专利名称：电机轴空心轴旋变编码器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种工业检测技术，更特别地说，是指适用于恶劣环境下的一种一体化 小型化网络化的电机轴空心轴旋变编码器，可用于轴角位置及速度的测量并带有高端接口 。
背景技术：
目前，应用最为广泛的轴角测量装置有光电轴编码器和电机轴编码器。光电轴角编码器， 以高精度的计量圆光栅为检测元件，通过光电转换将输入的角位置转换成相应的数字代码。 由于光电轴角编码器的核心检测元件为光电码盘，而光电码盘的材料主要有三种玻璃，塑
料，金属。玻璃质的码盘易碎，但是温度特性好；塑料质的码盘各方面性能都比较差，但价 格便宜；金属质的码盘温度特性差，对环境的要求比较高，极大地限制了光电编码器的应用 范围。根据光电编码器的刻度方法及信号输出形式可分为增量型编码器和绝对型编码器。增 量型编码器结构简单，制作容易。由于其给出的位置信息是增量式的，所以应用时需要初始 定位。绝对型编码器一般都做成循环二进制代码或格雷码，可直接输出转子的绝对位置，不 需要测定初始位置，但其工艺复杂，成本高，实现高分辨率、高精度较为困难。
电机轴编码器是基于感应电机的轴角测量装置，感应电机中最具有代表性的是旋转变压 器。旋转变压器是一种将转子转角变换成与之成某一函数关系的电信号的元件。原理上相当 于一个可以转动的变压器，结构上相当于一个两极两相线绕式异步电动机。旋转变压器的工 作原理决定了它具有自身独特的优点，比如适合在恶劣的环境下工作，如震动，灰尘，冲击， 高温，腐蚀等环境；适合在高转速及高加速度的情况下工作；在很宽的温度范围内具备高可 靠性，高精度以及高机械特性；具备高抗干扰特性；具备将模拟信号传输较长距离的特性等。 以上特点决定了旋转变压器具有很广泛的应用范围，而且还可应用在高精度、高可靠性及环 境非常恶劣的场合。由于旋转变压器的输出为正弦模拟信号，所以通常它不能单独使用，需 要外加信号处理电路才能将模拟信号转换成需要的数字信号。但已有的电机轴编码器的轴角-数字转换电路与旋转变压器是分体的，另外需要提供专门的激磁电源、多路直流电源，使得 电路复杂，体积大且价格昂贵，使用起来非常不方便。
就安装结构来说，由于电机轴实心轴旋变编码器与设备连接是分体连接，安装时必须有 编码器安装支架，软联结轴套，对编码器输入轴与设备输出轴连接有严格的同心度要求，尽 管可以作同心度调整，但是把任意方向的同心度调整到绝对同心是不可能的。而任意方向不 同心的安装误差都会造成编码器寿命缩短和损坏。对于实际应用而言，单纯的数字信号依旧不能直接与其他设备进行通信。例如很多工 业现场需要输出接口为SSI，或者是4一20MA的模拟输出，而其他的一些场合需要工业以 太网接口或者PROFIBUS-DP接口等。工业以太网、Profibus等现场总线在工业控制领域 应用很广泛。高智能化的生产企业都有着自己的局域网控制，如工业以太网，Profibus等。 而已有的分体式旋变编码器，需要另外配备这些高端接口，价格昂贵，使其应用受到了极大 的限制，越来越不能满足现代工业控制的要求。 发明内容
本实用新型的目的是提供一种结构简单新颍便于安装、高精度、高可靠性、宽应用范围、 带有高端接口的小型化、 一体化、网络化的电机轴空心轴旋变编码器。
本实用新型是一种用于轴角位置和速度测量的电机轴空心轴旋变编码器，所述的空心轴 旋变编码器以旋转变压器为轴角发送器，通过旋变变压器输出连接线与智能R/D转换板连 接，再通过长线传输驱动电缆将转换后的角位数据输出。旋转变压器的转子安装在编码器的 输入轴套上，定子和R/D智能转换板精密稳固的安装在编码器机座上，用机壳密封后组装为 完整的一体化空心轴旋变编码器。其所述空心轴旋变编码器在安装时可免除对同心度的要求。 安装时通过编码器输入轴套直接嵌入在设备输出轴上，然后用设备输出轴锁紧环锁紧编码器 输入轴套，这样就把编码器与设备组成为一体，不需要作同心度调整，而编码器力矩支架仅 起编码器支撑作用。
智能R/D转换板设有R/D (轴角-数字)解码芯片、D/A转换芯片、电源管理电路、电 气隔离芯片、长线传输驱动芯片、防反接电路、抗干扰电路、DSP芯片、SSI模块、工业以 太网模块、ProfiBus-DP模块和CAN总线模块组成。智能R/D转换板其功能包括高倍位 (10、 12、 14、 16位)轴角-数字解码并行输出、串行输出、模拟量4-20mA输出、现场 总线接口以及工业以太网输出。
本实用新型使用直流单电源工作方式，用于轴角位置和速度测量的优点在于
1. 适应恶劣的使用环境、高温、高湿、大的震动和冲击；
2. 解决了依赖外加复杂的励磁电源和多路直流电源问题；
3. 实现了一体化小型化网络化的设计；
4. 可有效防止电源反接而引起的模块损坏；
5. 结构简单、新颖，免除了安装时对同心度的要求；
6. 所述编码器即可作为绝对编码器使用，也可作为增量式编码器使用，还可作为轴角变 送器使用，可完全替代光电编码器。
图1是电机轴实心轴旋变编码器安装简4图2是电机轴空心轴旋变编码器的结构示意图； 图3是电机轴空心轴旋变编码器的左视图； 图4是智能R/D转换板的电路原理图。 图中
1.实心轴旋变编码器2.编码器输入轴 3.软联结轴套4.编码器安装支架 5.设备输出轴 6.编码器输入轴套7.旋转变压器 8.旋转变压器转子
9.旋转变压器定子 10.编码器机座 ll.连接线 12.编码器机壳
13.智能R/D转换板 14.设备输出轴锁紧环15.设备输出轴16.编码器力矩支架 17.长线传输驱动电缆18. R/D解码芯片 19. D/A转换芯片20.电源管理电路
21.长线传输驱动芯片22.电气隔离芯片 23.反接保护电路24.抗干扰电路
25. DSP芯片 26.工业以太网模块 27. ProfiBus-DP模块
28. CAN总线模块 29. SSI模块。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型做进一步的详细说明。
请参见图1所示，电机轴实心轴旋变编码器1与设备连接是分体连接，安装时必须有编 码器安装支架4来固定安装实心轴旋变编码器1，软联结轴套3用于将编码器输入轴2与设 备输出轴5进行连接，该种连接方式对编码器输入轴2与设备输出轴5的连接有严格的同心 度要求，尽管可以作同心度调整，但是把任意方向的同心度调整到绝对同心是不可能的。而 任意方向不同心的安装误差都会造成编码器寿命缩短和损坏。
请参见图2所示，电机轴空心轴旋变编码器包括编码器输入轴套6、旋转变压器7、旋 转变压器转子8、旋转变压器定子9、编码器机座10、连接线11、编码器机壳12、智能 R/D转换板13、设备输出轴锁紧环14、设备输出轴15、编码器力矩支架16和长线驱动输 出电缆17，该电机轴空心轴旋变编码器以旋转变压器7为轴角发送器，通过旋转变压器7 的输出连接线11与智能R/D转换板13连接，再通过长线传输驱动电缆17将转换后的角 位数据输出。旋转变压器的转子8安装在编码器的输入轴套6上，旋转变压器定子9和R/D 智能转换板13精密稳固的安装在编码器机座10上，用编码器机壳12密封后组装为完整的 一体化空心轴旋变编码器。安装时通过编码器输入轴套6直接嵌入在设备输出轴15上，然 后用设备输出轴锁紧环14锁紧编码器输入轴套6，这样就把空心轴旋变编码器与设备组成为 一体，而编码器力矩支架16仅起编码器支撑作用。所述的安装方式可免除对同心度的要求。 智能R/D转换板13给旋转变压器7提供正弦励磁电源，旋转变压器7在励磁电源的作用下， 所述旋转变压器定子9形成定子磁场，旋转变压器转子8上有两套相互正交的绕组，这两套 绕组结构完全相同，在这两个相互正交的绕组上分别感应出与旋转变压器的转角成正余弦关系的信号。该正余弦信号通过旋转变压器7的输出连接线11传给智能R/D转换板13，由 智能R/D转换板13将该正余弦信号转换为数字量并行、串行输出、模拟量4-20mA输出、
现场总线接口及工业以太网输出，以满足工业控制的各种需要。
请参见图4所示，智能R/D转换板13上设有R/D (轴角-数字)解码芯片18、 D/A 转换芯片19、电源管理电路20、长线传输驱动芯片21、 DSP芯片25、工业以太网模块 26、 ProfiBus-DP模块27、 CAN总线模块28和SSI模块29，此外还设有抗干扰电路24、 电气隔离芯片22和反接保护电路23。上述的所有芯片均为专用的集成芯片。R/D解码芯片 18为旋转变压器7提供励磁电源，所述R/D解码芯片18将来自旋转变压器7的正余弦信 号转换为数字信号；D/A转换芯片19将该数字信号转换成4-20mA的模拟量输出；长线传 输驱动芯片21可实现信号的长距离传输问题，并用于输出数字量为DO-D15并口输出和串 口输出；电气隔离芯片22则是为了防止电源和外界对电路的干扰；所述长线传输驱动芯片 21输出为数字量并口输出和串口输出；电源管理电路20为各集成芯片提供其所需的电源； 反接保护电路23及抗干扰电路24则是为电源管理电路20分提供反接保护和抗干扰的功能； DSP芯片25通过长线传输驱动芯片21的串口输出接收数字信号；DSP芯片25通过其外 扩总线与工业以太网模块26和ProfiBus-DP模块27相连接，实现现场总线与工业以太网 的接口输出；DSP芯片25与CAN总线模块28和SSI模块29相连，实现CAN总线输出 及同步串行接口的功能。从而实现一体化小型化网络化的设计，满足现代化工业控制和通讯 的需要。
权利要求1、一种电机轴空心轴旋变编码器，包括编码器输入轴套、旋转变压器、旋转变压器转子、旋转变压器定子、编码器机座、连接线、编码器机壳、智能R/D转换板、设备输出轴锁紧环、设备输出轴和长线驱动输出电缆；所述电机轴空心轴旋变编码器以旋转变压器为轴角发送器发出正余弦信号，通过旋转变压器的输出连接线与智能R/D转换板连接，智能R/D转换板将正余弦信号转换成数字信号，再通过长线传输驱动电缆将转换后的数字信号输出；旋转变压器的转子安装在编码器的输入轴套上，定子和R/D智能转换板安装在编码器机座上，编码器输入轴套直接嵌入在设备输出轴上，然后用设备输出轴锁紧环锁紧编码器输入轴套，用编码器机壳密封后组装为完整的一体化空心轴旋变编码器。
2、 根据权利要求1所述的一种电机轴空心轴旋变编码器，其特征在于旋变编码器通过一 个编码器力矩支架起到支撑的作用。
专利摘要本实用新型公开了一种电机轴空心轴旋变编码器，所述空心轴旋变编码器以旋转变压器为轴角发送器，通过旋变变压器输出连接线与智能R/D转换板连接，再通过长线传输驱动电缆将转换后的角位数据输出。旋转变压器的转子安装在编码器的输入轴套上，定子和R/D智能转换板精密稳固的安装在编码器机座上，用机壳密封后组装为完整的一体化空心轴旋变编码器。其特征为，所述空心轴旋变编码器在安装时可免除对同心度的要求。安装时通过编码器输入轴套直接嵌入在设备输出轴上，然后用设备输出轴锁紧环锁紧编码器输入轴套，这样就把编码器与设备组成为一体，而编码器力矩支架仅起编码器支撑作用。
文档编号G01D5/12GK201378060SQ20092010733
公开日2010年1月6日 申请日期2009年4月15日 优先权日2009年4月15日
发明者党红文, 杨溪林, 邱忠义, 邹凤欣, 亮 金, 高增雪 申请人:北京金自天正智能控制股份有限公司