[發明專利]一種用于直線電機的編碼器、直線電機及其位置檢測方法

在審

• 申請號: 202010510174.8
• 申請日: 2020-06-08
• 公開（公告）號: CN111600446A
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發明（設計）人: 徐渭清;鄭華文
• 申請（專利權）人: 萬圖機器人(寧波)有限公司
• 主分類號: H02K11/215
• 分類號: H02K11/215;H02K41/02
• 代理公司: 寧波誠源專利事務所有限公司 33102
• 代理人: 鄧青玲

本發明涉及一種用于直線電機的編碼器、直線電機及其位置檢測方法，其中編碼器其特征在于：包括至少一個磁阻傳感器；距離為S×(2×n+1)/4的第一霍爾開關傳感器和第二霍爾開關傳感器，分別產生兩個相位相差90°正交脈沖信號；信號采集處理單元，用于將磁阻傳感器采集的兩組電壓信號進行處理，得到隨著初級位置變化的角度值；運算單元，用于根據第一正交脈沖信號與第二正交脈沖信號，以及信號采集處理單元得到的角度值，計算初級的絕對位置信息。與現有技術相比，本發明的優點在于：通過設置磁阻傳感器與兩個霍爾開關傳感器，來獲得初級的絕對位置信息，磁阻傳感器和霍爾開關傳感器對安裝環境及對次級磁鋼本身磁場精度要求不高、因此其推廣應用范圍較廣。

技術領域

本發明涉及一種編碼器，尤其是涉及一種用于直線電機的編碼器，以及使用該編碼器的直線電機及其位置檢測方法。

背景技術

目前應用于直線電機的編碼器主要有光學直線編碼器和磁感應直線編碼兩種類型。光學直線編碼器需要在電機本體上安裝直線光柵，然后通過編碼器的讀頭讀取光學信號并轉換為位置信息輸出；磁編碼器則需要在電機本體上安裝直線磁柵，然后通過編碼器的讀頭讀取磁信號并轉換為位置信息輸出。不管何種類型的編碼器均需要在電機本體上額外安裝柵尺(光柵或者磁柵)，存在成本高、而且安裝復雜、誤差的大小不易控制等缺點。

另外，光柵容易受到油污、塵埃等環境影響，不適合在惡劣工況下應用。磁柵的抗污能力比較好，但是磁柵容易被外部磁場磁化，特別是對于小型直線電機，磁珊尺安裝的位置需要遠離電機內部次級上的磁鋼，不然會被磁化導致編碼器失效。

還有，一般直線光柵或者磁柵均為增量式刻線，無法提供絕對位置，因此應用于直線電機時無法提供電機中初級的相位信息，直線電機初次上電在尋找相位的時候會出現初級較大幅度的位置移動，這在很多應用場合是不允許的，為了克服這個缺點，有些電機額外安裝了一個霍爾相位傳感器來感應電機初級的相位，不僅增加了接線的復雜性也增加了成本。

為了解決直線編碼器存在安裝復雜、成本高、易受污染、磁場影響的缺陷，公布號為CN 106849520 A的中國專利公開了一種直線電機磁軌編碼器，其包括殼體，在殼體內設置有PCB板，其中，所述PCB板上設置有用于采集初級在運動過程中產生的磁場信號，并將所述磁場信號轉換為兩路相位差為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設倍數細分，得到兩路正交編碼器信號的細分電路；用于將所述兩路正交編碼器信號轉換為差分信號的差分信號轉換電路，通過霍爾采樣電路采集磁場信號并轉換為電壓信號，經過后續細分和差分信號轉換處理后可以得到精確的位置數據。該結構中，霍爾采樣電路采用能將磁場信號分別轉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，第一霍爾傳感器和第二霍爾傳感器必須采用線性的霍爾傳感器，才能在后續處理過程中得到初級的位置數據；然而，線性霍爾傳感器要工作在線性區間內，對磁場強度范圍有比較嚴格的要求，因此，該編碼器的使用環境是有一定限制的，同時為了避免受到影響，必須配備一個屏蔽外殼，另外編碼器安裝后，對次級中排列的多個磁鋼的磁場一致性要求也較高，否則其精度將受到極大影響；然而很多情況下，由于電機次級磁鋼本身磁場充磁精度往往會存在一定的物理偏差，同時磁鋼安裝時也會存在較大一些物理誤差，這些情況，會大大降低該編碼器的絕對定位精度。而在一些對精度要求較高的場合(印刷、機床、半導體行業等)，需要對電機編碼器進行全行程精度補償，上述編碼器無法滿足要求。并且上述編碼器中，沒有將霍爾傳感器獲得的相位信息輸出，使用該編碼器的直線電機初次上電在尋找相位的時候依然會出現初級較大幅度的位置移動，這在很多應用場合是不允許的。因此現有的編碼器均有待于進一步改進。

發明內容

本發明所要解決的第一個技術問題是針對上述現有技術現狀提供一種對安裝環境及對次級磁鋼本身磁場精度要求不高、又能精確獲得初級的絕對位置信息的用于直線電機的編碼器。

本發明所要解決的第二個技術問題是針對上述現有技術現狀提供一種對安裝環境及對次級磁鋼本身磁場精度要求不高、又能精確獲得初級的絕對位置信息的直線電機。