CN108571985A - 电磁感应式旋转编码器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电磁感应式旋转编码器，包括：定子模块，所述定子模块包括激励线圈及接收线圈；其中所述激励线圈用于通过高频周期性交流电压和电流，在所述定子模块区域内产生交变电磁场；所述接收线圈设置在所述激励线圈产生的交变电磁场区域内，并产生感应电动势；转子模块，所述转子模块用于影响激所述激励线圈和所述接收线圈之间的电磁耦合强度；处理电路，所述处理电路处理从所述接收线圈上得到的电压信号输出电机所需编码信号。与现有技术相比，本发明具有以下优点：1)接收线圈布线方式，降低电路板布线本身对接收信号造成的影响。2)接收线圈布线方式，可以屏蔽高频交流信号干扰。
Description
技术领域
本发明专利涉及一种电磁感应式旋转编码器，特别涉及一种用于抗电磁干扰的电磁感应式旋转编码器。
背景技术
随着电机在军事、航天设备、汽车及医疗等行业的不断应用及推广，行业在选择电机时对其寿命、成本及恶劣环境下的表现有了更加苛刻的要求。而作为检测及反馈电机位置的编码器，在电机控制中启到举足轻重的作用，一款优秀的编码器很大程度上决定了电机的性能。
现有技术中，中国发明专利《一种用于无刷直流电机的位置传感器》(申请号：CN201210338981.1)提供一种用于无刷直流电机的位置传感器，其包括邻近而设的定子部分以及转子部分，其中，所述定子部分，固定设置在所述无刷直流电机中，其包括激励源、激励线圈以及同心分布的M个定子感应线圈，M为定子相数；所述转子部分，包括与所述无刷直流电机中的转轴相固定的转子印刷电路板，其上设置有转子感应线圈；所述M个定子感应线圈以及所述转子感应线圈共轴，且均沿圆周方向均匀分布有N个凸出扇叶，N为所述无刷直流电机的永磁体转子极对数，每个所述凸出扇叶的角度α为180/N度，所述M个定子感应线圈相互之间在圆周方向上的空间分布夹角β为360/(N·M)度。
但是，现有技术中存在如下缺陷：
1)接收线圈的绕线方式造成接收线圈接收到的信号基准存在很大的误差，对后续电路处理电路要求更高，成本上升。
2)在电机工作过程中，若外界产生一个信号干扰，接收线圈将受其影响，接收信号幅值产生变化，从而产生错误的位置信号。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明目的在于提供一种增强接收线圈抗外界电磁干扰能力的电磁感应式旋转编码器。
为解决上述技术问题，本发明提供一种电磁感应式旋转编码器，包括：定子模块，所述定子模块包括激励线圈及接收线圈；其中所述激励线圈用于通过高频周期性交流电压和电流，在所述定子模块区域内产生交变电磁场；所述接收线圈设置在所述激励线圈产生的交变电磁场区域内，并产生感应电动势；转子模块，所述转子模块用于影响激所述激励线圈和所述接收线圈之间的电磁耦合强度；处理电路，所述处理电路处理从所述接收线圈上得到的电压信号输出电机所需编码信号。
2.根据权利要求1所述的电磁感应式旋转编码器，其特征在于，所述定子模块包括第一接收线圈层板、第二接收线圈层板及激励线圈层板；其中所述接收线圈设置在所述第一接收线圈层板及所述第二接收线圈层板上；所述激励线圈设置在所述激励线圈层板上。
优选地，所述接收线圈包括：第一接收组件，所述第一接收组件设置在所述第一接收线圈层板上；第二接收组件，所述第二接收组件设置在所述第二接收线圈层板上；所述第一接收组件与所述第二接收组件连接。
优选地，所述第一接收组件包括多个第一接收单元，多个所述第一接收单元呈圆周均匀分布；所述第二接收组件包括多个第二接收单元，多个所述第二接收单元呈圆周均匀分布。
优选地，所述第一接收单元在第二接收线圈层板上的投影与所述第二接收单元围成闭合接收结构。
优选地，相邻的所述闭合接收结构面积相等、耦合电流方向相反。
优选地，所述闭合接收结构的形状为马蹄形、类正弦形或扇环形。
优选地，所述接收线圈的数量为一个或多个，多个所述接收线圈同轴设置，多个所述接收线圈之间有相位差。
优选地，多个所述接收线圈的非处理电路连接端相互连接。
优选地，多个所述接收线圈的非处理电路连接端通过电容接地。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)接收线圈布线方式，降低电路板布线本身对接收信号造成的影响。
2)接收线圈布线方式，可以屏蔽高频交流信号干扰。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征目的和优点将会变得更明显。
图1为本发明电磁感应式旋转编码器使用示意图；
图2为本发明电磁感应式旋转编码器定子模块实施例一结构示意图；
图3为本发明电磁感应式旋转编码器定子模块实施例一单路接收线圈概念图；
图4为本发明电磁感应式旋转编码器定子模块实施例一第一接收线圈层板布线示意图；
图5为本发明电磁感应式旋转编码器定子模块实施例一第二接收线圈层板布线示意图；
图6为本发明电磁感应式旋转编码器定子模块实施例一激励线圈层板布线示意图；
图7为本发明电磁感应式旋转编码器转子模块实施例一结构示意图；
图8为本发明电磁感应式旋转编码器定子模块实施例二结构示意图；
图9为本发明电磁感应式旋转编码器定子模块实施例二单路接收线圈概念图；
图10为本发明电磁感应式旋转编码器定子模块实施例二第一接收线圈层板布线示意图；
图11为本发明电磁感应式旋转编码器定子模块实施例二第二接收线圈层板布线示意图；
图12为本发明电磁感应式旋转编码器定子模块实施例二激励线圈层板布线示意图；
图13为本发明电磁感应式旋转编码器转子模块实施例二结构示意图；
图14为本发明电磁感应式旋转编码器定子模块实施例三结构示意图；
图15为本发明电磁感应式旋转编码器定子模块实施例三第一接收线圈层板布线示意图；
图16为本发明电磁感应式旋转编码器定子模块实施例三第二接收线圈层板布线示意图；
图17为本发明电磁感应式旋转编码器定子模块实施例三激励线圈层板布线示意图；
图18为本发明电磁感应式旋转编码器转子模块实施例三结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。
图1为本发明所述的电磁感应式编码器示意图。
如图1所示，本发明所述的电磁感应式编码器包括转子模块1、定子模块2和处理电路3。转子模块平行放置于定子模块2上。定子模块上包括1个或多个接收线圈4和1个激励线圈5。转子模块1和接收线圈4及激励线圈5平行同心放置。接收线圈4和激励线圈5接入处理电路3。
图2为实施例一定子模块布线示意图。
如图2所示，定子模块包括3个接收线圈4a、4b和4c，1个激励线圈5和处理电路3。
本发明所述的电磁感应式编码器，其接收线圈和激励线圈被放置在一块非电磁感应材料板上，如印刷电路板(PCB)。
本发明所述的电磁感应式编码器，其处理电路可以放置在定子模块的非电磁感应材料板上，也可以放在其他地方。处理电路可以是由分立器件构建的外围电路，也可以是一颗ASIC专用处理芯片。
本发明所述的电磁感应式编码器，其内部包括一个振荡电路和信号处理电路。
本发明所述的电磁感应式编码器，其振荡电路用于产生配合激励线圈产生高频周期性交流电压和电流。
本发明所述的电磁感应式编码器，其信号处理电路用于处理接收线圈上产生的电压信号，通过解调、运放和其他运算模块处理后，最终输出多种电机编码信号，如UVW、正交AB和线性模拟输出信号等电机位置信号。多样化的输出形式可以满足客户不同应用的需求。
图3、图4、图5和图6展示了本发明所述的实施例一定子模块绘制方法。
图3为实施例一单路接收线圈实施例概念图。
图3展示了单路接收线圈4a绘制完成的最终图案，其沿圆周方向依次绕制有6个马蹄形闭合金属导线。接收线圈4a、4b和4c拥有相同的几何形状。
图4和图5为实施例一定子模块第一层和第二层示意图。
如图4和图5所示，接收线圈4a一端通过金属导线4a-1接入处理电路3，然后通过通孔到达图4所示实施例一定子模块第二层的金属导线4a-2，再通过金属导线4a-2和通孔回到第一层的金属导线4a-3，依次类推，沿金属导线4a-4、4a-5、4a-6和4a-7顺时针绕制，当经过金属导线4a-8时，金属导线开始反向绕制，依次沿金属导线4a-8、4a-9、4a-10、4a-11、4a-12和4a-13逆时针绕制，最终和接收线4b及接收线圈4c相连。
如图4和图5所示，接收线圈4b一端通过金属导线4b-1接入处理电路3，然后通过通孔到达图4所示实施例一定子模块第二层的金属导线4b-2，再通过金属导线4b-2和通孔回到第一层的金属导线4b-3，依次类推，沿金属导线4b-4和4b-5顺时针绕制，当经过金属导线4a-6时，金属导线开始反向绕制，依次沿金属导线4b-6、4b-7、4b-8、4b-9和4b-10逆时针绕制，最终和接收线4a及接收线圈4c相连。
如图4和图5所示，接收线圈4c一端通过金属导线4c-1接入处理电路3，然后通过通孔到达图4所示实施例一定子模块第二层的金属导线4c-2，再通过金属导线4c-2和通孔回到第一层的金属导线4c-3，依次类推，沿金属导线4c-4、4c-5、4c-6和4c-7顺时针绕制，当经过金属导线4a-8时，金属导线开始反向绕制，依次沿金属导线4c-8、4c-9、4c-10、4c-11、4c-12、4c-13和4c-14逆时针绕制，最终和接收线4a及接收线圈4b相连。
如图4和图5所示，接收线圈4a、4b和4c均沿圆周方向依次绕制有6个马蹄形闭合金属导线，且几何形状和尺寸都相同。接收线圈4a、4b和4c之间保持特定的空间角度相位差。
如图4和图5所示，接收线圈4a、4b和4c均匀绕制于定子模块非电磁感应材料板的第一层和第二层。这种绕制方式的优点在于保证了3路接收线圈上的马蹄形闭合金属导线上产生的感应电动势周期和幅值一致，更有利于处理电路进行计算。常用的方案是将3路接收线圈均匀分布于不同层次，但这会导致3路接收线圈上的马蹄形闭合金属导线上产生的感应电动势周期和幅值不一致，从而需要增加后续处理电路模块，从而导致成本上升和输出信号延迟等问题。
如图4和图5所示，每一路接收线圈的6个马蹄形闭合金属导线中，相邻两个马蹄形闭合金属导线面积相等且反向绕制，这种绕线方式的优点在于，当电机工作环境中出现来自外界的电磁场干扰时，会在每一路接收线圈的6个马蹄形闭合金属导线中产生感应电动势，而相邻两个马蹄形闭合金属导线中产生的感应电动势大小
相同且极性相反，从而相互抵消。因此，本发明所述电磁感应式编码器的抗电磁干扰能力较其他方案表现更为优异。
如图4和图5所示，接收线圈4a、4b和4c最终交汇于一个公共点，我们称这个公共点为“星点6”。我们可以将“星点6”理解为多项电源的星点，即该点的电压为0伏。“星点6”的作用就是将电压为0伏的信号引入处理电路作为基准来修正外界干扰带来的影响。这里也可以采取另一种做法，就是将接收线圈4a、4b和4c的一端接电容到地，其作用等同于“星点6”。
图6为实施例一定子模块第三层示意图。
如图4、图5和图6所示，激励线圈5一端通过定子模块第一层的金属导线5-1接入处理电路3，然后通过通孔接入定子模块第二层的金属导线5-3，再通过通孔接入定子模块第三层的金属导线5-4，最终通过通孔接入定子模块第一层的金属导线5-2并最终接入处理电路3。
本发明所述的电磁感应式编码器，其定子模块上的接收线圈包含1个或多个周期性重复的特定几何图形结构，其几何图形包括马蹄形、类正弦形和扇环形。接收线圈重复周期越多，在被测量角度范围内得到的接收信号数量越多，输出信号的分辨率越高，这样做可以提高编码信号精度，同时加快处理电路计算速度。
本发明所述的电磁感应式编码器，其相邻两个接收线圈之间存在特定的角度相位差。
本发明所述的电磁感应式编码器，其多个接收线圈均匀分布于定子模块非电磁感应材料载体的相同层次上。
本发明所述的电磁感应式编码器，其接收线圈上相邻两个闭合接受结构面积相同，耦合电流方向相反。
本发明所述的电磁感应式编码器，其多个接收线圈的非处理电路连接端相互连接。
本发明所述的电磁感应式编码器，其接收线圈的非处理电路连接端接一个电容到地。
本发明所述的电磁感应式编码器，其接收线圈位于激励线圈产生的交变电磁场区域内，根据法拉第电磁感应定律可知，通过闭合线圈的磁通量发生变化，会在闭合线圈上产生感应电动势。因此，接收线圈上将产生相应的感应电动势，然后输入处理电路进行计算。
如图6所示，激励线圈5上的金属导线5-4由5匝沿圆周方向绕制的金属导线绘制而成，图案一般为圆形，也可以根据应用改变形状。
本发明所述的电磁感应式编码器，其激励线圈可以位于接收线圈的外圈(或内圈)，也可以同时位于接收线圈的内外圈，也可以为了节省定子模块的面积而平行放置于接收线圈底下。
本发明所述的电磁感应式编码器，其激励线圈与处理电路相连接，用于通过高频周期性交流电压和电流，在定子模块区域内产生交变电磁场。
图7为实施例一转子模块示意图。
如图7所示，转子模块1a是将多圈闭合金属导线覆盖于非电磁感应材料板上制作而成，其沿圆周方向上有3个凸出马蹄形叶片。转子模块1上凸出马蹄形叶片的几何形状和接收线圈4a、4b和4c上的每个马蹄形闭合金属导线几何形状相同。
本发明所述的电磁感应式编码器，其转子模块为电磁感应材料制作的导线缠绕于非电磁感应材料制作的具有1个或多个周期性重复的特定几何图形载具上。
本发明所述的电磁感应式编码器，其转子模块为电磁感应材料构成的具有1个或多个周期性重复的特定几何图形覆盖于非电磁感应材料制作的载具上。
本发明所述的电磁感应式编码器，其子模块为电磁感应材料制作而成的特定图形金属片(块)。
本发明所涉及的电磁感应式编码器，其转子模块上包含1个或多个几何形状相同、周期性重复的特定图案。为了方便信号检测和计算，转子模块上绘制的几何图形及重复周期一般与定子模块上接收线圈的几何图形及重复周期保持一致，但实际应用中也可以不同。
本发明所涉及的电磁感应式编码器，其转子模块受到激励线圈交变电磁场的影响而产生涡流场，从而削弱激励线圈上的电磁场。由于转子模块的特定几何形状，涡流场沿特定路线，即圆周方向改变激励电磁场。不均匀的激励电磁场将导致接收线圈中的感应电动势发生变化，且其变化根据转子与接收线圈的相对角度位置而不同。
图8为实施例二定子模块布线示意图。
如图8所示，定子模块包括3个接收线圈4d、4e和4f，1个激励线圈5和处理电路3。
本发明所述的电磁感应式编码器，其接收线圈和激励线圈被放置在一块非电磁感应材料板上，如印刷电路板(PCB)。
本发明所述的电磁感应式编码器，其处理电路可以放置在定子模块的非电磁感应材料板上，也可以放在其他地方。处理电路可以是由分立器件构建的外围电路，也可以是一颗ASIC专用处理芯片。
本发明所述的电磁感应式编码器，其内部包括一个振荡电路和信号处理电路。
本发明所述的电磁感应式编码器，其振荡电路用于产生配合激励线圈产生高频周期性交流电压和电流。
本发明所述的电磁感应式编码器，其信号处理电路用于处理接收线圈上产生的电压信号，通过解调、运放和其他运算模块处理后，最终输出多种电机编码信号，如UVW、正交AB和线性模拟输出信号等电机位置信号。多样化的输出形式可以满足客户不同应用的需求。
图9、图10、图11和图12展示了本发明所述的实施例一定子模块绘制方法。
图9为实施例二单路接收线圈概念示意图。
图9展示了实施例二单路接收线圈4d绘制完成的最终图案，其沿圆周方向依次绕制有8个类正弦闭合金属导线。接收线圈4d、4e和4f拥有相同的几何形状。
图10和图11为实施例二定子模块第一层和第二层布线示意图。
如图10和图11所示，接收线圈4d一端通过金属导线4d-1接入处理电路3，然后通过通孔到达图11所示实施例二定子模块第二层的金属导线4d-2，再通过金属导线4d-2和通孔回到第一层的金属导线4d-3，依次类推，沿金属导线4d-4、4d-5、4d-6、4d-7和4d-8逆时针绕制，当经过金属导线4d-9时，金属导线开始反向绕制，依次沿金属导线4d-9、4d-10、4d-11、4d-12、4d-13、4d-14、4d-15、4d-16、4d-17和4d-18顺时针绕制，最终和接收线4e及接收线圈4f相连。
如图10和图11所示，接收线圈4e一端通过金属导线4e-1接入处理电路3，然后通过通孔到达图11所示实施例二定子模块第二层的金属导线4e-2，再通过金属导线4e-2和通孔回到第一层的金属导线4e-3，依次类推，沿金属导线4e-4、4e-5、4e-6、4e-7和4e-8逆时针绕制，当经过金属导线4e-9时，金属导线开始反向绕制，依次沿金属导线4e-9、4e-10、4e-11、4e-12、4e-13、4e-14、4e-15、4e-16、4e-17和4e-18顺时针绕制，最终和接收线4d及接收线圈4f相连。
如图10和图11所示，接收线圈4f一端通过金属导线4f-1接入处理电路3，然后通过通孔到达图4所示实施例二定子模块第二层的金属导线4f-2，再通过金属导线4f-2和通孔回到第一层的金属导线4f-3，依次类推，沿金属导线4f-4、4f-5和4f-6逆时针绕制，当经过金属导线4f-7时，金属导线开始反向绕制，依次沿金属导线4f-7、4f-8、4f-9、4f-10、4f-11和4f-12顺时针绕制，最终和接收线4d及接收线圈4e相连。
如图10和图11所示，接收线圈4d、4e和4f均沿圆周方向依次绕制有8个类正弦闭合金属导线，且几何形状和尺寸都相同。接收线圈4d、4e和4f之间保持特定的空间角度相位差。
如图10和图11所示，接收线圈4d、4e和4f均匀绕制于定子模块非电磁感应材料板的第一层和第二层。这种绕制方式的优点在于保证了3路接收线圈上的马蹄形闭合金属导线上产生的感应电动势周期和幅值一致，更有利于处理电路进行计算。常用的方案是将3路接收线圈均匀分布于不同层次，但这会导致3路接收线圈上的马蹄形闭合金属导线上产生的感应电动势周期和幅值不一致，从而需要增加后续处理电路模块，从而导致成本上升和输出信号延迟等问题。
如图10和图11所示，每一路接收线圈的8个类正弦闭合金属导线中，相邻两个马蹄形闭合金属导线面积相等且反向绕制，这种绕线方式的优点在于，当电机工作环境中出现来自外界的电磁场干扰时，会在每一路接收线圈的8个马蹄形闭合金属导线中产生感应电动势，而相邻两个马蹄形闭合金属导线中产生的感应电动势大小相同且极性相反，从而相互抵消。因此，本发明所述电磁感应式编码器的抗电磁干扰能力较其他方案表现更为优异。
如图10和图11所示，接收线圈4d、4e和4f最终交汇于一个公共点，我们称这个公共点为“星点6”。我们可以将“星点6”理解为多项电源的星点6，即该点的电压为0伏。“星点6”的作用就是将电压为0伏的信号引入处理电路作为基准来修正外界干扰带来的影响。这里也可以采取另一种做法，就是将接收线圈4d、4e和4f的一端接电容到地，其作用等同于“星点6”。
图12为实施例二定子模块第三层布线示意图。
如图10、图11和图12所示，激励线圈5一端通过定子模块第一层的金属导线5-1接入处理电路3，然后通过通孔接入定子模块第二层的金属导线5-3，再通过通孔接入定子模块第三层的金属导线5-4，最终通过通孔接入定子模块第一层的金属导线5-2并最终接入处理电路3。
本发明所述的电磁感应式编码器，其定子模块上的接收线圈具有1个或多个周期性重复的特定几何图形结构特点，其几何图形包括马蹄形、类正弦形和扇环形。接收线圈重复周期越多，在被测量角度范围内得到的接收信号数量越多，输出信号的分辨率越高，这样做可以提高编码信号精度，同时加快处理电路计算速度。
本发明所述的电磁感应式编码器，其相邻两个接收线圈之间存在特定的角度相位差。
本发明所述的电磁感应式编码器，其多个接收线圈均匀分布于定子模块非电磁感应材料载体的相同层次上。
本发明所述的电磁感应式编码器，其接收线圈上相邻两个闭合接受结构面积相同，耦合电流方向相反。
本发明所述的电磁感应式编码器，其多个接收线圈的非处理电路连接端相互连接。
本发明所述的电磁感应式编码器，其接收线圈的非处理电路连接端接一个电容到地。
本发明所述的电磁感应式编码器，其接收线圈位于激励线圈产生的交变电磁场区域内，根据法拉第电磁感应定律可知，通过闭合线圈的磁通量发生变化，会在闭合线圈上产生感应电动势。因此，接收线圈上将产生相应的感应电动势，然后输入处理电路进行计算。
如图12所示，激励线圈5上的金属导线5-4由5匝沿圆周方向绕制的金属导线绘制而成，图案一般为圆形，也可以根据应用改变形状。
本发明所述的电磁感应式编码器，其激励线圈可以位于接收线圈的外圈(或内圈)，也可以同时位于接收线圈的内外圈，也可以为了节省定子模块的面积而平行放置于接收线圈底下。
本发明所述的电磁感应式编码器，其激励线圈与处理电路相连接，用于通过高频周期性交流电压和电流，在定子模块区域内产生交变电磁场。
图13为实施例二转子模块示意图。
如图13所示，转子模块1b是电磁感应材料制作而成的特定图形金属片(块)，其沿圆周方向上有4个凸出扇环形叶片。
本发明所述的电磁感应式编码器，其转子模块为电磁感应材料制作的导线缠绕于非电磁感应材料制作的具有1个或多个周期性重复的特定几何图形载具上。
本发明所述的电磁感应式编码器，其转子模块为电磁感应材料构成的具有1个或多个周期性重复的特定几何图形覆盖于非电磁感应材料制作的载具上。
本发明所述的电磁感应式编码器，其子模块为电磁感应材料制作而成的特定图形金属片(块)。
本发明所涉及的电磁感应式编码器，其转子模块上包含1个或多个几何形状相同、周期性重复的特定图案。为了方便信号检测和计算，转子模块上绘制的几何图形及重复周期一般与定子模块上接收线圈的几何图形及重复周期保持一致，但实际应用中也可以不同。
本发明所涉及的电磁感应式编码器，其转子模块受到激励线圈交变电磁场的影响而产生涡流场，从而削弱激励线圈上的电磁场。由于转子模块的特定几何形状，涡流场沿特定路线，即圆周方向改变激励电磁场。不均匀的激励电磁场将导致接收线圈中的感应电动势发生变化，且其变化根据转子与接收线圈的相对角度位置而不同。
图14为实施例三定子模块布线示意图。
如图14所示，定子模块包括1个接收线圈4g，1个激励线圈5和处理电路3。
本发明所述的电磁感应式编码器，其接收线圈和激励线圈被放置在一块非电磁感应材料板上，如印刷电路板(PCB)。
本发明所述的电磁感应式编码器，其处理电路可以放置在定子模块的非电磁感应材料板上，也可以放在其他地方。处理电路可以是由分立器件构建的外围电路，也可以是一颗ASIC专用处理芯片。
本发明所述的电磁感应式编码器，其内部包括一个振荡电路和信号处理电路。
本发明所述的电磁感应式编码器，其振荡电路用于产生配合激励线圈产生高频周期性交流电压和电流。
本发明所述的电磁感应式编码器，其信号处理电路用于处理接收线圈上产生的电压信号，通过解调、运放和其他运算模块处理后，最终输出多种电机编码信号，如UVW、正交AB和线性模拟输出信号等电机位置信号。多样化的输出形式可以满足客户不同应用的需求。
图15、图16和图17展示了本发明所述的实施例三定子模块绘制方法。
图15和图16为实施例三定子模块第一层和第二层示意图。
如图15和图16所示，接收线圈4g一端通过金属导线4g-1接入处理电路3，然后通过通孔到达图16所示实施例三定子模块第二层的金属导线4g-2，再通过金属导线4g-2和通孔回到第一层的金属导线4g-3，依次类推，沿金属导线4g-4、4g-5、4g-6、4g-7、4g-8、4g-9、4g-10、4g-11、4g-12、4g-13和4g-14逆时针绕制，当经过金属导线4g-15时，金属导线开始反向绕制，依次沿金属导线4g-15、4g-16、4g-17、4g-18、4g-19、4g-20、4g-21、4g22、4g-23、4g-24、4g-25、4g-26、4g-27、4g-28、4g-29和4g-30顺时针绕制，最终接一个电容到地。
如图15和图16所示，接收线圈4g沿圆周方向依次绕制有16个扇环形闭合金属导线，且几何形状和尺寸都相同。
如图15和图16所示，接收线圈4g均匀绕制于定子模块非电磁感应材料板的第一层和第二层。
如图15和图16所示，接收线圈4g的16个扇环形闭合金属导线中，相邻两个马蹄形闭合金属导线面积相等且反向绕制，这种绕线方式的优点在于，当电机工作环境中出现来自外界的电磁场干扰时，会在接收线圈4g的16个扇环形闭合金属导线中产生感应电动势，而相邻两个马蹄形闭合金属导线中产生的感应电动势大小相同且极性相反，从而相互抵消。因此，本发明所述电磁感应式编码器的抗电磁干扰能力较其他方案表现更为优异。
如图15和图16所示，接收线圈4g最终接一个电容到地，即该点的交流电压为0伏。该点的作用就是将交流电压为0伏的信号引入处理电路作为基准来修正外界干扰带来的影响。
图17为实施例三定子模块第三层示意图。
如图15、图16和图17所示，激励线圈5一端通过定子模块第一层的金属导线5-1接入处理电路3，然后通过通孔接入定子模块第二层的金属导线5-3，再通过通孔接入定子模块第三层的金属导线5-4，最终通过通孔接入定子模块第一层的金属导线5-2并最终接入处理电路3。
本发明所述的电磁感应式编码器，其定子模块上的接收线圈具有1个或多个周期性重复的特定几何图形结构特点，其几何图形包括马蹄形、类正弦形和扇环形。接收线圈重复周期越多，在被测量角度范围内得到的接收信号数量越多，输出信号的分辨率越高，这样做可以提高编码信号精度，同时加快处理电路计算速度。
本发明所述的电磁感应式编码器，其相邻两个接收线圈之间存在特定的角度相位差。
本发明所述的电磁感应式编码器，其多个接收线圈均匀分布于定子模块非电磁感应材料载体的相同层次上。
本发明所述的电磁感应式编码器，其接收线圈上相邻两个闭合接受结构面积相同，耦合电流方向相反。
本发明所述的电磁感应式编码器，其多个接收线圈的非处理电路连接端相互连接。
本发明所述的电磁感应式编码器，其接收线圈的非处理电路连接端接一个电容到地。
本发明所述的电磁感应式编码器，其接收线圈位于激励线圈产生的交变电磁场区域内，根据法拉第电磁感应定律可知，通过闭合线圈的磁通量发生变化，会在闭合线圈上产生感应电动势。因此，接收线圈上将产生相应的感应电动势，然后输入处理电路进行计算。
如图17所示，激励线圈5上的金属导线5-4由5匝沿圆周方向绕制的金属导线绘制而成，图案一般为圆形，也可以根据应用改变形状。
本发明所述的电磁感应式编码器，其激励线圈可以位于接收线圈的外圈(或内圈)，也可以同时位于接收线圈的内外圈，也可以为了节省定子模块的面积而平行放置于接收线圈底下。
本发明所述的电磁感应式编码器，其激励线圈与处理电路相连接，用于通过高频周期性交流电压和电流，在定子模块区域内产生交变电磁场。
图18为实施例三转子模块示意图。
如图18所示，转子模块1c是将电磁感应材料制作的导线缠绕于非电磁感应材料(例如绝缘材料)制作的具有1个或多个周期性重复的特定几何图形载具上，其沿圆周方向上有8个凸出扇环形叶片。转子模块1上凸出扇环形叶片的几何形状和接收线圈4g上的每个扇环形闭合金属导线几何形状相同。
本发明所述的电磁感应式编码器，其转子模块为电磁感应材料制作的导线缠绕于非电磁感应材料制作的具有1个或多个周期性重复的特定几何图形载具上。
本发明所述的电磁感应式编码器，其转子模块为电磁感应材料构成的具有1个或多个周期性重复的特定几何图形覆盖于非电磁感应材料制作的载具上。
本发明所述的电磁感应式编码器，其子模块为电磁感应材料制作而成的特定图形金属片(块)。
本发明所涉及的电磁感应式编码器，其转子模块上包含1个或多个几何形状相同、周期性重复的特定图案。为了方便信号检测和计算，转子模块上绘制的几何图形及重复周期一般与定子模块上接收线圈的几何图形及重复周期保持一致，但实际应用中也可以不同。
本发明所涉及的电磁感应式编码器，其转子模块受到激励线圈交变电磁场的影响而产生涡流场，从而削弱激励线圈上的电磁场。由于转子模块的特定几何形状，涡流场沿特定路线，即圆周方向改变激励电磁场。不均匀的激励电磁场将导致接收线圈中的感应电动势发生变化，且其变化根据转子与接收线圈的相对角度位置而不同。
基于上述电磁感应式旋转编码器架构，其电机应用工作方式及特点如下：
1)当电机控制器给电磁感应式编码器通电后，处理电路配合激励线圈产生高频周期性交流电压和电流，流过激励线圈的交变电流将在定子模块区域内形成交变电磁场。
2)根据法拉第电磁感应定律可知，通过闭合线圈的磁通量发生变化，会在闭合线圈上产生感应电动势。当激励线圈上产生的交变电磁场穿过闭合接收线圈时，由于通过闭合接收线圈的磁通量发生交变，在每个扇环形线圈上产生频率相同的交变感应电动势。
3)转子模块用于影响激励线圈和接收线圈之间的耦合关系，当电机转动时，带动转子模块一起旋转，激励线圈的交变电磁场使得转子模块产生涡流场，从而削弱激励线圈的电磁场。不均匀的电磁场将导致接收线圈上的感应电动势发生变化。当转子模块与定子模块发生相对变化时，在接收线圈上得到1个或多个周期性变化的电压信号曲线，通过处理电路计算后得到电机所需编码信号。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种电磁感应式旋转编码器，其特征在于，包括：
定子模块，所述定子模块包括激励线圈及接收线圈；其中
所述激励线圈用于通过高频周期性交流电压和电流，在所述定子模块区域内产生交变电磁场；
所述接收线圈设置在所述激励线圈产生的交变电磁场区域内，并产生感应电动势；
转子模块，所述转子模块用于影响激所述激励线圈和所述接收线圈之间的电磁耦合强度；
处理电路，所述处理电路处理从所述接收线圈上得到的电压信号输出电机所需编码信号。
2.根据权利要求1所述的电磁感应式旋转编码器，其特征在于，所述定子模块包括第一接收线圈层板、第二接收线圈层板及激励线圈层板；其中
所述接收线圈设置在所述第一接收线圈层板及所述第二接收线圈层板上；所述激励线圈设置在所述激励线圈层板上。
3.根据权利要求2所述的电磁感应式旋转编码器，其特征在于，所述接收线圈包括：
第一接收组件，所述第一接收组件设置在所述第一接收线圈层板上；
第二接收组件，所述第二接收组件设置在所述第二接收线圈层板上；
所述第一接收组件与所述第二接收组件连接。
4.根据权利要求3所述的电磁感应式旋转编码器，其特征在于，所述第一接收组件包括多个第一接收单元，多个所述第一接收单元呈圆周均匀分布；
所述第二接收组件包括多个第二接收单元，多个所述第二接收单元呈圆周均匀分布。
5.根据权利要求4所述的电磁感应式旋转编码器，其特征在于，所述第一接收单元在第二接收线圈层板上的投影与所述第二接收单元围成闭合接收结构。
6.根据权利要求5所述的电磁感应式旋转编码器，其特征在于，相邻的所述闭合接收结构面积相等、耦合电流方向相反。
7.根据权利要求5或6所述的电磁感应式旋转编码器，其特征在于，所述闭合接收结构的形状为马蹄形、类正弦形或扇环形。
8.根据权利要求1所述的电磁感应式旋转编码器，其特征在于，所述接收线圈的数量为一个或多个，多个所述接收线圈同轴设置，多个所述接收线圈之间有相位差。
9.根据权利要求8所述的电磁感应式旋转编码器，其特征在于，多个所述接收线圈的非处理电路连接端相互连接。
10.根据权利要求8所述的电磁感应式旋转编码器，其特征在于，多个所述接收线圈的非处理电路连接端通过电容接地。
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|---|---|
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109631958A (zh) * | 2018-11-28 | 2019-04-16 | 赛卓电子科技（上海）有限公司 | 位置编码器 |
| CN111285025A (zh) * | 2020-02-11 | 2020-06-16 | 赛卓电子科技（上海）有限公司 | 伺服直驱电动滚筒 |
| CN112097804A (zh) * | 2020-09-17 | 2020-12-18 | 连云港杰瑞电子有限公司 | 一种电涡流感应式绝对值旋转编码器 |
| CN113008130A (zh) * | 2021-03-10 | 2021-06-22 | 上海钧嵌传感技术有限公司 | 一种角度位置传感器 |
| CN113167595A (zh) * | 2018-12-13 | 2021-07-23 | 海拉有限双合股份公司 | 包括两个不同类型的旋转角度传感器的传感器布置 |
| CN115435668A (zh) * | 2022-09-13 | 2022-12-06 | Oppo广东移动通信有限公司 | 测量装置及电子设备 |
| CN116635696A (zh) * | 2020-12-14 | 2023-08-22 | 微芯片技术股份有限公司 | 高分辨率角感应传感器及相关联的使用方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW453013B (en) * | 1997-10-15 | 2001-09-01 | Synaptics Uk Ltd | Position sensor |
| CN101504293A (zh) * | 2008-02-04 | 2009-08-12 | 三丰株式会社 | 电磁感应式编码器 |
| CN202798553U (zh) * | 2012-09-13 | 2013-03-13 | 上海海拉电子有限公司 | 一种用于无刷直流电机的位置传感器 |
| CN205537693U (zh) * | 2016-03-14 | 2016-08-31 | 安徽沃巴弗电子科技有限公司 | 一种扭矩角度传感器的绕线结构 |
-
2017
- 2017-03-07 CN CN201710132202.5A patent/CN108571985A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW453013B (en) * | 1997-10-15 | 2001-09-01 | Synaptics Uk Ltd | Position sensor |
| US6522128B1 (en) * | 1997-10-15 | 2003-02-18 | Synaptics (Uk) Limited | Position sensor having compact arrangement of coils |
| CN101504293A (zh) * | 2008-02-04 | 2009-08-12 | 三丰株式会社 | 电磁感应式编码器 |
| CN202798553U (zh) * | 2012-09-13 | 2013-03-13 | 上海海拉电子有限公司 | 一种用于无刷直流电机的位置传感器 |
| CN205537693U (zh) * | 2016-03-14 | 2016-08-31 | 安徽沃巴弗电子科技有限公司 | 一种扭矩角度传感器的绕线结构 |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109631958A (zh) * | 2018-11-28 | 2019-04-16 | 赛卓电子科技（上海）有限公司 | 位置编码器 |
| CN109631958B (zh) * | 2018-11-28 | 2021-03-02 | 赛卓电子科技（上海）有限公司 | 位置编码器 |
| CN113167595A (zh) * | 2018-12-13 | 2021-07-23 | 海拉有限双合股份公司 | 包括两个不同类型的旋转角度传感器的传感器布置 |
| CN111285025A (zh) * | 2020-02-11 | 2020-06-16 | 赛卓电子科技（上海）有限公司 | 伺服直驱电动滚筒 |
| CN112097804A (zh) * | 2020-09-17 | 2020-12-18 | 连云港杰瑞电子有限公司 | 一种电涡流感应式绝对值旋转编码器 |
| CN112097804B (zh) * | 2020-09-17 | 2021-12-10 | 连云港杰瑞电子有限公司 | 一种电涡流感应式绝对值旋转编码器 |
| CN116635696A (zh) * | 2020-12-14 | 2023-08-22 | 微芯片技术股份有限公司 | 高分辨率角感应传感器及相关联的使用方法 |
| CN116635696B (zh) * | 2020-12-14 | 2024-09-24 | 微芯片技术股份有限公司 | 高分辨率角感应传感器及相关联的使用方法 |
| CN113008130A (zh) * | 2021-03-10 | 2021-06-22 | 上海钧嵌传感技术有限公司 | 一种角度位置传感器 |
| CN115435668A (zh) * | 2022-09-13 | 2022-12-06 | Oppo广东移动通信有限公司 | 测量装置及电子设备 |
| WO2024055673A1 (zh) * | 2022-09-13 | 2024-03-21 | Oppo广东移动通信有限公司 | 测量装置及电子设备 |
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