一種旋轉(zhuǎn)編碼器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型設及一種旋轉(zhuǎn)編碼器，具體說用于伺服電機或自動控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)動角 度和轉(zhuǎn)動角速度的檢測部件，也可用于數(shù)控系統(tǒng)中的指令發(fā)生器
【背景技術】
[0002] 磁電編碼器是近幾年來快速發(fā)展起來的一種轉(zhuǎn)動角度和角速度的檢測部件。它克 服光電式編碼器許多不足，如光柵容易受污染導致脈沖丟失問題、抗震性差問題、高精度光 柵加工成本高問題、絕對值式光電編碼器工藝復雜成本高問題、不易實現(xiàn)高精度小型化產(chǎn) 品問題等等。也克服使用旋轉(zhuǎn)變壓器作為位置反饋部件的不足之處，如極低速的位置反饋 精度問題、解碼技術復雜及成本過高問題等等。
[0003] 目前工程上應用的磁電編碼器有很多種，傳統(tǒng)的是通過磁鼓或齒輪形式實現(xiàn)，通 過磁感應部件感測磁鼓或齒輪上磁極的周期性變化，輸出脈沖信號，但此種編碼器精度低、 且只能實現(xiàn)增量式。
[0004] 專利申請?zhí)枮?200410024190. 7、200410024191. U200410024192. 6、 200410024195. X、200410024194. 5、200410024193. 0 的專利分別提出一種磁電編碼器，其原 理相同，W 200410024190. 7為例，結構如圖1所示，磁傳感器位于與磁環(huán)同軸的外殼內(nèi)側(cè)壁 上，感測旋轉(zhuǎn)磁場，通過處理裝置算出角度輸出。但其結構存在一定缺陷，側(cè)面感測磁場變 換信號，需要使用柔性線路板，柔性線路板上安裝貼片磁感應元件，一般需要手工焊接，效 率低；然后需要把柔性線路板粘貼到外殼內(nèi)壁上，通過柔性線路板接頭輸出模擬信號；柔 性線路板粘貼工藝復雜，且粘結膠在高溫下或油污下容易脫落，輸出接頭處的柔性線路板 上覆銅線路容易斷開，很不可靠。
[00化]專利申請?zhí)枮?00910137761. 0的專利提出另一種結構的磁電編碼器，結構如圖2 所示，在磁環(huán)的外側(cè)同軸的定子圓周上放置若干段等規(guī)格鐵氧體，各個鐵氧體中間有間隙， 用于安裝磁感應元件。該種結構在裝配的可靠性上有很大提高，但該種磁場的積分結構， 磁感應元件很容易受到外部磁場的干擾，導致信號輸出的不穩(wěn)定，甚至導致輸出角度的錯 誤。若外部增加磁場屏蔽罩，則編碼器的結構相應增大很多。同時，該種結構一般使用插件 的磁感應元件，焊接需要保證高度一致，同軸性要好，否則插入間隙非常困難，而且插入間 隙后需要使用膠固定磁感應元件，否則震動下容易導致磁感應元件引腳斷掉，而且震動也 會導致輸出模擬信號不穩(wěn)定，影響輸出精度。另外，此結構體積不夠靈活，尤其需要安裝軸 承時，體積特別大，不易實現(xiàn)小型化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本實用新型所要解決的技術問題在于，針對現(xiàn)有技術的不足提供一種新的磁電編 碼器信號拾取方式和結構，其結構簡單、生產(chǎn)工藝簡單、可靠性好、抗干擾能力強、體積靈 活、成本低等特點。
[0007] 本實用新型的具體技術方案是：
[000引一種旋轉(zhuǎn)編碼器，包括安裝在轉(zhuǎn)子上的磁鋼環(huán)，包圍在磁鋼環(huán)外且固定在定子上 的磁屏蔽外殼，W及安裝在外殼上的信號檢測處理板，其特征在于所述信號檢測處理板與 磁鋼環(huán)平行，包括PCB板、貼于PCB板一側(cè)的N(N > 2)個磁感應元件和設于PCB板另一側(cè) 的線纜，磁感應元件在與磁鋼環(huán)同軸的360度圓周上或180度半圓周上等角度均勻分布。
[0009] 優(yōu)化地，當N = 2時，2個磁感應元件之間的夾角為90度。
[0010] 優(yōu)化地，所述信號檢測處理板包括PCB板、貼于PCB板一側(cè)的磁感應元件和設于 PCB板另一側(cè)的線纜、AD轉(zhuǎn)換器和微處理器。
[0011] 優(yōu)化地，所述外殼與轉(zhuǎn)子通過軸承裝配在一起。
[0012] 優(yōu)化地，所述外殼直接固定在被測物體的定子上，磁鋼環(huán)固定在被測物體的旋轉(zhuǎn) 軸上。
[0013] 更進一步地，所述磁鋼環(huán)與轉(zhuǎn)子垂直，轉(zhuǎn)子具有空屯、軸結構或?qū)嵧?、軸結構，轉(zhuǎn)子外 圍罩有磁屏蔽外殼，外殼與轉(zhuǎn)子同軸，磁鋼環(huán)和磁感應元件均在磁屏蔽外殼內(nèi)側(cè)；磁屏蔽外 殼內(nèi)部安裝有信號檢測處理板，信號檢測處理板與磁鋼環(huán)平行；信號檢測處理板上安裝有 AD轉(zhuǎn)換器和微處理器，或安裝內(nèi)置AD轉(zhuǎn)換器的微處理器。
[0014] 優(yōu)化地，所述信號檢測處理板依靠外圓定位安裝在外殼上，或通過工裝依靠內(nèi)圓 定位安裝在外殼上。
[0015] 優(yōu)化地，所述磁感應元件為貼片封裝或插件封裝、依靠焊盤定位的電子元件，該 電子元件安裝圓周直徑不小于磁鋼外徑。
[0016] 在有些場合中，信號檢測處理卡上的AD轉(zhuǎn)換器和微處理器省去，磁感應元件直接 通過電纜輸出模擬信號，由接受裝置進行AD轉(zhuǎn)換，計算處理成角度。
[0017] 當磁鋼環(huán)隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，磁感應元件感測電磁信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，電壓信號通 過運算放大器或直接到AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再傳遞給微處理器，由微處理器經(jīng)過運 算處理轉(zhuǎn)換為增量或絕對式角度，通過線纜輸出。
【附圖說明】
[0018] 圖1為現(xiàn)有技術磁電編碼器結構圖。
[0019] 圖2為現(xiàn)有技術磁電編碼器結構圖。
[0020] 圖3為目前已經(jīng)公開的磁電編碼器結構圖。
[0021] 圖4為本發(fā)明所述磁鋼環(huán)結構圖。
[0022] 圖5為本發(fā)明所述磁鋼環(huán)結構圖。
[0023] 圖6為當磁感應元件為N = 2時的信號檢測處理板示意圖。
[0024] 圖7為當磁感應元件為N = 3時在180度圓周上等角度均勻分布的信號檢測處理 板不意圖。
[0025] 圖8為當磁感應元件為N = 3時在360度圓周上等角度均勻分布的信號檢測處理 板不意圖。
[0026] 圖9為當磁感應元件為N = 4時在180度圓周上等角度均勻分布的信號檢測處理 板不意圖。
[0027] 圖10為當磁感應元件為N = 4時在360度圓周上等角度均勻分布的信號檢測處 理板示意圖。
[002引圖11為當磁感應元件為N = 6時在360度圓周上等角度均勻分布的信號檢測處 理板不意圖。
[0029] 圖12為數(shù)據(jù)處理框圖。
[0030] 圖13為本實用新型的一種空屯、軸結構編碼器。
[0031] 圖14為本實用新型的一種實屯、軸結構編碼器。
[0032] 圖15為本實用新型的一種無軸承直接安裝被測物體上的結構。
【具體實施方式】
[0033] 圖13和圖14分別是本實用新型實施的有軸承結構圖；圖15是本實用新型實施 的無軸承結構圖。=種結構只在機械裝配上有不同，信號拾取方式和處理方式是一致的。
[0034] 圖13和圖14機械裝配實施方式相同，W下參照附圖13,說明有軸承結構的實施方 式。該結構磁電編碼器由磁鋼環(huán)（1)、具有磁屏蔽效果的外殼（2)、轉(zhuǎn)子巧）、軸承（8)和信 號檢測處理板（3)組成；信號檢測處理板（3)由PCB板、磁感應元件（4)、AD轉(zhuǎn)換器（6)和 微處理器（7)組成，并焊接有線纜（9)輸出。一些應用場合AD轉(zhuǎn)換器（6)和微處理器（7) 省去，磁感應元件（4)的信號直接通過線纜（9)輸出。該結構裝配過程包括；轉(zhuǎn)子（5)首先 裝配到軸承（8)的內(nèi)環(huán)上固定，磁鋼環(huán)（1)粘接在轉(zhuǎn)子（5)上；外殼（2)裝配到軸承（8)的 外環(huán)上固定，保證磁鋼環(huán)（1)處在外殼（2)的內(nèi)側(cè)；預先安裝好磁感應元件（4)等電子元件 和焊接好線纜（9)的信號檢測處理板（3)，通過外圓或內(nèi)圓定位，安裝到外殼（2)上，確保磁 感應元件（4)所在的圓周與轉(zhuǎn)子同軸，并且處在外殼似的內(nèi)側(cè)。
[0035] 圖15為無軸承結構，該結構磁電編碼器由磁鋼環(huán)（1)、具有磁屏蔽效果的外殼（2) 和信號檢測處理板（3)組成；信號檢測處理板（3)由PCB板、磁感應元件（4)、AD轉(zhuǎn)換器 (6)和微處理器（7)組成，并焊接有線纜（9)輸出。一些應用場合AD轉(zhuǎn)換器（6)和微處理 器（7)省去，磁感應元件（4)的信號直接通過線纜（9)輸出。該結構裝配過程包括；磁鋼環(huán) (1)直接粘接在被測物體，如伺服電機的軸巧'）上；外殼（2)通過外圓或內(nèi)圓固定在被測 物體的定子，如伺服電機的后法蘭（10)上，保證磁鋼環(huán)（1)處在外殼（2)的內(nèi)側(cè)；預先安裝 好磁感應元件（4)等電子元件和焊接好線纜（9)的信號檢測處理板（3)，通過外圓或內(nèi)圓定 位，安裝到外殼（2)上，確保磁感應元件（4)所在的圓周與轉(zhuǎn)子同軸，并且處在外殼（2)的 內(nèi)側(cè)。
[0036] 上述結構裝配完畢之后，磁鋼環(huán)（1)隨轉(zhuǎn)子（5)或軸巧'）轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生周期性正弦 磁場信號。磁感應元件（4)把磁場信號轉(zhuǎn)換為電壓信號輸出給后續(xù)處理電路。
[0037] 根據(jù)永久磁鐵的磁場特性
【主權項】
1. 一種旋轉(zhuǎn)編碼器，包括安裝在轉(zhuǎn)子上的磁鋼環(huán)，包圍在磁鋼環(huán)外且固定在定子上的 磁屏蔽外殼，以及安裝在外殼上的信號檢測處理板，其特征在于所述信號檢測處理板與磁 鋼環(huán)平行，包括PCB板、貼于PCB板一側(cè)的N個磁感應元件和設于PCB板另一側(cè)的線纜，磁 感應元件在與磁鋼環(huán)同軸的360度圓周上或180度半圓周上等角度均勾分布，其中N多2。
2. 根據(jù)權利要求1所述的旋轉(zhuǎn)編碼器，其特征在于當N=2時，2個磁感應元件之間的夾 角為90度。
3. 根據(jù)權利要求1所述的旋轉(zhuǎn)編碼器，其特征在于所述信號檢測處理板包括PCB板、貝占 于PCB板一側(cè)的磁感應元件和設于PCB板另一側(cè)的線纜、AD轉(zhuǎn)換器和微處理器。
4. 根據(jù)權利要求1所述的旋轉(zhuǎn)編碼器，其特征在于所述外殼與轉(zhuǎn)子通過軸承裝配在一 起。
5. 根據(jù)權利要求1所述的旋轉(zhuǎn)編碼器，其特征在于所述外殼直接固定在被測物體的定 子上，磁鋼環(huán)固定在被測物體的旋轉(zhuǎn)軸上。
6. 根據(jù)權利要求3所述的旋轉(zhuǎn)編碼器，其特征在于所述磁鋼環(huán)與轉(zhuǎn)子垂直，轉(zhuǎn)子具有 空心軸結構或?qū)嵭妮S結構，轉(zhuǎn)子外圍罩有磁屏蔽外殼，外殼與轉(zhuǎn)子同軸，磁鋼環(huán)和磁感應兀 件均在磁屏蔽外殼內(nèi)側(cè)；磁屏蔽外殼內(nèi)部安裝有信號檢測處理板，信號檢測處理板與磁鋼 環(huán)平行；信號檢測處理板上安裝有AD轉(zhuǎn)換器和微處理器，或安裝內(nèi)置AD轉(zhuǎn)換器的微處理 器。
7. 根據(jù)權利要求1所述的旋轉(zhuǎn)編碼器，其特征在于所述信號檢測處理板依靠外圓定位 安裝在外殼上，或通過工裝依靠內(nèi)圓定位安裝在外殼上。
8. 根據(jù)權利要求1所述的旋轉(zhuǎn)編碼器，其特征在于所述磁感應元件為貼片封裝或插件 封裝、依靠焊盤定位的電子元件，該電子元件安裝圓周直徑不小于磁鋼外徑。
【專利摘要】本實用新型涉及一種旋轉(zhuǎn)編碼器，包括安裝在轉(zhuǎn)子（5）上的磁鋼環(huán)（1），包圍在磁鋼環(huán)（1）外，且用于固定在定子上的磁屏蔽外殼（2），以及安裝在外殼（2）上的信號檢測處理板（3）。所述信號檢測處理板（3）與磁鋼環(huán)（1）平行，上面安裝有N（N ≥ 2）個磁感應元件（4），磁感應元件（4）在與磁鋼環(huán)（1）同軸的360度圓周上或180度半圓周上等角度均勻分布。本實用新型所述裝置生產(chǎn)極其簡單；體積大小及結構靈活設計，可實現(xiàn)微型化，也可實現(xiàn)空心軸和實心軸結構；抗干擾能力強；抗振性好；性價比非常高。
【IPC分類】G01D5-12, H02K11-00
【公開號】CN204361860
【申請?zhí)枴緾N201420122833
【發(fā)明人】吳海剛
【申請人】吳海剛
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2014年3月18日