[發(fā)明專利]低速電機(jī)磁旋轉(zhuǎn)編碼器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210335217.9
• 申請(qǐng)日: 2012-09-12
• 公開（公告）號(hào): CN102868279A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘆迪;唐立志;盤宗仁;隋舒杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 沈陽(yáng)市藍(lán)光自動(dòng)化技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): H02K29/08
• 分類號(hào): H02K29/08
• 代理公司: 沈陽(yáng)科威專利代理有限責(zé)任公司 21101
• 代理人: 刁佩德

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種低速電機(jī)用的編碼器，特別是一種通過(guò)感應(yīng)磁場(chǎng)變化來(lái)輸出差分波形進(jìn)行高倍細(xì)分操作的低速電機(jī)磁旋轉(zhuǎn)編碼器。

背景技術(shù)

低速電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域極為廣闊，以其在低速運(yùn)行場(chǎng)合非同一般的優(yōu)越性，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在建筑機(jī)械、石油化工、交通運(yùn)輸、冶金礦山和起重機(jī)械等眾多領(lǐng)域。尤其是在電梯行業(yè)，電機(jī)低速運(yùn)行的控制更是關(guān)系到電梯可靠性和舒適度的重要影響因素。而編碼器是數(shù)字式傳感器中最重要、最基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)之一，它是將機(jī)械運(yùn)動(dòng)中的轉(zhuǎn)速、位移、轉(zhuǎn)度等物理量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字脈沖化信號(hào)的一類傳感器件。它與數(shù)字處理技術(shù)結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)快速、及時(shí)、準(zhǔn)確的檢測(cè)與控制。

低速電機(jī)的運(yùn)行控制，首先要解決電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的精確測(cè)量，速度越低對(duì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角變化信號(hào)要求就越高。通常這種情況下要采用高分辨率的旋轉(zhuǎn)編碼器，通過(guò)在低轉(zhuǎn)速時(shí)編碼器輸出盡可能多的脈沖來(lái)確定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角變化情況。但是高分辨率的碼盤價(jià)格比較昂貴，并且受技術(shù)條件的限制分辨率不可能做得很高。正余弦碼盤的應(yīng)用就很好的解決了這個(gè)問(wèn)題，類似于脈沖式碼盤正交的方波信號(hào)，正余弦編碼器每圈重復(fù)發(fā)出許許多多個(gè)周期的正交的正余弦信號(hào)，實(shí)質(zhì)上這也是一種增量式編碼器。然后通過(guò)對(duì)正余弦信號(hào)的高倍率細(xì)分技術(shù)，可以使正余弦編碼器獲得比原始信號(hào)周期更為細(xì)密的檢測(cè)分辨率，比如2048線的正余弦編碼器經(jīng)2048細(xì)分后，就可以達(dá)到每轉(zhuǎn)400多萬(wàn)線的檢測(cè)分辨率，能夠很好的適應(yīng)低速電機(jī)的控制要求。

目前應(yīng)用的高精度旋轉(zhuǎn)編碼器多為光電正余弦編碼器，輸出精度達(dá)到25位以上，即2-²⁵=33554432線的檢測(cè)分辨率。光電編碼器體積小，精度和分辨率高，壽命長(zhǎng)，安裝隨意，接口形式豐富，技術(shù)成熟，已在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用；但光電編碼器是通過(guò)在碼盤上刻線來(lái)計(jì)算精度，所以精度越高，碼盤就會(huì)越大，編碼器體積也會(huì)越大，并且精度不是連續(xù)的，對(duì)戶外及惡劣環(huán)境下使用提出了較高的保護(hù)要求，內(nèi)部的玻璃碼盤耐污染和抗震性都不高。而磁編碼器是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型速度、位置檢測(cè)數(shù)字傳感器。磁編碼器通過(guò)磁阻元件或霍爾元件檢測(cè)磁通變化來(lái)輸出所需要的數(shù)字或模擬量。磁編碼器替代了傳統(tǒng)的碼盤，彌補(bǔ)了光電編碼器的一些缺陷，更具抗震、耐腐蝕、耐污染、轉(zhuǎn)速高，響應(yīng)速度快，性能可靠高、結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，體積更小等優(yōu)點(diǎn)，只是目前的精度比光電編碼器稍差。

據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)，如公開號(hào)為CN101201257A的“磁性旋轉(zhuǎn)編碼器”，公開了一種磁性編碼器結(jié)構(gòu)，磁鐵置于轉(zhuǎn)軸頂端隨著編碼器的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，電路板和磁感應(yīng)元件也置于編碼器轉(zhuǎn)軸頂端與磁鐵相對(duì)，磁感應(yīng)元件通過(guò)感應(yīng)編碼器旋轉(zhuǎn)時(shí)磁場(chǎng)角度的變化來(lái)輸出變化的波形，從而確定編碼器的轉(zhuǎn)速與位置。由于在轉(zhuǎn)軸頂端的磁鐵只有一對(duì)N、S極，在磁感應(yīng)元件處的磁場(chǎng)方向每轉(zhuǎn)只產(chǎn)生一個(gè)周期性變化，所以相對(duì)于光電正余弦編碼器的每轉(zhuǎn)2048個(gè)正余弦脈沖來(lái)說(shuō)，要達(dá)到相同的解析精度對(duì)后續(xù)電路的設(shè)計(jì)和解析增加了很大的難度。如公開號(hào)為CN1666088A的“具有兩個(gè)磁軌跡的角位移編碼器”，公開了幾種通過(guò)感應(yīng)編碼器旋轉(zhuǎn)時(shí)磁場(chǎng)角度的變化來(lái)輸出波形的磁編碼器，其通過(guò)增加磁極對(duì)數(shù)的方法來(lái)增加每圈輸出的周期波形的個(gè)數(shù)，但因每個(gè)周期波形內(nèi)磁場(chǎng)方向變化的角度范圍比前述“磁性旋轉(zhuǎn)編碼器”要小，故在增加磁極對(duì)數(shù)的同時(shí)，磁鐵設(shè)計(jì)和加工的難度以及磁鐵的體積都會(huì)大大的增加。如公開號(hào)為CN1834587A的“絕對(duì)式多圈磁編碼器”，公開了一種絕對(duì)位置磁編碼器，它是通過(guò)在金屬碼盤上按照一定編碼方式刻槽，利用磁敏元件檢測(cè)碼盤所處的位置。由于受碼盤的編碼方式和所選用的開關(guān)型磁敏元件的約束，所以該編碼器的解析精度完全取決于其碼盤的精度，無(wú)法像正余弦編碼器那樣對(duì)脈沖進(jìn)行細(xì)分處理；即使是同樣精度的光電編碼器和磁編碼器碼盤，那么磁編碼器的體積和處理難度也會(huì)大很多。如公開號(hào)為CN1871500A?的“磁性編碼器設(shè)備及致動(dòng)器”，公開了一種磁旋轉(zhuǎn)編碼器，永磁體為內(nèi)部中空環(huán)狀，作為轉(zhuǎn)子與編碼器轉(zhuǎn)軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，磁場(chǎng)方向?yàn)榫幋a器轉(zhuǎn)軸的徑向上，磁感應(yīng)元件固定于定子上，每相位差為90°位置固定一個(gè)，由于在轉(zhuǎn)軸頂端的磁鐵只有一對(duì)N、S極，在磁感應(yīng)元件處的磁場(chǎng)方向每轉(zhuǎn)只產(chǎn)生一個(gè)周期性變化，相對(duì)于光電正余弦編碼器的每轉(zhuǎn)2048個(gè)正余弦脈沖來(lái)說(shuō)，要達(dá)到相同的解析精度對(duì)后續(xù)電路的設(shè)計(jì)和解析增加了很大的難度。如公開號(hào)為CN101046394A的“一種高精度磁編碼器用磁鼓的制備方法”，公開了一種用磁鼓的制備方法制作的高精度磁編碼器，正余弦脈沖線數(shù)可以達(dá)到1024~2500，但因磁編碼器的精度在很大程度上由磁鼓的精度決定，故加工程序和處理工藝較復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容