CN105403231A - 磁性旋转编码器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁性旋转编码器，包括上端开口的壳体，一端伸出壳体的底板之外并由不导磁材料制成的转轴，套设于转轴上并与壳体内壁接触的轴承，设于转轴上端面中部的嵌环，设于嵌环内的永磁体，设于转轴上的用于消除永磁体下方的外部磁信号的下磁防护板，设于永磁体上方的壳体内壁上的电路板，设于电路板下表面上的磁传感器，设于电路板上部的壳体内壁上的上磁防护板，设于壳体上端的盖板，与磁传感器电连接的导线伸出壳体之外。本发明具有可将大部分外部磁信号的能量消除，抗干扰性好、信号稳定性好、输出信号精度高的特点。

Description

磁性旋转编码器

技术领域

本发明涉及磁性传感器非目标磁信号干扰防护技术领域，尤其涉及一种可将外部磁信号的大部分能量消除，抗干扰性好、信号稳定性好、输出信号精度高的磁性旋转编码器。

背景技术

旋转编码器通过光电或磁电转换，可将输出轴的角位移、角速度等机械量转换成相应的电脉冲并以数字量输出，被广泛用于速度控制、位置控制中。

通常的磁性旋转编码器采用集成的磁电转换芯片，磁电转换芯片内部集成高精度AD模块，当旋转编码器每转输出的脉冲数较高时，易受到编码器外部磁信号的干扰；

电机、火花塞、变压器等干扰器件会产生突变的电磁信号干扰，可导致旋转编码器的磁传感器产生错误的触发输出，并导致依赖于磁传感器输出的电子和电气设备无法正常工作。

中国专利授权公开号：CN101201257，授权公开日2008年6月18日，公开了一种磁性旋转编码器，它包括本体，在本体上支撑有轴，轴的内端头上装有磁铁，在本体上固定有与磁铁相配的电子线路板，所述的电子线路板与本体之间的安装结构为：在本体上内侧加工有电子线路板凸台，所述的电子线路板坐落在所述电子线路板凸台上，与本体之间螺纹连接有本体盖，本体盖的内沿顶靠在所述电子线路板上，在本体的侧面上设有电缆密封套。该发明的不足之处是，无法消除外部磁信号的干扰。

发明内容

本发明的发明目的是为了克服现有技术中的磁传感器易受外部变化的磁信号干扰的不足，提供了一种可将外部磁信号的大部分能量消除，抗干扰性好、信号稳定性好、输出信号精度高的磁性旋转编码器。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种磁性旋转编码器，包括上端开口的壳体，一端伸出壳体的底板之外并由不导磁材料制成的转轴，套设于转轴上并与壳体内壁接触的轴承，设于转轴上端面中部的嵌环，设于嵌环内的永磁体，设于转轴上的用于消除永磁体下方的外部磁信号的下磁防护板，设于永磁体上方的壳体内壁上的电路板，设于电路板下表面上的磁传感器，设于电路板上部的壳体内壁上的上磁防护板，设于壳体上端的盖板，与磁传感器电连接的导线伸出壳体之外；所述底板包括壳体轴孔和设于靠近壳体轴孔边缘的底板下表面上的壳体凸台；上磁防护板和电路板之间设有间隙，下磁防护板和转轴之间设有间隙，转轴与壳体内壁设有间隙，所述永磁体呈圆形，永磁体和磁传感器均位于转轴的轴心线上，下磁防护板和上磁防护板均采用铁氧体材料制成。

转轴在外部设备的带动下，带动永磁体旋转；磁传感器用于检测永磁体的旋转磁场的变化，并将变化的磁信号转换为相应的电信号，电信号由导线输出；

下磁防护板用于消除来自于永磁体下部的外部磁信号，上磁防护板用于消除来自于电路板上部的外部磁信号，使外部磁信号的大部分能量均无法被磁传感器感应到；磁传感器输出的信号只与永磁铁的旋转磁场有关，提高了本发明的抗干扰性和信号稳定性，输出信号精度高。

本发明的磁电效应编码器相较于光电效应编码器的内部机构更为简单，不需要高精度蚀刻的光栅，耐受机械冲击能力更强。

因此，本发明具有可将大部分外部磁信号的能量消除，抗干扰性好、信号稳定性好、输出信号精度高，结构简单、耐受机械冲击能力强的特点。

作为优选，下磁防护板和上磁防护板的厚度均为永磁体厚度的1.7倍至2.4倍；

所述下磁防护板上表面的高度高于永磁体下表面的高度，下磁防护板上表面与永磁体下表面的距离为永磁体厚度的1/2至5/8。

作为优选，所述下磁防护板包括位于下磁防护板中部的转轴孔，转轴孔直径为永磁体直径的1.4倍至1.65倍。

作为优选，所述壳体的横截面、下磁防护板、电路板、上磁防护板和盖板均呈圆形；

所述磁传感器位于电路板中心位置，所述壳体内设有直径逐渐变小的上槽、中槽和下槽；所述轴承位于下槽中，轴承与下槽壁过盈配合，所述下磁防护板和电路板均位于中槽中，下磁防护板与中槽壁过渡配合，所述上磁防护板位于上槽中，上磁防护板与上槽壁间隙配合。

作为优选，下磁防护板外边缘设有三条竖槽，所述中槽内壁上设有分别与三条竖槽配合的三条凸棱。

作为优选，所述转轴的外周面上部设有环形凸台，环形凸台上设有若干个开槽，环形凸台与下槽壁设有间隙。

作为优选，所述永磁体的直径与厚度比为5∶2至3∶1。

作为优选，所述永磁体上表面与嵌环上端面平齐，所述电路板的上表面覆盖有铜皮。

作为优选，所述磁传感器与永磁体之间的间距与永磁体厚度的比值为0.45至0.6。

作为优选，上磁防护板与电路板之间的间隙为0.7mm至1.25mm。

因此，本发明具有如下有益效果：可将大部分外部磁信号的能量消除，抗干扰性好、信号稳定性好、输出信号精度高，结构简单、耐受机械冲击能力强。

附图说明

图1是本发明的一种剖视图；

图2是本发明的一种爆炸结构示意图；

图3是本发明的另一种爆炸结构示意图；

图4是本发明的第三种爆炸结构示意图。

图中：壳体1、转轴2、轴承3、嵌环4、永磁体5、下磁防护板6、电路板7、磁传感器8、上磁防护板9、盖板10、导线11、转轴孔12、上槽13、中槽14、下槽15、环形凸台16、开槽17、内螺钉18、护线圈19、外螺钉20、壳体轴孔21、壳体螺钉孔22、壳体凸台23、竖槽24、电路板固定孔25、上磁防护板穿线孔26、上磁防护板固定孔27、盖板固定孔28、盖板穿线孔29、导线连接器30、凸棱31。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。

如图1、图2、图3、图4所示的实施例是一种磁性旋转编码器，

包括上端开口的壳体1，一端伸出壳体的底板之外并由不导磁材料制成的转轴2，套设于转轴上并与壳体内壁接触的轴承3，设于转轴上端面中部的嵌环4，设于嵌环内的永磁体5，设于转轴上的用于消除永磁体下方的外部磁信号的下磁防护板6；

如图2所示，设于永磁体上方的壳体内壁上的电路板7，设于电路板下表面上的磁传感器8，设于电路板上部的壳体内壁上的上磁防护板9，所示设于壳体上端的盖板10，如图1所示，与磁传感器电连接的导线11伸出壳体之外；

如图3所示，底板包括壳体轴孔21和设于靠近壳体轴孔边缘的底板下表面上的壳体凸台23；上磁防护板和电路板之间设有间隙，下磁防护板和转轴之间设有间隙，转轴与壳体内壁设有间隙；如图2所示，永磁体呈圆形，永磁体和磁传感器均位于转轴的轴心线上，下磁防护板和上磁防护板均采用铁氧体材料制成。

下磁防护板和上磁防护板的厚度均为永磁体厚度的1.8倍；下磁防护板上表面的高度高于永磁体下表面的高度，下磁防护板上表面与永磁体下表面的距离为永磁体厚度的1/2。

如图3所示，下磁防护板包括位于下磁防护板中部的转轴孔12，转轴孔直径为永磁体直径的1.5倍。

壳体的横截面、下磁防护板、电路板、上磁防护板和盖板均呈圆形；磁传感器位于电路板中心位置，如图1所示，壳体内设有直径逐渐变小的上槽13、中槽14和下槽15；轴承和转轴上部位于下槽中，下磁防护板和电路板均位于中槽中，上磁防护板和盖板位于上槽中。

电路板的上表面覆盖有铜皮。如图2所示，转轴的外周面上部设有环形凸台16，环形凸台上设有3个开槽17，开槽用于拆卸转轴2与轴承3时提供对轴承的固定，开槽也可填置润滑剂已保持轴承与转轴的低摩擦力转动。

永磁体的直径与厚度比为5∶2。永磁体上表面与嵌环上端面平齐。磁传感器与永磁体之间的间距为永磁体厚度的1/2。上磁防护板与电路板之间的间隙为1mm。

如图2所示，还包括内螺钉18、护线圈19、外螺钉20，如图3所示，还包括壳体螺钉孔22，如图3所示，还包括电路板固定孔25、上磁防护板穿线孔26、上磁防护板固定孔27、盖板固定孔28，如图2所示，还包括盖板穿线孔29，如图4所示，磁传感器通过导线连接器30与导线连接。

将轴承安装在壳体内部的下槽中，转轴的长端穿过轴承的中间轴孔后由壳体上的壳体轴孔穿出；

如图4所示，下磁防护板外边缘设有三条竖槽24，中槽内壁上设有分别与三条竖槽配合的三条凸棱31，三条竖槽和三条凸棱相配合完成对下磁防护板的固定；

转轴上端由下至上穿出下磁防护板的转轴孔，永磁体安装于嵌环中；

电路板安装于壳体中槽的凸棱上，磁传感器的中心位置在永磁体的轴线上，磁传感器的表面与永磁体的轴线垂直，电路板通过三个内螺钉固定在凸棱的顶面上；

上磁防护板安装于上槽中，上磁防护板下表面与上槽底面接触；盖板安装于上槽中，盖板通过外螺钉穿过盖板固定孔和上磁防护板固定孔后，固定在上槽底面上的螺钉孔上(上磁防护板被盖板与上槽的底面夹住)，导线一端连接在导线连接器上，另一端穿过上磁防护板穿线孔和盖板穿线孔中的护线圈后延伸到壳体外部。

本发明的工作过程如下：

例如，在结构紧凑，电动机、电磁铁等其它感性电气器件众多且密集排布的ATM循环机芯设备中，需要使用高分辨率的旋转编码器来测量设备各电动机的转速；因设备在工作时，因多电动机、电磁铁动作会产生电磁干扰及宽频振动，会导致普通的编码器误输出或机械故障；使用本发明中的磁性旋转编码器时，编码器的转轴与设备的传动机构通过齿轮或同步带连接，当设备运转时带动旋转编码器的转轴转动，从而引起固定在转轴一端的永磁体沿磁体中心轴自转，在沿编码器转轴轴线而来的外部干扰信号被编码器内部的防护机构吸收、屏蔽，磁性传感器检测永磁体的旋转磁场并进行数字化处理，最终通过导线输出与永磁体旋转角度对应的脉冲，设备上其它的电子器件直接或间接使用编码器输出的脉冲信号获得设备电动机的运转速度或角度值，进而通过此数值控制设备的工作(如发现速度未达到设计速度，可相应的增大或减小电动机转速)。

应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种磁性旋转编码器，其特征是，包括上端开口的壳体(1)，一端伸出壳体的底板之外并由不导磁材料制成的转轴(2)，套设于转轴上并与壳体内壁接触的轴承(3)，设于转轴上端面中部的嵌环(4)，设于嵌环内的永磁体(5)，设于转轴上的用于消除永磁体下方的外部磁信号的下磁防护板(6)，设于永磁体上方的壳体内壁上的电路板(7)，设于电路板下表面上的磁传感器(8)，设于电路板上部的壳体内壁上的上磁防护板(9)，设于壳体上端的盖板(10)，与磁传感器电连接的导线(11)伸出壳体之外；所述底板包括壳体轴孔(21)和设于靠近壳体轴孔边缘的底板下表面上的壳体凸台(23)；上磁防护板和电路板之间设有间隙，下磁防护板和转轴之间设有间隙，转轴与壳体内壁设有间隙，所述永磁体呈圆形，永磁体和磁传感器均位于转轴的轴心线上，下磁防护板和上磁防护板均采用铁氧体材料制成。

2.根据权利要求1所述的磁性旋转编码器，其特征是，下磁防护板和上磁防护板的厚度均为永磁体厚度的1.7倍至2.4倍；

所述下磁防护板上表面的高度高于永磁体下表面的高度，下磁防护板上表面与永磁体下表面的距离为永磁体厚度的1/2至5/8。

3.根据权利要求1所述的磁性旋转编码器，其特征是，所述下磁防护板包括位于下磁防护板中部的转轴孔(12)，转轴孔直径为永磁体直径的1.4倍至1.65倍。

4.根据权利要求1所述的磁性旋转编码器，其特征是，所述壳体的横截面、下磁防护板、电路板、上磁防护板和盖板均呈圆形；

所述磁传感器位于电路板中心位置，所述壳体内设有直径逐渐变小的上槽(13)、中槽(14)和下槽(15)；所述轴承位于下槽中，轴承与下槽壁过盈配合，所述下磁防护板和电路板均位于中槽中，下磁防护板与中槽壁过渡配合，所述上磁防护板位于上槽中，上磁防护板与上槽壁间隙配合。

5.根据权利要求4所述的磁性旋转编码器，其特征是，下磁防护板外边缘设有三条竖槽(24)，所述中槽内壁上设有分别与三条竖槽配合的三条凸棱(31)。

6.根据权利要求1所述的磁性旋转编码器，其特征是，所述转轴的外周面上部设有环形凸台(16)，环形凸台上设有若干个开槽(17)，环形凸台与下槽壁设有间隙。

7.根据权利要求1所述的磁性旋转编码器，其特征是，所述永磁体的直径与厚度比为5∶2至3∶1。

8.根据权利要求1所述的磁性旋转编码器，其特征是，所述永磁体上表面与嵌环上端面平齐，所述电路板的上表面覆盖有铜皮。

9.根据权利要求1所述的磁性旋转编码器，其特征是，所述磁传感器与永磁体之间的间距与永磁体厚度的比值为0.45至0.6。

10.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7或8或9所述的磁性旋转编码器，其特征是，上磁防护板与电路板之间的间隙为0.7mm至1.25mm。