专利名称：一种低成本高精度多转圈绝对式磁电旋转编码器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种低成本高精度多转圈绝对式磁电旋转编码器，具体地说是 用于工业设备、汽车设备或消费设备的多转圈位置检测元件或反馈元件，属于 一种轴角和位移传感器。
背景技术：
本发明之前，在非接触式多转圈旋转编码器中普遍采用了光电技术，光电 旋转编码器的应用己经有几十年的历史，市场上有各种类型和尺寸的产品。虽然光电旋转编码器也是非接触式，但它仍然存在一些明显的缺点。 一方 面，对射式光电旋转编码器不仅会被光栅盘上的遮光线和空隔触发，也会受灰 尘和污物颗粒的影响，这在遮光和空隔细小的高精度码盘上尤为明显。要想解 决这个问题，就需要对编码器系统环境进行密封。即使如此，传感器内的湿度 也会因温度的变化而上升，可能会阻塞光栅盘，使编码器在高湿度的情况下无法使用。另一方面，LED发光管的使用寿命有限，在一些高安全性要求的应 用中，预防性的更换周期通常为6到12个月。而且光电旋转编码器由于采用了光栅盘和光电组件读数机构，因此对于安 装主轴和固定底板的加工要求很高，如果垂直度和同心度不好，则读数机构将 无法读出准确的位置数据。同时，由于光栅盘和读数机构的复杂度较高，其加工成本和使用成本也很 高，因此考虑到成本因素，光电绝对式编码器无法广泛应用，而对于一些本需 要应用绝对式编码器的场合，由于成本原因，纷纷采用增量式旋转编码器，并 通过其内置的电池来记忆原点，组合成伪绝对式编码器的方式，但如果电池线 不联，其本质还是增量式旋转编码器，而需要外置电池也给实际应用中带来很 大的麻烦，目前这种方式在一些日本的伺服系统中较多见。发明内容有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种低成 本高精度多转圈绝对式磁电旋转编码器。为实现上述目的，本发明提供了一种低成本高精度多转圈绝对式磁电旋转 编码器。其主要采用主轴通过轴承支撑在主固定底板上，小齿轮轴前端通过螺 钉固定在主轴上，小齿轮轴带动记圈组件，完成转圈计数功能；小齿轮轴末端 突起部分紧配固定一个钕铁硼磁铁，通过综合电路板上固定的磁电感应芯片获 取单圈内的角度位置信息；同时综合电路板将获取的转圈数和单圈位置信息综 合处理，形成连续的位置信息；记圈组件和综合电路板通过螺钉和垫圈固定在 主固定底板上；所有的部件都安装在外壳内，且整个编码器采用弹性安装方式。本发明由于在单圈内角度位置信息检测采用磁电感应芯片感应磁铁旋转带 来的磁场分布变化以获取信息，克服了光电旋转编码器的缺点，大大降低了成 本，而且由于磁电感应芯片在同一个芯片上包括了霍尔传感器、信号调节、模 数转换器和微控制器等部件，解决了以往这些部件离散安装带来的安装问题， 大大简化了安装结构；同时由于磁电感应芯片能监测磁铁的位置和距离，因此 提供了免维护的运行环境，适合应用于安全要求极高的设备。同时本发明采用 了记圈组件，完成了多转圈时圈数的计数功能，将主轴转动圈数的变化转化为 数字编码输出。最后采用综合电路板将磁电感应芯片中的单圈信息和记圈组件 中的转圈数信息整合成统一的电信号，通过串行、并行或总线通讯的方式传送 出去。本发明在确保高精度大量程的情况下，大大扩展了绝对式编码器的使用范 围，并降低了使用成本，解决了目前光电绝对式编码器只能在部分特殊场合应 用的难题，填补了国内外无低成本多转圈绝对式编码器的空白。以下将结合附图对本发明的具体结构及技术效果作进一步说明，以充分地 阐述本发明的目的、特征和效果。
图1是本发明一具体实施例的结构示意图；图2是图1所述实施例的左视图；图3是图1所述实施例中综合电路板的原理图。
具体实施方式
下面结合图l、图2及图3所示，对本发明作进一步详细的描述。本发明主要由主轴l、轴承2、主固定底板3、壳体4、小齿轮轴5、小齿轮 轴固定螺钉6、记圈组件7、钕铁硼圆柱磁铁8、综合电路板9、磁电感应芯片 10、整体固定支撑螺钉11、弹性安装板12、弹性安装板固定螺钉13、主轴固 定销子14、电缆15等组成。本发明主要共由四大部分组成，即可转动部分轴系、主固定底板、记圈组 件、综合电路板部分。将主轴1与带有末端突起部分的小齿轮轴5通过小齿轮轴固定螺钉6结合 (或将主轴1与小齿轮轴5制成一整体)，并通过精密轴承2将主轴1与主固 定底板3同心联结；同时，在小齿轮轴5上制有齿轮带动记圈组件7，在小齿 轮轴5末端突起部分紧配固定一两侧磁化的06X2.5的钕铁硼圆柱磁铁8。用 户轴通过主轴销子14与主轴1联结，当用户轴转动时，本发明之主轴l、小齿 轮轴5也随之同步转动，同时带动记圈组件7内的计数齿轮转动，通过记圈组 件7内的齿轮组按一定规律排列转动并将转动圈数转换为数字编码输出；小齿 轮轴5的转动，同时带动了固定在其末端的钕铁硼圆柱磁铁8的转动，该磁铁 为两侧完全磁化的双极磁铁，磁铁的转动将会带来磁场分布的变化，磁电感应 芯片IO将感应磁场分布的变化，进而精确测量单圈360。内的角度，将360°内 的角度区分为4096个位置，并通过同步串行接口 (SSI)以矩形波代码输出位 置信息。综合电路板9和记圈组件7分别安装在壳体4内，并由整体固定支撑 螺钉11紧固在主固定底板3上。电缆15固定在壳体4上。根据图2，由左视图可见，本产品的固定部分的安装主要通过由弹性安装板 固定螺钉13固定在主固定底板3上的弹性安装板12来完成，通过弹性安装板 12将本产品固定于用户安装端面上，也可采用法兰槽的安装方式。根据图3，由综合电路板9的原理图可见，综合电路板9主要完成单圈角度位置信息解析和圈数计数信息解码，并将这两部分数据整合解码传送出去的功 能；当用户轴带动本发明主轴1同步转动时，记圈组件7中记录的圈数数据也 随之同步变化，记圈组件通过与综合电路板9的电路连接接口将数据传送给圈 数信号处理模块，圈数信号处理模块以特殊的数字编码形式输出圈数数据；同 时同步转动的磁铁带动磁场分布的变化，磁电感应芯片将根据磁场的分布获取 单圈内的角度位置信息，并以同步串行接口 (SSI)形式输出单圈角度数据；而 位置信号综合处理模块将获得的圈数编码数据和单圈角度数据进行解码整合， 以连续的位置信息数据形式传送给位置信号传输模块；位置信号传输模块可以 根据用户需要设计成串行、并行以及总线等输出形式，位置信号传输模块根据 用户通过电缆接口传递的信息将位置数据传送出去；整个电路包括记圈组件需 要用户提供5V或24V直流电源给综合电路板的电源模块，以供本发明产品使 用。综上所述，本说明书中所述的只是本发明的一种较佳具体实施例。凡本技 术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或 者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的权利要求保护范围内。
权利要求
1、一种低成本高精度多转圈绝对式磁电旋转编码器，主要包括主轴(1)、主固定底板(3)、记圈组件(7)、综合电路板(9)，其特征是采用主轴(1)通过轴承(2)与主固定底板(3)同心联结，并且主轴(1)同步带动小齿轮轴(5)转动，小齿轮轴(5)上制有齿轮带动记圈组件(7)，在小齿轮轴(5)末端突起部分紧配固定钕铁硼圆柱磁铁(8)，磁铁与小齿轮轴同步转动；磁电感应芯片(10)焊接固定在综合电路板(9)上，综合电路板(9)、记圈组件(7)分别安装在壳体(4)内，并由整体固定支撑螺钉(11)紧固在主固定底板(3)上。
2、 如权利要求l所述的低成本高精度多转圈绝对式磁电旋转编码器，其特 征在于固定于综合电路板(9)上的磁电感应芯片(10)与磁铁(8)的间距 为1.5mm,通过感应两侧完全磁化的钕铁硼圆柱磁铁(8)转动带来的磁场分 布变化精确测量单圈360。内的角度，将360。内的角度区分为4096个位置。
3、 如权利要求l所述的低成本高精度多转圈绝对式磁电旋转编码器，其特 征在于记圈组件(7)内有计数齿轮与小齿轮轴(5)同步转动，同时记圈组 件(7)内的齿轮组将按一定规律排列转动，并将转动圈数转换为数字编码输 出；
4、 如权利要求l所述的低成本高精度多转圈绝对式磁电旋转编码器，其特 征在于综合电路板(9)包括单圈角度位置信息解析和圈数计数信息解码功 能，并将这两部分数据解码整合传送出去；
5、 如权利要求l所述的低成本高精度多转圈绝对式磁电旋转编码器，其特 征在于用户轴通过主轴销子(14)与主轴(1)联结，同时通过弹性安装板(12)将本编码器固定于用户安装端面上。
全文摘要
本发明提供了一种低成本高精度多转圈绝对式磁电旋转编码器，属于轴角和位移传感器的一种。其主要采用主轴通过轴承支撑在主固定底板上，小齿轮轴前端通过螺钉固定在主轴上，小齿轮轴带动记圈组件，完成转圈计数功能；小齿轮轴末端突起部分紧配固定一个钕铁硼磁铁，通过综合电路板上固定的磁电感应芯片获取单圈内的角度位置信息；同时综合电路板将获取的转圈数和单圈角度位置信息综合处理，形成连续的位置信息；记圈组件和综合电路板通过螺钉和垫圈固定在主固定底板上；所有的部件都安装在外壳内，且整个编码器采用弹性安装方式。本发明由于采用新型的高集成度磁电器件以及自主设计的综合电路板，简化了安装结构，产品十分紧凑，有效缩小了产品轴向尺寸；采用磁电方式，与光电方式相比在确保测量精度的前提下大大降低了成本，而且能适应恶劣的工作环境。因此本发明可广泛应用于需要精确多转圈位置测量的工业、汽车甚至消费领域。
文档编号G01D5/12GK101576396SQ20081003842
公开日2009年11月11日 申请日期2008年6月2日 优先权日2008年6月2日
发明者俞惠聪, 嵩 叶, 梁海峰, 苏其兴, 栋 陈 申请人:上海源致信息技术有限公司