CN115752527A - 编码器及电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种编码器及电机，编码器包括：电路板，其上设置有第一感光元件；轴套，用于套设在转轴上，轴套的远离电路板的第一端安装有沿远离转轴的轴线的方向依次设置的第一弹性件和第一磁性件；码盘组件，沿平行于转轴的轴线的方向可运动地套设在轴套外，包括第一码盘，码盘组件的远离电路板的一侧安装有第二磁性件；轴套的第一端和码盘组件之间夹设有第二弹性件；转盘，位于轴套的远离电路板的一侧且与轴套间隔设置，转盘的靠近码盘组件的一侧设置有LED灯；其中，电路板上设置有感磁元件，轴套上设置有磁盘；或者电路板上设置有第二感光元件，轴套上有第二码盘，解决了现有技术中的编码器无法在高、低速时均保持较高的精度的问题。

Description

编码器及电机

技术领域

本发明涉及编码器技术领域，具体而言，涉及一种编码器及电机。

背景技术

编码器是一种集光/磁、机、电于一体的测角、测速设备，通过机械结构和信号处理电路将光学信号转换成电信号，从而实现对角位移、位置和速度等多种物理量的直接或间接测量，其通常安装在电机的后端。

机床场合要求伺服系统定位精度高，重复精度高，这体现在编码器则为对编码器分辨率和绝对精度的要求均较高，而提高编码器绝对精度及分辨率，需要提高编码器码盘物理刻线(码道)数量和软件细分能力，虽然当前的软件算法已趋于成熟，但仍需要基于物理刻线精度提高细分算法能力。

物理刻线数量受制于现有的技术能力、工艺水平，通常能做到一码盘圆周1024码道，最高2048码道；为扩大物理精度通常采用扩大码盘外径方式，而大码盘外径由于机床在快速进给时电机转速高，大码盘折合码道的线速度较高，超过了当前感光元件的最大能力；所以大码盘编码器通常只适用于低速要求的场合。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种编码器及电机，以解决现有技术中的编码器无法在高、低速时均保持较高的精度的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种编码器，包括：电路板，电路板上设置有第一感光元件；轴套，用于套设在转轴上，轴套的远离电路板的第一端安装有沿远离转轴的轴线的方向依次设置的第一弹性件和第一磁性件；码盘组件，沿平行于转轴的轴线的方向可运动地套设在轴套外，码盘组件包括与第一感光元件相对应的第一码盘；码盘组件的远离电路板的一侧安装有与第一磁性件相对应的第二磁性件；轴套的第一端和码盘组件之间夹设有第二弹性件；转盘，位于轴套的远离电路板的一侧且与轴套间隔设置，转盘的靠近码盘组件的一侧设置有朝向第一感光元件的LED灯；其中，电路板上设置有感磁元件，轴套的靠近电路板的第一端设置有与感磁元件相对应的磁盘；或者电路板上设置有第二感光元件，轴套的靠近电路板的第一端设置有与第二感光元件相对应的第二码盘。

进一步地，第一磁性件和第二磁性件之间同极相向设置。

进一步地，第一磁性件为多个，多个第一磁性件环绕转轴的轴线间隔布置；第一弹性件的数量为多个，多个第一弹性件与多个第一磁性件一一对应地设置。

进一步地，第一磁性件和第一弹性件的数量均为四个，四个第一磁性件环绕转轴的轴线间隔布置，四个第一弹性件与四个第一磁性件一一对应地设置；或者第一磁性件和第一弹性件的数量均为六个，六个第一磁性件环绕转轴的轴线间隔布置，六个第一弹性件与六个第一磁性件一一对应地设置；或者第一磁性件和第一弹性件的数量均为八个，八个第一磁性件环绕转轴的轴线间隔布置，八个第一弹性件与八个第一磁性件一一对应地设置。

进一步地，码盘组件还包括滑动轴承，滑动轴承套设在轴套外，第一码盘套设在滑动轴承外，第二磁性件安装在滑动轴承的远离电路板的一侧。

进一步地，轴套包括轴套本体，轴套本体包括圆柱筒体和设置在圆柱筒体的靠近电路板的一端的环状凸缘，磁盘安装在环状凸缘的靠近电路板的一侧，码盘组件套设在圆柱筒体外。

进一步地，轴套还包括套设在圆柱筒体的远离电路板的一端的环形套，第一磁性件设置在环形套外，第一弹性件夹设在第一磁性件和环形套的外周面之间。

进一步地，编码器包括环形壳，环形壳套设在轴套外，第一弹性件和第一磁性件均位于轴套和环形壳之间，第二弹性件夹设在环形套与滑动轴承之间。

进一步地，环形壳由导磁材料制成。

根据本发明的另一方面，提供了一种电机，包括上述的编码器。

应用本发明的技术方案，本发明的编码器包括：电路板，电路板上设置有第一感光元件；轴套，用于套设在转轴上，轴套的远离电路板的第一端安装有沿远离转轴的轴线的方向依次设置的第一弹性件和第一磁性件；码盘组件，沿平行于转轴的轴线的方向可运动地套设在轴套外，码盘组件包括与第一感光元件相对应的第一码盘；码盘组件的远离电路板的一侧安装有与第一磁性件相对应的第二磁性件；轴套的第一端和码盘组件之间夹设有第二弹性件；转盘，位于轴套的远离电路板的一侧且与轴套间隔设置，转盘的靠近码盘组件的一侧设置有朝向第一感光元件的LED灯；其中，电路板上设置有感磁元件，轴套的靠近电路板的第一端设置有与感磁元件相对应的磁盘；或者电路板上设置有第二感光元件，轴套的靠近电路板的第一端设置有与第二感光元件相对应的第二码盘。这样，本发明的编码器通过设置第一磁性件、第一弹性件、第二磁性件和第二弹性件等零部件，在保证电机具有快速进给能力的同时，实现了对编码器的低速高精度的细分补偿，解决了现有技术中的编码器的码盘的物理精度较低，无法适配极高转速的场合，且无自动补偿物理精度的功能的问题，实现了低速自动切换大码盘光电编码器进行精度补偿的效果，在提高编码器的精度同时降低了编码器的研发成本。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的编码器的实施例的在低转速时的剖视图；

图2示出了根据本发明的编码器的实施例的在高转速时的剖视图；

图3示出了根据本发明的编码器的实施例的第一码盘的一部分的俯视图；

图4示出了根据本发明的编码器的实施例的磁盘的俯视图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、电路板；2、轴套；3、第一磁性件；4、第一弹性件；5、第二磁性件；6、第一码盘；7、转盘；8、LED灯；9、感磁元件；10、磁盘；11、第二感光元件；12、第二码盘；13、滑动轴承；14、轴套本体；15、圆柱筒体；16、环状凸缘；17、第二弹性件；18、环形套；19、环形壳；20、第一感光元件；21、码道。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1至图4所示，本发明提供了一种编码器，包括：电路板1，电路板1上设置有第一感光元件20；轴套2，用于套设在转轴上，轴套2的远离电路板1的第一端安装有沿远离转轴的轴线的方向依次设置的第一弹性件4和第一磁性件3；码盘组件，沿平行于转轴的轴线的方向可运动地套设在轴套2外，码盘组件包括与第一感光元件20相对应的第一码盘6；码盘组件的远离电路板1的一侧安装有与第一磁性件3相对应的第二磁性件5；轴套2的第一端和码盘组件之间夹设有第二弹性件17；转盘7，位于轴套2的远离电路板1的一侧且与轴套2间隔设置，转盘7的靠近码盘组件的一侧设置有朝向第一感光元件20的LED灯8；其中，电路板1上设置有感磁元件9，轴套2的靠近电路板1的第一端设置有与感磁元件9相对应的磁盘10；或者电路板1上设置有第二感光元件11，轴套2的靠近电路板1的第一端设置有与第二感光元件11相对应的第二码盘12。

这样，本发明的编码器通过设置第一磁性件3、第一弹性件4、第二磁性件5和第二弹性件17等零部件，在保证电机具有快速进给能力的同时，实现了对编码器的低速高精度的细分补偿，解决了现有技术中的编码器的码盘的物理精度较低，无法适配极高转速的场合，且无自动补偿物理精度的功能的问题，实现了低速自动切换大码盘光电编码器进行精度补偿的效果，在提高编码器的精度同时降低了编码器的研发成本。

本发明的编码器的码盘组件的第一码盘6的外径D能够做得比现有技术中的相同型号的码盘的外径大1/3，相比之下本发明的第一码盘6上能够刻划的等尺寸的码道21也比现有技术中的码盘要多，最高可到25bit至27bit甚至更高，因此提高了本发明的编码器的物理精度，且对编码器生产工艺的要求较低，降低了编码器的开发成本。

可选地，可根据不同的场合选择使用感磁元件9和磁盘10还是第二感光元件11和第二码盘12；如快速进给必须达到8000rpm，就必须使用感磁元件9和磁盘10；如快速进给只需要到6000rpm，则两种皆可以使用。

具体地，第一感光元件20、感磁元件9和第二感光元件11均位于电路板1的靠近轴套2的一侧。

如图4所示的实施例，本发明的编码器的磁盘10的N/S级呈四等分分布，但不限于四等分，亦可以为八等分等，感磁元件9用于将接收到的来自磁盘10的磁通量信号转换为电信号。

可选地，第一码盘6和第二码盘12的尺寸取决于编码器的结构和容许的安装空间的体积。

在本发明的编码器的一个实施例中，码盘组件的第一码盘6的外径的取值范围为26mm，公差为±0.1mm。

具体地，第一磁性件3和第二磁性件5之间同极相向设置，例如第一磁性件3的N极朝向第二磁性件5设置，且第二磁性件5的N极朝向第一磁性件3设置。

优选地，第一磁性件3为多个，多个第一磁性件3环绕转轴的轴线间隔布置；第一弹性件4的数量为多个，多个第一弹性件4与多个第一磁性件3一一对应地设置。

可选地，第一磁性件3和第一弹性件4的数量均为四个，四个第一磁性件3环绕转轴的轴线间隔布置，四个第一弹性件4与四个第一磁性件3一一对应地设置；或者第一磁性件3和第一弹性件4的数量均为六个，六个第一磁性件3环绕转轴的轴线间隔布置，六个第一弹性件4与六个第一磁性件3一一对应地设置；或者第一磁性件3和第一弹性件4的数量均为八个，八个第一磁性件3环绕转轴的轴线间隔布置，八个第一弹性件4与八个第一磁性件3一一对应地设置。

如图1和图2所示，码盘组件还包括滑动轴承13，滑动轴承13套设在轴套2外，第一码盘6套设在滑动轴承13外，第二磁性件5安装在滑动轴承13的远离电路板1的一侧。

如图1和图2所示，轴套2包括轴套本体14，轴套本体14包括圆柱筒体15和设置在圆柱筒体15的靠近电路板1的一端的环状凸缘16，磁盘10安装在环状凸缘16的靠近电路板1的一侧，码盘组件套设在圆柱筒体15外。

如图1和图2所示，轴套2还包括套设在圆柱筒体15的远离电路板1的一端的环形套18，第一磁性件3设置在环形套18外，第一弹性件4夹设在第一磁性件3和环形套18的外周面之间，第二弹性件17夹设在环形套18与滑动轴承13之间。

具体地，第一弹性件4为拉伸弹簧，第二弹性件17为压缩弹簧。

如图1和图2所示，编码器包括环形壳19，环形壳19套设在轴套2外，第一弹性件4和第一磁性件3均位于轴套2和环形壳19之间。

具体地，环形壳19由导磁材料制成，第一弹性件4和第一磁性件3均位于环形套18和环形壳19之间。

本发明还提供了一种电机，包括上述的编码器。

本发明的码盘的工作原理如下：

(1)如图1所示，当进入低转速时(如1000rpm以内)，由于离心力变小，此时离心力+磁吸力小于第一磁性件3拉力；第一磁性件3被第二弹性件17拉回原位置；此时第一磁性件3以及第二磁性件5相斥，斥力+第一弹性件4的弹力使得第一码盘6沿滑动轴承13向上移动；此时第一码盘6与第一感光元件20距离变小，到达第一感光元件20的工作范围内，第一感光元件20开始工作，将光信号连同磁信号经过电路板1处理发送给驱动器进行位置确认，速度确认等；因为此时有高物理精度的大码盘即第一码盘6的光信号+磁盘10的磁信号，双信号数据处理，所以此时的编码器具有更高的精度；此时机床精加工依据高精度的位置反馈结果，以加工出精度较高的产品。

(2)如图2所示，在高转速下运行时，第一磁性件3受到离心力作用，拉伸第二弹性件17，使第一磁性件3沿着远离转轴的轴线的方向运动从而不再正对第二弹性件17，也就对第二弹性件17产生了向下的磁吸力；由于离心力+磁吸力大于第二弹性件17的弹性力，第一磁性件3就会带动码盘组件向下运动压缩第一弹性件4；此时，由于第一码盘6与第一感光元件20距离较远，超过了第一感光元件20的光接收范围，因此第一感光元件20不工作，只有感磁元件9工作，以保持较高的工作精度。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

本发明的编码器包括：电路板1，电路板1上设置有第一感光元件20；轴套2，用于套设在转轴上，轴套2的远离电路板1的第一端安装有沿远离转轴的轴线的方向依次设置的第一弹性件4和第一磁性件3；码盘组件，沿平行于转轴的轴线的方向可运动地套设在轴套2外，码盘组件的远离电路板1的一侧安装有与第一磁性件3相对应的第二磁性件5；轴套2的第一端和码盘组件之间夹设有第二弹性件17；转盘7，位于轴套2的远离电路板1的一侧且与轴套2间隔设置，转盘7的靠近码盘组件的一侧设置有与第一感光元件20相对应的LED灯8；其中，电路板1上设置有感磁元件9，轴套2的靠近电路板1的第一端设置有与感磁元件9相对应的磁盘10；或者电路板1上设置有第二感光元件11，轴套2的靠近电路板1的第一端设置有与第二感光元件11相对应的第二码盘12。这样，本发明的编码器通过设置第一磁性件3、第一弹性件4、第二磁性件5和第二弹性件17等零部件，在保证电机具有快速进给能力的同时，实现了对编码器的低速高精度的细分补偿，解决了现有技术中的编码器的码盘的物理精度较低，无法适配极高转速的场合，且无自动补偿物理精度的功能的问题，实现了低速自动切换大码盘光电编码器进行精度补偿的效果，在提高编码器的精度同时降低了编码器的研发成本。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种编码器，其特征在于，包括：

电路板(1)，所述电路板(1)上设置有第一感光元件(20)；

轴套(2)，用于套设在转轴上，所述轴套(2)的远离所述电路板(1)的第一端安装有沿远离所述转轴的轴线的方向依次设置的第一弹性件(4)和第一磁性件(3)；

码盘组件，沿平行于所述转轴的轴线的方向可运动地套设在所述轴套(2)外，所述码盘组件包括与所述第一感光元件(20)相对应的第一码盘(6)；所述码盘组件的远离所述电路板(1)的一侧安装有与所述第一磁性件(3)相对应的第二磁性件(5)；所述轴套(2)的第一端和所述码盘组件之间夹设有第二弹性件(17)；

转盘(7)，位于所述轴套(2)的远离所述电路板(1)的一侧且与所述轴套(2)间隔设置，所述转盘(7)的靠近所述码盘组件的一侧设置有朝向所述第一感光元件(20)的LED灯(8)；

其中，所述电路板(1)上设置有感磁元件(9)，所述轴套(2)的靠近所述电路板(1)的第一端设置有与所述感磁元件(9)相对应的磁盘(10)；或者所述电路板(1)上设置有第二感光元件(11)，所述轴套(2)的靠近所述电路板(1)的第一端设置有与所述第二感光元件(11)相对应的第二码盘(12)。

2.根据权利要求1所述的编码器，其特征在于，所述第一磁性件(3)和所述第二磁性件(5)之间同极相向设置。

3.根据权利要求2所述的编码器，其特征在于，

所述第一磁性件(3)为多个，多个第一磁性件(3)环绕所述转轴的轴线间隔布置；

所述第一弹性件(4)的数量为多个，多个所述第一弹性件(4)与多个所述第一磁性件(3)一一对应地设置。

4.根据权利要求3所述的编码器，其特征在于，

所述第一磁性件(3)和所述第一弹性件(4)的数量均为四个，四个所述第一磁性件(3)环绕所述转轴的轴线间隔布置，四个所述第一弹性件(4)与四个所述第一磁性件(3)一一对应地设置；或者

所述第一磁性件(3)和所述第一弹性件(4)的数量均为六个，六个所述第一磁性件(3)环绕所述转轴的轴线间隔布置，六个所述第一弹性件(4)与六个所述第一磁性件(3)一一对应地设置；或者

所述第一磁性件(3)和所述第一弹性件(4)的数量均为八个，八个所述第一磁性件(3)环绕所述转轴的轴线间隔布置，八个所述第一弹性件(4)与八个所述第一磁性件(3)一一对应地设置。

5.根据权利要求1所述的编码器，其特征在于，所述码盘组件还包括滑动轴承(13)，所述滑动轴承(13)套设在所述轴套(2)外，所述第一码盘(6)套设在所述滑动轴承(13)外，所述第二磁性件(5)安装在所述滑动轴承(13)的远离所述电路板(1)的一侧。

6.根据权利要求5所述的编码器，其特征在于，所述轴套(2)包括轴套本体(14)，所述轴套本体(14)包括圆柱筒体(15)和设置在所述圆柱筒体(15)的靠近所述电路板(1)的一端的环状凸缘(16)，所述磁盘(10)安装在所述环状凸缘(16)的靠近所述电路板(1)的一侧，所述码盘组件套设在所述圆柱筒体(15)外。

7.根据权利要求6所述的编码器，其特征在于，所述轴套(2)还包括套设在所述圆柱筒体(15)的远离所述电路板(1)的一端的环形套(18)，所述第一磁性件(3)设置在所述环形套(18)外，所述第一弹性件(14)夹设在所述第一磁性件(3)和所述环形套(18)的外周面之间，所述第二弹性件(17)夹设在所述环形套(18)与所述滑动轴承(13)之间。

8.根据权利要求1所述的编码器，其特征在于，所述编码器包括环形壳(19)，所述环形壳(19)套设在所述轴套(2)外，所述第一弹性件(4)和所述第一磁性件(3)均位于所述轴套(2)和所述环形壳(19)之间。

9.根据权利要求8所述的编码器，其特征在于，所述环形壳(19)由导磁材料制成。

10.一种电机，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的编码器。

Images