CN215639495U - 编码器及伺服系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种编码器及伺服系统，所述编码器包括定子组件和转子组件，所述定子组件包括安装板以及安装至所述安装板一侧面的电路板，所述电路板上设有沿周向分布的多个磁传感器；所述转子组件包括与所述安装板同轴设置的转子盘，所述转子盘位于所述安装板沿轴向上的一侧，所述转子盘可相对于所述安装板转动，所述转子盘对应所述电路板的侧面设置有沿周向分布的多个磁极部；其中，多个所述磁传感器用于通过感测磁场变化产生感测信号。所述磁传感器与所述磁极部形成轴向气隙，由于所述磁传感器是直接安装在所述电路板上，与所述电路板贴接，向比现有的插接式磁传感器，其体积更小，因此气隙轴向高度更小，可向下兼容小型的伺服电机。

Description

编码器及伺服系统

技术领域

本实用新型涉及编码器技术领域，特别涉及编码器及伺服系统。

背景技术

在工业控制领域，编码器作为伺服电机最重要的组成部分，在电机转速测量、精密仪器的控制等领域都有很广泛的应用，在这些领域，转轴的绝对位置是很重要的控制参数，因此需要实现对其精确测量，目前市场上常用的磁场检测结构轴向高度较高，不利于小型伺服电机的兼容。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种编码器及伺服系统，可以在高性能的基础上有效降低磁编码器的轴向高度，利于小型伺服电机的兼容。

为实现上述目的，本实用新型提出一种编码器，包括：

定子组件，包括安装板以及安装至所述安装板一侧面的电路板，所述电路板上设有沿周向分布的多个磁传感器；以及，

转子组件，包括与所述安装板同轴设置的转子盘，所述转子盘位于所述安装板沿轴向上的一侧，所述转子盘可相对于所述安装板转动，所述转子盘对应所述电路板的侧面设置有沿周向分布的多个磁极部；

其中，多个所述磁传感器用于通过感测磁场变化产生感测信号。

可选地，至少部分所述磁极部沿周向的长度尺寸不相同；或者，

多个所述磁极部沿周向的长度尺寸相同。

可选地，多个所磁传感器在所述电路板沿第一圆周轨迹分布；

多个所述磁极部在所述转子盘上沿第二圆周轨迹分布；

其中，所述第一圆周轨迹和所述第二圆周轨迹同心设置，且直径相同。

可选地，各所述磁传感器沿其所在圆周上的直径为D，其中，D≤30mm。

可选地，所述电路板的周侧面凹设形成多个定位槽；

所述安装板的侧面边缘对应设有多个定位柱，各所述定位柱穿设于各所述定位槽内。

可选地，多个所述磁极部包括沿周向交替设置的多个第一磁极部和多个第二磁极部，各所述第一磁极部和各所述第二磁极部的极性相反。

可选地，所述转子盘具有多个沿周向间隔设置的磁瓦，各所述磁瓦上分别形成有一所述第一磁极部或一所述第二磁极部；或者，

所述转子盘具有一磁环，所述磁环上形成有多个沿着所述转子盘的周向分布的磁区，以形成多个所述第一磁极部和多个所述第二磁极部。

可选地，各所述磁瓦的材质为铁氧体、钕铁硼、塑磁中的一种或多种。

可选地，所述编码器还包括外壳，所述外壳为筒状结构；

所述安装板设于所述外壳内，且与所述外壳的内壁面抵接；

所述转子盘设于所述外壳内，且与所述外壳的内壁面间隙配合。

可选地，所述磁传感器为霍尔传感器。

本实用新型还提出一种伺服系统，包括：

编码器；以及，

电机，所述电机的转子与所述编码器中的所述转子盘的中部固定。

本实用新型的技术方案中，所述安装板与所述转子盘同轴安装，两者之间能够相对转动，所述磁传感器与所述磁极部沿轴向平行相对，形成轴向气隙，由于所述磁传感器是直接安装在所述电路板上，与所述电路板贴接，向比现有的插接式磁传感器，其体积更小，在所述电路板上高度与所述电路板上的其他元器件高度相仿，因此该气隙轴向高度更小，从而实现伺服电机高度精度控制的目的，并且，所述磁传感器通过实时检测所述磁极部的磁场分布，从而确定连接所述转子盘的电机转子的实时位置，精度高、体积小，可向下兼容小型的伺服电机。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的编码器一实施例的立体分解示意图；

图2为图1中编码器与电机配合的剖面示意图；

图3为图1中磁瓦的示意图；

图4为图1中磁环的示意图；

图5为图1中电路板和安装板配合的分解示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	编码器	21	转子盘
1	定子组件	21a	磁极部
				11	安装板	22	磁瓦
111	定位柱	23	磁环
				12	电路板	3	外壳
121	定位槽	4	端盖
				13	磁传感器	5	紧固件
2	转子组件	200	电机的转子

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

目前应用广泛的编码器有两种，分别是光编码器和磁编码器。光编码技术普遍存在对油污、强光垢、渗漏等因素的抗干扰能力差的缺点，影响测量的精度，并且光编码器的成本较高。与光编码器相比，旋转磁编码器则不受这些因素的影响，而且其分辨率更高，稳定性好，可以完全根除光电技术引起的各种不良故障，成为一种可替代光电编码的编码技术。但是，目前市场上有效精度在17bit以上的磁编码器均为径向磁场检测结构，此类结构磁编码器的轴向高度较高，而且大多最低只能向下兼容至60mm*60mm的伺服电机。

鉴于此，本实用新型提供一种编码器及伺服系统，具有精度高、轴向空间利用率高、体积小、成本低、结构性能稳定等优点。图1至图5为本实用新型提供的编码器的实施例。

请参照图1至图2，编码器100包括定子组件和转子组件，所述定子组件包括安装板11以及安装至所述安装板11一侧面的电路板12，所述电路板12上设有沿周向分布的多个磁传感器13；所述转子组件包括与所述安装板11同轴设置的转子盘21，所述转子盘21位于所述安装板11沿轴向上的一侧，所述转子盘21可相对于所述安装板11转动，所述转子盘21对应所述电路板12的侧面设置有沿周向分布的多个磁极部21a；其中，多个所述磁传感器13用于通过感测磁场变化产生感测信号。

本实用新型的技术方案中，所述安装板11与所述转子盘21同轴安装，两者之间能够相对转动，所述磁传感器13与所述磁极部21a沿轴向平行相对，形成轴向气隙，由于所述磁传感器13是直接安装在所述电路板12上，与所述电路板12贴接，向比现有的插接式磁传感器13，其体积更小，在所述电路板12上高度与所述电路板12上的其他元器件高度相仿，因此该气隙轴向高度更小，从而实现伺服电机高度精度控制的目的，并且，所述磁传感器13通过实时检测所述磁极部21a的磁场分布，从而确定连接所述转子盘21的电机转子的实时位置，精度高、体积小，可向下兼容小型的伺服电机。

进一步的，本实用新型不限制多个所述磁极部21a之间的排布方式，在一实施例中，请参照图，至少部分所述磁极部21a沿周向的长度尺寸不相同，即各所述磁极部21a在所述转子盘21上，在多个所述磁极部21a共同排布所形成的圆周上，对应的部分所述磁极部21a的在圆周上所占长度不相同，如此才能保证部分所述磁极部21a在圆周上相对所述转子盘21的覆盖面积不同。在其他实施例中，多个所述磁极部21a沿周向的长度尺寸相同。及在圆周上，多个所述磁极部21a之间是尺寸相同且均匀分布，需要说明的是，上述两种不同的所述磁极部21a的排布方式，均在所述转子盘21相对于所述定子盘转动时产生磁场，通过所述磁传感器13，从而在切割磁感线的过程中测量产生的磁场大小和方向并转换成电信号，解算出所述定子盘与所述转子盘21之间的相对转角，确定对应的电机转子位置。

为了保证多个所述磁传感器13和多个所述磁极部21a之间的良好配合关系，多个所磁传感器13在所述电路板12沿第一圆周轨迹分布；多个所述磁极部21a在所述转子盘21上沿第二圆周轨迹分布；其中，所述第一圆周轨迹和所述第二圆周轨迹同心设置，且直径相同。即多个所述磁传感器13与多个所述磁极部21a处于相同尺寸的圆周上分布，从而达到了正对应的位置关系，保证了所述磁传感器13和所述磁极部21a沿轴向的对应状态，相应的，由于所述磁传感器13和所述磁极部21a的尺寸不同，因此在结构上，所述磁传感器13的最外侧圆周和所述磁极部21a的最外侧圆周可能不同。

更进一步的，在一实施例中，各所述磁传感器13沿其所在圆周上的直径为D，其中，D≤30mm。即相应的所述磁传感器13的最大直径不超过30mm，从而实现小体积低成本的设计，可向下兼容适配40mm*40mm伺服电机。

本实施例中，多个所述磁极部21a包括沿周向交替设置的多个第一磁极部和多个第二磁极部，各所述第一磁极部和各所述第二磁极部的极性相反。即所述第一磁极部和所述第二磁极部一者为N极，另一为S极，所述转子盘21在圆周上分布着交替设置的N极和S极，所述磁传感器13输出矩形波信号，能够精确的感测状态。

本实用新型不限制多个所述磁极部21a的形成方式，在一实施例中，请参照图3，所述转子盘21具有多个沿周向间隔设置的磁瓦22，各所述磁瓦22上分别形成有一所述第一磁极部或一所述第二磁极部，此时，通过在各所述磁瓦22上分别充磁N极或S极，从而得到磁性交替的多个磁极部21a，此时各所述磁瓦22之间存在间隙，整个结构是先经过各磁瓦22单独充磁以后进行拼接组装的，加工方便，降低精度要求。

需要说明的是，各所述磁瓦22沿着轴向充磁，理想状态下各所述磁瓦22之间的间距相同，该设置目的是基于多个所述磁瓦22的排布得到较好的效果，使得各所述磁瓦22之间存在一定的间隙，但是在实际工程实践时，为了补偿磁场的畸变，设置各所述磁瓦22之间的间距会进行调整，可能存在不相同。

并且，当由多个所述磁瓦22组成时，各所述磁瓦22可以是尺寸完全相同的，也可以是至少部分尺寸不同的。

进一步的，本实施例中，所述磁瓦22设有8个，沿同一圆周均匀分布。

基于上述实施例，各所述磁瓦22的材质为铁氧体、钕铁硼、塑磁中的一种或多种，以使得所述磁瓦22具有便于充磁和良好的磁感应性能。

为了形成多个所述磁极部21a，在其他实施例中，请参照图1、图4，所述转子盘21具有一磁环23，所述磁环23上形成有多个沿着所述转子盘21的周向分布的磁区，以形成多个所述第一磁极部和多个所述第二磁极部。即多个所述第一磁极部和多个所述第二磁极部均处在用提磁环23上，且沿周向连续设置。此结构状态下，所述磁环23沿着轴向充磁，所述磁传感器13检测轴向的磁场大小和方向，进行位置的解算。

需要说明的是，各所述磁环23的材质为铁氧体、钕铁硼、塑磁中的一种或多种，以使得所述磁环23具有便于充磁和良好的磁感应性能。

跟进一步的，所述转子盘21朝向所述安装板的端面上凸设有环形限位凸起，所述磁环23或者多个所述磁瓦22的外侧面与所述环形限位凸起的内壁面相抵，以便于安装时的导向。

在另一实施例中，所述转子盘211具有多个沿周向间隔设置的磁块，各所述磁块在所述转子盘211周向上的两端分别形成一所述第一磁极部和一所述第二磁极部。各所述磁块可以理解为一具有N极和S极的磁铁。如此设置，可以对多个所述磁块分别进行充磁得到对应的所述第一磁极部和所述第二磁极部，相较于磁环23的设置方式充磁更方便，降低加工难度。

进一步的，本实施例中，所述磁环23上含有4对磁极。

在其他实施例中，多个所述磁极部21a的磁性可以设置相同，多个所述磁极部21a间隔设置，即整个圆周上的磁极分布均为单磁极，各所述磁极部21a的极性为N极或者S极。相对于设置两种磁极的方式，可以理解为对应的S极或者N极进行留空处理，留空位置的长度即对应的所述磁极部21a的长度，如此设置不影响磁感应和所述磁传感器13进行位置解码的整体原理，并且节省的材料。需要说明的是，该结构状态下，单磁极的设置方式在形成磁场后没有绝对的磁场过零点，因此在信号处理上会有所不同，在此不做详细说明。

需要说明的是，本实用新型采用贴片式的磁传感器13进行配合，该磁传感器13为6个或以上，通过实时检测所述磁瓦22的磁场分布，确定电机转子位置，以实现编码器100有效精度17bit以上。

进一步的，本实用新型不限制所述磁传感器13的具体类别，只要能够实现电磁信号转换即可，具体的，本实施例中所述磁传感器13为霍尔传感器，多个所述霍尔传感器沿周向均匀分布。霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，被广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。

本实用新型的实施例中，请参照图2，所述编码器100还包括外壳3，所述外壳3为筒状结构，所述安装板11设于所述外壳3内，且与所述外壳3的内壁面抵接，所述转子盘21设于所述外壳3内，且与所述外壳3的内壁面间隙配合。如此，保证所述安装板11作为定子盘与所述外壳3保持相对固定，所述安装架可以通过过盈连接或胶水粘接的方式固定于所述机壳的内圆周上，所述转子盘21与所述外壳3存在一定的间隙从而使得所述转子盘21与相应的电子转子同步在所述外壳3内相对转动。

进一步的，所述筒状外壳3的最大直径不超过37mm，以满足小体积，更优的，可以向下兼容至40mm*40mm伺服电机。

为了便于所述电路板12和所述安装板11之间的定位安装，请参照图5，所述电路板12的周侧面凹设形成多个定位槽121；所述安装板11的侧面边缘对应设有多个定位柱111，各所述定位柱111穿设于各所述定位槽121内。具体的，本实施例中，所述定位槽121和所述定位柱111一一对应设置三组，且沿周向均匀分布，达到良好的定位效果。

具体的，所述筒状外壳3的内壁面凸设由环形圆台，各所述定位柱111的端部与所述圆台的上端面抵接配合，同时，所述编码器100还设有端盖4，所述端盖4盖设所述外壳3的上端面，以封闭所述外壳3，所述外壳3的下端面与伺服电机中对应的部分相抵。

在其他实施例中，所述电路板12可以通过卡扣、胶水粘接或螺钉连接的方式固定在所述安装板11上，在此不做详细说明

除此之外，本实施例中，所述安装板11为一环形板，体积小，便于接线穿过，在此不做详细说明。

本实用新型还提供一种伺服系统，包括上述的编码器100，所述伺服系统包括上述的编码器100的全部技术特征，因此，也具有上述全部技术特征带来的技术效果，此处不再一一赘述。具体的，所述伺服系统还包括电机，所述电机的转子200与所述编码器100中的所述转子盘21的中部固定。所述电机的外壳3罩设所述编码器100设置。

具体的，所述转子盘21的中部背离所述安装板11的端面凸设由定位凹槽，所述从所述电机的转子200插入，同时，通过一紧固件5穿过所述转子盘21的中部插入至所述电机的转子200上，以保证连接稳固，本实施例中该紧固件5为一螺栓，通过螺纹固定方式安装至所述电机的转子200上。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (11)

1.一种编码器，其特征在于，包括：

定子组件，包括安装板以及安装至所述安装板一侧面的电路板，所述电路板上设有沿周向分布的多个磁传感器；以及，

转子组件，包括与所述安装板同轴设置的转子盘，所述转子盘位于所述安装板沿轴向上的一侧，所述转子盘可相对于所述安装板转动，所述转子盘对应所述电路板的侧面设置有沿周向分布的多个磁极部；

其中，多个所述磁传感器用于通过感测磁场变化产生感测信号。

2.如权利要求1所述的编码器，其特征在于，至少部分所述磁极部沿周向的长度尺寸不相同；或者，

多个所述磁极部沿周向的长度尺寸相同。

3.如权利要求1所述的编码器，其特征在于，多个所磁传感器在所述电路板沿第一圆周轨迹分布；

多个所述磁极部在所述转子盘上沿第二圆周轨迹分布；

其中，所述第一圆周轨迹和所述第二圆周轨迹同心设置，且直径相同。

4.如权利要求1所述的编码器，其特征在于，各所述磁传感器沿其所在圆周上的直径为D，其中，D≤30mm。

5.如权利要求1所述的编码器，其特征在于，所述电路板的周侧面凹设形成多个定位槽；

所述安装板的侧面边缘对应设有多个定位柱，各所述定位柱穿设于各所述定位槽内。

6.如权利要求1所述的编码器，其特征在于，多个所述磁极部包括沿周向交替设置的多个第一磁极部和多个第二磁极部，各所述第一磁极部和各所述第二磁极部的极性相反。

7.如权利要求6所述的编码器，其特征在于，所述转子盘具有多个沿周向间隔设置的磁瓦，各所述磁瓦上分别形成有一所述第一磁极部或一所述第二磁极部；或者，

所述转子盘具有一磁环，所述磁环上形成有多个沿着所述转子盘的周向分布的磁区，以形成多个所述第一磁极部和多个所述第二磁极部。

8.如权利要求7所述的编码器，其特征在于，各所述磁瓦的材质为铁氧体、钕铁硼、塑磁中的一种或多种。

9.如权利要求1所述的编码器，其特征在于，所述编码器还包括外壳，所述外壳为筒状结构；

所述安装板设于所述外壳内，且与所述外壳的内壁面抵接；

所述转子盘设于所述外壳内，且与所述外壳的内壁面间隙配合。

10.如权利要求1所述的编码器，其特征在于，所述磁传感器为霍尔传感器。

11.一种伺服系统，其特征在于，包括：

编码器，所述编码器为如权利要求1至10任意一项所述的编码器；以及，

电机，所述电机的转子与所述编码器中的所述转子盘的中部固定。

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