CN101493342A - 电磁多圈绝对值编码器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电磁多圈绝对值编码器，包括：编码器测量主轴(1)、磁检测芯片(4)、磁铁(6)、编码器法兰底座(9)；还包括：一个安置在磁检测芯片(4)下的多圈齿轮组(2)，所述的多圈齿轮组(2)通过齿轮联接机构(8)与安置磁铁(6)的磁铁座(7)相接；在多圈齿轮组(2)下安置编码器法兰底座(9)以及穿过编码器法兰底座(9)的编码器测量主轴(1)；在磁检测芯片(4)上安置一个包含DSP数据处理、CPU运算、存储单元EEROM、信号输出的线路板(5)；一个数据连接线(3)连接多圈齿轮组(2)和线路板(5)；一方面可有效解决振动及烟尘等恶劣环境条件下的编码器正常使用，另一方面可以同时实现被测物体的多圈位置值。

Description

电磁多圈绝对值编码器

技术领域

本发明涉及一种编码器，尤其涉及一种电磁绝对值编码器的机械结构。

背景技术

一般对角度等的位置测量可以使用绝对值编码器，它们的构成和工作原理如下：

绝对值编码器一般分为单圈和多圈。单圈编码器的工作原理如图1所示：

编码器在上电后，光源12发出光束，经过屏蔽光栅13的聚光，再穿过具有规律明暗刻线的码盘11，最后在光电接收单元14收到一组通断的编码，可以真实的反映出转轴10当前的角度。但是很多场合下(例如高度、长度的测量)，设备的工作行程通常会超过一圈，达到多圈工作的状态，在这样的情况下，单圈编码器就没有办法真实的反映多圈的绝对位置了，为了解决这个困难，国际上出现了多圈绝对值编码器，它的工作原理如图2、图3所示：

从图中可以看出，编码器轴通过一组变速齿轮的结构，使测量轴每转过一圈就在减速端转过一定的角度，通过测量减速端转过的角度值，可以反映当前测量主轴转过的圈数，这样，在一定的范围内，就能够实现多圈数的测量。图2中：编码器轴20、码盘21、光源22、屏蔽光栅23、光电接收单元24、一组变速齿轮25；图3中：编码器轴200、底座201、光学系统202、线路板203、一组变速齿轮204。

由于该结构需要使用具有明暗刻线的码盘，而该码盘刻线的精度取决于制造工艺，所以无论从成本和环境保护角度还是制造工艺上，都需要一定的生产规模，这限制了该产品的发展及普及。另一方面，因为刻线在玻璃上的稳定性较好、精度较高，所以通常码盘由玻璃构成，但是玻璃具有易碎的特性，在振动和冲击较强的环境下不适合该产品，加上这个方案的光学系统会引起产品在灰尘及潮湿环境中的不稳定。为了克服上述的问题，现有技术中又提出了依靠磁性检测原理来实现位置测量的方案。

如图4所示：核心处理元件利用记忆功能将永磁铁的N、S极磁场分布状态保存下来(初始点，也叫零点)，当跟随被测物体一起运动的磁铁磁场分布发生改变的时候，处理元件将新检测出的磁场分布与原始分布图做比较，得出两图之间的相对夹角，从而知道设备的当前绝对位置。通常利用该原理实现的编码器结构如图5所示(图中：编码器轴30、底座31、磁铁32、磁检测芯片33)：

编码器虽然在振动及烟尘环境下的使用性能很好，但它的局限性是磁芯必须位于磁检测芯片下方，如果仍然按利用光学系统的多圈齿轮组在单圈测量的上方的方法，由于磁芯无法穿越线路板，所以无法实现多圈连续测量。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供了一种电磁多圈绝对值编码器，旨在解决上述的问题。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：编码器测量主轴、磁检测芯片、磁铁、编码器法兰底座；还包括：一个安置在磁检测芯片下的多圈齿轮组，所述的多圈齿轮组通过齿轮联接机构与安置磁铁的磁铁座相接；在多圈齿轮组下安置编码器法兰底座以及穿过编码器法兰底座的编码器测量主轴；在磁检测芯片上安置一个包含DSP数据处理、CPU运算、存储单元EEROM、信号输出的线路板；一个数据联接线连接多圈齿轮组和线路板。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：一方面可有效解决振动及烟尘等恶劣环境条件下的编码器正常使用，另一方面，可以同时实现被测物体的多圈位置值；解决了这两点技术难度，编码器可以得到更广泛的应用，特别是在新能源(风力发电、水利发电等)、运动控制行业(伺服控制、卷扬启闭机、螺杆机等)、电梯等行业的推广。

附图说明

图1是现有技术中利用光学系统的单圈编码器结构立体示意图；

图2是现有技术中利用光学系统的多圈编码器结构立体示意图；

图3是图2机械结构示意图；

图4是磁性原理检测绝对位置的原理图；

图5是图4机械结构示意图；

图6是本发明的结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

由图6可见：本发明包括：编码器测量主轴1、磁检测芯片4、磁铁6、编码器法兰底座9；还包括：一个安置在磁检测芯片4下的多圈齿轮组2，所述的多圈齿轮组2通过齿轮联接机构8与安置磁铁6的磁铁座7相接；在多圈齿轮组2下安置编码器法兰底座9以及穿过编码器法兰底座9的编码器测量主轴1；在磁检测芯片4上安置一个包含DSP数据处理、CPU运算、存储单元EEROM、信号输出的线路板5；一个数据连接线3连接多圈齿轮组2和线路板5。

本发明中的多圈齿轮组的结构采用现有技术中利用光学系统的多圈编码器中的一组变速齿轮。

多圈齿轮组被通过齿轮联接机构所带动的与设备联接的编码器测量主轴一起旋转，齿轮组通过检测减速齿轮端转过的角度值，计算出编码器测量主轴转过的圈数，通过数据连接线传送至线路板，作为数据的高位，再累加上磁检测芯片所检测到的安装于磁铁座上磁铁所转过的角度，作为数据的低位，叠加后经过CPU的运算，最后通过输出端口以用户需要的信号形式发送出去。

本发明利用磁性检测原理的抗振性及多圈编码器的圈数检测，特别是解决了原来多圈编码器齿轮轴需穿过线路板的机械设计，而磁检测原理中磁铁需置于磁检测芯片下方的设计规则，将两者有机的结合在一起，把两者的数据进行混合运算，能够做到对被测设备的当前圈数及当前位置的检测功能，实现角度、速度特别是通过运算后的长度测量。

Claims (1)

1.一种电磁多圈绝对值编码器，包括：编码器测量主轴(1)、磁检测芯片(4)、磁铁(6)、编码器法兰底座(9)；其特征在于还包括：一个安置在磁检测芯片(4)下的多圈齿轮组(2)，所述的多圈齿轮组(2)通过齿轮联接机构(8)与安置磁铁(6)的磁铁座(7)相接；在多圈齿轮组(2)下安置编码器法兰底座(9)以及穿过编码器法兰底座(9)的编码器测量主轴(1)；在磁检测芯片(4)上安置一个包含DSP数据处理、CPU运算、存储单元EEROM、信号输出的线路板(5)；一个数据连接线(3)连接多圈齿轮组(2)和线路板(5)。

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