CN102607605A

CN102607605A - 霍尔多圈绝对位置编码器

Info

Publication number: CN102607605A
Application number: CN2012100486608A
Authority: CN
Inventors: 赵建民; 刘占军; 赵秋光
Original assignee: TIANJIN SIANJIA FLOW CONTROL SYSTEMS CO Ltd
Current assignee: TIANJIN SIANJIA FLOW CONTROL SYSTEMS CO Ltd
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2012-07-25

Abstract

本发明涉及霍尔多圈绝对位置编码器，包括外壳和电路板，其特点是：外壳内安装有进位连接的多级计数齿轮，计数齿轮由齿轮本体及一个进位齿构成，相邻级计数齿轮之间安装有进位齿轮，进位齿轮分别与前一级计数齿轮的进位齿和后一级计数齿轮的齿轮本体连接；第一级计数齿轮的底端制有轴孔或轴伸结构；每级计数齿轮的顶端中心位置均固装有一块磁钢，电路板上与每块磁钢对正的位置均安装有一个霍尔传感器。该编码器相比于现有技术，加工难度低，装配方便简单；对恶劣工作环境的适应性较好；输出信号较规整，省去了放大、整形电路，因此电路元器件较少，简化了电路结构；各级进位结构之间连接紧凑，整体结构尺寸较小；每一个位置对应一个确定、唯一的数据信号，实现了绝对位置编码。

Description

霍尔多圈绝对位置编码器

技术领域

本发明涉及编码器技术领域，特别涉及一种霍尔多圈绝对位置编码器。

背景技术

编码器是将旋转位移转换成一串数字信号的旋转式传感器，其测量输出结果作为位置信号参与对装置或设备的检测和控制。现有技术中编码器从工作原理上可分为机械式、电子式、光电式和磁感应式，从结构型式上还可分为单圈、多圈、接触式和非接触式，从数据处理上又可分为增量式和绝对式。目前，随着自动化和运动控制产品的发展，各种编码器已不能全面满足测量范围、精度和速度以及可靠性上的更高要求，即使是应用最广的光电式编码器，也存在着如下不足或缺陷：

1)光电编码器精度要求高，其光电码盘的分辨率就要高，因此码盘上的码道和码道上透光缝隙数也要多，使得码盘加工难度增大。此外，对多圈光电式编码器其他零件的加工精度和码盘的装配要求也大大提高；

2)由于光电传感器的光路系统对烟雾、尘埃、水蒸气和机械振动等很敏感，所以其外壳要求严密防护，例如具有IP43或更高的外壳防护等级；

3)光电接收电路的光敏二极管输出信号的电平较低，波形也不规则，需经转换电路放大和整形后进行控制或远传，造成电路元器件多，结构复杂；

4)由于多圈光电式编码器各圈码盘不能受另一圈码盘的光源干扰，码盘与光源的设置相对复杂，结构与尺寸也偏大；

3)如果是增量式光电编码器，断电时位置被移动或带电运行丢失脉冲都会造成位置数据偏移，以致必须重新调整编码器并找回“零点”后才能正常工作。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种降低加工和装配难度、结构紧凑简单、减少电路元器件、提高对工作环境的适应性、实现绝对编码的霍尔多圈绝对位置编码器。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

霍尔多圈绝对位置编码器，包括外壳和电路板，其特征在于：所述外壳内安装有依次进位连接的多级计数齿轮，所述每级计数齿轮由齿轮本体及与其整体加工成型沿轴向设置的一个进位齿构成，相邻级计数齿轮之间安装有进位齿轮，所述进位齿轮分别与前一级计数齿轮的进位齿和后一级计数齿轮的齿轮本体连接；第一级计数齿轮的底端制有轴孔或轴伸结构；所述每级计数齿轮的顶端中心位置均固装有一块磁钢，所述电路板上与每块磁钢对正的位置均安装有一个霍尔传感器。

本发明还可以采取的技术方案为：

所述每个进位齿轮上均设有一组压紧定位结构，所述压紧定位结构由设在进位齿轮上两齿之间的滚珠及压紧在滚珠上的弹性元件构成。

所述弹性元件为压簧或弹片。

所述各级计数齿轮的轴线平行设置。

本发明具有的优点和积极效果是：

本发明所述编码器与现有技术编码器比较具有如下优点：

1、可根据检测精度要求，增加或减少计数齿轮结构的进位级数，相比光电编码器具有加工难度低，装配方便简单的特点；

2、由于采用磁感应的转换方式，相比光电传感器的光路系统，不受烟雾、尘埃、水蒸气和机械振动等影响，对恶劣工作环境的适应性较好。

3、霍尔传感器的输出信号较规整，不需要在电路系统中设置放大电路和整形电路，因此使用的电路元器件较少，简化了电路结构，降低了生产成本；

4、各级进位结构之间连接紧凑，因此整体结构尺寸较小；

5、采用各级进位结构，在转动圈数范围内无论转动多少圈，每一个位置都只对应一个确定、唯一的数据信号，因此不会因断电造成位置数据丢失，从而实现了绝对位置编码。

附图说明

图1本发明三级进位的结构原理图；

图2本发明二级进位的结构示意图；

图3是图2中两级计数齿轮配合的俯视图。

图中：1、外壳；2、电路板；3、第一级计数结构；3-1、第一级计数齿轮；3-1-1、齿轮本体；3-1-2、第二级进位齿；3-2、第一级磁钢；3-3、第一级霍尔传感器；4、第二级计数结构；4-1、第二级计数齿轮；4-1-1、齿轮本体；4-1-2、第三级进位齿；4-2、第二级磁钢；4-3、第二级霍尔传感器；5、第三级计数结构；5-1、第三级计数齿轮；5-2、第三级磁钢；5-3、第三级霍尔传感器；6、第二级进位齿轮；7、第三级进位齿轮；8、传动轴；9、滚珠；10、弹性元件。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1-3，霍尔多圈绝对位置编码器，包括外壳1和电路板2。所述外壳内安装有依次进位连接的多级计数齿轮，所述每级计数齿轮由齿轮本体及与其整体加工成型沿轴向设置的一个进位齿构成，相邻级计数齿轮之间安装有进位齿轮，所述进位齿轮分别与前一级计数齿轮的进位齿和后一级计数齿轮的齿轮本体连接。第一级计数齿轮的底端制有轴孔或轴伸结构，通过轴孔或轴伸将编码器安装在装置或设备的传动轴上。所述每级计数齿轮的顶端中心位置均固装有一块磁钢，具体的，可在每级计数齿轮的顶端中心位置设置与磁钢相匹配的安装孔，磁钢经涂胶并轻压进入该安装孔后与计数齿轮形成刚性连接。所述电路板上与每块磁钢对正的位置均安装有一个霍尔传感器。磁钢与对应霍尔传感器均保持相同的感应距离。上述第一计数齿轮的齿轮本体部分也可采用无齿型结构。

上述多级计数齿轮结构为两级及两级以上，图1为三级进位的结构原理图，具体的该三级进位结构由依次进位连接的第一级计数结构3、第二级计数结构4和第三级计数结构5构成，其中第一级计数结构由第一级计数齿轮3-1、安装在第一级计数齿轮顶端中心位置的第一级磁钢3-2及安装在电路板上的第一级霍尔传感器3-3构成，第一级计数齿轮的底端与传动轴8连接，第一级计数齿轮由齿轮本体3-1-1和第二级进位齿3-1-2构成；第二级计数结构由第二级计数齿轮4-1、安装在第二级计数齿轮顶端中心位置的第二级磁钢4-2及安装在电路板上的第二级霍尔传感器4-3构成，第二级计数齿轮由齿轮本体4-1-1和第三级进位齿4-1-2构成；第三级计数结构由第三级计数齿轮5-1、安装在第三级计数齿轮顶端中心位置的第三级磁钢5-2及安装在电路板上的第三级霍尔传感器5-3构成。在上述第二级进位齿和第二级计数齿轮的齿轮本体之间安装有第二级进位齿轮6，在第三级进位齿和第三级计数齿轮的齿轮本体之间安装有第三级进位齿轮7。

本发明的工作原理为：

将本发明所述位置编码器安装在装置或设备的传动轴8上，当传动轴运转时，第一级计数齿轮随之转动。当第一级计数齿轮上的第二级进位齿转动到与第二级进位齿轮啮合后，会拨动第二进位齿轮转动一个齿，而第二级进位齿轮则拨动第二级计数齿轮也转动一个齿，实现一级进位。同理，经一级级进位和传递，n级进位齿将随n-1级计数齿轮转动到与n级进位齿轮啮合后，也会拨动n级进位齿轮和n级计数齿轮转动一个齿，实现n级进位。在该编码器中，磁钢为圆柱体，其N极和S极分列在圆柱体轴线两侧，磁场强度在两极各自中心最大，而且大小相等、方向相反，然后沿两极中心向两极结合面呈递减分布，直至为零。磁钢随各级计数齿轮回转360°，与之对正安装的霍尔传感器就能检测到一个完整的磁场强度正弦波，然后再经霍尔传感器中的运算器将其转化成与转角对应的一组线性数据，最后由霍尔传感器的外围元器件ARM芯片将n组这种线性数据整合成一个绝对位置信号，实现了多圈旋转运动任意位置的检测和编码。

上述各级进位齿轮均通过中心轴安装在外壳内，其运动方式为间歇运动。为提高进位齿轮在进位后的定位精度，所述每个进位齿轮上进一步设有一组压紧定位结构，所述压紧定位结构由设在进位齿轮上两齿之间的滚珠9及压紧在滚珠上的弹性元件10构成。具体的，弹性元件远离滚珠的一端固装在外壳上，在附图中未表示出。弹性元件可采用常见的压簧或弹片结构。上述弹性压紧定位结构，在进位齿轮的传动过程中，滚珠在弹性元件的推压下始终顶在进位齿轮的两齿之间，使进位齿轮在未被进位齿拨动时保持不动，从而保证了位置数据的连续性和稳定性。

上述位置编码器从结构设置上考虑，n级计数齿轮的轴线可相互平行设置，如附图所示，也可同轴安排。当各计数齿轮的轴线采用平行设置的结构时，与计数齿轮对正安装的霍尔传感器可被焊接在同一块电路板上。当各计数齿轮同轴设置时，与计数齿轮对正安装的霍尔传感器需要被焊接在不同的电路板上。从编码器整体尺寸小巧、其内部零件安装方便及便于布线等方面考虑，在本发明中，各级计数齿轮的轴线优选为平行设置。

Claims

1.霍尔多圈绝对位置编码器，包括外壳和电路板，其特征在于：所述外壳内安装有依次进位连接的多级计数齿轮，所述每级计数齿轮由齿轮本体及与其整体加工成型沿轴向设置的一个进位齿构成，相邻级计数齿轮之间安装有进位齿轮，所述进位齿轮分别与前一级计数齿轮的进位齿和后一级计数齿轮的齿轮本体连接；第一级计数齿轮的底端制有轴孔或轴伸结构；每级计数齿轮的顶端中心位置均固装有一块磁钢，所述电路板上与每块磁钢对正的位置均安装有一个霍尔传感器。

2.根据权利要求1所述霍尔多圈绝对位置编码器，其特征在于：所述每个进位齿轮上均设有一组压紧定位结构，所述压紧定位结构由设在进位齿轮上两齿之间的滚珠及压紧在滚珠上的弹性元件构成。

3.根据权利要求2所述霍尔多圈绝对位置编码器，其特征在于：所述弹性元件为压簧或弹片。

4.根据权利要求1-3任一所述霍尔多圈绝对位置编码器，其特征在于：所述各级计数齿轮的轴线平行设置。