[发明专利]高分辨率多圈传感器相关的器件和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年09月11日提交的、发明名称为“DEVICESANDMETHODSRELATEDTOHIGH-RESOLUTIONMULTI-TURNSENSORS”的美国临时申请第61/876,738号的优先权，特此通过引用而将其公开内容明确地全部合并于此。

技术领域

本申请一般地涉及高分辨率多圈传感器相关的器件和方法。

背景技术

在许多机械和/或机电器件中，期望能够准确地确定旋转对象的状态。例如，诸如螺旋丝杠(jackscrew)之类的旋转对象通过其旋转向另一对象施加线性运动。在许多情况下，期望能够准确地确定线性移动对象的位置。这种确定可以基于知晓旋转对象的角位置。

发明内容

在一些实施方式中，本申请涉及一种位置感测器件，其包括具有纵向轴线的轴和具有磁体和磁传感器的第一传感器组件。所述磁体耦接到所述轴，所述磁传感器相对于所述磁体定位，以使得所述第一传感器组件允许对所述磁体相对于所述磁传感器的角位置的测量，从而允许对在所述轴的给定圈内的所述轴的对应角位置的确定。所述位置感测器件还包括第二传感器组件，其耦接到所述轴并且配置为允许对所述轴的圈数的测量。所述第二传感器组件包括非磁传感器。

在一些实施例中，所述第一传感器组件可具有角分辨率，从而通过所述第二传感器组件测量圈数允许贯穿所述轴的多个圈基本维持所述角分辨率。所述多个圈可以大于二个圈。

在一些实施例中，所述磁体可直接耦接到所述轴，从而在所述轴和所述磁体之间产生基本为零的机械回差。所述磁体到所述轴的直接耦接可包括具有第一侧和第二侧的磁体安装结构，所述第一侧附接到所述轴的一端，所述第二侧附接到所述磁体。所述磁体可配置为是双极的并且被沿直径方向磁化，从而产生到所述磁传感器的变化的正交和平行磁通量。

在一些实施例中，所述磁传感器可包括多个霍尔效应传感器、多个正弦-余弦磁致电阻(MR)传感器、多个巨磁致电阻(GMR)传感器、或集成垂直霍尔传感器。在一些实施例中，所述磁传感器可包括所述多个霍尔效应传感器，其实施在正交霍尔效应传感器组件中。所述正交霍尔效应传感器组件可配置为用作正弦-余弦传感器，其中在所述正交霍尔效应传感器组件处的正交和平行磁通量的变化被近似为正交的正弦和余弦。所述正交霍尔效应传感器组件可配置为通过用arctan(tan(α))这一量近似所述磁体的角位移来计算所述磁体的角位置，其中α为所近似的正交的正弦和余弦的相位。用sin(α)和cos(α)的比值近似所述角位移可允许对所述角位移的测量对于所测量的磁通量的幅值变化是稳定的。

在一些实施例中，所述第二传感器组件的非磁传感器可包括电传感器或诸如感应式传感器之类的电磁传感器。在一些实施例中，所述非磁传感器可包括所述电传感器，所述电传感器可包括电阻元件和滑动接触部，其配置为提供表示所述轴的圈数的可变电阻。

在一些实施例中，所述电传感器可包括：绕线电阻元件，其具有第一端和第二端；游标组件，其包括所述滑动接触部，所述游标组件配置为允许所述滑动接触部随着所述轴的转动而沿所述绕线电阻元件移动；以及集流器接触部，其电连接到所述滑动接触部，以使得所述绕线电阻元件的所述第一端和所述第二端以及所述集流器接触部形成电位计电路。所述电传感器还可包括电连接到所述绕线电阻元件的第一端和第二端的第一接触部和第二接触部、以及电连接到所述集流器接触部的集流器端子。所述电传感器可配置为生成表示在所述轴的行程范围内的所述轴的圈数的输出电压。

在一些实施例中，所述非磁传感器可包括所述感应式传感器。所述感应式传感器可包括金属靶，所述金属靶耦接到所述轴以允许当所述轴旋转时所述金属靶相对于感应元件的纵向移动。所述金属靶和所述感应元件可配置为允许对感应响应的测量，所述感应响应至少部分地取决于所述金属靶和所述感应元件之间的分隔距离。

在一些实施例中，所述感应元件可包括导电线圈。所述导电线圈可实施为在基本平坦的基板上的导电迹线的绕组。所述绕组可定义一平面，所述平面具有与所述纵向轴线大致平行的法线方向。

在一些实施例中，所述感应式传感器还可包括靶托，其配置为相对于所述轴和所述感应元件保持所述靶。所述靶托可配置为螺纹耦合到所述轴以实现所述纵向移动。所述靶托可配置为螺纹耦合到定义在壳体壁的内表面上的螺旋槽图案以实现所述纵向移动。

在一些实施例中，所述轴可配置为提供离合功能。在一些实施例中，所述轴可配置为没有离合功能。