CN209820493U - 绝对值编码器和执行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及编码器技术领域，特别涉及一种能够测量执行器力矩的绝对值编码器。所述绝对值编码器包括一电路板和至少两组量测齿轮，其中每组所述量测齿轮中至少包括一个齿轮；所述至少两组量测齿轮均安装在所述电路板上，每组所述量测齿轮之间相互独立运行；所述绝对值编码器还包括用于测量每个所述齿轮转动角度的传感器，所述传感器的数量与所述齿轮的个数相对应，并连接在所述电路板上。绝对值编码器通过设置至少两组独立的量测齿轮能够扩展绝对值编码器的测量功能，使得原本只能够用来测量行程的编码器，还可以同时测量力矩等数据；执行器也因此无需再额外的增加传感器等结构来实现力矩测量。

Description

绝对值编码器和执行器

技术领域

本实用新型涉及编码器技术领域，特别涉及一种能够测量执行器力矩的绝对值编码器。

背景技术

现有的绝对值编码器通常只能用来测量转动机构所转动圈数的行程。这样的编码器采用由多个齿轮啮合而成的齿轮组作为测量的主要装置。在齿轮组中每个齿轮都带有一个径向磁钢。当齿轮转动时，位于电路板上的传感器感应齿轮上的磁钢，用来获取齿轮转动的圈数、角度等信息，并将这些信息通过计算和转换得出设备转动圈数的行程数据。

发明内容

本实用新型的一个方面，提供了一种绝对值编码器。所述绝对值编码器包括一电路板和至少两组量测齿轮，其中每组所述量测齿轮中至少包括一个齿轮；

所述至少两组量测齿轮均安装在所述电路板上，每组所述量测齿轮之间相互独立运行；

所述绝对值编码器还包括用于测量每个所述齿轮转动角度的传感器，所述传感器的数量与所述齿轮的个数相对应，并连接在所述电路板上。

可选的，所述至少两组量测齿轮包括行程量测齿轮；

所述行程量测齿轮由三个依次啮合的齿轮组成，其中一个所述齿轮为主动轮，其余两个所述齿轮为从动轮。

可选的，作为主动轮的所述齿轮的齿数为26，作为从动轮的两个所述齿轮的齿数分别为27和32。

可选的，所述至少两组量测齿轮还包括力矩量测齿轮；

所述力矩量测齿轮由一个齿轮组成。

可选的，每组所述量测齿轮均采用尼龙材料制作。

可选的，所述传感器通过CAN总线方式进行信息传递。

本实用新型的另一方面，提供了一种执行器，所述执行器上安装本实用新型提供的绝对值编码器；

其中，至少有一组所述量测齿轮通过所述执行器中的行程转换单元与所述执行器连接；

至少有一组所述量测齿轮通过所述执行器中的力矩转换单元与所述执行器连接。

可选的，与所述行程转换单元连接的所述量测齿轮为行程量测齿轮，所述行程量测齿轮由三个依次啮合的齿轮组成，其中一个所述齿轮为主动轮，其余两个所述齿轮为从动轮；

作为主动轮的所述齿轮与所述行程转换单元连接，并被所述行程转换单元驱动。

可选的，与所述力矩转换单元连接的所述量测齿轮为力矩量测齿轮，所述力矩量测齿轮由一个齿轮组成，该齿轮与所述力矩转换单元连接，并被所述力矩转换单元驱动。

可选的，与所述力矩转换单元连接的所述齿轮能够逆时针和顺时针分别转动180°。

本实用新型提供的绝对值编码器中，通过设置至少两组独立的量测齿轮能够扩展绝对值编码器的测量功能，使得原本只能够用来测量行程的编码器，还可以同时测量力矩等数据；另外，在本实用新型提供的执行器中，由于采用了上述绝对值编码器使得执行器的行程数据和力矩数据都能够被绝对值编码器测量得到，而无需再额外的增加传感器(例如压力传感器)等结构来实现力矩测量，极大简化了用于测量执行器力矩的检测系统的结构。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的绝对值编码器的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的绝对值编码器用于执行器的连接示意图。

具体实施方式

根据上述说明可知，现有的绝对值编码器通常只能用来测量行程。因此如果需要测量转动机构的力矩时，需要采用专用的或者额外的力矩测量装置。这样不仅增加投入成本，而且也导致整体结构复杂，维修不便。

众所周知，利用绝对值编码器较多的有执行器等设备。执行器是自动控制系统中的重要终端控制元件，其力矩检测是执行器的重要环节。执行器在驱动阀门等类似的转动结构时，其输出力矩随负载的变化而变化。当阀门运行到全开全关位置时或是在运行过程中阀门卡住不动的时候，执行器的输出力矩会急剧升高，同时输出电流的有效值也会随之增大。为了不损坏执行机构，需要限制执行器的最大输出力矩，这就需要对执行器的输出力矩进行测量，以及时调整电动执行器的输出状态。

然而，现有技术中利用绝对值编码器仅能测量执行器的行程，而如果需要测量执行器的力矩，就需要另外加装一些例如压力传感器等器件来辅助测量执行器力矩的结构。但是不论采用哪种测量方式，如果要实现执行器力矩的测量，都会增加传感元件和相应的电路结构，增加整个检测系统的复杂程度。在不增加其他机构的前提下，如何能够利用一个绝对值编码器同时测量执行器的行程和力矩，便成为本实用新型要解决的技术问题。为此，本实用新型提出了一种能够同时测量执行器行程和力矩的绝对值编码器的技术方案。同时，还提出了应用上述绝对值编码器的执行器的方案。

以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的绝对值编码器和执行器作进一步详细说明。根据权利要求书和下面说明，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

本实施例提供了一种绝对值编码器，并且以其应用于控制阀门的执行器中为例，对其进行详细说明，请结合图1和图2所示来理解本实施例的说明内容，图1是本实施例提供的绝对值编码器的结构示意图；图2是本实施例提供的绝对值编码器用于执行器的连接示意图。所述绝对值编码器1包括一电路板11和至少两组量测齿轮，每组所述量测齿轮之间相互独立运行。这样通过设置多组独立运行(不会互相干扰)的量测齿轮，能够拓展绝对值编码器1的测量类型(例如行程、力矩)，既能够同时测量多个执行器的行程，也可以同时测量一个执行器中的行程和力矩。正如现有技术中采用齿轮的转动角度来间接测量执行器的行程一样，本实施例提供的绝对值编码器1也是利用了类似齿轮的转动角度的测量原理。不过，本实施例提供的绝对值编码器1主要目的是为了同时测量执行器中的行程和力矩，而现有的执行器在利用力矩测量设备(现有技术中独立于编码器之外的测量设备)在进行力矩测量时，通常会通过一个能够将执行器中的力矩变化转化成角度变化的装置(例如常用的涡轮蜗杆结构，当执行器的负载发生变化时，蜗杆会在弹簧的作用下发生移动，而蜗杆的移动变化便反映出了执行器力矩的变化)，将执行器的力矩数据传递给力矩测量设备，力矩测量设备便通过测量角度的变化，以及角度对应的力矩值来测量出执行器的输出力矩。并且由于这种将执行器的转动转化成角度变化的装置所传递出的角度变化较小。因此，所述绝对值编码器1中所述量测齿轮可以最少仅设置一个齿轮来具体的反应上述的角度变化。当然如果需要所述量测齿轮测量执行器的行程时，执行器的行程通常会引起齿轮转动较多的圈数，这时可以设置两个、三个甚至更多个齿轮来实施测量。另外，设置的齿轮需要有效的支撑结构，本实施例提供的绝对值编码器为了充分利用空间，最大化的减少了单独设置支撑结构来支撑齿轮，而是直接将每组量测齿轮均安装在所述电路板11上，直接利用电路板11为齿轮提供支撑；当然，还需要在电路板11上对应每个齿轮设置用来测量齿轮转动角度的传感器(图中未示出)，这样才能将齿轮的转动数据收集起来，经过处理和计算之后得到执行器的行程和力矩。为了更加精确的测量齿轮的转动，在每个所述齿轮上还可以设置磁钢，并采用与齿轮上的磁钢匹配的角度测量传感器，通过磁钢转动引起的磁场变化来达到精确测量的目的。

上面已经提到，本实施例提供的绝对值编码器1主要目的是同时测量执行器中的行程和力矩，因此作为一种能够实现的具体方案，上述至少两组量测齿轮中包括行程量测齿轮12，以专门负责执行器的行程测量工作，通过行程量测齿轮12来负责执行器行程的测量工作。考虑到执行器的行程范围，所述行程量测齿轮12由三个依次啮合的齿轮组成(如果执行器的行程较大，还可以增加齿轮或者在执行器与所述行程量测齿轮之间加入减速机构，利用机械结构来增大所述行程量测齿轮的测量范围)，其中一个所述齿轮为主动轮，用来连接将执行器的转动传递到所述行程量测齿轮12中的装置(例如通过一些传动齿轮将执行器的转动传递到主动轮上)。其余两个所述齿轮为从动轮，通过作为主动轮的所述齿轮来驱动。需要说明的是，在图1中，主动轮设置在两个从动轮之间，同时与两个从动轮啮合，但是也可以采用主动轮仅与一个从动轮啮合，两个从动轮啮合的设置方式。将执行器的转动传递出来，以用于驱动作为主动轮的装置容易实现或现有技术中存在这种装置，因此为了便于说明，本实施例将这种可以把执行器的转动传递到所述行程量测齿轮12(也可以是现有的其他行程测量设备)的装置定义为行程转换单元21；同理，本实施例将可以把执行器的力矩变化转换成角度变化的装置定义为力矩转换单元22。

接着，为了覆盖大多数的执行器的行程范围，作为主动轮的所述齿轮的齿数为26，作为从动轮的两个所述齿轮的齿数分别为27和32。

与用来测量行程的所述行程量测齿轮12类似，用来测量力矩要用到专门负责测量力矩的力矩量测齿轮13，即所述至少两组量测齿轮中还要有力矩量测齿轮13；上述内容已经说明，经过所述力矩转换单元22转换出的角度变化较小，必要时还可以通过限制蜗杆的移动范围来限定引起的角度变化范围，例如当采用一个齿轮体现执行器力矩的变化时，可以限定齿轮逆时针和顺时针各转动180°，来分别对应执行器逆时针和顺时针转动时的力矩变化范围。因此所述力矩量测齿轮12只有一个齿轮组成便可以完成力矩的测量工作。该齿轮与所述力矩转换单元22连接后，所述力矩转换单元22转化出的角度变化能够以齿轮的转动角度变化来体现，这时，所述绝对值编码器1中的传感器仅仅负责测量齿轮的转动角度就能完成对执行器的力矩的测量工作，大大简化了测量步骤和测量结构。当然，还可以设置力矩保护阈值，即当执行器的力矩到达设定的数值时，可以及时切断电源，保护执行器不被损坏。容易理解，这里的力矩保护阈值对应齿轮的转动角度大小。

接着，为了提高齿轮的耐磨性能，每组所述量测齿轮均采用尼龙材料制作。所述绝对值编码器1的外壳14也可以采用尼龙材料制作，以达到结构精度高、投入成本低、寿命长、重量轻的效果。为了保证所述绝对值编码器1数据传输更加稳定、提高靠干扰能力，以及进一步简化电路结构，所述传感器还通过CAN总线方式与执行器的控制端进行通信。

综上所述，本实施例提供的绝对值编码器1，具有至少两组独立运行的量测齿轮，因此使得绝对编码器1具有了同时测量执行器行程和力矩的结构基础。当这样的绝对编码器1应用于执行器时，能够简化执行器的检测系统的结构，提高执行器的稳定性，延长使用寿命，降低生产成本。

上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种绝对值编码器，其特征在于，包括一电路板和至少两组量测齿轮，其中每组所述量测齿轮中至少包括一个齿轮；

所述至少两组量测齿轮均安装在所述电路板上，每组所述量测齿轮之间相互独立运行；

所述绝对值编码器还包括用于测量每个所述齿轮转动角度的传感器，所述传感器的数量与所述齿轮的个数相对应，并连接在所述电路板上。

2.如权利要求1所述的绝对值编码器，其特征在于，所述至少两组量测齿轮包括行程量测齿轮；

所述行程量测齿轮由三个依次啮合的齿轮组成，其中一个所述齿轮为主动轮，其余两个所述齿轮为从动轮。

3.如权利要求2所述的绝对值编码器，其特征在于，作为主动轮的所述齿轮的齿数为26，作为从动轮的两个所述齿轮的齿数分别为27和32。

4.如权利要求2所述的绝对值编码器，其特征在于，所述至少两组量测齿轮还包括力矩量测齿轮；

所述力矩量测齿轮由一个齿轮构成。

5.如权利要求1所述的绝对值编码器，其特征在于，每组所述量测齿轮均采用尼龙材料制作。

6.如权利要求1所述的绝对值编码器，其特征在于，所述传感器通过CAN总线方式进行信息传递。

7.一种执行器，其特征在于，所述执行器上安装有如权利要求1所述的绝对值编码器；

其中，至少有一组所述量测齿轮通过所述执行器中的行程转换单元与所述执行器连接；

至少有一组所述量测齿轮通过所述执行器中的力矩转换单元与所述执行器连接。

8.如权利要求7所述的执行器，其特征在于，与所述行程转换单元连接的所述量测齿轮为行程量测齿轮，所述行程量测齿轮由三个依次啮合的齿轮组成，其中一个所述齿轮为主动轮，其余两个所述齿轮为从动轮；

作为主动轮的所述齿轮与所述行程转换单元连接，并被所述行程转换单元驱动。

9.如权利要求8所述的执行器，其特征在于，与所述力矩转换单元连接的所述量测齿轮为力矩量测齿轮，所述力矩量测齿轮由一个齿轮组成，该齿轮与所述力矩转换单元连接，并被所述力矩转换单元驱动。

10.如权利要求9所述的执行器，其特征在于，与所述力矩转换单元连接的所述齿轮能够逆时针和顺时针分别转动180°。