一种磁性编码器、空心旋转增量式位置检测系统的制作方法

本实用新型涉及编码器技术领域，尤其涉及一种磁性编码器、空心旋转增量式位置检测系统。

背景技术：

编码器是将信号或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。目前较为常用的编码器有两种，一种是光电编码器，另一种是磁性编码。光电编码器主要由一个中心有轴的光电码盘和光电探测装置组成，光电码盘上具有环形的通、暗的刻线，在伺服系统中，由于光电码盘与电机同轴，电机旋转时，光栅盘与电机同速旋转，经发光二极管等组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，通过分析脉冲信号就能反映当前电机的转速或转过的角度以及转向。传统的光电编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料，玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性及精度可以达到普通标准、一般要求，但容易碎。金属码盘直接以通和不通刻线，不易碎，但由于金属有一定的厚度，精度就有限制，其热稳定性就要比玻璃码盘差一个数量级。塑料码盘是经济型的，其成本低，精度和耐高温达不到高要求。而磁性编码器则是通过磁感应器件、利用磁场的变化来产生和提供转子的绝对位置，利用磁器件代替了传统的码盘，弥补了光电编码器的同一产生光污染、寿命相对短的缺陷，且耐油污，环境适应性好。

纵然磁性编码器与光电编码器相比具有一定的优点，但是其在具体应用(如机器人关节等场景)时仍然存在如下不足：一、精度低，可靠性差；二、在与中空电机配合使用时，需要从磁性编码器边上走线，走线复杂，电线扭曲较大。

以上问题亟待解决。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于通过一种磁性编码器、空心旋转增量式位置检测系统，来解决以上背景技术部分提到的问题。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种磁性编码器，其包括齿形码盘、磁传感器、信号处理板以及恒磁磁源；所述齿形码盘与电机轴传动连接；所述磁传感器、恒磁磁源布置在所述信号处理板上；所述信号处理板安装在电机法兰上。

特别地，所述磁传感器布置在所述信号处理板上靠近所述齿形码盘的一侧；所述恒磁磁源安装在所述信号处理板的中心开孔内。

特别地，所述齿形码盘采用齿轮导磁码盘；所述电机轴为空心电机轴；所述空心电机轴穿过电机法兰和所述齿轮导磁码盘的内孔。

特别地，所述齿形码盘的齿形采用但不限于方齿、正弦、渐开线、双圆弧齿形的任一种。

本实用新型还提供了一种空心旋转增量式位置检测系统，该系统包括磁性编码器；所述磁性编码器包括齿形码盘、磁传感器、信号处理板以及恒磁磁源；所述齿形码盘与电机轴传动连接，所述齿形码盘采用齿轮导磁码盘，所述电机轴为空心电机轴，所述空心电机轴穿过电机法兰和所述齿轮导磁码盘的内孔；所述信号处理板安装在电机法兰上；所述磁传感器布置在所述信号处理板上靠近所述齿形码盘的一侧；所述恒磁磁源安装在所述信号处理板的中心开孔内。

特别地，所述空心旋转增量式位置检测系统还包括用于确定磁性编码器零位或基准位的零位传感器。

本实用新型提出的磁性编码器、空心旋转增量式位置检测系统优点如下：一、磁性编码器采用齿形码盘，齿形码盘具有若干齿形，而一个齿形周期产生一个电压值变化周期，如此将产生多个周期，通过周期叠加，提高了磁性编码器的检测精度；二、齿形码盘采用齿轮导磁码盘，磁性编码器配合中空电机使用时，空心电机轴穿过电机法兰和齿轮导磁码盘的内孔，此时可以通过空心电机轴的内孔走线，不仅走线方便，而且可缩小整个磁性编码器的体积，使磁性编码器更加小巧、灵活，能够适用更多应用场景。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的磁性编码器分解结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的磁性编码器整体结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容理解的更加透彻全面。需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例一

请参照图1和图2所示，本实施例中磁性编码器包括齿形码盘101、磁传感器102、信号处理板103以及恒磁磁源104；所述齿形码盘101与电机轴105传动连接；所述磁传感器102、恒磁磁源104布置在所述信号处理板103上；所述信号处理板103安装在电机法兰106上。另外，在实际应用中所述磁性编码器还包括一外壳，外壳可以屏蔽外部磁场，避免外部磁场对内部的影响。

具体的，在本实施例中所述磁传感器102布置在所述信号处理板103上靠近所述齿形码盘101的一侧；所述恒磁磁源104安装在所述信号处理板103的中心开孔内。

具体的，在本实施例中所述恒磁磁源104采用但不限于方形永磁体，用于产生稳定的磁场。在所述电机轴105旋转时，齿形码盘101的齿形导致磁通密度变化，磁传感器102感应磁通密度的变化，产生对应的电信号传送给信号处理板103，信号处理板103将磁传感器102输出的电信号转换为数字信号，计算齿轮导磁码盘的旋转角度值。

具体的，在本实施例中所述齿形码盘101采用但不限于齿轮导磁码盘。在本实施例中磁性编码器配合中空电机使用，所述电机轴105为空心电机轴。所述空心电机轴穿过电机法兰106和所述齿轮导磁码盘的内孔，所述齿形码盘101固定在空心电机轴上，所述齿形码盘101采用导磁材料。所述空心电机轴旋转时将带动齿形码盘101旋转；但是在空心电机轴旋转时，电机法兰106固定不动，以屏蔽电机磁场的影响。

为便于理解本实施例提供的磁性编码器方案，下面对本实施例提供的磁性编码器工作原理进行扼要介绍：一、齿形码盘101的齿峰靠近磁传感器102时，磁通密度最大；齿形码盘101的齿谷靠近磁传感器102时，磁通密度最小；二、磁传感器102的有效感应宽度与齿宽度接近，在齿峰旋旋转经过感应范围时，磁通密度产生近似正弦变化；三、齿数＝齿形码盘101周长÷齿宽÷2；四、齿峰最靠近磁传感器102时，磁通密度最大时，输出电压最高；齿谷最靠近磁传感器102时，在磁通密度最低时，输出电压最低；五、齿形码盘101旋转一个完整齿形周期，输出电压波形也构成一个周期；六、不同齿形对信号波形具有影响，方齿、正弦、渐开线、双圆弧等齿形，但均可形成近似正弦波形；七、磁传感器102输出电压通过信号处理板103上的ad处理转换成数字量，通过校正，将波形校正为正弦波形；八、对正弦波形求出旋转角，计算出单齿周期内的对应旋转位置。

具体的，在本实施例中虽然齿形码盘101的齿形对信号波形有影响，但方齿、正弦、渐开线、双圆弧等齿形，都可形成近似正弦波形。齿宽度即正弦波形周期的一半，与磁传感器102的感应宽度接近。

具体的，在本实施例中所述磁性编码器将断电或上电以前记录的位置作为零位或基准位，根据该零位或基准位，确定齿轮导磁码盘在一周内的绝对位置，但不限于此方法，例如可安装一零位传感器，作为零位或基准位，磁性编码器收到所述零位传感器信号时确定齿轮导磁码盘在一周内的绝对位置。

实施例二

本实施例提供了一种空心旋转增量式位置检测系统，该系统包括但不限于实施例一中的磁性编码器。所述磁性编码器包括齿形码盘、磁传感器、信号处理板以及恒磁磁源。所述齿形码盘与电机轴传动连接，所述齿形码盘采用齿轮导磁码盘，所述电机轴为空心电机轴，所述空心电机轴穿过电机法兰和所述齿轮导磁码盘的内孔。所述信号处理板安装在电机法兰上。所述齿形码盘固定在空心电机轴上，所述齿形码盘采用导磁材料，空心电机轴旋转时带动齿形码盘旋转，但是在空心电机轴旋转时，电机法兰固定不动，以屏蔽电机磁场的影响。所述磁传感器布置在所述信号处理板上靠近所述齿形码盘的一侧。所述恒磁磁源安装在所述信号处理板的中心开孔内。其中，所述齿形码盘的齿形采用但不限于方齿、正弦、渐开线、双圆弧齿形的任一种。

具体的，在本实施例中所述恒磁磁源采用但不限于方形永磁体，用于产生稳定的磁场。所述磁传感器用于在所述空心电机轴旋转时，感应由齿轮导磁码盘的齿形导致的磁通密度变化，产生对应的电压信号输出给信号处理板。所述信号处理板用于将磁传感器输出的电压信号转换为数字信号，计算齿轮导磁码盘的旋转角度值。

具体的，在本实施例中所述信号处理板具体用于将磁传感器输出的电压信号转换为数字信号，然后将波形校正为正弦波形，对正弦波形求出旋转角，计算出单齿周期内的对应旋转位置。具体的，在本实施例中所述磁性编码器将断电时或上电以前记录的位置作为初始位置，并将该初始位置作为齿轮导磁码盘在一周内的绝对位置，但不局限于此，所述空心旋转增量式位置检测系统还可以设置一零位传感器，作为零位或基准位，磁性编码器收到所述零位传感器信号时确定齿轮导磁码盘在一周内的绝对位置。

本实用新型的技术方案中磁性编码器采用齿形码盘，提高了磁性编码器的检测精度；若齿形码盘采用齿轮导磁码盘，磁性编码器配合中空电机使用时，空心电机轴穿过电机法兰和齿轮导磁码盘的内孔，此时可以通过空心电机轴的内孔走线，不仅走线方便，而且可缩小整个磁性编码器的体积，使磁性编码器更加小巧、灵活，能够适用更多应用场景。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。