一种高精度多圈磁编码器及其中磁铁的空间距离确定方法与流程

本发明涉及编码器，尤其涉及一种高精度多圈磁编码器及其中磁铁的空间距离确定方法。

背景技术：

1、多圈绝对值编码器作为一个部件，多应用于工程机械、医疗设备及自动化产线上，目前的多圈绝对值编码器计数形式主要有三种，电池加寄存器计数、韦根线圈原理计数及多级齿轮计数。

2、电池加寄存器计数会存在电池没电或损坏失效的风险，韦根线圈计数同样存在因停电造成器件损坏的问题，多级齿轮计数克服了以上的问题，保证了计数的可靠性，但同样存在问题。由于在同一平面内采用多级齿轮，且每个齿轮上对应安装有多个磁铁，彼此之间会形成磁场干扰，导致测量的角度会出现较大偏差。

3、另外，同时在同一块pcb上布置多个磁阻传感器，多个相近安装的磁铁也会对非对应磁阻传感器出现磁扰动现象，多个磁阻传感器之间也会存在一定的干扰，最终导致编码器的测量精度降低。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种高精度多圈磁编码器，包括：

2、安装座，所述安装座的上方架设有第一电路板，所述第一电路板上安装有第一磁阻传感器；

3、第二电路板，与所述第一电路板保持设定间距地架设于所述第一电路板的上方，所述第二电路板上安装有第二磁阻传感器；

4、主动轴，穿设于所述安装座上，所述主动轴一端依次安装有主齿轮和第一磁铁，另一端与被测转轴连接，所述第一磁铁与所述第一磁阻传感器同心相对设置；

5、从动轴，套设有与所述主齿轮啮合的从齿轮，一端可转动地连接于所述安装座，另一端穿过所述第一电路板并安装有第二磁铁，所述第二磁铁与所述第二磁阻传感器同心相对设置。

6、优选的，所述第一磁铁通过第一磁铁固定座安装于所述主动轴的一端，所述第二磁铁通过第二磁铁固定座安装于所述从动轴的另一端；

7、所述第一磁铁固定座的外部套设有第一屏蔽环，和/或所述第二磁铁固定座的外部套设有第二屏蔽环。

8、优选的，所述第一电路板通过多个第一隔离柱架设并固定于所述安装座的上方，所述第二电路板通过多个第二隔离柱架设并固定于所述第一电路板的上方。

9、优选的，所述第一隔离柱和所述第二隔离柱均下端带有螺纹，上端带有螺孔；

10、所述第一隔离柱下端与所述安装座螺纹连接，所述第二隔离柱的下端穿过所述第一电路板与所述第一隔离柱上端的螺孔螺纹连接。

11、优选的，还包括多个定位销，各所述定位销的一端固定于所述安装座上，另一端依次穿过所述第一电路板和所述第二电路板上对应设置的定位孔，以使得所述第一磁铁与所述第一磁阻传感器同心相对稳定设置，所述第二磁铁与所述第二磁阻传感器同心相对稳定设置。

12、优选的，所述主动轴为带有轴肩的多层圆柱台型结构，所述主动轴通过卡接在所述轴肩上的第一轴承与所述安装座上开设的第一通孔转动连接，并通过第二轴承与所述安装座上开设的第二通孔转动连接；

13、所述第一通孔和所述第二通孔相互连通，同心但不同径，且所述第一通孔和所述第二通孔之间的凹槽内设有第一密封圈。

14、优选的，所述从动轴的一端通过两个第三轴承以及夹设于两个所述第三轴承之间的定位套管与所述安装座转动连接。

15、优选的，所述从齿轮的两个端面上分别安装有一个开口挡圈。

16、优选的，还包括筒装壳体和后盖，所述筒装壳体的下端套设于所述安装座上并与所述安装座的侧面固定连接，所述安装座与所述筒装壳体的下端内壁连接处设有密封圈槽，所述密封槽圈内安装有第二密封圈；

17、所述后盖的顶端通过螺纹固定有连接器，所述后盖的底端与所述筒装壳体的上端固定连接，并通过第三密封圈密封。

18、本发明还提供一种第一磁铁和第二磁铁的空间距离确定方法，用于确定上述的高精度多圈磁编码器中所述第一磁铁和所述第二磁铁之间的空间距离，所述第一磁铁和所述第二磁铁外部分别套设有第一屏蔽环和第二屏蔽环；则所述空间距离确定方法包括：

19、步骤s1，由待选各型号磁铁中选定两个磁铁作为所述第一磁铁和所述第二磁铁，同时由待选各型号屏蔽环中选定两个屏蔽环作为所述第一屏蔽环和所述第二屏蔽环进行组合形成相应的磁屏蔽场景；

20、步骤s2，在所述主动轴上安装选定的所述第一磁铁和所述第一屏蔽环，使所述主动轴转动整数圈，并实时采集所述第一磁阻传感器的输出值曲线记录作为参考曲线；

21、步骤s3，在所述从动轴上安装选定的所述第二磁铁和所述第二屏蔽环，在所述从动轴的安装范围内不断移动所述从动轴得到不同的待选点，同时采集所述第二磁阻传感器的输出值曲线并记录作为各所述待选点的对比曲线；

22、步骤s4，分别比较所述参考曲线与各所述待选点对应的所述对比曲线之间的重合度，并筛选出所述重合度超过阈值且非重合曲线点数占曲线总数的百分比小于设定阈值的所述对比曲线对应的所述待选点作为所述第二磁铁的安装可行点；

23、步骤s5，选定其中一个所述安装可行点作为所述磁屏蔽场景下的最终安装点，并测量得到所述最终安装点与所述第一磁铁的安装点之间的竖直距离；

24、步骤s6，获取所述主齿轮和所述从齿轮之间的轴心距离，并根据所述轴心距离和所述竖直距离计算所述第一磁铁和所述第二磁铁之间的空间距离，所述空间距离的计算公式如下：

25、

26、其中，l为所述空间距离，h为所述竖直距离，d为所述轴心距离。

27、上述技术方案具有如下优点或有益效果：

28、1)本发明仅采用了一个主齿轮配合一个从齿轮的结构，为保证测量精度防止磁干扰，通过将第一磁铁和第二磁铁的空间错位安装，以及第一磁阻传感器和第二磁阻传感器的错位布置，将磁场进行空间上的拉伸，并且在空间拉伸后为第一磁铁和第二磁铁的放置提供了充足空间，解决了当前因磁铁之间以及磁阻传感器之间的相互干扰而造成的编码器测量精度不高的问题；

29、2)通过在第一磁铁和第二磁铁外部加装对应的第一屏蔽环和第二屏蔽环，防止外界磁场对磁铁本身磁场的干扰的同时，也避免了磁铁之间的相互干扰，进一步提升了编码器的测量精度，目前产品精度可以达到0.04°以内；

30、3)采用定位销进行安装定位，既保证了第一电路板和第二电路板的安装位置精确性，又间接保证了对应的磁阻传感器与磁铁的同心度，提高了磁阻传感器的测量准确性；

31、4)主动轴与安装座、安装座与筒装壳体、筒装壳体与后盖、后盖与连接器之间均通过对应的密封圈进行密封，保证了产品整体的密封效果，防止粉尘影响。

技术特征：

1.一种高精度多圈磁编码器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的高精度多圈磁编码器，其特征在于，所述第一磁铁通过第一磁铁固定座安装于所述主动轴的一端，所述第二磁铁通过第二磁铁固定座安装于所述从动轴的另一端；

3.根据权利要求1所述的高精度多圈磁编码器，其特征在于，所述第一电路板通过多个第一隔离柱架设并固定于所述安装座的上方，所述第二电路板通过多个第二隔离柱架设并固定于所述第一电路板的上方。

4.根据权利要求3所述的高精度多圈磁编码器，其特征在于，所述第一隔离柱和所述第二隔离柱均下端带有螺纹，上端带有螺孔；

5.根据权利要求1所述的高精度多圈磁编码器，其特征在于，还包括多个定位销，各所述定位销的一端固定于所述安装座上，另一端依次穿过所述第一电路板和所述第二电路板上对应设置的定位孔，以使得所述第一磁铁与所述第一磁阻传感器同心相对稳定设置，所述第二磁铁与所述第二磁阻传感器同心相对稳定设置。

6.根据权利要求1所述的高精度多圈磁编码器，其特征在于，所述主动轴为带有轴肩的多层圆柱台型结构，所述主动轴通过卡接在所述轴肩上的第一轴承与所述安装座上开设的第一通孔转动连接，并通过第二轴承与所述安装座上开设的第二通孔转动连接；

7.根据权利要求1所述的高精度多圈磁编码器，其特征在于，所述从动轴的一端通过两个第三轴承以及夹设于两个所述第三轴承之间的定位套管与所述安装座转动连接。

8.根据权利要求1所述的高精度多圈磁编码器，其特征在于，所述从齿轮的两个端面上分别安装有一个开口挡圈。

9.根据权利要求1所述的高精度多圈磁编码器，其特征在于，还包括筒装壳体和后盖，所述筒装壳体的下端套设于所述安装座上并与所述安装座的侧面固定连接，所述安装座与所述筒装壳体的下端内壁连接处设有密封圈槽，所述密封槽圈内安装有第二密封圈；

10.一种第一磁铁和第二磁铁的空间距离确定方法，其特征在于，用于确定权利要求1-9中任意一项所述的高精度多圈磁编码器中所述第一磁铁和所述第二磁铁之间的空间距离，所述第一磁铁和所述第二磁铁外部分别套设有第一屏蔽环和第二屏蔽环；则所述空间距离确定方法包括：

技术总结
本发明提供一种高精度多圈磁编码器，涉及编码器技术领域，包括：安装座，上方架设有第一电路板，第一电路板上安装有第一磁阻传感器；第二电路板，与第一电路板保持设定间距地架设于第一电路板的上方，第二电路板上安装有第二磁阻传感器；主动轴，穿设于安装座上，主动轴一端依次安装有主齿轮和与第一磁阻传感器同心相对设置的第一磁铁，另一端与被测转轴连接；从动轴，套设有与主齿轮啮合的从齿轮，一端可转动地连接于安装座，另一端穿过第一电路板并安装有与第二磁阻传感器同心相对设置的第二磁铁。有益效果是解决了因磁铁之间以及磁阻传感器之间的相互干扰而造成的编码器测量精度不高的问题。

技术研发人员：刘岳,郭锐,刘露露
受保护的技术使用者：直川科技（上海）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17