一种导磁环
技术领域
本实用新型涉及一种磁性元件,具体地说,涉及一种导磁环。
背景技术
在电机控制领域中应用的位置检测装置主要是编码器,所述编码器一种是将电机旋转角位置、角速度等物理量转换为电信号的位置传感器,编码器的制造以及信号处理水平直接影响到自动化水平。
目前,工程技术领域中应用的编码器主要是光电式编码器,光电式编码器有增量式和绝对式两种。在增量式编码器中,轴旋转时带动光栅盘旋转,发光元件发出的光被光栅盘的狭缝切割成断续光线,再由接收元件接受并输出相应的脉冲信号,旋转方向和脉冲数量需要借助判向电路和计数器来实现。计数起点可任意设定,旋转增量编码器转动时输出脉冲,通过计数设备的内部存储单元来记住位置。然而该编码器工作过程中不允许有干扰进而丢失脉冲,否则,记数设备记忆的零点就会偏移并且无从知道。
为了解决上述问题,出现了绝对式编码器。绝对式编码器输出与位置一一对应的代码,从代码的大小变化能判别出旋转方向和转子当前位置。这样大大提高了抗干扰性以及数据的可靠性,绝对式编码器已经越来越多地应用于各种工业系统的角度测量、长度测量以及位置控制。
然而,光电编码器存在一些难以克服的缺点:光电编码器由玻璃物质通过刻线而成,其抗震动和冲击能力不强,不适用于尘埃、结露等恶劣环境,并且结构和定位组装复杂;刻线间距有极限,要提高分辨率必须增大码盘,从而难以做到小型化;在生产中必须保证很高的装配精度,直接影响到生产效率,最终影响产品成本。
为了解决光电编码器中出现的问题,又提出了一种磁电式编码器。传统磁电传感器的定子和转子由纯铁制成,定子上固定有永久磁铁,形成磁路系统。定子和转子相对的环形端面上均匀地设有数目相等的齿和槽,转子与主轴固紧,主轴与被测量的转轴连接,主轴带动转子转动,当转子齿和定子齿相对时,气隙最小,磁通最大,当转子齿和定子槽相对时,气隙最大,磁通最小。可以通过例如磁感应传感器的检测磁通的变化,并将该变化转化成电信号脉冲。此类编码器比较多,但测量精度比较低,且只能实现增量输出。
例如,专利CN 200410024190.7公开了一种具有二、三、四、六个传感器的磁电编码器结构,如图1所示,在该磁电编码器的结构中,磁感应元件采用表面贴的方式,即在圆环形定子内侧壁布置磁感应元件,进行旋转磁场的感应,然后根据传感器电压值求出旋转角度值。
然而,上述磁电编码器在物理结构上具有以下缺点:
定子内侧一般呈圆弧形且光滑,传感器不易安装固定,容易引起定位误差,进而引起信号的相位偏差,使得信号中高次谐波分量大;加工制造工艺复杂,不利于产业化;
可靠性低,传感器均布于内侧壁,传感器的支持基体必须为柔性体如FPC等,其与处理本体接触处其抗拉强度不高,容易破裂,增加了加工难度,影响产品的寿命;
传感器感应的磁场泄露大,磁场不能得到充分应用,使得信号中噪声大,影响测量精度;
要求传感器体积小,使得产品成本比较高。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于,针对上述现有技术的不足,提出了一种导磁环,能够简化生产工艺,提高信号精度,减少产品成本,提高性价比。
为解决上述技术问题,本实用新型提出了一种导磁环,所述导磁环由两段或多段同半径、同圆心的弧段构成,相邻两弧段留有缝隙。
进一步地,所述导磁环由两段同半径、同圆心的弧段构成,分别为1/4弧段和3/4弧段;或者,所述的导磁环由三段同半径的弧段构成,分别为1/3弧段;或者,所述的导磁环由四段同半径的弧段构成,分别为1/4弧段;或者,所述的导磁环由六段同半径的弧段构成,分别为1/6弧段。
更进一步地,所述的导磁环的弧段端部设有倒角;具体而言,所述倒角为沿轴向或径向或同时沿轴向、径向切削而形成的倒角。
通过采用此结构的导磁环,使得导磁环内部磁场分布均匀,泄露小,并且磁感应元件感应的信号为积分型,信号噪声小,所含高次谐波分量成分小,有利于提高原始信号质量,提高信号信噪比。而且,通过导磁环的增加倒角来缩小有效面积,有利于提高磁感应元件表面感应的磁场强度,在一定程度上能减小对永磁体尺寸要求,能减小整个编码器的机械尺寸。另外,采用此结构,对磁感应元件的机械尺寸没有苛刻要求,可选用型号范围宽,甚至是不用采用后续放大电路,有利于减少产品成本,提高性价比。上述结构的导磁环的使用还使得磁感应元件可直接固定在电路板上,无需转接件,有利于提高产品的可靠性。
附图说明
图1是现有技术中磁电式编码器的结构示意图;
图2A~图2D是本实用新型的导磁环的倒角设计图;
图3是表示设置有本实用新型的导磁环的磁电式传感器的立体分解图;
图4是本实用新型的导磁环安装于骨架上的立体图;
图5是本实用新型的导磁环分为两段时的应用例1的结构示意图;
图6是本实用新型的导磁环分为四段时的应用例2的结构示意图;
图7是本实用新型的导磁环分为三段时的应用例3的结构示意图;
图8是本实用新型的导磁环分为六段时的应用例4的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体的实施例对本实用新型进行详细地说明。
实施例
图2A~图2D是本实用新型的导磁环的倒角设计图。如图2A~图2D所示,导磁环由两段或多段同半径、同圆心的弧段构成,图2A所示的导磁环没有设计倒角,图2B~图2D所示的弧段端部设有倒角,所述倒角为沿轴向(图2B)或径向(图2C)或同时沿轴向、径向(图2D)切削而形成的倒角,151、154表示轴向切面,152、153表示径向切面。相邻两弧段间留有缝隙,磁感应元件置于该缝隙内,当磁钢环与导磁环发生相对旋转运动时,所述磁感应元件将感测到的磁信号转换为电压信号,并将该电压信号传输给相应的控制器。
根据磁密公式
可以知道,当φ一定时候,可以通过减少S,增加B。
因为永磁体产生的磁通是一定的,在导磁环中S较大,所以B比较小,因此可以减少因为磁场交变而导致的发热。而导磁环增加的倒角减少了导磁环端部面积,能够增大端部的磁场强度,使得磁感应元件的输出信号增强。这样的信号拾取结构制造工艺简单,拾取的信号噪声小,生产成本低,可靠性高,而且尺寸小。
应用例
图3是表示设置有本实用新型的导磁环的磁电式传感器的立体分解图。图4是本实用新型的导磁环安装于骨架上的立体图。如图3和图4所示,磁电式传感器由磁感应元件板102、磁钢环103、导磁环104、骨架105组成;磁感应元件板102由PCB板和磁感应元件106组成,磁感应元件板102上还装有接插件108。
磁钢环103装在电机轴上,导磁环104固定在骨架105上,骨架105固定在电机的合适位置。当电机轴转动时,磁钢环103转动,产生正弦磁场,而导磁环104起聚磁作用,磁钢环103产生的磁通通过导磁环104。PCB板上固定的磁感应元件106把通过导磁环104的磁场转换成电压信号并输出,该电压信号直接进入主控板芯片。由主控板上芯片对电压信号进行处理,最后得到位角位移。
其中,在制作所述的磁电式传感器时,导磁环104设置在骨架成型模具上,在所述骨架一体成型时与骨架105固定在一起。
应用例1
图5是本实用新型的导磁环分为两段时的应用例1。如图5所示,导磁环由两段同半径的弧段构成,分别为1/4弧段111和3/4弧段112,位置A和B相距角度为90°,并开有狭缝,分别以109和110表示的两个磁感应元件H1、H2放置于A和B处的狭缝中,采用此结构有利于减少磁场泄露,提高磁感应元件感应的磁通量,并且由于磁表面感应的磁通是磁场的积分,因此有利用降低信号噪声以和信号中的高次谐波。至于信号处理的具体过程此处不作详细说明。在电机轴上,由两段同半径的弧段111、112构成的导磁环与磁钢环113同心安装。
应用例2
图6是本实用新型的导磁环分为四段时的应用例2。如图5所示,导磁环由四段同半径的1/4弧段118、119、120和121构成,A,B,C,D四个位置角度依次相隔为90°,并且都有一狭缝。分别以114、115、116和117表示的4个磁感应元件H1、H2、H3、H4分别放置于狭缝A、B、C和D处,采用此结构有利于减少磁场泄露,提高磁感应元件感应的磁通量,并且由于磁表面感应的磁通是磁场的积分,因此有利用降低信号噪声以和信号中的高次谐波。至于信号处理的具体过程此处不作详细说明。四段同半径的1/4弧段118、119、120和121构成的导磁环和磁钢环122同心安装。
应用例3
图7是本实用新型的导磁环分为三段时的应用例3。如图7所示,导磁环由三段同半径的1/3弧段126、127和128构成,A,B,C三个位置依次相距120°,并且开有一狭缝,分别以123、124和125表示的3个传感器H1、H2、H3分别放置狭缝处,采用此结构有利于减少磁场泄露,提高传感器感应的磁通量,并且由于传感器表面感应的磁通是磁场的积分,因此有利用降低信号噪声以和信号中的高次谐波。至于信号处理的具体过程此处不作详细说明。三段同半径的1/3弧段126、127和128构成的导磁环和磁钢环129同心安装。
应用例4
图8是本实用新型的导磁环分为六段时的应用例4。如图8所示,导磁环由六段同半径的1/6弧段136、137、138、139、140和141构成,A,B,C,D,E,F六个位置依次相距60°,并且都开有一狭缝,分别以130、131、132、133、134和135表示的6个传感器H1、H2、H3、H4、H5、H6分别放置狭缝内,采用此结构有利于减少磁场泄露,提高传感器感应的磁通量,并且由于传感器表面感应的磁通是磁场的积分,因此有利用降低信号噪声以和信号中的高次谐波。至于信号处理的具体过程此处不作详细说明。电机非负载输出端轴上装有永磁环,由六段同半径的1/6弧段136、137、138、139、140和141构成的导磁环和磁钢环142同心安装。
上述四个实施例中的导磁环均可采用图2C-2D中的任何一种倒角形式。
以上参照附图详细描述了本实用新型的各个实施例,然而本实用新型并不局限于所述实施例,而是在不脱离权利要求书的范围的情况下,可以做出各种变化和改进。