CN217738285U - 一种具备绝对零位的高分辨率电磁式角度编码器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具备绝对零位的高分辨率电磁式角度编码器及其制备方法，利用多对极磁铁实现霍尔电磁式编码器的高分辨率输出，并且在编码器结构内集成光电开关及遮光片，当监测到光电开关输出由高电平到低电平的跳变即将当前的电角度周期的零位作为绝对零位，从而实现了多对极磁铁模式下的绝对零位功能，进而提升了此类编码器的技术水平及应用领域。

Description

一种具备绝对零位的高分辨率电磁式角度编码器

技术领域

本实用新型涉及角度编码器，尤其涉及一种霍尔电磁式角度编码器。

背景技术

角度编码器是将结构体、法兰、旋转轴、轴承、电路解码板等部件用外罩封装成一个紧凑的结构体，引出连接轴与被测轴系相连，角度编码器作为一种精密测角元件在机器人关节臂、伺服电机、风力发电机、汽车、加工中心、机床、测试转台、纺织设备等行业应用极为广泛。

角度编码器根据其实现原理主要分为光电式和电磁式两大类，光电式角度编码器的优点是分辨率及测角精度高，缺点是其内部所需的光源器件是寿命损耗器件，同时因为其内部的光栅板为玻璃材质，因而在振动、冲击较强烈的环境下存在光栅板碎裂而导致产品失效的风险。

最常用的电磁式角度编码器即霍尔式角度编码器，它是在编码器内部的轴系上固定一径向充磁的1对极圆形磁铁，在与磁铁相对应的固定端安置一集成了霍尔敏感元件的磁解码芯片，当轴系带动圆形磁铁转动时，磁解码芯片将感应到变化的电磁场并将其转换为数字化的电信号，通过对此电信号进行解码即可测出当前轴系的转角。

霍尔电磁式角度编码器的优点是结构简单，无类似光源的寿命损耗器件，因而产品的使用寿命长、环境适应性好，其缺点是测角分辨率低。

霍尔电磁式角度编码器的分辨率取决于所应用的磁解码芯片的分辨率，目前磁解码芯片的分辨率最高的是安华高公司研制的AEAT-6600，可达到16位。

为进一步提高角度编码器的分辨率，可增加磁铁的极对数，但这种增加磁铁极对数的方法虽然可以提高编码器的分辨率，但也会造成编码器失去绝对零点，如何在提高霍尔电磁式角度编码器分辨率的同时还保持绝对零点，成为当前霍尔电磁式角度编码器的技术难题。

发明内容

为此，本实用新型提出一种具备绝对零位的高分辨率电磁式角度编码器及其制备方法以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案：一种具备绝对零位的高分辨率电磁式角度编码器，其包括旋转轴、下轴承、上轴承，基座、多对极磁铁、遮光片、铜螺柱、电路板、光电开关；所述下轴承内圈套在旋转轴的下轴承位上，所述上轴承内圈套在旋转轴的上轴承位上，将旋转轴连同上下轴承一起套入基座内，其中上轴承的外圈被基座的上轴承位顶住以防止旋转轴向上窜动，下轴承则采用环氧树脂粘胶固化的方式与基座的内壁进行固定以防止旋转轴向下窜动。

在旋转轴顶部圆形凹槽内放置一径向充磁的多对极磁铁，随后将遮光片用螺钉固定在旋转轴上。

将铜螺柱固定在基座上，将光电开关焊接在电路板上，随后将电路板放置在铜螺柱上用螺钉固定，令电路板上的磁解码芯片与多对极磁铁相对，间距约2mm。

进一步，作为优选，所述多对极磁铁为8对极，这样旋转轴带动多对极磁铁每转过一圈，解码出的电角度则会变化8个周期，若磁解码芯片选择的是16位分辨率，则角度编码器的分辨率将可达到19位，从而实现了高分辨率测角。

进一步，作为优选，所述光电开关为红外对射式光电传感器，它包含发射端和接收端，通过对光电开关供电，其发射端发出红外光，当遮光片未进入U型槽时，接收端能接收到红外光，此时光电开关的输出端为高电平，当遮光片进入U型槽内，接收端则不能接收到红外光，此时光电开关的输出端为低电平。

通过监测光电开关输出由高电平到低电平的跳变即可将当前的电角度周期的零位作为绝对零位，从而实现了多对极磁铁模式下的绝对零位功能。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

传统霍尔式电磁式角度编码器因磁解码芯片最高到16位使得此类编码器的分辨率很难提升，如果将磁铁由单对极改为多对极虽然可以提升分辨率，但却没有了绝对零点，本实用新型通过集成光电开关及遮光片，并在电路板上对光电开关的输出信号进行捕捉，当监测到光电开关输出由高电平到低电平的跳变即将当前的电角度周期的零位作为绝对零位，从而实现了多对极磁铁模式下的绝对零位功能，进而提升了此类编码器的技术水平及应用领域。

附图说明

图1为一种高分辨率电磁式角度编码器的立体结构示意图。

图2为一种高分辨率电磁式角度编码器中旋转轴及上下轴承的结构示意图。

图3为一种高分辨率电磁式角度编码器中法兰、磁铁及遮光片的俯视结构示

意图。

图4为一种高分辨率电磁式角度编码器中法兰的仰视结构示意图。

图5为光电开关的结构示意图。

图中：1、旋转轴；2、基座；3、多对极磁铁；4、遮光片；5、铜螺柱；6、电路板；7、光电开关；8、下轴承；9、上轴承；10、旋转轴的下轴承位；11、旋转轴的上轴承位；12、基座的上轴承位；13、基座的内壁；14、旋转轴顶部圆形凹槽；15、遮光片固定螺钉；16、旋转轴上端的安装孔；17、电路板固定螺钉；18、基座的安装孔；19、光电开关发射端；20、光电开关接收端；21、光电开关电源输入端；22、光电开关GND输入端；23、光电开关输出端；24、光电开关U型槽。

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。

实施例：请参阅附图1-5，本实用新型提供一种技术方案：一种具备绝对零位的高分辨率电磁式角度编码器，其包括旋转轴1、下轴承8、上轴承9，基座2、多对极磁铁3、遮光片4、铜螺柱5、电路板6、光电开关7；所述下轴承8内圈套在旋转轴1的下轴承位10上，所述上轴承9内圈套在旋转轴1的上轴承位11上，将旋转轴1连同下轴承8、上轴承9一起套入基座2内，其中上轴承9的外圈被基座2的上轴承位12顶住以防止旋转轴1向上窜动，下轴承8则采用环氧树脂粘胶固化的方式与基座2的内壁13进行固定以防止旋转轴1向下窜动。

在旋转轴1顶部圆形凹槽14内放置一径向充磁的多对极磁铁3，随后将遮光片4用螺钉15固定在旋转轴1上端的安装孔16上。

将铜螺柱5固定在基座2的安装孔18上，将光电开关7焊接在电路板6上，随后将电路板6放置在铜螺柱5上用螺钉17固定，令电路板6上的磁解码芯片26与多对极磁铁3相对，间距约2mm。

进一步，作为优选，所述多对极磁铁3设计为8对极，这样旋转轴1带动多对极磁铁3每转过一圈，解码出的电角度则会变化8个周期，若磁解码芯片26选择的是16位分辨率芯片，则角度编码器的分辨率将达到19位。

进一步，作为优选，所述光电开关7为红外对射式光电传感器，它包含发射端19和接收端20，通过对光电开关电源输入端21供+5V电压，光电开关GND输入端22接地，其发射端19发出红外光，当遮光片4未进入U型槽24时，接收端20能接收到红外光，此时光电开关的输出端23为高电平，当遮光片4进入U型槽24内，接收端20则不能接收到红外光，此时光电开关的输出端23为低电平。通过监测光电开关输出端23由高电平到低电平的跳变即可将当前的电角度周期的零位作为绝对零位，从而实现了多对极磁铁模式下的绝对零位功能。

Claims (3)

1.一种具备绝对零位的高分辨率电磁式角度编码器，其包括旋转轴（1）、基座（2）、多对极磁铁（3）、遮光片（4）、铜螺柱（5）、电路板（6）、光电开关（7），其特征是：在旋转轴（1）顶部圆形凹槽（14）内放置一径向充磁的多对极磁铁（3），随后将遮光片（4）用螺钉（15）固定在旋转轴（1）上端的安装孔（16）上，将光电开关（7）焊接在电路板（6）上，当遮光片（4）进入光电开关（7）的U型槽内将会使得光电开关输出发生变化，利用这个特性即可实现多对极磁铁模式下霍尔电磁式角度编码器的绝对零位功能。

2.根据权利要求1所述的具备绝对零位的高分辨率电磁式角度编码器，其特征在于：所述多对极磁铁（3）设计为8对极，这样旋转轴（1）带动多对极磁铁（3）每转过一圈，解码出的电角度则会变化8个周期，若磁解码芯片（26）选择的是16位分辨率芯片，则角度编码器的分辨率将达到19位。

3.根据权利要求1所述的具备绝对零位的高分辨率电磁式角度编码器，其特征是光电开关（7）为红外对射式光电传感器，它包含发射端（19）和接收端（20），通过对光电开关电源输入端（21）施加+5V电压，光电开关GND输入端（22）接地，其发射端（19）发出红外光，当遮光片（4）未进入U型槽（24）时，接收端（20）能接收到红外光，此时光电开关的输出端（23）为高电平，当遮光片（4）进入U型槽（24）内，接收端（20）则不能接收到红外光，此时光电开关的输出端（23）为低电平，通过监测光电开关输出端（23）由高电平到低电平的跳变即可将当前的电角度周期的零位作为绝对零位，从而实现了多对极磁铁模式下的绝对零位功能。

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