编码器及电机的制作方法

本发明涉及测量技术领域，特别涉及一种编码器和具有该编码器的电机。

背景技术：

编码器是一类用于测量角度和转速的装置，目前已广泛应用于多个领域，例如可用于测量电机的速度或用于位置控制系统等。按照供电方式划分，编码器可分为无电池编码器和有电池编码器。

一种现有的编码器，为无电池编码器，其包括与主轴相连的齿轮转动机构，齿轮传动机构包括复数相啮合的齿轮，其中一个齿轮上设有磁体，通过对所述磁体的磁场方向的感测，可记录齿轮的位置，进而获知编码器转动圈数的信息。然而，这些齿轮与编码器的主轴一起转动，齿轮间的磨损会影响整个编码器的寿命。此外，齿轮的数量较多，精度要求和成本也较高。

另一种现有的编码器，为有电池编码器，其包括低耗能微控制器、磁感测器和电池，为了降低电能消耗，微控制器大部分时间处于工作等待状态，当电机转轴转过0刻度时，磁感测器输出一个脉冲至微控制器，微控制器启动进入激活状态，其可判断转轴的转动方向，记录转动圈数，存储这些信息后重新进入工作等待状态，如此循环。然而，编码器一直装配于电机的转轴上，在工作过程中会产生大量的热量，因为受高温的影响，电池性能下降，一旦电池用尽微控制器内存储的信息容易丢失。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提出一种编码器和一种电机，可实现编码器自供电，且结构简单，成本较低。

本发明提供了一种编码器，包括一动盘和一静盘，所述动盘可绕一轴线旋转，所述静盘与所述动盘相对设置，所述编码器还包括：磁性组件，配置于所述动盘上，且所述磁性组件形成一磁场；线圈，配置于所述静盘上，所述线圈可在所述磁性组件的磁场内作切割磁感线运动；以及处理电路，与所述线圈电连接，用于基于所述线圈切割磁感线运动为所述编码器提供电能并确定所述动盘的转动圈数。

在编码器的一种示意性实施例中，所述动盘上开设有安装孔，所述磁性组件装配于所述安装孔内。

在编码器的一种示意性实施例中，所述磁性组件包括：磁体；磁体承载板，所述磁体装配于所述磁体承载板上；以及弹性支撑件，连接于所述磁体承载板和所述安装孔的内壁之间。

在编码器的一种示意性实施例中，所述弹性支撑件包括第一弹性支撑件和第二弹性支撑件，所述第一弹性支撑件和所述第二弹性支撑件分别位于所述磁体承载板的两侧。

在编码器的一种示意性实施例中，所述磁体承载板上设有凸起部，所述静盘上设有复数抵持部，所述凸起部可在相邻的所述抵持部之间摆动。

在编码器的一种示意性实施例中，所述静盘的中心位置设有配合件，所述复数抵持部均匀设置于所述配合件的外侧壁上。

在编码器的一种示意性实施例中，所述线圈包括第一线圈、第二线圈和第三线圈，所述第一线圈、所述第二线圈和所述第三线圈均匀排布于所述静盘上。

在编码器的一种示意性实施例中，所述处理电路包括：复数整流电路，每一整流电路与对应的线圈电连接，用于对所述线圈输出的脉冲电压进行整流；以及微控制单元，与所述整流电路电连接。

在编码器的一种示意性实施例中，所述处理电路还包括：滤波电路，用于对所述整流电路输出的脉冲电压进行滤波；以及稳压电路，用于对经所述滤波电路滤波后的脉冲电压进行稳压处理，并将稳压后的电压输送给所述微控制单元，以为微控制单元供电。

本发明还提出一种电机，所述电机包括上述任意一种编码器。

从上述方案中可以看出，在本发明的编码器及电机中，由于配置于动盘上的磁性组件形成有一磁场，配置于静盘上的线圈可在磁性组件的磁场内作切割磁感线运动，线圈切割磁感线运动在线圈内产生脉冲电压，一方面可为编码器提供电能，实现自供电功能，编码器上不需要设置电池，不存在电池的失效问题；另一方面，根据线圈内产生的脉冲电压可以确定动盘的转动圈数，结构简单，成本较低。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：

图1为本发明一个实施例的编码器的装配示意图。

图2为图1所示的编码器的动盘和磁性组件的立体示意图。

图3为图2所示的动盘和磁性组件的侧视图。

图4为图1所示的编码器的静盘、线圈和处理电路的立体示意图。

图5为本发明一个实施例的编码器的处理电路的电路图。

在上述附图中，所采用的附图标记如下：

10编码器

20动盘

22安装孔

23连接部

30静盘

32配合件

322抵持部

40磁性组件

42磁体

43磁体承载板

432凸起部

44弹性支撑件

44a第一弹性支撑件

44b第二弹性支撑件

50线圈

50a第一线圈

50b第二线圈

50c第三线圈

60处理电路

62、63、64整流电路

65滤波电路

66稳压电路

67微控制单元

d1-d14、d16、d17二极管

r1第一电阻

r2第二电阻

r3第三电阻

r4第四电阻

r5第五电阻

c1第一电容

c2第二电容

di1、di2、di3引脚

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明进一步详细说明。

图1为本发明一个实施例的编码器的装配示意图。请参见图1，本实施例的编码器10为多圈绝对值编码器，但本发明不以此为限。编码器10包括动盘20、静盘30、磁性组件40、线圈50和处理电路60，动盘20可绕一轴线旋转，静盘30与动盘20相对设置。磁性组件40配置于动盘20上，且磁性组件40可形成一磁场。线圈50配置于静盘30上，线圈50可在磁性组件40的磁场内作切割磁感线运动。处理电路60与线圈50电连接，用于基于线圈50切割磁感线运动为编码器10提供电能并确定动盘20的转动圈数。

更具体地，图2为图1所示的编码器的动盘和磁性组件的立体示意图，图3为图2所示的动盘和磁性组件的侧视图。请一并参见图2和图3，动盘20为圆盘状，其上开设有安装孔22，安装孔22大致为半环形。动盘20的中心位置还设有连接部23，连接部23设有装配孔，借助连接部23，动盘20可与电机的转轴连接，从而可与电机的转轴一起旋转。

磁性组件40装配于安装孔22内，其包括磁体42、磁体承载板43和弹性支撑件44，磁体42为永久性磁铁，其为长方体状结构，磁体42具有n极和s极，所述的磁场由磁体42形成。磁体承载板43为倒置的凸字形板体，磁体42装配于磁体承载板43上，且磁体承载板43的底部，即朝向动盘20的中心位置，设有一凸起部432。凸起部432沿着平行于动盘20的轴线方向凸出，并朝向静盘30。

弹性支撑件44为弯曲延伸的条状结构，在本实施例中，弹性支撑件44包括第一弹性支撑件44a和第二弹性支撑件44b，第一弹性支撑件44a和第二弹性支撑件44b分别位于磁体承载板43的两侧，且均连接于磁体承载板43和安装孔22的内壁之间。

需要注意的是，本发明不限定弹性支撑件44的形状，只要弹性支撑件44能够发生弹性形变，且可以支撑磁体承载板43即可。在其他实施例中，若单一的弹性支撑件44即可提供足够的弹性形变，且可支撑磁体承载板43，设置一个弹性支撑件44即可。

图4为图1所示的编码器的静盘、线圈和处理电路的立体示意图。请参见图4和图1，静盘30为圆盘状，其与动盘20相对设置，动盘20可随电机的转轴一起转动，静盘30始终保持静止。静盘30的中心位置设有配合件32，配合件32大致为圆环形凸起，其外侧壁上设有复数抵持部322。在本实施例中，抵持部322的数量为三个，三个抵持部322均匀设置于配合件32的外侧壁上，即相邻两个抵持部322间的夹角为120度。抵持部322的数量及排布方式不以本实施例为限，可依照实际需求任意设定。

抵持部322用于抵挡磁体承载板43的凸起部432，当动盘20高速转动时，磁体承载板43在离心力的作用下，朝着远离动盘20中心位置的方向移动，凸起部432不会与抵持部322接触；当动盘20低速转动时，凸起部432可在两个相邻的抵持部322之间摆动。凸起部432受抵持部322抵挡时，磁体承载板43一侧的弹性支撑件44在外力的作用下被压缩，蓄积一定的弹性势能，接着，被压缩的弹性支撑件44释放弹性势能，并带动磁性组件40在线圈50附近作快速的阻尼简谐运动，线圈50快速切割磁场，产生足够的电能，为微控制单元67供电。

线圈50为封闭的环状结构，在本实施例中，线圈50包括第一线圈50a、第二线圈50b和第三线圈50c，第一线圈50a、第二线圈50b和第三线圈50c均匀排布于静盘30上，即相邻的两个线圈间的夹角为120度。线圈50的设置除了可提供电流外，还可确定动盘20的转动圈数。动盘20在转动过程中，线圈50在磁性组件40的磁场内作切割磁感线运动，线圈50内产生的电流可供处理电路的微控制单元(microcontrollerunit；mcu)使用，此外，根据动盘20旋转时线圈50产生的脉冲电压，可确定动盘20的旋转圈数。

需要说明的是，静盘30和动盘20上还可设置旋转角度检测结构，例如，动盘20包括反射区(图未示)，所述反射区具有周期性变化的形状，静盘30包括发射区(图未示)和接收区(图未示)，静盘30上的发射区和接收区之间能够形成静电场，且所形成的静电场在动盘20的旋转过程中被动盘20上的反射区所调制。根据静盘30上的接收区的输出，便能够确定动盘20的旋转角度。

图5为本发明一个实施例的编码器的处理电路的电路图。请参见图5，处理电路60包括复数整流电路、滤波电路65、稳压电路66和微控制单元67，在本实施例中，整流电路的数量与线圈50的数量相对应，为三个，分别为整流电路62、63、64，但本发明不以此为限，在其他实施例中，整流电路和线圈50的数量可依实际需求任意设置。

三个整流电路62、63、64的结构相同，每一整流电路62、63、64与对应的线圈50电连接，用于对线圈50输出的脉冲电压进行整流，以整流电路62为例，整流电路62包括二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4和第一电阻r1，其中，第一线圈50a的一端与二极管d1的正极和二极管d2的负极相连，另一端与二极管d3的正极和二极管d4的负极相连，二极管d2的正极及二极管d4的正极与公共端相连，二极管d1的负极和二极管d3的负极相连，第一电阻r1的一端与公共端相连，另一端与二极管d1的负极和二极管d3的负极相连。所述公共端的电压为0v。

整流电路63包括二极管d6、二极管d7、二极管d8、二极管d9和第二电阻r2；其中，第一线圈50b的一端与二极管d6的正极和二极管d7的负极相连，另一端与二极管d8的正极和二极管d9的负极相连，二极管d7的正极及二极管d9的正极与公共端相连，二极管d6的负极和二极管d8的负极相连，第二电阻r2的一端与公共端相连，另一端与二极管d6的负极和二极管d8的负极相连。

整流电路64包括二极管d11、二极管d12、二极管d13、二极管d14和第三电阻r3；其中，第三线圈50c的一端与二极管d11的正极和二极管d12的负极相连，另一端与二极管d13的正极和二极管d14的负极相连，二极管d12的正极及二极管d14的正极与公共端相连，二极管d11的负极和二极管d13的负极相连，第三电阻r3的一端与公共端相连，另一端与二极管d11的负极和二极管d13的负极相连。

滤波电路65用于对整流电路62、63、64输出的电流进行滤波，其包括第一电容c1和双向稳压二极管d17，第一电容c1的一端与公共端相连，另一端与双向稳压二极管d17相连，双向稳压二极管d17的另一端与公共端相连；第一电容c1和双向稳压二极管d17的电联接点与稳压电路66相连。稳压电路66用于对经滤波电路65滤波后的脉冲电压进行稳压处理，并将稳压后的电压输送给微控制单元67，以为微控制单元67供电。

处理电路60还包括二极管d5、二极管d10、二极管d16、二极管d18、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6和第二电容c2。二极管d5的正极与整流电路62中的二极管d1的负极及二极管d3的负极相连，二极管d5的负极与稳压电路66相连。二极管d10的正极与整流电路63中的二极管d6的负极及二极管d8的负极相连，二极管d10的负极与稳压电路66相连。二极管d16的正极与整流电路64中的二极管d11的负极及二极管d13的负极相连，二极管d16的负极与稳压电路66相连。

第四电阻r4的一端与整流电路62中的二极管d1的负极及二极管d3的负极相连，另一端与微控制单元67的引脚di1相连。第五电阻r5的一端与整流电路63中的二极管d6的负极及二极管d8的负极相连，另一端与微控制单元67的引脚di2相连。第六电阻r6的一端与整流电路64中的二极管d11的负极及二极管d13的负极相连，另一端与微控制单元67的引脚di3相连。

调整器66和微控制单元67还与公共端相连。二极管d18的正极通过端口external_psu与一外部电源相连，二极管d18的负极与微控制单元67相连。

工作时，当供电正常的情况下，即外部电源为微控制单元67供电，电机的转轴正常转动，速度较快，此时，磁性组件40的磁体承载板43在离心力的作用下，朝着远离动盘20中心的方向移动，磁体承载板43的凸起部432不会被静盘30上的抵持部322的阻挡。在动盘20转动的过程中，线圈50切割磁性组件40的磁场，并输出脉冲电压，所述脉冲电压经过整流电路62、63、64整流后，传输至微控制单元67，微控制单元67根据所述脉冲电压进行计数，具体地，根据第一线圈50a、第二线圈50b及第三线圈50c中脉冲电压出现的顺序，可以判断磁性组件40切割三个线圈50a、50b、50c的顺序，进而获知动盘20的转动方向；当动盘20正转360度时，微控制单元67会依次读到三个线圈50a、50b、50c产生的脉冲，此时圈数计数为+1；同理，当动盘20反转360度时，圈数计数为-1，累加后即可得出动盘20的旋转圈数。此外，静盘30和动盘20上的旋转角度检测结构可以确定动盘20的旋转角度。

当供电出现问题，如突然断电的情况下，电机的转轴因惯性继续转动，动盘20随电机的转轴一起转动，动盘20的转速较大时，磁体承载板43的凸起部432在离心力的作用下不与静盘30的抵持部322接触。一方面，第一线圈50a、第二线圈50b及第三线圈50c内产生脉冲电压，整流电路62、63、64分别对第一线圈50a、第二线圈50b及第三线圈50c输出的脉冲电压进行整流，整流后的脉冲电压再依次经过滤波电路65滤波和稳压电路66稳压，最后输送给微控制单元67；也就是说，当微控制单元67的外部电源切断时，编码器10可以实现自供电功能，正常给微控制单元67供电。另一方面，第一线圈50a、第二线圈50b及第三线圈50c产生的脉冲电压经过整流电路62、63、64整流，然后通过引脚di1、di2、di3传输给微控制单元67，根据所述脉冲电压，可得出动盘20的旋转圈数。接下来，动盘20的转速放缓，当动盘20低速转动时，磁体承载板43的凸起部432可在两个相邻的抵持部322之间摆动，凸起部432受抵持部322抵挡时，磁体承载板43一侧的弹性支撑件44在外力的作用下被压缩，蓄积一定的弹性势能，接着，被压缩的弹性支撑件44释放弹性势能，随着弹性支撑件44恢复稳定状态，弹性支撑件44会带动磁性组件40在线圈50附近作快速的阻尼简谐运动，线圈50快速切割磁场，产生足够的电能，经后续电路整流、滤波及稳压后，为微控制单元67供电。同样，在此种情况下，微控制单元67根据线圈50产生的脉冲，进行圈数计数，动盘20正转时，计数为+1，动盘反转时，圈数计数为-1，累加后即可得出动盘20的旋转圈数。

本发明还提供一种电机，所述电机包括上述的编码器10，编码器10可用于测量电机的转速和位置等信息。

本发明的编码器及电机至少具有以下的优点：

1.在本发明的编码器及电机中，由于配置于动盘上的磁性组件形成有一磁场，配置于静盘上的线圈可在磁性组件的磁场内作切割磁感线运动，线圈切割磁感线运动在线圈内产生脉冲电压，一方面可为编码器提供电能，实现自供电功能，编码器上不需要设置电池，不存在电池的失效问题；另一方面，根据线圈内产生的脉冲电压可以确定动盘的转动圈数，结构简单，成本较低。

2.在本发明的编码器及电机的一个实施例中，磁体承载板的朝向动盘中心的位置设有凸起部，静盘的中心位置设有抵持部，当动盘的转速较低时，凸起部可与抵持部配合，在弹性支撑件的弹力作用下，凸起部可在相邻的两个抵持部间摆动，从而磁体承载板仍然相对线圈运动，线圈仍可切割磁感线，不仅可实现编码器自供电，还可继续对动盘的转动圈数进行计数。

3.在本发明的编码器及电机的一个实施例中，动盘上开设有安装孔，磁性组件装配于安装孔内，从而使得整个编码器结构更加紧凑。

4.在本发明的编码器及电机的一个实施例中，在磁性组件中，两个弹性支撑件位于磁体承载板的两侧，可为磁体承载板有效提供弹性支撑。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。