多功能编码器及电机驱动装置的制作方法

本实用新型涉及电子电路
技术领域：
，特别涉及一种多功能编码器及电机驱动装置。
背景技术：
：现有的编码器主要分为增量式编码器和绝对式编码器，可以根据不同的应用需求进行选择。绝对式编码器分为单圈绝对式和多圈绝对式，可以不依赖于原点检测电机的运行位置。目前，大部分编码器只具有增量式输出信号或者绝对式输出信号，较难兼具两种输出信号。因此需要更换编码器输出信号时，则需要更换编码器，给安装和调试带来不便。技术实现要素：本实用新型的主要目的是提出一种多功能编码器及电机驱动装置，旨在提高编码器的兼容性。为实现上述目的，本实用新型提出一种多功能编码器，所述多功能编码器包括：码盘，安装于电机轴上，以跟随电机轴同步旋转；多圈传感器，与所述码盘相对设置；所述多圈传感器，设置为在所述码盘跟随电机转轴时，检测并记录所述码盘的旋转圈数；单圈传感器，与所述码盘相对设置；所述单圈传感器与所述多圈传感器通讯连接，所述单圈传感器，设置为在所述码盘跟随电机转轴时，检测所述码盘旋转时产生的磁场信号并产生增量式编码信号，以及记录所述码盘的当前旋转角度，以根据所述当前旋转角度以及所述码盘的旋转圈数产生绝对式编码信号。可选地，所述多功能编码器还包括电源模块，所述电源模块的输入端接入直流电源，所述电源模块的输出端分别与所述多圈传感器的电源端及所述单圈传感器的电源端连接；所述电源模块，设置为给所述多圈传感器及所述单圈传感器提供工作电压。可选地，所述多功能编码器还包括供电电池，所述供电电池与所述多圈传感器的电源端连接；所述多圈传感器，还配置为在检测到所述电源模块掉电时，控制所述供电电池为其供电。可选地，所述多功能编码器还包括电池充电电路及充电开关，所述充电开关的输入端与所述电池充电电路的输出端连接，所述充电开关的输出端与所述供电电池连接；所述多圈传感器，还配置为在检测到所述供电电池电量小于预设供电阈值时，控制所述充电开关闭合，以为所述供电电池充电。可选地，所述多功能编码器还包括第一全双工通讯芯片，所述第一全双工通讯芯片的多个第一输入/输出端与所述单圈传感器连接，所述第一全双工通讯芯片的多个第二输入/输出端用于接入驱动器。可选地，所述多功能编码器还包括存储器，所述存储器分别与所述多圈传感器及所述单圈传感器连接；所述存储器，设置为存储所述多圈传感器及所述单圈传感器的配置参数。本实用新型还提出一种电机驱动装置，所述电机驱动装置包括驱动器及如上所述的多功能编码器，所述驱动器与所述多功能编码器通讯连接。可选地，所述驱动器包括主控制器及驱动电源，所述主控制器与所述多功能编码器中的多圈传感器及所述单圈传感器通讯连接，所述驱动电源与所述多功能编码器的电源模块连接。可选地，所述驱动器还包括第二全双工通讯芯片，所述第二全双工通讯芯片的多个第一输入/输出端与所述主控制器连接，所述第二全双工通讯芯片的多个第二输入/输出端与所述多功能编码器中的单圈传感器连接。可选地，所述驱动器还包括通讯接口芯片，所述通讯接口芯片串接于所述第二全双工通讯芯片与所述主控制器之间。本实用新型多功能编码器通过将码盘安装于电机轴上，以跟随电机轴同步旋转，并通过多圈传感器，以在所述码盘跟随电机转轴时，检测并记录所述码盘的旋转圈数；以及设置单圈传感器，以在所述码盘跟随电机转轴时，检测码盘旋转时产生的磁场信号并产生增量式编码信号，以及记录所述码盘的当前旋转角度，并根据当前旋转角度以及所述码盘的旋转圈数产生绝对式编码信号，从而可以同时实现增量式编码器和绝对式编码器的功能。如此，提高了编码器的兼容性。本实用新型解决了编码器的功能单一，只具有增量式输出信号或者绝对式输出信号，而无法兼具两种输出信号，导致在需要更换编码器输出信号时，需要更换编码器，给编码器的安装和调试带来不便的问题。附图说明为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。图1为本实用新型多功能编码器应用于电机驱动装置中一实施例的结构示意图；图2为图1中多功能编码器中码盘及多圈传感器、单圈传感器的位置图。附图标号说明：标号名称标号名称100多功能编码器170第一全双工通讯芯片110码盘180存储器120多圈传感器200驱动器130单圈传感器210主控制器140电源模块220驱动电源150供电电池230第二全双工通讯芯片161电池充电电路240通讯接口芯片162充电开关本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。本实用新型提出一种多功能编码器100，适用于电机驱动装置中，以及安装有电机的电器设备中。该电器设备可以是自动化设备、家用电器、机器人等设置有电机的电器设备。该电机可以是伺服电机。该多功能编码器100还可以适用于伺服控制器中。参照图1及图2，在本实用新型一实施例中，所述多功能编码器100包括：码盘110，安装于电机轴上，以跟随电机轴同步旋转；多圈传感器120，与所述码盘110相对设置；所述多圈传感器120，设置为在所述码盘110跟随电机转轴时，检测并记录所述码盘110的旋转圈数；单圈传感器130，与所述码盘110相对设置；所述单圈传感器130与所述多圈传感器120通讯连接，所述单圈传感器130，设置为在所述码盘110跟随电机转轴时，检测所述码盘110旋转时产生的磁场信号并产生增量式编码信号，以及记录所述码盘110的当前旋转角度，以根据所述当前旋转角度以及所述码盘110的旋转圈数产生绝对式编码信号。本实施例中，码盘110也即磁栅，可以为圆形式磁栅，也可以是直线式磁栅，具体可以根据电机的类型及尺寸进行设置。磁栅一般具有磁钢及磁道，本实施例中磁道的数量可选设置为两个。磁钢款采用软塑磁铁氧体材料压制而成，磁钢上设有用于连接电机的中心孔，磁钢的轴向端面上可以设置供磁道安装的安装槽。单圈传感器130及多圈传感器120内均集成有霍尔元件，在安装时，可以将单圈传感器130及多圈传感器120与码盘110相对设置(轴向设置)，或者也可以贴近码盘110的边缘设置(径向设置)。在电机旋转，码盘110跟随电机轴转动，从而引起磁通变化，而产生磁场信号时，单圈传感器130及多圈传感器120可检测磁通变化。多圈传感器120通过检测磁通变化可以检测电机旋转的圈数。单圈传感器130则可以将该磁通变化量转换为周期性变化的电信号，然后再将该的电信号转换成标准的脉冲信号输出，即A、B和Z三组脉冲。单圈传感器130还可以在电机上电的时刻，感知电机当前的绝对角位置。其中，单圈传感器130可选采用iC-MU型磁性离轴绝对式位置编码器芯片来实现，多圈编码器可选采用iC-PVL型线性/离轴电池缓冲霍尔多圈编码器芯片来实现，在iC-MU型磁性离轴绝对式位置编码器芯片以及iC-PVL型线性/离轴电池缓冲霍尔多圈编码器芯片内，还集成有MT接口，并且两者可以采用SSI模式进行通信。在MT接口包括MTC(多圈时钟线)和MTD(多圈数据线)。单圈传感器130通过MTC发出时钟信号给多圈编码器，多圈编码器则可以在收到时钟信号后将记录的码盘110旋转圈数通过MTD发送给单圈编码器。单圈编码器可以将接收到的码盘110旋转圈数，以及自身记录的电机当前旋转位置，组合输出绝对式编码信号，也即实现绝对式编码器的功能。同时，单圈编码器也可以将自身检测到的周期性变化的电信号转换成标准的脉冲信号输出，即A、B和Z三组脉冲信号，以实现增量式编码器的功能。本实用新型多功能编码器100通过将码盘110，安装于电机轴上，以跟随电机轴同步旋转，并通过多圈传感器120，以在所述码盘110跟随电机转轴时，检测并记录所述码盘110的旋转圈数；以及设置单圈传感器130，以在所述码盘110跟随电机转轴时，检测码盘110旋转时产生的磁场信号并产生增量式编码信号，以及记录所述码盘110的当前旋转角度，并根据当前旋转角度以及所述码盘110的旋转圈数产生绝对式编码信号，从而可以同时实现增量式编码器和绝对式编码器的功能。如此，提高了编码器的兼容性。本实用新型解决了编码器的功能单一，只具有增量式输出信号或者绝对式输出信号，而无法兼具两种输出信号。导致在需要更换编码器输出信号时，需要更换编码器，给编码器的安装和调试带来不便的问题。可以理解的是，在一些实施例中，也可以无需设置多圈传感器120，或者在多圈传感器120不能正常工作时，可以通过修改单圈传感器130的配置参数也能使编码器也可以输出单圈绝对式编码信号和增量式编码信号。参照图1及图2，在一实施例中，所述多功能编码器100还包括电源模块140，所述电源模块140的输入端接入直流电源，所述电源模块140的输出端分别与所述多圈传感器120的电源端及所述单圈传感器130的电源端连接；所述电源模块140，设置为给所述多圈传感器120及所述单圈传感器130提供工作电压。可以理解的是，电源模块140与多圈传感器120和单圈传感器130可以设置于同一电路板上，也可以分设于两个电路板上，电源模块140可以采用DC/DC转换电路来实现，DC/DC转换电路将接入的直流电源的电压转换成多圈传感器120和单圈传感器130的供电电压。例如接入的直流电源可以是12V，9V，输出至多圈传感器120和单圈传感器130的电压一般为5V。当然在其他实施例中，可以根据传感器的类型进行设置，此处不做限制。本实施例中，电源模块140还可以对输入的电源进行隔离，以防止传感器与驱动器200之间相互干扰。参照图1及图2，在一实施例中，所述多功能编码器100还包括供电电池150，所述供电电池150与所述多圈传感器120的电源端连接；所述多圈传感器120，还配置为在检测到所述电源模块140掉电时，控制所述供电电池150为其供电。该供电电池150可选采用纽扣电池来实现，纽扣电池的电压可选为3.6V，当然在其他实施例中，可以根据多圈传感器120的供电电压进行设置。供电电池150的电压满足以下条件，VBAT<VDD+1.0V；其中，VBAT为供电电池150的电压，VDD为电源模块140的输出电压。需要说明的是，在多圈绝对式编码器中，由于多圈传感器120检测的电机的旋转圈数为唯一的，并且在电机掉电后，可能会存在人为或者非人为的因素，使得电机被转动，导致在掉电后电机的旋转位置发生改变，若此时多圈传感器120编码器也断电，则无法准确获知电机当前的位置信息。为了避免在多圈传感器120，所记录的电机的旋转圈数丢失，本实施例还设置有供电电池150，在一些实施例中还可以设置有电源切换开关。并且，在多圈传感器120中，还设置有电源检测电路，当电源模块140出现突然掉电，或者电源模块140停止工作，而与多圈传感器120断开电连接时，则可以切换供电电池150为其供电，以避免多圈传感器120在电源掉电后无法准确获知电机当前的位置信息。在实际应用中，多圈传感器120中的电源检测电路可以设置一电压检测阈值，在电源模块140输出的电压值VDD小于该电压阈值时则切换电池供电。其中，该预设电压阈值可以设置为+3.0V。参照图1及图2，在一实施例中，所述多功能编码器100还包括电池充电电路161及充电开关162，所述充电开关162的输入端与所述电池充电电路161的输出端连接，所述162的输出端与所述供电电池150连接；所述多圈传感器120，还配置为在检测到所述供电电池150电量小于预设供电阈值时，控制所述充电开关162闭合，以为所述供电电池150充电。在多圈传感器120中，还可以设置对供电电池150进行检测的电池检测电路，以对供电电池150电压VBAT进行监测。并且，在实际应用时，还可以根据需要对供电电池150的电压监测阈值进行配置。监测阈值还可以分为缺电阈值Vtwrn和故障阈值Vterr，两者可以设置为，缺电阈值Vtwrn≥故障阈值Verr。适配的，在多功能编码器100中，还可以设置报警电路，例如采用LED灯，或者蜂鸣器组成的声光报警电路。当供电电池150电压VBAT<缺电故障Vtwrn时，多圈传感器120发出电池缺电预警信号，并控制充电开关162闭合，以为供电电池150充电。而当供电电池150电压VBAT<故障阈值Vterr时，则可以同时发出电池预警和电池故障信号。在其他实施例中，多圈传感器120还可以输出指示启动错误、内部配置错误、内部计数器错误、位置错误、磁故障和无磁工作状态等故障信号，并触发对应的报警电路工作。参照图1及图2，在一实施例中，所述多功能编码器100还包括第一全双工通讯芯片170，所述第一全双工通讯芯片170的多个第一输入/输出端与所述单圈传感器130连接，所述第一全双工通讯芯片170的多个第二输入/输出端用于接入驱动器200。本实施例中，第一全双工通讯芯片170可选采用RS422收发器来实现，以使多圈传感器120和单圈传感器130与外部驱动器200之间实现远距离通讯连接，通过第一全双工通讯芯片170，多圈传感器120和单圈传感器130可以接收外部驱动器200的控制指令，同时还将检测到的增量式编码信号和绝对式编码信号输出给外部驱动器200，以根据增量式编码信号和绝对式编码信号驱动电机工作。参照图1及图2，在一实施例中，所述多功能编码器100还包括存储器180，所述存储器180分别与所述多圈传感器120及所述单圈传感器130连接；所述存储器180，设置为存储所述多圈传感器120及所述单圈传感器130的配置参数。本实施例中，存储器180可选采用电可擦除存储器180EEPROM来实现，存储器180可以用于存储多圈传感器120和单圈传感器130与外部驱动器200的配置参数，也可以用于存储EDS(ElectronicDatasheet，电子数据表)和用户数据。EEPROM可选采用存储空间为大于或等于2KB的存储器来实现。本实用新型还提出一种电机驱动装置。参照图1及图2，所述电机驱动装置包括驱动器200及如上所述的多功能编码器100，该多功能编码器100的详细结构可参照上述实施例，此处不再赘述；可以理解的是，由于在本实用新型电机驱动装置中使用了上述多功能编码器100，因此，本实用新型电机驱动装置的实施例包括上述多功能编码器100全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。所述驱动器200与所述多功能编码器100通讯连接。本实施例中，多功能编码器100通过多圈传感器120及单圈编码器130得到电机的最新准确的绝对位置以及旋转圈数，以及通过单圈传感器130得到相对于开启时的位置点的相对位置值，进而根据电机的旋转角度及旋转参数获得增量式编码信号及绝对式编码信号。驱动器200可以根据多功能编码器100输出的增量式编码信号与绝对式编码信号实时获取电机的转速与具体位置以驱动电机工作。驱动器200可以根据实际应用场景来根据增量式编码信号和/或绝对式编码信号输出驱动信号。本实用新型解决了编码器的功能单一，只具有增量式输出信号或者绝对式输出信号，而无法兼具两种输出信号。导致在需要更换编码器输出信号时，需要更换编码器，给编码器的安装和调试带来不便的问题。参照图1及图2，在一实施例中，所述驱动器200包括主控制器210及驱动电源220，所述主控制器210与所述多功能编码器100中的多圈传感器120及所述单圈传感器130通讯连接，所述驱动电源220与所述多功能编码器100的电源模块140连接。本实施例中，主控制器210可以采用单片机来实现，也可以采用DSP、FPGA等微处理器来实现。本领域的技术人员能够通过在主控制器210中集成一些硬件电路和软件程序或算法，利用各种接口和线路连接整个驱动器的各个部分，通过运行或执行主控制器210内的软件程序和/或模块，以及调用主控制器210内的数据，执行各种功能和处理数据，从而对电池在位检测电路进行整体监控。控制器中还集成有A/D转换电路，分析比较电路等硬件以及软件程序和/或模块。主控制器210可以根据接收到的多功能编码器100输出的增量式编码信号和绝对式编码信号输出对应的驱动信号，以驱动电机工作。驱动电源220可以是DC-DC电源电路，也可以是AC-DC电源电路，驱动电源220为驱动器200中的主控制器210以及多功能编码器100提供工作电源。在一些实施例中，驱动器200中还设置有功率驱动电路，驱动电源220还可以作为功率驱动电路的输出电源，功率驱动电路根据主控制器210输出的驱动信号将驱动电源220输出的直流电压转换成交变电压后，输出至电机，以驱动电机工作。参照图1及图2，在一实施例中，所述驱动器200还包括第二全双工通讯芯片230，所述第二全双工通讯芯片230的多个第一输入/输出端与所述主控制器210连接，所述第二全双工通讯芯片230的多个第二输入/输出端与所述多功能编码器100中的单圈传感器连接。本实施例中，第二全双工通讯芯片230可选采用RS422收发器来实现，通过第二全双工通讯芯片230实现与外部接入的多功能编码器100进行通讯，以使多圈传感器120和单圈传感器130与驱动器200中的主控制器210之间实现远距离通讯连接，通过第二全双工通讯芯片230，主控制器210可以给多圈传感器120和单圈传感器130发送控制指令，同时还将接收增量式编码信号和绝对式编码信号，以根据增量式编码信号和/或绝对式编码信号驱动电机工作。参照图1及图2，在一实施例中，所述驱动器200还包括通讯接口芯片240，所述通讯接口芯片240串接于所述第二全双工通讯芯片230与所述主控制器210之间。本实施例中，通讯接口芯片240可选采用iC-MB3型输入/输出芯片，并且iC-MB3型输入/输出芯片可作为BiSS通信协议主机，相应的编码器部分单圈传感器130为BiSS通信协议从机；主控制器210可以通过SPI接口与iC-MB3型输入/输出芯片通信以读取多功能编码器100经第一全双工通讯芯片170和第二全双工通讯芯片230发送的绝对式编码信号。主控制器210也可以通过第一全双工通讯芯片170和第二全双工通讯芯片230接收转换后的增量式编码信号。本实施例中，还可以设置通讯报警电路，例如前述的声光报警电路，当iC-MB3型输入/输出芯片在与BiSS从机通信的过程中检测到错误，可以控制错误指示灯亮。在一些实施例中，也可以使主控制器210通过SPI接口读取iC-MB3型输入/输出芯片的状态寄存器来判断是否有通信错误产生。并且在一些实施例中，主控制器210与iC-MB3型输入/输出芯片之间也可以通过并行方式通信，此处不做限定。上述实施例中，多功能编码器100中的单圈传感器130具有SPI、SSI、BiSS三种串口。在采用SPI串口通讯时，可以使得主控制器210与单圈传感器130之间通讯，而无须设置第一全双工通讯芯片170、第二全双工通讯芯片230，以及通讯接口芯片240。由于SPI通信距离较短，不适合用线缆进行远距离传输，所以采用SPI通信时驱动器200PCB与编码器PCB尽可能近。在其他实施例中，如果在主控制器210中设置有有SSI接口时，则无需设置iC-MB3型输入/输出芯片，单圈传感器130直接通过SSI方式与主控制器210进行通信。以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的
技术领域：
均包括在本实用新型的专利保护范围内。当前第1页1 2 3