并列齿轮结构多圈绝对值编码器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种并列齿轮结构多圈绝对值编码器，包括齿轮组和电路板，所述齿轮组为一个主动齿轮和若干个从动齿轮一一啮合，输入轴为主动齿轮的齿轮轴，齿轮组中每个齿轮的齿轮轴的端部都设有磁钢，所述电路板位于齿轮组的正上方且在电路板上设置有与所述磁钢匹配配装的磁旋转角度传感器，磁旋转角度传感器用来测量各个齿轮相对于初始位置的夹角。本实用新型并列齿轮结构多圈绝对值编码器构造简单，利于高速旋转，兼备精密测量和大圈数测量，在断电的情况下可连续测量且不丢失数据，与现有的带有变比齿轮结构的多圈绝对值编码器相比，齿轮负载更轻、更易于扩大编码范围、在相同的编码范围情况下齿轮数目更少。
【专利说明】
并列齿轮结构多圈绝对值编码器
技术领域
[0001] 本实用新型涉及编码器，具体是一种并列齿轮结构多圈绝对值编码器。
【背景技术】
[0002] 多圈绝对值编码器是利用机械位置记录设备转动圈数的装置，设备转动过程中会 改变多圈绝对值编码器内齿轮组的位置，由于这些位置在其量程内不会发生重复，所以可 以通过传感器读取齿轮组位置，从而得到设备转动的圈数。
[0003] 在现有的多圈绝对值编码器中，无论是光电式还是磁感应式，其齿轮组几乎都采 用变比齿轮结构，齿轮之间是多级关系传动，这种齿轮结构的多圈绝对值编码器结构复杂、 齿轮数目多、齿轮负载较重，在实际应用中存在不易于设计和生产、不利于高速旋转、不耐 用的问题。
[0004] 因此，开发一种结构简单、耐用、兼备精密测量和大圈数测量的多圈绝对值编码器 有着非常积极重要的意义。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型的目的是针对现有多圈绝对值编码器存在的上述不足，提供一种并列 齿轮结构多圈绝对值编码器，其采用并列齿轮结构来代替现有变比齿轮结构，使得多圈绝 对值编码器构造简单、兼备精密测量和大圈数测量、利于高速旋转、还更耐用、容易生产，与 现有的带有变比齿轮结构的多圈绝对值编码器相比，相同的编码范围情况下齿轮数目更 少、齿轮负载更轻、更易于扩大编码范围。
[0006] 实现本实用新型目的的技术方案是：
[0007] -种并列齿轮结构多圈绝对值编码器，包括齿轮组和电路板，所述齿轮组为一个 主动齿轮分别和若干个从动齿轮 嗤合，输入轴为主动齿轮的齿轮轴，齿轮组中每个齿 轮的齿轮轴的端部都设有磁钢，所述电路板位于齿轮组的正上方且在电路板上设置有与所 述磁钢匹配配装的磁旋转角度传感器，磁旋转角度传感器用来测量各个齿轮相对于初始位 置的夹角。
[0008] 所述齿轮组在转动过程中的任一时刻，每个齿轮转过的齿数相等。
[0009] 所述齿轮组中任意两个齿轮的齿数满足两两不可约分的关系。
[0010] 本实用新型并列齿轮结构多圈绝对值编码器的编码的原理如下：
[0011] 本实用新型并列齿轮结构多圈绝对值编码器中每个齿轮与初始位置的夹角可以 通过对应磁旋转角度传感器测得，可以依此来实现单圈绝对值编码，因此编码器所能测的 最小角度为主动齿轮对应磁旋转角度传感器所能测的最小角度，最小角度可以通过主动齿 轮对应磁旋转角度传感器的分辨率得到，若主动齿轮对应磁旋转角度传感器的分辨率为η 位，绝对值编码器所能测的最小角度为;由于主动齿轮和从动齿轮的齿数不同，每当主 L· 动齿轮转动一整圈后，从动齿轮会和主动齿轮原来相啮合的位置会发生错位，错位的齿数 为该从动齿轮和主动齿轮的齿数差，齿轮组的位置都不会与之前任何位置重复，故依此来 实现圈数编码。所以，绝对值编码器转动过程中的任一位置都有一组不同的角度数据与之 一一对应。因此，只需要通过电路板测得结束状态各个齿轮的角度数据，就能通过这种一一 对应的关系计算出结束状态主动齿轮所转过的圈数，所以，编码器在断电的情况下可连续 测量、且不丢数据。若主动齿轮在同一方向上转动，直到再次所有的齿轮转回到初始状态， 此时主动齿轮所转的圈数即为编码器的最大编码圈数。综上，本实用新型绝对值编码器兼 备精密测量和大圈数测量的功能。
[0012] 以下给出由已知的所有齿轮的齿数得到最大编码圈数的计算方法：
[0013] 当某一齿轮所转的圈数为整数，即该齿轮所转的齿数是此齿轮齿数倍数时，该齿 轮回到初始位置。由于齿轮组在转动过程中的任一时刻，每个齿轮转过的齿数相等，所以当 主动齿轮所转的齿数是各个齿轮齿数的最小公倍数的时候，所有齿轮再次回到初始状态， 所有齿轮齿数的最小公倍数即为主动齿轮转动最大编码圈数时所对应的齿数。由此可知， 最大编码圈数等于各个齿轮齿数的最小公倍数除以主动齿轮的齿数。
[0014] 进一步的，在最大编码圈数不变时，最节省资源的方案，使得齿轮个数和齿轮的齿 数更少，则齿轮组中任意两个齿轮的齿数满足两两不可约分的关系，在此条件下，各个齿轮 齿数的最小公倍数等于各个齿轮齿数的乘积，该并列齿轮结构多圈绝对值编码器的最大编 码圈数计算方法可简化为:各个从动齿轮齿数的乘积。
[0015] 由此可知，如果增加一个从动齿轮，此从动齿轮的齿数与齿轮组中其它任一齿轮 的齿数都两两不可约分，此绝对值编码器的最大编码圈数为原来最大编码圈数乘以该从动 齿轮的齿数，相比之下，现有的以变比齿轮结构做齿轮组的绝对值编码器，如果增加一个变 比齿轮，其最大编码圈数为原来最大编码圈数乘以该变比齿轮的比值，所以该并列齿轮结 构多圈绝对值编码器易于扩大编码范围、相同的编码范围情况下齿轮数目更少。
[0016] 以下给出由测得的数据计算出主动齿轮所转圈数的计算方法：
[0017] 本实用新型并列齿轮结构多圈绝对值编码器能够测得各个齿轮相对于初始位置 的夹角，然而要得出主动齿轮所转的圈数，就需要对这些数据进行处理。根据本实用新型绝 对值编码器的特征，可以得到以下三个结论:所述齿轮组在转动过程中的任一时刻，每个齿 轮转过的齿数相等;齿轮转动的总齿数等于该齿轮转动的整圈数对应的齿数加上当前位置 所对应的位置齿数;主动齿轮所转圈数小于最大圈数。根据以上的三个结论建立约束条件， 即可计算得到主动齿轮的转动圈数。
[0018] 本实用新型的有益效果:采用磁旋转角度传感器实现单圈绝对值编码并配合齿轮 组，利用齿轮组在转动过程中位置不重复，实现圈数编码。齿轮之间不是以变比齿轮的多级 关系传动，而是以并级关系传动，多级传动的负载是乘积关系，而并级传动的负载是累加关 系，所以主动齿轮负载更轻。本实用新型并列齿轮结构多圈绝对值编码器构造简单，利于高 速旋转，兼备精密测量和大圈数测量，在断电的情况下可连续测量且不丢失数据，与现有的 带有变比齿轮结构的多圈绝对值编码器相比，齿轮负载更轻、更易于扩大编码范围、在相同 的编码范围情况下齿轮数目更少。
【附图说明】
[0019] 图1为本实用新型的实施例齿轮组为三个齿轮的并列齿轮结构多圈绝对值编码器 的水平截面示意图；
[0020] 图2为本实用新型的实施例齿轮组为三个齿轮的并列齿轮结构多圈绝对值编码器 的垂直截面示意图；
[0021] 图3为本实用新型的实施例齿轮组为三个齿轮的并列齿轮结构多圈绝对值编码器 增加一个从动齿轮的水平截面示意图。
[0022] 图中，1.主动齿轮11.主动齿轮齿轮轴12.主动齿轮磁钢13.主动齿轮磁旋转角 度传感器
[0023] 2.第一从动齿轮21.第一从动齿轮齿轮轴22.第一从动齿轮磁钢23.第一从齿 轮磁旋转角度传感器
[0024] 3.第二从动齿轮31.第二从动齿轮齿轮轴32.第二从动齿轮磁钢33.第二从齿 轮磁旋转角度传感器
[0025] 4.电路板。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图和实施例对本【实用新型内容】作进一步的说明，但不是对本实用新型 的限定。
[0027]实施例
[0028]参照图1、2,一种三齿轮结构的多圈绝对值编码器，包括齿轮组和电路板4,所述齿 轮组为主动齿轮1分别和第一从动齿轮2、第二从动齿轮3相啮合，输入轴为主动齿轮1的齿 轮轴11，所述主动齿轮1的齿轮轴11的端部和第一从动齿轮2的齿轮轴21、第二从动齿轮3的 齿轮轴31的端部分别设有磁钢12、22、32，所述电路板4位于齿轮组的正上方且在电路板4上 设置有与所述磁钢12、22、32匹配配装的磁旋转角度传感器13、23、33，因为各个齿轮轴的端 部设有磁钢，每当齿轮转动时，磁钢的磁极方向也在水平面上发生变化，所以通过磁旋转角 度传感器13、23、33可以测得每个齿轮相对于初始位置的夹角。
[0029] 本实施例中，主动齿轮1的齿数为25，第一从动齿轮2的齿数为26，第二从动齿轮3 的齿数为27，磁旋转角度传感器13、23、33的分辨率为12位。
[0030] 所述主动齿轮1、第一从动齿轮2、第二从动齿轮3的齿数分别为25、26、27，满足两 两不可约分的关系，因此，该三齿轮结构多圈绝对值编码器的最大编码圈数为:两个从动齿 轮齿数26与27的乘积，即26 X 27 = 702圈，此三齿轮结构多圈绝对值编码器所能测的最小角 UO0 度为 ?0.0tr
[0031] 因此，该三齿轮结构多圈绝对值编码器的编码范围为0~702圈，可测最小角度为 0.088度，故该三齿轮结构多圈绝对值编码器兼备精密测量和大圈数测量的功能。
[0032] 根据【实用新型内容】中的计算方法，下面给出由实测的一组角度数据计算出主动齿 轮当前所转圈数的方法：
[0033] 例如，实施例中，磁旋转角度传感器分别测得主动齿轮1、第一从动齿轮2、第二从 动齿轮3相对于各自初始位置的夹角为θ〇= 155.215°、Q1 = 135.439°、θ2 = 90.439°。
[0034] 此时主动齿轮1、第一从动齿轮2、第二从动齿轮3相对于各自初始位置的齿数为 C0、C1、C2 I ' .β. ' h β " β
[0035] ?：·, r =^, c =--- 360 1 360 - 369
[0036] 由于设备的局限性、磁旋转角度传感器精度的局限性，磁旋转角度传感器测得的 值总会有些许误差，对应的Co、C1、C 2也会存在误差，设主动齿轮1、第一从动齿轮2、第二从动 齿轮3相对于各自初始位置的齿数真实值为<、<、c 2+，由于每个齿轮所转的齿数相同，故 <与<的差Ag和<与< 的差Δ4必定为整数，因此可以将(^与⑶的差Δ C1Q四舍五入保留整 数得到44=-1，将〇2与(3()的差^(32()四舍五入保留整数得到八4=-4。
[0037]若主动齿轮1、第一从动齿轮2、第二从动齿轮3此时已转的整圈数分别为π)、η、κ， 由于各个齿轮所转的齿数相同，故有以下等式成立：
[0038] 25rt + c* -26/*+ = 21 n +a
[0039] 整理得：
[0040] ^,-=26;;+Δ?；^25;·^6;:-? ……：φ. 25η =11 η + Δ?；η, 2 5/; = I1, η
[0041 ]因主动齿轮1已转圈数不超过编码范围702圈，故:r〇〈702……②
[0042]主动齿轮1、第一从动齿轮2、第二从动齿轮3已转的整圈数为自然数，有:Π )，η，Γ2 EN……③
[0043]由条件①②③，用计算机可算得主动齿轮1已转的整圈数r〇 = 677。
[0044] 由此可知:主动齿轮1目前转了677圈155.215度。
[0045] 如果需要改变编码器的编码范围，可以通过改变齿轮的齿数和改变齿轮数量来达 到目的，如图3所示，可以在前面三个齿轮结构的电磁感应绝对值编码器上面加上一个齿数 为29的齿轮，四个齿轮结构的多圈绝对值编码器的水平截面，与实施例计算方法相同，得出 此电磁感应绝对值编码器在主动齿轮转动20358圈内都能保证每一圈都是绝对位置，从而 增大此多圈绝对值编码器的编码范围。
[0046] 按照此种齿轮组结构的并列齿轮结构多圈绝对值编码器，如果所有齿轮都只用50 齿数以下的齿轮，只需要主动齿轮负载5个从动齿轮(如主动齿轮的齿轮数为41，其它五个 从动齿轮的齿轮数分别为49、47、46、45、43)就可以保证在主动齿轮转动两亿多圈的范围内 每一位置都是绝对位置。所以这种并列齿轮结构多圈绝对值编码器精密测量和大圈数测量 兼备、构造简单，与现有的带有变比齿轮结构的多圈绝对值编码器相比，齿轮负载更轻、更 易于扩大编码范围、相同的编码范围情况下齿轮数目更少。
[0047] 综上所述，仅为本实用新型的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不局限 于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本实用新型公开技术的范围内，可以轻易想到的 变化或者替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种并列齿轮结构多圈绝对值编码器，其特征在于:包括齿轮组和电路板，所述齿轮 组为一个主动齿轮和若干个从动齿轮 嗤合，输入轴为主动齿轮的齿轮轴，齿轮组中每 个齿轮的齿轮轴的端部都设有磁钢，所述电路板位于齿轮组的正上方且在电路板上设置有 与所述磁钢匹配配装的磁旋转角度传感器，磁旋转角度传感器用来测量各个齿轮相对于初 始位置的夹角。2. 根据权利要求1所述的并列齿轮结构多圈绝对值编码器，其特征在于:所述齿轮组在 转动过程中的任一时刻，每个齿轮转过的齿数相等。3. 根据权利要求1所述的并列齿轮结构多圈绝对值编码器，其特征在于:所述齿轮组中 任意两个齿轮的齿数满足两两不可约分的关系。
【文档编号】G01D5/249GK205580480SQ201620188972
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年3月11日
【发明人】黄勇, 覃忠来, 黄天冲, 林建军, 刘勇, 黄绍强
【申请人】桂林数联汽车科技有限公司