CN100390505C - 绝对式多圈磁编码器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及绝对式多圈磁编码器。所要解决的问题是：提供一种适合于恶劣环境、多圈数据记录、安装简单、可靠性高、成本低、生产调试简单的绝对式多圈磁编码器。特点是：金属码盘为变形圆盘状，其径向上设有四条圆弧，其中两圆弧设于同一半径的相对两侧，其相邻一侧之间为内凹第3条圆弧，另一侧之间设有内凹环槽，环槽内槽边为第4条圆弧。该编码器结构简单，基本部件少，没有磨损，使用寿命长，可靠性高。采用遮断式磁场检测，精度高，生产工艺简单。

Description

绝对式多圈磁编码器

技术领域

本发明涉及磁编码器。

背景技术

编码器是将旋转角位置、角位移及角速度等物理量转换为电信号的位移传感器。随着工厂自动化的发展，直流电机向交流电机的改变和模拟控制向数字控制的转变，编码器显示了它的优越性，其需求量猛增。根据测量方式的不同，编码器分为增量式和绝对式两种。绝对式编码器有着能随时检测绝对位置、抗干扰能力强、由噪声引起的积累误差为零等优点其应用需求在逐年增加。尤其是绝对式多圈编码器，测量范围宽，既使停电也能准确记录被测轴的转动，被广泛应用于例如开度(位移)测量、液位测量等场合。目前的绝对式多圈编码器多为光电编码器，对潮湿气体和污染敏感，对安装工艺有严格的要求，在一些场合应用可靠性差，需要一种新型的编码器。为了适应业界对编码器的更高要求，人们研制了磁编码器。例如中国专利公开号CN1271416A公布了一种绝对式单圈磁编码器。然而在先有的绝对式磁编码器技术中，不能解决轴转动超过一圈时的数据记录，而且CN1271416A公布的编码器使用线性传感器，批量生产时调试困难。

发明内容

本发明的目的是：提供一种适合于恶劣环境、多圈数据记录、安装简单、可靠性高、成本低、生产调试简单的绝对式多圈磁编码器。

具体的结构设计方案如下：

绝对式多圈磁编码器，包括外壳、主轴、金属码盘、磁敏元件和数据处理单元，金属码盘固定安装于主轴上，磁敏元件对应设于金属码盘轴向一侧面的印刷电路板上，其特征在于：

所述金属码盘为变形圆盘状，其径向上设有四条圆弧，其中圆弧14和圆弧16设于同一半径的相对两侧，且弧长相等，圆弧14和圆弧16相邻一侧之间为内凹圆弧15，另一侧之间设有内凹缺口，内凹缺口沿圆弧16一侧设有内凹环槽，内凹缺口圆弧边及相连的环槽内槽边为圆弧17。

本发明的有益技术效果是：

1、通过在码盘上按一定的编码方式刻上槽，通过磁敏元件检测出码盘在某一位置的编码得到码盘的位置，避免了增量式编码器存在的累计误差，同时由于使用了开关型磁敏元件，一致性好，生产调试方便；

2、使用遮断式磁场检测方式，检测精度高，在125℃的温度范围内，槽的位置重复精度可达50μm；

3、使用中央处理芯片，记录码盘转过的圈数，实现绝对式多圈编码，取消了齿轮组，没有磨损，使用寿命长，基本部件少，结构简单，可靠性高。

附图说明

图1为本发明结构示意图，

图2为码盘结构示意图。

图3为码盘状态转换图。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地说明。

实施例1：

绝对式多圈磁编码器包括外壳1、主轴8、金属码盘12、磁敏元件和数据处理单元6。金属码盘12通过套筒9固定在主轴8上，随主轴8转动，磁钢13和磁敏元件10、磁敏元件11分别安装在金属码盘12两边的印刷线路板2和印刷线路板4上，其个数由金属码盘12的开槽圈数确定，印刷线路板2和印刷线路板4由卡环3和卡环5与壳体固定在一起，不随主轴转动，用于检测金属码盘转过的位置；数据处理单元6安装在后盖7上，数据处理单元6与磁敏元件10、磁敏元件11之间通过导线连接，见图1。

金属码盘为变形圆盘状，其径向上设有四条圆弧，其中圆弧14和圆弧16设于同一半径的相对两侧，且弧长相等，圆弧14和圆弧16相邻一侧之间为内凹圆弧15，另一侧之间设有内凹缺口，内凹缺口沿圆弧16一侧设有内凹环槽，内凹缺口圆弧边及相连的环槽内槽边为圆弧17，见图2。

将金属码盘一周设计分成四个分度，码盘上开槽时按照普通二进制方式编码，在码盘转动时，圆弧14，圆弧15，圆弧16，圆弧17分别经过磁钢和霍尔元件中间。在圆弧14处于磁钢和霍尔元件间时，由于该位置码盘上没有开槽，磁场被遮断，两只霍尔元件都检测不到磁场，记为状态0；在圆弧15处于磁钢和霍尔元件间时，由于外部开槽，使得霍尔元件11检测到磁场，霍尔元件10检测不到磁场，记为状态1；同理，在圆弧16处于磁钢和霍尔元件间时，霍尔元件11检测不到磁场，霍尔元件10检测到磁场，记为状态2；当圆弧17处于磁钢和霍尔元件间时，两只霍尔元件都能检测到磁场，记为状态3。当码盘转动时，中央处理器根据霍尔元件检测到的状态变化可以判断出码盘的位置和转过的圈数，判断方法是：

上一次检测到的状态	本次检测到的变化后状态	状态变化的含义
			状态0	状态1	正转一个分度，圈数不变
状态1	状态2	正转一个分度，圈数不变
			状态2	状态3	正转一个分度，圈数不变
状态3	状态0	正转一个分度，圈数加1
			状态1	状态0	反转一个分度，圈数不变
状态2	状态1	反转一个分度，圈数不变
			状态3	状态2	反转一个分度，圈数不变
状态0	状态3	反转一个分度，圈数减1

其它结构同实施例1。

磁敏元件选择为霍尔开关集成电路(也称霍尔元件)。在金属码盘的两边，设置了两个马蹄形磁钢和两个低功耗的霍尔元件用来检测码盘上的槽；霍尔元件与数据处理单元上的中央处理器相连，使得中央处理器能够获得霍尔元件检测到的状态变化，经过数据分析后得到码盘转动的角度和圈数；数据处理单元6包括中央处理器，可充电电池，接口芯片，可充电池保证在无外部电源的情况下，数据处理单元仍能工作，不会造成数据信息的丢失，接口芯片为外部设备提供通信通道，使外部设备可以获得本发明检测到的数据。

由于中央处理器和霍尔元件皆为低功耗器件，可以使用电池供电，因此在停电状态下码盘的转动仍可被检测到，从而实现了绝对式多圈编码。

具体的工作原理如下：

开关型磁敏元件在码盘的槽口对应位置，一边安装马蹄型磁钢，另一边装有磁敏元件与之对应，用于检测码盘的位置。磁敏元件检测码盘转动的原理是遮断式磁场检测方法，即当码盘转动过程中，码盘的金属部分转到马蹄形磁钢和磁敏元件中间时，磁钢与码盘形成磁回路，阻断了穿过磁敏元件的磁力线，使磁敏元件检测不到磁场，而当码盘的槽口部分转到马蹄形磁钢和磁敏元件中间时，磁场穿过磁敏元件；磁敏元件根据有无磁场，输出数字信号’0’，’1’，该信号经导线连接到中央处理器的输入端，中央处理器据此判断出码盘所处的位置，判别转动方向，累计转过的圈数，从而实现绝对多圈编码。

中央处理器和磁敏元件为低功耗元件，其供电电源为电池，以保证没有外部供电时仍可记录码盘的转动。

Claims (1)

1.绝对式多圈磁编码器，包括外壳、主轴、金属码盘、磁敏元件和数据处理单元，金属码盘固定安装于主轴上，磁敏元件对应设于金属码盘轴向一侧面的印刷电路板上，其特征在于：

所述金属码盘为变形圆盘状，其径向上设有四条圆弧，其中圆弧(14)和圆弧(16)设于同一半径的相对两侧，且弧长相等，圆弧(14)和圆弧(16)相邻一侧之间为内凹圆弧(15)，另一侧之间设有内凹缺口，内凹缺口沿圆弧(16)一侧设有内凹环槽，内凹缺口圆弧边及相连的环槽内槽边为圆弧(17)。

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