CN218847244U - 一种光磁编码器及电气设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例涉及编码器领域，公开了一种光磁编码器及电气设备，该光磁编码器包括印刷电路板、环形的多对极磁体、若干个霍尔传感器、挡光片和若干个光电传感器，多对极磁体和挡光片同轴设置，多对极磁体轴向的两个底面上分别设置有印刷电路板和挡光片，霍尔传感器和光电传感器固定在印刷电路板上，霍尔传感器沿环形分布于多对极磁体的外侧，每个霍尔传感器与多对极磁体之间的距离相同，光电传感器的光源部和检测部分别设置在挡光片沿轴向的两侧，本实用新型实施例提供的光磁编码器结构简单、检测精度较高。

Description

一种光磁编码器及电气设备

技术领域

本实用新型实施例涉及编码器领域，特别涉及一种光磁编码器及电气设备。

背景技术

角位移传感器作为关键核心部件广泛应用于工业自动化、数控机床、新能源电动车、机器人、视频摄像监控等诸多领域，对系统的位移、速度和转角等进行实时检测和反馈。如在视频监控领域的应用，目前主要采用步进电机通过皮带传动，驱动摄像头开环旋转。当步进电机失步，或者皮带松动等因素，导致摄像头偏离预置位置，从而会丢失需要捕获或监控的画面。因此采用摄像头末端闭环检测尤为必要。

目前市场上主要使用的两种类型是光电编码器和磁电编码器。其中，光电编码器主要由转轴、码盘、光栅、光源以及光接收器所组成，光栅码盘随着转轴一起转动，光源发出的光沿直线传播，遇到光栅狭缝时会透过狭缝被光接收器所接收，再经过后续信号处理电路的处理最终输出脉冲波形，优点在于具有较高的精度和分辨率。磁电编码器则由磁体和霍尔元件组成，具有响应速度较快、耐高温、体积小、抗振动、不易受尘埃和结露影响等特性，更适应于小型化和苛刻环境的要求。

在实现本实用新型实施例过程中，发明人发现以上相关技术中至少存在如下问题：光电编码器的码盘刻线通常不耐油污，且光栅由于其材料特性，尤其是采用玻璃光栅时抗振动性较差，难以适应粉尘和油污等恶劣环境、以及冲击和过载较大的领域。磁电编码器则精度和分辨率没有光电编码器优越，虽然可以通过选用多对极磁电编码器并增加编码器中磁环的磁极对数来提高编码器的分辨率，但依旧存在难以区分输出的角度具体位于多对极的哪一磁极，从而难以计算编码器的绝对角度的问题。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种光磁编码器及电气设备。

本实用新型实施例的目的是通过如下技术方案实现的：

为解决上述技术问题，第一方面，本实用新型实施例中提供了一种光磁编码器，包括：印刷电路板；环形的多对极磁体，所述多对极磁体轴向的一底面连接所述印刷电路板；若干个霍尔传感器，固定于所述印刷电路板，所述若干个霍尔传感器沿环形分布于所述多对极磁体的外侧，且每个所述霍尔传感器与所述多对极磁体之间的距离相同；挡光片，与所述多对极磁体同轴设置，且所述挡光片设置在所述多对极磁体轴向的另一底面上；若干个光电传感器，固定于所述印刷电路板，各所述光电传感器的光源部和检测部分别设置在所述挡光片沿轴向的两侧。

在一些实施例中，所述光电传感器的数量与所述多对极磁体中磁极的对数满足如下关系：

n≤2^q

其中，n表示所述多对极磁体的磁极的对数，q表示所述光电传感器的数量。

在一些实施例中，任意两个所述霍尔传感器之间的机械角度具有如下关系：

其中，T表示两个霍尔传感器之间的机械角度，θ₁表示一对磁极的电气角度，x表示所述霍尔传感器的数量，m表示所述两个霍尔传感器实际间隔的具有整周期的磁极对数，n表示所述多对极磁体的磁极的对数。

在一些实施例中，所述挡光片包括遮光区和透光区，所述挡光片相对于所述光电传感器转动时，所述遮光区和/或所述透光区位于所述光电传感器的光源部和检测部之间。

在一些实施例中，所述遮光区和所述透光区的数量皆为至少一个且形状为半圆或扇形，其中，所述遮光区和所述透光区的数量皆为至少两个时所述遮光区和所述透光区交错排列。

在一些实施例中，所述多对极磁体的磁极的对数为3对，各所述光电传感器间隔120°分布，所述遮光区和所述透光区的数量皆为一个，其中，所述遮光区的圆心角为120°且所述透光区的圆心角为240°，或者，所述遮光区的圆心角为240°且所述透光区的圆心角为120°，或者，所述多对极磁体的磁极的对数为4对，各所述光电传感器间隔90°分布，所述遮光区和所述透光区的数量皆为一个，所述遮光区和所述透光区的圆心角皆为180°，或者，所述多对极磁体的磁极的对数为5对，各所述光电传感器间隔72°分布，所述遮光区和所述透光区的数量皆为一个，其中，所述遮光区的圆心角为144°且所述透光区的圆心角为216°，或者，所述遮光区的圆心角为216°且所述透光区的圆心角为144°，或者，所述多对极磁体的磁极的对数为8对，各所述光电传感器间隔45°分布，所述遮光区和所述透光区的数量皆为两个且所述遮光区和所述透光区交错排列，一个所述遮光区和一个所述透光区的圆心角为45°，另一个所述遮光区和另一个所述透光区的圆心角为135°。

在一些实施例中，所述光磁编码器还包括：处理器，所述处理器固定于所述印刷电路板且与所述印刷电路板电连接，各所述霍尔传感器和各所述光电传感器分别通过所述印刷电路板与所述处理器电连接。

在一些实施例中，所述光磁编码器还包括：通信接口，所述通信接口与所述处理器电连接，用于与伺服控制器连接。

为解决上述技术问题，第二方面，本实用新型实施例提供了一种电气设备，包括：如第一方面所述的光磁编码器；执行机构，所述光磁编码器连接所述执行机构；驱动机构，所述驱动机构连接所述执行机构。

在一些实施例中，所述执行机构包括旋转轴，所述印刷电路板上设置有通孔，所述旋转轴插设于所述通孔。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型实施例中提供了一种光磁编码器及电气设备，该光磁编码器包括印刷电路板、环形的多对极磁体、若干个霍尔传感器、挡光片和若干个光电传感器，多对极磁体和挡光片同轴设置，多对极磁体轴向的两个底面上分别设置有印刷电路板和挡光片，霍尔传感器和光电传感器固定在印刷电路板上，霍尔传感器沿环形分布于多对极磁体的外侧，每个霍尔传感器与多对极磁体之间的距离相同，光电传感器的光源部和检测部分别设置在挡光片沿轴向的两侧，本实用新型实施例提供的光磁编码器结构简单、检测精度较高。

附图说明

一个或多个实施例中通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件/模块表示为类似的元件/模块，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1(a)是本实用新型实施例一提供的一个视角上的光磁编码器的立体图；

图1(b)是本实用新型实施例一提供的另一个视角上的光磁编码器的立体图；

图1(c)是图1(a)所示光磁编码器的分解图；

图1(d)是图1(a)所示光磁编码器的俯视图；

图2是图1所示光磁传感器中多对极磁体及霍尔传感器的结构示意图；

图3(a)是光磁编码器的多对极磁体具有6对磁极时计算绝对角度时的角度解算波形图；

图3(b)是光磁编码器的多对极磁体具有8对磁极时计算绝对角度时的角度解算波形图；

图4(a)是6路霍尔信号的波形曲线图；

图4(b)是图4(a)所示霍尔信号对径差分后的三相霍尔信号的波形曲线图；

图5是本实用新型实施例一提供的挡光片的几种结构示例图；

图6(a)是光电传感器输出的脉冲电平采用格雷码编码排序作为编码组合时挡光片的结构及挡光片与光电传感器的相对位置关系下对应输出的编码组合示意图；

图6(b)是光电传感器输出的脉冲电平采用伪随机码编码排序作为编码组合时挡光片的一种结构及挡光片与光电传感器的相对位置关系下对应输出的编码组合示意图；

图7是本实用新型实施例二提供的一种电气设备的结构框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，如果不冲突，本实用新型实施例中的各个特征可以相互结合，均在本申请的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，但是在某些情况下，可以不同于装置中的模块划分。此外，本文所采用的“第一”、“第二”等字样并不对数据和执行次序进行限定，仅是对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不适用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

为了解决当前光电编码器难以适应恶劣环境的需要，磁电编码器分辨率、精度不高的问题，本实用新型实施例提供了一种新型的光磁编码器及电气设备，该光磁编码器通过光电传感器输出的脉冲信号，结合霍尔传感器输出霍尔信号，分别确定编码器所在的磁极区间以及在该磁极中的相对角度，从而得到较为准确的绝对角度，该光磁编码器在具有结构简单这一优点的同时，还具有高分辨率的优势。

具体地，下面结合附图，对本实用新型实施例作进一步阐述。

实施例一

本实用新型实施例提供了一种光磁编码器，请一并参见图1(a)、图1(b)、图1(c)、图1(d)，其中，图1(a)示出了本实用新型实施例提供的一个视角上的光磁编码器的立体图，图1(b)示出了本实用新型实施例提供的另一个视角上的光磁编码器的立体图，图1(c)示出了图1(a)所示光磁编码器的分解图，图1(d)示出了图1(a)所示光磁编码器的俯视图，所述光磁编码器10至少包括印刷电路板11、多对极磁体12、霍尔传感器13、挡光片14、光电传感器15。进一步地，所述光磁编码器10还可以包括处理器16和通信接口17。

所述印刷电路板(Printed circuit boards，PCB)11，用于集成所述光磁编码器10上的各电子元器件，以及实现各电子元器件之间的电连接及通讯，需要说明的是，本实用新型实施例中仅描述了印刷电路板11上设置有霍尔传感器13和光电传感器15这两类电子元器件，所述印刷电路板11上还可以设置有其他的电阻、电容等功率器件。且有，各电子元器件可通过焊接的方式固定在所述印刷电路板11上，根据各自的原理进行连接。且有，在图1所示示例中，所述印刷电路板11的中心设置有通孔110，所述通孔110用于插入执行机构的旋转轴，所述印刷电路板11固定在执行机构的旋转轴上。

所述多对极磁体12为环形的多对极磁体12，所述多对极磁体12轴向上具有两个底面，所述多对极磁体12轴向的一底面连接所述印刷电路板11，所述多对极磁体12轴向的另一底面上设置有所述挡光片14。且有，所述多对极磁体12包括若干对磁极，请参见图2，其示出了本实用新型图1所示光磁传感器中多对极磁体12及霍尔传感器13的结构，其中，相邻的磁块N和磁块S构成一对磁极。进一步地，所述多对极磁体12固定在所述印刷电路板11上，且所述多对极磁体12内侧可以固定在所述执行机构的基座上。

在本实用新型图1及图2所示示例中，具有6对磁极，在其他的一些实施例中，所述多对极磁体12可以是具有至少两对磁极的磁体，具体可根据实际的分辨率需要设置所述多对极磁体12中磁极的对数。如图3(a)所示，为具有6对磁极时计算绝对角度时的角度解算波形，如图3(b)所示，为具有8对磁极时计算绝对角度时的角度解算波形，不难看出增加所述多对极磁体12中磁极的对数可增加所述光磁编码器10的分辨率。

所述霍尔传感器13、也即霍尔元件的数量为若干个，所述霍尔传感器13固定于所述印刷电路板11，具体地，可以是通过霍尔支架固定在所述印刷电路板11上，所述若干个霍尔传感器13沿环形分布于所述多对极磁体12的外侧，所述若干个霍尔传感器13设置于所述多对极磁体12的外侧，且如图1(c)所示，每个霍尔传感器13与所述多对极磁体12之间的距离相同，以使各所述霍尔传感器13的磁敏检测部位于所述多对极磁体12的外侧径向等距离点，所述的径向指的是所述多对极磁体12的直径方向。且有，每对磁极对应6个霍尔元件，分别为A、B、C三相的三对霍尔，也即A+、A-、B+、B-、C+、C-，每一相为一组对径元件，也即A+与A-、B+与B-、C+与C-氛围互为一对极，且互为一对极的两个霍尔之间的电气角度为180°，A、B、C三相电气角度互相间隔120°。如图4(a)所示为上述A+、A-、B+、B-、C+、C-的6路霍尔信号的波形曲线，且6路霍尔信号的表达式如下：

进一步地，还可以将互为一对极的两个霍尔进行对径差分处理，从而在提高AD模拟信号幅值的同时，去除信号中的高频成分，霍尔信号的波形曲线如图4(b)所示，对应三相信号的表达式如下：

进而，在多对极的霍尔分布也遵从如上述单对极霍尔分布的原则下，仅需满足如上述电气角度关系的前提下，任意两个霍尔传感器可以在合适的角度和位置任意摆放，仅需满足上述角度关系即可，请一并参见图1(c)和图2，各所述霍尔传感器13在同一虚拟圆C的圆周方向上按照设定角度分布，且任意两个所述霍尔传感器13之间的机械角度具有如下关系：

T＝L+θ₁×m，m∈[0，n]

其中，T表示两个霍尔传感器13之间的机械角度，θ₁表示一对磁极的电气角度，x表示所述霍尔传感器13的数量，m表示所述两个霍尔传感器13实际间隔的具有整周期的磁极对数，n表示所述多对极磁体12的磁极的对数。将上述公式简化后可得到任意两个所述霍尔传感器13之间的机械角度具有如下关系：

例如，在本实用新型实施例如图2所示示例中，存在6对磁极，将n＝6代入上述公式后，可得到每一对磁极的电气角度θ₁＝60°，代入任意两个所述霍尔传感器13之间的机械角度的计算公式后可的L＝10°，因此，实际设计时，两个霍尔之间的间隔角度可如下表1所示：

表1

再例如，若存在8对磁极，将n＝8代入上述公式后，可得到每一对磁极的电气角度θ₁＝45°，代入任意两个所述霍尔传感器13之间的机械角度的计算公式后可的L＝7.5°，因此，实际设计时，两个霍尔之间的间隔角度可如下表2所示：

表2

所述挡光片14与所述多对极磁体12设置，例如，可以是同轴套设在执行机构的旋转轴外侧，从而使得挡光片14和所述多对极磁体12可以实现同步旋转，所述挡光片14固定在所述多对极磁体12轴向的底面上，也即，所述挡光片14和所述印刷电路板11分别设置在所述多对极磁体12轴向的两个底面上，所述挡光片14用于旋转时间隔阻断光线的通断；可选地，所述挡光片14可与所述多对极磁体12通过胶接固定到执行机构的旋转轴上，随着旋转轴一起同步旋转。且有，所述挡光片14在生产时还可以与所述多对极磁体12粘接为一体后，套设在执行机构的旋转轴上。

请参见图5，其示出了挡光片14的几种结构示例，所述挡光片14包括遮光区141和透光区142，所述挡光片14相对于所述光电传感器15转动时，所述遮光区141和/或所述透光区142位于所述光电传感器15的光源部和检测部之间，显然，如图5所示，所述透光区142的扇形面积及半径小于所述遮光区141的扇形面积及半径，这样的结构设置使得所述遮光区141能够遮挡光电传感器15的光源部发出来的光，所述透光区142则不遮挡光电传感器15的光源部发出来的光。其中，由于所述光电传感器15可能具有多个，因此，在具有多个光电传感器15的情况下，所有光电传感器15的光源部和检测部皆位于挡光片14的遮光区141之间，或者，所有光电传感器15的光源部和检测部皆位于挡光片14的透光区142之间，或者，部分光电传感器15的光源部和检测部位于挡光片14的遮光区141之间且其他光电传感器15的光源部和检测部位于挡光片14的透光区142之间这三种情况。具体地，所述遮光区141位于所述光电传感器15的光源部和检测部之间时，所述光电传感器15输出第一脉冲电平，所述透光区142位于所述光电传感器15的光源部和检测部之间时，所述光电传感器15输出第二脉冲电平，所述第一脉冲电平和所述第二脉冲电平为反相的脉冲电平。也即是，若所述遮光区141阻断光线的通断时，所述光电传感器15输出高电平的第一脉冲电平，则所述第二脉冲电平为低电平，反之，若所述第一脉冲电平为低电平则所述第二脉冲电平为高电平。

所述光电传感器15的数量为若干个，所述光电传感器15固定在所述印刷电路板11上，且设置在所述多对极磁体12的外侧，各所述光电传感器15的光源部和检测部分别设置在所述挡光片14沿轴向的两侧。

具体地，所述光电传感器15的数量与所述多对极磁体12中磁极的对数满足如下关系：

n≤2¹

其中，n表示所述多对极磁体12的磁极的对数，q表示所述光电传感器15的数量。

请一并参见图6(a)和图6(b)，其中，图6(a)示出了所述光电传感器输出的脉冲电平采用格雷码编码排序作为编码组合时挡光片的结构及与光电传感器的相对位置关系下对应输出的编码组合，图6(b)示出了所述光电传感器输出的脉冲电平采用伪随机码编码排序作为编码组合时挡光片的一种结构及与光电传感器的相对位置关系下对应输出的编码组合，图6(a)和图6(b)皆以三个光电传感器为例，且虚线表示三个光电传感器所在的位置，被挡光片14的遮挡区挡住光源部的光电传感器输出高电平1，未被挡光片14的遮挡区挡住光源部、也即透光区位于光源部和检测部之间的光电传感器输出低电平0，编码组合与顺时针方向上光电传感器依次输出的脉冲电平相对应。

各所述磁极的位置区间对应有唯一的编码组合，所述编码组合由所述若干个光电传感器的输出的脉冲电平依序组成；其中，所述编码组合采用格雷码编码时，所述遮光区和所述透光区的数量皆为一个且形状为半圆，或者，所述编码组合采用伪随机码编码时，所述遮光区和所述透光区的数量皆为至少一个且形状皆为扇形，且当存在至少两个所述遮光区141和所述透光区142时，至少两个所述遮光区141和至少两个所述透光区142交错排列。其中，所述伪随机码可以是m序列、M序列以及截断序列中的一种。

例如，当磁极的对数为2,4,6时，采用格雷码编码正好编码组合的数量与磁极的对数相同，一个编码组合能够与一个磁极区间对应，相邻的两个编码中只有一位发生跳变。也即，磁极的对数为2时，代入光电传感器15的数量q与多对极磁体12中磁极的对数n的关系式2≤2¹计算可知至少需要1个光电传感器以满足关系式2≤2¹，格雷码编码的编码组合则为0-1；2个编码组合分别与2个磁极的具体区间对应。磁极的对数为4时，代入光电传感器15的数量q与多对极磁体12中磁极的对数n的关系式4≤2^q计算可知至少需要2个光电传感器以满足关系式4≤2²，格雷码编码的编码组合则为00-01-11-10；4个编码组合分别与4个磁极的具体区间对应。磁极的对数为6时，代入光电传感器15的数量q与多对极磁体12中磁极的对数n的关系式6≤2^q计算可知至少需要3个光电传感器以满足关系式4≤2³，格雷码编码的编码组合则为100-110-111-011-001-000；6个编码组合分别与6个磁极的具体区间对应，也即如图6(a)所示。

再例如，请继续一并参见图5，当磁极的对数为3,4,5,8时，采用伪随机码编码：在所述多对极磁体12的磁极的对数n为3时，代入光电传感器15的数量q与多对极磁体12中磁极的对数n的关系式3≤2^q计算可知至少需要2个光电传感器以满足关系式3≤2²，且各所述光电传感器15间隔120°分布，此时，所述遮光区141和所述透光区142的数量皆为一个，挡光片14可以按照120°和240°的角度切割成0和1两种编码，如图5所示，磁极对数n＝3时，所述遮光区141的圆心角α₁为120°且所述透光区142的圆心角α₂为240°，或者，所述遮光区141的圆心角α₁为240°且所述透光区142的圆心角α₂为120°，伪随机码编码的编码组合则为01-11-10，3个编码组合分别与3个磁极的具体区间对应。在所述多对极磁体12的磁极的对数n为4时，代入光电传感器15的数量q与多对极磁体12中磁极的对数n的关系式4≤2^q计算可知至少需要2个光电传感器以满足关系式3≤2²，且各所述光电传感器15间隔90°分布，此时，所述遮光区141和所述透光区142的数量皆为一个，挡光片14可以按照180°的角度切割成0和1两种编码，如图5所示，磁极对数n＝4时，所述遮光区141的圆心角α₁和所述透光区142的圆心角α₂皆为180°，伪随机码编码的编码组合则为00-01-11-10，4个编码组合分别与4个磁极的具体区间对应。在所述多对极磁体12的磁极的对数n为5时，代入光电传感器15的数量q与多对极磁体12中磁极的对数n的关系式5≤2^q计算可知至少需要3个光电传感器以满足关系式5≤2³，且各所述光电传感器15间隔72°分布，此时，所述遮光区141和所述透光区142的数量皆为一个，挡光片14可以按照144°和216°的角度切割成0和1两种编码，如图5所示，磁极对数n＝5时，所述遮光区141的圆心角α₁为144°且所述透光区142的圆心角α₂为216°，或者，所述遮光区141的圆心角α₁为216°且所述透光区142的圆心角α₂为144°，伪随机码编码的编码组合则为001-011-111-110-100，5个编码组合分别与5个磁极的具体区间对应。在所述多对极磁体12的磁极的对数n为8时，代入光电传感器15的数量q与多对极磁体12中磁极的对数n的关系式8≤2^q计算可知至少需要3个光电传感器以满足关系式8≤2³，且各所述光电传感器15间隔45°分布，此时，所述遮光区141和所述透光区142的数量皆为两个，挡光片14可以按照45°、45°、135°和135°的角度切割成0和1两种编码，如图5所示，磁极对数n＝8时，一个所述遮光区141的圆心角α₁和一个所述透光区142的圆心角α₂为45°，另一个所述遮光区141的圆心角α₁′和另一个所述透光区142的圆心角α₂′为135°，伪随机码编码的编码组合则为001-000-100-010-101-110-111-011，8个编码组合分别与8个磁极的具体区间对应，也即如图6(b)所示。

需要说明的是，格雷码编码和伪随机码编码可用于对大于等于2的任何对数的磁极区间的编码，上述实施例中举例的磁极对数及相应采用的编码方式并非对两者的限定，具体可结合实际挡光片14的设计及切割的形状进行设置；所述挡光片14的结构也不限于图5所示结构，具体可根据实际检测精度的需要进行设计。

所述处理器(Micro controller Unit，MCU)16固定于所述印刷电路板11且与所述印刷电路板11电连接，各所述霍尔传感器13和各所述光电传感器15分别通过所述印刷电路板11与所述处理器16电连接。所述处理器16存储有处理所述光电传感器15和所述霍尔传感器13的检测信号的计算程序，能够实现绝对角度的检测及计算。各霍尔传感器13在多对极磁体12旋转时产生霍尔信号，该信号为一正弦或余弦电压信号，并通过电连接将该信号输出到所述处理器16的AD检测口；同样地，旋转时所述光电传感器15则将脉冲信号输出至所述处理器16的I/O检测口。

所述通信接口17固定于所述印刷电路板11且与所述处理器16电连接，所述通信接口17能够用于与伺服控制器连接，所述通信接口17可以是各类芯片的通信串口，可通过所述通信接口17读写所述处理器16存储的角度数据等参数。

本实用新型实施例提供的光磁编码器工作时，所述光磁编码器上电后，处理器通过与光电传感器连接的AD接口获取光电传感器输出的脉冲信号，同时，处理器还通过与霍尔传感器连接的I/O接口获取霍尔传感器输出的霍尔信号，并将所述脉冲信号和霍尔信号与时钟信号一并储存到存储器或寄存器中。然后，将当前各光电传感器输出的脉冲电平依序组合得到编码组合，并根据所述编码组合确定当前所在磁极的具体区间；根据所述霍尔信号，确定当前所在磁极中的相对角度；根据所述具体区间和所述相对角度，计算当前时刻的绝对角度。当前时刻的绝对角度的计算公式如下：

θ＝65536×N+θ₂

其中，θ表示所述当前时刻的绝对角度，N表示所述当前所在磁极的具体区间，θ₂表示所述相对角度。

请一并参见图2所示示例，不难得到，若将θ₁作为第一对磁极(N＝1)，则当旋转至θ₂所在的S磁块上时，绝对角度也即θ＝65536×2+θ₂。

进一步地，若所述光磁编码器上电时，光电传感器正好位于所述挡光片切割的边沿处时，编码输出会存在边沿跳变的情况，导致光电传感器的编码输出有误，最终导致绝对角度的计算错误，为识别这种情况，还可以在所述光磁编码器上电静止时，控制所述光电传感器进行若干次检测并获取每次检测的编码组合；然后判断若干次检测得到的编码组合中是否存在异常的编码组合；若是，则控制所述光磁编码器旋转预设角度。

实施例二

本实用新型实施例提供了一种电气设备，请参见图7，其示出了本实用新型实施例提供的一种电气设备的结构框图，所述电气设备1包括：光磁编码器10、执行机构20、驱动机构30、伺服单片机40。

所述光磁编码器10为实施例一所述的光磁编码器10，可用于检测执行机构20上电后旋转的绝对角度。所述光磁编码器10连接所述执行机构20。

所述执行机构20与所述光磁编码器10同轴固定，以使所述光磁编码器10能够检测所述执行机构20的绝对角度、转速、旋转方向等信息。具体地，请一并参见图1(b)，所述执行机构20包括旋转轴，所述印刷电路板11上设置有通孔110，所述旋转轴插设于所述通孔110，也即所述印刷电路板11固定在所述执行机构20末端的旋转轴上。

所述驱动机构30连接所述执行机构20，所述驱动机构30可以是步进电机等，所述驱动机构30可以通过传动机构，如传动皮带驱动所述执行机构20。

所述伺服单片机40，分别与所述驱动机构30和所述光磁编码器10连接，配置为基于所述光磁编码器10检测并反馈的绝对角度输出控制信号至所述驱动机构30。

所述伺服单片机40能够驱动所述驱动机构30旋转，从而通过所述传动机构带动所述执行机构20旋转，进而与所述执行机构20的旋转轴同轴设置的光磁编码器10能够检测、采集所述执行机构20旋转的绝对角度、转速、旋转方向等信息，并将信息反馈给所述伺服单片机40，以使所述伺服单片机40能够相应调整输出至所述驱动机构30的控制信号，如根据实际旋转角度和控制量的偏差来校正控制信号。

以所述电气设备1是可旋转的监控摄像头为例，此时所述执行机构20为摄像头本体，驱动机构30为步进电机，伺服单片机40在接收到运动指令后，输出控制摄像头旋转的控制信号至步进电机(即驱动机构30)，步进电机(即驱动机构30)根据控制信号旋转并带动套设在所述步进电机(即驱动机构30)上的传动皮带移动，传动皮带则带动摄像头本体(即执行机构20)旋转，所述光磁编码器10设置在监控摄像头的末端，检测监控摄像头旋转的方向、转速、绝对角度等信息，并将信息反馈至所述伺服单片机40，伺服单片机40根据反馈的信息确定输出的控制信号中控制摄像头旋转的控制量与实际摄像头本体旋转的角度是否存在偏差，进而调整输出的控制信号。

本实用新型实施例中提供了一种光磁编码器及电气设备，该光磁编码器包括印刷电路板、环形的多对极磁体、若干个霍尔传感器、挡光片和若干个光电传感器，多对极磁体和挡光片同轴设置，多对极磁体轴向的两个底面上分别设置有印刷电路板和挡光片，霍尔传感器和光电传感器固定在印刷电路板上，霍尔传感器设置于多对极磁体的外侧，每个霍尔传感器与多对极磁体之间的距离相同，光电传感器的光源部和检测部分别设置在挡光片沿轴向的两侧，本实用新型实施例提供的光磁编码器结构简单、检测精度较高。

需要说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其他变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种光磁编码器，其特征在于，包括：

印刷电路板；

环形的多对极磁体，所述多对极磁体轴向的一底面连接所述印刷电路板；

若干个霍尔传感器，固定于所述印刷电路板，所述若干个霍尔传感器沿环形分布于所述多对极磁体的外侧，且每个所述霍尔传感器与所述多对极磁体之间的距离相同；

挡光片，与所述多对极磁体同轴设置，且所述挡光片设置在所述多对极磁体轴向的另一底面上；

若干个光电传感器，固定于所述印刷电路板，各所述光电传感器的光源部和检测部分别设置在所述挡光片沿轴向的两侧。

2.根据权利要求1所述的光磁编码器，其特征在于，

所述光电传感器的数量与所述多对极磁体中磁极的对数满足如下关系：

n≤2^q

其中，n表示所述多对极磁体的磁极的对数，q表示所述光电传感器的数量。

3.根据权利要求1所述的光磁编码器，其特征在于，

任意两个所述霍尔传感器之间的机械角度具有如下关系：

其中，T表示两个霍尔传感器之间的机械角度，θ₁表示一对磁极的电气角度，x表示所述霍尔传感器的数量，m表示所述两个霍尔传感器实际间隔的具有整周期的磁极对数，n表示所述多对极磁体的磁极的对数。

4.根据权利要求1所述的光磁编码器，其特征在于，

所述挡光片包括遮光区和透光区，所述挡光片相对于所述光电传感器转动时，所述遮光区和/或所述透光区位于所述光电传感器的光源部和检测部之间。

5.根据权利要求4所述的光磁编码器，其特征在于，

所述遮光区和所述透光区的数量皆为至少一个且形状为半圆或扇形，

其中，所述遮光区和所述透光区的数量皆为至少两个时所述遮光区和所述透光区交错排列。

6.根据权利要求4所述的光磁编码器，其特征在于，

所述多对极磁体的磁极的对数为3对，各所述光电传感器间隔120°分布，所述遮光区和所述透光区的数量皆为一个，其中，所述遮光区的圆心角为120°且所述透光区的圆心角为240°，或者，所述遮光区的圆心角为240°且所述透光区的圆心角为120°，

或者，

所述多对极磁体的磁极的对数为4对，各所述光电传感器间隔90°分布，所述遮光区和所述透光区的数量皆为一个，所述遮光区和所述透光区的圆心角皆为180°，

或者，

所述多对极磁体的磁极的对数为5对，各所述光电传感器间隔72°分布，所述遮光区和所述透光区的数量皆为一个，其中，所述遮光区的圆心角为144°且所述透光区的圆心角为216°，或者，所述遮光区的圆心角为216°且所述透光区的圆心角为144°，

或者，

所述多对极磁体的磁极的对数为8对，各所述光电传感器间隔45°分布，所述遮光区和所述透光区的数量皆为两个且所述遮光区和所述透光区交错排列，一个所述遮光区和一个所述透光区的圆心角为45°，另一个所述遮光区和另一个所述透光区的圆心角为135°。

7.根据权利要求1-6任一项所述的光磁编码器，其特征在于，所述光磁编码器还包括：

处理器，所述处理器固定于所述印刷电路板且与所述印刷电路板电连接，各所述霍尔传感器和各所述光电传感器分别通过所述印刷电路板与所述处理器电连接。

8.根据权利要求7所述的光磁编码器，其特征在于，所述光磁编码器还包括：

通信接口，所述通信接口与所述处理器电连接，用于与伺服控制器连接。

9.一种电气设备，其特征在于，包括：

如权利要求1-8任一项所述的光磁编码器；

执行机构，所述光磁编码器连接所述执行机构；

驱动机构，所述驱动机构连接所述执行机构。

10.根据权利要求9所述的电气设备，其特征在于，

所述执行机构包括旋转轴，所述印刷电路板上设置有通孔，所述旋转轴插设于所述通孔。

Images