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增量式编码器及检测系统

阅读:1030发布:2020-07-18

专利汇可以提供增量式编码器及检测系统专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种增量式 编码器 及检测系统,编码器采用 铁 磁性 的 齿轮 作为被测物,编码器包括:第一感应芯片,第一感应芯片包括用于感应 磁场 变化的K1、K2、K3和K4,K1、K3、K2和K4中相邻两个之间的中心间距d1为齿轮的齿间距p的1/4;第二感应芯片,第二感应芯片包括用于感应磁场变化的K5和K6,K5和K6之间的中心间距d2为齿轮的齿间距p的1/4; 磁铁 组件,磁铁组件包括第一感应磁铁和第二感应磁铁; 信号 调理芯片,信号调理芯片与第一感应芯片和第二感应芯片均相连。 增量式编码器 集成了 现有技术 中的方波输出式编码器和 正弦波 输出式编码器的优势,采用齿 轮作 为被测物,编码器输出 相位 相差90°的正余弦信号,编码器的 分辨率 和 精度 均较高。,下面是增量式编码器及检测系统专利的具体信息内容。

1.一种增量式编码器,其特征在于,所述编码器采用磁性齿轮作为被测物,所述编码器包括:
第一感应芯片,所述第一感应芯片包括第一感应本体和设于所述第一感应本体内用于感应磁场变化的第一磁敏元件K1、第二磁敏元件K2、第三磁敏元件K3和第四磁敏元件K4,所述第一磁敏元件K1、所述第三磁敏元件K3、所述第二磁敏元件K2和所述第四磁敏元件K4沿所述第一感应本体的横向顺次间隔排布,所述第一磁敏元件K1、所述第三磁敏元件K3、所述第二磁敏元件K2和所述第四磁敏元件K4中相邻两个之间的中心间距d1为所述齿轮的齿间距p的1/4,所述第一磁敏元件K1和所述第二磁敏元件K2相连以使所述第一磁敏元件K1和所述第二磁敏元件K2为一组差分信号相位相差180°的正弦输出,所述第三磁敏元件K3和所述第四磁敏元件K4相连以使所述第三磁敏元件K3和所述第四磁敏元件K4为一组差分信号相位相差180°的余弦输出,所述第一磁敏元件K1、所述第三磁敏元件K3、所述第二磁敏元件K2和所述第四磁敏元件K4中相邻两个之间的输出相位差为90°;
第二感应芯片,所述第二感应芯片包括第二感应本体和设于所述第二感应本体内用于感应磁场变化的第五磁敏元件K5和第六磁敏元件K6,所述第五磁敏元件K5和所述第六磁敏元件K6沿所述第二感应本体的横向间隔设置,所述第五磁敏元件K5和所述第六磁敏元件K6之间的中心间距d2为所述齿轮的齿间距p的1/4,所述第五磁敏元件K5和所述第六磁敏元件K6相连以使所述第五磁敏元件K5和所述第六磁敏元件K6为一组差分信号相位相差180°的脉冲信号输出,所述第一感应芯片和所述第二感应芯片沿横向间隔开分布,所述第一感应芯片的检测面和所述第二感应芯片的检测面与所述齿轮相对;
磁铁组件,所述磁铁组件设于所述第一感应芯片和所述第二感应芯片的远离所述齿轮的一侧,所述磁铁组件包括彼此间隔开的第一感应磁铁和第二感应磁铁,所述第一感应磁铁与所述第一感应芯片在纵向上相对,所述第二感应磁铁与所述第二感应芯片在纵向上相对;
信号调理芯片,所述信号调理芯片与所述第一感应芯片和所述第二感应芯片均相连,用于对所述第一感应芯片和所述第二感应芯片的输出信号进行幅值调节、偏置调节和相位调节,所述信号调理芯片适于连接控制器
2.根据权利要求1所述的增量式编码器,其特征在于,所述磁铁组件还包括设于所述第一感应磁铁和所述第二感应磁铁之间的隔离磁铁,所述隔离磁铁用于消除所述第一感应磁铁和所述第二感应磁铁之间的磁场干扰。
3.根据权利要求2所述的增量式编码器,其特征在于,所述第一感应磁铁、所述第二感应磁铁和所述隔离磁铁均为条形磁铁,所述第一感应磁铁沿横向延伸,所述第一感应磁铁的横向两端分别为N极和S极,所述第二感应磁铁沿纵向延伸,所述第二感应磁铁的纵向两端分别为N极和S极,所述隔离磁铁的延伸方向与所述第一感应磁铁的延伸方向、所述第二感应磁铁的延伸方向均垂直,所述隔离磁铁的对面的两侧分别为N极和S极,所述第一感应磁铁和所述第二感应磁铁分别磁性吸附在所述隔离磁铁的两侧。
4.根据权利要求3所述的增量式编码器,其特征在于,所述第一感应芯片和所述第二感应芯片的尺寸相等,所述第一感应芯片和所述第二感应芯片的长度和宽度均为a,所述第一感应芯片和所述第二感应芯片的管脚长度为b,所述第一感应芯片的管脚和所述第二感应芯片的管脚之间的间距为c,所述第一感应磁铁和所述第二感应磁铁的长度均为a,所述第一感应磁铁和所述第二感应磁铁的宽度均为a,所述第一感应磁铁和所述第二感应磁铁的厚度均为c,所述隔离磁铁的长度为(a/2+2b+c/2),所述隔离磁铁的宽度为a,所述第一感应磁铁的中心线M与所述第一感应芯片的中心线m重叠,所述第二感应磁铁的中心线N和所述第二感应芯片的中心线n重叠,其中a、b和c均大于0mm。
5.根据权利要求1所述的增量式编码器,其特征在于,还包括细分器芯片,所述细分器芯片与信号调理芯片相连,以调节所述信号调理芯片的输出信号的分辨率
6.根据权利要求1所述的增量式编码器,其特征在于,所述第一磁敏元件K1、所述第二磁敏元件K2、所述第三磁敏元件K3、所述第四磁敏元件K4、所述第五磁敏元件K5和所述第六磁敏元件K6的中心在一条直线上。
7.根据权利要求1所述的增量式编码器,其特征在于,还包括集成壳体,所述集成壳体内限定出容纳腔,所述第一感应芯片、所述第二感应芯片、所述磁铁组件和信号调理芯片均设于所述容纳腔内,所述集成壳体内设有沿纵向间隔开的第一PCB板和第二PCB板,所述磁铁组件设于所述第一PCB板和第二PCB板之间,所述第一感应芯片和所述第二感应芯片连接在所述第一PCB板的远离所述磁铁组件的一侧,所述信号调理芯片连接在所述第二PCB板上,第一PCB板和第二PCB板相连。
8.一种检测系统,其特征在于,包括:
铁磁性的齿轮,所述齿轮适于套设在被测电机的电机轴上;
根据权利要求1-7中任一项所述的增量式编码器,所述第一感应芯片的检测面和所述第二感应芯片的检测面与所述齿轮相对。

说明书全文

增量式编码器及检测系统

技术领域

[0001] 本实用新型涉及编码器技术领域,尤其是涉及一种增量式编码器和具有该增量式编码器的检测系统。

背景技术

[0002] 现有的增量式编码器有方波、正弦波两种输出模式。方波输出式编码器一般采用磁性齿轮作为被测物,齿轮由被测电机带动转动,编码器内封装有磁感应芯片和磁铁,磁感应芯片中封装有两个感应磁场变化的磁敏单元,磁敏单元的间距需根据齿的形状做对应选择,当一个磁敏单元正对齿轮凸齿的中心时,另一个磁敏单元需对应齿轮凹齿的中心,这样齿轮转动时,当一个磁敏单元检测磁场输出高电平时,另一个磁敏单元检测磁场输出低电平,形成反向信号;为了保证输出正交的AB脉冲信号,即高电平或者低电平,需要两片磁感应芯片在编码器中交替放置以保证输出信号保持90度相位差。
[0003] 正弦波输出式编码器采用磁环作为被测物,磁环是沿径向方向多对极充磁,编码器中封装了感应磁场变化的感应单元,当电机带动磁环转动时,在感应单元上方产生变化的磁场,感应单元将变化的磁场解调成相应的电信号,并通过对信号进行采样、放大、校准从而输出标准的正余弦信号,正余弦信号通过细分算法,每个正余弦周期都可以通过反正切插值运算细分为很多步,从而达到很高的分辨率
[0004] 然而,现有技术中的方波输出式编码器和正弦波输出式编码器均具有不足之处,具体地:
[0005] 方波输出式编码器常采用四倍频模式来提高编码器的分辨率,在有些高转速场合,要想进一步提高分辨率就必须增加齿轮齿数,但相同半径下增加齿轮数会大幅度增加齿轮加工难度。因此在高速转动的伺服电机系统中,作为位置反馈的方波输出式编码器的分辨率和精度达不到要求。
[0006] 正弦波输出式编码器,由于磁环是由铁磁物质注塑或者烧结后再进行径向充磁,加工上无法保证磁环材质的一致性,而且磁化位置也比较难精确控制,再加上磁环尺寸大、磁场强,其比较容易吸附周围的细小铁屑,还有磁环的退磁都会影响磁环的磁场分布,从而使编码器输出的正弦波精度不好,造成波形细分不准确,降低了编码器的分辨率。实用新型内容
[0007] 本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此,本实用新型的一个目的在于提出增量式编码器,所述增量式编码器集成了现有技术中的方波输出式编码器和正弦波输出式编码器的优势,采用齿轮作为被测物,编码器输出相位相差90°的正余弦信号,编码器的分辨率和精度均较高。
[0008] 本实用新型还提出一种具有上述增量式编码器的检测系统。
[0009] 根据本实用新型第一方面实施例的增量式编码器,所述编码器采用铁磁性的齿轮作为被测物,所述编码器包括:第一感应芯片,所述第一感应芯片包括第一感应本体和设于所述第一感应本体内用于感应磁场变化的第一磁敏元件K1、第二磁敏元件K2、第三磁敏元件K3和第四磁敏元件K4,所述第一磁敏元件K1、所述第三磁敏元件K3、所述第二磁敏元件K2和所述第四磁敏元件K4沿所述第一感应本体的横向顺次间隔排布,所述第一磁敏元件K1、所述第三磁敏元件K3、所述第二磁敏元件K2和所述第四磁敏元件K4中相邻两个之间的中心间距d1为所述齿轮的齿间距p的1/4,所述第一磁敏元件K1和所述第二磁敏元件K2相连以使所述第一磁敏元件K1和所述第二磁敏元件K2 为一组差分信号相位相差180°的正弦输出,所述第三磁敏元件K3和所述第四磁敏元件K4相连以使所述第三磁敏元件K3和所述第四磁敏元件K4为一组差分信号相位相差 180°的余弦输出,所述第一磁敏元件K1、所述第三磁敏元件K3、所述第二磁敏元件 K2和所述第四磁敏元件K4中相邻两个之间的输出相位差为90°;第二感应芯片,所述第二感应芯片包括第二感应本体和设于所述第二感应本体内用于感应磁场变化的第五磁敏元件K5和第六磁敏元件K6,所述第五磁敏元件K5和所述第六磁敏元件K6沿所述第二感应本体的横向间隔设置,所述第五磁敏元件K5和所述第六磁敏元件K6之间的中心间距d2为所述齿轮的齿间距p的1/4,所述第五磁敏元件K5和所述第六磁敏元件K6相连以使所述第五磁敏元件K5和所述第六磁敏元件K6为一组差分信号相位相差180°的脉冲信号输出,所述第一感应芯片和所述第二感应芯片沿横向间隔开分布,所述第一感应芯片的检测面和所述第二感应芯片的检测面与所述齿轮相对;磁铁组件,所述磁铁组件设于所述第一感应芯片和所述第二感应芯片的远离所述齿轮的一侧,所述磁铁组件包括彼此间隔开的第一感应磁铁和第二感应磁铁,所述第一感应磁铁与所述第一感应芯片在纵向上相对,所述第二感应磁铁与所述第二感应芯片在纵向上相对;信号调理芯片,所述信号调理芯片与所述第一感应芯片和所述第二感应芯片均相连,用于对所述第一感应芯片和所述第二感应芯片的输出信号进行幅值调节、偏置调节和相位调节,所述信号调理芯片适于连接控制器
[0010] 根据本实用新型实施例的增量式编码器,集成了现有技术中的方波输出式编码器和正弦波输出式编码器的优势,采用齿轮作为被测物,编码器输出相位相差90°的正余弦信号,编码器的分辨率和精度均较高。
[0011] 另外,根据本实用新型实施例的增量式编码器还可以具有如下附加技术特征:
[0012] 根据本实用新型的一个实施例,所述磁铁组件还包括设于所述第一感应磁铁和所述第二感应磁铁之间的隔离磁铁,所述隔离磁铁用于消除所述第一感应磁铁和所述第二感应磁铁之间的磁场干扰。
[0013] 可选地,所述第一感应磁铁、所述第二感应磁铁和所述隔离磁铁均为条形磁铁,所述第一感应磁铁沿横向延伸,所述第一感应磁铁的横向两端分别为N极和S极,所述第二感应磁铁沿纵向延伸,所述第二感应磁铁的纵向两端分别为N极和S极,所述隔离磁铁的延伸方向与所述第一感应磁铁的延伸方向、所述第二感应磁铁的延伸方向均垂直,所述隔离磁铁的对面的两侧分别为N极和S极,所述第一感应磁铁和所述第二感应磁铁分别磁性吸附在所述隔离磁铁的两侧。
[0014] 可选地,所述第一感应芯片和所述第二感应芯片的尺寸相等,所述第一感应芯片和所述第二感应芯片的长度和宽度均为a,所述第一感应芯片和所述第二感应芯片的管脚长度为b,所述第一感应芯片的管脚和所述第二感应芯片的管脚之间的间距为c,所述第一感应磁铁和所述第二感应磁铁的长度均为a,所述第一感应磁铁和所述第二感应磁铁的宽度均为a,所述第一感应磁铁和所述第二感应磁铁的厚度均为c,所述隔离磁铁的长度为(a/2+2b+c/2),所述隔离磁铁的宽度为a,所述第一感应磁铁的中心线M与所述第一感应芯片的中心线m重叠,所述第二感应磁铁的中心线N和所述第二感应芯片的中心线n重叠,其中a、b和c均大于0mm。
[0015] 根据本实用新型的一个实施例,还包括细分器芯片,所述细分器芯片与信号调理芯片相连,以调节所述信号调理芯片的输出信号的分辨率。
[0016] 根据本实用新型的一个实施例,所述第一磁敏元件K1、所述第二磁敏元件K2、所述第三磁敏元件K3、所述第四磁敏元件K4、所述第五磁敏元件K5和所述第六磁敏元件K6的中心在一条直线上。
[0017] 根据本实用新型的一个实施例,还包括集成壳体,所述集成壳体内限定出容纳腔,所述第一感应芯片、所述第二感应芯片、所述磁铁组件和信号调理芯片均设于所述容纳腔内,所述集成壳体内设有沿纵向间隔开的第一PCB板和第二PCB板,所述磁铁组件设于所述第一PCB板和第二PCB板之间,所述第一感应芯片和所述第二感应芯片连接在所述第一PCB板的远离所述磁铁组件的一侧,所述信号调理芯片连接在所述第二PCB 板上,第一PCB板和第二PCB板相连。
[0018] 根据本实用新型第二方面实施例的检测系统,包括:铁磁性的齿轮,所述齿轮适于套设在被测电机的电机轴上;根据本实用新型上述第一方面实施例的增量式编码器,所述第一感应芯片的检测面和所述第二感应芯片的检测面与所述齿轮相对。
[0019] 根据本实用新型实施例的检测系统,通过设置根据本实用新型上述第一方面实施例的增量式编码器,使得检测系统具有上述增量式编码器具有的全部优点,这里不再赘述。
[0020] 本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本实用新型的实践了解到。附图说明
[0021] 本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
[0022] 图1是根据本实用新型实施例的检测系统的检测原理图;
[0023] 图2是根据本实用新型实施例的增量式编码器的部分结构示意图;
[0024] 图3是根据本实用新型实施例的增量式编码器的部分结构示意图;
[0025] 图4是根据本实用新型实施例的增量式编码器的第一感应芯片和第二感应芯片的结构示意图;
[0026] 图5是根据本实用新型实施例的增量式编码器的部分结构示意图;
[0027] 图6是根据本实用新型实施例的增量式编码器的示意图。
[0028] 附图标记:
[0029] 编码器100;
[0030] 第一感应芯片1;第二感应芯片2;
[0031] 第一感应磁铁3;第二感应磁铁4;隔离磁铁5;
[0032] 信号调理芯片6;细分器芯片7;
[0033] 集成壳体8;第一PCB板81;第二PCB板82;
[0034] 检测系统200;齿轮201;控制器(PLC)202。

具体实施方式

[0035] 下面详细描述本实用新型的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本实用新型,而不能理解为对本实用新型的限制。
[0036] 本申请基于实用新型人对以下事实和问题的发现和认识作出的:
[0037] 现有的增量式编码器有方波、正弦波两种输出模式。方波输出式编码器一般采用铁磁性齿轮作为被测物,齿轮由被测电机带动转动,编码器内封装有磁感应芯片和磁铁,磁感应芯片中封装有两个感应磁场变化的磁敏单元,磁敏单元的间距需根据齿的形状做对应选择,当一个磁敏单元正对齿轮凸齿的中心时,另一个磁敏单元需对应齿轮凹齿的中心,这样齿轮转动时,当一个磁敏单元检测磁场输出高电平时,另一个磁敏单元检测磁场输出低电平,形成反向信号;为了保证输出正交的AB脉冲信号,即高电平或者低电平,需要两片磁感应芯片在编码器中交替放置以保证输出信号保持90度相位差。
[0038] 正弦波输出式编码器采用磁环作为被测物,磁环是沿径向方向多对极充磁,编码器中封装了感应磁场变化的感应单元,当电机带动磁环转动时,在感应单元上方产生变化的磁场,感应单元将变化的磁场解调成相应的电信号,并通过对信号进行采样、放大、校准从而输出标准的正余弦信号,正余弦信号通过细分算法,每个正余弦周期都可以通过反正切插值运算细分为很多步,从而达到很高的分辨率。
[0039] 然而,现有技术中的方波输出式编码器和正弦波输出式编码器均具有不足之处,具体地:
[0040] 方波输出式编码器常采用四倍频模式来提高编码器的分辨率,在有些高转速场合,要想进一步提高分辨率就必须增加齿轮齿数,但相同半径下增加齿轮数会大幅度增加齿轮加工难度。因此在高速转动的伺服电机系统中,作为位置反馈的方波输出式编码器的分辨率和精度达不到要求。
[0041] 正弦波输出式编码器,由于磁环是由铁磁物质注塑或者烧结后再进行径向充磁,加工上无法保证磁环材质的一致性,而且磁化位置也比较难精确控制,再加上磁环尺寸大、磁场强,其比较容易吸附周围的细小铁屑,还有磁环的退磁都会影响磁环的磁场分布,从而使编码器输出的正弦波精度不好,造成波形细分不准确,降低了编码器的分辨率。
[0042] 为此,本实用新型提出一种增量式编码器100,该增量式编码器100集成了现有技术中的方波输出式编码器和正弦波输出式编码器的优势,采用齿轮201作为被测物,编码器100输出相位相差90°的正余弦信号,编码器100的分辨率和精度均较高。
[0043] 下面参考图1-图6描述根据本实用新型第一方面实施例的增量式编码器100。
[0044] 参考图1-图4所示,根据本实用新型实施例的增量式编码器100包括:第一感应芯片1、第二感应芯片2、磁铁组件和信号调理芯片6。编码器100采用铁磁性的齿轮201 作为被测物,齿轮201适于安装在被测电机的电机轴上,如齿轮201套设在被测电机的电机轴上,齿轮201由电机轴带动其转动。
[0045] 如图4中所示,第一感应芯片1包括第一感应本体和设于第一感应本体内用于感应磁场变化的第一磁敏元件K1、第二磁敏元件K2、第三磁敏元件K3和第四磁敏元件K4,即第一感应芯片1包括第一感应本体和第一磁敏元件K1、第二磁敏元件K2、第三磁敏元件K3和第四磁敏元件K4,第一磁敏元件K1、第二磁敏元件K2、第三磁敏元件K3 和第四磁敏元件K4设于第一感应本体内,第一磁敏元件K1、第二磁敏元件K2、第三磁敏元件K3和第四磁敏元件K4用于感应磁场变化。
[0046] 第一磁敏元件K1、第三磁敏元件K3、第二磁敏元件K2和第四磁敏元件K4沿第一感应本体的横向顺次间隔排布,第一磁敏元件K1、第三磁敏元件K3、第二磁敏元件K2和第四磁敏元件K4中相邻两个之间的中心间距d1为齿轮201的齿间距p的1/4,即第一磁敏元件K1、第三磁敏元件K3的中心间距d1为齿轮201的齿间距p的1/4,第三磁敏元件K3和第二磁敏元件K2的中心间距d1为齿轮201的齿间距p的1/4,第二磁敏元件K2和第四磁敏元件K4的中心间距d1为齿轮201的齿间距p的1/4。
[0047] 第一磁敏元件K1和第二磁敏元件K2相连以使第一磁敏元件K1和第二磁敏元件 K2为一组差分信号相位相差180°的正弦输出,第三磁敏元件K3和第四磁敏元件K4 相连以使第三磁敏元件K3和第四磁敏元件K4为一组差分信号相位相差180°的余弦输出,第一磁敏元件K1、第三磁敏元件K3、第二磁敏元件K2和第四磁敏元件K4中相邻两个之间的输出相位差为90°,第一磁敏元件K1和第三磁敏元件K3的输出相位差为90°,第三磁敏元件K3和第二磁敏元件K2的输出相位差为90°,第二磁敏元件 K2和第四磁敏元件K4的输出相位差为90°。
[0048] 如图4中所示,第二感应芯片2包括第二感应本体和设于第二感应本体内用于感应磁场变化的第五磁敏元件K5和第六磁敏元件K6,即第二感应芯片2包括第二感应本体和第五磁敏元件K5和第六磁敏元件K6,第五磁敏元件K5和第六磁敏元件K6设于第二感应本体内,第五磁敏元件K5和第六磁敏元件K6用于感应磁场变化。
[0049] 第五磁敏元件K5和第六磁敏元件K6沿第二感应本体的横向间隔设置,第五磁敏元件K5和第六磁敏元件K6之间的中心间距d2为齿轮201的齿间距p的1/4,第五磁敏元件K5和第六磁敏元件K6相连以使第五磁敏元件K5和第六磁敏元件K6为一组差分信号相位相差180°的脉冲信号输出,第五磁敏元件K5和第六磁敏元件K6为基准信号输出。
[0050] 齿轮201参数计算方法:d=m*z(分度圆直径=模数*齿数),p=m*π(齿间距=模数*π),确定齿轮201的模数和齿数,就可以确定齿轮201的大小及齿间距。当确定了齿间距p后,中心间距d1和中心间距d2就确定了。
[0051] 第一感应芯片1和第二感应芯片2沿横向间隔开分布,第一感应芯片1的检测面和第二感应芯片2的检测面与齿轮201相对。
[0052] 如图2-图3中所示,磁铁组件设于第一感应芯片1和第二感应芯片2的远离齿轮201 的一侧,磁铁组件包括彼此间隔开的第一感应磁铁3和第二感应磁铁4,第一感应磁铁 3与第一感应芯片1在纵向上相对,第二感应磁铁4与第二感应芯片2在纵向上相对。
[0053] 如图1中所示,信号调理芯片6与第一感应芯片1和第二感应芯片2均相连,用于对第一感应芯片1和第二感应芯片2的输出信号进行幅值调节、偏置调节和相位调节,信号调理芯片6适于连接控制器(PLC)202。
[0054] 具体地,齿轮201和磁铁组件分别在第一感应芯片1和第二感应芯片2的两侧,齿轮201安装在被测电机的电机轴上,第一感应芯片1和第二感应芯片2的检测面正对齿轮201,当电机带动齿轮201转动时第一感应芯片1和第二感应芯片2将检测磁场强度的变化,并转化输出弱的电信号至信号调理芯片6,信号调理芯片6对电信号进行幅值的调节、偏置调整以及相位微调,从而保证输出幅值为1VPP,相位相差90°正余弦信号以及它们的反向信号,从而得到被测电机的转动位置、转动速度及转动方向。其中, K1、K2的输出信号分别为A+、A-;K3、K4的输出信号分别为B+、B-,K5、K6的输出信号分别为Z+、Z-。如图1中所示,第一感应芯片1输出A+、A-、B+、B-至信号调理芯片6,第二感应芯片2输出Z+、Z-至信号调理芯片6,信号调理芯片6对A+、A-、 B+、B-、Z+、Z-进行幅值调节、偏置调节和相位调节,以保证输出幅值为1VPP,相位相差90°正余弦信号以及它们的反向信号,将调节后的信号传送至控制器(PLC)202,以获得被测电机的转动位置、转动速度和转动方向。
[0055] 根据本实用新型实施例的增量式编码器100,集成了现有技术中的方波输出式编码器和正弦波输出式编码器的优势,采用齿轮201作为被测物,编码器100输出相位相差 90°的正余弦信号,编码器100的分辨率和精度均较高。
[0056] 本申请的增量式编码器100,通过齿轮201的齿间距,来匹配第一感应芯片1内部的第一磁敏元件K1、第二磁敏元件K2、第三磁敏元件K3和第四磁敏元件K4之间的中心间距d1,以及第二感应芯片2内部的第五磁敏元件K5和第六磁敏元件K6之间的中心间距d2,从而保证编码器100输出相位相差90°的正余弦信号。另外,齿轮201 尺寸小,转动惯量小,适合高达60000r/min的高速电机的转动位置、转动速度以及转动方向的检测,使编码器100的使用范围更广。
[0057] 齿轮201尺寸越小,电机高速转动时转动惯量越小,编码器100输出信号的稳定性越高;如果第一感应磁铁3和第二感应磁铁4间距太小,会造成齿轮201转动时基准信号会干扰正余弦信号的输出,造成信号幅值在此处跳动。即若编码器100中的第一感应磁铁3和第二感应磁铁4之间存在磁场干扰,将会影响编码器100输出信号的稳定性、一致性以及分辨率。为了减小第一感应芯片1和第二感应芯片2受到磁场的相互干扰,可以通过增大第一感应芯片1和第二感应芯片2的间距来实现,但这样将会造成编码器 100的整体尺寸较大。
[0058] 在本实用新型的一个优选实施例中,如图2和图3中所示,磁铁组件还包括设于第一感应磁铁3和第二感应磁铁4之间的隔离磁铁5,隔离磁铁5用于消除第一感应磁铁 3和第二感应磁铁4之间的磁场干扰。通过设置隔离磁铁5来消除第一感应磁铁3和第二感应磁铁4之间的磁场干扰,可以在减小编码器100整体尺寸的同时,保证编码器100 输出信号的稳定性、一致性以及分辨率。编码器100内部集成度高,设计紧凑,编码器 100内部磁铁尺寸小,磁场比较弱,不易吸附周围的铁磁物质,抗干扰能更强。
[0059] 进一步地,如图3中所示,第一感应磁铁3、第二感应磁铁4和隔离磁铁5均为条形磁铁,第一感应磁铁3沿横向延伸,第一感应磁铁3的横向两端分别为N极和S极,第二感应磁铁4沿纵向延伸,第二感应磁铁4的纵向两端分别为N极和S极,隔离磁铁 5的延伸方向与第一感应磁铁3的延伸方向、第二感应磁铁4的延伸方向均垂直,即隔离磁铁5的延伸方向与第一感应磁铁3的延伸方向垂直,隔离磁铁5的延伸方向与第二感应磁铁4的延伸方向也垂直,隔离磁铁5的对角面的两侧分别为N极和S极,第一感应磁铁3和第二感应磁铁4分别磁性吸附在隔离磁铁5的两侧。
[0060] 更进一步地,如图3中所示,第一感应芯片1和第二感应芯片2的尺寸相等,第一感应芯片1和第二感应芯片2的长度和宽度均为a,第一感应芯片1和第二感应芯片2 的管脚长度为b,第一感应芯片1的管脚和第二感应芯片2的管脚之间的间距为c,第一感应磁铁3和第二感应磁铁4的长度均为a,第一感应磁铁3和第二感应磁铁4的宽度均为a,第一感应磁铁3和第二感应磁铁4的厚度均为c,隔离磁铁5的长度为 (a/2+2b+c/2),隔离磁铁5的宽度为a,隔离磁铁5的厚度为2(a+b),第一感应磁铁3的中心线M与第一感应芯片1的中心线m重叠,第二感应磁铁4的中心线N和第二感应芯片2的中心线n重叠,其中a、b和c均大于0mm。
[0061] 通过使第一感应磁铁3、第二感应磁铁4和隔离磁铁5满足上述的摆放位置和尺寸关系,使得编码器100的整体尺寸更小,且编码器100输出信号的稳定性、一致性以及分辨率更高。
[0062] 在本实用新型的一个实施例中,如图1中所示,编码器100还包括细分器芯片7,细分器芯片7与信号调理芯片6相连,以调节信号调理芯片6的输出信号的分辨率。具体地,细分器芯片7设于信号调理芯片6和控制器(PLC)202之间,其将信号调理芯片6的输出信号细分后反馈给控制器(PLC)202,从而精确得到被测电机的转动位置、转动速度及转动方向。通过设置细分器芯片7可以提升编码器100的分辨率,比如:齿轮201选择100齿,细分器芯片7采用12位细分精度,那么齿轮201转动一圈,经过细分后的分辨率为:212*100=409600。采用信号调理芯片6及细分器芯片7,既能提高编码器100的分辨率,又能提高编码器100的可靠性。
[0063] 在本实用新型的一个实施例中,如图4中所示,第一磁敏元件K1、第二磁敏元件 K2、第三磁敏元件K3、第四磁敏元件K4、第五磁敏元件K5和第六磁敏元件K6的中心在一条直线上。由此保证基准信号Z与A、B信号的中心对称,从而提升编码器100 信号输出的稳定性、一致性和分辨率。
[0064] 在本实用新型的一个实施例中,如图5和图6中所示,编码器100还包括集成壳体 8,集成壳体8内限定出容纳腔,第一感应芯片1、第二感应芯片2、磁铁组件和信号调理芯片6均设于容纳腔内,集成壳体8内设有沿纵向间隔开的第一PCB板81和第二PCB 板82,磁铁组件设于第一PCB板81和第二PCB板82之间,第一感应芯片1和第二感应芯片2连接在第一PCB板81的远离磁铁组件的一侧,信号调理芯片6连接在第二PCB 板82上,第一PCB板81和第二PCB板82相连。由此使得编码器100内部集成度高,设计紧凑。可选地,当编码器100还包括上述细分器芯片7时,细分器芯片7连接在第二PCB板82上(图未示出)。
[0065] 根据本实用新型第二方面实施例的检测系统200,包括铁磁性的齿轮201和根据本实用新型上述第一方面实施例的增量式编码器100,齿轮201适于套设在被测电机的电机轴上;第一感应芯片1的检测面和第二感应芯片2的检测面与齿轮201相对。
[0066] 根据本实用新型实施例的检测系统200,通过设置根据本实用新型上述第一方面实施例的增量式编码器100,使得检测系统200具有上述增量式编码器100具有的全部优点,这里不再赘述。
[0067] 在本实用新型的描述中,需要理解的是,术语“横向”、“纵向”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0068] 在本实用新型的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0069] 在本实用新型中的描述中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0070] 在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0071] 尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例,本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。
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