CN210898836U - 一种磁编码器及电机旋转位置测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种磁编码器及电机旋转位置测量装置，其中，磁编码器包括用于和定子部分相固定的霍尔传感器、以及用于和转子部分相固定的磁铁，霍尔传感器分布在转子部分的中心轴线上、且霍尔传感器的敏感表面平行于转子部分的中心轴线上，磁铁沿转子部分的径向分布在霍尔传感器的外侧。本申请涉及的磁编码器中，其通过霍尔传感器和磁铁的位置设置能够实现可靠且高精度的测试，故本申请中的磁编码器具有结构简单、安装调试方便、测量精度高、成本低等优点，使得具有该磁编码器的电机旋转位置测量装置也相应地具有上述优点，有利于电机旋转位置测量装置在缝纫机中的推广使用。

Description

一种磁编码器及电机旋转位置测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种磁编码器。

本实用新型还涉及一种安装有上述磁编码器的电机旋转位置测量装置。

背景技术

电机(即电机轴)旋转位置一直是电机闭环控制中一个非常重要的参数，故电机旋转位置的测量一直是电机闭环控制中一个非常重要的环节。目前，常用的电机旋转位置测量装置很多都采用光电编码器、磁编码器、或旋转电位器的方式进行电机旋转位置的测量，但这些传统的电机旋转位置测量装置都存在下述缺陷。电机旋转位置测量装置采用光电编码器时，测量精度取决于光电编码器中光栅的精度，但光栅精度越高、相应的光电编码器价格也就越贵。同样地，高精度的磁编码器的价格也非常地昂贵，由此造成电机旋转位置测量装置的成本的大幅度上升。但是，在电机旋转位置测量装置的某些应用中，要得到一个精度高的位置信号，若采用精度高的光电编码器或磁编码器，由此造成的成本上升在很多应用中是不能被接受的，比如在缝纫机中的应用。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种高精度、但低成本的磁编码器。

为实现上述目的，本实用新型提供一种磁编码器，包括用于和定子部分相固定的霍尔传感器、以及用于和转子部分相固定的磁铁，其特征在于：所述霍尔传感器分布在转子部分的中心轴线上、且霍尔传感器的敏感表面平行于转子部分的中心轴线上，所述磁铁沿转子部分的径向分布在霍尔传感器的外侧。

进一步地，所述霍尔传感器为线性霍尔传感器。

进一步地，所述磁编码器还包括用于和定子部分固定连接的霍尔安装支架、以及用于转子部分固定连接的磁铁安装支架；所述磁铁安装支架中设有收容腔、以及沿转子部分的径向设在收容腔外侧的磁铁安装腔，所述磁铁固定在磁铁安装腔中，所述收容腔沿转子部分的轴向设在转子部分端部的外侧；所述霍尔安装支架设有位于磁铁安装腔中的霍尔安装部、以及开设在霍尔安装部中的霍尔安装腔，所述霍尔传感器固定在霍尔安装腔中。

进一步地，所述霍尔安装支架具有沿转子部分的径向平直延伸的支架固定部，所述支架固定部用于和定子部分固定连接。

进一步地，所述收容腔和磁铁安装腔都开设在磁铁安装支架背向转子部分端部的一侧，所述磁铁安装支架面向转子部分端部的另一侧开设有固定槽，所述固定槽用于容置转子部分的端部。

进一步地，所述磁铁有两个，所述霍尔传感器有一个；两个磁铁平行设置、且沿转子部分的轴对称分布在霍尔传感器的外周，两个磁铁相互面对的磁极极性相反、使两个磁铁之间形成匀强磁场，所述霍尔传感器位于匀强磁场中。

进一步地，所述磁铁有两个，所述霍尔传感器有三个；两个磁铁平行设置、且沿转子部分的轴对称分布在三个霍尔传感器的外周，两个磁铁相互面对的磁极极性相反、使两个磁铁之间形成匀强磁场；三个霍尔传感器沿转子部分的周向间隔排布、且都位于匀强磁场中。

进一步地，所述磁编码器还包括连接导线和传感器信号处理器，所述霍尔传感器通过连接导线与传感器信号处理器相连。

本申请还提供一种电机旋转位置测量装置，包括电机和如上所述的磁编码器，所述电机具有电机壳、以及可转动地安装在电机壳中的电机轴，所述磁编码器中的磁铁与电机轴相固定，所述磁编码器中的霍尔传感器与电机壳相固定。

如上所述，本实用新型涉及的磁编码器及电机旋转位置测量装置，具有以下有益效果：

本申请涉及的磁编码器中，其通过霍尔传感器和磁铁的位置设置能够实现可靠且高精度的测试，故本申请中的磁编码器具有结构简单、安装调试方便、测量精度高、成本低等优点，使得具有该磁编码器的电机旋转位置测量装置也相应地具有上述优点，有利于电机旋转位置测量装置在缝纫机中的推广使用。

附图说明

图1为本申请中电机旋转位置测量装置的结构示意图。

图2为图1的剖视图。

图3为本申请磁编码器实施例一中霍尔传感器和磁铁的位置关系图。

图4为本申请磁编码器实施例二中霍尔传感器和磁铁的位置关系图。

图5为本申请磁编码器实施例二中霍尔传感器输出的电压信号曲线图。

图6为本申请磁编码器实施例三中霍尔传感器和磁铁的位置关系图。

图7为本申请磁编码器实施例三中霍尔传感器输出的电压信号曲线图。

元件标号说明

1 霍尔传感器

11 线性霍尔传感器

2 磁铁

3 霍尔安装支架

31 霍尔安装部

32 霍尔安装腔

33 支架固定部

34 支架本体部

35 支架端部

36 封堵部

4 磁铁安装支架

41 收容腔

42 磁铁安装腔

43 固定槽

5 电机轴

6 后端盖

7 连接导线

8 传感器信号处理器

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

须知，本说明书附图所绘的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

本申请提供一种电机旋转位置测量装置，包括电机、以及磁编码器，用于测量电机中电机轴5的旋转位置，电机轴5的旋转位置也即为电机轴5的旋转角度α。本申请涉及的电机旋转位置测量装置可以应用在缝纫机中，此时，电机可以为缝纫机中驱动主轴转动的主电机、或为缝纫机中用于调节针距的调针距电机、或为缝纫机中用于调节抬牙高度的抬牙调节电机等。

如图1和图2所示，电机具有电机壳、以及可转动地安装在电机壳中的电机轴5，电机壳属于电机的定子部分，电机轴5属于电机的转子部分；磁编码器包括与电机壳相固定的霍尔传感器1、以及与电机轴5相固定磁铁2。特别地，霍尔传感器1分布在电机轴5的中心轴线上、且霍尔传感器1的敏感表面平行于电机轴5的中心轴线上，即：电机轴5的中心轴线位于霍尔传感器1的敏感表面所在的平面内，磁铁2沿电机轴5的径向分布在霍尔传感器1的外侧。为便于叙述，将电机轴5的轴向定义为前后方向，电机轴5设置磁编码器的一端为后端。

本申请涉及的电机旋转位置测量装置采用磁编码器，在运行时，电机轴5带动磁铁2同步转动，而霍尔传感器1固定不动，使得霍尔传感器1输出一个变化的电压信号，由此通过霍尔传感器1的输出信号能够测量磁铁2的旋转角度，从而得到电机轴5的旋转角度，实现电机旋转位置的测量。特别地，霍尔传感器1为沿平行于电机轴5的中心轴线的方式安装、而非沿传统的垂直于电机轴5的中心轴线的方式安装，且霍尔传感器1分布在电机轴5的中心轴线上，磁铁2沿电机轴5的径向分布在霍尔传感器1的外侧，由此能够实现可靠且高精度的测试。故本申请中的磁编码器具有结构简单、安装调试方便、测量精度高、成本低等优点，使得具有该磁编码器的电机旋转位置测量装置也相应地具有上述优点，有利于电机旋转位置测量装置在缝纫机中的推广使用。

进一步地，霍尔传感器1和磁铁2的优选安装结构为：如图1和图2所示，磁编码器还包括和电机壳中后端盖6固定连接的霍尔安装支架3、以及和电机轴5固定连接的磁铁安装支架4。磁铁安装支架4的前端设有收容腔41、以及沿电机轴5的径向设在收容腔41外侧的磁铁安装腔42，磁铁2固定在磁铁安装腔42中，进而将磁铁2与磁铁安装支架4相固定，收容腔41沿电机轴5的轴向设在电机轴5端部的外侧。霍尔安装支架3设有位于磁铁安装腔42中的霍尔安装部31、以及开设在霍尔安装部31中的霍尔安装腔32，霍尔传感器1固定在霍尔安装腔32中，进而将霍尔传感器1与霍尔安装支架3相固定，霍尔安装部31与磁铁安装腔42之间可相对转动。

较优地，如图2所示，针对霍尔安装支架3：霍尔安装支架3具有沿电机轴5轴向前后轴向延伸的支架本体部34、从支架本体部34的前端沿电机轴5径向一体地向外平直延伸出的支架固定部33、从支架本体部34的后端沿电机轴5径向一体地向内平直延伸出的支架端部35、从支架端部35的内周沿电机轴5轴向一体地向前延伸出的霍尔安装部31、以及封堵在霍尔安装部31前端的封堵部36，霍尔安装部31的内周和封堵部36形成霍尔安装腔32，支架固定部33和电机壳固定连接，进而将霍尔安装支架3与电机壳相固定。针对磁铁安装支架4：收容腔41和磁铁安装腔42都开设在磁铁安装支架4背向电机轴5后端部的后侧，磁铁安装支架4面向电机轴5端部的前侧开设有固定槽43，电机轴5的后端部容置在固定槽43中、两者之间可以紧配合固定。

较优地，如图3或图4或图6所示，霍尔传感器1为线性霍尔传感器11，进一步提升磁编码器的测量精度。另外，如图1和图2所示，磁编码器还包括连接导线7和传感器信号处理器8，霍尔传感器1通过连接导线7与传感器信号处理器8相连，传感器信号处理器8对数据进行处理，将电机轴5和磁铁2的实时旋转位置转换为数字信号输出给其他设备，即霍尔传感器1输出的电压信号，最后根据电压信号再求解磁铁2和电机轴5的旋转位置，也即计算出电机轴5的旋转角度α；而数字信号在传输中不易被干扰，传输可靠性高。

磁编码器中，磁铁2的数量为至少一个，霍尔传感器1的数量也为至少一个，基于磁铁2和霍尔传感器1的不同数量，下述提供几个磁编码器的优选实施例；且下述实施例中，霍尔传感器1都为线性霍尔传感器11。

磁编码器实施例一、如图3所示，磁铁2和线性霍尔传感器11各有一个，磁铁2沿电机轴5的径向分布在线性霍尔传感器11的一侧，磁铁2的磁极S极或N极面对线性霍尔传感器11。磁编码器实施例一为单磁铁2结构，在测量过程中，单个磁铁2围绕线性霍尔传感器11旋转，线性霍尔传感器11根据检测到的磁场输出周期性变化的电压信号，由此获得电机轴5的旋转角度α。磁编码器实施例一中，需要将线性霍尔传感器11的敏感表面(即芯片)严格放置在电机轴5的中心轴线，其需要较高的加工和组装精度要求。

磁编码器实施例二、如图4和图5所示，磁铁2有两个，线性霍尔传感器11有一个。两个磁铁2平行设置、且沿电机轴5的轴对称分布在线性霍尔传感器11的外周，故两个磁铁2按180°周向排列的方式平行安装。两个磁铁2的磁极S极或N极都面对线性霍尔传感器11，且一个磁铁2面向线性霍尔传感器11侧的磁极与另一个磁铁2面向线性霍尔传感器11侧的磁极相反，故两个磁铁2相互面对的磁极极性相反，由此使两个磁铁2之间形成匀强磁场，线性霍尔传感器11位于匀强磁场中。图4所示的视图中，两个磁铁2中，一个磁铁2的N极面对线性霍尔传感器11，另一个磁铁2的S极面对线性霍尔传感器11。电机轴5旋转时，电机轴5带动两块磁铁2一起转动，两块磁铁2之间在一定的区域内产生的匀强磁场也绕着线性霍尔传感器11旋转，线性霍尔传感器11在磁场的作用下输出一个变化的电压信号，线性霍尔传感器11输出的电压信号P与磁铁2的旋转角度α之间的关系图如图5所示。传感器信号处理器8将旋转角度α和电压信号P做对应处理，最终实际工作时线性霍尔传感器11根据实时的磁铁2的旋转角度α输出相应的电压信号，即可准确检测出磁铁2的旋转角度α，也即准确检测出电机轴5的位置。

磁编码器实施例三、如图6和图7所示，磁铁2有两个，线性霍尔传感器11有三个。两个磁铁2平行设置、且沿电机轴5的轴对称分布在线性霍尔传感器11的外周，故两个磁铁2按180°周向排列的方式平行安装。三个线性霍尔传感器11都位于两个磁铁2之间、且沿电机轴5的周向间隔排布，故三个线性霍尔传感器11按120°周向排列。两个磁铁2的磁极S极或N极都面对线性霍尔传感器11，且一个磁铁2面向线性霍尔传感器11侧的磁极与另一个磁铁2面向线性霍尔传感器11侧的磁极相反，故两个磁铁2相互面对的磁极极性相反，由此使两个磁铁2之间形成匀强磁场，三个线性霍尔传感器11位于匀强磁场中。图6所示的视图中，两个磁铁2中，一个磁铁2的N极面对线性霍尔传感器11，另一个磁铁2的S极面对线性霍尔传感器11。电机轴5旋转时，电机轴5带动两块磁铁2一起转动，两块磁铁2之间在一定的区域内产生的匀强磁场绕着三个线性霍尔传感器11旋转，三个线性霍尔传感器11在磁场的作用下输出一个变化的电压信号，三个线性霍尔传感器11分别输出的电压信号Q1、Q2、Q3与磁铁2的旋转角度α之间的关系图如图7所示。传感器信号处理器8根据三个线性霍尔传感器11输出的电压值计算出磁铁2的旋转角度α，也即检测出电机轴5的位置。磁编码器实施例三采用三个相位差120°的正弦信号可以高精度地且连续地检测出电机轴5的位置，同时也具有容易制造和低成本的优点。

上述磁编码器的实施例二和实施例三中，两块平行安装的磁铁2之间能够形成一个匀强磁场，在检测过程中，该匀强磁场绕着线性霍尔传感器11旋转，其从物理上保证线性霍尔传感器11输出的电压信号为一理想的正弦波信号、且只依赖于磁铁2和电机轴5的旋转角度α，不容易被干扰，由此从根本上保证电机轴5的旋转角度α的测量精度，实现高精度测量电机轴5的旋转角度α。

综上所述，本申请涉及的电机旋转位置测量装置中，其采用磁编码器，通过磁编码器中霍尔传感器1和磁铁2之间位置关系的设置，实现了高精度测量和非接触式测量，且成本低、安装方便、调试简单，非常适合一些需要低成本、高精度的使用环境，比如缝纫机，尤其是对于一些旋转角度不大的旋转位置测量。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种磁编码器，包括用于和定子部分相固定的霍尔传感器(1)、以及用于和转子部分相固定的磁铁(2)，其特征在于：所述霍尔传感器(1)分布在转子部分的中心轴线上、且霍尔传感器(1)的敏感表面平行于转子部分的中心轴线上，所述磁铁(2)沿转子部分的径向分布在霍尔传感器(1)的外侧。

2.根据权利要求1所述的磁编码器，其特征在于：所述霍尔传感器(1)为线性霍尔传感器(11)。

3.根据权利要求1或2所述的磁编码器，其特征在于：还包括用于和定子部分固定连接的霍尔安装支架(3)、以及用于转子部分固定连接的磁铁安装支架(4)；所述磁铁安装支架(4)中设有收容腔(41)、以及沿转子部分的径向设在收容腔(41)外侧的磁铁安装腔(42)，所述磁铁(2)固定在磁铁安装腔(42)中，所述收容腔(41)沿转子部分的轴向设在转子部分端部的外侧；所述霍尔安装支架(3)设有位于磁铁安装腔(42)中的霍尔安装部(31)、以及开设在霍尔安装部(31)中的霍尔安装腔(32)，所述霍尔传感器(1)固定在霍尔安装腔(32)中。

4.根据权利要求3所述的磁编码器，其特征在于：所述霍尔安装支架(3)具有沿转子部分的径向平直延伸的支架固定部(33)，所述支架固定部(33)用于和定子部分固定连接。

5.根据权利要求3所述的磁编码器，其特征在于：所述收容腔(41)和磁铁安装腔(42)都开设在磁铁安装支架(4)背向转子部分端部的一侧，所述磁铁安装支架(4)面向转子部分端部的另一侧开设有固定槽(43)，所述固定槽(43)用于容置转子部分的端部。

6.根据权利要求1或2所述的磁编码器，其特征在于：所述磁铁(2)有两个，所述霍尔传感器(1)有一个；两个磁铁(2)平行设置、且沿转子部分的轴对称分布在霍尔传感器(1)的外周，两个磁铁(2)相互面对的磁极极性相反、使两个磁铁(2)之间形成匀强磁场，所述霍尔传感器(1)位于匀强磁场中。

7.根据权利要求1或2所述的磁编码器，其特征在于：所述磁铁(2)有两个，所述霍尔传感器(1)有三个；两个磁铁(2)平行设置、且沿转子部分的轴对称分布在三个霍尔传感器(1)的外周，两个磁铁(2)相互面对的磁极极性相反、使两个磁铁(2)之间形成匀强磁场；三个霍尔传感器(1)沿转子部分的周向间隔排布、且都位于匀强磁场中。

8.根据权利要求1所述的磁编码器，其特征在于：还包括连接导线(7)和传感器信号处理器(8)，所述霍尔传感器(1)通过连接导线(7)与传感器信号处理器(8)相连。

9.一种电机旋转位置测量装置，包括电机，所述电机具有电机壳、以及可转动地安装在电机壳中的电机轴(5)，其特征在于：还包括权利要求1-8任一项所述的磁编码器，所述磁编码器中的磁铁(2)与电机轴(5)相固定，所述磁编码器中的霍尔传感器(1)与电机壳相固定。

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