CN211013002U - 磁电式多圈角位移编码器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了磁电式多圈角位移编码器，涉及编码器技术领域。一种磁电式多圈角位移编码器，包括上盖、底座、输入轴、输出轴和电路板，在电路板上同侧设置角度测量组件和圈数测量组件，还包括与输入轴和输出轴连接的磁屏蔽隔板，磁屏蔽隔板包括水平隔板和竖直隔板，上盖为磁屏蔽盖，水平隔板与上盖形成磁屏蔽腔并使角度测量组件与圈数测量组件位于磁屏蔽腔内；所述竖直隔板设置在角度测量组件与圈数测量组件之间用于屏蔽相互干扰，竖直隔板一端连接水平隔板且另一端连接电路板。本实用新型能够进行角度和圈数测量，并能够降低编码器内部的相互干扰和外部电磁场干扰，显著提高测量精度，尤其适用于体积较小的编码器。

Description

磁电式多圈角位移编码器

技术领域

本实用新型涉及编码器技术领域。

背景技术

编码器为传感器(Sensor) 类的一种，是把角位移或直线位移转换成电信号的一种装置，主要应用于机床、电梯、伺服电机配套、纺织机械、包装机械、印刷机械、起重机械等行业，它可以测量转轴转动的角度或直线位移，并且以数字量的形式传送到上位机。

目前，编码器按照传感器形式可以分为磁电式、磁敏式、光电式三种。其中，磁电式编码器具有抗振动、抗腐蚀、抗污染、抗干扰和宽温度的特性，因此可应用于传统的光电编码器不能适应的领域。磁电编码器的原理是采用磁阻或者霍尔元件对变化的磁性材料的角度或者位移值进行测量，磁性材料角度或者位移的变化会引起一定电流或者电压的变化，通过放大电路对变化量进行放大，通过单片机处理后输出脉冲信号或者模拟量信号，达到测量的目的。而多圈磁电式编码器相比单圈磁电式编码器，其测量范围加大。多圈绝对值编码器在长度定位方面的优势明显，已经越来越多地应用于工控定位中。

现在市场上通用的多圈编码器有机械多圈编码器和电子多圈编码器。运用钟表齿轮机械的原理，当中心码盘旋转时，通过齿轮传动另一组码盘（或多组齿轮，多组码盘），在单圈编码的基础上再增加圈数的编码方式，称为机械多圈绝对值编码器。另一种通过电池维持供电，保证产品断电后编码器正常记忆圈数的编码方式为电子多圈绝对值编码器。对于机械多圈编码器，通常包含多个磁铁和磁感应芯片，可以用于测量角度和旋转圈数，然而，编码器内部的多个磁铁通常位于同一平面且相邻设置，在距离较近时，容易产生相互干扰，影响了测量精度；同时，编码器外部电磁场的干扰也容易影响测量精度。

发明内容

本实用新型的目的在于：克服现有技术的不足，提供了一种磁电式多圈角位移编码器。本实用新型提供的技术方案能够进行角度和圈数测量，并通过设置磁屏蔽隔板和磁屏蔽上盖，能够降低编码器内部的相互干扰和外部电磁场干扰，显著提高测量精度，尤其适用于体积较小的编码器。

为实现上述目标，本实用新型提供了如下技术方案：

一种磁电式多圈角位移编码器，包括上盖、底座、输入轴、输出轴和电路板，输入轴通过变速齿轮箱驱动连接输出轴；

在电路板上同侧设置角度测量磁感应芯片和圈数测量磁感应芯片，所述输入轴的端部安装有磁铁，该磁铁对应所述角度测量磁感应芯片设置形成角度测量组件，所述输出轴的端部安装有磁铁，该磁铁对应所述圈数测量磁感应芯片设置形成圈数测量组件；

还包括与输入轴和输出轴连接的磁屏蔽隔板，所述磁屏蔽隔板包括水平隔板和竖直隔板，所述上盖为磁屏蔽盖，水平隔板与上盖形成磁屏蔽腔并使角度测量组件与圈数测量组件位于磁屏蔽腔内以屏蔽外部电磁场干扰；所述竖直隔板设置在角度测量组件与圈数测量组件之间用于屏蔽相互干扰，竖直隔板一端连接水平隔板且另一端连接电路板。

进一步，所述水平隔板所在平面的高度高于所述上盖与底座的连接处所在平面的高度。

进一步，所述变速齿轮箱驱动连接有两个以上的输出轴，每个输出轴的端部均固定安装有磁铁作为圈数测量磁铁，对应的，所述电路板上设置有两个以上圈数测量磁感应芯片，所述圈数测量磁感应芯片与所述圈数测量磁铁一一正对设置形成多个圈数测量组件。

进一步，相邻圈数测量组件之间通过竖直隔板分隔以屏蔽相互干扰。

进一步，所述磁屏蔽隔板的水平隔板和竖直隔板均为软磁材料板或硬磁材料板。

进一步，所述磁屏蔽隔板的水平隔板为硬磁材料板，所述竖直隔板为软磁材料板。

进一步，所述上盖为底部开口的软磁材料罩或硬磁材料罩，套在角度测量组件、圈数测量组件和磁屏蔽隔板外侧；所述底座为板或者上部开口的箱体，所述上盖底部与底座密封连接。

进一步，所述输入轴通过轴承连接底座、变速齿轮箱和水平隔板，所述输出轴通过轴承连接水平隔板。

进一步，所述变速齿轮箱为齿轮减速箱。

进一步，电路板上设置有处理器和存储器，处理器与角度测量磁感应芯片、圈数测量磁感应芯片和存储器相互通信。

本实用新型由于采用以上技术方案，与现有技术相比，作为举例，具有以下的优点和积极效果：能够进行角度和圈数测量，并通过设置磁屏蔽隔板和磁屏蔽上盖，能够降低编码器内部的相互干扰和外部电磁场干扰，显著提高测量精度，尤其适用于体积较小的编码器。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的磁电式多圈角位移编码器的结构示意图一。

图2为本实用新型实施例提供的磁电式多圈角位移编码器的结构示意图一。

附图标记说明：

上盖1；

底座2；

输入轴3；

输出轴4；

电路板5，角度测量磁感应芯片51，圈数测量磁感应芯片52、53、54；

变速齿轮箱6；

角度测量磁铁7；

圈数测量磁铁8、9、10；

第一轴承11；

第二轴承12；

第三轴承13；

第四轴承14；

磁屏蔽隔板15，水平隔板151，竖直隔板152。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型公开的磁电式多圈角位移编码器作进一步详细说明。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

需说明的是，本说明书所附图中所绘示的结构、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，并非用以限定实用新型可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应落在实用新型所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值和材料种类应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值和材料种类。

本实用新型所述的屏蔽干扰，是指能够降低或消除干扰。

实施例

参见图1所示，一种磁电式多圈角位移编码器，包括上盖1、底座2、输入轴3、输出轴4和电路板5，输入轴3通过变速齿轮箱6驱动连接输出轴4。本实施例中，所述变速齿轮箱6为齿轮减速箱。

在电路板5上，同侧设置角度测量磁感应芯片和圈数测量磁感应芯片。

所述输入轴1的端部安装有磁铁，该磁铁对应所述角度测量磁感应芯片设置形成角度测量组件。所述输出轴4的端部安装有磁铁，该磁铁对应所述圈数测量磁感应芯片设置形成圈数测量组件。所述磁铁可以为条形磁铁、马蹄形磁铁或者环形磁铁或者圆柱形磁铁。优选的，磁铁采用扁圆柱形磁铁，磁铁的外径优选范围为2-4mm。

所述编码器还包括与输入轴1和输出轴4连接的磁屏蔽隔板15，所述磁屏蔽隔板15包括水平隔板151和竖直隔板152。

所述上盖1为磁屏蔽盖，水平隔板151与上盖1形成磁屏蔽腔，所述角度测量组件与圈数测量组件位于磁屏蔽腔内以屏蔽外部电磁场干扰。

所述竖直隔板152设置在角度测量组件与圈数测量组件之间用于屏蔽相互干扰，竖直隔板152的一端连接水平隔板，竖直隔板152的另一端连接电路板5。

本实施例中，所述水平隔板151所在平面的高度高于所述上盖与底座的连接处所在平面的高度，如此，使得水平隔板151能够与上盖1形成完整的磁屏蔽腔。

所述变速齿轮箱6可以驱动连接有两个以上的输出轴4，每个输出轴4的端部均固定安装有磁铁作为圈数测量磁铁；对应的，所述电路板5上设置有两个以上圈数测量磁感应芯片，所述圈数测量磁感应芯片与所述圈数测量磁铁一一正对设置形成多个圈数测量组件。相邻圈数测量组件之间也可以通过竖直隔板152分隔以屏蔽相互干扰。

参见图1所示，示例了包括3个输出轴4的结构。所述输入轴1端部安装的角度测量磁铁7和三个输出轴4端部安装圈数测量磁铁8、9、10均位于同一平面上，各磁感应芯片与相对应的磁铁之间的间距优选范围为3mm以内，以便能够精确地检测到磁场变化。具体的，角度测量磁感应芯片51与角度测量磁铁7正对安装作为角度测量组件，圈数测量磁感应芯片52、53、54与圈数测量磁铁10、9、8一一正对安装形成3个圈数测量组件。

本实施例中，所述磁屏蔽隔板15和上盖1可以采用任何具有磁屏蔽特性的材料制作，通过材料的电磁屏蔽作用来降低或消除干扰。所述上盖1为底部开口结构，套在角度测量组件、圈数测量组件和磁屏蔽隔板15的外侧，与水平隔板151一起形成了屏蔽腔，防止外部电磁场对编码器内部磁感应芯片的干扰。

所述磁屏蔽隔板15的水平隔板151和竖直隔板152可以均采用软磁材料板或硬磁材料板，所述上盖可以采用软磁材料罩或硬磁材料罩。

具体实施时,可以根据屏蔽空间的特性，可以选择采用软磁材料或者硬磁材料。以软磁材料为例，其具有低矫顽力，可以避免导磁材料磁滞对测量的影响，尤其适用于内部空间较小的编码器；而硬磁材料磁滞可能会对测量造成干扰，其与待屏蔽的测量组件的距离不宜过小，因此当编码器的内部空间足够大时，才可以适当降低材料要求采用硬磁材料。

优选的，本实施例中，所述磁屏蔽隔板15的水平隔板151为硬磁材料板，且水平隔板152的安装于输出轴4上靠近变速齿轮箱6的位置处以尽量拉大与磁铁的举例。所述竖直隔板152则采用软磁材料板。

所述底座2可以为板结构，也可以设置为上部开口的箱体结构，参见图2所示，由于底座2无需具备磁屏蔽特征，采用箱体结构的底座可以减小磁屏蔽材料的使用量，降低制作成本。

所述上盖1底部与底座2采用密封连接，以防止外界的微粒进入到编码器内部对内部器件尤其是电子元件造成干扰或损坏。

本实施例中，所述输入轴1优选的通过轴承连接底座、变速齿轮箱和水平隔板。具体的，输入轴1通过第一轴承11连接底座1形成第一枢接，通过第二轴承12连接变速齿轮箱6形成第二枢接，通过第三轴承13连接水平隔板151形成第三枢接。而输出轴4通过第四轴承14连接水平隔板151形成枢接结构。

所述电路板5上还设置有处理器和存储器，所述处理器与角度测量磁感应芯片51，圈数测量磁感应芯片52、53、54和存储器相互通信。具体的，磁感应芯片、处理器和存储器可以集成于同一印刷电路板上，所述处理器可以控制磁感应芯片进行数据同步采集和处理，作为举例而非限制，所述处理器可以采用微控制器（MCU）。

在上面的描述中，本实用新型的公开内容并不旨在将其自身限于这些方面。而是，在本公开内容的目标保护范围内，各组件可以以任意数目选择性地且操作性地进行合并。另外，像“包括”、“囊括”以及“具有”的术语应当默认被解释为包括性的或开放性的，而不是排他性的或封闭性，除非其被明确限定为相反的含义。所有技术、科技或其他方面的术语都符合本领域技术人员所理解的含义，除非其被限定为相反的含义。在词典里找到的公共术语应当在相关技术文档的背景下不被太理想化或太不实际地解释，除非本公开内容明确将其限定成那样。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)

1.一种磁电式多圈角位移编码器，包括上盖、底座、输入轴、输出轴和电路板，输入轴通过变速齿轮箱驱动连接输出轴，其特征在于：

在电路板上同侧设置角度测量磁感应芯片和圈数测量磁感应芯片，所述输入轴的端部安装有磁铁，该磁铁对应所述角度测量磁感应芯片设置形成角度测量组件，所述输出轴的端部安装有磁铁，该磁铁对应所述圈数测量磁感应芯片设置形成圈数测量组件；

还包括与输入轴和输出轴连接的磁屏蔽隔板，所述磁屏蔽隔板包括水平隔板和竖直隔板，所述上盖为磁屏蔽盖，水平隔板与上盖形成磁屏蔽腔并使角度测量组件与圈数测量组件位于磁屏蔽腔内以屏蔽外部电磁场干扰；所述竖直隔板设置在角度测量组件与圈数测量组件之间用于屏蔽相互干扰，竖直隔板一端连接水平隔板且另一端连接电路板。

2.根据权利要求1所述的磁电式多圈角位移编码器，其特征在于：所述水平隔板所在平面的高度高于所述上盖与底座的连接处所在平面的高度。

3.根据权利要求1所述的磁电式多圈角位移编码器，其特征在于：所述变速齿轮箱驱动连接有两个以上的输出轴，每个输出轴的端部均固定安装有磁铁作为圈数测量磁铁，对应的，所述电路板上设置有两个以上圈数测量磁感应芯片，所述圈数测量磁感应芯片与所述圈数测量磁铁一一正对设置形成多个圈数测量组件。

4.根据权利要求3所述的磁电式多圈角位移编码器，其特征在于：相邻圈数测量组件之间通过竖直隔板分隔以屏蔽相互干扰。

5.根据权利要求1所述的磁电式多圈角位移编码器，其特征在于：所述磁屏蔽隔板的水平隔板和竖直隔板均为软磁材料板或硬磁材料板。

6.根据权利要求1所述的磁电式多圈角位移编码器，其特征在于：所述磁屏蔽隔板的水平隔板为硬磁材料板，所述竖直隔板为软磁材料板。

7.根据权利要求1或5或6所述的磁电式多圈角位移编码器，其特征在于：所述上盖为底部开口的软磁材料罩或硬磁材料罩，套在角度测量组件、圈数测量组件和磁屏蔽隔板外侧；所述底座为板或者上部开口的箱体，所述上盖底部与底座密封连接。

8.根据权利要求1所述的磁电式多圈角位移编码器，其特征在于：所述输入轴通过轴承连接底座、变速齿轮箱和水平隔板，所述输出轴通过轴承连接水平隔板。

9.根据权利要求1所述的磁电式多圈角位移编码器，其特征在于：所述变速齿轮箱为齿轮减速箱。

10.根据权利要求1所述的磁电式多圈角位移编码器，其特征在于：电路板上设置有处理器和存储器，处理器与角度测量磁感应芯片、圈数测量磁感应芯片和存储器相互通信。

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