[發(fā)明專利]一種直線電機磁軌編碼器、直線電機及其位置檢測方法

在審

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• 申請日: 2016-11-29
• 公開（公告）號: CN106849520A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 戴帝水;李慶光;柯玉理
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東德康威爾科技有限公司
• 主分類號: H02K11/215
• 分類號: H02K11/215;H02K41/02
• 代理公司: 深圳市君勝知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)44268
• 代理人: 王永文,劉文求

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及直線電機技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種直線電機磁軌編碼器、直線電機及其位置檢測方法。

背景技術(shù)

直線電機是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運動機械能，而不需要任何中間轉(zhuǎn)換機構(gòu)的傳動裝置。隨著科學(xué)技術(shù)不斷的發(fā)展，直線電機已經(jīng)廣泛應(yīng)用在工業(yè)控制領(lǐng)域的各種設(shè)備，其中必不可少的位置反饋裝置一直是該領(lǐng)域研究的重點課題。目前常見的位置反饋裝置大多采用光柵尺或磁柵尺和相應(yīng)的讀數(shù)頭檢測方案。

采用光柵尺和光柵讀數(shù)頭的方案，主要的缺點有：（1）光柵尺1和光柵讀數(shù)頭2的安裝間隙公差很小，安裝困難，如圖1所示，光柵尺1的表面和光柵讀數(shù)頭2表面之間的安裝間隙公差a為0.8±0.1mm；（2）光柵尺1的厚度b本身已經(jīng)很薄，僅為0.2mm，其表面極易受油垢和灰塵的污染，導(dǎo)致計數(shù)錯誤；（3）光柵尺目前主要由國際三大品牌HEIDENHAIN，RENISHAW，MICROE所壟斷，成本很高。而采用磁柵尺和磁柵讀數(shù)頭的方案同樣存在許多缺點，如磁柵尺由于安裝位置離直線電機磁軌較近，安裝時容易被磁軌或其它磁性部件磁化而損壞；重復(fù)定位精度比光柵尺低，且運行時的噪音比較大等等。

因而現(xiàn)有技術(shù)還有待改進和提高。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種直線電機磁軌編碼器、直線電機及其位置檢測方法，通過霍爾采樣電路采集動子在運動過程中的磁場信號并轉(zhuǎn)換為電壓信號，經(jīng)過后續(xù)細(xì)分和差分信號轉(zhuǎn)換處理后可以得到精確的位置數(shù)據(jù)，且直接使用定子磁軌作為位置檢測的媒介，無需額外的光柵尺或磁柵尺，節(jié)約了成本。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案：

一種直線電機磁軌編碼器，包括殼體，在殼體內(nèi)設(shè)置有PCB板，其中，所述PCB板上設(shè)置有用于采集動子在運動過程中產(chǎn)生的磁場信號，并將所述磁場信號轉(zhuǎn)換為兩路相位差為90°的電壓信號的霍爾采樣電路；用于將兩路電壓信號進行預(yù)設(shè)倍數(shù)細(xì)分，得到兩路正交編碼器信號的細(xì)分電路；用于將所述兩路正交編碼器信號轉(zhuǎn)換為差分信號的差分信號轉(zhuǎn)換電路；所述霍爾采樣電路、細(xì)分電路和差分信號轉(zhuǎn)換電路依次連接。

所述的直線電機磁軌編碼器中，所述霍爾采樣電路包括用于將所述磁場信號分別轉(zhuǎn)換為正弦電壓信號和余弦電壓信號的第一霍爾傳感器和第二霍爾傳感器，所述第一霍爾傳感器和第二霍爾傳感器的安裝間距為四分之一磁場周期，所述第一霍爾傳感器和第二霍爾傳感器均連接細(xì)分電路。

所述的直線電機磁軌編碼器中，所述PCB板上還設(shè)置有用于指示編碼器工作狀態(tài)的LED指示燈。

所述的直線電機磁軌編碼器中，所述殼體內(nèi)還設(shè)置有用于固定所述PCB板的固定件。

所述的直線電機磁軌編碼器中，所述殼體為用于電磁屏蔽的金屬屏蔽外殼。

所述的直線電機磁軌編碼器中，所述差分信號轉(zhuǎn)換電路采用型號為AM26LS31的集成電路。

一種直線電機，包括定子磁軌和相對所述定子磁軌運動的動子，其還包括上所述的直線電機磁軌編碼器，所述直線電機磁軌編碼器固定于動子的一側(cè)。

所述的直線電機中，所述直線電機磁軌編碼器的底面與定子磁軌的頂面之間的安裝距離為5.5mm-6.5mm。

一種上所述的直線電機的位置檢測方法，其包括如下步驟：

直線電機磁軌編碼器隨著動子一起在定子磁軌上方運動，產(chǎn)生變化的動態(tài)磁場信號；

由霍爾采樣電路采集磁場信號并將所述磁場信號轉(zhuǎn)換為兩路相位差為90°的電壓信號；

由細(xì)分電路將兩路電壓信號進行預(yù)設(shè)倍數(shù)細(xì)分，得到兩路正交編碼器信號；

由差分信號轉(zhuǎn)換電路將所述兩路正交編碼器信號轉(zhuǎn)換為差分信號并輸出至伺服驅(qū)動器。

所述的直線電機的位置檢測方法中，所述由霍爾采樣電路采集磁場信號并將所述磁場信號轉(zhuǎn)換為兩路相位差為90°的電壓信號的步驟具體包括：

通過安裝間距為四分之一磁場周期的第一霍爾傳感器和第二霍爾傳感器將所述磁場信號分別轉(zhuǎn)換為正弦電壓信號和余弦電壓信號。