CN220437339U - 一种磁感应单圈绝对编码器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种磁感应单圈绝对编码器，可广泛应用于角度编码器技术领域。解决现有技术中角度编码器作为独立的器件安装在固定的支架或塑料外壳上，在其输出轴上安装上述的输出齿轮与前级齿轮啮合，结构复杂，由于轴孔连接间隙和齿轮间隙导致最终输出精度不高的问题。包括外壳、齿轮、磁钢以及线路板，外壳内部设有霍尔腔室，磁钢安装于齿轮的上端，线路板安装在霍尔腔室的顶端外壳上，线路板底部下方安装有与磁钢相对设置的磁霍尔芯片，且磁霍尔芯片与磁钢不接触。

Description

一种磁感应单圈绝对编码器

技术领域

本实用新型涉及角度编码器技术领域，具体为一种磁感应单圈绝对编码器。

背景技术

非接触型数字电位器得到了大力发展，其原理是在电位器主轴上安装一块磁钢，在正对磁钢的位置布置一块包含霍尔传感器的线路板，该传感器处于磁钢产生的磁场之中，当电位器主轴旋转时，传感器通过检测X、Y两个方向磁场强度来计算相应的转角，并将转角信息以使用者所需的模拟量或数字量进行输出。非接触型数字电位器可以在很多场合替代传统型电位器，由于脱离了摩擦接触式结构，其工作寿命得到大幅度提高。但是，这种非接触型电位器由于其传感器的功能限制，最大检测范围只有360度，所以无法直接满足多圈测量的要求。

在需要角度检测的设备中，经常使用360°单圈磁感应霍尔芯片，为了满足多圈测量的要求,一般使用齿轮副进行变速来匹配霍尔芯片的量程，使最终输出齿轮的旋转行程小于360°，但仍尽可能的扩大输出齿轮的行程，以实现更高的精度。

现有技术中，角度编码器作为独立的器件安装在固定的支架或塑料外壳上，在其输出轴上安装上述的输出齿轮与前级齿轮啮合，结构复杂，由于轴孔连接间隙和齿轮间隙导致最终输出精度不高。

发明内容

本实用新型针对现有技术中存在的缺点和不足，本实用新型提供了一种将角度编码器与上述输出齿轮一级固定的支架或塑料外壳结构整合，精简了零部件，并实现了独立编码器的防护性能，同时结构精简后，提高了输出的精度。

为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：包括外壳、齿轮、磁钢以及线路板，外壳内部设有霍尔腔室，磁钢安装于齿轮的上端，线路板安装在霍尔腔室的顶端外壳上，线路板下方安装有与磁钢相对设置的磁霍尔芯片，且磁霍尔芯片与磁钢不接触；

外壳底部上方设有用于支撑竖向齿轮的支撑底板，支撑底板上设有齿轮支撑座，齿轮通过扁平头半空心铆钉可转动、且轴向限位固定安装在齿轮支撑座上，齿轮对应的外壳侧壁上设有开口结构，齿轮的啮合齿从开口结构处漏出。

优选的，齿轮包括齿轮主体，齿轮主体的外侧边缘周向固设有啮合齿，其顶端固设有转动环台，转动环台的外侧与霍尔腔室内侧壁下方之间设有定位环，定位环为自润滑材质。

优选的，扁平头半空心铆钉的轴杆部为偏心定位轴，且轴部光滑，其下端向内开设有半空心圆孔；

转动环台内部设有第一中心通孔，齿轮主体的内部设有内径小于第一中心通孔的中部凸台，第一中心通孔与中部凸台之间设有内径与中部凸台相匹配的第二中心通孔；

扁平头半空心铆钉的平头部抵接在中部凸台上，扁平头半空心铆钉的轴杆部的下端卡接入齿轮支撑座的圆孔内部，同时轴杆部的半空心圆孔与齿轮支撑座通过压力扩张过盈配合在一起。

优选的，开口结构为弧形开口，位于弧形开口一侧的支撑底板上设有与弧形开口一体结构的底部缺口。

优选的，外壳内侧壁上均布设有多个凸起，定位环外侧壁上均布设有多个与外壳内侧壁凸起相互匹配的嵌槽口，定位环通过嵌槽口与凸起相嵌合，固定在外壳内侧壁上。

优选的，磁钢卡接在转动环台的第一中心通孔内，且转动环台的中心圆孔的内径与磁钢外径相匹配，同时转动环台的第一中心通孔的内部高度与磁钢的高度相匹配。

优选的，中部凸台的内径与扁平头半空心铆钉的轴杆部外径相匹配，第二中心通孔的内径小于第一中心通孔的内径，且与扁平头半空心铆钉的平头部外径尺寸相匹配。

优选的，霍尔腔室为圆柱状结构，线路板通过螺钉安装在霍尔腔室的顶端的外壳上，通过将线路板、外壳、定位环和齿轮将霍尔腔室围成密闭空间。

优选的，位于霍尔腔室的左侧的外壳上还设有竖向设置的安装孔结构。

优选的，定位环自润滑尼龙材质为尼龙，扁平头半空心铆钉的材质为无磁性的不锈钢材质。

本实用新型提供了一种磁感应单圈绝对编码器。具备以下有益效果：

（1）本实用新型的磁感应单圈绝对编码器，结构设计巧妙，将角度编码器与输出齿轮一级固定的支架或塑料外壳结构整合，精简了零部件，并实现了独立编码器的防护性能，结构精简后提高了精度，制造工艺简单，成本低；

本实用新型的磁感应单圈绝对编码器，外壳内部设置霍尔腔室，形成封闭的空间，结构精简，实现了对独立编码器的防护性能，延长其使用寿命。

（2）本实用新型的磁感应单圈绝对编码器，采用扁平头半空心铆钉轴向、径向定位，去除了轴承结构，制造工艺简单，安装拆卸方便，避免了轴孔连接间隙导致的最终输出精度不高，提高了输出精度；且定位环辅助定位，材质为自润滑材质，可以确保齿轮有效的转动，且不易损伤齿轮，结构简单的同时避免使用轴承等复杂连接结构，制作成本低，便于加工。

（3）本实用新型的磁感应单圈绝对编码器，齿轮与磁钢一体式安装，减少了松动或偏移，增强了结构稳定性，确保磁场变化与齿轮旋转完全同步，可以保证编码器的测量结果准确可靠，并且能够实现高精度的位置测量，同时维护便捷。

（4）本实用新型的磁感应单圈绝对编码器，外壳外侧壁设置弧形开口，齿轮的啮合齿裸漏在外侧，使用时，裸露的啮合齿与传动机构的输出齿轮直接啮合传动，有效减小传动间隙，减小误差，显著提高检测的准确性和精确度，同时位于弧形开口一侧的支撑底板上设有与弧形开口一体结构的底部缺口，弧形开口，可以更好的实现齿轮啮合齿与外部其他结构的输出齿轮啮合连接，进一步减小误差，提高其精确度。

附图说明

图1为本实用新型立体图的整体结构示意图；

图2为图1的仰视图的结构示意图；

图3为图2的全剖视图的结构示意图；

图4为图1的外壳结构示意图；

图5为图4的爆炸图的结构示意图；

图6为图1的俯视图的结构示意图；

图7为图1的右视图的结构示意图；

图8为图1的左视图的结构示意图。

图中：1、外壳；101、支撑底板；102、齿轮支撑座；103、霍尔腔室；104、底部缺口；105、弧形开口；106、安装孔结构；2、定位环；3、线路板；4、磁霍尔芯片；5、磁钢；6、螺钉；7、齿轮主体；701、转动环台；7011、第一中心通孔；702、中部凸台；703、啮合齿；7021、第二中心通孔；8、扁平头半空心铆钉；801、平头部；802、轴杆部。

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一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语 “连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请参阅图1-8，本实用新型提供一种技术方案：

本实用新型提供的磁感应单圈绝对编码器，包括外壳1、齿轮7、磁钢5以及线路板3，外壳1内部设有霍尔腔室103，形成封闭的空间，结构精简，并实现了独立编码器的防护性能，磁钢5安装于齿轮7的上端，线路板3安装在霍尔腔室103的顶端外壳1上，线路板3下方安装有与磁钢5相对设置的磁霍尔芯片4，且磁霍尔芯片4与磁钢5不接触，将霍尔芯片4和磁钢5设置在密闭的霍尔腔室103内，可以实现对磁场的测量和控制，并能够保证感应单圈绝对编码器的测量的精确性。

外壳1底部上方设有用于支撑竖向齿轮7的支撑底板101，支撑底板101上设有齿轮支撑座102，齿轮7通过扁平头半空心铆钉8可转动、且轴向限位固定安装在齿轮支撑座102上，去除了轴承结构，避免了轴孔连接间隙导致的最终输出精度不高，提高了输出精度，齿轮7对应的外壳1侧壁上设有开口结构，齿轮7的啮合齿703从开口结构处漏出，漏出的啮合齿703与传动机构的输出齿轮以及其他机构的齿轮直接啮合传动，有效减小传动间隙，更好的实现齿轮7与外部其他结构的输出齿轮啮合连接，减小误差。

齿轮7包括齿轮主体，齿轮主体的外侧边缘周向固设有啮合齿703，其顶端固设有转动环台701，转动环台701的外侧与霍尔腔室内侧壁下方之间设有定位环2，定位环2为自润滑材质；外壳1内侧壁上均布设有多个凸起，定位环2外侧壁上均布设有多个与外壳1内侧壁凸起相互匹配的嵌槽口，定位环2通过嵌槽口与凸起相嵌合，固定在外壳1内侧壁上。此结构设计中，定位环2辅助定位，确保齿轮连接牢固，同时材质采用自润滑材质，可以确保齿轮7有效的转动，且不易损伤齿轮，结构简单的同时避免使用轴承等复杂连接结构，制作成本低。

扁平头半空心铆钉8的轴杆部802为偏心定位轴，且轴部光滑，其下端向内开设有半空心圆孔；此结构设计中，可通过对扁平头半空心铆钉8轴杆部802半空心圆孔锤击或冲压，使得轴杆部802下端的半空心圆孔扩张，从而具有偏心定位的作用，且轴部光滑，使得齿轮7绕轴部转动时，摩擦力小，转动灵活。

转动环台701内部设有第一中心通孔7011，齿轮主体的内部设有内径小于第一中心通孔7011的中部凸台702、第一中心通孔7011与中部凸台702之间设有内径与中部凸台702相匹配的第二中心通孔7021，扁平头半空心铆钉8的平头部801抵接在中部凸台702上，扁平头半空心铆钉8的轴杆部802的下端卡接入齿轮支撑座102的圆孔内部，同时轴杆部802的半空心圆孔与齿轮支撑座102通过压力扩张过盈配合在一起，实现轴向径向定位，去除了轴承结构，制造工艺简单，安装拆卸方便，避免了轴孔连接间隙导致的最终输出精度不高，提高了输出精度。

开口结构为弧形开口105，使用时，裸露的啮合齿与传动机构的输出齿轮直接啮合传动，有效减小传动间隙，减小误差，显著提高检测的准确性和精确度，位于弧形开口105一侧的支撑底板101上设有与弧形开口105一体结构的底部缺口104，可以更好的实现齿轮啮合齿与外部其他结构的输出齿轮啮合连接，进一步减小误差，提高其精确度。

磁钢5卡接在转动环台701的第一中心通孔7011内，且转动环台701的内径与磁钢5外径相匹配，同时转动环台701的第一中心通孔7011的内部高度与磁钢5的高度相匹配；此结构设计中，磁钢5与齿轮7为一体式安装，维护便捷，结构稳定，确保磁场变化与齿轮旋转完全同步，可以保证编码器的测量结果准确可靠，并且能够实现高精度的位置测量。

中部凸台702中心圆孔的内径与扁平头半空心铆钉8的轴杆部802外径相匹配，第二中心通孔7021的内径小于第一中心通孔7011的内径，且与扁平头半空心铆钉8的平头部801外径尺寸相匹配；此结构设计进一步限定了扁平头半空心铆钉8安装在齿轮内部的具体结构的设计要求，同时霍尔腔室103的左侧的外壳1上还设有竖向设置的安装孔结构106用于安装磁感应单圈绝对编码器。

工作原理：外壳1内部设有霍尔腔室103，线路板3通过螺钉6安装在霍尔腔室103的顶端的外壳1上，通过将所述线路板3、外壳1、定位环2和齿轮7将霍尔腔室103围成密闭空间，结构精简，并实现了独立编码器的防护性能，同时磁钢5安装于齿轮7的上端，线路板3安装在霍尔腔室103的顶端外壳1上，线路板3下方安装有与磁钢5相对设置的磁霍尔芯片4，且磁霍尔芯片4与磁钢5不接触，将霍尔芯片4和磁钢5设置在密闭的霍尔腔室103内，可以实现对磁场的测量和控制，并能够保证感应单圈绝对编码器的测量的精确性。

工作时，齿轮通过外壳1侧壁上的弧形开口105和底部缺口104将齿轮7啮合齿703漏在外侧，弧形开口105侧的啮合齿703与传动机构的输出齿轮直接啮合传动，有效减小传动间隙，减小误差，显著提高检测的准确性和精确度，同时底部缺口104处的啮合齿703可以更好的与外部其他结构的输出齿轮啮合连接，进一步减小误差，提高其精确度；且通过动力传动带动齿轮7的中部凸台702绕扁平头半空心铆钉8的轴杆部802，并在霍尔腔室103内部旋转；

齿轮7旋转时，齿轮7的转动环台701与霍尔腔室103内侧壁下方之间设置的定位环2辅助定位，确保齿轮连接牢固，且由于定位环2的材质是自润滑尼龙材质可以确保齿轮有效的转动，且不易损伤齿轮，结构简单的同时避免使用轴承等复杂连接结构，制作成本低，便于加工；

同时，齿轮7旋转时，齿轮7的转动环台701第一中心通孔7011内部一体式安装的磁钢5也一同旋转，产生变化的磁场，一体式安装确保磁场变化时与齿轮7的旋转完全同步，同时与磁钢5相对应的霍尔腔室103顶端安装的线路板3下方的磁霍尔芯片4感应到变化的电磁场，感应单圈绝对编码器通过检测磁场的变化来确定齿轮7的位置，从而提供准确角度的位置信息，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。

以上仅是本实用新型的实施例，本实用新型的保护范围不局限于此，如本实施例中的线路板通过螺钉安装在霍尔腔室的顶端的外壳上，实际应用中，可以采用其他任何固定方式，均可以实现本实用新型的线路板固定安装在霍尔腔室的顶端的外壳上。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种磁感应单圈绝对编码器，其特征在于，包括外壳（1）、齿轮（7）、磁钢（5）以及线路板（3），所述外壳（1）内部设有霍尔腔室（103），所述磁钢（5）安装于所述齿轮（7）的上端，所述线路板（3）安装在所述霍尔腔室（103）的顶端外壳（1）上，所述线路板（3）下方安装有与所述磁钢（5）相对设置的磁霍尔芯片（4），且所述磁霍尔芯片（4）与所述磁钢（5）不接触；

所述外壳（1）底部上方设有用于支撑竖向齿轮（7）的支撑底板（101），所述支撑底板（101）上设有齿轮支撑座（102），所述齿轮（7）通过扁平头半空心铆钉（8）可转动、且轴向限位固定安装在所述齿轮支撑座（102）上，所述齿轮（7）对应的所述外壳（1）侧壁上设有开口结构，所述齿轮（7）的啮合齿（703）从所述开口结构处漏出。

2.根据权利要求1所述的一种磁感应单圈绝对编码器，其特征在于，所述齿轮（7）包括齿轮主体，所述齿轮主体的外侧边缘周向固设有啮合齿（703），其顶端固设有转动环台（701），所述转动环台（701）的外侧与所述霍尔腔室内侧壁下方之间设有定位环（2），所述定位环（2）为自润滑材质。

3.根据权利要求2所述的一种磁感应单圈绝对编码器，其特征在于，所述扁平头半空心铆钉（8）的轴杆部（802）为偏心定位轴，且轴部光滑，其下端向内开设有半空心圆孔；

所述转动环台（701）内部设有第一中心通孔（7011），所述齿轮主体的内部设有内径小于所述第一中心通孔（7011）的中部凸台（702），所述第一中心通孔（7011）与所述中部凸台（702）之间设有内径与中部凸台（702）相匹配的第二中心通孔（7021）；

所述扁平头半空心铆钉（8）的平头部（801）抵接在所述中部凸台（702）上，所述扁平头半空心铆钉（8）的轴杆部（802）的下端卡接入所述齿轮支撑座（102）的圆孔内部，同时所述轴杆部（802）的半空心圆孔与所述齿轮支撑座（102）通过压力扩张过盈配合在一起。

4.根据权利要求1所述的一种磁感应单圈绝对编码器，其特征在于，所述开口结构为弧形开口（105），位于所述弧形开口（105）一侧的支撑底板（101）上设有与所述弧形开口（105）一体结构的底部缺口（104）。

5.根据权利要求2所述的一种磁感应单圈绝对编码器，其特征在于，所述外壳（1）内侧壁上均布设有多个凸起，所述定位环（2）外侧壁上均布设有多个与所述外壳（1）内侧壁凸起相互匹配的嵌槽口，所述定位环（2）通过所述嵌槽口与凸起嵌合，固定在所述外壳（1）内侧壁上。

6.根据权利要求2所述的一种磁感应单圈绝对编码器，其特征在于，所述磁钢（5）卡接在所述转动环台（701）的第一中心通孔（7011）内，且所述转动环台（701）的内径与所述磁钢（5）外径相匹配，同时所述转动环台（701）的第一中心通孔（7011）的内部高度与所述磁钢（5）的高度相匹配。

7.根据权利要求3所述的一种磁感应单圈绝对编码器，其特征在于，所述中部凸台（702）的中心圆孔的内径与所述扁平头半空心铆钉（8）的轴杆部（802）外径相匹配，所述第二中心通孔（7021）的内径小于所述第一中心通孔（7011）的内径，且与扁平头半空心铆钉（8）的平头部（801）外径尺寸相匹配。

8.根据权利要求1所述的一种磁感应单圈绝对编码器，其特征在于，所述霍尔腔室（103）为圆柱状结构，所述线路板（3）通过螺钉（6）安装在所述霍尔腔室（103）的顶端的外壳（1）上，通过将所述线路板（3）、外壳（1）、定位环（2）和齿轮（7）将所述霍尔腔室（103）围成密闭空间。

9.根据权利要求1所述的一种磁感应单圈绝对编码器，其特征在于，位于所述霍尔腔室（103）的左侧的所述外壳（1）上还设有竖向设置的安装孔结构（106）。

10.根据权利要求5所述的一种磁感应单圈绝对编码器，其特征在于，所述定位环（2）自润滑尼龙材质为尼龙，所述扁平头半空心铆钉（8）的材质为无磁性的不锈钢材质。