专利名称：电机轴实心轴旋变编码器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种工业检测技术，更特别地说，是指适用于恶劣环境下的一种一体化 小型化网络化的电机轴实心轴旋变编码器，可用于轴角位置及速度的测量并带有高端接口 。
背景技术：
目前，应用最为广泛的轴角测量装置有光电轴编码器和电机轴编码器。光电轴编码器， 以高精度的计量圆光栅为检测元件，通过光电转换将输入的角位置转换成相应的数字代码。 由于光电轴编码器的核心检测元件为光电码盘，而光电码盘的材料主要有三种玻璃，塑料，
金属。玻璃质的码盘温度特性好，但是易碎；塑料质的码盘各方面性能都比较差，但价格便 宜；金属质的码盘温度特性差，对环境的要求比较高，极大地限制了光电编码器的应用范围。 根据光电编码器的刻度方法及信号输出形式可分为增量型编码器和绝对型编码器。增量型编 码器结构简单，制作容易。由于其给出的位置信息是增量式的，所以应用时需要初始定位。 绝对型编码器一般都做成循环二进制代码或格雷码，可直接输出转子的绝对位置，不需要测 定初始位置，但其工艺复杂，成本高，实现高分辨率、高精度较为困难。
电机轴编码器是基于感应电机的轴角测量装置，感应电机中最具有代表性的是旋转变压 器。旋转变压器是一种将转子转角变换成与之成某一函数关系的电信号的元件。原理上相当 于一个可以转动的变压器，结构上相当于一个两极两相线绕式异步电动机。旋转变压器的工 作原理决定了它具有自身独特的优点，比如适合在恶劣的环境下工作，如震动，灰尘，冲击， 高温，腐蚀等环境；适合在高转速及高加速度的情况下工作；在很宽的温度范围内具备高可 靠性，高精度以及高机械特性；具备高抗干扰特性；具备将模拟信号传输较长距离的特性等。 以上特点决定了旋转变压器具有很广泛的应用范围，而且还可应用在高精度、高可靠性及环 境非常恶劣的场合。由于旋转变压器的输出为正弦模拟信号，所以通常它不能单独使用，需 要外加信号处理电路才能将模拟信号传换成需要的数字信号。但已有的电机轴编码器的轴角-数字转换电路与旋转变压器是分体的，另外需要提供专门的激磁电源、多路直流电源，使得 电路复杂，体积大且价格昂贵，使用起来非常不方便。
对于实际应用而言，单纯的数字信号依旧不能直接与其他设备进行通信。例如很多工 业现场需要输出接口为SSI，或者是4一20MA的模拟输出，而其他的一些场合需要工业以 太网接口或着PROFIBUS-DP接口等。工业以太网、Profibus等现场总线在工业控制领域 应用很广泛。高智能化的生产企业都有着自己的局域网控制，如工业以太网，Profibus等。 而已有的分体式旋变编码器，需要另外配备这些高端接口，价格昂贵，使其应用受到了极大的限制，越来越不能满足现代工业控制的要求。 发明内容
本实用新型的目的是提供一种高精度、高可靠性、宽应用范围、带有高端接口的小型化、 一体化、网络化的电机轴实心轴旋变编码器。
本实用新型是一种用于轴角位置和速度测量的电机轴实心轴旋变编码器，所述的实心轴
旋变编码器以旋转变压器为轴角发送器，通过旋转变压器输出连接线与智能R/D转换板连 接，智能R/D转换板将旋转变压器发出的正余弦信号转换成数字信号后，再通过长线传输驱 动电缆将转换后的数据输出。旋转变压器的转子安装在编码器的输入轴上，定子和R/D智能 转换板精密稳固的安装在编码器机座上，用机壳密封后组装为完整的一体化实心轴旋变编码 器。智能R/D转换板设有R/D (轴角-数字)解码芯片、D/A转换芯片、电源管理电路、 长线传输驱动芯片、DSP芯片、SSI模块、工业以太网模块、ProfiBus-DP模块和CAN总 线模块，此外还设有电气隔离芯片、反接保护电路、抗干扰电路。智能R/D转换板其功能包 括高倍位(10、 12、 14、 16位)轴角-数字解码并行输出、串行输出、模拟量4-20mA 输出、现场总线接口以及工业以太网输出。
本实用新型使用直流单电源工作方式，用于轴角位置和速度测量，其优点在于
1. 适应恶劣的使用环境、高温、高湿、大的震动和冲击；
2. 解决了依赖外加复杂的励磁电源和多路直流电源问题；
3. 实现了一体化小型化网络化的设计；
4. 可有效防止电源反接而引起的模块损坏；
5. 所述编码器即可作为绝对编码器使用，也可作为增量式编码器4吏用，还可作为轴角变 送器使用，可完全替代光电编码器。
图1是电机轴实心轴旋变编码器的结构简图。 图2是智能R/D转换板的电路原理图。 图中
1-输入轴2. 旋转变压器3.转子4.定子 5. 机座6.机売 7.连接线8.智能R/D转换板9.长线驱动输出电缆10.R/D解码芯片11.D/A转换芯片12.电源管理电路13.长线传输驱动芯片14.电气隔离芯片is-反接保护电路16.抗干扰电路17.DSP芯片工业以太网模块19.ProfiBus-DP模块20.CAN总线模块21.SSI模块
具体实施方式
4下面将结合附图对本实用新型做进一步的详细说明。
参见图l所示，电机轴实心轴旋变编码器包括电机输入轴1、旋转变压器2、转子3、定 子4、机座5、机壳6、连接线7 、 R/D智能转换板8和长线驱动输出电缆9。所述旋转变 压器2的转子3安装在编码器的输入轴1上，定子4和R/D智能转换板8精密稳固的安装 在编码器机座5上，用机壳6密封后组装为完整的一体化实心轴旋变编码器。该旋变编码器 以旋转变压器2为轴角发送器，通过旋转变压器2的输出连接线7与智能R/D转换板8连 接，再通过长线传输驱动电缆9将智能R/D转换板8转换后的角位数据输出。
所述的智能R/D转换板8给旋转变压器2提供正弦励磁电源，旋转变压器2在励磁电 源的作用下，旋转变压器2的定子4形成定子磁场，旋转变压器2的转子3上有两套相互正 交的绕组，这两套绕组结构完全相同，在这两个相互正交的绕组上分别感应出与旋转变压器 2的转角成正余弦关系的信号。该正余弦信号通过旋转变压器2的输出连接线7传给智能 R/D转换板8，由智能R/D转换板8将该正余弦信号转换为数字量并行、串行输出、模拟 量4-20mA输出、现场总线接口及工业以太网输出，以满足工业控制的各种需要。
参见图2所示，智能R/D转换板8上设有R/D (轴角-数字)解码芯片10、 D/A转换 芯片11、电源管理电路12、长线传输驱动芯片13、 DSP芯片17、工业以太网模块18、 ProfiBus-DP模块19、 CAN总线模块20和SSI模块21 ，还设有电气隔离芯片14、反接 保护电路15和抗干扰电路16，上述的所有芯片均为专用的集成芯片。R/D解码芯片10为 旋转变压器2提供励磁电源，所述R/D解码芯片10将来自旋转变压器2的正余弦信号转换 为数字信号；D/A转换芯片11将该数字信号转换成4-20mA的模拟量输出。长线传输驱动 芯片13可实现数字信号的长距离传输问题，用于输出为数字量D0-D15并口输出和串口输 出；电气隔离芯片14则是为了防止电源和外界对电路的干扰；所述的电源管理电路12为各 集成芯片提供其所需的电源；反接保护电路15及抗干扰电路16则是为电源管理电路12提 供反接保护和抗干扰的功能；DSP芯片17通过长线传输驱动芯片13的串口输出接收数字 信号；通过其外扩总线与工业以太网模块18和ProfiBus-DP模块19相连接，实现现场总 线与工业以太网的接口输出；DSP芯片17与CAN总线模块20和SSI模块21相连，实现 CAN总线输出及同步串行接口的功能。从而实现一体化小型化网络化的设计，满足现代化工 业控制和通讯的需要。
权利要求1、一种电机轴实心轴旋变编码器，其特征在于包括输入轴、旋转变压器、转子、定子、机座、机壳、连接线、智能R/D转换板和长线驱动输出电缆；所述电机轴实心轴旋变编码器以旋转变压器为轴角发送器发出正余弦信号，智能R/D转换板通过输出连接线与旋转变压器连接，将正余弦信号转换成数字信号，再通过长线传输驱动电缆将转换后的角位数字信号输出；所述的旋转变压器的转子安装在编码器的输入轴上，定子和R/D智能转换板安装在编码器机座上，用机壳密封后组装为实心轴旋变编码器。
2、 根据权利要求l所述的电机轴实心轴旋变编码器，其特征在于所述智能R/D转换板上 设有R/D解码芯片、D/A转换芯片、电源管理电路、长线传输驱动芯片、电气隔离芯片、 反接保护电路、DSP芯片、工业以太网模块、ProfiBus-DP禾莫块、SSI模块和CAN总线 模块，R/D解码芯片为旋转变压器提供励磁电源，并将来自旋转变压器的正余弦信号转 换为数字信号；D/A转换芯片将该数字信号转跌成4-20mA的模拟量输出，同时长线传 输驱动芯片实现信号的长距离传输；DSP芯片通过长线传输驱动芯片的串口输出接收数 字信号；DSP芯片通过其外扩总线与工业以太网模块和ProfiBus-DP模块相连接，实现 现场总线与工业以太网的接口输出；DSP芯片与CAN总线模块20和SSI模块相连，实 现CAN总线输出及同步串行接口的功能；电源管理电路为各集成芯片提供其所需的电源。
3、 根据权利要求2所述的电机轴实心轴旋变编码器，其特征在于还包括反接保护电路及 抗干扰电路，分别与电源管理电路连接，用于为电源管理电路提供反接保护和抗千扰的功 能。
4、 根据权利要求2所述的电机轴实心轴旋变编码器，其特征在于还包括电气隔离芯片， 电气隔离芯片与长线传输驱动芯片连接，防止外界对数据传输的干扰。
专利摘要本实用新型公开了一种电机轴实心轴旋变编码器，所述实心轴旋变编码器以旋转变压器为轴角发送器，旋转变压器通过输出连接线与智能R/D转换板连接，再通过长线传输驱动电缆将转换后的角位数据输出。旋转变压器的转子安装在编码器的输入轴上，定子和R/D智能转换板精密稳固的安装在编码器机座上，用机壳密封后组装为完整的一体化实心轴旋变编码器。本实用新型的电机轴实心轴旋变编码器可以适应恶劣的使用环境、高温、高湿、大的震动和冲击；解决了依赖外加复杂的励磁电源和多路直流电源问题；实现了一体化小型化网络化的设计。
文档编号G01P3/42GK201378059SQ20092010733
公开日2010年1月6日 申请日期2009年4月15日 优先权日2009年4月15日
发明者党红文, 杨溪林, 邱忠义, 邹凤欣, 亮 金, 高增雪 申请人:北京金自天正智能控制股份有限公司