专利名称：磁性轴角-数字编码器磁码盘的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种数字编码器磁码盘，特别涉及一种高精度数字编码器的制作方法，属于传感器技术领域。
磁性轴角-数字编码器(简称磁性编码器)，主要用于驱动轴旋转量的测量、火箭的发射、卫星跟踪等场合。
磁性编码器主要由磁码盘和磁敏感元件所构成。以往所用的磁敏感元件大都采用霍尔元件和磁阻元件。这些元件对磁码盘的表面的磁场强度要求不高，但是其本身对环境温度的要求较高，一般在-10℃～50℃，而且可靠性也差。以磁饱和原理工作的磁芯元件的环境温度可在-65℃～+125℃，显然比前者适应力更强。
由于磁芯元件需要磁码盘有较强的表面磁场，因而造成磁码盘充磁困难。以往的磁码盘，特别是绝对式磁码盘，要获得较强的表面磁场，均采用复杂的充磁夹具在整块的盘状永磁体上充磁，来形成所需的磁图案。磁码盘表面磁场的强弱，直接影响磁芯座的信号输出。要做到信号正常输出，须将磁场控制在适当的范围，同时将各码道磁场对周边区域(包括无磁区和相邻码道有磁区)的干扰抑制到最小。要做到这一点就需要较复杂的充磁设备和工艺。如果磁码盘的磁图案比较复杂，如绝对二进制磁码盘(见
图1)，则要进行多次充磁，即便如此，由于永磁体的固有磁特性，仍使磁区和非磁区分界限模糊，磁芯所输出的信号幅度变化不大，波形呈梯形波(或半正弦波)、信噪比不够。因此要满足磁分辨率较高的要求，就得提高磁芯的输出电平。这就是说要求磁芯元件有较高的磁性能。而反复充磁则会使磁位置精度下降，反而降低了分辨率。
在磁性编码器制作上日本公开了一种磁码盘的充磁方法(见昭63-250520)，它的特点是对以一定间隔排列的多磁极磁码盘充磁，用较小磁场强度H对同一磁极反复充磁以达到磁码盘需的磁场。这种方法指出，当充磁节距较小，在一个个充磁时，强磁场H使先前已充磁的磁极(相邻磁极)去磁，造成剩磁小，这样便形成有的磁性强，有的磁性弱。为了使磁码盘表面具有较均匀的磁场，对各磁极只能用较弱的H充磁，并控制每次的充磁强度反复充磁，最终达到表面剩磁级要求，在磁性编码器磁码盘的制作，日本专利公开了一种磁性编码器(昭63-223522)，它的磁码盘根据需要的磁场强度，磁化椭圆形旋转圆板磁场强度的变化方式，是根据需的磁场强度，磁化中心位置点以及距旋转中心一定距离处的偏心位置点。
日本专利磁性旋转编码器(昭58-154614)，它的特点磁码盘主表面上涂布一层磁性媒体，作为磁记录体与磁阻元件。磁性媒体用与主表面的方向垂直充磁的磁道为特征。对磁码盘的圆盘，沿同心圆环旋转磁性媒体经向充磁，对磁鼓沿磁鼓旋转磁性媒体轴向充磁。
从以上日本专利中可以看出，制作磁性编码器无论是工艺、设备是比较复杂，磁码盘选用的材料面的比较窄，编码器的结构也比较复杂。
本发明的目的是提供一种新的制作编码器的方法，这种方法的特点是加工设备简单(常规设备)、工艺过程简便、选用材料面宽、制作成本低，还可以制作多种用途的磁性编码器。
本发明的任务是这样完成，其步骤是将磁码盘基片加工成所需的图案，再将永磁材料填充在磁码的镂空处，当粘结磁固化后，使永磁材料与磁码盘基片成为一体，然后进行充磁一次完成。
以下按照其步骤和附图对本发明作进一步描述。
图1为7位绝对二进制磁码盘图案示意图。
图2为磁性编码器充磁设备工作原理图。
图3为图2中空心螺旋管放大示意图。
图4为磁性编码器所形成的磁场及工作原理。
图5为磁性编码器结构示意图。
参照图1，这是一种七位绝对二进制磁码盘。根据不同要求、用途可作成不同位数、不同图案的磁码盘。磁码盘基片材料是黄铜板、不锈钢、铝、工程塑料、环氧板中选一种。磁码盘基片上无磁区图案的加工，所用加工方式是线切割，精密铸造和注塑中一种，磁码盘的镂空处用永磁材料如粘结磁、塑料磁;磁粉也可以选用稀土永磁、铁氧体永磁等材料中一种来作填充料。待粘结固化后，永磁材料与磁码盘基片成为一体，然后用一般的充磁设备如脉冲充磁装置充磁，或直流电磁铁充磁、或超导充磁线圈充磁，只需一次再可充磁完成。避免多次充磁带来的弊端，并保证磁码盘的磁位置精度。
参照图2、图3，这是本方法中一种充磁方式和充磁设备。充磁用脉冲充磁装置，其内部(1)有容量较大的电容器组，外部串接一空心螺线管线圈(2)。充磁时将磁码盘(4)置于空心线圈中心的水平位置。接近220伏交流电便可充磁，并能一次完成。
参照图4，这是磁性编码器磁性编码形成的磁场及工作原理。磁芯的一绕组为询问绕组，另一组绕组，另一组绕组为输出绕组。当具有矩磁特性的磁芯经过磁码盘有磁区时，信号输出为“0”，对应无磁区信号输出为“1”。
参照图5、这是磁性编码器结构示意图。从该图看磁性编码器主要包括磁码盘(4)、转轴(5)、磁芯座(6)、信号处理器(3)，本发明的方法是专门制作磁码盘的新方法。
本方法与现有技术的方法相比，具有如下优点现有技术的方法磁码盘充磁设备及工艺复杂、要多次反复充磁;而本方法的充磁设备及工艺简单，充磁一次完成。现有技术的方法制作的磁码盘其磁芯信号输出波形为梯形或近似正弦形，磁位置精度难以控制，抗干扰能力差;本发明的方法制作的磁码盘其磁芯信号波形近似方波，磁位置精度由机加工误差决定，抗干扰能力强。在分辨率、寿命、表磁控制等方面都较优越。
在磁码盘基片选材上可用黄铜板，由稀土粘结永磁材料构成磁区，选用矩磁特性宽温磁芯作为传感器元件。还可以根据不同的气候环境条件选用期他材料，如无磁区选用铝、环氧板或塑性材料等非磁性材料，有磁区根据磁芯元件所需的偏磁场(使磁芯信号处于饱和状态)选用相应的铁氧体粘结磁、塑料磁。制作工艺可以多样化，如无磁区根据不同的材料，采用机械加工、精密铸造、注塑、线切割。有磁区可用填充、注塑等工艺。
由此可知，用不同的材料，不同的设备和多种工艺加工，排出多种的实施例，即可以制作多种以磁饱和原理工作的磁码盘(绝对式、增量式)，还可派出其他用途的磁码盘(如位移传感器、角位移传感器所用的磁码盘或磁栅)。
由于本发明的方法所制作的编码器具有上述优点，使制作高精度、高可靠性的磁性编码器成为可能，并且以常规设备和工艺及普通材料制作，因而降低了成本，为多种场合使用磁性编码器提供了广阔的前景。
权利要求
1.磁性轴角一数字编码器磁码盘的制作方法，其特征在于磁码盘基片用非磁性材料采用机加工成所需的图案，再将永磁材料填充在图案的镂空处，当粘结磁固化后，使永磁材料与磁码盘基片成为一体，最后进行充磁，一次充磁完成。
2.根据权利要求1所述的磁码盘的制作方法，其特征在于磁码盘基片上无磁区图案的加工用线切割加工工艺。
3.根据权利要求1所述的磁码盘的制作方法，其特征在于磁码盘基片上无磁区的图案加工采用注塑工艺。
4.根据权利要求1所述的磁码盘的作方法，其特征在于磁码盘基片上无磁区图案的加工采用精密铸造工艺。
5.根据权利要求1所述的磁码盘的制作方法，其特征在于磁码盘用脉冲充磁方式、直流电磁铁充磁方式、超导充磁线圈方式充磁中选用一种。
全文摘要
磁性轴角-数字编码器是一种精密轴角传感装置，其磁码盘的制作，由于以往的方法受到工艺、设备和材料的限制，难以满足高精度的要求。本发明用非磁性材料与永磁材料粘固制作各种需要码盘，用简单的设备和工艺便可保证磁位精度。方法是将码盘基本加工成所需图案，然后将永磁材料填充在码盘镂空处，粘结固化后进行一次性充磁，解决了码盘的制作。本方法不但可以制作以磁饱和原理工作的编码盘，还可以派生其他用途的磁码盘。
文档编号G01D5/12GK1114044SQ9411220
公开日1995年12月27日 申请日期1994年6月16日 优先权日1994年6月16日
发明者康建华, 翁金山, 吴韶杰 申请人:机械工业部上海电器科学研究所