CN203964927U - 多圈绝对值编码器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种编码器，尤其是一种多圈绝对值编码器，属于编码器的技术领域。按照本实用新型提供的技术方案，所述多圈绝对值编码器，包括位于编码器壳体内的单圈绝对值编码机构；所述编码器壳体内还设置有用于获取圈数权值的圈数编码机构，所述圈数编码机构包括至少一个圈数编码测量轴，所述圈数编码测量轴的端部设有圈数编码磁钢，编码器壳体内设置有用于与所述圈数编码磁钢匹配的圈数磁旋转传感器，所述单圈绝对值编码机构与圈数编码机构的圈数磁旋转传感器均与用于进行编码数据处理的编码处理单元连接。本实用新型结构简单紧凑，能提高检测范围，耐用，编码可靠，适应范围广，安全可靠。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种编码器，尤其是一种多圈绝对值编码器，属于编码器的技术领域。
背景技术
编码器是一种可以把角位移或直线位移转换成电信号的设备。按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。因此绝对式编码器的抗干扰能力、可靠性远胜于增量式编码器。目前应用最多的是光栅增量式编码器，光栅的主要缺点是抗振动、抗粉尘能力差，不适合在环境恶劣的场合使用。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种多圈绝对值编码器，其结构简单紧凑，能提高检测范围，耐用，编码可靠，适应范围广，安全可靠。
按照本实用新型提供的技术方案，所述多圈绝对值编码器，包括位于编码器壳体内的单圈绝对值编码机构；所述编码器壳体内还设置有用于获取圈数权值的圈数编码机构，所述圈数编码机构包括至少一个圈数编码测量轴，所述圈数编码测量轴的端部设有圈数编码磁钢，编码器壳体内设置有用于与所述圈数编码磁钢匹配的圈数磁旋转传感器，所述单圈绝对值编码机构与圈数编码机构的圈数磁旋转传感器均与用于进行编码数据处理的编码处理单元连接。
所述编码器壳体包括固定线路板以及与所述固定线路板平行分布的支架，所述支架与固定线路板之间通过支撑连接；圈数编码机构的圈数磁旋转传感器位于固定线路板上；圈数编码测量轴的一端穿过支架并邻近固定线路板，圈数编码磁钢位于圈数编码测量轴邻近固定线路板的端部，且圈数编码磁钢与圈数磁旋转传感器呈正对应分布。
所述单圈绝对值编码机构包括单圈编码测量轴，所述单圈编码测量轴的一端穿过支架并邻近固定线路板，单圈编码测量轴邻近固定线路板的端部设置单圈编码磁钢，固定线路板上设置与单圈编码磁钢呈正对应分布的单圈磁旋转传感器，所述单圈磁旋转传感器与编码处理单元连接。
所述单圈编码磁钢与圈数编码机构内的圈数编码磁钢位于同一平面上，单圈磁旋转传感器与圈数磁旋转传感器位于同一平面上，且单圈磁旋转传感器所在的平面与单圈编码磁钢所在的平面相互平行。
所述单圈编码磁钢以及圈数编码磁钢的充磁方向为单对极径向或双对极轴向对向。
所述圈数磁旋转传感器与单圈磁旋转传感器均采用正交双轴磁感应元件；所述正交双轴磁感应元件包括霍尔传感器、各向异性磁阻、巨磁阻或隧道磁阻。所述编码处理单元的输出端与编码输出接口连接。
本实用新型的优点：通过单圈编码磁钢与单圈磁旋转传感器配合实现单圈绝对值编码，通过至少一个圈数编码磁钢与至少一个圈数磁旋转传感器配合实现圈数编码，通过编码处理单元对单圈绝对值编码以及圈数编码的处理，能够得到所需的多圈绝对值编码，既克服了光传感的不耐用，又克服了增量编码的不可靠，还克服了单圈绝对式编码量程小等缺点，结构简单紧凑，适应范围广，安全可靠。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为本实用新型的结构框图。
图3为本实用新型编码处理单元的处理流程图。
图4为本实用新型磁钢充磁的示意图。
附图标记说明：1-单圈编码测量轴、2-第一圈数编码测量轴、3-第二圈数编码测量轴、4-第三圈数编码测量轴、5-单圈编码磁钢、6-第一圈数编码磁钢、7-第二圈数编码磁钢、8-第三圈数编码磁钢、9-单圈磁旋转传感器、10-第一圈数磁旋转传感器、11-第二圈数磁旋转传感器、12-第三圈数磁旋转传感器、13-支架、14-固定线路板、15-支撑、16-编码处理单元以及17-编码输出接口。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
如图1和图2所示：为了能提高检测方位以及测量的可靠性，本实用新型包括位于编码器壳体内的单圈绝对值编码机构；所述编码器壳体内还设置有用于获取圈数权值的圈数编码机构，所述圈数编码机构包括至少一个圈数编码测量轴，所述圈数编码测量轴的端部设有圈数编码磁钢，编码器壳体内设置有用于与所述圈数编码磁钢匹配的圈数磁旋转传感器，所述单圈绝对值编码机构与圈数编码机构的圈数磁旋转传感器均与用于进行编码数据处理的编码处理单元16连接。
具体地，通过单圈绝对值编码机构来获得单圈绝对值编码，通过圈数编码机构来获得圈数编码值，编码处理单元16通过对单圈绝对值编码以及圈数编码值进行综合处理，能够得到所需的多圈绝对值编码。编码处理单元16可以采用单片机或能够进行数据运算的模拟电路、数字电路或模拟数字与数字电路的混合电路，具体实现可以根据需要进行选择，此处不再赘述。所述编码处理单元16的输出端与编码输出接口17连接。编码处理单元16通过编码输出接口17能够将最终的多圈绝对值编码输出。
所述编码器壳体包括固定线路板14以及与所述固定线路板14平行分布的支架13，所述支架13与固定线路板14之间通过支撑15连接；圈数编码机构的圈数磁旋转传感器位于固定线路板14上；圈数编码测量轴的一端穿过支架13并邻近固定线路板14，圈数编码磁钢位于圈数编码测量轴邻近固定线路板14的端部，且圈数编码磁钢与圈数磁旋转传感器呈正对应分布。
所述单圈绝对值编码机构包括单圈编码测量轴1，所述单圈编码测量轴1的一端穿过支架13并邻近固定线路板14，单圈编码测量轴1邻近固定线路板14的端部设置单圈编码磁钢5，固定线路板14上设置与单圈编码磁钢5呈正对应分布的单圈磁旋转传感器9，所述单圈磁旋转传感器9与编码处理单元16连接。
所述单圈编码磁钢5与圈数编码机构内的圈数编码磁钢位于同一平面上，单圈磁旋转传感器9与圈数磁旋转传感器位于同一平面上，且单圈磁旋转传感器9所在的平面与单圈编码磁钢5所在的平面相互平行。
如图4所示，所述单圈编码磁钢5以及圈数编码磁钢的充磁方向为单对极径向或双对极轴向对向。所述单圈编码磁钢5以及圈数编码磁钢采用圆形磁钢，材料为铁氧体或或铷铁硼、铝镍钴、钐钴等稀土材料。图中，箭头为充磁方向，N是磁极北，S是磁极南。左面是磁钢的顶视图，右面是磁钢的侧视图。
所述圈数磁旋转传感器与单圈磁旋转传感器9均采用正交双轴磁感应元件；所述正交双轴磁感应元件包括霍尔传感器、各向异性磁阻、巨磁阻或隧道磁阻。
如图3所示，本实用新型实施例中，单圈编码磁钢5及圈数编码磁钢均感器可感应磁场方向的敏感元件，两个正交轴上的输出代表磁场矢量在这个感应面上的方向信息，即
OutX = M * Cos（a）
OutY = M * Sin（a）
其中，OutX和OutY为磁旋转传感器的两个正交输出，M为磁场矢量的模，a为磁场矢量在XY平面内的相位，即角位移。通过对磁旋转传感器的输出进行反正切计算即可获得编码需要的角位移。将360度全区域等分成许多小区域，每个区域赋予一个唯一的绝对码值，计算得到的角位移处于哪个区域就是哪个绝对码值，实现了单圈绝对值编码。圈数编码在单圈绝对值编码的基础上增加权值，权值与外接传动系统的变比相同，而且必须是整数。将单圈绝对值编码和圈数编码拼接即可获取多圈绝对值编码。本实用新型实施例中，单圈绝对值编码与圈数编码权值之间处理通过编码处理单元16完成。
以圈数编码机构包含三个圈数编码测量轴为例进行说明，圈数编码机构内的三个圈数编码测量轴包括第一圈数编码测量轴2、第二圈数编码测量轴3以及第三圈数编码测量轴4，第一圈数编码测量轴2的端部设置第一圈数编码磁钢6，第二圈数编码测量轴3的端部设置第二圈数编码磁钢7，第三圈数编码测量轴4的端部设置第三圈数编码磁钢8，第一圈数编码磁钢6、第二圈数编码磁钢7以及第三圈数编码磁钢8位于同一水平面上。第一圈数编码磁钢6与固定线路板14上的第一圈数磁旋转传感器10呈正对应，第二圈数编码磁钢7与第二圈数磁旋转传感器11呈正对应，第三圈数编码磁钢7与第三圈数磁旋转传感器12呈正对应。
在具体实施时，圈数编码机构内的圈数编码测量轴与单圈编码测量轴1之间、以及圈数编码测量轴之间均采用传动机构进行传动，不失一般性，本实用新型实施例中，单圈编码测量轴1与第一圈数编码测量轴2之间的传动变比为N1：1，第一圈数编码测量轴2与第二圈数编码测量轴3之间的传动变比为N2：1，第二圈数编码测量轴3与第三圈数编码测量轴4之间的传动变比为N3：1，其中，N1、N2以及N3必须为整数，则圈数编码范围为N1×N2×N3。
工作时，单圈编码磁钢5、第一圈数编码磁钢6、第二圈数编码磁钢7以及第三圈数编码磁钢8产生多个磁场，分别通过单圈磁旋转传感器9、第一圈数磁旋转传感器10、第二圈数磁旋转传感器11、第三磁旋转传感器12来感应上述磁场，并输出正交信号。编码处理单元16采集单圈磁旋转传感器9、第一圈数磁旋转传感器10、第二圈数磁旋转传感器11、第三磁旋转传感器12输出的正交数据，对正交数据的反正切运算，通过在编码处理单元16内预先存储单圈绝对值码表，通过查询此表完成单圈绝对值编码；此外，在编码处理单元16内预先存储圈数权值码表，通过查询此表完成圈数编码，最后累加成多圈绝对值编码数据。圈数权值码表的内容与N1、N2、N3的内容相关。
编码处理单元16通过编码输出接口17输出上述多圈绝对值编码数据，编码处理单元16与编码输出接口17还能够完成通信速率、设备地址、编码方向、转动参考点等的设置。在具体实施时，圈数编码机构还可以采用三个以上或其他数量的圈数编码测量轴，设置不同的圈数编码测量轴能够得到不同的传动变比，能够实现不同的检测范围。
本实用新型通过单圈编码磁钢5与单圈磁旋转传感器9配合实现单圈绝对值编码，通过至少一个圈数编码磁钢与至少一个圈数磁旋转传感器配合实现圈数编码，通过编码处理单元16对单圈绝对值编码以及圈数编码的处理，能够得到所需的多圈绝对值编码，既克服了光传感的不耐用，又克服了增量编码的不可靠，还克服了单圈绝对式编码量程小等缺点，结构简单紧凑，适应范围广，安全可靠。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种多圈绝对值编码器，包括位于编码器壳体内的单圈绝对值编码机构；其特征是：所述编码器壳体内还设置有用于获取圈数权值的圈数编码机构，所述圈数编码机构包括至少一个圈数编码测量轴，所述圈数编码测量轴的端部设有圈数编码磁钢，编码器壳体内设置有用于与所述圈数编码磁钢匹配的圈数磁旋转传感器，所述单圈绝对值编码机构与圈数编码机构的圈数磁旋转传感器均与用于进行编码数据处理的编码处理单元（16）连接。
2.根据权利要求1所述的多圈绝对值编码器，其特征是：所述编码器壳体包括固定线路板（14）以及与所述固定线路板（14）平行分布的支架（13），所述支架（13）与固定线路板（14）之间通过支撑（15）连接；圈数编码机构的圈数磁旋转传感器位于固定线路板（14）上；圈数编码测量轴的一端穿过支架（13）并邻近固定线路板（14），圈数编码磁钢位于圈数编码测量轴邻近固定线路板（14）的端部，且圈数编码磁钢与圈数磁旋转传感器呈正对应分布。
3.根据权利要求2所述的多圈绝对值编码器，其特征是：所述单圈绝对值编码机构包括单圈编码测量轴（1），所述单圈编码测量轴（1）的一端穿过支架（13）并邻近固定线路板（14），单圈编码测量轴（1）邻近固定线路板（14）的端部设置单圈编码磁钢（5），固定线路板（14）上设置与单圈编码磁钢（5）呈正对应分布的单圈磁旋转传感器（9），所述单圈磁旋转传感器（9）与编码处理单元（16）连接。
4.根据权利要求3所述的多圈绝对值编码器，其特征是：所述单圈编码磁钢（5）与圈数编码机构内的圈数编码磁钢位于同一平面上，单圈磁旋转传感器（9）与圈数磁旋转传感器位于同一平面上，且单圈磁旋转传感器（9）所在的平面与单圈编码磁钢（5）所在的平面相互平行。
5.根据权利要求3所述的多圈绝对值编码器，其特征是：所述单圈编码磁钢（5）以及圈数编码磁钢的充磁方向为单对极径向或双对极轴向对向。
6.根据权利要求3所述的多圈绝对值编码器，其特征是：所述圈数磁旋转传感器与单圈磁旋转传感器（9）均采用正交双轴磁感应元件；所述正交双轴磁感应元件包括霍尔传感器、各向异性磁阻、巨磁阻或隧道磁阻。
7.根据权利要求1所述的多圈绝对值编码器，其特征是：所述编码处理单元（16）的输出端与编码输出接口（17）连接。
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