产生编码信号的信号齿轮装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于编码器技术领域，涉及一种信号齿轮装置，尤其涉及一种产生编码信号的信号齿轮装置。
【背景技术】
[0002]霍尔传感器和导磁材料制成的信号齿轮组合可以组成一种简单的编码器，这种编码器广泛应用于汽车和工业等领域。
[0003]图1-1是应用于交流电机的编码器工作示意图，主要包括信号齿轮(标示为Gl)和霍尔传感器模组(标示为SMl)，霍尔传感器模组的结构可结合图1-2。图1-1中的信号齿轮Gl一圈有64个齿峰，齿峰和齿槽的宽度都为2_;霍尔传感器模组SMl主要包括传感器骨架，霍尔传感器芯片，放置在芯片背面的磁钢和芯片的外围电路4个部分;磁钢，芯片以及芯片的外围电路共同封装在一个传感器骨架内组成一个完整的霍尔传感器模组。当电机工作时，每经过一个齿峰和齿槽，传感器模组会输出两路相位相差90度的正交信号(波形如图2所示)。由于信号齿轮有64个齿峰，电机每转动一周会得到一组64个周期的正交信号。控制器采集传感器模组输出的正交信号的频率和相位先后，判断电机的转动速度和方向以实现对电机的闭环控制。
[0004]上述提到的霍尔传感器芯片一般为背磁式齿轮传感器芯片，当芯片正对齿峰时，穿过芯片的磁通量较大，当芯片正对齿槽时，穿过芯片的磁通量较小，通过感应穿过芯片的磁通量大小变化，经过芯片内的信号处理电路运算处理，霍尔传感器芯片会输出相应的方波。
[0005]图1中的传感器模组SMl有两路独立的正交信号输出，所以其内部需要2个霍尔传感器芯片或者I个双路正交输出的霍尔传感器芯片；为了得到90度的相位差，两个霍尔传感器芯片或者I个双路正交输出的霍尔传感器芯片需要满足一定的条件。如图3所示，齿峰和齿槽的宽度都为D，仅当传感器模组内的2个霍尔传感器芯片或者是I个双路正交输出的霍尔芯片内的2个感应点之间的距离为d=(n*D)/2(n=l，3，5，7，9...)时，才可以得到相位差为90度的两路正交信号。以图1中的编码器为例，信号齿轮的齿峰和齿槽的宽度都为2mm，传感器模组内的2个霍尔传感器芯片或者是I个双路差分输出的霍尔芯片内的2个感应点之间的距离为1、3、5、7...πιπι时，传感器模组才能输出两路90度相位差的正交信号，在实际应用中，受到传感器模组尺寸的限制，传感器模组内的2个霍尔传感器芯片或者是I个双路差分输出的霍尔芯片内的2个感应点之间的距离一般取Imm。
[0006]在实际应用中，特别是电机在高速转动，信号频率较快时，若输出的两路90度相位差的正交信号的占空比和相位差出现偏差，控制器将无法准确可靠地采集电机转动时的方向信号，导致电机转动异常。因此控制器要求采集的两路方波信号的占空比为50%，误差在± 10%以内；相位差为90度，误差在± 10度以内。这就对传感器模组的制作精度以及信号齿轮和传感器模组的安装精度要求非常高。但在实际中，传感器模组的制造精度很难控制。如图4所示是目前采用的双芯片传感器模组内的两颗霍尔传感器芯片对齿示意图，其中，C1，C2是封装在传感器模组内的两颗霍尔传感器芯片，一般宽度为5.16mm;Sl，S2是霍尔传感器芯片内的感应点，一般宽度为0.1mm;信号齿轮的齿峰和齿槽相等都为2mm。当信号齿轮转动时，Cl，C2必须按照图4那样错位1mm，传感器模组才能输出两路90度相位差的正交信号。但是每颗芯片在封装完成后尺寸都存在一定的误差，这在芯片资料中都会明确指出，并且在安装过程中难免存在安装误差，这就很难保证Cl，C2错位的Imm的准确性。如果偏差0.1mm，则传感器模组输出的90度相位差的正交信号偏差10度，不利于控制器准确可靠地采集信号齿轮转动时的方向信号，导致电机转动异常。同时，对于不同齿宽的信号齿轮，Cl，C2需要错位不同的距离，传感器厂家需要设计不同的传感器模组，增加了成本。若采用单芯片(即一个霍尔传感器芯片内集成两个感应点)传感器模组，虽然可以保证芯片内的两个感应点之间的距离为1mm，但是对于不同齿宽的信号齿轮，需要设计不同的霍尔传感器芯片，这就减小了传感器模组的适用性，同时增加了传感器厂家的成本。
[0007]除此之外，交流电机在高速转动时会产生很大的噪声，通过实验，我们确定现在的交流电机在高速转动时产生的噪声80%来自信号齿轮转动时所产生的风噪。而在实际应用中，为了达到更好的用户体验，需要尽量减小电机工作时产生的噪声;特别是应用于电动汽车中的交流电机。
[0008]综上所述，目前采用的齿轮结构存在以下几个缺点:
[0009]1、对传感器模组的制造精度要求高，传感器模组和信号齿轮配合时的安装精度尚O
[0010]2、批量生产时，传感器模组输出的正交信号占空比和相位精度一致性很难控制，生产良率低。
[0011]3、传感器模组和信号齿轮配套安装，不同齿宽的信号齿轮需要配合不同的传感器模组，耗费时间，增加成本，同时也不利于电机厂家备货。
[0012]4、电机在转动时产生噪声较大，用户体验较差。
[0013]有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的齿轮结构，以便克服现有齿轮结构存在的上述缺陷。
【实用新型内容】
[0014]本实用新型所要解决的技术问题是:提供一种产生编码信号的信号齿轮装置，可解决传统信号齿轮与传感器模组配合时，输出的信号精度不高和传感器适用性不高等问题，可以有效地减小交流电机转动时产生的噪声。
[0015]为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案:
[0016]—种产生编码信号的信号齿轮装置，所述信号齿轮装置包括:信号齿轮结构设置；
[0017]所述信号齿轮包括第一排齿、第二排齿，第一排齿、第二排齿均包括若干齿峰，相邻两个齿峰之间为齿槽；
[0018]所述第一排齿、第二排齿角度错位设置;所述霍尔传感器模组靠近信号齿轮设置。
[0019]作为本实用新型的一种优选方案，所述第一排齿、第二排齿并排设置，或者，第二排齿设置于第一排齿内。
[0020]作为本实用新型的一种优选方案，所述第一排齿、第二排齿的轴心位于同一圆心上。
[0021]作为本实用新型的一种优选方案，所述第一排齿、第二排齿的齿峰宽度均为D，所述第一排齿、第二排齿的角度错位D/n (η为自然数，η 2 2)。
[0022]作为本实用新型的一种优选方案，所述第一排齿、第二排齿的结构相同。
[0023]作为本实用新型的一种优选方案，所述信号齿轮的齿槽内填充有非导磁材料。
[0024]作为本实用新型的一种优选方案，所述信号齿轮的侧面和顶部覆盖高温覆膜。
[0025]本实用新型提出两种技术方案，第一种是齿轮顶部具有一定角度错位的两列齿槽和齿峰的信号齿轮结构，第二种是齿轮侧面具有一定角度错位的两列齿槽和齿峰的信号齿轮结构。
[0026]本实用新型的有益效果在于:本实用新型提出的产生编码信号的信号齿轮装置，信号齿轮有两排错位齿，传感器模组内的两个感应点与齿平行，安装方便;信号的精度取决于信号齿轮的切割精度，与两个感应点之间的距离无关，提高了信号精度。
[0027]本实用新型对两个感应点之间的距离要求不高，只需要在信号齿轮的厚度范围之内，与齿宽无关;同一个传感器可以适应多种不同齿宽的信号齿轮。
[0028]本实用新型用非导磁材料填充信号齿轮的齿槽，或者利用高温覆膜从信号齿轮的侧面和顶部覆盖信号齿轮的齿槽部分，能够有效的减小风阻，提高效率，减小噪声。
【附图说明】
[0029]图1-1为交流电机编码器工作示意图。
[0030]图1-2为霍尔传感器模组的结构示意图。
[0031]图2为图1中传感器模组输出的两路90度相位差的正交信号波形。
[0032]图3为获得两路90度相位差的正交信号编码器示意图。
[0033]图4为双芯片传感器模组内的两颗霍尔传感器芯片对齿示意图。
[0034]图5为本实用新型提出的新型信号齿轮的一个应用实例。
[0035]图6为图5所示例的信号齿轮的顶部示意图。
[0036]图7为图6中的信号齿轮结构与