CN114034324A - 一种电磁场传感器的绝对值旋转编码器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电磁场传感器的绝对值旋转编码器，该旋转编码器包括转子、定子和设接口电路的解算电路板，转子安装在定子中间，转子周边的定子内设有空心腔体，解算电路板安装在空心腔体内，转子为1对极导磁体，定子为感应体，转子与定子组成了电磁场传感器；旋转编码器转动时，电磁场传感器把机械角度信号转换成高频正余弦调制信号，经过解算电路板进行信号处理，把高频正余弦调制信号转换成绝对角度数字信号，通过接口电路与外部通讯。本发明采用环形结构的电磁场传感器，取代传统旋转变压器，把旋转机械角度信号转换成高频正余弦调制信号，再通过解算电路转换成绝对角度数字信号，转换精度高，体积小，重量轻，可以实现空心化旋转编码器。

Description

一种电磁场传感器的绝对值旋转编码器
技术领域
本发明涉及自动控制领域中角度位置信号检测技术领域，具体涉及到一种电磁场传感器的绝对值旋转编码器。
背景技术
旋转编码器主要用于检测机械运动中的角度位置信号，把机械角度信号转换成数字信号。而传统的旋转编码器主要有光电编码器和机电编码器；其中，光电编码器转换精度高，但结构复杂、体积大、环境适应性差，不适应恶劣环境领域使用；机电编码器转换精度较高，环境适应能力强，广泛应用于恶劣环境领域，但由于采用旋转变压器作为位置传感器，存在体积大、重量沉、难以实现空心化设计等缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种设计合理，转换精度高，体积小，重量轻，采用环形结构电磁场传感器的绝对值旋转编码器。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种电磁场传感器的绝对值旋转编码器，其特点是，该旋转编码器包括转子、定子和设接口电路的解算电路板，转子安装在定子中间，转子周边的定子内设有空心腔体，解算电路板安装在空心腔体内，转子为1对极导磁体，定子为感应体，转子与定子组成了电磁场传感器；
旋转编码器转动时，电磁场传感器把机械角度信号转换成高频正余弦调制信号，经过解算电路板进行信号处理，把高频正余弦调制信号转换成绝对角度数字信号，实现与外部的通讯。
优选地，所述转子为环形结构，环形结构转子的内部圆形与外部圆形设置为偏心圆结构，所述转子采用导磁材料的不锈钢或钢材；所述定子采用导磁材料的不锈钢或钢材，形状为环形结构。
优选地，所述定子内均匀安装有4M（M≥1）个变压器，每一个变压器包括励磁绕组和感应绕组两个绕组，相邻变压器之间的励磁绕组首尾串联连接，组成电磁场传感器的励磁线圈；相邻M个变压器的感应绕组首尾串联连接组成一个线圈，形成安装位置互为 90°的四个线圈，相邻两个线圈为正弦线圈和余弦线圈；间隔的两个正弦线圈反向串联连接，组成定子的感应正弦线圈；间隔的两个余弦线圈反向串联连接，组成定子的感应余弦线圈；定子的感应正弦线圈和感应余弦线圈组成电磁场传感器的感应线圈。
优选地，所述解算电路板包括DC/DC电源、激励电路、检波电路、滤波电路、信号调理电路、A/D转换电路、信号处理电路和接口电路；
DC/DC电源为旋转编码器提供供电电源和信号基准源；
激励电路产生1MHz以上的高频正弦激励信号，施加到电磁场传感器的励磁线圈中，使电磁传感器产生1个周期的高频正余弦调制信号，经过检波电路、滤波电路和信号调理电路，输出1个周期的正余弦信号，再经过A/D转换电路和信号处理电路，把正余弦信号转换成绝对角度数字信号，通过接口电路与外部进行通讯。
优选地，所述转子高度不超过定子的高度，转子内部圆心与定子同心设置；转子与定子之间的安装距离不大于5mm。
优选地，在所述定子上安装有将解算电路板密封在空心腔体内的盖板。
与现有技术相比，本发明所述的绝对值旋转编码器采用环形结构的电磁场传感器，将转子与定子组成电磁场传感器，取代传统旋转变压器，把旋转机械角度信号转换成高频正余弦调制信号，再通过解算电路转换成绝对角度数字信号，转换精度高，体积小，重量轻，可以实现空心化旋转编码器。
附图说明
图1为本发明所述旋转编码器的结构示意图；
图2为图1的C-C向剖视图；
图3为本发明的转子结构示意图；
图4为图3的B-B向剖视图；
图5为本发明的定子结构示意图；
图6为图5的A-A向剖视图；
图7为本发明的变压器示意图；
图8为本发明的变压器接线示意图；
图9为本发明的解算电路板示意图。
图中：1-转子，2-定子，3-解算电路板，4-盖板，其中，
2.1a、2.1b、2.1c、2.1d、2.1e、2.1f、2.1g、2.1h-变压器；
3.1-DC/DC电源，3.2-激励电路、3.3-检波电路、3.4-滤波电路、3.5-信号调理电路、3.6-A/D转换电路、3.7-信号处理电路和3.8-接口电路。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参照图1-9，一种电磁场传感器的绝对值旋转编码器，该旋转编码器主要由转子1、定子2、设接口电路的解算电路板3和盖板4组成，转子1与定子2组成非接触式的电磁场传感器，它们之间没有轴承连接，定子2外部空心腔体安装解算电路板3，用盖板4进行密封；转子1安装在定子2中间，组成电磁场传感器，转子1的高度不超过定子2的高度，转子1内部圆心与定子2的圆心保持同心，转子1与定子2之间的安装距离不大于5mm；
旋转编码器转动时，电磁场传感器把转动的机械角度信号转换成高频正余弦调制信号，经过解算电路板3进行信号处理，把高频正余弦调制信号转换成绝对角度数字信号，通过解算电路板3的接口电路与外部进行通讯；其中，
所述转子1为1对极的导磁体，采用导磁材料的不锈钢或钢材，所述转子为环形结构，若环形结构转子的内部采用圆形，外部亦采用圆形，则内部圆形与外部圆形设置为偏心圆结构；若环形结构转子的内部采用圆形，外部还可采用1个周期正弦函数图形构成的封闭图形。
定子2为感应体，采用导磁材料的不锈钢或钢材，形状为环形结构，所述定子内均匀安装有4M（M≥1）个变压器，以8个变压器为便，定子内环均匀安装2.1a、2.1b、2.1c、2.1d、2.1e、2.1f、2.1g和2.1h等8个变压器，每一个变压器包括励磁绕组和感应绕组两个绕组；把2.1a、2.1b、2.1c、2.1d、2.1e、2.1f、2.1g和2.1h等8个变压器的励磁绕组依次进行首尾串联连接，组成电磁场传感器的励磁线圈；把2.1a与2.1b、2.1c与2.1d、2.1e与2.1f、2.1g与2.1h等相邻两个变压器感应绕组首尾串联连接组成一个线圈，形成安装位置互为 90°的四个线圈，2.1a与2.1b线圈、2.1e与2.1f线圈为正弦线圈，2.1c与2.1d线圈、2.1g与2.1h线圈为余弦线圈。把2.1a与2.1b线圈和2.1e与2.1f线圈进行反向串联连接，组成定子2的感应正弦线圈；把2.1c与2.1d线圈和2.1g与2.1h线圈进行反向串联连接，组成定子2的感应余弦线圈；定子2的感应正弦线圈和感应余弦线圈统组成电磁场传感器的感应线圈。
解算电路板3包括DC/DC电源3.1、激励电路3.2、检波电路3.3、滤波电路3.4、信号调理电路3.5、A/D转换电路3.6、信号处理电路3.7和接口电路3.8。DC/DC电源3.1为旋转编码器提供供电电源和信号基准源。激励电路3.2产生的1MHz以上的高频正弦激励信号，施加到电磁场传感器的励磁线圈中，在定子2变压器周围产生时变的电磁场，转子1外部导磁体在时变电磁场作用下产生电涡流，改变电磁场的分布。旋转编码器转动时，转子1外部导磁体图案可以周期性地改变电磁场传感器感应线圈内的磁通量，使电磁场传感器感应线圈产生1个周期的高频正余弦调制信号，经过检波电路3.3、滤波电路3.4和信号调理电路3.5，对高频正余弦调制信号进行检波和放大，滤除高频调制信号，输出1个周期的正余弦信号，再经过A/D转换电路3.6和信号处理电路3.7，把正余弦信号转换成绝对角度数字信号，通过接口电路3.8与外部进行通讯。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电磁场传感器的绝对值旋转编码器，其特征在于，该旋转编码器包括转子、定子和设接口电路的解算电路板，转子安装在定子中间，转子周边的定子内设有空心腔体，解算电路板安装在空心腔体内，转子为1对极导磁体，定子为感应体，转子与定子组成了电磁场传感器；
旋转编码器转动时，电磁场传感器把机械角度信号转换成高频正余弦调制信号，经过解算电路板进行信号处理，把高频正余弦调制信号转换成绝对角度数字信号，通过接口电路与外部通讯。
2.根据权利要求1所述的一种电磁场传感器的绝对值旋转编码器，其特征在于，所述转子为环形结构，环形结构转子的内部圆形与外部圆形设置为偏心圆结构；所述定子为环形结构。
3.根据权利要求1或2所述的一种电磁场传感器的绝对值旋转编码器，其特征在于，所述定子内均匀安装有4M（M≥1）个变压器，每一个变压器包括励磁绕组和感应绕组，相邻变压器之间的励磁绕组首尾串联连接，组成电磁场传感器的励磁线圈；相邻M个变压器的感应绕组首尾串联连接组成一个线圈，形成安装位置互为 90°的四个线圈，相邻两个线圈为正弦线圈和余弦线圈；间隔的两个正弦线圈反向串联连接，组成定子的感应正弦线圈；间隔的两个余弦线圈反向串联连接，组成定子的感应余弦线圈；定子的感应正弦线圈和感应余弦线圈组成电磁场传感器的感应线圈。
4.根据权利要求1所述的一种电磁场传感器的绝对值旋转编码器，其特征在于，所述解算电路板包括依次连接的DC/DC电源、激励电路、检波电路、滤波电路、信号调理电路、A/D转换电路、信号处理电路和接口电路；
DC/DC电源为旋转编码器提供供电电源和信号基准源；
激励电路产生1MHz以上的高频正弦激励信号，施加到电磁场传感器的励磁线圈中，使电磁传感器产生1个周期的高频正余弦调制信号，经过检波电路、滤波电路和信号调理电路，输出1个周期的正余弦信号，再经过A/D转换电路和信号处理电路，把正余弦信号转换成绝对角度数字信号，通过接口电路与外部进行通讯。
5.根据权利要求1所述的一种电磁场传感器的绝对值旋转编码器，其特征在于，所述转子高度不超过定子的高度，转子内部圆心与定子同心设置；转子与定子之间的安装距离不大于5mm。
6.根据权利要求1所述的一种电磁场传感器的绝对值旋转编码器，其特征在于，在所述定子上安装有将解算电路板密封在空心腔体内的盖板。
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