[實用新型]一種角度磁編碼器和電子水表

有效

• 申請號: 201320010700.X
• 申請日: 2013-01-09
• 公開（公告）號: CN203116756U
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 詹姆斯·G·迪克;周志敏
• 申請（專利權）人: 江蘇多維科技有限公司
• 主分類號: G01D5/12
• 分類號: G01D5/12;G01B7/30;G01F15/06;H01F7/02
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 張雪梅

技術領域

本實用新型涉及的是一種測量技術領域的永磁體，具體是涉及一種適用于角度磁編碼器的永磁體，包含該永磁體的角度磁編碼器和電子水表。

背景技術

隨著傳感器技術的迅猛發展，傳統的機械水表逐漸向新穎的電子水表過渡。在各種傳感器技術中，光電編碼技術可以實現數字計數轉輪代碼的直接讀取計量，而且不需要累積，從而得到廣泛應用。但該技術普遍存在進位誤碼現象，而且對氣泡、強光、污垢、滲漏等因素的抗干擾能力差。與光電編碼技術相比，角度磁編碼技術分辨率更高，無進位誤碼現象，穩定性好，而且可以完全根除光電技術引起的各種不良故障，成為一種可替代光電編碼的編碼技術。角度磁編碼技術通過對數字計數轉輪進行編碼來得到計量讀數，其原理是利用磁阻傳感器如隧道磁阻角位移傳感器來感應安裝在數字計數轉輪上的環形永磁體的旋轉磁場相位來測量轉輪的轉角和位置，并采用電子技術轉變成相應數字讀數。

角度磁編碼技術的測量精度取決于磁敏角位移傳感器和永磁體兩個組成部分的性能特征。與霍爾傳感器相比，磁阻傳感器如隧道磁阻傳感器具有更高的磁場靈敏度，其功耗和尺寸也可大大降低。隧道磁阻角位移傳感器包含兩個相互正交的隧道磁阻傳感器。隧道磁阻角位移傳感器工作時形成的兩個正弦和余弦輸出與永磁體檢測磁場分量即永磁體產生的磁場在檢測面內的分量及隧道磁阻角位移傳感器敏感軸之間形成的旋轉磁場相位角φ，本文中也稱為探測磁場相位角，關系如下：

OUT1=COS（φ）

OUT2=SIN（φ）

利用反正切函數，就能根據隧道磁阻角位移傳感器的輸出OUT1和OUT2計算出旋轉磁場相位角φ角度：

φ=ATAN（OUT2/OUT1）。

永磁體在旋轉過程中其旋轉相位角α，定義為永磁體在旋轉過程中依次經過隧道磁阻角位移傳感器的位置矢量點r的相位角，永磁體的檢測磁場分量使隧道磁阻角位移傳感器產生感應。當永磁體旋轉相位角α和旋轉磁場相位角φ之間形成線性關系，滿足在0~360°范圍內一一對應時，就可以將隧道磁阻角位移傳感器所探測的旋轉磁場相位角φ和永磁體旋轉相位角α位置關系對應起來。例如為了能使0-9這10個代表數字在轉輪的某一直徑的圓周上以等間距角度增量間隔開，事先將α的范圍劃分成10個區間，每一區間用一個預期的數字表示。通過將永磁體角度進行編碼，進而通過電子技術轉化，可以實現水表讀數的直接輸出。

因此，隧道磁阻角度磁編碼器技術在應用于電子水表時對于永磁體的設計性能將具有特殊要求，而現有的角度磁編碼器采用的永磁體具有如下缺點：

（1）現有的角度磁編碼器大都采用霍爾傳感器作為角度傳感器，其對應的檢測磁場分量為永磁體產生的磁場垂直于檢測面的分量，而隧道磁阻角位移傳感器對應的檢測磁場分量為磁場在檢測面內的分量，因此現有角度磁編碼器的永磁體不能滿足于隧道磁阻角位移傳感器磁場測量的要求。

（2）現有的角度磁編碼器永磁體一般采用的是實心圓柱設計，而電子水表為盡量減少安裝空間，要求永磁體為圓環形以便直接安裝在轉輪上。

實用新型內容

本實用新型的目的在于克服現有技術中存在的上述缺點，提供一種適用于角度磁編碼器的永磁體，使之能夠安裝在電子水表轉輪上，節省安裝空間，并能夠滿足隧道磁阻角位移傳感器與檢測面內磁場分量之間的旋轉磁場相位角φ和永磁體旋轉相位角α之間線性關系的要求，從而提高角度磁編碼器的測量精度。

根據本實用新型的一個方面，提供一種角度磁編碼器，該角度磁編碼器包括：

數字轉輪；

與所述數字轉輪同軸安裝的永磁體，

隧道磁阻角位移傳感器，位于所述永磁體檢測面上用于感測所述永磁體產生的磁場在該檢測面內的分量并輸出感測信號，以及

數字處理電路，用于根據來自所述隧道磁阻角位移傳感器的感測信號計算并輸出表征所述數字轉輪旋轉角度的代碼，

其特征在于，

該永磁體具有柱狀圓環結構，并包含第一永磁單元和第二永磁單元，所述第一永磁單元和第二永磁單元相對于直徑截面何對稱，

所述第一永磁單元的磁化強度和第二永磁單元的磁化強度平行于柱狀圓環的軸向，且方向相反，或

所述第一永磁單元的磁化強度和第二永磁單元的磁化強度垂直于所述直徑截面，且方向平行一致，

所述隧道磁阻角位移傳感器位于所述永磁體的檢測面內距離永磁體柱狀圓環軸心特定半徑范圍的區域內，在該特定半徑范圍的區域內，所述永磁體產生的磁場在檢測面內的分量的旋轉磁場相位角與永磁體旋轉相位角呈線性變化關系。