CN111998872B - 一种通电线圈磁电编码器及其角度值温漂抑制方法 - Google Patents

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Abstract

一种通电线圈磁电编码器角度值温漂抑制方法，它包括：铜线圈、汇流环、编码器支架、霍尔编码器四部分，所述的铜线圈与电机转轴端部胶接、汇流环与电机法兰盘胶接、编码器支架前端面与电机法兰盘螺纹连接、编码器支架后端面与霍尔编码器螺纹连接。记录工作温度范围内对应的直流电流值再制作表格，依据查表计算得到直流电流值，控制电流输出大小，进而消除由于温度变化造成的角度值温漂。

Description

一种通电线圈磁电编码器及其角度值温漂抑制方法
技术领域
本发明涉及一种磁电式编码器，尤其涉及一种通电线圈磁电编码器及其角度值温漂抑制方法，属于磁电编码器制造领域。
背景技术
目前，磁电编码器在测量领域内有着广泛的用途，随着工业化的加速发展，对于角位移传感器的分辨率，精度等指标有着较高的要求。目前磁电编码器和光电编码器作为角位移传感器被广泛使用。光电编码器精度高，但是体积较大，易碎。相对而言，磁电编码器可以在更加恶劣的环境中工作，但是磁电编码器分辨率难以提高。常用的磁电编码器结构通常包括定子、转子和传感器，转子上固定有磁钢，形成磁路系统。但是常用于制作磁钢的钕铁硼材料会发生退磁现象，尤其在高温环境下退磁现象更加明显，并且传统磁钢磁电编码器需要根据充磁磁场强度调整霍尔传感器位置。因此用采用通电线圈代替传统磁钢的方法解决磁钢退磁问题，并且可以通过调节线圈电流改变磁场强度，霍尔是磁电编码器角度值解算的核心传感器芯片，用来将磁场信号转化为电压信号，霍尔的慈敏感系数会伴随温度变化而改变，导致角度值发生温漂，造成传感测量的误差。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种通电线圈磁电编码器及其角度值温漂抑制方法，本发明解决其技术问题的解决方案为：
一种通电线圈磁电编码器角度值温漂抑制方法，本方法应用于一种通电线圈磁电编码器；
一种通电线圈磁电编码器角度值温漂抑制方法，所述方法的具体实现过程为：
步骤一、解算角度值：
具体为总电源供电后，供电电源正极、供电电源负极与汇流环外圈导线a和汇流环外圈导线b连接，汇流环外圈导电条a与汇流环内圈导电条a接触，汇流环外圈导电条b与汇流环内圈导电条b接触，汇流环内圈导电条a、汇流环内圈导电条b带电，汇流环内圈导电条a、汇流环内圈导电条b分别与汇流环内圈导线a、汇流环内圈导线b连接，因此铜线圈通电，电机转轴转动，铜线圈与电机转轴端部胶接，从而铜线圈转动，产生轴向磁场，电机转轴与汇流环内圈内壁2胶接，汇流环内圈转动，汇流环外圈导电条a与汇流环内圈导电条a间隙配合，汇流环外圈导电条b与汇流环内圈导电条b间隙配合，汇流环外圈与电机法兰盘胶接，因此汇流环外圈静止，霍尔传感器a、霍尔传感器b与编码器信号解算板焊锡焊接，温度传感器芯片与编码器信号解算板焊锡焊接，霍尔传感器a、霍尔传感器b会产生俩相相位相差90°的电压信号A+、A-，通过单片机内部的模数转换模块，将模拟电压信号转换为数字信号，进而得到角度值数字信号HA+、HA-，再对得到的单对极角度值数字信号HA+、HA-进行解算，得到单对极角度值θ1，解算公式(1)所示：
Figure BDA0002602108850000021
步骤二、不同温度下，铜线圈1与霍尔表面磁场强度的标定，具体如下：
通过温度传感器得知当前环境温度，记为t1，当前铜线圈1内通过的直流电流值记为a1，此时的角度值记为θ1；
改变环境温度，记为t2，电机转轴始终处于静止状态，此时因为环境温度变化导致霍尔磁敏感系数变化，此时读取角度值记为θ1'，调节铜线圈1内通过的直流电流值，通过调节使得角度值由θ1'向θ1趋近，记录此时的直流电流值a2；
按上述方法记录工作温度范围内t0～tk对应的直流电流值a0～ak，并制成表格；
在实际工作过程中，依据温度传感器读取当前环境温度值tm，并向表格进行查表，存在tl-1＜tm＜tl，此时采用线性差值方法求得直流电流值am，解算公式(2)所示：
am＝(al-al-1)*tm+al-(al-al-1)*tl (2)
依据计算得到的直流电流值，控制电流输出大小，进而消除由于温度变化造成的角度值温漂。
本发明的有益效果是：
1.用通电线圈代替钕铁硼磁钢，解决钕铁硼材料高温退磁或炸裂的问题，延长使用寿命。
2.可以通过调节通电线圈通过的电流大小改变磁场强度，使得霍尔传感器的布置位置更加灵活，便于结构设计及生产安装。
3.霍尔是磁电编码器角度值解算的核心传感器芯片，用来将磁场信号转化为电压信号，霍尔的慈敏感系数会伴随温度变化而改变，导致角度值发生温漂，通过调节直流线圈内的电流强度值，进而调节霍尔接受磁场强度，抑制霍尔表面磁场强度因为温度的变化。
4.控制直流电的输入和输出，改变通电线圈内的电流流向，进而改变编码器角度值的增长方向，便于调试，适用于各种工况。
附图说明
为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。
图1是通电线圈磁电编码器的整体结构图示意图；
图2是霍尔编码器结构示意图；
图3是汇流环的分解示意图；
图4是编码器支架剖面图；
图5是铜线圈与汇流环接线示意图；
图6是工作温度t0～tk对应直流电流值a0～ak表格图；
图7是工作温度t与直流电流值a的函数关系图；
图8是角度值θ与工作温度t函数关系图。
图中：1、铜线圈；1-1、铜线圈a端；1-2、铜线圈b端；2、汇流环；2-1汇流环外圈；2-1-1、汇流环外圈导电条a；2-1-2、汇流环外圈导电条b；2-2、汇流环内圈；2-2-1、汇流环内圈导电条a；2-2-2、汇流环内圈导电条b；2-2-3、汇流环内圈内壁；3、编码器支架；3-1、编码器支架前端；3-2、编码器支架后端；4、霍尔编码器；4-1、霍尔传感器a；4-2、霍尔传感器b；4-3、编码器信号解算板；4-4、温度传感器芯片；5、电机转轴；5-1、电机转轴端部；6、电机法兰盘；7-1、汇流环外圈导线a；7-2、汇流环外圈导线b；7-3、汇流环内圈导线a；7-4、汇流环内圈导线b。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
以下结合附图进一步说明本发明的具体结构及实施方式。
如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8所示，本具体实施方式采用以下技术方案：
所属的一种通电线圈磁电编码器，它包括：1、铜线圈、2、汇流环、3、编码器支架、4、霍尔编码器四部分；其特征在于：所述的铜线圈1与电机转轴端部5-1胶接、汇流环2与电机法兰盘6胶接、编码器支架前端面3-1与电机法兰盘6螺纹连接、编码器支架后端3-2面与霍尔编码器4螺纹连接。
进一步的，所述的汇流环由汇流环外圈2-1、汇流环内圈2-2、汇流环外圈导线a 7-1、汇流环外圈导线b 7-2、汇流环内圈导线a 7-3、汇流环内圈导线b7-4组成，其中汇流环内圈内壁2-2-3与电机转轴5胶接，汇流环外圈2-1与电机法兰盘6胶接，汇流环外圈导线a 7-1与汇流环外圈导电条a 2-1-1连接，汇流环外圈导线b 7-2与汇流环外圈导电条b 2-1-2连接，汇流环内圈导线a 7-3一端与汇流环内圈导电条a 2-2-1连接，另一端与铜线圈a端1-1连接，汇流环内圈导线b 7-4一端与汇流环内圈导电条b 2-2-2连接，另一端与铜线圈b端1-2连接，汇流环外圈导电条a 2-1-1与汇流环内圈导电条a 2-2-1间隙配合，汇流环外圈导电条b 2-1-2与汇流环内圈导电条b 2-2-2间隙配合。
进一步的，所述的霍尔编码器4由编码器信号解算板4-3、霍尔传感器a4-1、霍尔传感器b 4-2、温度传感器芯片4-4组成，其中霍尔传感器a 4-1、霍尔传感器b 4-2夹角90°锡焊焊接在编码器信号解算板4-3上；温度传感器芯片4-4锡焊焊接在编码器信号解算板4-3上。
其工作原理：汇流环外圈导线a 7-1与汇流环外圈导电条a 2-1-1、电源正极连接，汇流环内圈导线a 7-3与汇流环内圈导电条a 2-2-1、铜线圈a端1-1连接；汇流环外圈导线b7-2与汇流环外圈导电条b 2-1-2、电源负极连接，汇流环内圈导线b 7-4与汇流环内圈导电条b 2-2-2、铜线圈b端1-2连接。通过汇流环外圈导电条a 2-1-1与汇流环内圈导电条a 2-2-1相互接触；汇流环外圈导电条b 2-1-2与汇流环内圈导电条b 2-2-2相互接触，电源通电后正极接入铜线圈a端1-1、负极接入铜线圈b端1-2，使铜线圈1通过电源正负极电流，铜线圈1产生轴向磁场，布置在铜线圈1上方的霍尔编码器4感应到磁场变化输出信号。
一种通电线圈磁电编码器角度值温漂抑制方法，本方法应用于一种通电线圈磁电编码器；
一种通电线圈磁电编码器角度值温漂抑制方法，所述方法的具体实现过程为：
步骤一、解算角度值：
具体为总电源供电后，供电电源正极、供电电源负极与汇流环外圈导线a7-3和汇流环外圈导线b 7-2连接，汇流环外圈导电条a 2-1-1与汇流环内圈导电条a 2-2-1接触，汇流环外圈导电条b 2-1-2与汇流环内圈导电条b 2-2-2接触，汇流环内圈导电条a 2-2-1、汇流环内圈导电条b 2-2-2带电，汇流环内圈导电条a 2-2-1、汇流环内圈导电条b 2-2-2分别与与汇流环内圈导线a 7-3、汇流环内圈导线b 7-4连接，因此铜线圈1通电，电机转轴5转动，铜线圈1与电机转轴端部5-1胶接，从而铜线圈1转动，产生轴向磁场，电机转轴5与汇流环内圈内壁2-2-3胶接，汇流环内圈2-2转动，汇流环外圈导电条a 2-1-1与汇流环内圈导电条a 2-2-1间隙配合，汇流环外圈导电条b 2-1-2与汇流环内圈导电条b 2-2-2间隙配合，汇流环外圈2-1与电机法兰盘6胶接，因此汇流环外圈2-1静止，霍尔传感器a 4-1、霍尔传感器b 4-2与编码器信号解算板4-3焊锡焊接，温度传感器芯片4-4与编码器信号解算板4-3焊锡焊接，霍尔传感器a 4-1、霍尔传感器b4-2会产生俩相相位相差90°的电压信号A+、A-，通过单片机内部的模数转换模块，将模拟电压信号转换为数字信号，进而得到角度值数字信号HA+、HA-，再对得到的单对极角度值数字信号HA+、HA-进行解算，得到单对极角度值θ1，解算公式(1)所示：
Figure BDA0002602108850000071
步骤二、不同温度下，铜线圈1与霍尔表面磁场强度的标定，具体如下：
通过温度传感器得知当前环境温度，记为t1＝-40℃，当前铜线圈1内通过的直流电流值记为a1＝4A，此时的角度值记为θ1＝170°；
改变环境温度，记为t2，电机转轴始终处于静止状态，此时因为环境温度变化导致霍尔磁敏感系数变化，此时读取角度值记为θ1'，调节铜线圈1内通过的直流电流值，通过调节使得角度值由θ1'向θ1趋近，记录此时的直流电流值a2；
按上述方法记录工作温度范围内t0～tk对应的直流电流值a0～ak，并制成表格，如图6所示，本实例中k＝120。
依据表格数据向表格进行查表得到工作温度t与直流电流值a之间的函数关系，如图7所示。
因为环境温度变化导致霍尔磁敏感系数变化，造成角度值温漂，使角度值θ出现误差，角度值θ与工作温度t函数关系如图8所示。
在实际工作过程中，依据温度传感器读取当前环境温度值tm，并向表格进行查表，存在tl-1＜tm＜tl，此时采用线性差值方法求得直流电流值am，解算公式(2)所示：
am＝(al-al-1)*tm+al-(al-al-1)*tl (2)
本实例中当前环境温度值tm取值40.5℃，tl-1＝40℃；tl＝41℃，向表格进行查表得到al-1＝5.334A；al＝5.35A，代入公式(2)中得到am＝5.342A，可知环境温度值tm＝40.5℃时对应的直流电流值am＝5.342A，依据计算得到的直流电流值，控制电流输出大小，进而消除由于温度变化造成的角度值温漂。
以上显示和描述了本发明专利的基本原理和主要特征和本发明专利的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明专利不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明专利的原理，在不脱离本发明专利精神和范围的前提下，本发明专利还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明专利范围内。本发明专利要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种通电线圈磁电编码器角度值温漂抑制方法，本方法应用于一种通电线圈磁电编码器，通电线圈磁电编码器由铜线圈(1)、汇流环(2)、编码器支架(3)、霍尔编码器(4)四部分组成；所述的铜线圈(1)与电机转轴端部(5-1)胶接、汇流环(2)与电机法兰盘(6)胶接、编码器支架前端面(3-1)与电机法兰盘(6)螺纹连接、编码器支架后端面(3-2)与霍尔编码器(4)螺纹连接，所述的汇流环(2)由汇流环外圈(2-1)、汇流环内圈(2-2)、汇流环外圈导线a(7-1)、汇流环外圈导线b(7-2)、汇流环内圈导线a(7-3)、汇流环内圈导线b(7-4)组成，其中汇流环内圈内壁(2-2-3)与电机转轴(5)胶接，汇流环外圈(2-1)与电机法兰盘(6)胶接，汇流环外圈导线a(7-1)与汇流环外圈导电条a(2-1-1)连接，汇流环外圈导线b(7-2)与汇流环外圈导电条b(2-1-2)连接，汇流环内圈导线a(7-3)一端与汇流环内圈导电条a(2-2-1)连接，另一端与铜线圈a端(1-1)连接，汇流环内圈导线b(7-4)一端与汇流环内圈导电条b(2-2-2)连接，另一端与铜线圈b端(1-2)连接，汇流环内圈导电条a(2-2-1)与汇流环外圈导电条a(2-1-1)间隙配合，汇流环内圈导电条b(2-2-2)与汇流环外圈导电条b(2-1-2)间隙配合，所述的霍尔编码器(4)由编码器信号解算板(4-3)、霍尔传感器a(4-1)、温度传感器芯片(4-4)组成、霍尔传感器b(4-2)组成，其中霍尔传感器a、霍尔传感器b夹角90°锡焊焊接在编码器信号解算板上；温度传感器芯片(4-4)与编码器信号解算板(4-3)焊锡焊接；
其特征在于：所述方法的具体实现过程为：
步骤一、解算角度值：
具体为总电源供电后，供电电源正极与汇流环外圈导线a(7-1)连接、供电电源负极与汇流环外圈导线b(7-2)连接，汇流环外圈导电条a(2-1-1)与汇流环内圈导电条a(2-2-1)接触，汇流环外圈导电条b(2-1-2)与汇流环内圈导电条b(2-2-2)接触，汇流环内圈导电条a(2-2-1)、汇流环内圈导电条b(2-2-2)带电，汇流环内圈导电条a(2-2-1)、汇流环内圈导电条b(2-2-2)分别与汇流环内圈导线a(7-3)、汇流环内圈导线b(7-4)连接，因此铜线圈(1)通电，电机转轴(5)转动，铜线圈(1)与电机转轴端部(5-1)胶接，从而铜线圈(1)转动，产生轴向磁场，电机转轴(5)与汇流环内圈内壁(2-2-3)胶接，汇流环内圈(2-2)转动，汇流环外圈导电条a(2-1-1)与汇流环内圈导电条a(2-2-1)间隙配合，汇流环外圈导电条b(2-1-2)与汇流环内圈导电条b(2-2-2)间隙配合，汇流环外圈(2-1)与电机法兰盘(6)胶接，因此汇流环外圈(2-1)静止，霍尔传感器a(4-1)、霍尔传感器b(4-2)与编码器信号解算板(4-3)焊锡焊接，温度传感器芯片(4-4)与编码器信号解算板(4-3)焊锡焊接，霍尔传感器a(4-1)、霍尔传感器b(4-2)会产生俩相相位相差90°的电压信号A+、A-，通过单片机内部的模数转换模块，将模拟电压信号转换为数字信号，进而得到角度值数字信号HA+、HA-，再对得到的单对极角度值数字信号HA+、HA-进行解算，得到单对极角度值θ1，解算公式(1)所示：
Figure FDA0003392461650000021
步骤二、不同温度下，铜线圈(1)与霍尔表面磁场强度的标定，具体如下：
通过温度传感器得知当前环境温度，记为t1，当前铜线圈(1)内通过的直流电流值记为a1，此时的角度值记为θ1；
改变环境温度，记为t2，电机转轴始终处于静止状态，此时因为环境温度变化导致霍尔磁敏感系数变化，此时读取角度值记为θ1'，调节铜线圈(1)内通过的直流电流值，通过调节使得角度值由θ1'向θ1趋近，记录此时的直流电流值a2；
按上述方法记录工作温度范围内t0～tk对应的直流电流值a0～ak，并制成表格；
在实际工作过程中，依据温度传感器读取当前环境温度值tm，并向表格进行查表，存在tl-1＜tm＜tl，此时采用线性差值方法求得直流电流值am，解算公式(2)所示：
am＝(al-al-1)*tm+al-(al-al-1)*tl (2)
依据计算得到的直流电流值，控制电流输出大小，进而消除由于温度变化造成的角度值温漂。
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