CN207263188U - 空心轴齿轮多圈磁电绝对式编码器 - Google Patents

Abstract

一种空心轴齿轮多圈磁电绝对式编码器，该编码器包括主体、空心轴、第二磁铁、第一磁铁、第一磁芯片、电路板、第二磁芯片和齿轮组；所述空心轴设置在主体的中心位置，空心轴上固连有空心轴齿轮，所述齿轮组由多个双层齿轮依次啮合构成，每个双层齿轮的模数均相同，所述第一磁铁设置在齿轮组中与空心轴转速相同的齿轮轴上，所述第二磁铁设置在齿轮组末级实现不同减速比的齿轮轴上，所述第一磁芯片对应第一磁铁、第二磁芯片对应第二磁铁设置在电路板上，第一磁芯片和第二磁芯片分别处于第一磁铁和第二磁铁的正上方。该编码器克服了电子多圈编码器使用时间受限和齿轮光电多圈编码器造价高、调试难度高、耐用性差的缺点。

Description

空心轴齿轮多圈磁电绝对式编码器

技术领域

本实用新型涉及的是编码器领域,具体涉及一种消除机械误差算法的空心轴齿轮多圈磁电绝对式编码器。

背景技术

编码器是将角度或位移信息转换成电气信号进行传输、通信的装置。编码器主要分为绝对式和增量式两种。相对于增量式旋转编码器而言，绝对式旋转编码器无需计数、位置数据唯一，而单圈绝对式编码器只能反映一圈内的位置，无法记录多圈的位置数据。市面上的电子多圈绝对式编码器依靠低功耗器件实现断电条件下对多圈数据的记忆，再次上电后读取单圈和多圈的位置数据，组合后发送给上位机，受电池容量限制，产品的耐用性、可靠性低，而齿轮光电多圈编码器，利用齿轮减速配比，光栅和齿轮固定，通过光栅采集多圈位置数据，安装难度高、成本高、防尘效果差。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种空心轴齿轮多圈磁电绝对式编码器，该编码器克服了电子多圈编码器使用时间受限和齿轮光电多圈编码器造价高、调试难度高、耐用性差的缺点，仅使用两枚磁电芯片采集位置数据并结合特殊的算法，便可以消除齿轮传动的延时及反方向旋转造成位置数据错误，实现齿轮多圈编码器的功能。

本实用新型的目的是这样实现的，一种空心轴齿轮多圈磁电绝对式编码器，该编码器包括主体、空心轴、第二磁铁、第一磁铁、第一磁芯片、电路板、第二磁芯片和齿轮组；所述空心轴设置在主体的中心位置，空心轴上固连有空心轴齿轮，所述齿轮组由多个双层齿轮依次啮合构成，每个双层齿轮的模数均相同，所述第一磁铁设置在齿轮组中与空心轴转速相同的齿轮轴上，所述第二磁铁设置在齿轮组末级实现不同减速比的齿轮轴上，所述第一磁芯片对应第一磁铁、第二磁芯片对应第二磁铁设置在电路板上，第一磁芯片和第二磁芯片分别处于第一磁铁和第二磁铁的正上方。

所述齿轮组包括第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、第五齿轮、第六齿轮和第七齿轮，所述空心轴齿轮与第二齿轮相啮合，所述第三齿轮与第二齿轮相啮合，空心轴齿轮与第三齿轮转速相同，在主体上设置第一齿轮，所述第一齿轮与第二齿轮啮合实现了与第三齿轮相同的转速，所述第四齿轮与第三齿轮啮合，第五齿轮与第四齿轮啮合，第六齿轮与第五齿轮啮合，第七齿轮与第六齿轮啮合。

本实用新型的优点和有益效果是：

1、本实用新型中齿轮组包含编码器空心轴齿轮和多个双层齿轮，齿轮模数均相同。空心轴齿轮与编码器空心轴固定，并与一枚双层齿轮咬合，其他双层齿轮通过一定的结构与之咬合在一起。在与编码器空心轴转速相同的齿轮轴上固定磁铁、在最末级的齿轮轴上固定磁铁，电路板与之对应的位置设置磁感应芯片用来采集位置数据。放置磁铁的齿轮轴通过两枚轴承与编码器主体固定保证同轴度。未放置磁铁的齿轮轴一端固定在电路板上，另一端固定在编码器主体上，上下放置间隔柱挤压齿轮保证同轴度。

2、本实用新型空心轴齿轮多圈磁电绝对式编码器使用高精度磁电芯片，安装时保证磁铁在同一平面且高度与磁芯片表面距离接近1mm，保证磁芯片数据的有效性和线性度。

3、本实用新型省去每一级都做圈数采集的计量方式，在保证机械加工精度和安装精度的前提下，多圈数据使用位数高于实际使用位数1位，并将数据分为奇数数据和偶数数据两个区域，将单圈数据分为上下两个半圈，通过对比奇偶数据和上下半圈数据，数据处理单元进行逻辑上的纠错和补偿便可以实现圈数的加减，避免齿轮传动和反方向旋转造成误差。

4、在连接机构上，本实用新型空心轴齿轮多圈磁电绝对式编码器在主体结构上留有固定孔，弹性连接片一端与编码器固定，另一端与待测装置固定，使用弹性连接片可以缓冲掉因为安装不同轴造成的旋转晃动。传动轴穿过此编码器，并利用锁紧装置将编码器空心轴与传动轴抱紧实现同步测量。

5、本实用新型空心轴齿轮多圈磁电绝对式编码器具有造价低廉、调试简易、结构合理、实用性强、抗污染能力强、判断逻辑新颖的优点。

附图说明

图1为本实用新型空心轴齿轮多圈磁电绝对式编码器的整体结构示意图。

图2为本实用新型空心轴齿轮多圈磁电绝对式编码器的分解结构示意图。

图3为本实用新型空心轴齿轮多圈磁电绝对式编码器的俯视结构示意图。

图4为本实用新型消除齿轮传动和反向旋转误差的逻辑判断框图。

附图标记说明:主体1、空心轴2、第二磁铁3、第一磁铁4、第一磁芯片5、电路板6、第二磁芯片7、第一固定立柱8、第一上间隔柱9、第二上间隔柱10、第三上间隔柱11、第四上间隔柱12、第一下间隔柱13、第二下间隔柱14、第三下间隔柱15、第四下间隔柱16、第五下间隔柱17、第一齿轮轴18、第二齿轮轴19、第三齿轮轴20、第四齿轮轴21、第五齿轮轴22、第二磁托23、第一磁托24、第一螺丝25、第二螺丝26、第一齿轮27、第二齿轮28、第三齿轮29、第四齿轮30、第五齿轮31、空心轴齿轮32、第六齿轮33、第七齿轮34、轴承架35、第一轴承36、第二轴承37、第二固定立柱38、第三固定立柱39、第四固定立柱40、弹性连接片41、第三轴承42、第四轴承43。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的结构组成及工作原理：

由附图1所示：一种空心轴齿轮多圈磁电绝对式编码器，该编码器包括主体1、空心轴2、第二磁铁3、第一磁铁4、第一磁芯片5、电路板6、第二磁芯片7、第一固定立柱8、第一上间隔柱9、第二上间隔柱10、第三上间隔柱11、第四上间隔柱12、第一下间隔柱13、第二下间隔柱14、第三下间隔柱15、第四下间隔柱16、第五下间隔柱17、第一齿轮轴18、第二齿轮轴19、第三齿轮轴20、第四齿轮轴21、第五齿轮轴22、第二磁托23、第一磁托24、第一螺丝25、第二螺丝26、第一齿轮27、第二齿轮28、第三齿轮29、第四齿轮30、第五齿轮31、空心轴齿轮32、第六齿轮33、第七齿轮34、轴承架35、第一轴承36、第二轴承37、第二固定立柱38和第三固定立柱39；所述空心轴2上设置有空心轴齿轮32，所述空心轴齿轮32与第二齿轮28相啮合，所述第三齿轮29与第二齿轮28相啮合，通过一定的齿数比例，空心轴齿轮32与第三齿轮29转速相同。为方便磁铁的安装，本实用新型在主体1上设置第一齿轮27，所述第一齿轮27与第二齿轮28啮合实现了与第三齿轮29相同的转速，所述第一齿轮27通过第一螺丝25与主体1固定，在第一齿轮27上放置有第一磁托24，所述第一磁托24上放置有第一磁铁4用来反馈空心轴2的角度数据；所述第二齿轮28通过第一齿轮轴18与主体1固定，所述第二齿轮28上下配有第一上间隔柱9和第一下间隔柱13防止齿轮轴向移动；所述第三齿轮29通过第二齿轮轴19与主体1固定，第三齿轮29上下配有第二上间隔柱10和第二下间隔柱14防止齿轮轴向移动；所述第四齿轮30通过第三齿轮轴20与主体1固定，第四齿轮30上下配有第三上间隔柱11和第三下间隔柱15防止齿轮轴向移动；所述第五齿轮31通过第四齿轮轴21与主体1固定，第五齿轮31上下配有第四上间隔柱12和第四下间隔柱16防止齿轮轴向移动；所述第六齿轮33通过第五齿轮轴22与主体固定，第六齿轮33下配有第五下间隔柱17防止齿轮轴向移动；所述第一齿轮轴18、第二齿轮轴19、第三齿轮轴20、第四齿轮轴21和第五齿轮轴22上端均与电路板6固定，最大限度的减少齿轮的轴向移动；所述主体1上还设置有轴承架35，所述第一轴承36和第二轴承37放入轴承架35内，所述第二磁托23穿过第一轴承36和第二轴承37两枚轴 承通过第二螺丝26与主体1固定，所述第二磁托23与第七齿轮34固定，在第七齿轮34上端放置有第二磁铁3，此种结构方式利用轴承的微小晃动量抵消因为齿轮晃动造成磁铁的径向位移，最大程度的保证了第二磁芯片7采集数据的线性度；所述电路板6通过第一固定立柱8、第二固定立柱38、第三固定立柱39与主体1固定，所述第一磁芯片5对应第一磁铁4、第二磁芯片7对应第二磁铁3设置在电路板6上，第一磁芯片5和第二磁芯片7分别处于第一磁铁4和第二磁铁3的正上方间隔1mm左右，保证了磁芯片采集数据的精准度和数据的一致性，所述电路板6上还配有其他微控制器和驱动单元用来处理数据和通信(由于是现有技术，本领域技术人员容易实现，所以本实用新型附图中没有表示)。

所述编码器空心轴齿轮32齿数与第二齿轮28的齿数比为2:1，每个双层齿轮的下层齿数与上层齿数比为4:1，通过多个双层齿轮的配合便可以实现64:1的减速比，也可更改齿轮的齿数实现其他多种比例的减速比。

如图4所示，此空心轴齿轮多圈磁电绝对式编码器应用独特的数据逻辑判断方法，仅使用两枚磁电芯片便可以实现多圈计数的功能，该方法包括以下步骤：

1、为使得反馈空心轴位置的磁铁和反馈圈数的磁铁有相同的起始参考点，编码器供电调试时需将检测到的空心轴位置数据和检测到的最末级齿轮的位置数据进行清零。

2、将检测到的空心轴位置数据分为上下两个半周，判断当前位置数据是否为上半周数据，判断当前位置数据是否为下半周数据亦可。

3、用作处理的最末级齿轮位置数据应高于实际应用数据1位，并对当前最末级齿轮位置数据的奇偶性进行判断。

4、经过逻辑判断后，对由于误差造成的圈数错误数据进行补偿，将空心轴的位置数据和最末级齿轮的位置数据进行整合后通过驱动单元输出。

将上述方法举例说明如下：以单圈数据8位，多圈数据6位为例，将单圈数据分为两个半周数据，上半周为0-127，下半周为128-255。多圈数据实际需要6位，使用时采用7位数据，数据分为奇数数据和偶数数据，对2取模之后由处理单元判断出数据为奇数还是为偶数。初次调试，数据为进位的情况下，微控制器会将当前第一磁芯片5和第二磁芯片7的位置数据进行清零用来对齐两枚芯片的起始位置。然后，微控制器对第一磁芯片5的数据进行判断是否为上半周数据，对第二磁芯片7的数据对2取模判断数据为奇数还是偶数。若第一磁芯片5的数据为上半周，并且第二磁芯片7的数据为偶数据，则位置数据正确，数据整合后输出。若此时第二磁芯片7的数据为奇数据，则传动延时，微控制器对第二磁芯片7的数据加1整合后输出。若第一磁芯片5的数据为下半周，并且第二磁芯片7的数据为奇数据，则位置数据正确，数据整合后输出。若此时第二磁芯片7的数据为偶数据，则传动延时，微控制器对第二磁芯片7的数据加1整合后输出。相反，数据退位的情况下也可以采取此逻辑进行判断，消除齿轮传递造成的延时和误差。次发明判断逻辑新颖，大大减少了成本材料。

如图1所示，在连接机构上，此空心轴齿轮多圈磁电绝对式编码器主体1与弹性连接片41固定，弹性连接片的另一端与待测装置固定，待测装置的传动轴从空心轴2通过，并由锁紧装置在空心轴2的上端与空心轴抱紧，空心轴上端留有开口，允许微量的形变，空心轴这样与传动轴的固定更加贴合稳固。通过此种安装方式能够缓解因为安装不同轴造成的晃动现象，并实现精确的测量。

以上描述了本实用新型的具体实施方法和技术方案，所述结构及逻辑均用作示例，文中未详细描述的内容属于本领域专业人员公知的现有技术，本领域技术人员在遵循本实用新型原理的条件下，可以对实施方式进行变更，但变更属本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种空心轴齿轮多圈磁电绝对式编码器，其特征在于：该编码器包括主体、空心轴、第二磁铁、第一磁铁、第一磁芯片、电路板、第二磁芯片和齿轮组；所述空心轴设置在主体的中心位置，空心轴上固连有空心轴齿轮，所述齿轮组由多个双层齿轮依次啮合构成，每个双层齿轮的模数均相同，所述第一磁铁设置在齿轮组中与空心轴转速相同的齿轮轴上，所述第二磁铁设置在齿轮组末级实现不同减速比的齿轮轴上，所述第一磁芯片对应第一磁铁、第二磁芯片对应第二磁铁设置在电路板上，第一磁芯片和第二磁芯片分别处于第一磁铁和第二磁铁的正上方。

2.根据权利要求1所述的一种空心轴齿轮多圈磁电绝对式编码器，其特征在于：所述齿轮组包括第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、第五齿轮、第六齿轮和第七齿轮，所述空心轴齿轮与第二齿轮相啮合，所述第三齿轮与第二齿轮相啮合，空心轴齿轮与第三齿轮转速相同，在主体上设置第一齿轮，所述第一齿轮与第二齿轮啮合实现了与第三齿轮相同的转速，所述第四齿轮与第三齿轮啮合，第五齿轮与第四齿轮啮合，第六齿轮与第五齿轮啮合，第七齿轮与第六齿轮啮合。

3.根据权利要求2所述的一种空心轴齿轮多圈磁电绝对式编码器，其特征在于：所述第一齿轮通过第一螺丝与主体固定，在第一齿轮上放置有第一磁托，所述第一磁托上放置有第一磁铁用来反馈空心轴的角度数据；所述第二齿轮通过第一齿轮轴与主体固定，所述第二齿轮上下配有第一上间隔柱和第一下间隔柱防止齿轮轴向移动；所述第三齿轮通过第二齿轮轴与主体固定，第三齿轮上下配有第二上间隔柱和第二下间隔柱防止齿轮轴向移动；所述第四齿轮通过第三齿轮轴与主体固定，第四齿轮上下配有第三上间隔柱和第三下间隔柱防止齿轮轴向移动；所述第五齿轮通过第四齿轮轴与主体固定，第五齿轮上下配有第四上间隔柱和第四下间隔柱防止齿轮轴向移动；所述第六齿轮通过第五齿轮轴与主体固定，第六齿轮下配有第五下间隔柱防止齿轮轴向移动；所述第一齿轮轴、第二齿轮轴、第三齿轮轴、第四齿轮轴和第五齿轮轴上端均与电路板固定，所述主体上还设置有轴承架，所述第一轴承和第二轴承放入轴承架内，所述第二磁托穿过第一轴承和第二轴承两枚轴承通过第二螺丝与主体固定，所述第二磁托与第七齿轮固定，在第七齿轮上端放置有第二磁铁，所述电路板通过第一固定立柱、第二固定立柱、第三固定立柱与主体固定。