CN116488401A - 编码器、直线电机以及直线电机的位置检测方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了编码器、直线电机以及直线电机的位置检测方法，编码器包括：第一码道，沿第一方向设置有多对等间距排布的第一永磁体；第二码道，沿第二方向设置于第一码道的一侧，第二码道沿第一方向设置有多对等间距排布的第二永磁体，且第一永磁体的对数与第二永磁体的对数不相等；第一检测组件与第二检测组件，均可移动地连接第一码道和/或第二码道；第一检测组件和第二检测组件可沿第一方向同步移动，第一检测组件用于检测多对第一永磁体的磁场信号，第二检测组件用于检测多对第二永磁体产生的磁场信号；第一方向垂直于第二方向。本申请能够基于游标原理解算出动子的绝对位置信息，从而降低直线电机的使用成本与维护成本。

Description

编码器、直线电机以及直线电机的位置检测方法

技术领域

本申请涉及直线电机位置检测的技术领域，特别是涉及编码器、直线电机以及直线电机的位置检测方法。

背景技术

永磁直线电机的特点在于定子为永磁体阵列，动子为驱动线圈绕组，在动子上施加电压会产生感应磁场，感应磁场与定子永磁体磁场相互作用产生使动子直线运动的电磁力。在永磁直线电机的运动控制中需要实时准确地获取电机动子的位置信息，目前通常采用编码器对电机动子进行位置检测和反馈。

编码器可分为增量式和绝对式两种，增量式编码器输出为脉冲信号，通过脉冲相位和个数判断运动方向和相对位置信息。绝对式编码器输出信号为检测范围内的绝对位置信息，具有更高的分辨率。目前常用的直线电机的绝对位置检测方法，需要在上电后先寻找参考点后才能建立基于参考点的绝对位置坐标系，使用较为不便。为了避免每次上电都需要寻找参考点，现有技术在供电断开后采用了内部电池进行供电，以实现外部掉电记忆的功能。

然而，现有的绝对式编码器虽然能够提供较高精度的绝对位置信号，但在实际使用中必须定期更换内部电池和寻找参考点以保证系统的稳定性，导致直线电机的使用成本与维护成本大幅提高。

发明内容

本申请主要解决的技术问题是提供编码器、直线电机以及直线电机的位置检测方法，能够解决现有技术中存在的需要寻找参考点以及掉电记忆导致的使用成本与维护成本较高的问题。

为解决上述技术问题，本申请采用的第一技术方案是提供一种编码器，包括：第一码道，沿第一方向设置有多对等间距排布的第一永磁体；第二码道，沿第二方向设置于第一码道的一侧，第二码道沿第一方向设置有多对等间距排布的第二永磁体，且第一永磁体的对数与第二永磁体的对数不相等；第一检测组件，可移动地连接第一码道和/或第二码道；第二检测组件，可移动地连接第一码道和/或第二码道；第一检测组件和第二检测组件可沿第一方向同步移动，第一检测组件用于检测多对第一永磁体的磁场信号，第二检测组件用于检测多对第二永磁体产生的磁场信号；其中，第一方向垂直于第二方向。

其中，第一码道的宽度方向与第二方向平行，第二码道的宽度方向与第三方向平行；其中，第三方向分别垂直于第一方向和第二方向。

其中，第一检测组件包括多个第一磁传感器，多个第一磁传感器沿第一方向等距间隔排布，沿第三方向，多个第一磁传感器与第一码道间隔设置；和/或，第二检测组件包括多个第二磁传感器，多个第二磁传感器沿第一方向等距间隔排布，沿第二方向，多个第二磁传感器与第二码道间隔设置。

其中，第一检测组件包括第一支架、第一电路板以及多个第一磁传感器，第一支架可移动地连接第一码道和/或第二码道，第一电路板连接于第一支架，多个第一磁传感器设置于第一电路板朝向第一码道的一面；和/或，第二检测组件包括第二支架、第二电路板以及多个第二磁传感器，第二电路板连接于第二支架，多个第二磁传感器设置于第二电路板朝向第二码道的一面。

其中，第一永磁体的对数比第二永磁体的对数少一对；或，第二永磁体的对数比第一永磁体的对数少一对。

为解决上述技术问题，本申请采用的第二技术方案是提供一种直线电机，包括：基座；动子，可移动地连接于基座；还包括上述的编码器，编码器的第一码道和第二码道分别安装于基座，编码器的第一检测组件和第二检测组件分别设置于动子，动子可带动第一检测组件和第二检测组件相对于第一码道和第二码道移动。

为解决上述技术问题，本申请采用的第三技术方案是提供一种直线电机的位置检测方法，直线电机包括基座、动子以及编码器，动子可移动地连接于基座，编码器的第一码道和第二码道分别安装于基座，编码器的第一检测组件和第二检测组件分别设置于动子，动子可带动第一检测组件和第二检测组件相对于第一码道和第二码道移动；位置检测方法包括：第一检测组件相对于第一码道运动时，检测第一永磁体产生的第一磁场信号；第二检测组件相对于第二码道运动时，检测第二永磁体产生的第二磁场信号；基于第一磁场信号与第二磁场信号计算得到动子的绝对位置信息。

其中，基于第一磁场信号与第二磁场信号计算得到动子的绝对位置信息的步骤，包括：基于第一磁场信号与第二磁场信号计算出角度差值，并根据角度差值得到动子在第一码道上的实际磁对极周期数；通过实际磁对极周期数、第一磁场信号以及第一永磁体的磁距得到动子在第一码道上的绝对位置信息；其中，磁距为第一永磁体中一对磁极的距离。

其中，基于第一磁场信号与第二磁场信号计算出角度差值的步骤，包括：将第一磁场信号转化为第一电压信号，并对第一电压信号进行反正切运算，以得到第一磁场角度信息；将第二磁场信号转化为第二电压信号，并对第二电压信号进行反正切运算，以得到第二磁场角度信息；基于第一磁场角度信息与第二磁场角度信息计算出角度差值。

其中，第一磁场角度信息与第二磁场角度信息的具体计算方法包括：

其中，为动子在第一码道或第二码道的磁对极周期内的磁场角度信息，/>为第一电压信号或第二电压信号的正弦电压信号，/>为第一电压信号或第二电压信号的余弦电压信号，/>为反正切运算符。

其中，根据角度差值得到动子在第一码道上的实际磁对极周期数的步骤，包括：获取到预设的关系表；其中，关系表用于记录每个理论角度差值对应的理论磁对极周期数；查询关系表，以获取到与角度差值匹配的理论角度差值；将匹配的理论角度差值对应的理论磁对极周期数作为动子在第一码道上的实际磁对极周期数。

其中，获取到预设的关系表的步骤，包括：在动子相对于第一码道运行的每一个理论磁对极周期内，利用第一检测组件采集第一永磁体产生的第一理论磁场信号，并基于第一理论磁场信号得到动子在第一码道的磁对极周期内的第一理论磁场角度信息；以及，利用第二检测组件采集第二永磁体产生的第二理论磁场信号，并基于第二理论磁场信号得到动子在第二码道的磁对极周期内的第二理论磁场角度信息；基于第一理论磁场角度信息与第二理论磁场角度信息计算出理论角度差值；将每个理论角度差值与对应的理论磁对极周期数以数据表的形式进行存储，得到关系表。

其中，通过实际磁对极周期数、第一磁场信号以及第一永磁体的磁距得到动子在第一码道上的绝对位置信息的具体方法包括：

；

其中，为动子在第一码道上的绝对位置信息，/>为计算得到的实际磁对极周期，为第一磁场角度信息，/>为第一码道上第一永磁体的对数，/>为第一永磁体中一对磁极的距离。

本申请的有益效果是：区别于现有技术，本申请提供编码器、直线电机以及直线电机的位置检测方法，通过使直线电机本身的第一码道中的第一永磁体与第二码道中的第二永磁体形成双码道永磁体信号源，并对双码道永磁体信号源进行检测，能够基于游标原理直接解算出直线电机中动子的绝对位置信息，由于无需寻找参考点以及掉电记忆，因而能够极大降低动子位置信息的检测难度以及人工维护周期，从而降低了直线电机的使用成本与维护成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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是本申请直线电机一实施方式的示意图；

图2是图1中直线电机的俯视图；

图3是图1中第二码道的安装结构示意图；

图4是图2中沿A-A线的剖面结构示意图；

图5是图4中C区的放大结构示意图；

图6是图2中沿B-B线的剖面结构示意图；

图7是图6中D区的放大结构示意图；

图8是图6中第一支架的具体结构示意图；

图9是图6中第二支架的具体结构示意图；

图10是第一电路板的立体结构示意图；

图11是第二电路板的截面图；

图12是第二电路板的立体结构示意图；

图13是本申请直线电机的位置检测方法第一实施方式的流程示意图；

图14是本申请直线电机的位置检测方法第二实施方式的流程示意图；

图15是本申请根据角度差值得到动子在第一码道上的实际磁对极周期数的方法一实施方式的结构示意图；

图16是基于双码道游标进行解算的示意图。

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，均属于本申请保护的范围。

在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

应当理解，本文中使用的术语“包括”、“包含”或者其他任何变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

现有技术中，为了避免绝对式编码器每次上电都需要寻找参考点，在供电断开后采用了内部电池进行供电，以实现外部掉电记忆的功能。然而，现有的绝对式编码器虽然能够提供较高精度的绝对位置信号，但在实际使用中必须定期更换内部电池和寻找参考点以保证系统的稳定性，导致直线电机的使用成本与维护成本大幅提高。

基于上述情况，本申请提供编码器、直线电机以及直线电机的位置检测方法，能够解决现有技术中存在的需要寻找参考点以及掉电记忆导致的使用成本与维护成本较高的问题。

为了说明本申请编码器与直线电机的具体结构，请参阅图1与图2，图1是本申请直线电机一实施方式的示意图，图2是图1中直线电机的俯视图。

本实施方式中，直线电机100包括基座11与动子13以及编码器。其中，动子13可移动地连接于基座11。

其中，编码器包括安装于基座11上的第一码道12与第二码道20，编码器的第一检测组件30和第二检测组件40分别设置于动子13，动子13可带动第一检测组件30和第二检测组件40相对于第一码道12和第二码道20移动。

本实施方式中，第一码道12沿第一方向y设置有多对等间距排布的第一永磁体。

其中，第一码道12为定子码道，第一永磁体为定子永磁体。

其中，第一方向y为动子13的运动方向，也即直线电机100的长度方向。

具体地，每对第一永磁体与包括相对的N（北）极和S（南）极。在垂直于第一码道12的一定距离内，动子13相对第一码道12运动时，第一码道12端部的一对第一永磁体与动子13在运动距离内所能跨过的完整的至少一对第一永磁体之间能够产生连续的正弦磁场。

本实施方式中，第二码道20沿第二方向x设置于第一码道12的一侧，第二码道20沿第一方向y设置有多对等间距排布的第二永磁体。

其中，第二码道20为游标码道，第二永磁体为辅助永磁体。

其中，第一方向y垂直于第二方向x，且第一码道12的宽度方向与第二方向x平行，也即第二方向x为直线电机100的宽度方向。

其中，第二码道20的宽度方向与第三方向z平行。其中，第三方向z分别垂直于第一方向y和第二方向x。

具体的，每对第二永磁体包括相对的N极和S极。在垂直于第二码道20的一定距离内，动子13相对第一码道12运动时，第二码道20端部的一对第二永磁体与动子13在运动距离内所能跨过的完整的至少一对第二永磁体之间能够产生连续的正弦磁场。

一些实施方式中，第二码道20与第一码道12垂直设置。具体地，请参阅图3，图3是图1中第二码道的安装结构示意图。如图3所示，第二码道20粘附在第二码道基座21上，第二码道基座21通过螺钉安装在直线电机100的基座11的侧面，以使第二码道20与第一码道12垂直设置，且第二码道20中的第二永磁体平行于动子13运行的方向。

可以理解地，通过在直线电机100的第一码道12的一侧设置第二码道20，能够利用直线电机100本身的第一永磁体与第二码道20的第二永磁体形成双码道永磁体信号源。其中，第一码道12上的第一永磁体形成的信号源为主码道信号源，第二码道20上的第二永磁体形成的信号源为第二码道信号源。

本实施方式中，第一永磁体的对数与第二永磁体的对数不相等。

其中，第二永磁体的起始端与终点端与第一永磁体的起始端与终点端相同，可以是第一永磁体的对数比第二永磁体的对数少一对，也可以是第二永磁体的对数比第一永磁体的对数少一对，仅需使第二码道20中第二永磁体与第一码道12中第一永磁体形成错位皆可，本申请对此不作限定。

在一个具体的实施例中，第二永磁体的对数比第一永磁体的对数少一对。例如，若第一永磁体的对数为M对，则第二永磁体的对数为（M-1）对，且第一码道12上第一对第一永磁体和第二码道20上第一对第二永磁体的正弦磁场信号的起点位置相同，第一码道12上第M对第一永磁体和第二码道20上第（M-1）对第二永磁体的正弦磁场信号的终点位置相同。

进一步地，请参阅图4-图12，图4是图2中沿A-A线的剖面结构示意图，图5是图4中C区的放大结构示意图，图6是图2中沿B-B线的剖面结构示意图，图7是图6中D区的放大结构示意图，图8是图6中第一支架的具体结构示意图，图9是图6中第二支架的具体结构示意图，图10是第一电路板的立体结构示意图，图11是第二电路板的截面图，图12是第二电路板的立体结构示意图。

如图4所示，本实施方式中，第一检测组件30可移动地连接第一码道12，第二检测组件40可移动地连接第一码道12。第一检测组件30和第二检测组件40可沿第一方向y同步移动，第一检测组件30用于检测多对第一永磁体的磁场信号，第二检测组件40用于检测多对第二永磁体产生的磁场信号。

在其他实施方式中，第一检测组件30还可移动地连接第二码道20，第二检测组件40还可移动地连接第二码道20，本申请对此不作限定。

具体地，第一检测组件30与第二检测组件40均设置于直线电机100的动子13上，与动子13同步运动。其中，第一检测组件30用于在动子13相对于第一码道12运动时检测第一永磁体产生的第一磁场信号，并基于第一磁场信号输出第一电压信号。第二检测组件40用于在动子13相对于第一码道12运动时检测第二永磁体产生的第二磁场信号，并基于第二磁场信号输出第二电压信号。

请结合参照图1、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11与图12。

本实施方式中，第一检测组件30包括多个第一磁传感器321，多个第一磁传感器321沿第一方向y等距间隔排布，沿第三方向z，多个第一磁传感器321与第一码道12间隔设置。和/或，第二检测组件40包括多个第二磁传感器421，多个第二磁传感器421沿第一方向y等距间隔排布，沿第二方向x，多个第二磁传感器421与第二码道20间隔设置。

其中，多个第一磁传感器321用于采集第一磁场信号，并基于第一磁场信号输出多个第一电压信号，多个第二磁传感器421用于采集第二磁场信号，并基于第二磁场信号输出多个第二电压信号。

本实施方式中，第一检测组件30包括第一支架31、第一电路板32以及多个第一磁传感器321，第一支架31可移动地连接第一码道12，第一电路板32连接于第一支架31，多个第一磁传感器321设置于第一电路板32朝向第一码道12的一面。

在其他实施方式中，第一支架31还可移动地连接第二码道20。

一些实施方式中，第二检测组件40包括第二支架41、第二电路板42以及多个第二磁传感器421，第二电路板42连接于第二支架41，多个第二磁传感器421设置于第二电路板42朝向第二码道20的一面。

具体地，第一支架31与动子13垂直运动方向的一侧（a侧）固定连接，以将第一电路板32固定在动子13上，第二支架41与动子13平行运动方向的一侧（b侧）固定连接，以将第二电路板42固定在动子13上。

具体地，第一支架31包括第一固定板体311与第一电路板固定板体312，第一固定板体311与动子13的a侧固定连接，第一电路板固定板体312与第一固定板体311靠近第一码道12的一侧相连，且平行于第一码道12。其中，第一电路板32设置于第一电路板固定板体上312。第二支架41包括第二固定板体411与第二电路板固定板体412，第二固定板体411与动子13的b侧固定连接，其中，b侧与a侧相邻。第二电路板固定板体412与第二固定板体411靠近第二码道20的一侧垂直相连，且平行于第二码道20。其中，第二电路板42设置于第二电路板固定板体412上。

一些实施方式中，多个第一磁传感器321等间距排布在第一电路板32朝向第一码道12的一侧，多个第二磁传感器421等间距排布在第二电路板42朝向第二码道的一侧。优选地，相邻第一磁传感器321之间的距离为第一码道12的二分之一极距，相邻第二磁传感器421之间的距离为第二码道20的二分之一极距。

其中，第一磁传感器321的数量可以为2个、3个、4个或6个，第二磁传感器421的数量可以为2个、3个、4个或6个，本申请对此不作限定。

一些实施方式中，第一电路板32通过导线与第二电路板42上的接线端子422相连，以通过接线端子422为第二电路板42上的第二磁传感器421供电，以及通过接线端子422获取第二电压信号。其中，接线端子422与第二磁传感器421相对设置于第二电路板42的两侧表面。

一些实施方式中，处理电路322设置于第一电路板32上，与第一电路板32电连接，以通过第一电路板32获取第一电压信号与第二电压信号。其中，处理电路322与第一磁传感器321设置于第一电路板32的一侧表面上。

一些实施方式中，第一磁传感器321与第二磁传感器421均为霍尔元件。其中，霍尔元件是根据霍尔效应进行磁电转换的磁敏元件，可以用来测量磁场的大小和方向。

其中，若每个码道采用2个霍尔元件，则两磁场相位差90°；若每个码道采用3个霍尔元件，则其中两两磁场相位差120°，通过3/2坐标变换后，信号特征等同于2个霍尔元件；若每个码道采用4个霍尔元件，则其中两两磁场相位差90°，差分后信号特征等同于2个霍尔元件，处理方式与2个霍尔元件相同；若每个码道采用6个霍尔元件，则其中两两磁场相位差60°，差分后信号特征等同于3个霍尔元件，处理方式与3个霍尔元件相同。

另一些实施方式中，第一磁传感器321与第二磁传感器421还可以为具有同样功能的AMR（Anisotropic magnetoresistance effect，异向磁阻）、GMR（Giantmagnetoresistance effect，巨磁电阻）或TMR（Tunnel magnetoresistance effect，隧道磁电阻）等磁敏元件，本申请对此不作限定。

本实施方式中，处理电路322连接第一检测组件30与第二检测组件40。其中，处理电路322基于接收的第一电压信号与第二电压信号分别得到动子13在第一码道12的磁对极周期内的第一磁场角度信息以及在第二码道20的磁对极周期内的第二磁场角度信息，并根据第一磁场角度信息与第二磁场角度信息输出动子13在第一码道12上的角度位置信息。

具体地，处理电路322连接第一磁传感器321与第二磁传感器421，以通过第一磁传感器321与第二磁传感器421获取到第一电压信号与第二电压信号。

可以理解地，利用第一磁传感器321与第二磁传感器421分别检测双码道的磁场信号并输出对应的电压信号，能够基于第二码道20中第二永磁体与第一码道12中第一永磁体的错位原理，使第一电压信号与第二电压信号之间存在相差预设数量周期的电压信号，而当动子13在第一码道12上处于不同的定子磁对极周期时，基于第一电压信号与第二电压信号得到的第一磁场角度信息与第二磁场角度信息可以得到不同的固定角度差值。

其中，动子13在第一码道12的定子磁对极周期指的是动子13相对于第一码道12起始端所在的正弦磁场周期，动子13在第二码道20的辅助磁对极周期指的是动子13相对于第二码道20起始端所在的正弦磁场周期。

可以理解地，基于上述原理，在动子13相对于第一码道12运行时，通过处理电路322对不同的第一电压信号与第二电压信号进行解算，能够基于得到的固定角度差值确定动子13在第一码道12上的磁对极周期，继而基于确定的磁对极周期与第一磁场角度信息输出动子13在第一码道12上的角度位置信息。

区别于现有技术，本实施方式通过使直线电机100本身的第一码道12中的第一永磁体与第二码道20中的第二永磁体形成双码道永磁体信号源，并对双码道永磁体信号源进行检测，能够基于游标原理直接解算出直线电机100中动子13的角度位置信息，由于无需寻找参考点以及掉电记忆，因而能够极大降低动子位置信息的检测难度以及人工维护周期，从而降低了直线电机100的使用成本与维护成本。此外，由于仅需在基座11的侧面安装第二码道20，而无需频繁更换电池，因而还能够进一步降低制备成本，以及扩大直线电机100的使用场景。

请参阅图13，图13是本申请直线电机的位置检测方法第一实施方式的流程示意图。在本实施方式中，直线电机包括基座、动子以及编码器，动子可移动地连接于基座，编码器的第一码道和第二码道分别安装于基座，编码器的第一检测组件和第二检测组件分别设置于动子，动子可带动第一检测组件和第二检测组件相对于第一码道和第二码道移动。

位置检测方法具体包括：

S11：第一检测组件相对于第一码道运动时，检测第一永磁体产生的第一磁场信号。

本实施方式中，利用第一检测组件在动子相对于第一码道运动时检测第一永磁体产生的第一磁场信号。

其中，第一检测组件与第二检测组件均设置于直线电机的动子上，与动子同步运动。

其中，第一检测组件包括第一电路板以及设置在第一电路板上 的多个第一磁传感器，第二检测组件包括第二电路板以及设置在第二电路板之间的多个第二磁传感器。

其中，多个第一磁传感器等间距排布在第一电路板朝向第一码道的一侧，用于采集第一码道中第一永磁体产生的第一磁场信号。多个第二磁传感器等间距排布在第二电路板朝向第二码道的一侧，用于采集第二码道中第二永磁体产生的第二磁场信号。

其中，第二永磁体的起始端与终点端与第一码道中第一永磁体的起始端与终点端相同，且第一永磁体的对数与第二永磁体的对数不相等。

在一个具体的实施例中，第二永磁体的对数比第一永磁体的对数少一对。例如，若第一永磁体的对数为M对，则第二永磁体的对数为（M-1）对，且第一码道12上第一对第一永磁体和第二码道20上第一对第二永磁体的正弦磁场信号的起点位置相同，第一码道12上第M对第一永磁体和第二码道20上第（M-1）对第二永磁体的正弦磁场信号的终点位置相同。

S12：第二检测组件相对于第二码道运动时，检测第二永磁体产生的第二磁场信号。

本实施方式中，利用第二检测组件在动子相对于第一码道运动时检测辅助永磁体产生的第二磁场信号。

S13：基于第一磁场信号与第二磁场信号计算得到动子的绝对位置信息。

本实施方式中，利用第一检测组件与第二检测组件分别检测双码道的第一磁场信号与第二磁场信号并输出对应的第一电压信号与第二电压信号，能够基于第二码道中第二永磁体与第一码道中第一永磁体的错位原理，使第一电压信号与第二电压信号之间存在相差预设数量周期的电压信号，而当动子在第一码道上处于不同的磁对极周期时，基于第一电压信号与第二电压信号得到的第一磁场角度信息与第二磁场角度信息可以得到不同的固定角度差值。

本实施方式中，通过设置在第一电路板上的处理电路对不同的第一电压信号与第二电压信号进行解算，能够基于得到的固定角度差值确定动子在第一码道上的磁对极周期，继而基于确定的磁对极周期与第一磁场角度信息输出动子在第一码道上的角度位置信息。

区别于现有技术，本实施方式通过使直线电机本身的第一码道中的第一永磁体与第二码道中的第二永磁体形成双码道永磁体信号源，并对双码道永磁体信号源进行检测，能够基于游标原理直接解算出直线电机中动子的绝对位置信息，由于无需寻找参考点以及掉电记忆，因而能够极大降低动子位置信息的检测难度以及人工维护周期，从而降低了直线电机的使用成本与维护成本。

进一步请参阅图14，图14是本申请直线电机的位置检测方法第二实施方式的流程示意图。在本实施方式中，位置检测方法通过上述的直线电机实现。

位置检测方法具体包括：

S21：第一检测组件相对于第一码道运动时，检测第一永磁体产生的第一磁场信号。

具体过程请参见S11中的描述，此处不再赘述。

S22：第二检测组件相对于第二码道运动时，检测第二永磁体产生的第二磁场信号。

具体过程请参见S12中的描述，此处不再赘述。

S23：基于第一磁场信号与第二磁场信号计算出角度差值，并根据角度差值得到动子在第一码道上的实际磁对极周期数。

本实施方式中，首先将第一磁场信号转化为第一电压信号，并对第一电压信号进行反正切运算，以得到第一磁场角度信息。将第二磁场信号转化为第二电压信号，并对第二电压信号进行反正切运算，以得到第二磁场角度信息。进而基于第一磁场角度信息与第二磁场角度信息计算出角度差值。

本实施方式中，基于第一磁场信号与第二磁场信号计算得到动子的绝对位置信息的步骤，具体包括：将第一磁场信号转化为第一电压信号，并对第一电压信号进行反正切运算，以得到第一磁场角度信息；将第二磁场信号转化为第二电压信号，并对第二电压信号进行反正切运算，以得到第二磁场角度信息。

其中，第一电压信号与第二电压信号均呈正余弦形。

在一个具体的实施场景中，随着直线电机中动子的运动，利用第一检测组件中的两个霍尔元件A1、A2采集第一磁场信号，利用第二检测组件中的两个霍尔元件B1、B2采集第二磁场信号，并分别利用A1、A2与B1、B2对第一磁场信号以及第二磁场信号进行处理，得到相应的正余弦电压信号。

本实施方式中，第一磁场角度信息为动子在第一码道的定子磁对极周期内的角度位置信息，第二磁场角度信息为动子在第二码道的辅助磁对极周期内的角度位置信息。

具体地，动子运行至第一码道的某对定子磁对极内的某个位置时，对第一检测组件在该位置采集的磁场信号进行解算，得到的角度位置信息对应该对定子磁对极的360度的周期内的某个角度，对第二检测组件在该位置采集的磁场信号进行解算，得到的角度位置信息对应某对辅助磁对极的360度的周期内的某个角度。

本实施方式中，利用如下公式计算第一磁场角度信息与第二磁场角度信息：

（1）

其中，为动子在第一码道或第二码道的磁对极周期内的磁场角度信息，/>为第一电压信号或第二电压信号的正弦电压信号，/>为第一电压信号或第二电压信号的余弦电压信号，/>为反正切运算符。

利用上述公式（1）对第一电压信号与第二电压信号进行运算，得到动子在第一码道的定子磁对极周期内的第一磁场角度信息，以及动子在第二码道的辅助磁对极周期内的第二磁场角度信息/>。

进一步地，基于第一磁场角度信息与第二磁场角度信息计算出角度差值。具体地，利用如下公式计算角度差值：

（2）

其中，为角度差值，/>为动子在第一码道的定子磁对极周期内的第一磁场角度信息，/>为动子在第二码道的辅助磁对极周期内的第二磁场角度信息，/>为第一码道中第一永磁体的对数，/>为第二码道中第二永磁体的对数，/>为动子在第一码道上所在的实际磁对极周期，理想情况下/>为整数，且/>，360指的是整个检测周期所代表的电角度。

其中，由于实际运行过程中存在各种因素影响，因而解算出的第一磁场角度信息与第二磁场角度信息/>相对于实际位置可能存在误差，进而导致直接通过第一磁场角度信息/>与第二磁场角度信息/>进行计算得出的实际磁对极周期C可能不为整数，因而需要与预设的关系表进行比较，以提高检测的精度。

具体地，请参阅图15，图15是本申请根据角度差值得到动子在第一码道上的实际磁对极周期数的方法一实施方式的结构示意图。

S31：获取到预设的关系表；其中，关系表用于记录每个理论角度差值对应的理论磁对极周期数。

本实施方式中，在动子相对于第一码道运行的每一个理论磁对极周期内，利用第一检测组件采集第一永磁体产生的第一理论磁场信号，并基于第一理论磁场信号得到动子在第一码道的磁对极周期内的第一理论磁场角度信息；以及，利用第二检测组件采集第二永磁体产生的第二理论磁场信号，并基于第二理论磁场信号得到动子在第二码道的磁对极周期内的第二理论磁场角度信息。

其中，第一理论磁场角度信息为理想情况下动子在第一码道的定子磁对极周期内的角度位置信息，第二理论磁场角度信息为理想情况下动子在第二码道的辅助磁对极周期内的角度位置信息。

具体地，利用上述公式（1）对每个磁对极周期内对应的第一理论电压信号与第二理论电压信号进行运算，得到动子在第一码道的定子磁对极周期内的第一理论磁场角度信息，以及动子在第二码道的辅助磁对极周期内的第二理论磁场角度信息/>。

进一步地，基于第一理论磁场角度信息与第二理论磁场角度信息计算出理论角度差值。

具体地，利用上述公式（2）对第一理论磁场角度信息与第二理论磁场角度信息进行计算，得到理论角度差值/>。其中，在理想情况下，当动子在第一码道上处于同一个理论磁对极周期/>时，随着动子的运动，基于第一理论磁场角度信息与第二理论磁场角度信息得到的理论角度差值/>是固定的。

具体地，请参阅图16，图16是基于双码道游标进行解算的示意图。以主码道中存在8对第一永磁体为例，在同一个定子磁对极周期内，即使采样点发生变化，导致第一理论磁场角度信息与第二理论磁场角度信息不断变化，但基于两者得到的理论角度差值仍然是固定的。其中，当为1时，得到的理论角度差值/>为一个，且值为0。当/>大于1且小于8时，得到的理论角度差值/>为两个，一个固定正值和一个固定负值，当/>为8时，得到的理论角度差值/>为一个固定的负值，所有得到理论角度差值不重复，具有唯一性。

最后，将每个理论角度差值与对应的理论磁对极周期数以数据表的形式进行存储，得到关系表。

可以理解地，在编码器的检测范围内，第一码道和第二码道的永磁体相差一个磁对极，在理想情况下，用于检测第一码道信号的第一磁传感器和用于检测第二码道信号的第二磁传感器在检测范围内产生的正余弦电压信号会相差一个周期，使得动子处于不同的主码道磁对极周期时基于双码道解算的角度存在固定的差值，以此作为计算实际磁对极周期的查表项，可以提高位置检测的精度。

S32：查询关系表，以获取到与角度差值匹配的理论角度差值。

本实施方式中，利用如下式子对角度差值与理论角度差值进行匹配：

（3）

其中，为当前采样点，/>为基于当前采样点在关系表中进行查询得到的理论磁对极周期，/>为基于当前采样点计算得到的实际磁对极周期，/>为基于当前采样点i得到的角度差值，/>为基于当前采样点/>在关系表中进行查询得到的理论角度差值，/>为第一码道中定子磁对极的对数。

其中，若当前采样点满足上述条件，表明角度差值/>与查询到的理论角度差值/>匹配。

S33：将匹配的理论角度差值对应的理论磁对极周期数作为动子在第一码道上的实际磁对极周期数。

具体地，将匹配上的理论角度差值对应的理论磁对极周期/>作为动子在第一码道所处的实际磁对极周期/>，即/>。

S24：通过实际磁对极周期数、第一磁场信号以及第一永磁体的磁距得到动子在第一码道上的绝对位置信息；其中，磁距为第一永磁体中一对磁极的距离。

本实施方式中，通过如下公式计算动子的绝对位置信息：

（4）

其中，为动子在第一码道上的绝对位置信息，/>为计算得到的实际磁对极周期，为第一磁场角度信息，/>为第一码道上第一永磁体的对数，/>为第一永磁体中一对磁极的距离。

区别于现有技术，本实施方式通过使直线电机本身的第一码道中的第一永磁体与第二码道中的第二永磁体形成双码道永磁体信号源，并对双码道永磁体信号源进行检测，能够基于游标原理直接解算出直线电机中动子的绝对位置信息，由于无需寻找参考点以及掉电记忆，因而能够极大降低动子位置信息的检测难度以及人工维护周期，从而降低了直线电机的使用成本与维护成本。进一步地，将计算出的实际磁对极周期与关系表中对应的理论磁对极周期进行比较，能够确定计算是否准确，从而提高位置检测的精度。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (13)

1.一种编码器，其特征在于，包括：

第一码道，沿第一方向设置有多对等间距排布的第一永磁体；

第二码道，沿第二方向设置于所述第一码道的一侧，所述第二码道沿第一方向设置有多对等间距排布的第二永磁体，且所述第一永磁体的对数与所述第二永磁体的对数不相等；

第一检测组件，可移动地连接所述第一码道和/或所述第二码道；

第二检测组件，可移动地连接所述第一码道和/或所述第二码道；

所述第一检测组件和所述第二检测组件可沿第一方向同步移动，所述第一检测组件用于检测多对所述第一永磁体的磁场信号，所述第二检测组件用于检测多对所述第二永磁体产生的磁场信号；

其中，所述第一方向垂直于所述第二方向。

2.根据权利要求1所述的编码器，其特征在于，

所述第一码道的宽度方向与所述第二方向平行，所述第二码道的宽度方向与第三方向平行；

其中，所述第三方向分别垂直于所述第一方向和所述第二方向。

3.根据权利要求2所述的编码器，其特征在于，

所述第一检测组件包括多个第一磁传感器，所述多个第一磁传感器沿第一方向等距间隔排布，沿所述第三方向，所述多个第一磁传感器与所述第一码道间隔设置；和/或，

所述第二检测组件包括多个第二磁传感器，所述多个第二磁传感器沿第一方向等距间隔排布，沿所述第二方向，所述多个第二磁传感器与所述第二码道间隔设置。

4.根据权利要求2所述的编码器，其特征在于，

所述第一检测组件包括第一支架、第一电路板以及多个第一磁传感器，所述第一支架可移动地连接所述第一码道和/或所述第二码道，所述第一电路板连接于所述第一支架，所述多个第一磁传感器设置于所述第一电路板朝向所述第一码道的一面；和/或，

所述第二检测组件包括第二支架、第二电路板以及多个第二磁传感器，所述第二电路板连接于所述第二支架，所述多个第二磁传感器设置于所述第二电路板朝向所述第二码道的一面。

5.根据权利要求1-4任一项所述的编码器，其特征在于，

所述第一永磁体的对数比所述第二永磁体的对数少一对；或，

所述第二永磁体的对数比所述第一永磁体的对数少一对。

6.一种直线电机，其特征在于，包括：

基座；

动子，可移动地连接于所述基座；

还包括如权利要求1~5中任一项所述的编码器，所述编码器的第一码道和第二码道分别安装于所述基座，所述编码器的第一检测组件和第二检测组件分别设置于所述动子，所述动子可带动所述第一检测组件和所述第二检测组件相对于所述第一码道和所述第二码道移动。

7.一种直线电机的位置检测方法，其特征在于，

所述直线电机包括基座、动子以及编码器，所述动子可移动地连接于所述基座，所述编码器的第一码道和第二码道分别安装于所述基座，所述编码器的第一检测组件和第二检测组件分别设置于所述动子，所述动子可带动所述第一检测组件和所述第二检测组件相对于所述第一码道和所述第二码道移动；

所述位置检测方法包括：

所述第一检测组件相对于所述第一码道运动时，检测所述第一永磁体产生的第一磁场信号；

所述第二检测组件相对于所述第二码道运动时，检测所述第二永磁体产生的第二磁场信号；

基于所述第一磁场信号与所述第二磁场信号计算得到所述动子的绝对位置信息。

8.根据权利要求7所述的位置检测方法，其特征在于，

所述基于所述第一磁场信号与所述第二磁场信号计算得到所述动子的绝对位置信息的步骤，包括：

基于所述第一磁场信号与所述第二磁场信号计算出角度差值，并根据所述角度差值得到所述动子在所述第一码道上的实际磁对极周期数；

通过所述实际磁对极周期数、所述第一磁场信号以及所述第一永磁体的磁距得到所述动子在所述第一码道上的所述绝对位置信息；其中，所述磁距为所述第一永磁体中一对磁极的距离。

9.根据权利要求8所述的位置检测方法，其特征在于，

所述基于所述第一磁场信号与所述第二磁场信号计算出角度差值的步骤，包括：

将所述第一磁场信号转化为第一电压信号，并对所述第一电压信号进行反正切运算，以得到第一磁场角度信息；

将所述第二磁场信号转化为第二电压信号，并对所述第二电压信号进行反正切运算，以得到第二磁场角度信息；

基于所述第一磁场角度信息与所述第二磁场角度信息计算出所述角度差值。

10.根据权利要求9所述的位置检测方法，其特征在于，

所述第一磁场角度信息与所述第二磁场角度信息的具体计算方法包括：

；

其中，为动子在所述第一码道或所述第二码道的磁对极周期内的磁场角度信息，为所述第一电压信号或所述第二电压信号的正弦电压信号，/>为所述第一电压信号或所述第二电压信号的余弦电压信号，/>为反正切运算符。

11.根据权利要求8所述的位置检测方法，其特征在于，

所述根据所述角度差值得到所述动子在所述第一码道上的实际磁对极周期数的步骤，包括：

获取到预设的关系表；其中，所述关系表用于记录每个理论角度差值对应的理论磁对极周期数；

查询所述关系表，以获取到与所述角度差值匹配的理论角度差值；

将所述匹配的理论角度差值对应的理论磁对极周期数作为所述动子在所述第一码道上的所述实际磁对极周期数。

12.根据权利要求11所述的位置检测方法，其特征在于，

所述获取到预设的关系表的步骤，包括：

在所述动子相对于所述第一码道运行的每一个所述理论磁对极周期内，利用所述第一检测组件采集所述第一永磁体产生的第一理论磁场信号，并基于所述第一理论磁场信号得到所述动子在所述第一码道的磁对极周期内的第一理论磁场角度信息；以及，

利用所述第二检测组件采集所述第二永磁体产生的第二理论磁场信号，并基于所述第二理论磁场信号得到所述动子在所述第二码道的磁对极周期内的第二理论磁场角度信息；

基于所述第一理论磁场角度信息与所述第二理论磁场角度信息计算出所述理论角度差值；

将每个所述理论角度差值与对应的所述理论磁对极周期数以数据表的形式进行存储，得到所述关系表。

13.根据权利要求9所述的位置检测方法，其特征在于，

所述通过所述实际磁对极周期数、所述第一磁场信号以及所述第一永磁体的磁距得到所述动子在所述第一码道上的所述绝对位置信息的具体方法包括：

；

其中，为所述动子在所述第一码道上的所述绝对位置信息，/>为计算得到的所述实际磁对极周期，/>为所述第一磁场角度信息，/>为所述第一码道上所述第一永磁体的对数，/>为所述第一永磁体中一对磁极的距离。