CN201557013U - 一种新型伺服电机编码器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种新型伺服电机编码器，属于增量式光电编码器。多谐振荡器分别与三态缓冲器U1和三态缓冲器U2连接；三态缓冲器U1和三态缓冲器U2分别与线路驱动器连接；电机转子增量信号端A、B、Z分别和三态缓冲器U1连接；电机磁极位置信号U、V、W信号端分别和三态缓冲器U2连接；线路驱动器的引脚分别是编码器的输出信号端。具有成本低，性能可靠，结构简单、使用电压范围宽、工作速度快、定时精度高、驱动能力强等优点。

Description

一种新型伺服电机编码器

技术领域

本实用新型属于增量式光电编码器，是伺服电机配置的反馈元件。它提供了伺服电机转子的旋转位置信号A、B、Z和在伺服电机绕组上电前提供转子位置信息的U、V、W信号。

背景技术

增量式光电编码器通常的输出信号包括A、/A、B、/B、Z、/Z和U、/U、V、/V、W、/W，加上电源线和地线，共需要14条传输线。一般情况下，编码器和伺服电机之间没有专用电缆或接头，因而制作这些电缆需要花费较多的人力和物力，而且很容易将信号线接错或焊错，导致使用设备无法工作或受损。

伺服驱动器在上电时，首先需要的是U、V、W信号，在获得此信号后，再依据上位机的输入指令，读取A、B、Z信号作为伺服电机位置、转速的反馈信对伺服电机进行控制。此外，伺服驱动器在伺服电机的光电编码器上电后读取到U、V、W信号时，就可确定输入伺服电机定子电流的初始相位角。当伺服电机运转后，伺服驱动器可借助光电编码器的A、B、Z信号，精确的测量到伺服电机转子旋转的位置，此时伺服驱动器已不再需要U、V、W信号了。换言之，当电机启动正常运转之后，用以成对输出U、V、W信号的六条信号线将处于闲置状态，造成信号线配置成本的浪费，因此需要节省配线降低成本。

目前国内已公开的关于省线式编码器的专利所采取的方案有通过微处理器控制信号的分时串行输出，此种方案在实现相同功能条件下不利于降低制造成本，同时也带来了电磁兼容和调试等其他问题。

目前国外已公开的关于省线式编码器的专利所采取的方案中有通过定时器发出时间脉冲信号控制多路复用器的选通单元分时串行输出信号，但是在实际应用中，信号处理电路中仅采用一个多路复用器来分时串行输出两组输出信号，在降低成本的同时出现了信号互相干扰的问题即无法保证性能。

发明内容

本实用新型提供一种新型伺服电机编码器，以解决目前存在的成本高和性能差的问题。本实用新型采取的技术方案是：多谐振荡器U3的引脚13分别与三态缓冲器U1的引脚19和三态缓冲器U2的引脚1连接；三态缓冲器U1的引脚9、引脚7、引脚5和三态缓冲器U2的引脚18、引脚16、引脚14分别与线路驱动器U4的引脚1、引脚7、引脚9对应连接；电机转子增量信号端A、B、Z分别和三态缓冲器U1的引脚11、引脚13、引脚15连接；电机磁极位置信号U、V、W信号端分别和三态缓冲器U2的引脚2、引脚4、引脚6连接；线路驱动器U4的引脚2、引脚3、引脚6、引脚5、引脚10、引脚11分别是编码器的输出信号端A和U，/A和/U，B和V，/B和/V，Z和W，/Z和/W。

本实用新型一种实施方式是：多谐振荡器U3的引脚13分别与三态缓冲器U1的引脚19和三态缓冲器U2的引脚1连接的同时，多谐振荡器U3的引脚4与线路驱动器U4的引脚4相连。

本实用新型的六条信号输出线的设置为：将原始电机转子增量信号A、/A、B、/B、Z、/Z和原始电机磁极位置信号U、/U、V、/V、W、/W共12条信号线输出，合并为6条信号线输出。多谐振荡器U3按照已设定的信号时序分别输出正、负定时单脉冲信号来控制两组三态缓冲器U1，U2的功能允许和禁止。两组三态缓冲器U1，U2分别选通电机转子增量信号A、B、Z和电机磁极位置信号U、V、W信号的输出，线路驱动器U4以差分驱动形式通过共用信号线分时串行输出电机转子增量信号A、B、Z和电机磁极位置信号U、V、W信号。

在本实用新型中，电源上电后，码盘电路板产生一复位信号将线路驱动器U4设置为高阻态，即A、/A、B、/B、Z、/Z对GND输出均为高电平，此高阻状态是一种标示状态，以供线路驱动器U4识别时间的起点及判断时间段的标志。然后，由多谐振荡器U3输出时钟脉冲信号设置三态缓冲器U3选通电机磁极位置信号U、V、W信号的输入并控制输出信号，接下来设置三态缓冲器U1选通电机转子增量信号A、B、Z信号的输入并控制输出信号。同时线路驱动器U4以差分驱动形式通过共用信号线分时串行输出电机转子增量信号A、B、Z和电机磁极位置信号U、V、W信号。

在本实用新型中，多谐振荡器U3用于产生连续的脉冲信号，通过RC电路可以设定脉冲的周期和宽度，可得到不同的时间常数，还可产生周期和脉宽可变的方波输出。其特点是时钟脉冲信号没有稳态，只有两个暂稳态，能自动地从一种状态向另一种状态转化。在状态的变换时，触发信号不需要由外部输入，而是由其电路中的RC电路提供状态的持续时间也由RC电路决定。具有成本低，性能可靠，结构简单、使用电压范围宽、工作速度快、定时精度高、驱动能力强等优点。

依据伺服驱动器所需信息的先后及时段，将A、B、Z和U、V、W信号分时输出，即先在标示A、B、Z信号的引出线上输出U、V、W信号，然后再输出A、B、Z信号，达到即满足伺服驱动器所需信息的目地，又省去了伺服电机运行后不再需要的冗余信息。如此分时输出各自时段有用的信息，不仅使伺服电机编码器输出导线数量减少，也使伺服驱动器的接口数量减少。在不降低信号处理电路功能的情况下减少了器件，降低了成本，达到了省线目的。同时也解决了以往方案出现的输出信号相互干扰等问题。

附图说明

图1是本实用新型的电路原理图；

图2是本实用新型的一种实施方式的电路原理图；

图3是传统的十二线式光电编码器的信号处理电路方框图。

具体实施方式

多谐振荡器U3的引脚13分别与三态缓冲器U1的引脚19和三态缓冲器U2的引脚1连接；三态缓冲器U1的引脚9、引脚7、引脚5和三态缓冲器U2的引脚18、引脚16、引脚14分别与线路驱动器U4的引脚1、引脚7、引脚9对应连接；电机转子增量信号端A、B、Z分别和三态缓冲器U1的引脚11、引脚13、引脚15连接；电机磁极位置信号U、V、W信号端分别和三态缓冲器U2的引脚2、引脚4、引脚6连接；线路驱动器U4的引脚2、引脚3、引脚6、引脚5、引脚10、引脚11分别是编码器的输出信号端A和U，/A和/U，B和V，/B和/V，Z和W，/Z和/W。

本实用新型一种实施方式是：多谐振荡器U3的引脚13分别与三态缓冲器U1的引脚19和三态缓冲器U2的引脚1连接的同时，多谐振荡器U3的引脚4与线路驱动器U4的引脚4相连。

依据上述新型伺服电机编码器的工作输出状态，伺服驱动器上电后的工作流程应为：在伺服电机与伺服驱动器同时上电后，伺服驱动器应在设定的时间区域内完成必要的初始工作后，立即读取伺服电机编码器A、B、Z引出线的状态。如此时的A、B、Z引出线的状态均为高阻状态，即说明此时尚在第一时间区域内，并且伺服驱动器此时要不间断的监测A、B、Z引出线的状态。反之，如果未读取到编码器A、B、Z引出线均为高阻状态时，无法判断时间段及时间起点，此时的读取信号将无法保证正确。当伺服驱动器读取伺服电机编码器A、B、Z引出线的状态一出现不为全高阻状态时，表明已进入到第二时间区域内切换时间段，此时伺服驱动器应按伺服电机编码器时序图的要求，通过切换时间延时点后开始读取U、V、W信号。U、V、W信号读取后，延时至第三时间区域的起始时间点后再读取的信号，即可当作A、B、Z信号来处理。

Claims (2)

1.一种新型伺服电机编码器，其特征在于：多谐振荡器(U3)的引脚13分别与三态缓冲器一(U1)的引脚19和三态缓冲器二(U2)的引脚1连接；三态缓冲器一(U1)的引脚9、引脚7、引脚5和三态缓冲器二(U2)的引脚18、引脚16、引脚14分别与线路驱动器(U4)的引脚1、引脚7、引脚9对应连接；电机转子增量信号端A、B、Z分别和三态缓冲器一(U1)的引脚11、引脚13、引脚15连接；电机磁极位置信号U、V、W信号端分别和三态缓冲器二(U2)的引脚2、引脚4、引脚6连接；线路驱动器(U4)的引脚2、引脚3、引脚6、引脚5、引脚10、引脚11分别是编码器的输出信号端A和U，/A和/U，B和V，/B和/V，Z和W，/Z和/W。

2.根据权利要求1所述的新型伺服电机编码器，其特征在于：多谐振荡器(U3)的引脚13分别与三态缓冲器一(U1)的引脚19和三态缓冲器二(U2)的引脚1连接的同时，多谐振荡器(U3)的引脚4与线路驱动器(U4)的引脚4相连。

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