CN109639057A - 带有位置编码器的伺服电机安装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种带有位置编码器的伺服电机安装结构，包括：电机本体；位置编码器，位置编码器与电机本体连接，用于输出编码信号；电机控制器模块，电机控制器模块接收编码器信号并控制电机本体；位置编码器包括：定子模块，定子模块包括激励线圈及接收线圈；转子模块，转子模块用于影响激激励线圈和接收线圈之间的电磁耦合强度；处理模块，处理模块处理从接收线圈上得到的电压信号输出电机所需的编码信号；屏蔽层，屏蔽层用于屏蔽对激励线圈及接收线圈的干扰。本发明具有以下优点：可以屏蔽处理模块、电机控制模块及金属连接导线等金属物体对感应耦合区域的干扰，保证接收信号的真实性，可靠性更高。
Description
技术领域
本发明涉及一种带有位置编码器的伺服电机安装结构。
背景技术
近年来，伺服电机凭借其优异的性能而得到市场的一致认可。其中，位置编码器作为伺服电机系统闭环控制中的重要一环，承担着反馈及控制电机旋转速度及位置的重要作用。随着市场对伺服电机在安全、精度和可靠性等方面的要求不断提高，电机厂商对伺服电机编码器的要求也随之提高，要求编码器在提供伺服电机转速、位置信号的同时，保证信号的高精度、高分辨率。电机位置检测及反馈由电机位置编码器完成，所以一款优秀的电机位置编码器很大程度上决定了电机在节能、高效、精准及互通等方面的表现。
由于目前很多伺服电机对体积、安装空间要求很严苛，例如微特电机(微型特种电机)，因此要求伺服电机位置编码器的体积要小，同时保证位置编码的可靠性，抗干扰能力强。
现有技术中，中国发明专利《带有电磁感应式旋转变压器的电机安装结构》(申请号：201810065833.4)提供一种带有电磁感应式旋转变压器的电机安装结构，包括：电机本体；电磁感应式旋转变压器，所述电磁感应式旋转变压器与所述电机本体连接，用于输出编码信号；电机控制器模块，所述电机控制器模块接收所述编码信号并控制所述电机本体。与现有技术相比，本发明带有电磁感应式旋转变压器的电机安装结构具有以下优点：1)电机安装方式多样化、简易化，可穿轴安装、轴端安装及轴侧边安装；2)采用非接触式感应方式，使用寿命长；3)抗抖动、抗油污、抗电磁干扰，耐高低温能力强；4)输出信号形式可适配任意电机控制器接口。
但是，上述技术中存在如下缺陷：
1)激励线圈和接收线圈在垂直空间范围内形成感应耦合区域，而处理模块、电机控制器模块及金属连接导线都属于金属物体，上述发明中，由于安装空间和电机大小限制，将上述金属物体放置于激励线圈和接收线圈正下方将导致感应耦合区域内的电磁场发生畸变，导致接收信号受到干扰，最终导致位置信号精度降低。
2)当电机整体尺寸较小时，电机本体离位置编码器距离较近，而电机本体漏磁将更容易干扰位置编码器，导致位置信号精度降低。
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解决上述技术问题的带有位置编码器的伺服电机安装结构。
为解决上述技术问题，本发明提供一种带有位置编码器的伺服电机安装结构，包括：电机本体；位置编码器，所述位置编码器与所述电机本体连接，用于输出编码信号；电机控制器模块，所述电机控制器模块接收所述编码器信号并控制所述电机本体；其中，所述位置编码器包括：定子模块，所述定子模块包括激励线圈及接收线圈；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；处理模块，所述处理模块处理从所述接收线圈上得到的电压信号输出电机所需的所述编码信号；屏蔽层，所述屏蔽层用于屏蔽对所述激励线圈及所述接收线圈的干扰。
优选地，所述定子模块包括激励线圈和接收线圈，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；所述激励线圈和所述接收线圈在定子模块垂直空间范围内形成感应耦合区域，所述屏蔽层位于所述感应耦合区域内。
优选地，所述电机本体的外侧设有侧盖，所述侧盖与所述电机本体之间形成一置物空间；所述位置编码器设置在所述置物空间内。
优选地，所述处理模块与所述电机控制器模块设置在所述感应耦合区域内，所述屏蔽层设置于所述激励线圈及所述接收线圈和所述处理模块及所述电机控制器模块之间；所述屏蔽层贴合在所述定子模块上；或所述屏蔽层与所述定子模块之间存在间隙。
优选地，所述处理模块设置在所述感应耦合区域内，所述屏蔽层设置于所述激励线圈及所述接收线圈和所述处理模块之间；所述屏蔽层贴合在所述定子模块上；或所述屏蔽层与所述定子模块之间存在间隙。
优选地，所述电机控制器模块设置在所述感应耦合区域内，所述屏蔽层设置于所述激励线圈及所述接收线圈和所述电机控制器模块之间；所述屏蔽层贴合在所述定子模块上；或所述屏蔽层与所述定子模块之间存在间隙。
优选地，所述屏蔽层在垂直方向上遮盖住所述激励线圈和所述接收线圈。
优选地，所述屏蔽层与所述激励线圈及所述接收之间还设有隔离层。
优选地，所述屏蔽层为导电屏蔽层。
优选地，所述隔离层为绝缘隔离层。
与现有技术相比，本发明带有位置编码器的伺服电机安装结构具有以下优点：
1)可以屏蔽处理模块、电机控制模块及金属连接导线等金属物体对感应耦合区域的干扰，保证接收信号的真实性，可靠性更高；
2)可以屏蔽电机本体漏磁对感应耦合区域的干扰，保证接收信号的真实性，可靠性更高。
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为本发明伺服电机外观示意图；
图2为本发明伺服电机爆炸结构示意图；
图3为本发明位置编码器安装结构实例一示意图；
图4为本发明位置编码器安装结构实例一定子模块7a剖面示意图；
图5为本发明位置编码器安装结构实例一定子模块7b剖面示意图；
图6位本发明位置编码器安装结构位置精度误差关系示意图；
图7为本发明位置编码器安装结构实例二示意图；
图8为本发明位置编码器安装结构实例三示意图；
图9为本发明位置编码器安装结构实例四示意图；
图10为本发明位置编码器安装结构实例五正面示意图；
图11为本发明位置编码器安装结构实例五反面示意图；
图12为本发明位置编码器安装结构实例六正面示意图；
图13为本发明位置编码器安装结构实例六反面示意图；
图14为本发明位置编码器安装结构实例七正面示意图；
图15为本发明位置编码器安装结构实例七反面示意图。
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修改。
图1为本发明所述伺服电机外观示意图。
图2为本发明所述伺服电机爆炸结构示意图。
如图所示，电机本体12中间的线包与电机转轴11相连接并带动其转动；位置编码器的定子模块7和电机控制器板10通过中心孔洞使电机转轴11穿过和位置编码器轴承5相连接；处理模块8和电机控制模块9安装在电机控制器板10上；位置编码器的转子模块6镶嵌在编码器轴承5上，并随电机转轴11转动；编码器外壳4将转子模块6、定子模块7和电机控制器板10包裹在内；电机侧盖3通过螺丝(1A、1B)固定在伺服电机本体上，将编码器整体包裹在内。
图3-图5为本发明所述带有位置编码器的伺服电机安装结构实例一实施方式。
图3为本发明所述带有位置编码器的伺服电机安装结构实例一示意图。
如图3所示，位置编码器的定子模块7a和电机控制器板10通过中心孔洞使电机转轴11穿过和位置编码器轴承5相连接；处理模块8和电机控制器9安装在电机控制器板10上；转子模块6镶嵌在电机轴承5上，并随电机转轴11转动，改变激励线圈和接收线圈之间的电磁耦合强度，使得处理模块8的输出电压信号与伺服电机转角成线性关系；输出电压信号输入电机控制器模块9。
如图3所示，定子模块7a属于激励线圈和接收线圈相互之间的感应耦合区域，而处理模块8、电机控制器模块9及金属连接导线都属于金属物体，将上述金属物体放置于定子模块正下方将导致感应耦合区域内的电磁场发生畸变，导致接收信号受到干扰，最终导致位置信号精度降低。所以本发明对上述定子模块结构进行改进。
图4为本发明所述带有位置编码器的伺服电机安装结构实例一定子模块7a剖面示意图。
如图4所示，定子模块7a为多层次结构，其中激励线圈和接收线圈绕制于定子模块7a的第一级板7a-1和第二级板7a-2，第三极板7a-3为由导电材料所制的屏蔽层。不同于处理模块8、电机控制器模块9及金属连接导线等金属物体导致感应耦合区域的电磁场畸变，屏蔽层7a-3均匀设置于感应耦合区域正下方，不仅自身对感应耦合区域的电磁场影响忽略不计，同时可以抵御来自处理模块8、电机控制器模块9及金属连接导线等金属物体和电机本体漏磁而带来的干扰。
如图4所示，优选的，屏蔽层7a-3平行设置于所述激励线圈及所述接收线圈所在的第一级板7a-1和第二级板7a-2一侧。
如图4所示，屏蔽层7a-3在垂直方向上完全遮盖住所述激励线圈和所述接收线圈。
图5为本发明所述带有位置编码器的伺服电机安装结构实例一定子模块7b剖面示意图。
如图5所示，定子模块7b为多层次结构，其中激励线圈和接收线圈绕制于定子模块7b的第一级板7b-1和第二级板7b-2，第三极板7b-3为由非导电材料所制的隔离层，第四级板7b-4为由导电材料所制的屏蔽层。若屏蔽层太靠近激励线圈，在极端工作环境下可能会导致激励线圈电感降低而导致振荡电路停振失效，所以在空间允许的情况下加入一层由非导电材料所制的隔离层，用于增加定子模块上激励线圈和接收线圈所在极板和屏蔽层所在极板之间的距离，使得位置编码器可靠性更高。
如图5所示，优选的，隔离层7b-3平行设置于所述屏蔽层7b-4和所述激励线圈及所述接收线圈所在的第一级板7a-1和第二级板7a-2之间。
图6为本发明所述带有位置编码器的伺服电机安装结构位置精度误差关系示意图。
如图6所示，横坐标轴间距d代表所述屏蔽层和所述激励线圈及所述接收线圈所在极板的间距，纵坐标轴代表输出位置信号精度误差百分比。
如图6所示，如果屏蔽层过于靠近所述激励线圈及所述接收线圈所在极板，将可能会导致激励线圈电感降低，接收信号幅度降低，信噪比变差而导致位置精度误差极大，在极端工作环境下甚至导致振荡电路停振失效；当屏蔽层处于合适的位置时，位置精度误差可以降至最低；当屏蔽层逐渐远离所述激励线圈及所述接收线圈所在级板时，屏蔽层抵御来自处理模块、电机控制器模块及金属导线等金属物体和电机本体漏磁干扰的能力逐渐减弱，位置精度误差逐渐变大。
图7为本发明所述带有位置编码器的伺服电机安装结构实例二示意图。
如图7所示，位置编码器的定子模块7c和电机控制器板10通过中心孔洞使电机转轴11穿过和位置编码器轴承5相连接；处理模块8安装在定子模块7c上；电机控制器9安装在电机控制器板10上；定子模块7c和电机控制器板10之间设置有一层由导电材料所制的屏蔽层，该屏蔽层集成在定子模块7c上，若空间允许，定子模块7c上的激励线圈和接收线圈所在极板和屏蔽层之间可以设置有一层由非导电材料所制的隔离层，该隔离层集成在定子模块7c上；转子模块6镶嵌在电机轴承5上，并随电机转轴11转动，改变激励线圈和接收线圈之间的电磁耦合强度，使得处理模块8的输出电压信号与伺服电机转角成线性关系；输出电压信号输入电机控制器模块9。
图8为本发明所述带有位置编码器的伺服电机安装结构实例三示意图。
如图8所示，位置编码器的定子模块7d、印刷电路板14和电机控制器板10通过中心孔洞使电机转轴11穿过和位置编码器轴承5相连接；处理模块8和电机控制器9安装在电机控制器板10上；定子模块7d和电机控制器板10之间设置有一层由导电材料所制的屏蔽层，该屏蔽层设置于印刷电路板14上，若空间允许，定子模块7d和印刷电路板14之间可以设置有一层由非导电材料所制的隔离层，该隔离层集成在定子模块7d上；转子模块6镶嵌在电机轴承5上，并随电机转轴11转动，改变激励线圈和接收线圈之间的电磁耦合强度，使得处理模块8的输出电压信号与伺服电机转角成线性关系；输出电压信号输入电机控制器模块9。
图9为本发明所述带有位置编码器的伺服电机安装结构实例四示意图。
如图9所示，位置编码器的定子模块7e、印刷电路板14和电机控制器板10通过中心孔洞使电机转轴11穿过和位置编码器轴承5相连接；处理模块8安装在定子模块7e上；电机控制器9安装在电机控制器板10上；定子模块7e和电机控制器板10之间设置有一层由导电材料所制的屏蔽层，该屏蔽层设置于印刷电路板14上，若空间允许，定子模块7e和屏蔽层14之间可以设置有一层由非导电材料所制的隔离层，该隔离层集成在定子模块7e上；转子模块6镶嵌在电机轴承5上，并随电机转轴11转动，改变激励线圈和接收线圈之间的电磁耦合强度，使得处理模块8的输出电压信号与伺服电机转角成线性关系；输出电压信号输入电机控制器模块9。
图10和图11为本发明所述带有位置编码器的伺服电机安装结构实例五实施方式。
图10和图11为本发明所述带有位置编码器的伺服电机安装结构实例五正面示意图和反面示意图。
如图10和图11所示，位置编码器的定子模块7f通过中心孔洞使电机转轴11穿过和位置编码器轴承5相连接；处理模块8安装在定子模块7f正面极板上；电机控制器9安装在定子模块7f反面极板上；激励线圈、接收线圈和处理模块8所在极板和电机控制模块所在极板之间设置有一层由导电材料所制的屏蔽层，该屏蔽层集成在定子模块7f上，若空间允许，定子模块7f上的激励线圈、接收线圈和处理模块8所在极板和屏蔽层所在极板之间可以设置有一层由非导电材料所制的隔离层，该隔离层集成在定子模块7f上；转子模块6镶嵌在电机轴承5上，并随电机转轴11转动，改变激励线圈和接收线圈之间的电磁耦合强度，使得处理模块8的输出电压信号与伺服电机转角成线性关系；输出电压信号输入电机控制器模块9。
图12和图13为本发明所述带有位置编码器的伺服电机安装结构实例六实施方式。
图12和图13为本发明所述带有位置编码器的伺服电机安装结构实例六正面示意图和反面示意图。
如图12和图13所示，位置编码器的定子模块7g通过中心孔洞使电机转轴11穿过和位置编码器轴承5相连接；处理模块8安装在定子模块7g反面极板上；激励线圈、接收线圈所在极板和处理模块8所在极板之间设置有一层由导电材料所制的屏蔽层，该屏蔽层集成在定子模块7g上，若空间允许，定子模块7g上的激励线圈、接收线圈所在极板和屏蔽层所在极板之间可以设置有一层由非导电材料所制的隔离层，该隔离层集成在定子模块7g上；转子模块6镶嵌在电机轴承5上，并随电机转轴11转动，改变激励线圈和接收线圈之间的电磁耦合强度，使得处理模块8的输出电压信号与伺服电机转角成线性关系；输出电压信号输入电机控制器模块9。
图14和图15为本发明所述带有位置编码器的伺服电机安装结构实例七实施方式。
图14和图15为本发明所述带有位置编码器的伺服电机安装结构实例七正面示意图和反面示意图。
如图14和图15所示，位置编码器的定子模块7h通过中心孔洞使电机转轴11穿过和位置编码器轴承5相连接；处理模块8和电机控制模块9安装在定子模块7h反面极板上；激励线圈、接收线圈所在极板和处理模块8及电机控制模块9所在极板之间设置有一层由导电材料所制的屏蔽层，该屏蔽层集成在定子模块7h上，若空间允许，定子模块7h上的激励线圈、接收线圈所在极板和屏蔽层所在极板之间可以设置一层由非导电材料所制的隔离层，该隔离层集成在定子模块7h上；转子模块6镶嵌在电机轴承5上，并随电机转轴11转动，改变激励线圈和接收线圈之间的电磁耦合强度，使得处理模块8的输出电压信号与伺服电机转角成线性关系；输出电压信号输入电机控制器模块9。
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)
1.一种带有位置编码器的伺服电机安装结构，其特征在于，包括：
电机本体；
位置编码器，所述位置编码器与所述电机本体连接，用于输出编码信号；
电机控制器模块，所述电机控制器模块接收所述编码器信号并控制所述电机本体；
其中，所述位置编码器包括：
定子模块，所述定子模块包括激励线圈及接收线圈；
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；
处理模块，所述处理模块处理从所述接收线圈上得到的电压信号输出电机所需的所述编码信号；
屏蔽层，所述屏蔽层用于屏蔽对所述激励线圈及所述接收线圈的干扰。
2.根据权利要求1所述的带有位置编码器的伺服电机安装结构，其特征在于，所述定子模块包括激励线圈和接收线圈，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；
所述激励线圈和所述接收线圈在定子模块垂直空间范围内形成感应耦合区域，所述屏蔽层位于所述感应耦合区域内。
3.根据权利要求2所述的带有位置编码器的伺服电机安装结构，其特征在于，所述电机本体的外侧设有侧盖，所述侧盖与所述电机本体之间形成一置物空间；
所述位置编码器设置在所述置物空间内。
4.根据权利要求3所述的带有位置编码器的伺服电机安装结构，其特征在于，所述处理模块与所述电机控制器模块设置在所述感应耦合区域内，所述屏蔽层设置于所述激励线圈及所述接收线圈和所述处理模块及所述电机控制器模块之间；
所述屏蔽层贴合在所述定子模块上；或
所述屏蔽层与所述定子模块之间存在间隙。
5.根据权利要求3所述的带有位置编码器的伺服电机安装结构，其特征在于，所述处理模块设置在所述感应耦合区域内，所述屏蔽层设置于所述激励线圈及所述接收线圈和所述处理模块之间；
所述屏蔽层贴合在所述定子模块上；或
所述屏蔽层与所述定子模块之间存在间隙。
6.根据权利要求3所述的带有位置编码器的伺服电机安装结构，其特征在于，所述电机控制器模块设置在所述感应耦合区域内，所述屏蔽层设置于所述激励线圈及所述接收线圈和所述电机控制器模块之间；
所述屏蔽层贴合在所述定子模块上；或
所述屏蔽层与所述定子模块之间存在间隙。
7.根据权利要求4、5或6所述的带有位置编码器的伺服电机安装结构，其特征在于，所述屏蔽层在垂直方向上遮盖住所述激励线圈和所述接收线圈。
8.根据权利要求7所述的带有位置编码器的伺服电机安装结构，其特征在于，所述屏蔽层与所述激励线圈及所述接收之间还设有隔离层。
9.根据权利要求1所述的带有位置编码器的伺服电机安装结构，其特征在于，所述屏蔽层为导电屏蔽层。
10.根据权利要求8所述的带有位置编码器的伺服电机安装结构，其特征在于，所述隔离层为绝缘隔离层。
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