[發明專利]緊湊型一體化多組分離式磁編碼器

在審

• 申請號: 201910947299.4
• 申請日: 2019-10-02
• 公開（公告）號: CN110631612A
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發明（設計）人: 梁正
• 申請（專利權）人: 北京金鋼科技有限公司
• 主分類號: G01D5/244
• 分類號: G01D5/244;G01D5/245
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明緊湊型一體化多組分離式磁編碼器，使用一組或多組分離式磁編碼器原理與中空磁屏蔽編碼器結構共同組成的可調節組數的編碼器，其可以在徑向空間上擴展編碼器的組數，且各組編碼器之間能保證穩定輸出的同時，擁有極其緊湊的空間占用，可為空間要求高的應用場景提供更優秀的尺寸，同時輸出高精度與高分辨率的位置數據。

技術領域

本發明專利涉及位置測量的一種裝置，特別是涉及旋轉位置測量的編碼器裝置。

背景技術

在物體旋轉運動時，為了測量運動物體的位置、運動狀態，一般會使用編碼器來測量。編碼器返回當前物體的旋轉規律和數據，提供給系統進行分析及后續控制。

編碼器從原理上來講，擁有如下類別：光電編碼器、磁編碼器、電容編碼器、電感編碼器、旋轉變壓器等；從結構上來講，可分為軸端與中空編碼器兩種。

磁編碼器作為新興技術在市場上應用的越來越多，其優秀的抗干擾能力和穩定性越來越得到更多產品的青睞。而且隨著全世界半導體技術方案的不斷成長，誕生出了一系列磁編碼器芯片，用來直接安裝在軸端檢測軸的旋轉位置變化。軸端磁編碼器之所以能標準化生產的主要原因是其僅需安裝在軸端，而對于軸端來說，沒有尺寸的要求，所以軸端磁芯片可以使用于多個應用而不需要過多的成本支出。

對于中空磁編碼器來說，需要把軸穿過磁編碼器，所以軸的尺寸嚴格地限制了中空磁編碼器的標準化，在磁編碼器方面，中空方案很難與批量化的半導體結合起來應用。對于專利201910047346.X提出了一種分離式磁編碼器的方案，使得中空磁編碼器的技術在原理上成為可能，方便為各種尺寸的應用場景提供中空旋轉測量方案。

在機器人應用中，機器人的每一個關節都擁有兩個編碼器，一個是用來放在關節的電機端測量電機的運動狀態，而另一個則是放在電機輸出后經過減速器的輸出端，且從結構上來講都是中空結構的編碼器，用來測量關節最終輸出的位置和速度數據。在新興的協作機器人中，兩個編碼器可以相互組合來測量扭矩，從而感知微小的外力，達到人機協作的場景。

當一個關節內部要集成兩個編碼器時，編碼器的空間占用優化則直接影響了機器人關節的尺寸大小，從而影響了機器人的整體結構尺寸。專利2019101882914則是提出了一種基于上述分離式磁編碼器專利的雙編碼器的結構，其在軸向空間上結合了兩個編碼器，將雙編碼器做到了一體化，達到了一定效果的減小關節尺寸的目的。但是一般機器人關節徑向的可利用空間較多，軸向尺寸則直接影響了關節整體的長度，該專利提出的雙編碼器結構在徑向空間上仍有一定盈余，雙編碼器的軸向分布使得關節長度不能達到極致，仍有優化進步的空間。

中空編碼器與軸端編碼器不同，中空編碼器必須要擁有獨特的結構才能做到抗干擾且達到高精度、高分辨率、抵抗磁干擾的效果，專利2019108505346則提出了一種保護上述分離式磁編碼器的結構方案，但是該結構僅局限于單個編碼器的應用，要想達到多編碼器的話，在結構上還需進一步優化。

發明內容

本發明設計了一種緊湊型一體化多組分離式磁編碼器，該設計將分離式磁編碼器原理與中空帶磁屏蔽編碼器結構組合的同時做擴展，形成了可以達到多個編碼器結為整體的一體化結構，并且該結構擁有極其緊湊的體積，中空設計使得其即可以使用在軸上，也可以使用在軸端，帶來更小的空間占用。

本發明可以為一組或多組編碼器結構，多組編碼器則是在增加編碼器組數的同時徑向擴展整體尺寸，以在擴展的徑向空間中放置新的一組編碼器。

每一組編碼器中，都擁有特殊磁屏蔽材料制成的環形屏蔽罩，并在屏蔽罩內安裝磁敏感元器件，且磁環、電路板、屏蔽罩將磁場與磁敏感元件封閉在一個空腔內，提供該組編碼器對應的高分辨率與高精度的旋轉位置輸出。