[发明专利]磁编码装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁编码装置、一种使用这种编码系统测量旋转 的可移动部件的移动的系统、以及一种用于测量旋转的可移动部件 的轴向移动的方法。

更具体地，本发明涉及对围绕轴线旋转并沿着平行于旋转轴线 的轴线移动的可移动部件的轴向移动的测量。

背景技术

为了能适当地操作，铰链接合(pin joint)需要轴向操作间隙。 然而，此间隙通常随导向部件和轴承的状况而改变。因此，有必要 测量轴向间隙，该轴向间隙是轴承磨损的良好指标。例如，在铁路 客车轴箱中，轴承受到摩擦腐蚀，当轴承环磨损时以及随着轴承环 的磨损，这导致超过1mm的轴向间隙。

在现有技术中，使用编码器和传感器测量旋转构件的移动的磁 系统是已知的。编码器通常是磁环，其与旋转构件整体形成并包括 环形磁轨(magnetic annular track)，以相同距离分布的多个南北磁 极对在该环形磁轨上被磁化。固定传感器被定位成与磁轨径向相对， 并且该固定传感器包括对磁场敏感的元件。传感器传送磁信号，更 具体地，这些磁信号的频率使得传感器能确定旋转构件的旋转速度。 然而，这种系统不允许测量旋转的可移动部件的轴向移动。

将传感器定位成与磁环相对也是已知的，并且，测量磁场强度 的变化以确定旋转构件的轴向移动也是已知的。然而，这种测量不 可靠，因为对磁场强度的测量显示出明显的温度漂移。因此，此系 统不能在具有显著温度变化的严苛环境中使用。

为了确定轴在孔中的轴向位移，也存在“轴端”解决方案，其 中，位置传感器或近程式传感器被安装成与轴端相对。然而，除了 在某些情况中由于整体尺寸而不可行这个事实以外，轴端有时还具 有返回当前圆锥形小齿轮的这个作用，而这使此解决方案不可行。

另外，欧洲专利申请EP 1 875 422公开了一种用于检测轴向位 移的系统。此系统使用与旋转构件整体形成的多极磁环以及定位成 与磁环圆周径向相对且距磁环圆周一定读数距离(reading distance) 的固定传感器。磁环的外围上具有显著的磁跃迁，该磁跃迁相对于 旋转部件的旋转轴线倾斜。当旋转构件轴向移动时，系统检测该特 征任一侧上的磁极长度的改变。然后，就能从中推断出旋转部件的 轴向位移。然而，在每次旋转中仅执行一次轴向位移的测量，并且 此磁极上的速度的测量是不真实的。因此，此解决方案不能进行高 分辨率的速度测量。

日本专利申请JP 2006201157公开了一种系统，该系统使得能 够测量旋转中的可移动部件的轴向位移。测量系统包括与滚珠轴承 的内环整体制成的环形编码器，以及固定至轴承的外环且定位成与 编码器的环形编码磁道径向相对的一个或两个传感器。

在日本专利申请JP 2006201157的图10中所示的一个实施方式 中，编码器包括两个编码磁道。两个磁道在相对的三角方向上都具 有恒定角度的螺旋形图案。一传感器被定位成与两个磁道中的每个 相对，并且，计算机单元根据传感器所传送的信号之间的相位差确 定轴向位移。

因此，编码器包括两个不同的编码磁道，每个磁道均由一个传 感器读取。因此，编码磁道必须足够宽，以检测明显的轴向位移。 因此，编码装置具有较大的整体尺寸。

发明内容

本发明旨在通过提供不太笨重的编码装置来解决这些问题，使 得能够以可靠准确的方式测量可移动部件的轴向位移和旋转速度。

为了此目的，根据第一方面，本发明提供了一种用于测量沿轴 线A旋转的可移动部件的移动的磁编码装置，其包括具有轴线B的 磁环，磁环被设计为相对于所述轴线A与所述可移动部件同心地制 成一体，所述磁环包括外围磁道，以相同距离分布的多个南北磁极 对在该外围磁道上被磁化。该装置的显著之处在于，所述外围磁道 的磁极具有螺旋形的形状，该螺旋形具有轴线B和变化的螺旋角α， α根据函数α＝f(x)而变化，其中，x表示在轴线B上所考虑的点的轴 向坐标。

因此，根据本发明的编码装置仅需要一个磁环，并且监测外围 磁道的传感器因而能聚集成组。

另外，由于螺旋角根据确定的函数而变化，因而编码装置可仅 具有一个由两个传感器读取的磁道，以确定部件的轴向位移。因此， 磁环的整体尺寸减小。因此，有利于根据本发明的磁编码装置的集 成(integration)。

因此，根据本发明的磁编码装置对于必须限制整体尺寸的应用 场合尤其有利。