一种双编码高精度磁编码器及具有其的电机的制作方法

本发明涉及编码器领域，尤其涉及一种双编码高精度磁编码器及具有其的电机。

背景技术

光编码器结构包括led、光电码盘、接收装置及集成控制电路等，导致其价格高，其应用对外界环境要求也较高，不能承受高温、灰尘、油污、振动等恶劣条件。相较于光编码器，磁编码器的优点是显而易见的，但是现有技术中，磁编码器的精度远远达不到光编码器的精度，这也是磁编码器在应用领域中受到限制的主要原因。

低精度的磁编码器价格低廉，但是高精密磁编码器价格相对来说较贵，比如8位精度的磁编码器市场价在十几块到几十块人民币左右，而16位精度的磁编码器往往只能向知名公司购买才能保证其精度和准确性，价钱在几百块钱左右，更高精度的磁编码器价格更是翻好几番。

现有技术中高精密的磁编码器往往是将磁编码器的磁性体做成精密结构，导致产品的成本居高不下。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种双编码高精度磁编码器及具有其的电机，通过设置中心磁性体和外圆磁性体，构成双编码结构，使得磁编码器的精度为两者采样精度之积，所述技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种双编码高精度磁编码器，包括第一磁性本体、第二磁性本体、与所述第一磁性本体对应的第一位置传感器、与所述第二磁性本体对应的第二位置传感器以及用于对第一位置传感器和第二位置传感器的输出信号进行处理的集成电路板；

所述第一磁性本体包括交替排列以形成圈形的多个n极和s极；所述第二磁性本体包括相对设置的一对n极和s极，所述第二磁性本体设置在第一磁性本体形成的圈形的中心，并且与所述第一磁性本体同步转动；

所述第一磁性本体的磁极对数与所述集成电路板对所述第二磁性本体的a/d采样位数相关，所述第一磁性本体的每一对磁极包括一个n极和一个s极，所述磁编码器的精度为第一磁性本体的采样精度与第二磁性本体的采样精度之积。

进一步地，所述集成电路板对所述第二磁性本体的a/d采样位数为n位，则所述第一磁性本体的磁极对数为2ⁿ对。

进一步地，所述第二磁性本体与第一磁性本体为一体结构或固定安装在外壳中的分体结构。

进一步地，所述第二磁性本体与第一磁性本体设置在同一平面上，所述第一磁性本体设置在以第二磁性本体为中心的平面外圆边沿上。

进一步地，所述第一磁性本体设置在以第二磁性本体为中心的立体圆盘或圆环的外圆弧形面上。

进一步地，所述第一磁性本体设置在以第二磁性本体为中心的立体圆环的内圆弧形面上。

进一步地，所述磁编码器封装在外壳内，所述外壳用于屏蔽外部的电磁干扰。

进一步地，所述磁编码器直接与转动轴连接，或者，所述磁编码器通过轴承与转动轴连接。

另一方面，本发明提供了另一种双编码高精度磁编码器，包括圆盘状的基体、第一位置传感器、第二位置传感器以及用于对第一位置传感器和第二位置传感器的输出信号进行处理的集成电路板；

所述基体的中心设有一对分别为半圆形的n极和s极，所述基体的圆周外沿为齿轮状，所述第一位置传感器与半圆形的n极和s极相对设置，所述第二位置传感器与基体的外沿弧形面相对设置并与相对的齿具有预设的距离；

所述集成电路板对所述半圆形的n极和s极的a/d采样位数为n位，则所述基体圆周外沿上的齿的个数为2ⁿ个。

再一方面，本发明提供了一种电机，所述电机的输出轴与如上所述的磁编码器连接，实现同步转动。

本发明提供的技术方案带来的有益效果如下：

a.利用两个低精度磁编码器进行双重编码，提升精度，降低成本；

b.结构简单，降低制作工艺复杂度；

c.形式多样。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的第一样式的磁编码器与电机的安装结构剖视图；

图2是图1中的磁性本体的结构示意图；

图3是对第一磁性本体的采样波形示意图；

图4是对第二磁性本体的采样波形示意图；

图5是本发明实施例提供的第二样式的磁编码器与电机的安装结构剖视图；

图6是图5中的磁性本体的正视图；

图7是图5中的磁性本体的侧视图；

图8是本发明实施例提供的第三样式的磁编码器与电机的安装结构剖视图；

图9是图8中的磁性本体的立体图；

图10是本发明实施例提供的第四样式的磁编码器的磁性本体的结构示意。

其中，附图标记包括：1-第一磁性本体，2-第二磁性本体，3-第一位置传感器，4-第二位置传感器，5-外壳，6-电机，61-输出轴，7-集成电路板。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

在本发明的一个实施例中，提供了一种双编码高精度磁编码器，参见图1，所述磁编码器包括第一磁性本体1、第二磁性本体2、与所述第一磁性本体1对应的第一位置传感器3、与所述第二磁性本体2对应的第二位置传感器4以及用于对第一位置传感器3和第二位置传感器4的输出信号进行处理的集成电路板7，优选地，所述磁编码器的上述器件封装在外壳5内，所述外壳5用于屏蔽外部的电磁干扰。可选地，第一位置传感器、第二位置传感器为磁传感器、霍尔传感器或激光传感器或者为各传感器的组合。

参见图2，所述磁编码器为一体式平面磁编码器，即其磁体(第一磁性本体1加上第二磁性本体2)整体为一圆盘状，所述第二磁性本体2包括相对设置的一对半圆形n极和半圆形s极，所述第二磁性本体2设置在圆盘的中心，而第一磁性本体1包括交替排列以形成圈形的多个n极(图2中的黑条)和s极(图2中的白条)，所述第二磁性本体2与第一磁性本体1设置在同一平面上，所述第一磁性本体1设置在圆盘的外圆边沿上。与之对应地，所述第一位置传感器3和第二位置传感器4也设置在同一平面内，具体位置如图1所示，所述第二位置传感器4与圆盘的中心相对设置，所述第一位置传感器3与圆盘的边沿平面相对设置。在一个具体的实施例中，安装所述第一位置传感器3和第二位置传感器4的集成电路板7固定在外壳5的内侧面，所述外壳5不随磁编码器转动。需要说明的是，本发明实施例中，所述第一位置传感器3和第二位置传感器4也设置在同一平面内只是一种优选实施例，以方便传感器的安装，也就是说，即使第一位置传感器3和第二位置传感器4不在同一平面内，同样可以完成检测。

本发明实施例提供的磁编码器通过以下设置提高精度：所述第一磁性本体1的磁极对数与所述集成电路板对所述第二磁性本体2的a/d采样位数相关，具体为如图2所示，所述第一磁性本体1的磁极对数为2⁶(即64)对，所述第一磁性本体1的每一对磁极包括一个n极和一个s极，如图所示有64个n极和64个s极，则所述集成电路板对所述第二磁性本体2的a/d采样位数为6位(由软件设定)。需要说明的是，图2仅为便于图示，在实际应用中，在所述第一磁性本体1上一圈设置256对磁极，对应地，对上述第二磁性本体2进行8位a/d采样，以下以8位采样为例进行说明，所述磁编码器的精度为第一磁性本体1的采样精度与第二磁性本体2的采样精度之积，原理如下：

图3是第二磁性本体2的采样波形，图中t1为图2中的磁体旋转一周的周期，由于采样精度为8位，即图3中一个完整的正弦波可以精确划分为256份，图3中一个正弦波的1/256即对应图4中一个周期为t2的完整的正弦波，因为磁体外周有256对n极/s极，所以当磁体转过1/256周，相当于转过外圈的一对n极/s极，即相当于图4中的一个完整的正弦波。而对图4采样波形而言，也有具体的采样精度，其采样精度可以与对第二磁性本体2的采样精度一致，也可以不一致，比如对第一磁性本体1的采样精度为8位，即将图4中一个完整的正弦波划分为2⁸(256)份，其每一份相当于是图3中正弦波的1/2¹⁶，即本实施例提供的磁编码器的精度为16位，采样精度为2⁸乘以2⁸，即2¹⁶。需要说明的是，本实施例中的精度数据仅为举例，根据实际的精度需要，可以设计相应的第一磁性本体1和第二磁性本体2的采样精度，以使达到更高的精度。

本发明的磁编码器的样式结构可以多样性，在本发明的另一个实施例中，所述第一磁性本体1设置在以第二磁性本体2为中心的立体圆盘或圆环的外圆弧形面上，参见图6和图7，相应地，所述第一位置传感器3和第二位置传感器4的设置位置如图5所示，所述第二位置传感器4与圆盘的中心相对设置(与上一实施例没有变化)，所述第一位置传感器3与圆盘的边沿弧面相对设置(较上一实施例探出到圆盘的侧面)。

在本发明的另一个实施例中，所述第二磁性本体2与第一磁性本体1为分体结构，如图9所示，第二磁性本体2为圆形，由两个半圆形的n极和s极组成，所述第一磁性本体1为环状，两者同心设置，所述第一磁性本体1设置在立体圆环的内圆弧形面上。相应地，所述第一位置传感器3和第二位置传感器4的设置位置如图8所示，所述第二位置传感器4与圆盘的中心相对设置(与上一实施例没有变化)，所述第一位置传感器3与圆环的内侧弧面相对设置(较第一实施例探出到圆环内侧)。虽然所述第二磁性本体2与第一磁性本体1为分体结构，但是两者同步转动，同步的意思即为，当第一磁性本体1旋转一周，则第二磁性本体2也同步转动一周。

以上两者结构虽然与第一种磁编码器的结构稍有差别，但是工作原理是一样的，在此不再赘述。

现有技术中的精密磁编码器与转动轴连接一定需要通过轴承连接，否则容易由于安装阶段的偏差导致磁编码器的精度和准确性，但是本申请中，第一磁性本体1和第二磁性本体2本身的精度不用太高即可实现双编码集成高精度，因此，本发明的磁编码器对于与转动轴的安装连接不容易导致磁编码器的精度偏差，因此，将本发明的磁编码器安装到转动轴，比如电机的输出轴上，可以直接安装，节约一个轴承，进一步降低成本。显而易见地是，通过轴承与转动轴连接是优选方案。

在本发明的又一个实施例中，提供了另一种双编码高精度磁编码器，包括圆盘状的基体、第一位置传感器3、第二位置传感器4以及用于对第一位置传感器3和第二位置传感器4的输出信号进行处理的集成电路板；所述基体的中心设有一对分别为半圆形的n极和s极，所述基体的圆周外沿为齿轮状，所述基体圆周外沿的齿可选地具有磁性，所述第一位置传感器3与半圆形的n极和s极相对设置，所述第二位置传感器4与基体的外沿弧形面相对设置并与相对的齿具有预设的距离；所述集成电路板7对所述半圆形的n极和s极的a/d采样位数为n位，则所述基体圆周外沿上的齿的个数为2ⁿ个。即与上述实施例不同的是，外圈的第一磁性本体1替换为齿轮状，所述第二位置传感器4与齿之间预设的距离根据齿的磁性而定，以使第二位置传感器4不能检测到相邻两齿的低谷处的磁性为准。本实施例中，可选地，所述基体圆周外沿的齿不具有磁性，而是由导磁体制成，所述第二位置传感器4的设置位置和方式相同，对应地，在所述第二位置传感器4的后方(远离导磁体的齿轮的一侧)设置磁钢，同样可以实现本发明的技术方案，在此不再赘述。

本发明还提供了一种电机，所述电机6的输出轴61与如上所述的磁编码器连接，实现同步转动，如图1、图5和图8所示。具体地，所述电机6为伺服电机。所述磁编码器的外壳上安装有第一位置传感器3、第二位置传感器4、集成电路板7的部分是静止的，即不随电机输出轴转动而转动。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。