CN115752519A - 一种绝对值编码器及编码方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种绝对值编码器及编码方法，绝对值编码器包括：输入轴，一端与外部输入连接；减速机，包括高速端和低速端，高速端与输入轴的另一端连接；转子，与减速机的低速端连接，转子上设置有转子绕组；定子，设置有定子绕组，定子绕组和转子绕组相对设置；电缆，与定子绕组电连接，用于将定子绕组产生的感应电压输出。本申请采用电磁感应的方式，不但使绝对值编码器的环境适应性大大提高，而且不需要持续供电。

Description

一种绝对值编码器及编码方法

技术领域

本申请涉及编码器技术领域，特别涉及一种绝对值编码器及编码方法。

背景技术

目前，多圈绝对值编码器主要基于光电原理，通过光电元件和计数器件记录旋转过的角度和圈数实现记录多圈绝对位置值。但光电元件和计数器件对环境要求较高，不适宜在过高或过低的温度下工作(低于-25℃或高于55℃)，而且需要保持不间断供电以维持计数器件能够长期记录旋转角度和圈数。

发明内容

本申请实施例提供了一种绝对值编码器及编码方法，用以解决现有技术中多圈绝对值编码器对环境温度要求高以及需要不间断供电的问题。

一方面，本申请实施例提供了一种绝对值编码器，包括：

输入轴，一端与外部输入连接；

减速机，包括高速端和低速端，高速端与输入轴的另一端连接；

转子，与低速端连接，转子上设置有转子绕组；

定子，设置有定子绕组，定子绕组和转子绕组相对设置；

电缆，与定子绕组电连接，用于将定子绕组产生的感应电压输出，电缆也向转子绕组提供交流电源。

另一方面，本申请实施例还提供了一种绝对值编码方法，包括：

采用减速机对外部输入进行减速处理；

由减速机带动转子转动，转子上设置的转子绕组接有交流电源；

将定子上设置的定子绕组与转子绕组相对设置，定子绕组产生感应电压；

将感应电压通过电缆输出。

本申请中的一种绝对值编码器及编码方法，具有以下优点：

1、高环境适应性。传统的绝对值编码器由于其光电元件和计数器件对环境要求较高导致不适宜在较高或较低温度环境下连续工作。而本申请中的绝对值编码器的器件结构对环境温度要求较低，满足不同温度条件下绝对值编码器的使用需求。

2、断电数据保持。传统的增量编码器由于依靠累计脉冲定位，导致断电后数据清零；而且传统的绝对值编码器需要独立电池供电，电池断电则导致数据清零，不保留断电前位置信息。本申请中的绝对值编码器断电之后数据可以长期保持，再次上电可直接读取断电前位置信息。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种绝对值编码器的内部结构示意图。

附图标号说明：100-输入轴，200-机身，300-电缆，1-减速机，11-高速端，12-低速端，2-联轴器，3-转子绕组，4-转子，5-定子，6-定子绕组，7-外壳。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1为本申请实施例提供的一种绝对值编码器的内部结构示意图。本申请实施例提供了一种绝对值编码器，包括：

输入轴100，一端与外部输入连接；

减速机1，包括高速端11和低速端12，高速端11与输入轴100的另一端连接；

转子4，与低速端12连接，转子4上设置有转子绕组3；

定子5，设置有定子绕组6，定子绕组6和转子绕组3相对设置；

电缆300，与定子绕组6电连接，用于将定子绕组6产生的感应电压输出，电缆300也向转子绕组3提供交流电源。

示例性地，本申请的绝对值编码器主要包括输入轴100、机身200和电缆300，机身200包括外壳7和设置在外壳7内部的减速机1、转子4和定子5，输入轴100从外壳7的一端穿出，电缆300从外壳7的侧面穿出。

减速机1内部可以设置多个具有不同大小且相互啮合的齿轮，通过单级或多级减速的方式将外部输入的转速大大减小，以使转子4在一定的角度范围内，例如90°、180°或360°内能够反映外部输入尽量多圈的转动情况。

在本申请的实施例中，电缆300为多根导线的集合，这些导线可以分为相互绝缘的两个部分，其中一个部分用于将定子绕组6产生的感应电压输出，另一个部分通过电刷在转子4转动过程中向转子绕组3提供交流电源，在交流电源的供应下，转子绕组3能够产生交变磁场，定子绕组6在交变磁场的作用下产生磁通量，进而在定子绕组6的两端产生感应电压，该感应电压和转子4的转动角度存在数学关系，而转子4的转动角度和外部输入的转动角度也存在数学关系，因此可以通过对感应电压的分析确定外部输入的角度。

进一步地，本申请中转子4的两端均设置有转子绕组3，且减速机1的低速端12和转子4之间通过联轴器2连接，联轴器2的输出端和转子4的中部垂直固定连接。定子5为环状结构，定子绕组6均匀分布在定子5的4个等分点上，其中相对设置的两个定子绕组6为一组，一组中的两个定子绕组6首尾连接在一起形成一个绕组，且转子4转动时的轴心和定子5的轴心重合，当转子绕组3通入电压为V_R的正弦交流电源后，两组定子绕组6产生的感应电压分别为V_S和V_C，通过法拉第电磁感应定律可以得到感应电压V_S和V_C以及转子4转动角度θ的关系如下：

V_S＝sinθ×V_R×n

V_C＝cosθ×V_R×n

上式中，n为定子绕组6和转子绕组3的线圈匝数比。通过上式即可解算得到转子4的转动角度，然后再根据减速机1的减速比例m即可确定外部输入的转动角度。需要注意的是，转子4在开始转动之前需要复位，本申请中转子4的初始位置为转子绕组3正对定子绕组6的位置。

采用上述结构的绝对值编码器，当断电后，转子4将继续处在当前位置，而当再次上电后，定子绕组6能够再次产生与断电之前相同的感应电压。而经过减速机1减速后，只要转子4的转动角度没有超过一个周期，在本申请中为180°，则断电后再次上电，转子4的转动角度仍能被正确解算，并据此确定外部输入的转动角度。而且，基于转子绕组3和定子绕组6的感应形式，受外界环境温度产生的影响将非常有限，因此本申请的绝对值编码器也具有很强的环境适应性。

基于上述绝对值编码器的结构，本申请实施例还提供了一种绝对值编码方法，该方法包括以下步骤：

采用减速机1对外部输入进行减速处理；

由减速机1带动转子4转动，转子4上设置的转子绕组3接有交流电源；

将定子5上设置的定子绕组6与转子绕组3相对设置，定子绕组6产生感应电压；

将感应电压通过电缆300输出。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种绝对值编码器，其特征在于，包括：

输入轴(100)，一端与外部输入连接；

减速机(1)，包括高速端(11)和低速端(12)，所述高速端(11)与所述输入轴(100)的另一端连接；

转子(4)，与所述低速端(12)连接，所述转子(4)上设置有转子绕组(3)；

定子(5)，设置有定子绕组(6)，所述定子绕组(6)和转子绕组(3)相对设置；

电缆(300)，与所述定子绕组(6)电连接，用于将所述定子绕组(6)产生的感应电压输出，所述电缆(300)也向所述转子绕组(3)提供交流电源。

2.根据权利要求1所述的一种绝对值编码器，其特征在于，所述电缆(300)通过电刷向所述转子绕组(3)提供交流电源。

3.根据权利要求1所述的一种绝对值编码器，其特征在于，还包括：

外壳(7)，所述减速机(1)、转子(4)和定子(5)均设置在所述外壳(7)内部，所述输入轴(100)从所述外壳(7)的一端穿出，所述电缆(300)从所述外壳(7)的侧面穿出。

4.根据权利要求1所述的一种绝对值编码器，其特征在于，还包括：

联轴器(2)，连接在所述低速端(12)和转子(4)之间。

5.一种绝对值编码方法，其特征在于，包括：

采用减速机(1)对外部输入进行减速处理；

由所述减速机(1)带动转子(4)转动，所述转子(4)上设置的转子绕组(3)接有交流电源；

将定子(5)上设置的定子绕组(6)与所述转子绕组(3)相对设置，所述定子绕组(6)产生感应电压；

将所述感应电压通过电缆(300)输出。

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