CN112113585A - 编码器及编码器绝对角度的检测方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种编码器及编码器绝对角度的检测方法。所述编码器包括：同轴环形设置的第一多对极磁体以及第二多对极磁体，其中，所述第一多对极磁体包括m对磁极，所述第二多对极磁体包括n对磁极，m和n为大于2的自然数且彼此互质；第一组霍尔元件，包括第一线性霍尔传感器和第二线性霍尔传感器，与所述第一多对极磁体相邻设置，并根据所述第一多对极磁体的磁极信号输出第一组检测信号；第二组霍尔元件，包括第三线性霍尔传感器和第四线性霍尔传感器，与所述第二多对极磁体相邻设置，根据所述第二多对极磁体的磁极信号输出第二组检测信号。通过4个线性霍尔元件，实现编码器的绝对角度检测，解决开关霍尔元件的数量问题。

Description

编码器及编码器绝对角度的检测方法

技术领域

本申请涉及编码器技术领域，具体涉及一种编码器及编码器绝对角度的检测方法。

背景技术

目前工控领域的高精度伺服平台广泛采用的角位移传感器有旋转变压器、光电编码器和磁电编码器。磁电编码器主要由永磁体和磁敏元件组成。磁敏元件能够通过霍尔效应或磁阻效应感应由永磁体旋转运动造成的空间磁场变化，且能将这一磁场变化转化为电压信号的变化，并能通过后续的信号处理***达到对旋转部件角位移检测的目的。相比旋转变压器和光电编码器，磁电编码器具有结构简单、耐高温、抗油污、抗冲击和体积小、成本低等优点，在小型化和恶劣环境条件的应用场所具有独特优势。

磁电编码器主要由磁信号发生结构和信号处理电路两部分组成，其中磁信号发生源称为磁体。根据磁体的磁极数的不同，磁电编码器可分为单对极磁电编码器和多对极磁电编码器。目前常用的多对极磁电编码器主要有以下几种：一种是单对极与多对极的组合式磁电编码器，一种是内外环永磁体极对数相差1的游标卡尺式磁电编码器。以上两种多对极磁电编码器通过4个线性霍尔元件，采集原始的磁场信号。但在应用过程中，单对极永磁体的应力特性和磁场特性要求，导致组合式编码器的角度测量方法不适用于轴向直径大的场合。而极对数相差1的限制条件，又导致了编码器的应用情况受限。例如，多对极磁电编码器的原始误差需要限定在一定的范围内，极对数相差1的限制条件使得该要求难以满足。

除此之外，还有一种磁电编码器是采用内外环极对数互质的双多对极的永磁体，采用两个线性霍尔测量单周期角度，若干个开关霍尔测量磁极的位置。该编码器能够应用于轴向尺寸较小、径向尺寸较大的工作情况，而且在提高精度的基础上扩大了磁电编码器的应用范围。

发明内容

基于此，本申请提供了一种编码器，采用采用内、外环磁极数互质的多对极磁体和4个线性霍尔传感器，即可实现编码器的绝对角度计算。

根据本申请的第一方面，提供一种编码器，包括：

同轴环形设置的第一多对极磁体以及第二多对极磁体，其中，

所述第一多对极磁体包括m对磁极，所述第二多对极磁体包括n对磁极，m和n为大于2的自然数且彼此互质；

第一组霍尔元件，包括第一线性霍尔传感器和第二线性霍尔传感器，与所述第一多对极磁体相邻设置，并根据所述第一多对极磁体的磁极信号输出第一组检测信号；

第二组霍尔元件，包括第三线性霍尔传感器和第四线性霍尔传感器，与所述第二多对极磁体相邻设置，根据所述第二多对极磁体的磁极信号输出第二组检测信号。

根据本申请的一些实施例，所述第一线性霍尔传感器和第二线性霍尔传感器的输出信号相位相差90度。

根据本申请的一些实施例，所述第三线性霍尔传感器和第四线性霍尔传感器的输出信号相位相差90度。

根据本申请的一些实施例，所述第一线性霍尔传感器和第三线性霍尔传感器在一端对齐。

根据本申请的一些实施例，所述第一多对极磁***于外环，所述第二多对极磁***于内环，m大于n。

根据本申请的一些实施例，m和n为质数。

根据本申请的一些实施例，所述第一多对极磁体设置为磁化方向与环的径向或轴向一致。

根据本申请的一些实施例，所述第二多对极磁体设置为磁化方向与环的径向或轴向一致。

根据本申请的第一方面，提供一种编码器绝对角度的检测方法，应用于上述的编码器，包括：

通过第一组霍尔元件或第二组霍尔元件分别获得第一组检测信号或第二组检测信号；

对所述第一组检测信号或第二组检测信号进行角度解算获得第一角度值或第二角度值；

根据所述第一多对极磁体的磁极对数m、所述第二多对极磁体的磁极对数n、所述第一角度值、所述第二角度值，确定所述第一角度值对应的磁极区间；

根据所述磁极区间、所述第一多对极磁体的磁极对数m、所述第一角度值计算编码器的绝对角度。

根据本申请的一些实施例，对所述第一组检测信号或第二组检测信号进行角度解算获得第一角度值或第二角度值，包括：

对所述第一组检测信号或第二组检测信号进行A/D转换获得第一组电压值或第二组电压值；

根据所述第一组电压值或第二组电压值中电压值的正负性及数值大小，获得所述第一组检测信号或第二组检测信号所在的角度区间；

根据所述角度区间，对第一组电压值或第二组电压值采用反正切算法获得第一角度值或第二角度值。

根据本申请的一些实施例，根据所述第一多对极磁体的磁极对数m、所述第二多对极磁体的磁极对数n、所述第一角度值、所述第二角度值，确定所述第一角度值对应的磁极区间，包括：

根据所述第一多对极磁体的磁极对数m和所述第二多对极磁体的磁极对数n，确定磁极位置特征值的一组理论值；

根据所述第一多对极磁体的磁极对数m、所述第二多对极磁体的磁极对数n、所述第一角度值和所述第二角度值，获得磁极位置特征计算值；

将所述磁极位置特征计算值与一组理论值进行对比，获得磁极位置特征值；

根据所述磁极位置特征值，计算所述磁极区间。

根据本申请的一些实施例，根据所述第一多对极磁体的磁极对数m、所述第二多对极磁体的磁极对数n、所述第一角度值和所述第二角度值，获得磁极位置特征计算值，包括：

按照以下公式计算磁极位置特征计算值，

其中，θ_i'为实际测量获得的第一角度值，θ_j'为实际测量获得的第二角度，m为所述第一多对极磁体的磁极对数，n为所述第二多对极磁体的磁极对数。

根据本申请的一些实施例，将所述磁极位置特征计算值与一组理论值进行对比，获得磁极位置特征值，包括：

对所述一组理论值进行区间扩展，获得一组理论值区间；

将所述一组理论值区间中包含所述磁极位置特征值的区间对应的理论值作为磁极位置特征值。

根据本申请的一些实施例，对所述一组理论值进行区间扩展，获得一组理论值区间，包括：

按照以下公式进行区间扩展，

其中，λ_i为磁***置特征理论值。

根据本申请的一些实施例，根据所述磁极区间、所述第一多对极磁体的磁极对数m、所述第一角度值计算编码器的绝对角度，包括：

按照以下公式计算所述绝对角度，

θ＝(N_i-1)×360°/m+θ_i/m

其中，θ为编码器的绝对角度值；θ_i为第一组线性霍尔测得的第一角度值；N_i为θ_i所处的磁极区间；m为第一多对极磁体的磁极对数m。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图，而并不超出本申请要求保护的范围。

图1示出本申请示例实施例的编码器结构立体图。

图2示出本申请示例实施例的编码器结构平面图。

图3示出本申请示例实施例的绝对角度检测方法流程图。

图4示出编码器中线性霍尔传感器信号检测原理图。

图5示出本申请示例实施例的线性霍尔元件检测信号位置示意图。

图6示出本申请示例实施例的内外磁极位置意图。

图7示出本申请示例实施例的磁极位置特征理论值取值数量示意图。

图8示出本申请示例实施例的磁极位置特征计算值分布示意图。

图9示出本申请示例实施例的磁极位置特征计算值分布区间示意图。

图10示出本申请示例实施例的绝对角度计算过程示意图。

具体实施方式

下面将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例。提供这些实施例是为使得本申请更全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本申请的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本申请的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本申请的各方面。

应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二等来描述各种组件，但这些组件不应受这些术语限制。这些术语乃用以区分一组件与另一组件。因此，下文论述的第一组件可称为第二组件而不偏离本申请概念的教示。如本文中所使用，术语“及/或”包括相关联的列出项目中的任一个及一或多者的所有组合。

本领域技术人员可以理解，附图只是示例实施例的示意图，可能不是按比例的。附图中的模块或流程并不一定是实施本申请所必须的，因此不能用于限制本申请的保护范围。

现有的内外环极对数互质多对极磁电编码器中，需要采用两个线性霍尔元件测量单周期角度，采用若干个开关霍尔元件来判断磁极区间。本发明人发现，所述编码器结构在使用过程中，在永磁体极对数较多的情况下，需要用到数量较多的开关霍尔元件。因此，所述编码器结构无法在环形永磁体极对数数量特别多的情况下应用。

为了解决上述问题，本申请提供一种磁电编码器，使用内外环极对数互质的多对磁极和四个线性霍尔元件，实现绝对角度的检测，从而适用于环形永磁体极对数数量特别多的场景。以下将结合附图详细介绍本申请的技术方案。

图1示出本申请示例实施例的编码器结构立体图。

图2示出本申请示例实施例的编码器结构平面图。

如图1、图2所示，本申请提供一种编码器100，包括：在第一空间平面内同轴环形设置的第一多对极磁体110以及第二多对极磁体120。第一多对极磁体110包括m对磁极，第二多对极磁体120包括n对磁极，m和n为大于2的自然数且彼此互质。例如，根据一些实施例，m和n为质数。如图1、2所示，本实施例中，m为5，n为3，但本申请不限于此。

根据本申请的示例实施例，第一多对极磁体110位于外环，所述第二多对极磁体120位于内环，第一多对极磁体110的对极数目m大于第二多对极磁体120的对极数目n。这是因为外环的直径要大于内环直径，为了使磁体尺寸均匀，外环磁体的数目要大于内环磁体的数目。

根据本申请的一些实施例，第一多对极磁体110可以设置为磁化方向与环的径向或轴向一致。在图1、2所示的实施例中，第一多对极磁体110的磁化方向设置为轴向。第二多对极磁体120也可设置为磁化方向与环的径向或轴向一致。图1、2所示的实施例中，第二多对极磁体120的磁化方向设置为轴向。磁化方向不限于此，也可以将第一多对极磁体110的磁化方向设置为径向、第二多对极磁体120的磁化方向设置为轴向，或者将第一多对极磁体110、第二多对极磁体120的磁化方向均设置为径向，本申请对此不作限制。

第一多对极磁体110、第二多对极磁体120均可由多个磁对极粘连形成，但不限于此。根据本申请的实施例，磁体可以采用钕铁硼永磁材料制成，多个磁体可贴附基板上，或直接贴附在例如转轴端部。根据一些实施例，多个磁体可设置在支撑板上。支撑板可为环形结构，沿其内孔圆周法向方向可设置第二多对极磁体120。所述第一多对极磁体110固定在支撑板的环形表面。固定方式可以为胶接。

如图1、2所示，编码器100还包括第一组霍尔元件和第二组霍尔元件，用于检测多对极磁体产生的此型号。第一组霍尔元件，包括第一线性霍尔传感器111和第二线性霍尔传感器112，与所述第一多对极磁体110相邻设置，并根据所述第一多对极磁体110的磁极信号输出第一组检测信号。第一线性霍尔传感器111和第二线性霍尔传感器112的输出信号相位相差90度。

第二组霍尔元件，包括第三线性霍尔传感器121和第四线性霍尔传感器122，与所述第二多对极磁体120相邻设置，根据所述第二多对极磁体120的磁极信号输出第二组检测信号。第三线性霍尔传感器121和第四线性霍尔传感器122的输出信号相位相差90度。根据一些实施例，在上述编码器结构中，所述第一线性霍尔传感器111和第三线性霍尔传感器121在一端对齐。

图3示出根据本申请示例实施例的编码器绝对角度检测方法流程图。

本申请还提供一种上述编码器绝对角度的检测方法，包括：

在步骤S310，通过第一组霍尔元件或第二组霍尔元件分别获得第一组检测信号或第二组检测信号。

在本申请提供的编码器包括内环、外环两组磁极对数互质的多对极磁体，两组磁体同轴心的安装在电机转轴上，并采用隔离手段进行隔离，以防止产生磁场耦合。两组磁体周围的磁场在圆周方向上呈现为正弦分布。分别与内、外环多对极磁体对应设置的第一组霍尔元件、第二组霍尔元件中的两个线性霍尔传感器以90°电角度的夹角布置。下面结合图4、5介绍两个线性霍尔传感器检测一组多对极磁体磁信号的原理。

图4示出编码器中线性霍尔传感器信号检测原理图。

图5示出本申请示例实施例的线性霍尔元件检测信号位置示意图。

磁体随着转轴旋转一周，其所在空间的任意一点的磁场变化是有规律的，利用两个位置相差90°的线性霍尔传感器可以将这一变化转换成正、余弦电信号，且该电信号变化频率与磁极旋转的频率相同。如图4、5所示，对于3对极的一组多对极磁体而言，磁极旋转一周，线性霍尔传感器A、B分别检测到了三个周期的正、余弦信号，即一组检测信号。通过外环设置的第一组霍尔元件可获得第一组检测信号。通过内环设置的第二组霍尔元件可获得第二组检测信号。

在步骤S320，对所述第一组检测信号或第二组检测信号进行角度解算获得第一角度值或第二角度值。

应用线性霍尔传感器得到了正、余弦信号后，通过A/D转换电路可以得到一定位数的数字电压值。即，对第一组检测信号或第二组检测信号进行A/D转换获得第一组电压值或第二组电压值。而此时的数字电压值虽然与编码器的测量角度值有一定关系，但并不是编码器的测量角度值，还需要进行角度解算。

对每一组磁极的信号而言，两个霍尔传感器在空间上的位置相差90°，使得两个霍尔传感器输出的正余弦信号在相位上相差90°。此时即可将相位超前的信号认为是正弦信号，将相位滞后的信号认为是余弦信号。用正弦信号除以余弦信号即可得到该点信号的正切值，随后对该正切值进行反正切处理，即可得到该点位置的实际角度值。

由于正切函数的区间为[-90°，90°]，直接按照上述过程进行角度解算将会导致角度解算的区间错误。因此需要通过分区间的方法来解决区间错误问题，即，根据所述第一组电压值或第二组电压值中电压值的正负性及数值大小，获得所述第一组检测信号或第二组检测信号所在的角度区间。

以一组磁极的角度解算为例，可以将该一组磁极的360°以45°为间隔划分为8个等长度的区间。通过判断两个线性霍尔元件的检测的电压值大小和正负性，来判断此时的霍尔信号所处的位置，分区间反正切算法的实现原理如下表所示。分区间反正切算法的进行角度解算的实现原理如表1所示。其中的VA、VB为相位相差90°的线性霍尔检测信号。

表1 角度区间的划分

通过以上的角度区间的划分，就可以实现霍尔元件采集的信号到角度信号的转化，并且转化后的角度区间范围为[0°，360°]。

对于本申请的编码器而言，根据第一组电压值、第二组电压值中电压值的正负性及数值大小，可以获得第一组检测信号、第二组检测信号所在的角度区间。根据角度区间，就可以按照表1对第一组电压值或第二组电压值采用反正切算法获得第一角度值或第二角度值。

在角度测量的过程中，两组多对极磁体随着转轴进行转动，线性霍尔元件保持静止，用于接收磁极在旋转过程中产生的变化的磁场信号。线性霍尔的感应信号通过上述反正切查表法处理，可以获得测量磁体的单个磁极周期的角度值。在确定了单周期的角度值后，需要确定所述角度值所处的磁极区间，才能获得编码器检测的绝对角度值。

在本申请提供的编码器绝对角度检测方法中，根据两组磁体之间的相对位置关系来识别测量角度所在的磁极区间。对于两组多对极磁体，可以将磁极对数多的第一多对极磁体作为测量磁体，将磁极对数少的第二多对极磁体作为参考磁体。绝对角度值的计算可以按照以下公式进行：

θ＝(N_i-1)×360°/m+θ_i/m (1)

其中：θ为编码器输出的绝对角度值；θ_i为测量磁体极线性霍尔元件测得的单周期角度值；N_i为θ_i所处的磁极区间；m为测量磁体的磁极对总数。

对于图6中所示的编码器，内外两组磁体的起始磁极安装位置存在角度差θ_x，则编码器输出的绝对角度值还可以表示为：

θ＝(N_j-1)×360°/n+θ_j/n+θ_x (2)

其中：θ为编码器输出的绝对角度值；θ_j为参考磁体线性霍尔元件测得的单周期角度值；N_j为θ_j所处的磁极区间；n为参考磁体的磁极对总数。

在获得第一角度值或第二角度值的基础上，确定其对应的磁极区间，就可以按照公式(1)或(2)计算出绝对角度值。

在步骤S330，根据所述第一多对极磁体的磁极对数m、所述第二多对极磁体的磁极对数n、所述第一角度值、所述第二角度值，确定所述第一角度值对应的磁极区间。

当测量磁体上的线性霍尔元件测得相同单周期角度时，对应参考磁体上的线性霍尔测得的两次单周期角度不同，由此可以分辨测量磁极当前所在的磁极对数即磁极区间。对于本申请提供的编码器磁体结构，在测量磁体和参考磁体的磁极对数m、n的最大公约数为1，即互质的情况下，测量磁体的每一对极都有与之对应的不重复的参考磁极部分。下面通过反证法来证明。

假设存在正整数N_i1,N_i2,N_j1,N_j2,N_i1≠N_i2，使下式成立：

其中θ_i为测量磁极线性霍尔元件测得的单周期角度值，N_i1,N_i2∈[1,m]、为两次测得θ_i所对应的测量磁极区间；θ_j为参考磁极线性霍尔测得的单周期角度值，N_j1,N_j2∈[1,n]、为两次测得θ_j所对应的参考磁极区间；θ_x为两组磁极中一对磁极起点的安装角度差。

将公式(3)中的两式相减，可得：

由于m、n互质，且N_i1-N_i2∈[1,m-1]，因此公式(4)恒不成立，即，公式(3)恒不成立。

由公式(4)进一步可得：

公式(5)对于任意不同的N_i以及其相对应的N_j，均不成立。即，对于不同的测量磁极对以及相对应的参考磁极对，公式5不成立。由此可以证明，当测量磁极上的线性霍尔元件测得相同单周期角度时，对应参考磁极上的线性霍尔元件测得的两次单周期角度不同。这样就可以通过测量磁极和参考磁极之间的位置关系来分辨测量磁极当前所在的磁极区间。

由公式(1)和公式(2)变形可得：

设

并将其定义为磁极位置特征值。由公式(6)可以看出，当参考磁极与测量磁极不变时，磁极位置特征值不变。当其中至少一个变化时，磁极位置特征值也将变化，并且与其他磁极对应的值不同，否则等式(5)成立，与磁极对数互质的前提相矛盾。由此，可以通过计算磁极位置特征值来确定当前所在的磁极区间。

当θ_x≠0时，即内环、外环两组磁极的某对磁极起点不重合，也无法通过改变坐标起点使其重合时，磁极位置特征值λ共有m+n种不同的取值。如图7所示。

图7示出本申请示例实施例的磁极位置特征理论值取值数量示意图。

图7中，测量磁体为m对极，m取3，因此用3个方框来表示3对磁极的平面展开示意。参考磁体为n对极，n取2，将其进行平面展开后，相当于在3个方框中引入了2条竖线。由于θ_x≠0，因此，共有m+n+1条线将分成了m+n份。即，对于一组3对极磁体和一组2对极磁体的编码器而言，位置特征值共有5种不同的取值。依此类推，对于一组5对极磁体和一组3对极磁体的编码器而言，磁极位置特征值共有8种不同的取值。

在内、外环两组磁体安装完成后，θ_x的值已经确定，那么m+n种不同的取值就已经是定值了。根据第一多对极磁体的磁极对数m和第二多对极磁体的磁极对数n，就可以确定磁极位置特征值的一组理论值。以图6中所示的编码器结构为例，θ_x＝75°时，磁体的旋转方向为顺时针时，通过标定获得的磁极位置特征值和对应的磁极区间如表2所示。

表2λ值与测量磁极之间的对应关系

图8示出本申请示例实施例的磁极位置特征计算值分布示意图。

在使用上述编码器进行实际测量的过程中，由于编码器的单周期角度解算有误差，因此参考磁极与测量磁极的角度测量都存在随机误差。则实际通过计算获得的磁极位置特征计算值在当前磁极不变时，并不是一个定值。

假设外环磁极和内环磁极单周期角度解算的误差均为σ(σ＞0)。引入误差前磁极论位置特征理论值可表示为：

引入误差后，

可以将其定义为磁极位置特征计算值。

可以看出，由于误差的存在，λ的值由定值变为了值域

引入误差后，λ的值相当于在原来理论值的基础上进行了幅值为

的无规则波动，如图8所示。在这种情况下，若波动过大，将导致磁极判断区间重叠，从而导致位置特征值失效。

为了解决由于角度误差而导致的位置特征值失效问题，对所述一组理论值进行区间扩展，获得一组理论值区间。再将所述一组理论值区间中包含所述磁极位置特征计算值的区间对应的理论值作为磁极位置特征值。下面结合图8进行说明。

由于每一个判断区间的长度均为

要想不出现重叠的情况，λ值之间存在下列关系：

根据式(6)，磁极位置特征计算值的最小间距可以表示为：

对于任意N_i，式(5)均不成立，且N_i1,N_i2,N_j1,N_j2均为正整数，因此可以得到：

|n(N_i1-N_i2)-m(N_j1-N_j2)|_min≥1 (11)

将公式(11)式带入公式(9)中可以得到：

综上，以区间

对磁极位置特征值的一组理论值区间进行判别，可以解决位置特征值波动的情况，如图9所示。

在实际的检测过程中，按照以下公式计算磁极位置特征计算值λ^*：

其中，θ_i'为实际测量获得的第一角度值，θ_j'为实际测量获得的第二角度值，m为第一多对极磁体的磁极对数，n为第二多对极磁体的磁极对数。

计算得λ^*后，将所述磁极位置特征计算值与一组理论值区间P(i)进行对比，获得磁极位置特征值。例如，判断该λ^*属于集合区间P的第i个子区间P(i)。随后根据第i个子区间P(i)对应的理论值λ，通过表2中区域与磁极之间的对应关系，可以完成对磁极位置的识别，即根据磁极位置特征值，计算出磁极区间。

在步骤S340，根据所述磁极区间、所述第一多对极磁体的磁极对数m、所述第一角度值计算编码器的绝对角度。

在确定了单周期的角度值及该角度值所处的磁极区间后，即可根据公式(1)公式得到测量磁极上编码器检测的绝对角度值。

图10示出本申请示例实施例的绝对角度计算过程示意图。

如图10所示，按照上述方案，使用本申请提供的编码器，通过四个线性霍尔传感器分别解算出测量磁极和参考磁极的第一角度值θ_i和第二角度值θ_j后，进行绝对角度检测计算过程如下：

在步骤S101，输入第一多对极磁体的磁极对数m、第二多对极磁体的磁极对数n以及第一角度值θ_i和第二角度值θ_j，另k＝1(k代表循环判断次数)，k∈[1，m+n]。

在步骤S102，根据以下公式计算磁极位置特征值。

在步骤S103，将步骤S102中计算出的磁极位置特征值与磁极位置特征理论值区间P(k)进行比较。如果λ属于区间P(k)，则转入步骤S103。如果如果λ不属于区间P(k)，则将K＝K+1，再一次进行区间判断，直至找到λ所属的区间。

在步骤S104，根据λ所属区间P(i)对应的磁极位置特征理论值与磁极区间的对应关系(如表2所示)，确定磁极区间N_i。

在步骤S105，根据第一多对极磁体的磁极对数m、第一角度值θ_i、第二角度值θ_j、磁极区间N_i，按照以下公式计算绝对角度θ。

θ＝(N_i-1)×360°/m+θ_i/m。

本申请提供的编码器通过采用内外环磁极数互质的多对极磁体和4个线性霍尔元件，可以实现编码器的绝对角度计算，有效解决了使用两个线性霍尔元件、若干个开关霍尔元件进行绝对角度计算的应用限制问题。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明，而非限制本发明的范围。本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (15)

1.一种编码器，其特征在于，包括：

同轴环形设置的第一多对极磁体以及第二多对极磁体，其中，

所述第一多对极磁体包括m对磁极，所述第二多对极磁体包括n对磁极，m和n为大于2的自然数且彼此互质；

第一组霍尔元件，包括第一线性霍尔传感器和第二线性霍尔传感器，与所述第一多对极磁体相邻设置，并根据所述第一多对极磁体的磁极信号输出第一组检测信号；

第二组霍尔元件，包括第三线性霍尔传感器和第四线性霍尔传感器，与所述第二多对极磁体相邻设置，根据所述第二多对极磁体的磁极信号输出第二组检测信号。

2.根据权利要求1所述的编码器，其特征在于，所述第一线性霍尔传感器和第二线性霍尔传感器的输出信号相位相差90度。

3.根据权利要求2所述的编码器，其特征在于，所述第三线性霍尔传感器和第四线性霍尔传感器的输出信号相位相差90度。

4.根据权利要求3所述的编码器，其特征在于，所述第一线性霍尔传感器和第三线性霍尔传感器在一端对齐。

5.根据权利要求1所述的编码器，其特征在于，所述第一多对极磁***于外环，所述第二多对极磁***于内环，m大于n。

6.根据权利要求1所述的编码器，其特征在于，m和n为质数。

7.根据权利要求1所述的编码器，其特征在于，所述第一多对极磁体设置为磁化方向与环的径向或轴向一致。

8.根据权利要求7所述的编码器，其特征在于，所述第二多对极磁体设置为磁化方向与环的径向或轴向一致。

9.一种编码器绝对角度的检测方法，应用于权利要求1-8中任一项所述的编码器，包括：

通过第一组霍尔元件或第二组霍尔元件分别获得第一组检测信号或第二组检测信号；

对所述第一组检测信号或第二组检测信号进行角度解算获得第一角度值或第二角度值；

根据所述第一多对极磁体的磁极对数m、所述第二多对极磁体的磁极对数n、所述第一角度值、所述第二角度值，确定所述第一角度值对应的磁极区间；

根据所述磁极区间、所述第一多对极磁体的磁极对数m、所述第一角度值计算编码器的绝对角度。

10.根据权利要求9所述的检测方法，其特征在于，对所述第一组检测信号或第二组检测信号进行角度解算获得第一角度值或第二角度值，包括：

对所述第一组检测信号或第二组检测信号进行A/D转换获得第一组电压值或第二组电压值；

根据所述第一组电压值或第二组电压值中电压值的正负性及数值大小，获得所述第一组检测信号或第二组检测信号所在的角度区间；

根据所述角度区间，对第一组电压值或第二组电压值采用反正切算法获得第一角度值或第二角度值。

11.根据权利要求9所述的检测方法，其特征在于，根据所述第一多对极磁体的磁极对数m、所述第二多对极磁体的磁极对数n、所述第一角度值、所述第二角度值，确定所述第一角度值对应的磁极区间，包括：

根据所述第一多对极磁体的磁极对数m和所述第二多对极磁体的磁极对数n，确定磁极位置特征值的一组理论值；

根据所述第一多对极磁体的磁极对数m、所述第二多对极磁体的磁极对数n、所述第一角度值和所述第二角度值，获得磁极位置特征计算值；

将所述磁极位置特征计算值与一组理论值进行对比，获得磁极位置特征值；

根据所述磁极位置特征值，计算所述磁极区间。

12.根据权利要求11所述的检测方法，其特征在于，根据所述第一多对极磁体的磁极对数m、所述第二多对极磁体的磁极对数n、所述第一角度值和所述第二角度值，获得磁极位置特征计算值，包括：

按照以下公式计算磁极位置特征计算值，

其中，θ_i'为实际测量获得的第一角度值，θ_j'为实际测量获得的第二角度值，m为所述第一多对极磁体的磁极对数，n为所述第二多对极磁体的磁极对数。

13.根据权利要求11所述的检测方法，其特征在于，将所述磁极位置特征计算值与一组理论值进行对比，获得磁极位置特征值，包括：

对所述一组理论值进行区间扩展，获得一组理论值区间；

将所述一组理论值区间中包含所述磁极位置特征值的区间对应的理论值作为磁极位置特征值。

14.根据权利要求13所述的检测方法，其特征在于，对所述一组理论值进行区间扩展，获得一组理论值区间，包括：

按照以下公式进行区间扩展，

其中，λ_i为磁***置特征理论值。

15.根据权利要求10所述的检测方法，其特征在于，根据所述磁极区间、所述第一多对极磁体的磁极对数m、所述第一角度值计算编码器的绝对角度，包括：

按照以下公式计算所述绝对角度，

θ＝(N_i-1)×360°/m+θ_i/m

其中，θ为编码器的绝对角度值；θ_i为第一组线性霍尔测得的第一角度值；N_i为θ_i所处的磁极区间；m为第一多对极磁体的磁极对数m。

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