CN220871775U - 一种分体式磁编码器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种分体式磁编码器，所述分体式磁编码器包括：磁编码器本体，以及设置在所述磁编码器本体上的磁体结构和PCB板；所述PCB板包括至少两路通道检测模块，所述通道检测模块包括依次连接的电源输入保护单元、防反接保护单元、磁传感器和驱动输出单元。本实用新型解决了现有的编码器结构复杂以及未进行冗余设计，可靠性低和抗干扰能力差的技术问题。

Description

一种分体式磁编码器

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，尤其涉及一种分体式磁编码器。

背景技术

编码器是现代伺服系统常用的传感器之一，是一种机械与电子紧密结合的位置测量传感器，它用于将机械几何位置的模拟量转化成数字量，用来测量轴角位移、加速度、速度、方向等物理量，可以作为伺服系统的反馈信号。随着科学技术的不断发展，编码器作为一种典型的位置角度传感器，其设计也越来越趋向于小型化、高可靠。编码器不仅对机械尺寸要求高，且对性能的可靠性也具有极高的要求，欧盟车载与物流车辆标准EN1175中强调为了增加可靠性，设备必须做冗余设计，该标准后续可能会纳入国际标准，编码器的磁信号检测冗余设计将会是大趋势。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种分体式磁编码器，旨在解决现有的编码器结构复杂以及未进行冗余设计，可靠性低和抗干扰能力差的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供一种分体式磁编码器，其中，所述分体式磁编码器包括：磁编码器本体，以及设置在所述磁编码器本体上的磁体结构和PCB板；

所述PCB板包括至少两路通道检测模块，所述通道检测模块包括依次连接的电源输入保护单元、防反接保护单元、磁传感器和驱动输出单元。

优选方案之一，所述电源输入保护单元包括双向TVS管，所述双向TVS管的一端分别与电源输入端和防反接保护单元连接，所述双向TVS管的另一端分别与防反接保护单元和地端连接。

优选方案之一，所述防反接保护单元包括MOS管Q1，所述MOS管Q1的漏极与电源输入保护单元连接；所述MOS管Q1的栅极分别与电阻R9、电阻R10、稳压二极管D1和电容C4连接；所述MOS管Q1的源极分别与电阻R10、稳压二极管D1、电容C4的另一端以及地端连接；所述电阻R9的另一端分别与电源输入保护单元和滤波电路连接。

优选方案之一，所述滤波电路包括电容C7、电容C8、电感L1、电容C9和电容C10；所述电感L1的一端分别与电容C8、电容C7以及电阻R9连接，所述电感L1的另一端分别与电容C9、电容C10以及磁传感器连接；所述电容C7、电容C8、电容C9和电容C10的另一端接地。

优选方案之一，所述驱动输出单元包括四路输出驱动电路；所述输出驱动电路包括驱动芯片U2，所述驱动芯片U2的1引脚与6引脚连接，所述驱动芯片U2的2引脚与磁传感器连接，所述驱动芯片U2的3引脚接地，所述驱动芯片U2的4引脚分别与外部信号端和防干扰电路连接，所述驱动芯片U2的6引脚分别与电源端和电容C3连接，所述电容C3的另一端接地。

优选方案之一，所述防干扰电路包括TVS瞬态抑制二极管D6；所述TVS瞬态抑制二极管D6的一端与驱动芯片U2的5引脚连接，所述TVS瞬态抑制二极管D6的另一端接地。

优选方案之一，所述磁体结构包括一体式设计的磁石和磁石座。

优选方案之一，所述磁石为单对极磁铁。

优选方案之一，所述磁编码器本体与所述磁体结构同轴设置。

本实用新型的上述技术方案中，该分体式磁编码器包括磁编码器本体，以及设置在所述磁编码器本体上的磁体结构和PCB板；所述PCB板包括至少两路通道检测模块，所述通道检测模块包括依次连接的电源输入保护单元、防反接保护单元、磁传感器和驱动输出单元。本实用新型结构简单，使用方便，解决了现有的编码器结构复杂以及未进行冗余设计，可靠性低的技术问题。

在本实用新型中，通过设置两路通道检测模块，实现两路独立的冗余增量输出，提高了分体式磁编码器的可靠性、检测精度，提升了分体式磁编码器的抗干扰能力。

在本实用新型中，采用一个磁石与两路通道检测模块配套使用进行磁传感信号的检测，提高了分体式磁编码器的脉冲均匀性、脉冲数、占空比以及相位差等产品性能指标的稳定性和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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方式，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为本实用新型实施例一种分体式磁编码器的第一结构示意图；

图2为本实用新型实施例一种分体式磁编码器的第二结构示意图；

图3为本实用新型实施例一种分体式磁编码器的第三结构示意图；

图4为本实用新型实施例一种分体式磁编码器的第四结构示意图；

图5为本实用新型实施例通道检测模块的示意图；

图6为本实用新型实施例电源输入保护单元和防反接保护单元的示意图；

图7为本实用新型实施例驱动输出单元的示意图；

图8为本实用新型实施例防干扰电路的示意图。

附图标号说明：

1、磁编码器本体；2、磁体结构；3、PCB板；31、电源输入保护单元；32、防反接保护单元；33、磁传感器；34、驱动输出单元。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施方式，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方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，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方式，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施方式中所有方向性指示(诸如上、下……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)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，在本实用新型中如涉及“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。

并且，本实用新型各个实施方式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。

参见图1-图4，根据本实用新型的一方面，本实用新型提供一种分体式磁编码器，其中，所述分体式磁编码器包括：磁编码器本体1，以及设置在所述磁编码器本体1上的磁体结构2和PCB板3；

所述PCB板3包括至少两路通道检测模块，所述通道检测模块包括依次连接的电源输入保护单元31、防反接保护单元32、磁传感器33和驱动输出单元34。

具体地，在本实施例中，所述磁体结构2包括一体式设计的磁石和磁石座，所述磁石为单对N/S极磁铁，所述分体式编码器采用一个单对极磁体，所述磁编码器本体1与所述磁体结构2同轴设置。

具体地，在本实施例中，所述编码器本体采用外径为36mm的圆形结构，所述编码器本体上设有与其配合设置的直径为28mm的圆形结构的PCB板3，本实用新型不进行具体限定，具体可根据需要进行设定。

具体地，在本实施例中，参见图5，所述PCB板3包括至少两路独立输出的通道检测模块，通过两路所述通道检测模块独立输出两路增量信号，所述通道检测模块包括依次连接的电源输入保护单元31、防反接保护单元32、磁传感器33和驱动输出单元34，两路所述通道检测模块构成了所述分体式编码器的冗余增量输出电路；当磁石旋转后，带动磁场的变化，两路所述通道检测模块中的磁感应芯片感应到磁场的变化，分别输出增量信号A、A-、B、B-和A1、A1-、B1、B1-，每一路增量信号都单独通过驱动输出单元34的驱动芯片后向外输出，增强增量信号的驱动能力；其中，两路磁传感器33中的磁感应芯片工作相互独立、互不干扰。

具体地，在本实施例中，为保证良好的磁检测效果，根据传统的设计，如为实现两路独立的冗余设计输出，在两路冗余设计中设计两个磁传感器33的前提下，需设置两个独立的磁石与磁传感器33中的磁感应芯片配合使用才能达到精准的检测，但此方式需使用两个磁石增加客户端的安装空间和配套轴承。为实现冗余增量输出的同时，降低客户的安装空间成本，本实用新型采用一个磁石与两路通道检测模块中的磁传感器33的磁感应芯片配套使用实现磁传感信号检测，参见图1，为达到精准的检测，在本实用新型中，所述磁石采用镀镍铜镍N52MΦ10×2.5，所述磁石采用圆形结构，所述圆形结构的直径为10mm，厚度为2.5mm，所述磁传感器33的磁感应芯片采用MT6701芯片，所述磁感应芯片的尺寸为长3mm，宽3mm，高0.7mm，本实用新型不进行具体限定，具体可根据需要进行设定；在设计布局时，将两个磁感应芯片相邻设置，且磁石的中心与两个磁感应芯片的中心一致，通过设置一个磁石与两路通道检测模块配套使用进行磁传感信号的检测，提高了分体式磁编码器的脉冲均匀性、脉冲数、占空比以及相位差等产品性能指标的稳定性和可靠性。

具体地，在本实施例中，参见图6，所述电源输入保护单元31包括双向TVS管，所述双向TVS管的一端分别与电源输入端和防反接保护单元32连接，所述双向TVS管的另一端分别与防反接保护单元32和地端连接；所述磁编码器的工作电源为5V DC，感应电压瞬间可达到上千伏，远超磁编码器所能承受的范围，通过在电源端设置电源输入保护单元31，利用双向TVS管极快的响应时间和较高的浪涌吸收能力，将进入编码器的电源电压钳制在允许水平，即6V左右，在编码器的正产干工作范围内；其中，所述双向TVS管采用SM1K6CF型号的双向TVS管，本实用新型不进行具体限定，具体可根据需要进行设定。

具体地，在本实施例中，所述防反接保护单元32包括MOS管Q1，所述MOS管Q1的漏极与电源输入保护单元31连接；所述MOS管Q1的栅极分别与电阻R9、电阻R10、稳压二极管D1和电容C4连接；所述MOS管Q1的源极分别与电阻R10、稳压二极管D1、电容C4的另一端以及地端连接；所述电阻R9的另一端分别与电源输入保护单元31和滤波电路连接；通过设置所述防反接保护单元32防止电源正负极接反烧坏编码器，所述MOS管Q1采用JMTL2310A型号的MOS管，本实用新型不进行具体限定，具体可根据需要进行设定。

具体地，在本实施例中，所述滤波电路包括电容C7、电容C8、电感L1、电容C9和电容C10；所述电感L1的一端分别与电容C8、电容C7以及电阻R9连接，所述电感L1的另一端分别与电容C9、电容C10以及磁传感器33连接；所述电容C7、电容C8、电容C9和电容C10的另一端接地；通过所述滤波电路减小脉动的直流电压中的交流成分，保留其直流成分，时输出的电压纹波系数降低，波形平滑，同时保护电路中MOS管Q1等元器件。

具体地，在本实施例中，参见图7，所述驱动输出单元34包括四路输出驱动电路；四路输出驱动电路结构设置相同，以其中一路输出驱动电路为例，所述输出驱动电路包括驱动芯片U2，所述驱动芯片U2的1引脚与6引脚连接，所述驱动芯片U2的2引脚与磁传感器33连接，所述驱动芯片U2的3引脚接地，所述驱动芯片U2的4引脚分别与外部信号端和防干扰电路连接，所述驱动芯片U2的6引脚分别与电源端和电容C3连接，所述电容C3的另一端接地，通过四路所述输出驱动电路分别输出增量信号A、A-、B、B-至外部信号端。

具体地，在本实施例中，参见图8，所述防干扰电路包括TVS瞬态抑制二极管D6；所述TVS瞬态抑制二极管D6的一端与驱动芯片U2的5引脚连接，所述TVS瞬态抑制二极管D6的另一端接地；在每一路输出驱动电路的输出端均设置有所述防干扰电路，本实用新型以其中一路输出驱动电路连接的防干扰电路进行说明，每一路输出驱动电路的防干扰电路结构设置相同，通过所述防干扰电路防止外部干扰信号，所述TVS瞬态抑制二极管D6采用SMF7.5A型号的二极管，可有效保护电路元器件。

具体地，在本实施例中，所述分体式磁编码器通过设置至少两路所述通道检测模块，分体式编码器电源端口可通过共模1KV，差模500V的高防护测试验证；所述分体式编码器所设置的磁体结构2与设置在PCB板3上的通道检测模块可完全分离，独立设置与作业，从而实现磁编码器的分体式设计。

以上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。

Claims (9)

1.一种分体式磁编码器，其特征在于，所述分体式磁编码器包括：

磁编码器本体，以及设置在所述磁编码器本体上的磁体结构和PCB板；

所述PCB板包括至少两路通道检测模块，所述通道检测模块包括依次连接的电源输入保护单元、防反接保护单元、磁传感器和驱动输出单元。

2.根据权利要求1所述的一种分体式磁编码器，其特征在于，所述电源输入保护单元包括双向TVS管，所述双向TVS管的一端分别与电源输入端和防反接保护单元连接，所述双向TVS管的另一端分别与防反接保护单元和地端连接。

3.根据权利要求1-2任一项所述的一种分体式磁编码器，其特征在于，所述防反接保护单元包括MOS管Q1，所述MOS管Q1的漏极与电源输入保护单元连接；所述MOS管Q1的栅极分别与电阻R9、电阻R10、稳压二极管D1和电容C4连接；所述MOS管Q1的源极分别与电阻R10、稳压二极管D1、电容C4的另一端以及地端连接；所述电阻R9的另一端分别与电源输入保护单元和滤波电路连接。

4.根据权利要求3所述的一种分体式磁编码器，其特征在于，所述滤波电路包括电容C7、电容C8、电感L1、电容C9和电容C10；所述电感L1的一端分别与电容C8、电容C7以及电阻R9连接，所述电感L1的另一端分别与电容C9、电容C10以及磁传感器连接；所述电容C7、电容C8、电容C9和电容C10的另一端接地。

5.根据权利要求1-2任一项所述的一种分体式磁编码器，其特征在于，所述驱动输出单元(34)包括四路输出驱动电路；所述输出驱动电路包括驱动芯片U2，所述驱动芯片U2的1引脚与6引脚连接，所述驱动芯片U2的2引脚与磁传感器连接，所述驱动芯片U2的3引脚接地，所述驱动芯片U2的4引脚分别与外部信号端和防干扰电路连接，所述驱动芯片U2的6引脚分别与电源端和电容C3连接，所述电容C3的另一端接地。

6.根据权利要求5所述的一种分体式磁编码器，其特征在于，所述防干扰电路包括TVS瞬态抑制二极管D6；所述TVS瞬态抑制二极管D6的一端与驱动芯片U2的5引脚连接，所述TVS瞬态抑制二极管D6的另一端接地。

7.根据权利要求1-2任一项所述的一种分体式磁编码器，其特征在于，所述磁体结构包括一体式设计的磁石和磁石座。

8.根据权利要求7所述的一种分体式磁编码器，其特征在于，所述磁石为单对极磁铁。

9.根据权利要求1-2任一项所述的一种分体式磁编码器，其特征在于，所述磁编码器本体与所述磁体结构同轴设置。