專利名稱：具有磁性傳感器的運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)編碼器和目標(biāo)物體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一設(shè)備，其包括具有第一物理部件、第二物理部件和配置用于傳感第一和第二物理部件的相對運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)的傳感器配置的系統(tǒng)。本發(fā)明進(jìn)一步涉及用于這樣設(shè)備的系統(tǒng)，涉及用于這樣設(shè)備的傳感器配置，涉及用于傳感器配置中的目標(biāo)物體，和涉及用于目標(biāo)物體中的部分。
背景技術(shù)：
以下術(shù)語用于本文中。表述“物理部件的運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)”是指物理部件關(guān)于一些預(yù)定參考系統(tǒng)的位置和/或速度和/或加速度。表述“兩物理部件的相對運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)”是指物理部件相對于彼此的位置和/或速度和/或加速度。表述“運(yùn)動(dòng)學(xué)量”在本文中 是指代表運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)的物理量。兩物理部件的相對運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)可以通過利用許多傳感技術(shù)的任何一種進(jìn)行測量。已知的傳感技術(shù)的例子是基于確定磁場強(qiáng)度，或者磁場強(qiáng)度的變化率，作為第一物理部件相對于第二物理部件的相對位置或者相對速度。磁性傳感是遠(yuǎn)程傳感技術(shù)的例子。也就是，它是非接觸的，因?yàn)榇判詡鞲衅髋渲貌⒉灰肱c第一和第二部件的任何的物理接觸。結(jié)果，磁性傳感器配置實(shí)際上不受例如部件上的污垢的累積、潤滑劑的存在的影響，并且如果適當(dāng)設(shè)計(jì)，不受來自外部源的磁場的影響。美國專利6，051，969公開用于檢測輪轉(zhuǎn)速的傳感器轉(zhuǎn)子。傳感器轉(zhuǎn)子包括磁化環(huán)。磁化環(huán)包括彼此曲率半徑相同的具有外和內(nèi)緣的多個(gè)環(huán)件。環(huán)件設(shè)置為環(huán)的形狀。磁化環(huán)通過磁化形成以使得相反的磁極在其圓周方向交替形成。傳感器轉(zhuǎn)子還具有壓入環(huán)，磁化環(huán)固定到該壓入環(huán)內(nèi)部。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種設(shè)備，包括具有第一物理部件、第二物理部件和傳感器配置的系統(tǒng)。第一和第二物理部件配置用于在設(shè)備的操作使用中相對于彼此運(yùn)動(dòng)。傳感器配置被配置用于傳感第一和第二物理部件的相對運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)。傳感器配置包括磁體和傳感器。傳感器能夠操作以傳感在傳感器的位置處的磁體的磁場的屬性。傳感器關(guān)于第一物理部件固定地安裝。傳感器配置包括關(guān)于第二物理部件固定安裝的目標(biāo)物體。目標(biāo)物體配置用于依賴于相對運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)影響屬性特點(diǎn)。目標(biāo)物體包括多個(gè)互鎖段部。限定詞“互鎖”用于表明已經(jīng)在它們彼此連接的部分形成段部，以使得它們通過例如鉤掛、嚙合、楔形榫頭連接等接合。該互鎖解釋如下。相鄰的互鎖段部必要地具有在它們之間的接縫或者氣隙。氣隙優(yōu)選地保持足夠小以保持相對運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)中的誤差如通過磁性傳感確定的低?？紤]作為段部的特定的一個(gè)的與段部的相鄰的一個(gè)的另一部分面對的部分的表面區(qū)域，也就是，考慮相鄰段部接口的表面區(qū)域。如果表面區(qū)域形成為至少在以下之一延伸目標(biāo)物體相對運(yùn)動(dòng)的方向和在大致垂直于所述相對運(yùn)動(dòng)的方向的平面中的另一方向，則傳感的相對運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)的誤差降低。換句話說，特定的段部的接口表面具有相對于大致垂直于相對運(yùn)動(dòng)方向的虛擬平面變化的輪廓。如果互鎖接口如此形成，傳感到的相對運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)的誤差可以降低，這是因?yàn)榻涌p對磁場的影響的空間分布。氣隙并不集中在目標(biāo)物體相對于傳感器的單一特定位置處，而是沿著相對運(yùn)動(dòng)方向延伸開。在傳感到的相對運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)中的局部發(fā)生的誤差是在傳感器處的實(shí)際磁場的矢量和意在的磁場矢量之間的差異的結(jié)果。誤差隨著兩個(gè)段部之間的邊界處的氣隙的增大而增大，隨著段部在它們的氣隙處的表面區(qū)域而減小。例如，燕尾部可以增大所述區(qū)域足夠倍數(shù)以允許相鄰的段部之間的實(shí)際氣隙是在O. 02-0. 05毫米的范圍內(nèi)。任選地，互鎖通過操作時(shí)段部的輕微彈性形變以彼此接合而建立相鄰的段部之間的連接。依靠多個(gè)段部的互鎖形成目標(biāo)物體使得多個(gè)段部由于它們的接合接口的形狀而能夠相對于彼此精確定位。多個(gè)互鎖段部的連鎖可以比如果如在US 6，051，969中的段部沒有用于互鎖的接口并且必須焊接到彼此的情形更容易地整體安裝在設(shè)備中。注意到，段部的焊接將使得段部產(chǎn)生局部高溫。高溫可能導(dǎo)致磁化的損失或者降低，如果段部在構(gòu)建 目標(biāo)物體以前已經(jīng)磁化的話。高溫還可能導(dǎo)致段部的形狀變形。利用多個(gè)段部的第一優(yōu)點(diǎn)是，它使得系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者能夠使用模塊化方法來構(gòu)建各式各樣的不同類型的目標(biāo)物體。也就是，影響磁場的不同尺寸和/或不同形狀和/或不同材料的目標(biāo)物體可以通過許多不同的標(biāo)準(zhǔn)化的互鎖段部形成。統(tǒng)一形狀和/或統(tǒng)一物理構(gòu)造的段部可用于構(gòu)建不同尺寸或者不同形狀的目標(biāo)物體，其取決于系統(tǒng)的意在應(yīng)用的空間要求。或者，可以提供影響磁場的不同尺寸和/或不同形狀段部或者不同材料的段部。該選擇使得能夠構(gòu)建任何的甚至更大的目標(biāo)物體組，以為了甚至更好地調(diào)整最終目標(biāo)物體到系統(tǒng)的意在的應(yīng)用。優(yōu)選地，段部由金屬注射成型(MM)工藝形成。如已知的，MM是具有廣泛工業(yè)應(yīng)用的技術(shù)從而以成本有效的方式大規(guī)模地制造小的復(fù)雜形狀的金屬零件。通過任何適當(dāng)技術(shù)制造復(fù)雜形狀的一批大的金屬物體因此在商業(yè)上會(huì)比利用MIM制造許多更大批次的更小的金屬零件并由許多更小的零件組裝更大的金屬物體更無吸引力。通過少量的不同類型的段部構(gòu)建目標(biāo)物體的第二優(yōu)點(diǎn)是，該方法使得能夠?qū)崿F(xiàn)所謂的“De Bruijn序列”，用于編碼相對運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)。De Brui jn序列在組合數(shù)學(xué)領(lǐng)域是已知的。De Bruijn序列是選自字符表的相繼字母的序列，例如，字符表{A，B, C}，或者字符表{0,1}。所述特定的序列具有這樣的字符樣式，從而每個(gè)可能的輔助序列在該特定的序列中僅發(fā)生一次，該輔助序列具有特定序列短的預(yù)先確定的長度并且出現(xiàn)在該特定序列中。也就是，De Bruijn序列是最短的序列，其一次性精確地包括特定長度的所有可能的排列(來自于給定設(shè)置)。如果在De Bruijn序列中的每個(gè)特定類型的段部產(chǎn)生特定的傳感信號(hào)，那么通過緩沖在相對運(yùn)動(dòng)過程中最近產(chǎn)生的傳感信號(hào)的先進(jìn)先出(FIFO)緩沖器的內(nèi)容可以確定第一物理部件和第二物理部件的相對運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)。互鎖段部可形成附連例如貫穿焊接或者膠粘到第二物理物體的剛性連鎖?；蛘?，互鎖段部可形成柔性連鎖。例如，段部配置用于使得相鄰的互鎖段部能夠圍繞垂直于第一物理部件和第二物理部件的相對運(yùn)動(dòng)軌跡取向的一個(gè)或兩個(gè)公共軸樞轉(zhuǎn)。例如，特定的一個(gè)段部可以用作校準(zhǔn)部分，例如，以表明在互鎖段部的連鎖中的參考狀態(tài)(例如，參考位置或者參考旋轉(zhuǎn)角)。校準(zhǔn)段部然后配置用于臨時(shí)采用特定的校準(zhǔn)方案，例如，特定磁化模式或者在面對傳感器的校準(zhǔn)段部表面處的特定空間輪廓。例如，校準(zhǔn)部分具有在操作使用中面對傳感器的第一表面，和在所述段部相對側(cè)面的第二表面。當(dāng)校準(zhǔn)部分通過傳感器時(shí)，第一表面和第二表面關(guān)于影響傳感器處的磁場具有不同的能力。第一表面和第二表面具有不同的磁化模式和/或不同的空間輪廓。通過在形成互鎖段部的連鎖的一部分時(shí)樞轉(zhuǎn)或者翻轉(zhuǎn)校準(zhǔn)部分，第二表面形成為面對傳感器而不是第一表面。這使得能夠具有校準(zhǔn)或者復(fù)位定位功能，而不必制造不同的部件一種類型用于校準(zhǔn)，另一類型用于操作使用。或者，校準(zhǔn)部分自身是模塊化構(gòu)型。校準(zhǔn)部分具有基底部分和頂部部分?；撞糠峙渲糜糜诨ユi相鄰的段部，頂部部分配置用于影響在傳感器處的磁場，如上面描述的。頂部部分可移除地附連(例如，鎖定或者膠粘)到基底部分。頂部部分可以臨時(shí)由配置用于校準(zhǔn)的特定頂部部分替換。在所述設(shè)備的一實(shí)施例中，多個(gè)段部包括第一段部和第二段部。第一段部具有第一接口，第二段部具有第二接口。第一接口和第二接口配置用于互鎖第一段部和第二段部。第一接口的第一形狀和第二接口的第二形狀形成為空間互補(bǔ)。第一接口的第一形狀在第一物理部件和第二物理部件的相對運(yùn)動(dòng)的第一方向延伸。第一形狀具有第一輪廓，該輪廓在 大致垂直于第一方向的第二方向變化，第二接口的第二形狀在第一方向延伸并具有在第二方向變化的第二輪廓。例如，第一輪廓和第二輪廓的每一個(gè)在第二方向線性地隨著距離改變。第一輪廓和第二輪廓可還在垂直于第一方向和第二方向的第三方向變化。在本發(fā)明的設(shè)備的進(jìn)一步的實(shí)施例中，磁體關(guān)于傳感器固定安裝。多個(gè)互鎖段部的每個(gè)包括各自的用于導(dǎo)引磁場通量的導(dǎo)引裝置。導(dǎo)引裝置是可操作的以影響依賴于相對運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)的屬性。例如，導(dǎo)引裝置包括具有高導(dǎo)磁率的材料，例如，鐵磁材料。如已知的，具有高導(dǎo)磁率的材料如同它是對磁場的通量的導(dǎo)引件一樣工作。如果具有高導(dǎo)磁率的材料定位為接近于磁體，相對于不存在高導(dǎo)磁率的材料時(shí)磁場的場力線的軌跡，具有高導(dǎo)磁率的材料的存在改變磁場的場力線軌跡。由具有高導(dǎo)磁率的材料的存在所引起的磁場變化依賴于具有高導(dǎo)磁率材料的形狀和體積，依賴于代表磁體和導(dǎo)引裝置之間的距離的量，例如，磁體和導(dǎo)引裝置的最靠近磁體的部分之間的距離，以及依賴于導(dǎo)引裝置相對于磁體的空間取向。為了示例上面的，在所述設(shè)備的一實(shí)施例中，各導(dǎo)引裝置形成為各段部的面對第一物理部件的各頂部表面。各頂部表面具有沿著運(yùn)動(dòng)方向在各個(gè)段部上變化的各自的輪廓。當(dāng)?shù)谝晃锢砦矬w和第二物理物體相對于彼此運(yùn)動(dòng)時(shí)，接近于傳感器的特定的段部的變化輪廓具有對在傳感器位置處的磁場不斷變化的影響。在傳感器處的磁場的變化給出關(guān)于相對運(yùn)動(dòng)的信息。作為進(jìn)一步的示例，在所述設(shè)備的進(jìn)一步的實(shí)施例中，各輪廓具有各第一軌跡和各第二軌跡，第一軌跡和第二軌跡彼此平行地在運(yùn)動(dòng)方向延伸。第一軌跡包括在運(yùn)動(dòng)方向交替的第一凸起和第一凹陷的第一順序。第二軌跡包括在運(yùn)動(dòng)方向交替的第二凸起和第二凹陷的第二順序。兩個(gè)或多個(gè)平行軌跡的存在使得能夠更精確地確定相對運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)和/或確定相對運(yùn)動(dòng)方向。在所述設(shè)備的另一實(shí)施例中，多個(gè)互鎖段部的每個(gè)包括面對第一物理物體的各自的頂部表面。磁體包括具有磁性顆粒的層。所述層容納在各頂部表面上。所述層配置為產(chǎn)生沿著各段部在運(yùn)動(dòng)方向變化的磁場。例如，每個(gè)各自的頂部表面成型為具有在相對運(yùn)動(dòng)方向交替的凸起和凹陷。所述層僅覆蓋凸起，使得凹陷沒有被覆蓋。作為另一例子，所述層覆蓋凹陷和凸起。作為又另一例子，各頂部表面是平坦的，所述層配置為Halbach陣列。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，多個(gè)互鎖段部形狀統(tǒng)一。如前所述，目標(biāo)物體的模塊化結(jié)構(gòu)具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，尤其是如果各個(gè)段部都是相同的話。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，第一物理物體包括滾動(dòng)元件軸承的外環(huán)。第二物理物體包括滾動(dòng)元件軸承的內(nèi)環(huán)。滾動(dòng)元件軸承包括多個(gè)容納在內(nèi)環(huán)和外環(huán)之間的滾動(dòng)元件。目標(biāo)物體成形為另一環(huán)，該環(huán)安裝在滾動(dòng)元件軸承上并且與內(nèi)環(huán)和外環(huán)其中之一共軸。如上面描述的本發(fā)明實(shí)施為一設(shè)備或者機(jī)器。本發(fā)明還可以實(shí)施為用于本發(fā)明的設(shè)備的系統(tǒng)、用于本發(fā)明的設(shè)備的傳感器配置、用于本發(fā)明的設(shè)備的目標(biāo)物體、或者用于本發(fā)明的設(shè)備中的目標(biāo)物體的段部。


通過例子參照附圖更詳細(xì)地解釋本發(fā)明，其中圖I是本發(fā)明的第一設(shè)備的方框圖；圖2和3分別示出用于傳感器配置中的目標(biāo)物體的一對段部的第一例子和第二例子；圖4是示出圖3中的第二例子的一些細(xì)節(jié)的圖形；圖5和6是一對段部的例子的圖形，該一對段部的每個(gè)具有成型表面，該表面具有雙軌跡以影響磁場；圖7是目標(biāo)物體的圖形，該物體的連接段部形成De Bruijn序列；圖8和9示出在目標(biāo)物體中的段部的實(shí)施例的例子；圖10、11和12是結(jié)合有滾動(dòng)元件軸承的角編碼器的圖形；圖13是本發(fā)明的第二設(shè)備的圖形；圖14、15、16和17是用于第二設(shè)備中的目標(biāo)物體的段部的各例子的各圖形；和圖18、19、20和21是用于互鎖相鄰的段部的接口的例子的圖形。在整個(gè)附圖中，相似的或者相應(yīng)的特征用相同的附圖標(biāo)記表示。
具體實(shí)施例方式圖I是本發(fā)明中的第一設(shè)備100的方框圖。第一設(shè)備100是例如機(jī)器。第一設(shè)備100包括系統(tǒng)102，該系統(tǒng)具有第一物理部件104、第二物理部件106和傳感器配置108。第一物理部件104和第二物理部件106配置用于相對于彼此運(yùn)動(dòng)。傳感器配置108配置用于傳感第一物理部件104和第二物理部件106的相對運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)。傳感器配置108包括磁體110和傳感器112。傳感器112是可操作的以產(chǎn)生表征由磁體110產(chǎn)生并在傳感器112位置處被傳感的磁場的屬性的傳感器信號(hào)。例如，由傳感器112傳感的屬性是磁場矢量相對于傳感器112的取向和/或磁場矢量的強(qiáng)度，或者磁場矢量的特定分量的強(qiáng)度。來自傳感器112的傳感器信號(hào)提供給信號(hào)處理系統(tǒng)113。信號(hào)處理系統(tǒng)113容納在第一設(shè)備100中，或者位于遠(yuǎn)程位置。信號(hào)處理系統(tǒng)113是可操作的以處理從傳感器112接收的傳感器信號(hào)。傳感器信號(hào)的處理是為了例如保持關(guān)于第一物理部件104和第二物理部件106的相對運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)的事件歷史日志，如在例如工況監(jiān)視的情形中；和/或是為了控制依賴于傳感器信號(hào)的第一設(shè)備100的操作的目的。傳感器112和信號(hào)處理系統(tǒng)113之間的通信使用有線或者無線連接，或者其組合。傳感器112包括例如一個(gè)或多個(gè)霍爾效應(yīng)傳感器裝置、一個(gè)或多個(gè)其操作是基于磁阻(MR)或者巨型磁阻(GMR)的傳感器裝置、或者一個(gè)或多個(gè)線圈傳感器裝置。如果傳感器112利用多個(gè)線圈傳感器裝置予以實(shí)施，線圈可以容納在用于即使當(dāng)存在來自外部磁場的干涉時(shí)允許第一物理部件104和第二物理部件106的相對位移的編碼的軛中?；诰€圈的軛在旋轉(zhuǎn)可變差動(dòng)變壓器(RVDT)中為大家所熟知。RVDT基于線圈感應(yīng)中的差異檢測物體位置。該軛可以由層疊結(jié)構(gòu)，例如壓力模制元件或者由深拉板材制成的元件，而制成。在圖I的例子中，磁體110和傳感器112相對于第一物理部件104固定地安裝。磁體110安裝在傳感器112處或附近。傳感器配置108進(jìn)一步包括目標(biāo)物體114。目標(biāo)物體114安裝為相對于第二物理部件106固定。相應(yīng)地，當(dāng)?shù)谝晃锢聿考?04和第二物理部件106相對于彼此運(yùn)動(dòng)時(shí)，傳感器112和目標(biāo)物體114也相對于彼此運(yùn)動(dòng)，并且與第一物理部 件104和第二物理部件106相對于彼此運(yùn)動(dòng)的方式相同。目標(biāo)物體114配置用于影響由傳感器112傳感的依賴于相對運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)的磁場屬性的特點(diǎn)。該屬性特點(diǎn)表征例如存在或者沒有磁場屬性、磁場屬性的量值等，如上所述。如果第一物理部件104和第二物理部件106的相對運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)變化，在傳感器112位置處的磁場屬性特點(diǎn)相應(yīng)變化。結(jié)果，傳感器112提供表征屬性變化或者不斷變化的屬性的傳感器信號(hào)。來自傳感器112的傳感器信號(hào)然后表征第一物理部件104和第二物理部件106的相對運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)。為完整起見，注意到，傳感器配置108可包括除了傳感器112之外的其它傳感器(未示出)，和/或傳感器配置108可包括除磁體110之外的其它磁體。在使用多個(gè)傳感器和磁體的情形下，將一些傳感器和磁體關(guān)于第一物理部件104固定地安裝并且將其它傳感器和磁體關(guān)于第二物理部件106固定地安裝會(huì)是有利的。目標(biāo)物體114包括多個(gè)互鎖段部，例如第一段部116、第二段部18、第三段部120、第四段部122、第五段部124和第六段部126。機(jī)械互鎖由例如咬合配合實(shí)施，該咬合配合要求相鄰的段部116-126的彈性形變部分接合相鄰的段部116-126。替代地，或者，此外，每對相鄰的互鎖段部116，118，120，122，124和126具有用于彼此接合的空間互補(bǔ)形狀的接□。具有由多個(gè)段部116-126形成的，優(yōu)選互鎖的目標(biāo)物體114的優(yōu)點(diǎn)在上面已經(jīng)討論過了。多個(gè)互鎖段部116-126 —起配置為形成用于導(dǎo)引磁場通量的導(dǎo)引裝置。通量的導(dǎo)引取決于第一物理部件104和第二物理部件106的相對運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)。互鎖的技術(shù)優(yōu)勢是，互鎖促進(jìn)段部之間的通量的無縫過渡。一些氣隙將保留，其導(dǎo)致目標(biāo)物體114的導(dǎo)磁率降低，但是該損失可以通過增大互鎖區(qū)域而降低。多個(gè)互鎖段部116-126的不同段部可以具有與依賴于第一物理物體104和第二物理物體106的相對運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)影響磁體110的磁場的場力線有關(guān)的不同形狀和/或不同材料特征分布。與影響磁場的場線有關(guān)的形狀的例子是多個(gè)互鎖段部116-126的每一個(gè)的面對傳感器112的表面的輪廓和/或范圍。材料特征的例子是用于實(shí)施一個(gè)或多個(gè)段部116-126的材料的導(dǎo)磁率、一個(gè)或者多個(gè)段部116-126的化學(xué)組成、用于實(shí)施一個(gè)或多個(gè)段部116-126的材料的密度，等等。例如，互鎖段部116-126的每一個(gè)由無源磁性材料例如鐵素體鋼(AISI 430)形成。例如，每一互鎖段部116-126由具有高導(dǎo)磁率的相同的材料組成以構(gòu)成對磁通量的導(dǎo)引。也就是，每一互鎖段部116-126用于吸引磁力線。如果多個(gè)互鎖段部116-126的形狀不同，并且材料特征對于所有的互鎖段部116-126是相同的，目標(biāo)物體114整體上以關(guān)于第一物理物體104和第二物理物體106的相對位置不同的方式影響由傳感器112傳感的磁場。例如，假定第二物理部件106配置用于相對于第一物理部件104沿著平行于由多個(gè)互鎖段部116-122形成的連鎖方向，如箭頭128所示的預(yù)定路徑運(yùn)動(dòng)。例如，路徑為沿著箭頭128的方向取向的直線的一部分，多個(gè)互鎖段部116-126的連鎖與該直線對準(zhǔn)?；蛘?，路徑是圓的至少一部分，多個(gè)互鎖段部116-126的連鎖形成環(huán)的至少一部分。箭頭128然后表明與路徑相切的運(yùn)動(dòng)方向。因此，第一物理物體104和第二物理物體106的相對位置和相對運(yùn)動(dòng)方向以其中在傳感器112處的磁場被影響的方式被編碼。在上面的例子中，多個(gè)互鎖段部116-126的每一個(gè)可以具有不同于任何其它的互鎖段部116-126的形狀?；蛘?，多個(gè)互鎖段部116-126的一些可以具有第一形狀，多個(gè)互鎖 段部116-126的其它可以具有不同于第一形狀的第二形狀。第一物理部件104和第二物理部件106的相對運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)因此能夠利用De Bruijn序列如上所述地進(jìn)行編碼。作為另一例子，多個(gè)互鎖段部116-126關(guān)于影響局部磁場的能力具有統(tǒng)一的形狀和統(tǒng)一的材料特征。例如，假定第二物理部件106配置用于相對于第一物理部件104沿著關(guān)于由多個(gè)互鎖段部116-122形成的連鎖傾斜的如箭頭130所示的預(yù)定路徑運(yùn)動(dòng)。也就是，在第一物理部件104和第二物理部件106之間的最小距離依賴于第一物理部件104和第二物理部件106的相對位置而變化。這樣，第一物理部件104和第二物理部件106的相對位置的特征在于,例如，目標(biāo)物體114和磁體110之間的距離最短。如果目標(biāo)物體114更靠近磁體110，與如果目標(biāo)物體114更遠(yuǎn)離磁體110的情形相比，由傳感器112傳感的磁場將更強(qiáng)地受到影響。再者，第一物理物體104和第二物理物體106的相對位置和相對運(yùn)動(dòng)方向以其中傳感器112處的磁場被影響的方式被編碼。作為又另一例子，多個(gè)互鎖段部116-126關(guān)于影響磁場的能力具有統(tǒng)一的形狀和統(tǒng)一的材料特性。假定第二物理部件106配置用于相對于第一物理部件104沿著平行于由多個(gè)互鎖段部116-122形成的連鎖的如箭頭128所示的方向的預(yù)定路徑運(yùn)動(dòng)。這樣的預(yù)定路徑的例子包括直線的一部分和圓的一部分，如上所述。進(jìn)一步假定多個(gè)互鎖段部116-126形成平行于預(yù)定路徑的連鎖，并且多個(gè)互鎖段部116-126的每一個(gè)具有面對第一物理部件104并且在平行于預(yù)定路徑的方向成型的表面。例如，成型表面的特征在于，凹陷和凸起在預(yù)定路徑方向交替發(fā)生。相應(yīng)地，當(dāng)?shù)诙锢聿考?06相對于第一物理部件104沿著預(yù)定路徑運(yùn)動(dòng)時(shí)，隨著多個(gè)互鎖的統(tǒng)一的段部116-126的任何一個(gè)首先接近磁體110，通過磁體110，然后后退，磁場以重復(fù)的方式受到影響。在這個(gè)例子中，來自傳感器112的傳感器信號(hào)可用于確定第一物理部件104和第二物理部件106相對于彼此運(yùn)動(dòng)的速度的大小，因?yàn)樵撍俣扰c由傳感器112傳感到的磁場的變化率相關(guān)聯(lián)?，F(xiàn)考慮多個(gè)互鎖的統(tǒng)一的段部116-126的每一個(gè)具有一表面，該表面面對第一物理部件104并具有在平行于預(yù)定路徑的方向的特定輪廓。如果特定輪廓具有鏡像對稱，第一物理部件104和第二物理部件106的相對運(yùn)動(dòng)方向不能容易地在沒有進(jìn)一步的測量的情形下得以確定。對此的原因在于，在相對運(yùn)動(dòng)過程中由傳感器112傳感到的磁場的變化并不允許對在一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)和在相反方向運(yùn)動(dòng)進(jìn)行區(qū)分。如果該輪廓不是鏡像對稱的，原則上可以從由傳感器112傳感到的磁場的變化推導(dǎo)出關(guān)于運(yùn)動(dòng)方向的信息。當(dāng)運(yùn)動(dòng)停止時(shí)，由第一物理部件104和第二物理部件106呈現(xiàn)的相對位置不能在沒有進(jìn)一步測量的情形下不管輪廓如何地被容易地確定，所述進(jìn)一步的測量為例如計(jì)算在傳感器信號(hào)中關(guān)于第一物理部件104和第二物理部件106的基準(zhǔn)位置相對于彼此的周期性發(fā)生的變化的量。但是，關(guān)于方向和/或相對位置速度的信息在某些應(yīng)用場合并不需要。如又另一例子，多個(gè)互鎖段部116-126關(guān)于影響磁場的能力具有統(tǒng)一的形狀和不同的材料特性。再者，第一物理部件104和第二物理部件106的相對運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)可以從由傳感器112提供的傳感器信號(hào)推導(dǎo)出不同的互鎖段部116-126具有不同的材料特性使得能夠以識(shí)別對傳感到的磁場變化產(chǎn)生作用的相關(guān)的互鎖段部從而識(shí)別相對運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)的方式影響傳感器112處的磁場。
圖2示出目標(biāo)物體114的第一實(shí)施例200中的一對段部116-122，例如第一段部116和第二段部118的橫截面的第一例子。第一段部116和第二段部118是統(tǒng)一的形狀并具有成型表面。橫截面是沿著平行于相對運(yùn)動(dòng)方向128剖開的。第一段部116和第二段部118的每一個(gè)的表面成型為凸起和凹陷的交替序列。第一段部116和第二段部18的每一個(gè)具有第一凸起202、第二凸起204、第三凸起206和第四凸起208。第一段部116和第二段部118的每一個(gè)具有在第一凸起202和第二凸起204之間的第一凹陷210、在第二凸起204和第三凸起206之間的第二凹陷212以及在第三凸起206和第四凸起208之間的第三凹陷214。第一凸起202、第二凸起204、第三凸起206和第四凸起208的每一個(gè)具有垂直于相對運(yùn)動(dòng)方向128的各自的鏡像對稱平面。第一凹陷210、第二凹陷212和第三凹陷214的每一個(gè)具有垂直于相對運(yùn)動(dòng)方向128的各自的另一對稱平面。第一段部116和第二段部118的每一個(gè)具有與第一凸起202相鄰的第一接口 216和與第四凸起208相鄰的第二接口 218。第一接口 216和第二接口 218是空間互補(bǔ)形狀的。結(jié)果，第二段部118的第一接口 216配置用于接合第一段部116的第二接口 218。在接合時(shí)，進(jìn)一步的凹陷形成在第一段部116的第四凸起208和第二段部118的第一凸起202之間。進(jìn)一步的凹陷具有與第一凹陷210、第二凹陷212和第三凹陷214的任何一個(gè)相同的形狀和相同的尺寸。當(dāng)?shù)谝欢尾?16和第二段部118相對于磁體110運(yùn)動(dòng)時(shí)，凹陷和凸起的交替序列導(dǎo)致在來自傳感器112的傳感器信號(hào)中的交替變化。由于第一凸起202、第二凸起204、第三凸起206、第四凸起208、第一凹陷210、第二凹陷212、第三凹陷214和進(jìn)一步凹陷的對稱輪廓傳感器112不能在第一物理部件104和第二物理部件108的相對運(yùn)動(dòng)的相反方向之間進(jìn)行區(qū)分。圖3示出目標(biāo)物體114的第二實(shí)施例300中的一對段部116-122，例如第一段部116和第二段部118的橫截面的第二例子。同樣地，第一段部116和第二段部118是統(tǒng)一的形狀并具有成型表面。橫截面是沿著平行于相對運(yùn)動(dòng)方向128剖開的。第一段部116和第二段部118的每一個(gè)的表面成型為凸起和凹陷的交替序列。第一段部116和第二段部18的每一個(gè)具有第一凸起202、第二凸起204、第三凸起206和第四凸起208。第一段部116和第二段部118的每一個(gè)具有在第一凸起202和第二凸起204之間的第一凹陷210、在第二凸起204和第三凸起206之間的第二凹陷212、和在第三凸起206和第四凸起208之間的第三凹陷214。第一段部116和第二段部118的每一個(gè)具有與第一凸起202相鄰的第一接口 216和與第四凸起208相鄰的第二接口 218。第一接口 216和第二接口 218是空間互補(bǔ)形狀的。結(jié)果，第二段部118的第一接口 216配置用于接合第一段部116的第二接口 218。在接合時(shí)，進(jìn)一步的凹陷形成在第一段部116的第四凸起208和第二段部118的第一凸起202之間。進(jìn)一步的凹陷具有與第一凹陷210、第二凹陷212和第三凹陷214的任何一個(gè)相同的形狀和相同的尺寸。在第二實(shí)施例300中，第一凸起202、第二凸起204、第三凸起206、第四凸起208、第一凹陷210、第二凹陷212、第三凹陷214和進(jìn)一步凹陷的任何一個(gè)都不具有垂直于相對運(yùn)動(dòng)方向128的鏡像對稱平面。當(dāng)?shù)谝欢尾?16和第二段部118相對于磁體110運(yùn)動(dòng)時(shí)，凹陷和凸起的交替序列導(dǎo)致來自傳感器112的傳感器信號(hào)的交替變化。由于第一凸起202、第二凸起204、第三凸起206、第四凸起208、第一凹陷210、第二凹陷212、第三凹陷214和進(jìn) 一步凹陷的非對稱輪廓，來自傳感器112的傳感器信號(hào)能夠在第一物理部件104和第二物理部件108的相反的相對運(yùn)動(dòng)方向之間進(jìn)行區(qū)分。現(xiàn)必須參照圖4，其是如圖3所示的第二實(shí)施例300的例子的一部分的圖形。圖4的圖形示出第二凸起204。因?yàn)榈谝煌蛊?02、第二凸起204、第三凸起206和第四凸起208具有統(tǒng)一的形狀，以下的同樣適用于第一凸起202、第三凸起206和第四凸起208。如圖4所示，第二凸起204具有左側(cè)402和右側(cè)404。左側(cè)402具有比右側(cè)404更緩的坡度?，F(xiàn)考慮第一物理部件104和第二物理部件106在勻速下的相對運(yùn)動(dòng)，其中第二凸起204相對于磁體110在第一箭頭406的方向運(yùn)動(dòng)，也就是運(yùn)動(dòng)到右側(cè)。第二凸起404從左側(cè)接近磁體110、通過磁體110，并退到右側(cè)。當(dāng)?shù)诙蛊?04開始影響傳感器112位置處的磁場時(shí)，由于右側(cè)404的陡峭，由傳感器112傳感到的對磁場的影響非?？焖俚卦龃?。當(dāng)?shù)诙蛊?04通過磁體110時(shí)，由于左側(cè)402的平緩的坡度，在傳感器112處產(chǎn)生的磁場的變化是平緩的并且在減小?，F(xiàn)考慮第一物理部件104和第二物理部件106在勻速下的相對運(yùn)動(dòng)，其中第二凸起204相對于磁體110在第二箭頭408的方向運(yùn)動(dòng)，也就是運(yùn)動(dòng)到左側(cè)。第二凸起404從右側(cè)接近磁體110、通過磁體110，并退到左側(cè)。當(dāng)?shù)诙蛊?04開始影響傳感器112位置處的磁場時(shí)，由于右側(cè)404的平緩坡度，由傳感器112傳感到的對磁場的影響逐漸增大。當(dāng)?shù)诙蛊?04通過磁體110時(shí)，由于右側(cè)402的陡峭的坡度，在傳感器112處產(chǎn)生的磁場的變化是突然減小的。在第一箭頭406方向的相對運(yùn)動(dòng)引起來自傳感器112的周期性的傳感器信號(hào)，具有對在傳感器112處的磁場突然增大的影響。在第二箭頭408方向的相對運(yùn)動(dòng)引起來自傳感器112的周期性的傳感器信號(hào)，具有對在傳感器112處的磁場的突然減小的影響。突然增大的影響的發(fā)生意味著第二凸起204的運(yùn)動(dòng)是在第一箭頭406的方向，即到右側(cè)，而突然減小的影響的發(fā)生意味著第二凸起204在第二箭頭408方向運(yùn)動(dòng)，即到左側(cè)。相應(yīng)地，缺乏鏡像對稱性的段部116-126的任何一個(gè)的表面使得能夠區(qū)分第一物理部件104和第二物理部件106的相反的相對運(yùn)動(dòng)方向。
參照圖1、2、3和4討論的實(shí)施例的操作已經(jīng)在這樣的情形中解釋過其中目標(biāo)物體114的多個(gè)互鎖段部116-126的每一個(gè)形成沿著第一物理物體104和第二物理物體106的相對運(yùn)動(dòng)路徑的單一軌跡的不斷變化的形狀和/或不斷變化的材料特性，從而影響依賴于第一物理物體104和第二物理物體106的相對運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)的傳感器112位置處的磁場。代替單一軌跡，也可以使用多個(gè)平行軌跡的不斷變化的形狀和/或不斷變化的材料特性。現(xiàn)必須參照圖5，其是示出彼此接合以形成目標(biāo)物體114的一部分的第一段部116和第二段部118的上表面的圖形。在目標(biāo)物體114的操作使用中，該上表面面對傳感器112。第一段部116和第二段部118已經(jīng)畫出為各個(gè)矩形，這些矩形一起限定平行于第一物理部件104和第二物理部件106的相對運(yùn)動(dòng)方向的直線路徑。矩形形狀僅僅是通過例子的形式給出的。第一段部116和第二段部118的每一個(gè)可以成形為各自統(tǒng)一的環(huán)件以限定平行于第一物理部件104和第二物理部件106的相對運(yùn)動(dòng)方向的曲線路徑。第一段部116和第二段部118的每一個(gè)包括在第一物理物體104和第二物理物 體106的相對運(yùn)動(dòng)方向506上平行延伸的第一軌跡502和第二軌跡504的部分。第一軌跡 502和第二軌跡504的每一個(gè)的表面面對傳感器112，并具有在相對運(yùn)動(dòng)方向506上變化的輪廓。每一段部出于各種原因可以使用多個(gè)平行軌跡。第一原因如下。假定平行跡線的每一個(gè)具有跨過每個(gè)個(gè)體段部均一分布的N個(gè)凸起，并且這些段部是統(tǒng)一的形狀。例如，第一段部116的第一軌跡502具有第一凸起508、第二凸起510、第三凸起512和第四凸起514 ;第一段部116的第二軌跡504具有第五凸起516、第六凸起518、第七凸起520和第八凸起522。第五凸起516通過在相對運(yùn)動(dòng)方向506的特定的偏置位于第一凸起508后面。第六凸起518通過特定的偏置位于第二凸起510后面。第七凸起520通過特定的偏置位于第三凸起512后面。第八凸起522通過特定的偏置位于第四凸起514后面。特定的距離不同于第一凸起508、第二凸起510、第三凸起512和第四凸起514的兩相鄰?fù)蛊鹬g的距離的一半。相應(yīng)地，當(dāng)?shù)谝晃锢聿考?04和第二物理部件106的相對運(yùn)動(dòng)在方向506上發(fā)生時(shí)，在傳感器112處的磁場將首先受到第二軌跡504中的第八凸起影響，然后受到第一軌跡中的第四凸起514的影響。如果相對運(yùn)動(dòng)發(fā)生在與方向506相反的方向上，在傳感器12處的磁場將首先受到第一軌跡中的第四凸起514的影響，然后受到第二軌跡504中的第八凸起的影響。結(jié)果，該構(gòu)型能夠確定第一物理部件104和第二物理部件106的相對運(yùn)動(dòng)方向。參照圖6的圖形解釋利用多個(gè)軌跡的第二個(gè)理由。假定目標(biāo)物體114由互鎖段部116-126組成，每個(gè)互鎖段部116-126承載平行于相對運(yùn)動(dòng)方向506延伸的第一軌跡502和第二軌跡504?？紤]第一段部116和第二段部118的序列。進(jìn)一步假定第一軌跡502覆蓋跨過第一段部116和第二段部118序列均勻分布的M個(gè)凸起，第二軌跡504覆蓋跨過相同的第一段部116和第二段部118序列均勻分布的K個(gè)凸起，其中M和K是不同的整數(shù)，例如，M=K+1。還假定傳感器112配置用于區(qū)分由第一軌跡502中的凸起導(dǎo)致的和由第二軌跡502中的另一凸起導(dǎo)致的傳感到的磁場變化。最后，假定傳感器112提供可以表示為邏輯高(邏輯“I”)或者邏輯低(邏輯“O”)的輸出信號(hào)，并且通過傳感器112下方的凸起與邏輯高(邏輯“I”)相關(guān)聯(lián)，通過凹陷與邏輯低(邏輯“O”)相關(guān)聯(lián)。相應(yīng)地，當(dāng)?shù)谝欢尾?16和第二段部118的序列在傳感器112下方通過時(shí)，第一軌跡502引起在傳感器112處的第一系列的邏輯高和邏輯低。第二軌跡引起在傳感器112處的第二系列的邏輯高和邏輯低。在第一系列和第二系列的單一一個(gè)中的個(gè)體的邏輯高或者個(gè)體的邏輯低并不允許確定第一段部116和第二段部118的序列的哪個(gè)部分通過傳感器112下方。但是，該部分可以基于與第二系列的邏輯高或邏輯低同時(shí)發(fā)生的第一系列的邏輯高或者邏輯低的組合與第二系列的邏輯高或邏輯低同時(shí)發(fā)生的第一系列的邏輯高或者邏輯低的在先組合的協(xié)作而進(jìn)行識(shí)別。如前所述，傳感器112可以包括多個(gè)傳感器裝置，例如，每個(gè)個(gè)體軌跡一個(gè)傳感器裝置。在圖6的圖形中，第一軌跡502具有在平行于第一物理部件104和第二物理部件106的相對運(yùn)動(dòng)方向506的方向上跨過第一段部116和第二段部118均勻分布的第一凸起602、第一凹陷604、第二凸起606和第二凹陷608。在圖7的圖形中，第二軌跡504具有第三凸起610、第三凹陷612、第四凸起614、第四凹陷616和第五凸起618和第五凹陷620。當(dāng)?shù)谝欢尾?16和第二段部118在方向506移動(dòng)通過傳感器112時(shí)，傳感器112將產(chǎn)生傳感器信號(hào)，該傳感器信號(hào)呈現(xiàn)以下值(0，O) ;(0，1) ;(1，1) ;(1，0) ;(0，1) ;(0，0) ;(1，0)和(1，1)，如圖6中的附圖標(biāo)記622表示的。在這個(gè)例子中，注意到，每個(gè)特定順序的兩個(gè)邏輯值集合在第一段部116和第二段部118的通過過程中發(fā)生兩次。但是，同樣注意到，特定順序的兩 個(gè)邏輯值集合的第一次發(fā)生比相同的特定順序的集合的第二次發(fā)生具有不同的在前集合。例如，由第二段部118產(chǎn)生的傳感器信號(hào)(0,1)在傳感器信號(hào)(0,0)之后，由第一段部116產(chǎn)生的傳感器信號(hào)(0，1)在傳感器信號(hào)(1，0)之后。相應(yīng)地，通過保持前面的傳感器信號(hào)的軌跡，通過傳感器112下方的第一段部116和第二段部118的特定部分可以被確定?？梢允褂萌齻€(gè)更平行的跡線，其每個(gè)具有不同數(shù)量的凸起，以為了更精確地確定在傳感器112下方通過的目標(biāo)物體114的相關(guān)部分。圖7示出對第一物理部件104和第二物理部件106的相對位置的編碼的又另一方法。圖7是用于對第一物理部件104和第二物理部件106的相對角位置的角編碼的形成為環(huán)的目標(biāo)物體114的第三實(shí)施例700的圖形。第一物理部件104和第二物理部件106在這個(gè)例子中配置用于圍繞公共軸旋轉(zhuǎn)。圖7的圖形示出具有面對傳感器112的成型表面的目標(biāo)物體114的頂部表面。目標(biāo)物體114由多個(gè)互鎖段部形成第一段部701、第二段部703、第三段部705、第四段部707、第五段部709、第六段部711、第七段部713和第八段部715。成型表面以從九點(diǎn)鐘開始順時(shí)針出現(xiàn)的順序包括第一凸起702、第一凹陷704、第二凹陷706、第三凹陷708、第二凸起710、第三凸起712、第四凸起714和第四凹陷716。第一凸起702、第二凸起710、第三凸起712、第四凸起714、第一凹陷704、第二凹陷706、第三凹陷708和第四凹陷716全部關(guān)于成型表面的參考平面進(jìn)行限定。當(dāng)?shù)谝煌蛊?02、第二凸起710、第三凸起712和第四凸起714的任何一個(gè)通過傳感器112時(shí)，相關(guān)的傳感器信號(hào)由邏輯高(邏輯“I”)表示。當(dāng)?shù)谝话枷?04、第二凹陷706、第三凹陷708和第四凹陷716的任何一個(gè)通過傳感器112時(shí)，相關(guān)的傳感器信號(hào)由邏輯低(邏輯“O”)表示。相應(yīng)地，當(dāng)目標(biāo)物體114逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從第一凹陷704通過傳感器112開始，傳感器信號(hào)具有下面的循環(huán)型態(tài)0，0，0，1，1，1，0，1?，F(xiàn)假定傳感器信號(hào)被緩沖用于在先入先出(FIFO)緩沖器(未示出)中的三個(gè)連貫值。FIFO緩沖器的內(nèi)容然后具有鮮明的重復(fù)型態(tài)(0，0，0) ;(0，0，1) ;(0，1，1)；(1,1,1) ;(1，1，0) ;(1，0，1)和(0，1，0)。注意到，三個(gè)數(shù)字的每個(gè)可能的組合在圍繞圓的一整圈中僅出現(xiàn)一次。由于在第一段部701、第二段部703、第三段部705、第四段部707、第五段部709、第六段部711、第七段部713和第八段部715中的以所示方式分布凸起和凹陷，三個(gè)數(shù)字FIFO緩沖器的內(nèi)容獨(dú)特地識(shí)別目標(biāo)物體114關(guān)于傳感器112的相對角位置，因此識(shí)別第一物理部件104和第二物理部件106的相對運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)。如圖7所示的凸起和凹陷的分布是所謂的De Bruijn序列的例子。通過定義,S尺寸的字符表上的級R的DeBrui jn序列是周期串，其中在串中長度R的Sk數(shù)量的字的每ー個(gè)恰好發(fā)生一次。在圖7的例子中，級R=3并且字符表{0，1}具有尺寸S=2。可以證明的是De Bruijn序列對于R和S的所有整數(shù)來說是存在的。代替利用基于De Bruijn序列的編碼方案，可以利用例如単一軌跡的葛萊碼(Graycode)或者多軌跡的葛萊碼。參見例如“single-track Gray code or a multi-trackGray Code. See, e. g. , ^Single-track Gray codes", Hi ltgen, A. P. ; Paterson, K.
G.;Brandestini, M;IEEE Transactions on Information Theory, Vol. 42 (5), Sept.1996,pages 1555-1561”。圖8和9是示出在參照圖6討論的例子之后模制的第一段部116的實(shí)施例的圖形。 圖8是第一段部116的頂部表面的圖形。圖9是第一段部116的三維視圖。第一段部16成形為平面圓環(huán)的扇形。第一段部16具有成型表面，該成型表面具有由凸起和凹陷的第一交替序列形成的第一軌跡502，和具有由凸起和凹陷的第二交替序列形成的第二軌跡504。為了不使得圖形不清楚，凸起的僅單ー的特定一個(gè)以及凹陷的單一的特定一個(gè)在各第一軌跡502和第二軌跡504中標(biāo)上附圖標(biāo)記。附圖標(biāo)記802表示第一軌跡502中的特定凸起。附圖標(biāo)記804表示第一軌跡502中的特定凹陷。附圖標(biāo)記806表示第二軌跡504中的特定凸起。附圖標(biāo)記808表示第二軌跡504中的特定凹陷。注意到，第一段部16的左側(cè)和右側(cè)邊緣已經(jīng)成形為以使得分別形成第一接ロ 216和第二接ロ 218，如參照圖2討論的。還注意至IJ，第一段部116具有在第一軌跡502中的五個(gè)凸起，以及在第二軌跡504中的六個(gè)凸起。在所示的例子中，第一段部116跨過360° /22度的扇形，以使得二十ニ個(gè)段部的連鎖形成一個(gè)整圓，這二十ニ個(gè)段部全部與第一段部116相同。圖10是用作第一設(shè)備100的實(shí)施例的角編碼器1000的橫截面的圖形。角編碼器1000物理地結(jié)合滾動(dòng)元件軸承1002。圖11是角編碼器1000的透視圖的圖形。圖12是角編碼器1000的平面視圖的圖形。滾動(dòng)元件軸承1002包括外環(huán)1004、內(nèi)環(huán)1006和多個(gè)安置在內(nèi)環(huán)1006和外環(huán)1004之間的滾動(dòng)元件。為了不使得圖形模糊，僅第一滾動(dòng)元件1008和第二滾動(dòng)元件1010在圖10中示出。外環(huán)1004關(guān)于固定的殼體1012固定。內(nèi)環(huán)1006可以自由地關(guān)于外環(huán)1004共軸旋轉(zhuǎn)。目標(biāo)物體114形成為另ー環(huán)，該另ー環(huán)與內(nèi)環(huán)1006共軸地安裝且關(guān)于內(nèi)環(huán)1006固定。外環(huán)1004扮演圖I中的第一物理物體104的角色，內(nèi)環(huán)1006扮演圖I中第二物理物體106的角色。角編碼器1000配置用于對內(nèi)環(huán)1006關(guān)于外環(huán)1008的相對轉(zhuǎn)動(dòng)的角度編碼。目標(biāo)物體114的另ー環(huán)由多個(gè)統(tǒng)ー的互鎖段部組成第一環(huán)段部1202、第二環(huán)段部1204、第三環(huán)段部1206、第四環(huán)段部1208、第五環(huán)段部1210、第六環(huán)段部1212、第七環(huán)段部1214、第八環(huán)段部1216、第九環(huán)段部1218、第十環(huán)段部1220、第i^ 一環(huán)段部1222、第十二環(huán)段部1224、第十三環(huán)段部1226、第十四環(huán)段部、第十五環(huán)段部1230和第十六環(huán)段部1232，其明確地示出在圖12的圖中。多個(gè)環(huán)段部1202-1232的每ー個(gè)如上面參照圖8和9討論地實(shí)施。多個(gè)環(huán)段部1202-1232形成為互鎖，例如，通過接合環(huán)段部1202之一的第一接ロ與相鄰的ー個(gè)環(huán)段部1202-1232的第二接ロ。第一接口和第二接ロ具有空間互補(bǔ)形狀，例如，用于燕尾接合，用于實(shí)施咬合配合。多個(gè)互鎖環(huán)段部1202-1232可以直接附連到內(nèi)環(huán)1006的側(cè)表面，例如，通過膠粘或者激光點(diǎn)焊接?；蛘撸谒纠又?，多個(gè)環(huán)段部1202-1232由金屬片環(huán)1014支撐，該金屬片環(huán)與內(nèi)環(huán)1006共軸布置并附連到內(nèi)環(huán)1006。金屬片環(huán)1014在操作使用中位于內(nèi)環(huán)1006和多個(gè)環(huán)段部1202-1232之間。例如，金屬片環(huán)1014具有上表面，該上表面背對內(nèi)環(huán)1006并形成圓形通道或者凹槽，該通道或者凹槽成形用于容納多個(gè)環(huán)段部1202-1232。多個(gè)環(huán)段部1202-1232定位在圓形通道中。多個(gè)環(huán)段部1202可以被點(diǎn)焊、夾鉗或者膠粘到金屬片環(huán)1014。金屬片環(huán)1014自身然后被點(diǎn)焊、膠粘或者其它方式附連到內(nèi)環(huán)1006。圖13是本發(fā)明的第二設(shè)備1300的方框圖。在圖I的第一設(shè)備100中，如前面討論的，目標(biāo)物體114包括多個(gè)互鎖段部116-126，這些段部一起配置為形成用于導(dǎo)引位于目標(biāo) 物體114的外部的磁體110的磁場通量的導(dǎo)引裝置。通量的導(dǎo)引依賴于第一物理部件104和第二物理部件106的相對運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)。在第二設(shè)備1300中，第一設(shè)備100的磁體110功能上已經(jīng)與目標(biāo)物體114結(jié)合。更具體地，如參照圖2、3、4、5、6、7、8和9討論的多個(gè)互鎖段部116-126的每特定的ー個(gè)具有頂部表面，當(dāng)該特定的段部接近傳感器112時(shí)所述頂部表面面對傳感器12。頂部表面部分或完全涂覆有包含磁性顆粒的涂層。涂層包括磁性顆粒和橡膠(例如，腈丁基橡膠的衍生物)的混合物，或者磁性顆粒與塑料材料例如尼龍的混合物。例如，考慮如圖2中的第一實(shí)施例200中所示的、或者在圖3中的第二實(shí)施例中所示的、或者在圖7中的第三實(shí)施例中所示的成型頂部表面，或者根據(jù)圖8和9中所示的段部的雙軌跡構(gòu)型。涂層跨過整個(gè)頂部表面而施加，或者僅施加到成型頂部表面的凸起。例如，現(xiàn)必須參照圖14，其示出第一段部116的橫截面的第一例子，該段部116的頂部表面由包含磁性顆粒的涂層部分地覆蓋。比如說第一實(shí)施例200，如上面參照圖2討論的，涂層被施加以僅覆蓋多個(gè)段部116-126的每ー個(gè)凸起。第一凸起202被包含磁性顆粒的層1402覆蓋。第二凸起204被包含磁性顆粒的層1404覆蓋。第三凸起206被包含磁性顆粒的層1406覆蓋。第四凸起208被包含磁性顆粒的層1408覆蓋。對于另一例子，現(xiàn)在必須參照圖15，其示出第一段部116的橫截面的第二例子，該段部116的頂部表面被包含磁性顆粒的涂層完全覆蓋。比如說第二實(shí)施例300，如上方參照圖3討論的，涂層包括覆蓋第一凸起202、第二凸起204、第三凸起206和第四凸起208以及第一凹陷210、第二凹陷212和第三凹陷214的層1502。這樣，當(dāng)目標(biāo)物體114移動(dòng)通過傳感器112吋，層1502和傳感器112之間的最小距離會(huì)周期性變化，從而使得能夠?qū)Φ谝晃锢砦矬w104和第二物理物體106的相對運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)編碼。對于又另一例子，必須參照圖16，其示出第一段部116的橫截面的第三例子，該段部116的頂部表面被包含磁性顆粒的涂層部分地覆蓋。第一段部116的面對傳感器112的頂部表面是平坦的，也就是，沒有形成為具有不斷變化的高度。頂部表面現(xiàn)適于覆蓋有包含磁性顆粒的涂層的多個(gè)區(qū)域的方案。這些區(qū)域與沒有涂層的其它區(qū)域彼此分隔開。例如，第一區(qū)域1602具有包含磁性顆粒的第一層1603。第二區(qū)域1604具有包含磁性顆粒的第二層1605。第三區(qū)域1606具有包含磁性顆粒的第三層1607。第四區(qū)域1608具有包含磁性顆粒的第四層1609。當(dāng)目標(biāo)物體114運(yùn)動(dòng)通過傳感器112吋，由第一層1603、第二層1605、第三層1607和第四層1609中的磁性顆粒產(chǎn)生的磁場的重復(fù)方案使得能夠?qū)Φ谝晃锢砦矬w104和第二物理物體106的相對運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)編碼。對于又另一例子，必須參照圖17，其示出第一段部116的橫截面的第四例子，第一段部116的頂部表面覆蓋有包含磁性顆粒的涂層。該涂層包括具有磁性顆粒的層1702。層1702形成為例如Halbach陣列。如已知的，Halbach陣列是加強(qiáng)在陣列的一側(cè)的磁場的強(qiáng)度，同時(shí)降低在陣列的另ー側(cè)的磁場強(qiáng)度到幾何為零的特定永久磁體構(gòu)型。這由旋轉(zhuǎn)陣列中的一永久磁體相對于陣列中的下一永久磁體的磁場型態(tài)而產(chǎn)生。產(chǎn)生的磁場的大部分具有主要平行于第一段部116的頂部表面延伸的場カ線，具有不斷變化的極性。在圖17的 圖形中，多個(gè)磁力線已經(jīng)被畫出以示出Halbach陣列的磁場第一磁力線1704、第二磁力線1706、第三磁力線1708、第四磁力線1710、第五磁力線1712和第六磁力線1714。在圖17的例子中，從左至右，第一磁力線1704具有逆時(shí)針方向的取向。接著，第二磁力線1706具有順時(shí)針方向的取向。接著，第三磁力線1708具有逆時(shí)針方向的取向。接著，第四磁力線1710具有順時(shí)針方向的取向。接著，第五磁力線1712具有逆時(shí)針方向的取向。接著，第六磁力線1714具有順時(shí)針方向的取向?，F(xiàn)在，考慮目標(biāo)物體114由第一段部116形成，實(shí)施為具有形成為Halbach陣列的層1702，并且從第二段部118、第三段部120、第四段部122、第五段部124和第六段部126，全部具有類似于第一段部116的構(gòu)型。當(dāng)多個(gè)互鎖段部116-126相對于傳感器112運(yùn)動(dòng)時(shí)，在傳感器112的位置處的磁場相應(yīng)地變化。第一物理物體104和第二物理物體106的相對運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)然后就目標(biāo)物體114所產(chǎn)生的磁場的屬性進(jìn)行編碼。圖18示出第一段部116的第一接ロ 216的構(gòu)型和第二段部118的第二接ロ 218的互補(bǔ)形狀的構(gòu)型的第一例子1800。圖19示出第一段部116的第一接ロ 216的構(gòu)型和第二段部118的第二接ロ 218的互補(bǔ)形狀的構(gòu)型的第二例子1900。圖20示出第一段部116的第一接ロ 216的構(gòu)型和第二段部118的第二接ロ 218的互補(bǔ)形狀的構(gòu)型的第三例子2000。圖21示出第一段部116的第一接ロ 216的構(gòu)型和第二段部118的第二接ロ 218的互補(bǔ)形狀的構(gòu)型的第四例子2100。為了清楚，圖18、19、20和21僅示出從面對目標(biāo)物體114時(shí)傳感器112的位置觀察的第一段部116的第一接ロ 216和第二段部218的第二接ロ。也就是，圖18、19、20和21示出第一段部116和第二段部218的部分的頂視圖。配置為在本發(fā)明的操作使用中影響傳感器112的位置處的磁場的第一段部116和第二段部118的部分已經(jīng)省略。相對運(yùn)動(dòng)方向由如圖I中的箭頭128表示。在圖18中的第一例子1800示出在大致垂直于傳感器112和目標(biāo)物體114之間的最短距離的方向的平面中利用互補(bǔ)形狀的齒用于互鎖第一段部116和第二段部118的第一接ロ 216和第二接ロ 218的構(gòu)型。在所示例子中，第一接ロ 216具有第一齒1802，第二接ロ218具有第二齒1904。第一和第二接ロ 216和218的每ー個(gè)可以具有超過ー個(gè)的齒。在圖19中的第二例子1900示出用于互鎖第一段部116和第二段部118的第一接ロ 216和第二接ロ 218的構(gòu)型，其中第一接ロ 216和第二接ロ 218形成為在一平面中留下氣隙，該平面相對于相對運(yùn)動(dòng)方向128形成角度0，其中0〈 0 <90度。圖20的第三例子2000示出用于互鎖第一段部116和第二段部118的第一接ロ 216和第二接ロ 218的構(gòu)型，其中第二接ロ具有凹陷2002，凹陷2002的形狀與第一接ロ 216中的延伸部2004相配。圖21的第四例子200示出第三例子2000的主題的變體，其中，在第一接ロ 216中的延伸部2004在延伸部2004的基底2102處比在延伸部2004的頂部2104處更窄。凹陷2002與延伸部2004形狀互補(bǔ)。當(dāng)?shù)谒睦?100的延伸部2004定位在第四例子2100的凹陷2002中時(shí)，第一段部116的位置關(guān)于第二段部218固定。第一段部116和第二段部118以類似于七巧板物件的方式進(jìn)行鎖定。注意到，在第一例子1800、第二例子1900、第三例子2000和第四例子2100中，形成在第一段部116和第二段部118之間的接縫，或者氣隙，在當(dāng)段部互鎖時(shí)在第一段部116和第二段部118的平面圖中的兩個(gè)維度延伸。結(jié)果，氣隙并不聚集在目標(biāo)物體114相對于傳感器112的単一特定位置，而是至少在相對運(yùn)動(dòng)方向展開，如箭頭128所示的。氣隙然后 將具有對在傳感器112的位置處傳感到的磁場更少的影響，并且傳感到的相對運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)的精度提聞。為完整起見，多個(gè)互鎖段部116-126的連鎖可以拓?fù)鋵W(xué)地打開或者閉合。打開的連鎖在兩個(gè)末端點(diǎn)之間伸展。如果第一物理物體104和第二物理物體106的相對運(yùn)動(dòng)軌道在第一末端點(diǎn)和第二末端點(diǎn)之間伸展，則可以使用打開的連鎖，并用于往復(fù)運(yùn)動(dòng)。閉合的連鎖拓?fù)鋵W(xué)上相當(dāng)于一圓。閉合的連鎖適合形成閉合環(huán)的一部分或者為閉合環(huán)的第一物理物體104和第二物理物體106的相對運(yùn)動(dòng)軌道。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，包括具有第一物理部件(104)、第二物理部件(106)和傳感器配置(108)的系統(tǒng)，其中 第一物理部件和第二物理部件配置用于在設(shè)備的操作使用中相對于彼此運(yùn)動(dòng)； 傳感器配置被配置用于傳感第一物理部件和第二物理部件的相對運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)；傳感器配置包括磁體(110 ;1402，1404，1406，1408 ；1502 ;1603，1605，1607，1609 ；1702)和傳感器(112)； 傳感器是可操作的以傳感在傳感器的位置處的磁體的磁場的性質(zhì)； 傳感器關(guān)于第一物理部件固定地安裝； 傳感器配置包括關(guān)于第二物理部件固定安裝的目標(biāo)物體(114)； 所述目標(biāo)物體配置用于影響依賴于相對運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)的所述性質(zhì)的屬性； 所述目標(biāo)物體包括多個(gè)互鎖段部(116，118，120，122，124，126)。
2.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中 所述多個(gè)段部包括第一段部(116)和第二段部(118)； 第一段部具有第一接口(216)，第二段部具有第二接口(218)； 第一接口和第二接口配置用于互鎖第一段部和第二段部； 第一接口的第一形狀和第二接口的第二形狀形成為空間互補(bǔ)； 第一接口的第一形狀在第一物理部件和第二物理部件的第一相對運(yùn)動(dòng)方向延伸，并具有第一輪廓，該第一輪廓在大致垂直于第一方向的第二方向變化； 第二接口的第二形狀在第一方向延伸并具有在第二方向變化的第二輪廓。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，第一輪廓和第二輪廓的每一個(gè)隨著在第二方向的距離線性變化。
4.如權(quán)利要求1、2或者3所述的設(shè)備，其中 所述磁體關(guān)于傳感器固定地安裝； 多個(gè)互鎖段部的每個(gè)包括用于導(dǎo)引磁場的通量的各自的導(dǎo)引裝置； 導(dǎo)引裝置是可操作的以影響依賴于相對運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)的屬性。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中 各導(dǎo)引裝置形成為各段部的面對第一物理部件的各頂部表面； 各頂部表面具有在各段部上沿著運(yùn)動(dòng)方向變化的各輪廓。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中 各輪廓具有在運(yùn)動(dòng)方向彼此平行的各第一軌跡和各第二軌跡； 第一軌跡包括在運(yùn)動(dòng)方向交替的第一凸起和第一凹陷的第一序列，第二軌跡包括在運(yùn)動(dòng)方向交替的第二凸起和第二凹陷的第二序列。
7.如權(quán)利要求1、2或3所述的設(shè)備，其中 所述多個(gè)互鎖段部的每個(gè)包括面對第一物理物體的各自的頂部表面； 磁體包括具有磁性顆粒的層(1402，1404，1406，1408 ；1502 ; 1603，1605，1607，1609 ；1702)； 所述層容納在各頂部表面上； 所述層配置為產(chǎn)生在運(yùn)動(dòng)方向沿著各段部變化的磁場。
8.如權(quán)利要求1、2、3、4、5、6或者7所述的設(shè)備，其中第一物理物體包括滾動(dòng)元件軸承(1002)的外環(huán)(1004)； 第二物理物體包括滾動(dòng)元件軸承的內(nèi)環(huán)(1006)； 所述滾動(dòng)元件軸承包括多個(gè)容納在所述內(nèi)環(huán)和所述外環(huán)之間的滾動(dòng)元件(1008，1010)； 所述目標(biāo)物體成形為安裝到滾動(dòng)元件軸承并與所述內(nèi)環(huán)和外環(huán)之一共軸的另一環(huán)。
9.如權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7或者8所述的設(shè)備，其中，所述多個(gè)互鎖段部具有統(tǒng)一的形狀。
10.一種用于如權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7、8或者9所述的設(shè)備的系統(tǒng)(102)。
11.一種用于如權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7、8或者9所述的設(shè)備的傳感器配置(108)。
12.—種用于如權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7、8或者9所述的設(shè)備的目標(biāo)物體(114)。
13.一種用于如權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7、8或者9所述的設(shè)備中的目標(biāo)物體的段部(116 ；118 ；120 ；122 ；124 ；126)。
全文摘要
一種設(shè)備(1000)，包括第一物理部件(1004)、第二物理部件(1006)和傳感器配置。第一和第二物理部件在設(shè)備的操作使用中相對于彼此運(yùn)動(dòng)。傳感器配置傳感第一和第二物理部件的相對運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)。傳感器配置包括磁體(110)和傳感器(112)。傳感器傳感在傳感器的位置處的磁體的磁場的屬性。傳感器關(guān)于第一物理部件固定地安裝。傳感器配置包括關(guān)于第二物理部件固定地安裝的目標(biāo)物體(114)。目標(biāo)物體配置用于依賴于相對運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)影響屬性特點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明，目標(biāo)物體(114)包括多個(gè)互鎖段部。
文檔編號(hào)G01D5/20GK102822631SQ201080065853
公開日2012年12月12日 申請日期2010年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月2日
發(fā)明者H.A.莫爾 申請人:Skf公司