專利名稱:低速電機磁旋轉(zhuǎn)編碼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種低速電機用的編碼器，特別是一種通過感應(yīng)磁場變化來輸出差分波形進行高倍細(xì)分操作的低速電機磁旋轉(zhuǎn)編碼器。
背景技術(shù)：
低速電機的應(yīng)用領(lǐng)域極為廣闊，以其在低速運行場合非同一般的優(yōu)越性，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在建筑機械、石油化工、交通運輸、冶金礦山和起重機械等眾多領(lǐng)域。尤其是在電梯行業(yè)，電機低速運行的控制更是關(guān)系到電梯可靠性和舒適度的重要影響因素。而編碼器是數(shù)字式傳感器中最重要、最基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)之一，它是將機械運動中的轉(zhuǎn)速、位移、轉(zhuǎn)度等物 理量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字脈沖化信號的一類傳感器件。它與數(shù)字處理技術(shù)結(jié)合，可以實現(xiàn)快速、及時、準(zhǔn)確的檢測與控制。
低速電機的運行控制，首先要解決電機轉(zhuǎn)子位置的精確測量，速度越低對轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角變化信號要求就越高。通常這種情況下要采用高分辨率的旋轉(zhuǎn)編碼器，通過在低轉(zhuǎn)速時編碼器輸出盡可能多的脈沖來確定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角變化情況。但是高分辨率的碼盤價格比較昂貴，并且受技術(shù)條件的限制分辨率不可能做得很高。正余弦碼盤的應(yīng)用就很好的解決了這個問題，類似于脈沖式碼盤正交的方波信號，正余弦編碼器每圈重復(fù)發(fā)出許許多多個周期的正交的正余弦信號，實質(zhì)上這也是一種增量式編碼器。然后通過對正余弦信號的高倍率細(xì)分技術(shù)，可以使正余弦編碼器獲得比原始信號周期更為細(xì)密的檢測分辨率，比如2048線的正余弦編碼器經(jīng)2048細(xì)分后，就可以達到每轉(zhuǎn)400多萬線的檢測分辨率，能夠很好的適應(yīng)低速電機的控制要求。
目前應(yīng)用的高精度旋轉(zhuǎn)編碼器多為光電正余弦編碼器，輸出精度達到25位以上，即225=33554432線的檢測分辨率。光電編碼器體積小，精度和分辨率高，壽命長，安裝隨意，接口形式豐富，技術(shù)成熟，已在國內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用；但光電編碼器是通過在碼盤上刻線來計算精度，所以精度越高，碼盤就會越大，編碼器體積也會越大，并且精度不是連續(xù)的，對戶外及惡劣環(huán)境下使用提出了較高的保護要求，內(nèi)部的玻璃碼盤耐污染和抗震性都不高。而磁編碼器是近年來發(fā)展起來的一種新型速度、位置檢測數(shù)字傳感器。磁編碼器通過磁阻元件或霍爾元件檢測磁通變化來輸出所需要的數(shù)字或模擬量。磁編碼器替代了傳統(tǒng)的碼盤，彌補了光電編碼器的一些缺陷，更具抗震、耐腐蝕、耐污染、轉(zhuǎn)速高，響應(yīng)速度快，性能可靠高、結(jié)構(gòu)更簡單，體積更小等優(yōu)點，只是目前的精度比光電編碼器稍差。
據(jù)相關(guān)文獻報導(dǎo)，如公開號為CN101201257A的“磁性旋轉(zhuǎn)編碼器”,公開了一種磁性編碼器結(jié)構(gòu)，磁鐵置于轉(zhuǎn)軸頂端隨著編碼器的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，電路板和磁感應(yīng)元件也置于編碼器轉(zhuǎn)軸頂端與磁鐵相對，磁感應(yīng)元件通過感應(yīng)編碼器旋轉(zhuǎn)時磁場角度的變化來輸出變化的波形，從而確定編碼器的轉(zhuǎn)速與位置。由于在轉(zhuǎn)軸頂端的磁鐵只有一對N、S極，在磁感應(yīng)元件處的磁場方向每轉(zhuǎn)只產(chǎn)生一個周期性變化，所以相對于光電正余弦編碼器的每轉(zhuǎn)2048個正余弦脈沖來說，要達到相同的解析精度對后續(xù)電路的設(shè)計和解析增加了很大的難度。如公開號為CN1666088A的“具有兩個磁軌跡的角位移編碼器”，公開了幾種通過感應(yīng)編碼器旋轉(zhuǎn)時磁場角度的變化來輸出波形的磁編碼器，其通過增加磁極對數(shù)的方法來增加每圈輸出的周期波形的個數(shù)，但因每個周期波形內(nèi)磁場方向變化的角度范圍比前述“磁性旋轉(zhuǎn)編碼器”要小，故在增加磁極對數(shù)的同時，磁鐵設(shè)計和加工的難度以及磁鐵的體積都會大大的增加。如 公開號為CN1834587A的“絕對式多圈磁編碼器”，公開了一種絕對位置磁編碼器，它是通過在金屬碼盤上按照一定編碼方式刻槽，利用磁敏元件檢測碼盤所處的位置。由于受碼盤的編碼方式和所選用的開關(guān)型磁敏元件的約束，所以該編碼器的解析精度完全取決于其碼盤的精度，無法像正余弦編碼器那樣對脈沖進行細(xì)分處理；即使是同樣精度的光電編碼器和磁編碼器碼盤，那么磁編碼器的體積和處理難度也會大很多。如公開號為CN1871500A的“磁性編碼器設(shè)備及致動器”，公開了一種磁旋轉(zhuǎn)編碼器，永磁體為內(nèi)部中空環(huán)狀，作為轉(zhuǎn)子與編碼器轉(zhuǎn)軸同步轉(zhuǎn)動，磁場方向為編碼器轉(zhuǎn)軸的徑向上，磁感應(yīng)元件固定于定子上，每相位差為90°位置固定一個，由于在轉(zhuǎn)軸頂端的磁鐵只有一對N、S極,在磁感應(yīng)元件處的磁場方向每轉(zhuǎn)只產(chǎn)生一個周期性變化，相對于光電正余弦編碼器的每轉(zhuǎn)2048個正余弦脈沖來說，要達到相同的解析精度對后續(xù)電路的設(shè)計和解析增加了很大的難度。如公開號為CN101046394A的“一種高精度磁編碼器用磁鼓的制備方法”,公開了一種用磁鼓的制備方法制作的高精度磁編碼器，正余弦脈沖線數(shù)可以達到102Γ2500，但因磁編碼器的精度在很大程度上由磁鼓的精度決定，故加工程序和處理工藝較復(fù)雜。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的是提供一種低速電機磁旋轉(zhuǎn)編碼器，解決了現(xiàn)有磁編碼器存在磁路、磁鐵的設(shè)計與加工制造難度大等問題，其結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，只應(yīng)用一對磁極，制作容易，體積小，降低了原料與加工的成本，通過改變磁路中氣隙的大小來改變磁場強度，提高分辨率，測量快速、精確。
本實用新型所采用的設(shè)計方案是該低速電機磁旋轉(zhuǎn)編碼器包括同軸固定于低速電機軸上的編碼器轉(zhuǎn)軸，組成編碼器磁路的導(dǎo)磁碼盤、軛鐵、永磁體及氣隙，其技術(shù)要點是所述編碼器轉(zhuǎn)軸與導(dǎo)磁碼盤同軸固定連接在一起，軛鐵由第一軛鐵和第二軛鐵構(gòu)成，永磁體置于第一、第二軛鐵之間，導(dǎo)磁碼盤外沿與第一軛鐵的圓弧形軛鐵內(nèi)壁之間的間隙形成磁路中的第一氣隙，導(dǎo)磁碼盤側(cè)面與第二軛鐵端面之間的間隙形成磁路中的第二氣隙，導(dǎo)磁碼盤外沿是在導(dǎo)磁碼盤外沿基圓基礎(chǔ)上疊加正弦波形組合而成的，磁感應(yīng)霍爾元件組件由第一、第二、第三、第四磁感應(yīng)霍爾元件構(gòu)成，各磁感應(yīng)霍爾元件分別固定在圓弧形的第一軛鐵內(nèi)壁上，位于第一氣隙中，相鄰兩個磁感應(yīng)霍爾兀件的相位差相等，相位差為導(dǎo)磁碼盤外沿的一個正弦波的1/4。
所述導(dǎo)磁碼盤外沿基圓的圓心與編碼器轉(zhuǎn)軸的軸心為同心，編碼器轉(zhuǎn)軸與導(dǎo)磁碼盤同軸固定連接在一起。
所述第一軛鐵的圓弧形軛鐵內(nèi)壁弧形中心與編碼器轉(zhuǎn)軸的軸心為同心。
所述第一氣隙大于第二氣隙。
本實用新型具有的優(yōu)點及積極效果是由于本實用新型軛鐵由第一軛鐵和第二軛鐵構(gòu)成，永磁體置于第一、第二軛鐵之間，使永磁體的磁力封閉于磁路內(nèi)，由第一、第二、第三、第四磁感應(yīng)霍爾元件構(gòu)成的磁感應(yīng)霍爾元件組件，固定在圓弧形的第一軛鐵內(nèi)壁上，位于第一氣隙中，相鄰兩個磁感應(yīng)霍爾元件的相位差相等，所以其結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，它有別于一般的磁編碼器設(shè)計，不通過增加磁極對數(shù)的方式來增加每轉(zhuǎn)輸出的脈沖個數(shù)，而是通過改變磁路中的總氣隙來改變磁感應(yīng)霍爾元件處的場強大小。當(dāng)編碼器轉(zhuǎn)動時，磁路中氣隙的大小隨著碼盤外沿的變化呈周期性變化，使磁感應(yīng)霍爾元件處的磁場場強也隨之呈周期性變化，通過差分，查表等操作可以將一個周期內(nèi)磁感應(yīng)霍爾元件輸出的電壓波形進行細(xì)分，將一個周期的波形細(xì)分為若干份，達到增加編碼器線數(shù)與精度的作用，這不僅可以提高分辨率，實現(xiàn)測量快速、精確，而且整個磁路中的總磁力卻不變。因只需要將一對N、S極的永磁體置于磁路內(nèi)，故制作容易，體積小，這樣就避免了多對極永磁體的設(shè)計和加工難度，降低了原料與加工的成本?，F(xiàn)有多對極永磁體的精度由機械加工、每對極永磁體的磁力大小、分布等因素共同決定，而本實用新型整個編碼器的精度基本上有碼盤的加工精度決定，而碼盤的加工精度是由機械加工的精度決定，這樣就大大的降低了磁編碼器制作的難度，同時又不降低磁編碼器的輸出精度，提供了一種低速電機用的理想的磁編碼器。


下面結(jié)合附圖對本實用新型進一步說明。圖I是本實用新型的一種結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是圖I的側(cè)視圖。
圖中序號說明1第一氣隙、2第二氣隙、3永磁體、4第一軛鐵、5第二軛鐵、6導(dǎo)磁碼盤、7編碼器轉(zhuǎn)軸、8磁感應(yīng)霍爾元件組件、9軛鐵內(nèi)壁、10導(dǎo)磁碼盤外沿、11基圓、12第一磁感應(yīng)霍爾元件、13第二磁感應(yīng)霍爾元件、14第三磁感應(yīng)霍爾元件、15第四磁感應(yīng)霍爾元件。
具體實施方式
根據(jù)圖I 2詳細(xì)說明本實用新型的具體結(jié)構(gòu)。該低速電機磁旋轉(zhuǎn)編碼器包括同軸固定于低速電機軸上的編碼器轉(zhuǎn)軸7，組成編碼器磁路的導(dǎo)磁碼盤6、軛鐵、永磁體3及氣隙等。其中編碼器轉(zhuǎn)軸7與導(dǎo)磁碼盤6同軸固定連接在一起，軛鐵由第一軛鐵4和第二軛鐵5構(gòu)成,永磁體3置于第一、第二軛鐵4、5之間。導(dǎo)磁碼盤外沿10與第一軛鐵4的圓弧形軛鐵內(nèi)壁9之間的間隙形成磁路中的第一氣隙I，第一軛鐵4的圓弧形軛鐵內(nèi)壁9弧形中心與編碼器轉(zhuǎn)軸7的軸心為同心。導(dǎo)磁碼盤6側(cè)面與第二軛鐵5端面之間的間隙形成磁路中的第二氣隙2，其中第一氣隙I大于第二氣隙2，使得整個磁路的氣隙基本由第一氣隙I決定。導(dǎo)磁碼盤外沿10是在導(dǎo)磁碼盤外沿基圓11基礎(chǔ)上疊加正弦波形組合而成的。磁感應(yīng)霍爾元件組件8由第一磁感應(yīng)霍爾元件12、第二磁感應(yīng)霍爾元件13、第三磁感應(yīng)霍爾元件14、第四磁感應(yīng)霍爾元件15構(gòu)成。各磁感應(yīng)霍爾元件分別固定在第一氣隙I中，固定于圓弧形的第一軛鐵內(nèi)壁9上，位于第一氣隙I中。相鄰兩個磁感應(yīng)霍爾元件的相位差相等，相位差為導(dǎo)磁碼盤外沿10的一個正弦波的1/4，即一個正弦波的90度相位，所以第一、第三磁感應(yīng)霍爾元件12、14，第二、第四磁感應(yīng)霍爾元件13、15的相位差為180度，可以構(gòu)成差分信號進行傳輸。導(dǎo)磁碼盤外沿基圓11的圓心與編碼器轉(zhuǎn)軸7的軸心為同心，編碼器轉(zhuǎn)軸7與導(dǎo)磁碼盤6同軸固定連接在一起，編碼器轉(zhuǎn)軸7固定連接在電機軸上。編碼器轉(zhuǎn)軸7轉(zhuǎn)動帶動導(dǎo)磁碼盤6與電機同步轉(zhuǎn)動。第一軛鐵4、第二軛鐵5、永磁體3和各磁感應(yīng)霍爾元件固定不動。當(dāng)電機轉(zhuǎn)動時，第一氣隙I中的每個磁感應(yīng)霍爾元件的變化，是在基礎(chǔ)氣隙的基礎(chǔ)上呈正弦規(guī)律，導(dǎo)磁碼盤外沿10到軛鐵內(nèi)壁9的磁場強度差為永磁體兩極的磁場強度差A(yù)i是保持不變的，第一氣隙I中單位距離的磁場強度差等于M除以第一氣隙I的大小，所以磁感應(yīng)霍爾元件12、13、14、15各處的磁場強度與該點的氣隙大小成反比規(guī)律變化。差分處理后可以產(chǎn)生相位差為90度的兩路正余弦脈沖信號，通過求商、查表等操作可以將一周期內(nèi)的正余弦信號細(xì)分出多個位置，達到正余弦編碼器的細(xì)分目的。
本實用新型提供的磁旋轉(zhuǎn)編碼器的精度只與導(dǎo)磁碼盤外沿10與軛鐵內(nèi)壁9的加工精度有關(guān)，通過磁旋轉(zhuǎn)編碼器所需要的精度和機械加工精度可以得出所需要周期波形個數(shù)，以滿足低速電機所需要分辨率精度。
權(quán)利要求
1.一種低速電機磁旋轉(zhuǎn)編碼器,包括同軸固定于低速電機軸上的編碼器轉(zhuǎn)軸，組成編碼器磁路的導(dǎo)磁碼盤、軛鐵、永磁體及氣隙，其特征在于所述編碼器轉(zhuǎn)軸與導(dǎo)磁碼盤同軸固定連接在一起，軛鐵由第一軛鐵和第二軛鐵構(gòu)成，永磁體置于第一、第二軛鐵之間，導(dǎo)磁碼盤外沿與第一軛鐵的圓弧形軛鐵內(nèi)壁之間的間隙形成磁路中的第一氣隙，導(dǎo)磁碼盤側(cè)面與第二軛鐵端面之間的間隙形成磁路中的第二氣隙，導(dǎo)磁碼盤外沿是在導(dǎo)磁碼盤外沿基圓基礎(chǔ)上疊加正弦波形組合而成的，磁感應(yīng)霍爾元件組件由第一、第二、第三、第四磁感應(yīng)霍爾元件構(gòu)成，各磁感應(yīng)霍爾元件分別固定在圓弧形的第一軛鐵內(nèi)壁上，位于第一氣隙中，相鄰兩個磁感應(yīng)霍爾元件的相位差相等，相位差為導(dǎo)磁碼盤外沿的一個正弦波的1/4。
2.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的低速電機磁旋轉(zhuǎn)編碼器，其特征在于所述導(dǎo)磁碼盤外沿基圓的圓心與編碼器轉(zhuǎn)軸的軸心為同心，編碼器轉(zhuǎn)軸與導(dǎo)磁碼盤同軸固定連接在一起。
3.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的低速電機磁旋轉(zhuǎn)編碼器，其特征在于所述第一軛鐵的圓弧形軛鐵內(nèi)壁弧形中心與編碼器轉(zhuǎn)軸的軸心為同心。
4.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的低速電機磁旋轉(zhuǎn)編碼器，其特征在于所述第一氣隙大于第二氣隙。
專利摘要
一種低速電機磁旋轉(zhuǎn)編碼器，解決了現(xiàn)有磁編碼器存在磁路、磁鐵的設(shè)計與加工制造難度大等問題，包括同軸固定于低速電機軸上的編碼器轉(zhuǎn)軸，組成編碼器磁路的導(dǎo)磁碼盤、軛鐵、永磁體及氣隙，其技術(shù)要點是編碼器轉(zhuǎn)軸與導(dǎo)磁碼盤同軸固定連接在一起，永磁體置于第一、第二軛鐵之間，導(dǎo)磁碼盤外沿由導(dǎo)磁碼盤外沿基圓上疊加正弦波形組成，磁感應(yīng)霍爾元件組件固定在圓弧形的第一軛鐵內(nèi)壁上，位于第一氣隙中，相鄰兩個磁感應(yīng)霍爾元件的相位差相等，相位差為導(dǎo)磁碼盤外沿的一個正弦波的1/4。其結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，只應(yīng)用一對磁極，制作容易，體積小，降低了原料與加工的成本，通過改變磁路中氣隙的大小來改變磁場強度，提高分辨率，測量快速、精確。
文檔編號H02K29/08GKCN202772773SQ201220462172
公開日2013年3月6日 申請日期2012年9月12日
發(fā)明者蘆迪, 唐立志, 盤宗仁, 隋舒杰 申請人:沈陽市藍光自動化技術(shù)有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan