本公開涉及用于定義和識別旋轉(zhuǎn)元件的絕對機械參考位置的裝置和方法。

背景技術(shù)：

根據(jù)專利號US6522130的現(xiàn)有技術(shù)，用于感測轉(zhuǎn)子位置并在電動馬達(dá)中在寬范圍的速度下檢測旋轉(zhuǎn)速度的廉價且精確的裝置包括感測環(huán)磁體和兩個模擬霍耳效應(yīng)傳感器。感測環(huán)以交替的北-南方式被磁化且具有對應(yīng)于多個馬達(dá)磁場極的多個極?；舳?yīng)傳感器被放置成使得它們測量與感測環(huán)相切的磁通量。

附圖說明

參考以下附圖描述本公開的實施例，

圖1圖示根據(jù)本公開的實施例的定義和識別旋轉(zhuǎn)元件的絕對機械參考位置的系統(tǒng)的側(cè)視圖，

圖2圖示根據(jù)本公開的實施例的用于定義和識別旋轉(zhuǎn)元件的絕對機械參考位置的系統(tǒng)的俯視圖，

圖3圖示根據(jù)本公開的實施例的用于定義旋轉(zhuǎn)元件的絕對機械參考位置的流程圖，以及

圖4圖示根據(jù)本公開的實施例的識別旋轉(zhuǎn)元件的絕對機械參考位置的流程圖。

具體實施方式

圖1圖示根據(jù)本公開的實施例的定義和識別旋轉(zhuǎn)元件的絕對機械參考位置的系統(tǒng)的側(cè)視圖。系統(tǒng)100包括安裝到旋轉(zhuǎn)元件104的環(huán)磁體106。環(huán)磁體106包括多個極對并且是徑向環(huán)磁體106。第一磁性傳感器102被設(shè)置成接近環(huán)磁體106以檢測旋轉(zhuǎn)元件104的角度位置。同樣地，至少一個第二磁性傳感器108被設(shè)置成接近環(huán)磁體106以檢測所述多個極對中的每個的通過。系統(tǒng)100還包括控制模塊110，其適于基于第一磁性傳感器102和第二磁性傳感器108的響應(yīng)來計算針對所述多個極對中的每個的唯一的第一組特征值，由此來定義絕對機械參考位置。第一組特征值被存儲在存儲器單元112中?？刂颇K110還適于基于第一磁性傳感器102和第二磁性傳感器108的響應(yīng)來計算第二組特征值。而且控制模塊110還適于將第二組特征值與第一組特征值進(jìn)行比較，并且識別環(huán)磁體106的所述多個極對中的每個。

根據(jù)本公開的實施例，環(huán)磁體106包括以圓形形式設(shè)置的多個磁體。替代性地，使用包括以圓形形式設(shè)置的多個磁體的磁性環(huán)。所述多個磁體還以交替的北極和南極而設(shè)置。在環(huán)磁體106中的所述多個極沿軸向或徑向方向被磁化。根據(jù)本公開的實施例，環(huán)磁體106安裝到電動機器的轉(zhuǎn)子，并且其中環(huán)磁體106的極對的數(shù)量等于電動機器的場磁體中的極對的數(shù)量。

根據(jù)本公開的又一實施例，第一磁性傳感器102和至少一個第二磁性傳感器108選自表示至少一個如下性質(zhì)的傳感器的組，所述性質(zhì)包括：各向異性磁阻（AMR）、巨磁阻（GMR）、穿隧磁阻（TMR）、超巨磁阻（CMR）、異常磁阻（EMR）、霍爾效應(yīng)等等。

根據(jù)本公開的實施例，第一磁性傳感器102和第二磁性傳感器108還選自包括模擬傳感器和數(shù)字傳感器的組。模擬傳感器提供正弦和余弦信號，該信號被用于確定旋轉(zhuǎn)元件104的電或機械位置信息。另一方面，數(shù)字傳感器提供脈沖，該脈沖被用于檢測所述多個極對中的每個的通過。

根據(jù)本公開的又一實施例，第一磁性傳感器102和至少一個第二磁性傳感器108沿環(huán)磁體106的周向以預(yù)定距離被安裝，以便獲得或測量到響應(yīng)或輸出信號的所需強度。在任意瞬時，第一磁性傳感器102和第二磁性傳感器108中的每個均感測環(huán)磁體106的不同極對磁體，即由兩個磁性傳感器中的每個測量不同的電周期。此外，允許第一磁性傳感器102和至少一個第二磁性傳感器108圍繞環(huán)磁體106的周向以任何次序設(shè)置，并且不一定限于圖1所示。

根據(jù)本公開的實施例，通過獲取面向第一磁性傳感器102和第二磁性傳感器108的兩個極對的弧長比，來計算特征值。根據(jù)用戶對旋轉(zhuǎn)元件104的恒定速度的請求，開始特征值的計算?；谠谄饎悠陂g旋轉(zhuǎn)元件104的位置，第一磁性傳感器102和/或第二磁性傳感器108指向的第一電周期被假定/被看作是針對環(huán)磁體106的第一極對的第一電周期。但是由于不同電周期因環(huán)磁體106中的非均勻性而具有不同諧波，所以將開始電周期定義為參考。通過識別參考電周期，在旋轉(zhuǎn)元件104的每個起動循環(huán)期間，將諧波補償同步到相同電周期。

根據(jù)本公開的實施例，通過經(jīng)由相應(yīng)第一響應(yīng)獲取至少兩個磁性傳感器的比，來獲得第一特征值。然后第一特征值被分配給該極對，第一磁性傳感器102從該極對獲得第一響應(yīng)。類似地，特征值被分配給環(huán)磁體106的剩余多個極對中的每個。一旦獲得所有極對的特征值，則認(rèn)為旋轉(zhuǎn)元件104的位置相對于環(huán)磁體106被定義或校準(zhǔn)。

根據(jù)本公開的實施例，由于環(huán)磁體106的非均勻性，所以由第一磁性傳感器102和第二磁性傳感器108同時測量的兩個電周期的弧長比對于多個極對中的每個而言是唯一的?；跈M越第一磁性傳感器102或第二磁性傳感器108中任一者所用的時間來評估一對極磁體（北-南）的弧長。通過測量兩個連續(xù)上升邊緣或下降邊緣之間的時間來測量來自數(shù)字傳感器的弧長。類似地，通過測量在正弦或余弦信號的兩個連續(xù)的正或負(fù)過零交點之間的時間來測量基于模擬傳感器的弧長。

根據(jù)本公開的示例性實施例，定義和識別絕對機械參考位置的系統(tǒng)100安裝到電動機器，諸如電動馬達(dá)、發(fā)電機、交流發(fā)電機等等。環(huán)磁體106連接到電動機器的轉(zhuǎn)子軸。在該示例中，轉(zhuǎn)子軸是旋轉(zhuǎn)元件104。因為在環(huán)磁體106的極對數(shù)量和電動機器的極對數(shù)量之間存在一對一的映射，所以系統(tǒng)100直接地感測電動機器的電角度。考慮具有八個極對的電動機器，則環(huán)磁體106也包括八個極對。系統(tǒng)100包括作為第一磁性傳感器102的TMR傳感器和作為第二磁性傳感器108的霍爾效應(yīng)傳感器。因此，在恒定速度下且在一圈回轉(zhuǎn)中，對應(yīng)于八個極對算出或計算八個特征值。極對的特征值是TMR傳感器和霍爾效應(yīng)傳感器的輸出的函數(shù)。每個極對的特征值對應(yīng)于同時由TMR傳感器和霍爾效應(yīng)傳感器感測的兩個電周期的弧長比。由于具有不同長度的極對的環(huán)磁體106的非均勻性，所以每個計算的特征值是唯一的?；谟嬎愕奶卣髦担瑢?shù)字或特征值本身分配給環(huán)磁體106的極對中的每個。替代性地，由于極對而特征值被分配給電周期。評估的特征值和特定數(shù)字被存儲在存儲器單元112中，存儲器單元112諸如但不限于電可擦除可編程只讀存儲器（EEPROM）、非易失性隨機存取存儲器（NVRAM）等等。

圖2圖示根據(jù)本公開的實施例的定義和識別旋轉(zhuǎn)元件的絕對機械參考位置的系統(tǒng)的俯視圖。系統(tǒng)100包括定義和識別旋轉(zhuǎn)元件104的絕對機械參考位置的裝置。旋轉(zhuǎn)元件104安裝有包括多個極對的環(huán)磁體106。同樣地，至少兩個磁性傳感器102和108被設(shè)置成接近環(huán)磁體106。裝置包括控制模塊110，其適于基于所述至少兩個磁性傳感器102、108的響應(yīng)來計算針對所述多個極對中的每個的唯一的第一組特征值，由此定義絕對機械參考位置。第一組特征值被存儲在存儲器單元112中。控制模塊110還適于基于所述至少兩個磁性傳感器102、108的響應(yīng)來計算第二組特征值。而且控制模塊110還適于將第二組特征值與第一組特征值進(jìn)行比較，并且識別環(huán)磁體106的所述多個極對中的每個。

根據(jù)本公開的實施例，提供一種裝置，其計算在與安裝到旋轉(zhuǎn)元件104的環(huán)磁體106相關(guān)聯(lián)地設(shè)置的磁性傳感器的響應(yīng)中引起的噪聲。磁性傳感器是被用于提供旋轉(zhuǎn)元件104的位置的模擬傳感器。環(huán)磁體106包括多個極對。所述至少一個磁性傳感器被用于檢測旋轉(zhuǎn)元件104的位置。在開始定義旋轉(zhuǎn)元件104的絕對機械參考位置之前，噪聲值或者來自于存儲的測試或?qū)嶒灲Y(jié)果，或者裝置本身計算噪聲值。裝置包括存儲器單元112以存儲針對環(huán)磁體106的所述多個極對中的每個的至少一個磁性傳感器的理想響應(yīng)。裝置還包括與存儲器單元112通信的控制模塊110。控制模塊110接收針對環(huán)磁體106的所述多個極對中的每個的至少一個磁性傳感器的運行時間響應(yīng)（run-time response）?？刂颇K110通過應(yīng)用本領(lǐng)域公知的信號處理技術(shù)來計算針對環(huán)磁體106的所述多個極對中的每個的運行時間響應(yīng)中的噪聲。諸如但不限于快速傅里葉變換的信號處理技術(shù)被應(yīng)用到兩個響應(yīng)并且獲得噪聲值。然后將噪聲值存儲在存儲器單元112中以用于進(jìn)一步使用。噪聲對應(yīng)于任何失真或諧波或任何其他不希望的信號。

根據(jù)本公開的實施例，特征值對應(yīng)于由第一磁性傳感器102和第二磁性傳感器108同時測量的兩個不同極對的弧長的比?；跇O對中的每個橫越第一磁性傳感器102和第二磁性傳感器108所用的時間來評估弧長。

根據(jù)本公開的另一實施例，在定義旋轉(zhuǎn)元件104的絕對機械參考位置期間，針對所述多個極對中的任意一個的第一磁性傳感器102的第一響應(yīng)信號被看作是針對第一極對的響應(yīng)。第一極對被分配第一唯一特征值，然后計算剩余特征值并分配給剩余極對。

根據(jù)本公開的實施例，該裝置還適于基于存儲在存儲器單元112中的噪聲值來補償在至少一個磁性傳感器的運行時間響應(yīng)中引起的噪聲。在通過相應(yīng)特征值識別所述多個極對中的每個后，該裝置將相應(yīng)的噪聲/諧波補償值施加到從至少一個磁性傳感器（即模擬傳感器）獲得的實時響應(yīng)。

根據(jù)本公開的實施例，控制模塊110適于僅定義絕對機械參考位置。替代性地，控制模塊110適于僅識別絕對機械參考位置。替代性地，控制模塊110適于僅計算至少一個磁性傳感器的運行時間響應(yīng)/信號中的噪聲/諧波。替代性地，控制模塊110適于補償至少一個磁性傳感器的運行時間響應(yīng)/信號中的噪聲。替代性地，控制模塊110適于執(zhí)行前述過程（包括定義/校準(zhǔn)、噪聲計算、識別、和諧波補償）中的至少一個。

圖3圖示根據(jù)本公開的實施例的用于定義旋轉(zhuǎn)元件的絕對機械參考位置的流程圖。旋轉(zhuǎn)元件104安裝有包括多個極對的環(huán)磁體106，并且至少兩個磁性傳感器與所述環(huán)磁體106相關(guān)聯(lián)地被設(shè)置。該方法包括步驟302以通過動力源來旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)元件104。該動力源是外部施加的或者由車輛的發(fā)動機提供的。步驟304包括通過第一磁性傳感器102和第二磁性傳感器108測量針對環(huán)磁體106的極對中的每個的運行時間響應(yīng)。由至少一個磁性傳感器測量的第一響應(yīng)被看作用于第一極對。步驟306包括基于針對所述多個極對中的每個的第一磁性傳感器102和第二磁性傳感器108的響應(yīng)來計算特征值。

根據(jù)本公開的實施例，通過獲取由第一磁性傳感器102和第二磁性傳感器108同時測量的兩個不同極對的弧長的比來計算特征值。

圖4圖示根據(jù)本公開的實施例的用于識別旋轉(zhuǎn)元件的絕對機械參考位置的流程圖。旋轉(zhuǎn)元件104安裝有具有多個極的環(huán)磁體106，并且至少兩個磁性傳感器102、108被設(shè)置成接近環(huán)磁體106。該方法包括步驟402以便針對環(huán)磁體106的所述多個極對中的每個通過所述至少兩個磁性傳感器中的第一磁性傳感器102和第二磁性傳感器108來測量運行時間響應(yīng)。步驟404包括基于第一磁性傳感器102和第二磁性傳感器108的測量的響應(yīng)來計算第二組特征值。步驟406包括檢索用第一磁性傳感器102和第二磁性傳感器108測量的針對環(huán)磁體106的所述多個極對中的每個的第一組存儲的特征值。在裝置定義或校準(zhǔn)絕對機械參考位置的階段期間，第一組特征值被存儲在存儲器單元112中。步驟408包括將第一組特征值與第二組特征值進(jìn)行比較。步驟410包括基于比較結(jié)果識別極對。

根據(jù)本公開的實施例，在識別環(huán)磁體106的極對中的每個之后，裝置進(jìn)一步將角度位置和諧波補償同步到每個起動階段的被識別位置。同樣地，對于因所述多個極對而在電周期中引起的諧波，施加相應(yīng)的諧波補償。替代性地，針對被同步的絕對機械參考位置/角度來補償諧波，或者也基于從絕對機械角度導(dǎo)出的絕對電角度來補償諧波。

根據(jù)本公開的實施例，第一組特征值表示由第一磁性傳感器102和第二磁性傳感器108同時測量的兩個不同極對的弧長的比。在定義絕對機械參考位置期間，特征值被存儲在存儲器單元112中。

根據(jù)本公開的實施例，系統(tǒng)100和裝置通過使用環(huán)磁體106輔助定義機械參考位置，該環(huán)磁體106有助于檢測旋轉(zhuǎn)元件104的精確位置，從而導(dǎo)致適當(dāng)?shù)闹C波補償。絕對機械參考位置獨立于速度。此外，前述過程和裝置提供了具有高精度結(jié)果的低成本技術(shù)方案。系統(tǒng)100還提供模擬傳感器（包括諸如AMR、GMR、TMR等等的磁阻傳感器）和數(shù)字傳感器（諸如霍爾效應(yīng)傳感器）的組合或構(gòu)造。系統(tǒng)100也通過僅使用兩個磁阻傳感器來起作用。系統(tǒng)100還借助三個、四個和更多磁性傳感器的組合來起作用。

應(yīng)該理解的是，在上文描述中解釋的實施例僅是說明性的，并且不限制本發(fā)明的范圍?？梢韵氲皆S多這樣的實施例和對描述中解釋的實施例的其他改進(jìn)和修改。本發(fā)明的范圍僅由權(quán)利要求的范圍限制。