一种高精度磁感应式编码器的制作方法

本发明专利涉及位置测量领域，特别是涉及速度、角度、位移测量的编码器装置。

背景技术：

磁编码器是一种的速度、角度、位移测量装置，其原理是采用磁阻或霍尔元件对变化的磁性材料进行测量。多用在电机、手轮、转动阀门上，可测量速度、角度、转动圈数，从而了解位置变化。

目前的磁编码器大多检测一个方向的变化位移角度，部分采用充磁方法，功耗高，存在安装环境限制。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明综合使用磁圆盘、霍尔开关、处理单元，可减小功耗，电池即可长时间供电工作。并通过处理单元处理霍尔开关的输出信号，根据霍尔开关输出信号的先后顺序进行编码。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

高精度磁感应式编码器包含磁圆盘、霍尔开关、处理单元；所述磁圆盘，用于提供检测信号，根据圆盘上磁铁的分布，将圆盘划分为16个相同强度的磁场；所述霍尔开关，用于检测磁场强度，磁力大于阈值时触发；所述处理单元，用处理霍尔开关的输出信号，根据霍尔开关输出信号的先后顺序进行编码。

所述磁圆盘，用于提供检测信号，根据圆盘上铁磁的分布，将圆盘划分为16个相同强度的磁场。在同心圆上安装两圈磁铁，每一圈均匀分布8个磁铁，内圈逆时针超前外圈15°角。

所述磁圆盘，以圆心为轴心转动。

所述霍尔开关，用于检测磁场强度，磁力大于阈值时触发。

所述霍尔开关编号为1号、2号、3号。1号、2用于检测外圈磁场，2号逆时针超前1号15°角；3号用于检测内圈磁场，1号与3号位于磁圆盘圆心的同一半径上。

所述霍尔开关位于磁圆盘下方，并固定安装。

所述磁圆盘沿一个方向转动时，每转动15°，就会触发其中的一个霍尔开关输出发生一次变化，可以检测的角度精度即为15°，就可将磁圆盘平均分为24份。根据圈数计算位移距离，角度精度越高位移精度越高。

所述磁铁分布与3个霍尔开关位置采用最优的分布方式，外圈磁铁分别可以触发两个霍尔开关；内圈磁铁只触发一个霍尔开关，即可补充旋转角度，又能做方向识别。根据旋转时角度差，竟可能的减少了磁铁数量，同精度下，节约成本。

霍尔开关选择单级低功耗霍尔开关，静态功耗小于5ua。当霍尔开关检测面由无磁场变化磁力大于阈值时，触发霍尔开关工作，输出高电平，磁力不变时可持续保持高电平，进入休眠；磁力消失，触发霍尔开关工作，输出低电平，持续保持低电平。

处理单元用于处理霍尔开关的输出信号，根据霍尔开关输出信号的先后顺序进行编码，当逆时针转动时，触发顺序为1号、2号、3号、1号依次循环；当顺时针转动时，触发顺序为1号、3号、2号、1号依次循环；同时根据一个霍尔开关的触发间隔可以计算出转速；根据3个霍尔开关计算出转速去平均值，可提高速度精度。

处理单元、霍尔开关采用电池供电，处理单元可长时间处于休眠状态，磁圆盘转动时，磁铁产生的磁场触发霍尔开关，霍尔开关输出电平变化信号，唤醒处理单元，处理单元进行速度、角度、位移检测。磁圆盘停止转动后，立刻进入休眠状态。实现高精度磁感应式编码器的低功耗。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.可实现功耗低；

2.采用多个霍尔开关，可同时检测正反转；

3.将圆盘平均分为多份，速度、角度、位移检测精度高；

4.优化磁铁分布，同精度下，节约成本。

附图说明

图1是本发明总体结构框图。

图2是本发明磁圆盘逆时针转动时，霍尔开关触发时序图。

图3是本发明磁圆盘顺时针转动时，霍尔开关触发时序图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示，为本发明的总体结构框图。本发明涉为高精度磁感应式编码器包含磁圆盘、霍尔开关、处理单元；所述磁圆盘，用于提供检测信号，根据圆盘上磁铁的分布，将圆盘划分为16个相同强度的磁场；所述霍尔开关，用于检测磁场强度，磁力大于阈值时触发；所述处理单元，用处理霍尔开关的输出信号，根据霍尔开关输出信号的先后顺序进行编码。

磁圆盘采用pc塑料注塑而成，磁铁为钕铁硼强磁铁，镶嵌在pc塑料盘上，单面的磁铁极性相同。在同心圆上安装两圈磁铁，每一圈均匀分布8个磁铁，内圈逆时针超前外圈15°角。根据圆盘上磁铁的分布，将圆盘划分为16个相同强度的磁场。磁圆盘以圆心为轴心安装。

霍尔开关用于检测磁场强度，磁力大于阈值时触发。霍尔开关编号为1号、2号、3号。1号、2用于检测外圈磁场，2号逆时针超前1号15°角；3号用于检测内圈磁场，1号与3号位于磁圆盘圆心的同一半径上。霍尔开关位于磁圆盘下方，并固定安装。

所述磁铁分布与3个霍尔开关位置采用最优的分布方式，外圈磁铁分别触发两个霍尔开关，内圈磁铁触发一个霍尔开关，根据旋转时角度差，竟可能的减少了磁铁数量，同精度下，节约成本。

霍尔开关选择单级低功耗霍尔开关，静态功耗小于5ua。当霍尔开关检测面由无磁场变化磁力大于阈值时，触发霍尔开关工作，输出高电平，磁力不变时可持续保持高电平，进入休眠；磁力消失，触发霍尔开关工作，输出低电平，持续保持低电平。

参照图2-3，处理单元用于处理霍尔开关的输出信号，根据霍尔开关输出信号的先后顺序进行编码，当逆时针转动时，触发顺序为1号、2号、3号、1号依次循环；当顺时针转动时，触发顺序为1号、3号、2号、1号依次循环；同时根据一个霍尔开关的触发间隔可以计算出转速；根据3个霍尔开关计算出转速去平均值，可提高速度精度。

处理单元、霍尔开关采用电池供电，处理单元可长时间处于休眠状态，磁圆盘转动时，磁铁产生的磁场触发霍尔开关，霍尔开关输出电平变化信号，唤醒处理单元，处理单元进行速度、角度、位移检测。磁圆盘停止转动后，立刻进入休眠状态。实现高精度磁感应式编码器的低功耗。

技术特征：

1.一种高精度磁感应式编码器，其特征在于：

高精度磁感应式编码器包含磁圆盘、霍尔开关、处理单元；所述磁圆盘，用于提供检测信号，根据圆盘上磁铁的分布，将圆盘划分为16个相同强度的磁场；所述霍尔开关，用于检测磁场强度，磁力大于阈值时触发；所述处理单元，用处理霍尔开关的输出信号，根据霍尔开关输出信号的先后顺序进行编码。

2.根据权利要求1所述的一种高精度磁感应式编码器，其特征在于：

所述磁圆盘，用于提供检测信号，根据圆盘上铁磁的分布，将圆盘划分为16个相同强度的磁场。在同心圆上安装两圈磁铁，每一圈均匀分布8个磁铁，内圈逆时针超前外圈15°角。

所述磁圆盘，以圆心为轴心转动。

3.根据权利要求1所述的一种高精度磁感应式编码器，其特征在于：

所述霍尔开关，用于检测磁场强度，磁力大于阈值时触发。

所述霍尔开关编号为1号、2号、3号。1号、2用于检测外圈磁场，2号逆时针超前1号15°角；3号用于检测内圈磁场，1号与3号位于磁圆盘圆心的同一半径上。

所述霍尔开关位于磁圆盘下方，并固定安装。

4.根据权利要求2、3所述的一种高精度磁感应式编码器，其特征在于：

所述磁圆盘转动时，每个霍尔开关检测到的间隔为15°，将磁圆盘平均分为24份。

5.根据权利要求1所述的一种高精度磁感应式编码器，其特征在于：

所述处理单元，用于处理霍尔开关的输出信号，根据霍尔开关输出信号的先后顺序进行编码，当逆时针转动时，触发顺序为1号、2号、3号、1号依次循环；当顺时针转动时，触发顺序为1号、3号、2号、1号依次循环；同时根据一个霍尔开关的触发间隔可以计算出转速。

技术总结
本发明公开了一种高精度磁感应式编码器，包含磁圆盘、霍尔开关、处理单元；所述磁圆盘，用于提供检测信号，根据圆盘上磁铁的分布，将圆盘划分为16个相同强度的磁场；所述霍尔开关，用于检测磁场强度，磁力大于阈值时触发；所述处理单元，用处理霍尔开关的输出信号，根据霍尔开关输出信号的先后顺序进行编码。本发明设计了一种支持正反转检测的高精度编码器，即增加了正反转的检测，由提高了转动距离与速度的检测精度。

技术研发人员：康德才
受保护的技术使用者：奥维飞越通信有限公司
技术研发日：2020.01.14
技术公布日：2020.04.21