CN108562309B - 基于一对极磁阻式旋转变压器的编码器装置 - Google Patents
基于一对极磁阻式旋转变压器的编码器装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了基于一对极磁阻式旋转变压器的编码器装置，包括旋转变压器和PCB板，所述PCB板固定于旋转变压器的壳体内，所述PCB板上设有信号放大线路和解码DSP,所述信号放大线路的输入端与旋转变压器的信号接线端电性连接，所述信号放大线路的输出端与解码DSP电性连接，解码DSP的输出端与PCB板的串行输出端口或并行输出端口电性连接，所述信号放大线路用于放大旋转变压器获取的信号，所述解码DSP用于对旋转变压器获取的信号进行解码；本发明结构简单、性能稳定、减少磨损、寿命长、适应性强，工作范围广，具有良好的市场应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及编码器领域，尤其涉及基于一对极磁阻式旋转变压器的编码器装置。
背景技术
电动汽车、工业自动化、机器人、纺织机械和航空航天等行业均离不开旋转电机的高性能控制，因而需要电机旋转角度传感器，并且经常要求将其应用在高温环境下。
当前，光电式角度编码器因可以容易地实现电机旋转角度的检测而得到了广泛应用，但这种光电式角度编码器含有光电元器件和半导体器件，因而无法应用在高温环境中。
旋转变压器是一种可以实现旋转角度检测的传感器，由于其不使用光电转换器件，因而可以在较高温度的环境中使用。但是，当前旋转变压器存在诸多缺点：目前市面的磁阻式旋变大多都是P对极(P≥21)，这种旋变转子旋转一圈会产生P个周期的信号作为旋变的输出信号，在相同的信号输出情况下会出现P个转子的位置；其次，目前市场中环形变压器也能确定转子的绝对位置，但是这种变压器结构复杂，制作流程多，而且转子上需要绕线，可靠性也不如磁阻式旋转变压器；最后，在位置传感器中编码器占很重要的地位，但是编码器对工作环境的要求极高，而对于一些工况复杂的情况就失去了优势。
现有技术存在缺陷，需要改进。
发明内容
为了解决现在技术存在的缺陷，本发明提供了基于一对极磁阻式旋转变压器的编码器装置。
本发明提供的技术文案，基于一对极磁阻式旋转变压器的编码器装置，其特征在于，包括旋转变压器和PCB板，所述PCB板固定于旋转变压器的壳体内，所述PCB板上设有信号放大线路和解码DSP,所述信号放大线路的输入端与旋转变压器的信号接线端电性连接，所述信号放大线路的输出端与解码DSP电性连接，解码DSP的输出端与PCB板的串行输出端口或并行输出端口电性连接，所述信号放大线路用于放大旋转变压器获取的信号，所述解码DSP用于对旋转变压器获取的信号进行解码，所述旋转变压器包括壳体、托架、定子和转子，所述壳体呈柱状，壳体内固定定子，托架固定于壳体内部一端，所述转子固定于定子内，所述转子包括芯体和转轴，所述转轴固定于芯体上，所述芯体包括塑套和铁芯，所述铁芯的一部分嵌于塑套内，所述铁芯为偏心轮，所述转轴的一端固定于偏心轮的圆心，所述托架上设置轴承，转轴的另一端贯穿轴承，伸出壳体外，所述定子由导磁材料制成，所述定子内壁上均匀设置多个检测齿，所述检测齿上缠绕检测线圈，所述定子外侧设置多个卡位，所述定子通过卡位固定于壳体内，所述定子的上、下端面及外侧面涂覆绝缘保护层，所述检测齿设置为4N+4个，N为小于9的正整数，所述检测线圈包括励磁线圈和信号线圈，所述壳体的外部固定端子保护罩，所述端子保护罩内固定端子接线端，所述端子接线端分为励磁接线端和信号接线端，所述励磁接线端与励磁线圈连接，所述信号接线端与信号接线端连接。
优选地，所述定子由粉末冶金压铸一体成型，所述定子的外表面涂覆防腐涂层，所述防腐涂层的外表面设置绝缘保护层，所述绝缘保护层设置为酚醛树脂，所述酚醛树脂还涂覆于缠绕检测线圈后的检测齿上。
优选地，所述检测齿包括上检测齿和下检测齿，所述上、下检测齿之间设置齿槽，所述齿槽内设置绕柱，所述绕柱固定励磁线圈，所述上、下检测齿上缠绕信号线圈，所述励磁线圈设置于信号线圈的下层，所述励磁线圈横向设置，所述信号线圈纵向设置。
优选地，所述齿槽设置为方形齿槽或弧槽。
优选地，所述励磁线圈为等匝集中绕组，所述励磁线圈正反相间串联，所述信号线圈为等匝集中绕组，信号线圈隔齿反相串联且空间上相互垂直。
优选地，所述定子的内侧均匀开设补偿线圈槽，所述补偿线圈槽内设有三根补偿绕组铜条，补偿绕组铜条采用20mm×3mm的铜条制成，三根补偿绕组铜条之间采用绝缘纸两两隔开，三根补偿绕组铜条采用云母和聚酰亚胺将其与定子隔开，铜条采用焊接方式两两相连，使补偿绕组形成一个串联路径。
优选地，所述定子由铁镍软磁合金或硅钢薄板冲成的槽状心片叠成，所述定子的最大磁通密度为10000-12000高斯。
优选地，所述偏心轮由铁镍软磁合金片或硅钢薄板冲叠成，所述偏心轮的凸端作为转子的凸极。
相对于现有技术的有益效果，本发明通过将设置一对极磁阻式旋转变压器，使编码器的使用更准地确定电机的转动角度；转子设置为偏心轮，能检测到转子的绝对位置，运用范围更广泛；通过设置励磁线圈和检测线圈，对转子进行绝对位置的检测；结构简单，生产过程方便，产品可靠性高；寿命长，无刷设计，运行过程中不会产生机械磨损，正常情况下材料物性不变产品能一致运行下去；适用于各种复杂的工作环境中，在高温、低温、振动等恶劣环境下占决定性优势，本发明结构简单、性能稳定、减少磨损、寿命长、适应性强，工作范围广，具有良好的市场应用价值。
附图说明
图1为本发明旋转变压器立体结构示意图；
图2为本发明旋转变压器俯视图；
图3为发明芯体结构示意图；
图4为本发明实施例四定子示意图；
图5为本发明实施例六定子与转子爆炸图。
具体实施方式
需要说明的是，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；并且，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。
下面结合附图对本发明作详细说明。
如图1至图3所示，实施例一，基于一对极磁阻式旋转变压器的编码器装置，其特征在于，包括旋转变压器和PCB板，所述PCB板固定于旋转变压器的壳体内，所述PCB板上设有信号放大线路和解码DSP,所述信号放大线路的输入端与旋转变压器的信号接线端电性连接，所述信号放大线路的输出端与解码DSP电性连接，解码DSP的输出端与PCB板的串行输出端口或并行输出端口电性连接，所述信号放大线路用于放大旋转变压器获取的信号，所述解码DSP用于对旋转变压器获取的信号进行解码，所述旋转变压器包括壳体、托架、定子1和转子，所述壳体呈柱状，壳体内固定定子1，托架固定于壳体内部一端，所述转子固定于定子1内，所述转子包括芯体和转轴，所述转轴固定于芯体上，所述芯体包括塑套2和铁芯3，所述铁芯3的一部分嵌于塑套2内，所述铁芯3为偏心轮31，所述转轴的一端固定于偏心轮31的圆心，所述托架上设置轴承，转轴的另一端贯穿轴承，伸出壳体外，所述定子1由导磁材料制成，所述定子1内壁上均匀设置多个检测齿4，所述检测齿4上缠绕检测线圈，所述定子1外侧设置多个卡位5，所述定子1通过卡位5固定于壳体内，所述定子1的上、下端面及外侧面涂覆绝缘保护层，所述检测齿4设置为4N+4个，N为小于9的正整数，所述检测线圈包括励磁线圈和信号线圈，所述壳体的外部固定端子保护罩，所述端子保护罩内固定端子接线端，所述端子接线端分为励磁接线端和信号接线端，所述励磁接线端与励磁线圈连接，所述信号接线端与信号接线端连接。
优选地，所述定子1由粉末冶金压铸一体成型，所述定子1的外表面涂覆防腐涂层，所述防腐涂层的外表面设置绝缘保护层，所述绝缘保护层设置为酚醛树脂，所述酚醛树脂还涂覆于缠绕检测线圈后的检测齿4上。
优选地，所述检测齿4包括上检测齿4和下检测齿4，所述上、下检测齿4之间设置齿槽，所述齿槽内设置绕柱，所述绕柱固定励磁线圈，所述上、下检测齿4上缠绕信号线圈，所述励磁线圈设置于信号线圈的下层，所述励磁线圈横向设置，所述信号线圈纵向设置。
优选地，所述齿槽设置为方形齿槽或弧槽。
优选地，所述励磁线圈为等匝集中绕组，所述励磁线圈正反相间串联，所述信号线圈为等匝集中绕组，信号线圈隔齿反相串联且空间上相互垂直。
优选地，所述定子1的内侧均匀开设补偿线圈槽，所述补偿线圈槽内设有三根补偿绕组铜条，补偿绕组铜条采用20mm×3mm的铜条制成，三根补偿绕组铜条之间采用绝缘纸两两隔开，三根补偿绕组铜条采用云母和聚酰亚胺将其与定子1隔开，铜条采用焊接方式两两相连，使补偿绕组形成一个串联路径。
优选地，所述定子1由铁镍软磁合金或硅钢薄板冲成的槽状心片叠成，所述定子1的最大磁通密度为10000-12000高斯。
优选地，所述偏心轮31由铁镍软磁合金片或硅钢薄板冲叠成，所述偏心轮31的凸端作为转子的凸极。
进一步地，所述偏心轮31的凸极处设置延伸体32，所述延伸体32占据偏心轮31的半个圆周，且延伸体32由中间向两端厚度逐渐减小。
实施例二，与实施例一区别之处在于，所述芯体采用导磁材料制成圆环，所述圆环与转轴之间通过绝缘杆固定，圆环的环体由一侧向另一侧逐渐变细，圆环的环体最粗端作为转子的凸极。
实施例三，与以上实施例不同之处在于，所述定子1的检测齿4设置于定子1上端面上，所述检测齿4设置柱状或者T形柱，所述检测齿4上设置线槽，所述线槽内缠绕励磁线圈，所述检测齿4上缠绕信号线圈，所述励磁接线端与励磁线圈连接，所述信号接线端与信号接线端连接。
如图4所示，实施例四，与以上实施例不同之处在于，所述定子的检测齿8设置于定子的上端面上，定子的内壁上还设有励磁齿7，所述检测齿8上缠绕信号线圈，所述励磁齿7上缠绕励磁线圈，所述励磁接线端与励磁线圈连接，所述信号接线端与信号接线端连接。
实施例五，与以上实施例均不同之处在于，所述定子1的检测齿4设置于定子1内壁上，定子1的上端面上设置励磁齿，所述检测齿4上缠绕信号线圈，所述励磁齿上缠绕励磁线圈，所述励磁接线端与励磁线圈连接，所述信号接线端与信号接线端连接。
实施例六，如图5所示，与以上实施例均不同之处在于，所述定子的检测齿102设置于定子的内壁上，定子的上端面上设置励磁齿101，所述偏心轮9固定于定子内，所述检测齿102与励磁齿101的数量相同，所述检测齿和励磁齿的数量均为八个；
本发明的工作原理，当转子由电机带动旋转时，定、转子之间就发生了相对位置的改变，这样由磁阻效应可知，气隙的磁导也跟着发生了变化，当转子转过一周时，气隙磁导的变化为一个周期，如此以来，气隙磁密以及信号线圈中的感应电势也跟着变化了一个周期，感应电势信号进入信号放大线路中进行信号放大，解码DSP进行解码，由此检测电机的旋转角度及绝对位置。
需要说明的是，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；并且，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (6)
1.基于一对极磁阻式旋转变压器的编码器装置，其特征在于，包括旋转变压器和PCB板，所述PCB板固定于旋转变压器的壳体内，所述PCB板上设有信号放大线路和解码DSP,所述信号放大线路的输入端与旋转变压器的信号接线端电性连接，所述信号放大线路的输出端与解码DSP电性连接，解码DSP的输出端与PCB板的串行输出端口或并行输出端口电性连接，所述信号放大线路用于放大旋转变压器获取的信号，所述解码DSP用于对旋转变压器获取的信号进行解码，所述旋转变压器包括壳体、托架、定子和转子，所述壳体呈柱状，壳体内固定定子，托架固定于壳体内部一端，所述转子固定于定子内，所述转子包括芯体和转轴，所述转轴固定于芯体上，所述芯体包括塑套和铁芯，所述铁芯的一部分嵌于塑套内，所述铁芯为偏心轮，所述转轴的一端固定于偏心轮的圆心，所述托架上设置轴承，转轴的另一端贯穿轴承，伸出壳体外，所述定子由导磁材料制成，所述定子内壁上均匀设置多个检测齿，所述检测齿上缠绕检测线圈，所述定子外侧设置多个卡位，所述定子通过卡位固定于壳体内，所述定子的上、下端面及外侧面涂覆绝缘保护层，所述检测齿设置为4N+4个，N为小于9的正整数，所述检测线圈包括励磁线圈和信号线圈，所述壳体的外部固定端子保护罩，所述端子保护罩内固定端子接线端，所述端子接线端分为励磁接线端和信号接线端，所述励磁接线端与励磁线圈连接，所述信号接线端与信号接线端连接；
所述定子由粉末冶金压铸一体成型，所述定子的外表面涂覆防腐涂层，所述防腐涂层的外表面设置绝缘保护层，所述绝缘保护层设置为酚醛树脂，所述酚醛树脂还涂覆于缠绕检测线圈后的检测齿上；
所述检测齿包括上检测齿和下检测齿，所述上、下检测齿之间设置齿槽，所述齿槽内设置绕柱，所述绕柱固定励磁线圈，所述上、下检测齿上缠绕信号线圈，所述励磁线圈设置于信号线圈的下层，所述励磁线圈横向设置，所述信号线圈纵向设置；所述偏心轮的凸极处设置延伸体，所述延伸体占据偏心轮的半个圆周，且延伸体由中间向两端厚度逐渐减小。
2.根据权利要求1所述基于一对极磁阻式旋转变压器的编码器装置，其特征在于，所述齿槽设置为方形齿槽或弧槽。
3.根据权利要求2所述基于一对极磁阻式旋转变压器的编码器装置，其特征在于，所述励磁线圈为等匝集中绕组，所述励磁线圈正反相间串联，所述信号线圈为等匝集中绕组，信号线圈隔齿反相串联且空间上相互垂直。
4.根据权利要求3所述基于一对极磁阻式旋转变压器的编码器装置，其特征在于，所述定子的内侧均匀开设补偿线圈槽，所述补偿线圈槽内设有三根补偿绕组铜条，补偿绕组铜条采用20mm×3mm的铜条制成，三根补偿绕组铜条之间采用绝缘纸两两隔开，三根补偿绕组铜条采用云母和聚酰亚胺将其与定子隔开，铜条采用焊接方式两两相连，使补偿绕组形成一个串联路径。
5.根据权利要求1所述基于一对极磁阻式旋转变压器的编码器装置，其特征在于，所述定子由铁镍软磁合金或硅钢薄板冲成的槽状心片叠成，所述定子的最大磁通密度为10000-12000高斯。
6.根据权利要求4或5所述基于一对极磁阻式旋转变压器的编码器装置，其特征在于，所述偏心轮由铁镍软磁合金片或硅钢薄板冲叠成，所述偏心轮的凸端作为转子的凸极。
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