[發明專利]多極復合式磁編碼器

無效

• 申請號: 201010185800.7
• 申請日: 2010-05-28
• 公開（公告）號: CN101846531A
• 公開（公告）日: 2010-09-29
• 發明（設計）人: 徐殿國;阮正亞;貴獻國;楊明;吳浩
• 申請（專利權）人: 江蘇斯沃特電氣有限公司
• 主分類號: G01D5/12
• 分類號: G01D5/12
• 代理公司: 常州市維益專利事務所 32211
• 代理人: 何學成

技術領域

本發明涉及編碼器技術領域，具體涉及一種多極復合式磁編碼器。

背景技術

隨著運動控制系統的發展，直流電機向交流電機的轉變以及模擬式控制向數字式控制的轉變，都離不開編碼器，編碼器技術水平直接影響到運動控制系統的性能。作為一種將旋轉角位置、角速度轉換為電信號的角位移傳感器，其種類繁多，按輸出電信號形式來分，可分為模擬式和數字式兩大類。模擬式傳感器包括自整角機、測速發電機等，數字式傳感器包括光學編碼器、磁性編碼器等。

目前，在工業生產中廣泛應用的是數字式光電編碼器，技術非常成熟，并且精度和分辨率比較高。但光電編碼器的光柵盤在繞軸旋轉時，軸振動易使光柵盤破碎；光柵盤的抗沖擊、抗振動性能不高；光器件的使用壽命有限；尤其對于水、塵埃等惡劣環境適應性差；結構與定位組裝復雜，成本較高；光柵刻線寬度有極限，實現高分辨率就需要直徑很大光柵盤，難以實現小型化。然而磁編碼器，根據磁電原理，其結構簡單、可以高速運轉、響應速度快、易于小型化、對環境的要求不高；在大批量生產時，磁性編碼器比光學編碼器更容易降低成本。所以在未來的運動控制系統中，磁性編碼器的用量將逐漸增多。

磁編碼器如要獲得高分辨率，必須增加磁極數或者采用更小極距的多極復合式磁柵。但是由于充磁工藝、使用空間、漏磁分布等原因，提高磁極數和采用更小極距的多極復合式磁柵存在一定的難度。增加極數將會增大編碼器磁鋼的尺寸，不利于小型化。采用更小極距的多極復合式磁柵，若多極復合式磁柵做得與光柵一樣大小時，磁場強度很弱，磁敏感器很難在非接觸狀態下檢出這樣微弱的信號，同時充磁的均勻性難以保證。所以通常采用電子細分的方式來提高分辨率。這樣才能有效解決體積和分辨率之間的矛盾問題。

磁編碼器包括采用單極式和多極式磁鋼兩大類。對于單極式磁編碼器，磁鋼旋轉一周，磁傳感器只輸出一對正交的類正弦模擬信號。要獲得高分辨率的位置信號，必須對該信號進行高倍數的電子細分。然而進行模擬量細分的時候需要使用模數轉換，模數轉換的速度也就決定了可細分的倍數。所以模數轉換時間和位置信號分辨的精確度是一對矛盾，細分倍數過高容易出現響應和準確度方面的問題。同時，由于存在外界干擾和磁傳感器本身的局限等因素，磁傳感器輸出波形的一致性、完整度有限，細分倍數過大，容易把誤差暴露的更明顯，從而導致新的誤差。所以必須結合電子細分和多極式磁鋼才能獲得高速、高精、小尺寸的磁編碼器。

編碼器在交流伺服系統使用中，需要獲得當前的絕對位置信息，電機才能輸出相應的電磁力矩，使轉子轉動。然而A、B、Z增量式伺服系統在剛上電的時候，系統是不能獲得當前的絕對位置，只能獲得相對位置。它需要電機轉動到第一個Z信號出現的位置，通過補償差值才能獲得電機當前的絕對位置。低分辨率的霍爾式U、V、W編碼器是一種上電就能獲得絕對位置信息的碼盤，價格低廉，分辨率低，一對磁極只能獲得6個絕對位置信息。所以伺服系統通常配合使用增量式和霍爾式編碼器，先用U、V、W編碼器來拖動電機，直到獲得第一個Z信號，然后再切換到高精度的A、B、Z編碼器模式。

對增量式光電編碼器的光柵盤來說，其具備很大的空間來刻蝕U、V、W信號光柵。同時，在工藝上也非常容易實現，所以很容易就獲得A、B、Z和U、V、W兩種信號的復合式編碼器。但對復合式磁編碼器來說，由于充磁工藝和尺寸方面的制約，分別設置兩個獨立的部分來獲得兩種信號。由于兩個獨立部分的磁環不在同一個平面上，磁編碼器的軸向尺寸將增大，不利于小型化。或者有的把霍爾式U、V、W編碼器放置在電機本體里面，通過檢測電機內部的旋轉磁場來獲得U、V、W信號。這種情況，組裝麻煩，不利于維修，通用性不好。

發明內容

針對上述技術問題，本發明的目的是提供一種高速、小型、高分辨率的多極復合式磁編碼器。

實現本發明目的的技術方案如下：

多極復合式磁編碼器，包括殼體，還包括設置于殼體中用于隨電機軸同步旋轉的多極復合式磁柵，該多極復合式磁柵上分別產生三個不同的磁場；

以及設置于殼體中的信號處理器，該信號處理器將多極復合式磁柵上產生的磁場信號進行檢測后，轉換為高分辨率的增量式A、B、Z電信號和低分辨率的絕對式U、V、W電信號輸出。