编码器以及直线电机的制作方法

本申请涉及直线电机位置检测的，特别是涉及编码器以及直线电机。

背景技术：

1、永磁直线电机的特点在于定子为永磁体阵列，动子为驱动线圈绕组，在动子上施加电压会产生感应磁场，感应磁场与定子永磁体磁场相互作用产生使动子直线运动的电磁力。在永磁直线电机的运动控制中需要实时准确地获取电机动子的位置信息，目前通常采用编码器对电机动子进行位置检测和反馈。

2、编码器可分为增量式和绝对式两种，增量式编码器输出为脉冲信号，通过脉冲相位和个数判断运动方向和相对位置信息。绝对式编码器输出信号为检测范围内的绝对位置信息，具有更高的分辨率。目前常用的直线电机的绝对位置检测方法，需要在上电后先寻找参考点后才能建立基于参考点的绝对位置坐标系，使用较为不便。为了避免每次上电都需要寻找参考点，现有技术在供电断开后采用了内部电池进行供电，以实现外部掉电记忆的功能。

3、然而，现有的绝对式编码器虽然能够提供较高精度的绝对位置信号，但在实际使用中必须定期更换内部电池和寻找参考点以保证系统的稳定性，导致直线电机的使用成本与维护成本大幅提高。

技术实现思路

1、本申请主要解决的技术问题是提供编码器以及直线电机，能够解决现有技术中存在的需要寻找参考点以及掉电记忆导致的使用成本与维护成本较高的问题。

2、为解决上述技术问题，本申请采用的第一技术方案是提供一种编码器，包括：第一码道，沿第一方向设置有多对等间距排布的第一永磁体；第二码道，沿第二方向设置于第一码道的一侧，第二码道沿第一方向设置有多对等间距排布的第二永磁体，且第一永磁体的对数与第二永磁体的对数不相等；第一检测组件，可移动地连接第一码道和/或第二码道；第二检测组件，可移动地连接第一码道和/或第二码道；第一检测组件和第二检测组件可沿第一方向同步移动，第一检测组件用于检测多对第一永磁体的磁场信号，第二检测组件用于检测多对第二永磁体产生的磁场信号；其中，第一方向垂直于第二方向。

3、其中，第一码道的宽度方向与第二方向平行，第二码道的宽度方向与第三方向平行；其中，第三方向分别垂直于第一方向和第二方向。

4、其中，第一检测组件包括多个第一磁传感器，多个第一磁传感器沿第一方向等距间隔排布，沿第三方向，多个第一磁传感器与第一码道间隔设置；和/或，第二检测组件包括多个第二磁传感器，多个第二磁传感器沿第一方向等距间隔排布，沿第二方向，多个第二磁传感器与第二码道间隔设置。

5、其中，第一检测组件包括第一支架、第一电路板以及多个第一磁传感器，第一支架可移动地连接第一码道和/或第二码道，第一电路板连接于第一支架，多个第一磁传感器设置于第一电路板朝向第一码道的一面；和/或，第二检测组件包括第二支架、第二电路板以及多个第二磁传感器，第二电路板连接于第二支架，多个第二磁传感器设置于第二电路板朝向第二码道的一面。

6、其中，第一永磁体的对数比第二永磁体的对数少一对；或，第二永磁体的对数比第一永磁体的对数少一对。

7、为解决上述技术问题，本申请采用的第二技术方案是提供一种直线电机，包括：基座；动子，可移动地连接于基座；还包括上述的编码器，编码器的第一码道和第二码道分别安装于基座，编码器的第一检测组件和第二检测组件分别设置于动子，动子可带动第一检测组件和第二检测组件相对于第一码道和第二码道移动。

8、为解决上述技术问题，本申请采用的第三技术方案是提供一种直线电机的位置检测方法，直线电机包括基座、动子以及编码器，动子可移动地连接于基座，编码器的第一码道和第二码道分别安装于基座，编码器的第一检测组件和第二检测组件分别设置于动子，动子可带动第一检测组件和第二检测组件相对于第一码道和第二码道移动；位置检测方法包括：第一检测组件相对于第一码道运动时，检测第一永磁体产生的第一磁场信号；第二检测组件相对于第二码道运动时，检测第二永磁体产生的第二磁场信号；基于第一磁场信号与第二磁场信号计算得到动子的绝对位置信息。

9、其中，基于第一磁场信号与第二磁场信号计算得到动子的绝对位置信息的步骤，包括：基于第一磁场信号与第二磁场信号计算出角度差值，并根据角度差值得到动子在第一码道上的实际磁对极周期数；通过实际磁对极周期数、第一磁场信号以及第一永磁体的磁距得到动子在第一码道上的绝对位置信息；其中，磁距为第一永磁体中一对磁极的距离。

10、其中，基于第一磁场信号与第二磁场信号计算出角度差值的步骤，包括：将第一磁场信号转化为第一电压信号，并对第一电压信号进行反正切运算，以得到第一磁场角度信息；将第二磁场信号转化为第二电压信号，并对第二电压信号进行反正切运算，以得到第二磁场角度信息；基于第一磁场角度信息与第二磁场角度信息计算出角度差值。

11、其中，第一磁场角度信息与第二磁场角度信息的具体计算方法包括：

12、

13、其中，p为动子在第一码道或第二码道的磁对极周期内的磁场角度信息，vsin为第一电压信号或第二电压信号的正弦电压信号，vcos为第一电压信号或第二电压信号的余弦电压信号，arctan为反正切运算符。

14、其中，根据角度差值得到动子在第一码道上的实际磁对极周期数的步骤，包括：获取到预设的关系表；其中，关系表用于记录每个理论角度差值对应的理论磁对极周期数；查询关系表，以获取到与角度差值匹配的理论角度差值；将匹配的理论角度差值对应的理论磁对极周期数作为动子在第一码道上的实际磁对极周期数。

15、其中，获取到预设的关系表的步骤，包括：在动子相对于第一码道运行的每一个理论磁对极周期内，利用第一检测组件采集第一永磁体产生的第一理论磁场信号，并基于第一理论磁场信号得到动子在第一码道的磁对极周期内的第一理论磁场角度信息；以及，利用第二检测组件采集第二永磁体产生的第二理论磁场信号，并基于第二理论磁场信号得到动子在第二码道的磁对极周期内的第二理论磁场角度信息；基于第一理论磁场角度信息与第二理论磁场角度信息计算出理论角度差值；将每个理论角度差值与对应的理论磁对极周期数以数据表的形式进行存储，得到关系表。

16、其中，通过实际磁对极周期数、第一磁场信号以及第一永磁体的磁距得到动子在第一码道上的绝对位置信息的具体方法包括：

17、

18、其中，yi为动子在第一码道上的绝对位置信息，ci为计算得到的实际磁对极周期，pa为第一磁场角度信息，m为第一码道上第一永磁体的对数，l为第一永磁体中一对磁极的距离。

19、本申请的有益效果是：区别于现有技术，本申请提供编码器以及直线电机，通过使直线电机本身的第一码道中的第一永磁体与第二码道中的第二永磁体形成双码道永磁体信号源，并对双码道永磁体信号源进行检测，能够基于游标原理直接解算出直线电机中动子的绝对位置信息，由于无需寻找参考点以及掉电记忆，因而能够极大降低动子位置信息的检测难度以及人工维护周期，从而降低了直线电机的使用成本与维护成本。

技术特征：

1.一种编码器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的编码器，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的编码器，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的编码器，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的编码器，其特征在于，

6.根据权利要求2所述的编码器，其特征在于，

7.根据权利要求6所述的编码器，其特征在于，

8.根据权利要求1-7任一项所述的编码器，其特征在于，

9.一种直线电机，其特征在于，包括：

技术总结
本申请公开了编码器以及直线电机，编码器包括：第一码道，沿第一方向设置有多对等间距排布的第一永磁体；第二码道，沿第二方向设置于第一码道的一侧，第二码道沿第一方向设置有多对等间距排布的第二永磁体，且第一永磁体的对数与第二永磁体的对数不相等；第一检测组件与第二检测组件，均可移动地连接第一码道和/或第二码道；第一检测组件和第二检测组件可沿第一方向同步移动，第一检测组件用于检测多对第一永磁体的磁场信号，第二检测组件用于检测多对第二永磁体产生的磁场信号；第一方向垂直于第二方向。本申请能够基于游标原理解算出动子的绝对位置信息，从而降低直线电机的使用成本与维护成本。

技术研发人员：马健,吴海苗,胡圣龙
受保护的技术使用者：杭州辰控智能控制技术有限公司
技术研发日：20231212
技术公布日：2024/8/27