的至少一个传感器以用作至少一个选定的传感器。该选择可以基于该多个传感器的输出。该系统还可以包括计算模块，该计算模块配置成基于该至少一个选定的传感器的输出和旋转构件的角度位置计算旋转构件的绝对角度位置。

该选择模块还可以配置成选择该多个传感器中的提供最高输出的传感器，且基于该至少一个选定的传感器相对于确定为具有最高输出的传感器的位置选择该至少一个传感器。

该计算模块还可以配置成计算在该至少一个选定的传感器中的该多个传感器中的第一传感器的第一输出与所确定的至少一个传感器中的该多个传感器中的第二传感器的第二输出的第一差异。该计算模块还可以配置成基于第一差异与旋转构件的角度位置的比的第二差异计算截断值。该计算模块还可以进一步配置成基于截断值、至少一个选定的传感器的标识符，以及旋转构件的角度位置计算圈数，且配置成返回输出值，该输出值基于圈数值的倍数与旋转构件的角度位置的输出差异。

计算模块还可以配置成将截断值与至少一个量程截断比较，确定该截断值的对应的范围，且基于所确定的对应的范围计算圈数值。

计算模块还可以配置成基于具有最高输出的给定的传感器相对于该多个传感器中的其它传感器的位置计算圈数值。

圈数值的倍数可以是4096。

该输出值可以表示旋转构件的绝对角度旋转和相对角度位置。

该计算模块还可以配置成将常数相加至第一差异。

该多个传感器可以包括六个传感器。

该系统可以是现场可编程门阵列(FPGA)、处理器，以及查阅表(LUT)中的至少一个。

在另一个实施方案中，确定旋转构件的绝对角度位置的方法可以包括基于多个传感器中的给定的传感器的给定输出选择该多个传感器中的至少一个传感器的至少一个输出。该方法还可以包括基于选定的至少一个输出和旋转构件的角度位置计算旋转构件的绝对角度位置。

该选择可以包括将该多个传感器中的给定的传感器确定为提供相对于该多个传感器的其它输出的最高输出，且进一步地，其中，每个选定的至少一个输出是由对应的连续的传感器提供的连续的输出，该对应的连续的传感器相对于在该多个传感器的有序列表中的给定的传感器是连续的。

计算绝对角度位置可以包括计算第一差异，其中，对于多个连续的输出，该第一差异可以基于在每个选定的至少一个输出之间的第一增量值，并且进一步地，其中，对于单个连续的输出，该第一差异可以基于在给定的常数值与选定的该至少一个输出之间的第二增量值。计算绝对角度位置还可以包括基于在第一差异与旋转构件的角度位置的换算值之间的第二差异计算截断值。计算绝对角度位置还可以包括。计算绝对角度位置还可以包括基于截断值与代表紧接着有序列表中的给定的传感器的下一个连续的传感器的位置的顺序的连续的位置值计算圈数。计算绝对角度位置还可以包括返回输出值，该输出值可以基于圈数值的倍数与旋转构件的角度位置之间的第三差异。

计算圈数值可以包括将截断值与至少一个量程截断比较，确定该截断值的对应的范围，并且基于所确定的对应的范围计算圈数值。

圈数值的倍数可以是第一倍数，并且计算圈数值还可以包括由基于所确定的对应的范围的所确定的偏移值调整的连续的位置值的第二倍数。

该输出值可以表示旋转构件的绝对角度旋转和相对角度位置。

给定的常数值可以是第一给定常数值，并且对于多个连续输出，第一差异可以由第二给定常数值补偿。

附图简述

根据本发明的如附图中示出的示例性实施方案的以下更加详细的描述，前述内容将是明显的，在附图中，相似的参考符号贯穿不同的视图指代相同的部分。附图不一定按比例绘制，而是将重点放在说明本发明的实施方案上。

图1是示出本发明使用的霍尔效应传感器的示例性实施方案的框图。

图2是示出传统的霍尔效应传感器(具有弹簧)的示例性实施方案的框图。

图3是示出具有移动套筒的霍尔效应传感器302的示例性实施方案的框图。

图4A是示出具有处于完全的顺时针位置的套筒的旋转构件的示例性实施方案的框图。

图4B是示出具有处于中间位置的套筒的旋转构件的示例性实施方案的框图。

图4C是示出具有处于完全的逆时针位置的套筒的旋转构件的另一个示例性实施方案的框图。

图5是示出套筒的示例性实施方案的框图。

图6A是示出本发明的实施方案所使用的霍尔效应传感器横截面的框图。

图6B是示出本发明的实施方案所使用的霍尔效应传感器横截面的俯视图的框图。

图6C是示出从示出霍尔效应传感器的横截面的另一个俯视图看的本发明的示例性实施方案的框图。

图7A是示出从顶部透视的主(主要)印刷电路板的示例性实施方案和线性(子)印刷电路板的框图。

图7B是示出从底部透视的主印刷电路板的示例性实施方案的框图。

图7C是示出主印刷电路板与线性印刷电路板之间相互连接部的示例性实施方案的框图。

图7D是示出联接主印刷电路板的线性印刷电路板的另一个示例性实施方案的框图。

图8A是示出表示在外壳的狭槽中的线性印刷电路板的示例性实施方案的示意图。

图8B是示出在其外壳中的霍尔效应传感器的示例性实施方案的示意图。

图9A是示出旋转构件的示例性实施方案的框图，该旋转构件包括本发明的示例性实施方案使用的套筒。

图9B是示出套筒的示例性实施方案的框图。

图10A是示出理想的线性传感器输出的示例性实施方案的曲线图。

图10B是示出随着转子转动十圈来自线性印刷电路板的线性传感器输出的示例性实施方案的曲线图。

图10C是示出多个传感器的定向的框图。

图11是示出传感器之间(之中)的差异的示例性实施方案的曲线图，该差异是用于减少旋转磁体的干扰的属性。

图12A是示出霍尔效应传感器值与对应的相关值的曲线图。

图12B是示出指示何时霍尔效应传感器已经完成一个完整的转动的霍尔函数的曲线图。

图12C是示出圈数函数的曲线图。

图13是示出涉及制造霍尔效应传感器的零件的框图。

图14是示出本发明的示例性实施方案所使用的过程的示例性实施方案的过程图。

图15是示出用于实现图14的过程的方法的示例性实施方案的过程图。

详细描述

本发明的示例性实施方案的描述如下。

图1是示出本发明的实施方案使用的霍尔效应传感器102的示例性实施方案的框图100。霍尔效应传感器102包括配置成沿轴线旋转的旋转构件101。旋转构件101被包围在外壳108中。该外壳还包括至少一个感测器114，感测器114连接至印刷电路板(PCB)或处理单元106。霍尔效应传感器102还包括定位成使得至少一个感测器114可以检测旋转构件101是否已经完成一圈的磁体。旋转构件101可以顺时针或逆时针转动。在传统的霍尔效应传感器102布置中，传感器可以确定旋转构件101的角度旋转，然而不能确定旋转构件101已经完成的圈数。

在由图1的本发明的实施方案使用的霍尔效应传感器102布置中，多个线性传感器/感测器114确定线性磁体112的位置，该线性磁体112配置成沿与旋转磁体116和传感器117联接的旋转构件101的轴线103轴向地来回移动。传感器117可以是旋转传感器。印刷电路板(PCB)106基于来自感测器114的信息确定由旋转构件101完成的圈数113。霍尔效应传感器102然后可以将圈数，例如，输出至显示旋转构件101已经完成的圈数的显示器110。霍尔效应传感器102，或可操作地连接至传感器输出的发射器(未示出)，可以可选择地将圈数的表征经由有线、无线或光通信媒介传输至例如配置成以本领域的技术人员理解的方式接收和处理该表征的计算机、服务器、手持设备的设备。

图2是示出包括弹簧208的传统的霍尔效应传感器202的示例性实施方案的框图200。传统的霍尔效应传感器202包括印刷电路板206，印刷电路板206配置成确定待感测的旋转构件205在外壳210内从旋转磁体216的角度旋转。印刷电路板206包括霍尔效应传感器，该霍尔效应传感器配置成通过检测旋转磁体216检测旋转构件205的运动。外壳210还包括弹簧208，弹簧208配置成向旋转构件205施加压力。在霍尔效应传感器202不跟踪旋转构件205的多圈的实施方案中，该压力导致旋转构件205被限制成单圈。

图3是示出根据本发明的示例性实施方案的具有移动套筒的霍尔效应传感器302的框图300。霍尔效应传感器302包括主印刷电路板306，主印刷电路板306类似于图2的印刷电路板206，与图3的子印刷电路板308(例如，线性印刷电路板)联接，该主印刷电路板306配置成跟踪旋转构件205的多圈。外壳310容纳印刷电路板306与308两者。外壳310可以类似于图2的外壳210；然而，外壳310包括钻出的孔以容纳线性印刷电路板308。线性印刷电路板308包括多个线性霍尔传感器314。在一个实施方案中，六个线性霍尔效应传感器314被联接至线性印刷电路板308；然而，可以使用任何数量的线性霍尔效应传感器314或感测器。霍尔效应传感器302还包括围绕旋转构件205的套筒304。套筒304配置成响应于旋转构件205的旋转沿旋转构件205轴向地行进。该套筒还配置成具有例如销315的互补的保持构件，以相对于旋转构件205将套筒304旋转地保持在适当位置。将套筒304旋转地保持在适当位置允许联接至套筒304的磁体312相对于线性霍尔效应传感器314的平面保持相同的距离。磁体312连同套筒304，平行于旋转构件205的轴线303与线性霍尔效应传感器314行进。

在一个实施方案中，任选地，霍尔效应传感器302包括磁屏蔽件318，磁屏蔽件318保护线性霍尔效应传感器314免受来自霍尔效应传感器302的旋转磁体316的干扰。由于主印刷电路板306和/或子线性印刷电路板308可以计算且消除来自永磁体316的干扰，且精确地确定旋转构件205完成的圈数，因此磁屏蔽件318是任选的。

图4A是示出具有处于完全的顺时针位置的套筒402的旋转构件205的示例性实施方案的框图400。在一个实施方案中，旋转构件205包括六圈凹槽404；然而，可以使用任何数量的圈的凹槽。套筒402沿这些凹槽404被接合，使得当旋转构件顺时针转动时，套筒402处于完全的顺时针位置。

图4B是示出具有处于中间位置的套筒402'的旋转构件205的示例性实施方案的框图420。在图4B中，套筒402'已经沿旋转构件205轴向移动以处于完全的顺时针位置与完全的逆时针位置之间。

图4C是示出具有处于完全的逆时针位置的套筒402”的旋转构件205的另一个示例性实施方案的框图440。套筒402”处于完全的逆时针位置。

图5是示出套筒504的示例性实施方案的框图500。套筒504包括防旋转销508。防旋转销508是保持构件的示例，该保持构件可以与外壳联接以相对于旋转构件205将套筒504保持旋转对齐。当套筒504沿旋转构件205轴向行进时，该布置将联接至套筒504的磁体506(例如，线性磁体)保持在旋转的恒定位置中。套筒504还可以包括安装在保持构件的凹槽中的弹簧承载球503。弹簧承载球503在完全顺时针位置的端部处阻止套筒从旋转构件掉落。

图6A是示出本发明的实施方案所使用的霍尔效应传感器302横截面的框图600。霍尔效应传感器302包括外壳310，该外壳310容纳旋转构件205、主印刷电路板306以及子印刷电路板308。当套筒304沿旋转构件205轴向地行进时，线性霍尔效应传感器314检测磁体312的位置。线性印刷电路板308结合由线性霍尔效应传感器314收集的信息，使得主印刷电路板306与子印刷电路板308可以计算旋转构件205已经完成的圈数。

图6B是示出本发明的实施方案所使用的霍尔效应传感器302横截面的俯视图的框图620。霍尔效应传感器302包括外壳310、旋转构件205以及线性印刷电路板308。线性印刷电路板308位于穿过外壳310钻出的或钻削的孔中，该孔平行于旋转构件205的轴线303。

图6C是示出从示出霍尔效应传感器302的横截面的另一个俯视图看的本发明的示例性实施方案的框图640。霍尔效应传感器302包括外壳310、主印刷电路板306以及子印刷电路板308，其中，子印刷电路板联接至主印刷电路板306。示出在图6A与6B中的旋转构件205位于图6C中的主印刷电路板306下方。

图7A是示出从顶部透视的主印刷电路板706的示例性实施方案和子印刷电路板708的框图700。主印刷电路板706包括微处理器711、可以为1至6多路复用器的多路复用器706，以及3.3伏调节器709。本领域的普通技术人员可以认识到微处理器711、多路复用器706，以及电压调节器708可以是不同的种类。多路复用器706可以在子印刷电路板708的六个线性传感器(例如，图7D的线性位置传感器762)中选择。在另一个实施方案中，由于子印刷电路板704上的不同数量的线性感测器，多路复用器706可以是不同类型的多路复用器。微处理器711配置成基于发送至微处理器711的线性感测器的输出来确定旋转构件(未示出)完成的圈数。

图7B是示出从底部透视的主印刷电路板706的示例性实施方案的框图720。主印刷电路板706以直角安装至子印刷电路板708，且主印刷电路板706包括霍尔效应传感器722。例如，霍尔效应传感器722可以是市售的CMOS霍尔效应传感器。霍尔效应传感器722可以检测例如联接至旋转构件(未示出)的永磁体的磁体(未示出)的角度位置。

图7C是示出主印刷电路板706与子印刷电路板708之间的相互连接部742的示例性实施方案的框图740。相互连接部742是用于通过对主印刷电路板706的焊接连接将子印刷电路板708连接至主印刷电路板706的联接的示例。

图7D是示出与主印刷电路板706联接的子印刷电路板708的另一个示例性实施方案的框图760。子印刷电路板708包括多个线性位置传感器762。例如，线性位置传感器762可以是市售的线性位置传感器或定制生产的线性位置传感器。线性位置传感器762可以确定磁体的线性移动的绝对位置，磁体例如在图3-6C中示出的存在的霍尔效应传感器的实施方案中的套筒(未示出)上的线性磁体(未示出)。该绝对位置可以关联至旋转构件的圈数。在图7D的实施方案中，六个线性位置传感器被使用；然而，任何数量的线性位置传感器可以被用于检测旋转构件的更大或更少数量的圈数。

图8A是示出表示在外壳的狭槽817中的子印刷电路板708的示例性实施方案的示意图800。子印刷电路板708包括线性传感器862，线性传感器862在外壳中沿狭槽817平行于旋转构件的轴线布置。

图8B是示出在其外壳中的霍尔效应传感器802的示例性实施方案的示意图850。该霍尔效应传感器包括子印刷电路板708，子印刷电路板708平行于具有旋转磁体856的转子854的轴线803。

图9A是示出包括由本发明所使用的套筒904的旋转构件905的示例性实施方案的框图900。套筒904包括线性磁体912。套筒904还配置成补充转子909的螺纹使得套筒904可以夹持旋转构件905。旋转构件905还包括旋转磁体856以确定旋转构件905的角度位置。线性磁体912布置成确定垂直位置，且因此确定旋转构件905的圈数。

图9B是示出套筒904的示例性实施方案的框图910。该套筒包括线性磁体912。如上面描述的，线性磁体912的位置配置成通过子印刷电路板(未示出)的线性位置传感器检测，以确定旋转构件已经完成的圈数。

图10A是示出理想的线性传感器输出的示例性实施方案的曲线图1000。理想的线性传感器输出1001是没有来自磁体、霍尔效应传感器、其它线性传感器，或其它干扰源干扰的线性传感器的输出。大的旋转磁体和传感器输出确定转子在0度至360度之间的位置。然而，多个线性传感器检测该套筒中的较小的、二级磁体的位置，以确定该传感器已经旋转多少次。在一个实施方案中，图10A的垂直轴线表示来自具有512计数的零场值和取决于磁极的在任一侧上的512的振幅的10位霍尔效应传感器的数字输出。然而，本领域的普通技术人员可以认识到霍尔效应传感器可以具有不同的零场值和振幅。

图10B是示出随着转子转动十圈(例如，3600度的旋转)来自线性印刷电路板的线性传感器输出的示例性实施方案的曲线图1003。通常，更靠近旋转磁体的传感器比离该旋转磁体更远的传感器接收来自旋转磁体的更高的干扰。在某些实施方案中，磁屏蔽件可以保护该线性传感器免受这样的干扰。然而，可以使用方法，基于来自所有的传感器(例如，零到五个传感器)的信息来确定且消除这样的干扰，且精确地确定该旋转构件的圈数。例如，由于传感器01004最靠近旋转磁体，因此传感器01004接收高的干扰。由于传感器11006第二靠近该磁体，因此传感器11006还包括高的干扰。传感器51014离该磁体最远，因此传感器51014几乎没有来自更大的磁体的干扰。然而，由于转子转动十次，每个传感器的每个波输出的每个输出具有十个正弦波峰。

图10C是示出该多个传感器的定向的框图1040。传感器01004最靠近旋转磁体，接着是传感器01004、传感器11006、传感器21008、传感器31010、传感器41012、传感器51014。

图11是示出传感器之间的差异的示例性实施方案的曲线图1100，该差异是用于减少旋转磁体的干扰的属性。在曲线图的不同的部分中，差异被计算以减少干扰。例如，在该曲线图的最左部分上，传感器二与传感器一的差异1104被计算。朝右移动，传感器三与传感器二的差异1106被计算，接下来是传感器四与传感器三的差异1108被计算，且然后传感器五与传感器四的差异1110被计算。在曲线图的最右部分上是特殊情况1112，特殊情况1112表示不存在用于减法的更高的传感器的区域。该差值通过使用两个传感器之间的差异导出，该差值消除来自位置信息的正弦波干扰，且提供确定正确圈数的途径。每当传感器具有最大值(如图10B中所示)时，两个随后的传感器之间的差异可以被计算。例如，当传感器零具有最大值时，该差异根据传感器2与传感器1来计算。当传感器4具有最大值时，由于只存在一个随后的传感器，所以特殊情况被计算，因为在该实施方案中没有传感器6，传感器5是唯一可用的更高编号的传感器。

图12A是示出霍尔效应传感器值1242与对应的相关值1244的曲线图1240。除了差值，相关值是霍尔效应传感器值1242(例如，主360度传感器)的成比例的变体(scaledversion)。在一个实施方案中，相关值是主传感器的值除以30，且用于确定圈数。在一个实施方案中，图12A中的垂直轴表示来自12位旋转霍尔效应传感器的数字输出。12位旋转霍尔效应传感器的值从0至4096变化，这些值对应于从0至360机械角度的旋转(或0至2π弧度)。转子转动10圈，该输出重复10次。本领域的普通技术人员可以认识到，可以使用其它分辨率的旋转霍尔效应传感器。

图12B是示出指示何时霍尔效应传感器已经完成一个完整的转动的霍尔函数的曲线图1200。截断函数1206对应于指示霍尔效应传感器的真实圈数的相关值1202。截断函数通过从差值1204中减去相关值1202来计算。每当存在不连续性，截断函数可以确定一圈已经完成，且可以增加或减少基于该不连续性的计数。

截断函数1206设计成在霍尔效应传感器的相同位置处具有不连续性。该不连续性将正确的圈数值同步至霍尔效应传感器，且提供线性传感器中的变化。对每个传感器0、1、2、3和4而言，传感器的正确圈数的最终值分别是2、4、6、8、10。这然后被截断函数1206修改。如果截断函数1206在600以上，则从圈数值中减去1，但如果截断函数1206小于250，则圈数值增加1。

图12C是示出圈数函数1222的曲线图1220。霍尔效应传感器转动360度，圈数函数增加一。在一个实施方案中，圈数函数1222的值是乘以每圈计数(例如，4096)，且结合霍尔效应传感器的输出以提供保持霍尔效应传感器的精确度与分辨率的整个十圈输出。

图13是示出涉及制造根据本发明的实施方案的霍尔效应传感器的零件的框图1300。该霍尔效应传感器包括外壳1310、套筒1304、O形环1326以及轴承支撑件1338。该外壳还可以包括盖子1336。转子1309安装在外壳1310中，且转子1309包括旋转磁体。转子1309还可以用于保持轴承支撑件1338、垫片1332、O形环1326、以及包括线性磁体的套筒1304。主印刷电路板1306与子印刷电路板1308配置成安装至彼此，且当该旋转构件转动时，检测转子的旋转磁体与套筒的线性磁体的位置。

图14是示出本发明的示例性实施方案所使用的过程的示例性实施方案的过程图1400。该过程的实施方案使用六个线性传感器。每个线性传感器可以是10位设备，该10位设备具有0至1023范围的输出值。该过程还使用一个旋转霍尔效应传感器。旋转霍尔效应传感器在本文中还可以可互换地指“旋转传感器”、“旋转霍尔传感器”或“传感器_H”。该旋转传感器是具有范围从0至4095的值的12位设备。图1的传感器117可以是旋转传感器的示例。最终结果具有该旋转霍尔传感器的分辨率的10倍，这意味着最终的输出范围从0至40959。

该过程通过从线性传感器检索输入开始(1402)。然后，该过程确定具有最大输出值的线性传感器(1404)。该过程通过循环所有的传感器，读取它们的各自的值，以及在所有的传感器已经被循环之后确定传感器的最大输出值来完成。

该过程然后基于具有最大值的线性传感器来计算差值(1406)。如果具有最大值的线性传感器是除倒数第二个传感器(例如，传感器4)外的任何传感器，该过程计算下两个最高的所索引的传感器的差值，且增加常数(例如，600)。最后一个传感器(例如，示出在图10B中的传感器5)被示出为在任何位置不具有最大值。例如，如果第三传感器具有最高值，则系统从第四传感器的输出减去第五传感器的输出，且增加常数。另一方面，如果最大值是倒数第二个传感器(例如，传感器4)，则差值是常数(例如，1040)与最后一个传感器(例如，传感器5)的差。

然后，该过程计算截断值(1408)。首先，该过程计算等于旋转霍尔效应传感器的值除以30的相关值。然后，该系统通过从差值中减去相关值计算截断值。

该过程基于截断值、具有最高值的线性传感器的特性(identity)，以及霍尔效应传感器的输出计算圈数(1410)。应理解，术语“特性”在本文中还可以用作是例如索引(index)、位置值，或位置的传感器的标识符的意思，其中，索引、位置值，或位置与传感器相关联。

如果所计算的截断值大于600，则该过程计算圈数值为：

圈数＝2X(传感器编号+1)-1

如果所计算的截断值在250与600之间，则该过程计算圈数值为：

圈数＝2X(传感器编号+1)

如果所计算的截断值小于250，则该过程计算圈数值为：

圈数＝2X(传感器+1)+1

在计算圈数值之后，该系统确定输出值为：

输出＝4096X圈数-旋转霍尔效应传感器输出

图15是示出用于实现图14的过程的方法的示例性实施方案的过程图1500。在该实施方案中，线性传感器各自对应于有序的索引，且线性传感器的索引指示该传感器的位置。在该实施方案中，存在六个线性传感器，但该方法可以修改成被不同数量的线性传感器使用。该方法确定具有最大输出值的传感器，且基于紧邻具有最大输出值的传感器的传感器或多个传感器计算差值。该方法然后基于差值和自身基于该霍尔传感器的输出的相关值计算截断值。该方法然后基于截断值所处的范围计算圈数值，且该方法基于圈数值与霍尔效应传感器的输出计算表示旋转构件的绝对角度位置的输出值。

应理解，术语“传感器”根据上下文可以指传感器自身、传感器的输出，或传感器的特性。传感器的特性还可以可互换地指本文中索引、位置值，或位置，其中，索引、位置值，或位置与该传感器相关联。

该方法首先将索引i初始化为1，且将索引j初始化为0(1502)。该方法确定索引为i的传感器是否具有比索引为j的传感器更大的输出(1504)。如果是这样，该方法将索引j设置为索引i的值(1506)，且然后递增索引i(1508)。该方法然后确定索引i是否具有值5(1510)。如果不是这样，该方法确定索引为i的传感器是否具有比索引为j的传感器更大的输出(1504)。

如果索引i具有值5(1510)，该方法确定索引j是否具有值4(1512)。如果不是这样，该方法产生差值，该差值等于索引为j+2的传感器的输出减去索引为j+1的传感器的输出值加上常数600(1520)。该方法然后计算霍尔传感器的输出除以常数30的相关值(1516)，并且计算截断值(1518)，该截断值等于差值减去相关值。

如果索引j具有值4(1514)，该方法计算在特殊情况下的差值，其中，由于具有索引j+2的传感器在传感器的范围之外，因此只有一个更高索引的传感器是可用的。该方法计算常数1040减去具有索引j+1的传感器的输出的差值。该方法然后计算霍尔传感器的输出除以常数30的相关值(1516)，并且计算截断值(1518)，该截断值等于差值减去相关值。

该方法确定截断值是否大于600(1522)。如果是这样，该方法确定等于j+1的值的两倍减一的圈数值。然后该系统计算圈数值的4096倍减去霍尔传感器的输出的值的输出值(1526)。

如果截断值小于或等于600(1522)，该方法确定该截断值是否小于250(1528)。如果是这样，该方法计算等于j+1的值的两倍的圈数值(1530)。然后该系统计算圈数值的4096倍减去霍尔传感器的输出的值的输出值(1526)。

如果截断值比250大或等于250(1528)，则该方法计算等于j+1的值的两倍加1的圈数值(1523)。然后该系统计算圈数值的4096倍减去霍尔传感器的输出的值的输出值(1526)。

虽然本发明已参考其示例性实施方案被详细地示出和描述，但是本领域的技术人员应理解，其中可以做出各种在形式和细节上的变化，而不背离所附权利要求所涵盖的本发明的范围。

Claims (50)

1.一种用于确定旋转构件的绝对角度位置的传感器，所述传感器包括：

转子，其配置成根据所述旋转构件的旋转而旋转，所述转子包括联接至所述转子的第一磁体和具有在其上的螺纹的轴；

套筒，其包括第二磁体和与所述轴的所述螺纹互补的螺纹，所述套筒配置成根据所述转子的旋转沿所述轴轴向行进；

第一感测器，其配置成感测所述第一磁体的定向；和

至少一个第二感测器，其配置成感测所述第二磁体沿所述轴的位置。

2.根据权利要求1所述的传感器，还包括互补的保持对，所述互补的保持对配置成促使所述套筒根据所述转子的旋转沿所述轴轴向行进。

3.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述第一感测器或所述至少一个第二感测器选自包括以下的组：霍尔效应感测器、光学感测器、电阻感测器以及感应式感测器。

4.根据权利要求1所述的传感器，还包括定位在所述第一磁体与所述第二磁体之间的磁屏蔽件。

5.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述至少一个第二感测器包括多个感测器，感测器的第一数量是所述传感器能够计数的转子圈数的第二数量、所述传感器的感测长度，或其组合的函数。

6.根据权利要求5所述的传感器，其中，所述多个感测器的所述第一数量是六个感测器，并且所述传感器能够计数的圈数的所述第二数量是十。

7.根据权利要求1所述的传感器，还包括处理器，所述处理器配置成将来自所述第一感测器与所述至少一个第二感测器的输出转换成所述旋转构件的绝对角度位置的表征。

8.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述套筒与止动轴承联接，所述止动轴承配置成如果径向跳动发生，保持所述套筒与所述轴的所述螺纹相关联，以使所述套筒能够响应于所述转子的反转而与所述轴重新相关联。

9.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述至少一个第二感测器安装在印刷电路板上。

10.根据权利要求9所述的传感器，其中，所述印刷电路板是子印刷电路板，所述子印刷电路板以直角安装至主电路板，所述第一感测器联接至所述主电路板。

11.一种用于使用传感器来确定旋转构件的绝对角度位置的方法，所述方法包括：

根据所述旋转构件的旋转使转子旋转，所述转子包括联接至所述转子的第一磁体和具有在其上的螺纹的轴；

根据所述转子的旋转使套筒沿所述轴轴向行进，所述套筒包括第二磁体和与所述轴的所述螺纹互补的螺纹；

以第一感测器感测所述第一磁体的定向；和

通过至少一个第二感测器感测所述第二磁体沿所述轴的位置。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括通过互补的保持对根据所述转子的旋转促使所述套筒沿所述轴轴向行进。

13.根据权利要求11所述的方法，还包括从组中选择所述第一感测器或所述第二感测器，所述组包括：霍尔效应感测器、光学感测器、电阻感测器以及感应式感测器。

14.根据权利要求11所述的方法，还包括在所述第一磁体与所述第二磁体之间定位磁屏蔽件。

15.根据权利要求11所述的方法，还包括根据所述传感器能够计数的转子圈数的第二数量、所述传感器的感测长度，或所述第二数量与所述感测长度的组合确定多个感测器的第一数量，其中，所述至少一个第二感测器包括所确定的所述多个感测器。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述多个感测器的所述第一数量确定为六个感测器，并且所述传感器能够计数的圈数的第二数量是十。

17.根据权利要求11所述的方法，还包括以处理器将来自所述第一感测器和所述至少一个第二感测器的输出转换成所述旋转构件的绝对角度位置的表征。

18.根据权利要求11所述的方法，还包括使所述套筒与止动轴承联接，所述止动轴承配置成如果径向跳动发生，保持所述套筒与所述轴的所述螺纹相关联，以使所述套筒能够响应于所述转子的反转而与所述轴重新相关联。

19.根据权利要求11所述的方法，还包括将所述至少一个第二感测器安装在印刷电路板上。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述印刷电路板是子印刷电路板，所述子印刷电路板以直角安装至主电路板，所述第一感测器联接至所述主电路板。

21.一种确定旋转构件的绝对角度位置的方法，所述方法包括：

选择多个传感器中的至少一个传感器用作至少一个选定的传感器，所述选择基于所述多个传感器的输出；和

基于所述至少一个选定的传感器的输出和所述旋转构件的角度位置计算所述旋转构件的所述绝对角度位置。

22.根据权利要求21所述的方法，其中，选择所述至少一个选定的传感器包括确定所述多个传感器中的提供最高输出的传感器，并且基于所述至少一个选定的传感器相对于确定具有所述最高输出的传感器的位置选择所述至少一个选定的传感器。

23.根据权利要求21所述的方法，其中，计算所述绝对角度位置包括：

计算在所述至少一个选定的传感器中的所述多个传感器中的第一传感器的第一输出与在所述至少一个选定的传感器中的所述多个传感器中的第二传感器的第二输出的第一差异；

基于所述第一差异与所述旋转构件的所述角度位置的比的第二差异计算截断值；

基于所述截断值、所述至少一个选定的传感器的标识符，以及所述旋转构件的所述角度位置计算圈数；和

返回输出值，所述输出值基于圈数值的倍数与所述旋转构件的所述角度位置的输出差异。

24.根据权利要求23所述的方法，其中，计算所述圈数值包括：

将所述截断值与至少一个量程截断比较；

确定所述截断值的对应的范围；和

基于所确定的所述对应的范围计算所述圈数值。

25.根据权利要求24所述的方法，其中，计算所述圈数值是基于指示具有最高输出的给定的传感器相对于所述多个传感器中的其它传感器的位置的值。

26.根据权利要求23所述的方法，其中，所述圈数值的所述倍数是4096。

27.根据权利要求23所述的方法，其中，所述输出值表示所述旋转构件的绝对角度旋转和相对角度位置。

28.根据权利要求23所述的方法，还包括将常数相加到所述第一差异。

29.根据权利要求21所述的方法，其中，所述多个传感器包括六个传感器。

30.根据权利要求21所述的方法，其中，所述方法使用以下中的至少一个被执行：现场可编程门阵列(FPGA)、处理器，以及查阅表(LUT)。

31.一种用于确定旋转构件的绝对角度位置的系统，所述系统包括：

传感器选择模块，其配置成选择多个传感器中的至少一个传感器用作至少一个选定的传感器，所述选择基于多个传感器的输出；和

计算模块，其配置成基于所述至少一个选定的传感器的输出与所述旋转构件的角度位置计算所述旋转构件的所述绝对角度位置。

32.根据权利要求31所述的系统，其中，所述传感器选择模块还配置成选择所述多个传感器中提供最高输出的传感器，并且基于所述至少一个选定的传感器相对于确定为具有所述最高输出的所述传感器的位置选择所述至少一个传感器。

33.根据权利要求31所述的系统，其中，所述计算模块还配置成：

计算所述至少一个选定的传感器中的所述多个传感器中的第一传感器的第一输出与所确定的至少一个传感器中的所述多个传感器的第二传感器的第二输出的第一差异；

基于所述第一差异与所述旋转构件的所述角度位置的比的第二差异产生截断值；

基于所述截断值、所述至少一个选定的传感器，以及所述旋转构件的所述角度位置产生圈数；和

返回输出值，所述输出值基于圈数值的倍数与所述旋转构件的所述角度位置的输出差异。

34.根据权利要求33所述的系统，其中，所述计算模块还配置成：

将所述截断值与至少一个量程截断比较；

确定所述截断值的对应的范围；和

基于所确定的所述对应的范围计算所述圈数值。

35.根据权利要求34所述的系统，其中，所述计算模块还配置成：

基于具有最高输出的给定的传感器相对于所述多个传感器中的其它传感器的位置计算所述圈数值。

36.根据权利要求33所述的系统，其中，所述圈数值的所述倍数是4096。

37.根据权利要求33所述的系统，其中，所述输出值表示所述旋转构件的绝对角度旋转和相对角度位置。

38.根据权利要求33所述的系统，其中，所述计算模块还配置成将常数相加至所述第一差异。

39.根据权利要求31所述的系统，其中，所述多个传感器包括六个传感器。

40.根据权利要求31所述的系统，其中，所述系统是现场可编程门阵列(FPGA)、处理器，以及查阅表(LUT)中的至少一个。

41.一种确定旋转构件的绝对角度位置的方法，所述方法包括：

基于多个传感器中的给定的传感器的给定的输出选择所述多个传感器中的至少一个传感器的至少一个输出；和

基于选定的至少一个输出和所述旋转构件的角度位置计算所述旋转构件的绝对角度位置。

42.根据权利要求41所述的方法，其中，所述选择包括：

将所述多个传感器中的给定的传感器确定为提供相对于所述多个传感器的其它输出的最高输出，并且进一步地，其中，每个所选定的至少一个输出是由对应的连续的传感器提供的连续的输出，所述对应的连续的传感器相对于在所述多个传感器的有序列表中的所述给定的传感器是连续的。

43.根据权利要求22所述的方法，其中，计算所述绝对角度位置包括：

计算第一差异，其中，对于多个连续的输出，所述第一差异基于在每个选定的至少一个输出之间的第一增量值，并且进一步地，其中，对于单个连续的输出，所述第一差异基于在给定的常数值与选定的至少一个输出之间的第二增量值；

基于在所述第一差异与所述旋转构件的所述角度位置的换算值之间的第二差异计算截断值；

基于所述截断值与代表紧接着有序列表中的所述给定的传感器的下一个连续的传感器的位置的顺序的连续的位置值计算圈数；和

返回输出值，所述输出值基于圈数值的倍数与所述旋转构件的所述角度位置之间的第三差异。

44.根据权利要求43所述的方法，其中，计算所述圈数值包括：

将所述截断值与至少一个量程截断比较；

确定所述截断值的对应的范围；和

基于所确定的所述对应的范围计算所述圈数值。

45.根据权利要求44所述的方法，其中，所述倍数是第一倍数，并且进一步，其中计算所述圈数值还包括基于所确定的所述对应的范围由所确定的偏移值调整连续的位置值的第二倍数。

46.根据权利要求43所述的方法，其中，所述圈数值的所述倍数是4096。

47.根据权利要求43所述的方法，其中，所述输出值表示所述旋转构件的绝对角度旋转和相对角度位置。

48.根据权利要求43所述的方法，其中，所述给定的常数值是第一给定常数值，并且进一步，其中对于多个连续输出，所述第一差异由第二给定常数值补偿。

49.根据权利要求41所述的方法，其中，所述多个传感器包括六个传感器。

50.根据权利要求41所述的方法，其中，所述方法使用以下中的至少一个被执行：现场可编程门阵列(FPGA)、处理器，以及查阅表(LUT)。