一种耐高温高精度霍尔编码器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电动伺服结构技术领域，具体涉及一种耐高温高精度霍尔编码器。
【背景技术】
[0002]目前编码器已经在国内外广泛应用于工业控制系统中，随着航天伺服技术的不断地发展，传统的电位计已经不能满足电动伺服技术的发展的要求了，电动伺服技术的发展和成熟，对编码器的技术的需求不断地增大，航天伺服产品必须抗恶劣的工作环境，同时对编码器的精度要求高，耐高温时首要的技术指标要求，目前国内外的编码器大部分是工业级别，环境工作温度一般在-40?85度之间，不能满足航天电动伺服作动器要求，为了满足电动伺服技术发展的要求，本发明从结构设计上，设计一种新颖的霍尔编码器结构来提高编码器耐高温的性能，满足伺服系统-40?150度的环境工作温度指标要求，利用霍尔芯片AS5045和耐高温的旋转双极磁铁，实现精确测量整个360度范围内的角度，这种绝对角度测量方式可以即时指示磁铁的角度位置，其分辨率达到0.0879度相当于每一圈4096个位置，能够以串联数据输出和PWM信号模式输出。
[0003]本发明提出一种耐高温高精度的霍尔编码器，从结构设计方面实现了霍尔编码器耐高温150度的技术指标的要求，利用AS5045霍尔芯片和双极性磁铁实现12位绝对精度输出。应用于电动伺服机构电机转角和活塞杆的测量与反馈。
[0004]如图1所示，在金属或半导体薄片中通以控制电流I，并在薄片的垂直方向上施加磁感应强度为B的磁场，则在垂直于电流和磁场的方向上会产生电动势(霍尔电势)。这种现象称为霍尔效应。若将通有电流的导体置于磁场B之中，磁场B(沿z轴)垂直于电流IH(沿X轴)的方向，如图所示，则在导体中垂直于B和IH的方向上出现一个横向电位差UH0
[0005]如图2所示，AS5045是一个无接触磁编码器芯片，能够用于360度全角度精确定位，内部集成了霍尔元件、模拟前端和DSP。在芯片上部固定一个可产生正弦磁场的两极磁钢，使其围绕芯片中心旋转以测量角度。绝对角度测量分辨率可达12位，通过连续的字符串和PffM信号来表示。此外，还可以设置可编程增量输出，使采用AS5045设计的磁编码器能够取代光电编码器。AS5045的内部模块图如图2所示。集成的霍尔元件分布在芯片内部的中心周围，在外部磁场的作用下输出相差90电角度的正余弦电压信号，电压信号能够表示Ic表面的磁场强弱。通过Σ-Δ模/数转换和数字信号处理运算法则，可得到高精度绝对角位置信息。MagINCn和MagDECn输出能够指示磁场与芯片距离的数字信息。
[0006]如图3所示，磁旋转编码器的结构设计典型情况下，磁铁的直径应当为6_，厚度应当^ 2.5mm。磁铁材料建议采用稀土 AlNiCo、SmCo5或NdFeB。应当采用高斯计来核实磁铁垂直于芯片表面方向的磁场强度。在给定间距下沿半径为1.1mm(Rl)的同心圆上，磁场Bv应当在±45mT?±75mT范围之内。(参见图3)。磁铁的中心轴线应当对准IC的规定中心处半径Rd为0.25mm的范围之内，基准线为引脚I的外部边沿(参见图3)。此半径包括了芯片在SS0P-16封装内的放置误差(±0.235mm)。以芯片中心为基准，放置半径Rd为0.485mm。垂直间距应当选择为能够使芯片表面的磁场处于规定的范围之内(参见图2)。采用推荐的磁铁(6_ X 2.5mm)时，磁铁与封装表面的典型间距”z”为0.5mm至1.8_。只要所要求的磁场强度能够保持在规定的范围内，也可以采用更大的间隙。磁场超出规定范围以外时，仍然可能得到有用的结果，超出范围的状况将由MagINCn (引脚)和MagDECn (引脚)指示出来。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种来测量电动伺服系统的配套使用，要求霍尔编码器能够在-40?150度环境温度范围内工作，霍尔编码器的输出实现360度内12位绝对精度输出的耐高温高精度的霍尔编码器。
[0008]本发明所采用的技术方案是:
[0009]—种耐高温高精度霍尔编码器，包括壳体、金属轴、尼龙轴、轴承、双极性磁铁、隔热层、霍尔芯片、及上盖；其中，金属轴设于壳体底部中心位置，尼龙轴设于金属轴上，尼龙轴外侧和壳体之间设有轴承，尼龙轴上端设有双极性磁铁，壳体上部设有上盖，壳体和上盖所组成的内部腔体内设有隔热层，所述隔热层扣在尼龙轴和双极性磁铁的外侧，隔热层的上端内侧设有霍尔芯片。
[0010]所述壳体采用招合金材料制成。
[0011 ] 所述尼龙轴和金属轴通过螺纹相连接，在螺纹处涂环氧树脂固化胶固。
[0012]所述尼龙轴是选用绝热尼龙材料。
[0013]所述隔热层选用一种绝热材料制成。
[0014]本发明的有益效果是:
[0015]1.可以实现在-40?150度的工作环境下工作，通过结构设计和选用绝热材料让霍尔芯片和双极磁铁能安装在用绝热材料制成的隔热层中，提高霍尔编码器的耐热性能；
[0016]2.可以实现12位高精度的绝对型SSI信号输出，选用AS5045霍尔芯片和双极性磁铁，实现了高分辨率，无接触式，旋转位置编码器，能够耐受磁铁的位置偏离和气隙磁场变化。
【附图说明】
[0017]图1是霍尔原理图；
[0018]图2是霍尔芯片内部结构图；
[0019]图3是霍尔芯片磁场分布情况；
[0020]图4 一种耐高温高精度霍尔编码器结构图。
[0021]图中:1.壳体、2.金属轴、3.尼龙轴、4.轴承、5.双极性磁铁、6.隔热层、7.hall芯片、8.上盖。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和实施例对本发明提供的一种进行介绍:
[0023]—种耐高温高精度霍尔编码器，包括壳体1、金属轴2、尼龙轴3、轴承4、双极性磁铁5、隔热层6、霍尔芯片7、及上盖8 ;其中，金属轴2设于壳体I底部中心位置，尼龙轴3设于金属轴2上，尼龙轴3外侧和壳体I之间设有轴承4，尼龙轴3上端设有双极性磁铁5，壳体I上部设有上盖8，壳体I和上盖8所组成的内部腔体内设有隔热层6，所述隔热层6扣在尼龙轴3和双极性磁铁5的外侧，隔热层6的上端内侧设有霍尔芯片7。
[0024]所述壳体I采用招合金材料制成。
[0025]所述尼龙轴3和金属轴2通过螺纹相连接，在螺纹处涂环氧树脂固化胶固。
[0026]所述尼龙轴3是选用绝热尼龙材料。
[0027]所述隔热层6选用一种绝热材料制成。
[0028]如图4所示，霍尔编码器的结构由壳体1，金属轴2，尼龙轴3，轴承4，双极性磁铁5，隔热层6，hall芯片7，上盖8等组成，壳体I采用铝合金材料制成，尼龙轴3和金属轴2通过螺纹相连接，在螺纹处涂环氧树脂固化胶固，尼龙轴3是选用绝热尼龙材料，防止金属轴2进行热传导和热辐射，轴承4与尼龙轴3连接保持轴向平稳转动，双极性磁铁5通过螺纹安装在尼龙轴3的上端，和金属轴2 —起旋转，隔热层6是选用一种绝热材料制成，起到隔热的作用保护霍尔芯片AS5045，hall芯片7通过三个螺钉安装在绝热层6上面，上盖8通过螺纹和壳体I相连接，上盖8同时紧固隔热层，尼龙轴3还起到紧固轴承4的作用。
【主权项】
1.一种耐高温高精度霍尔编码器，其特征在于:包括壳体(I)、金属轴(2)、尼龙轴(3)、轴承(4)、双极性磁铁(5)、隔热层(6)、霍尔芯片(7)、及上盖(8);其中，金属轴(2)设于壳体(I)底部中心位置，尼龙轴(3)设于金属轴(2)上，尼龙轴(3)外侧和壳体(I)之间设有轴承(4)，尼龙轴(3)上端设有双极性磁铁(5)，壳体⑴上部设有上盖(8)，壳体⑴和上盖(8)所组成的内部腔体内设有隔热层(6)，所述隔热层(6)扣在尼龙轴(3)和双极性磁铁(5)的外侧，隔热层(6)的上端内侧设有霍尔芯片(7)。2.根据权利要求1所述的一种耐高温高精度霍尔编码器，其特征在于:所述壳体(I)采用铝合金材料制成。3.根据权利要求1所述的一种耐高温高精度霍尔编码器，其特征在于:尼龙轴(3)和金属轴(2)通过螺纹相连接，在螺纹处涂环氧树脂固化胶固。4.根据权利要求1所述的一种耐高温高精度霍尔编码器，其特征在于:尼龙轴3是选用绝热尼龙材料。5.根据权利要求1所述的一种耐高温高精度霍尔编码器，其特征在于:隔热层(6)选用一种绝热材料制成。
【专利摘要】本发明属于电动伺服结构技术领域，具体涉及一种耐高温高精度霍尔编码器；提供一种来测量电动伺服系统的配套使用，要求霍尔编码器能够在-40～150度环境温度范围内工作，霍尔编码器的输出实现360度内12位绝对精度输出的耐高温高精度的霍尔编码器；包括壳体、金属轴、尼龙轴、轴承、双极性磁铁、隔热层、霍尔芯片、及上盖；其中，金属轴设于壳体底部中心位置，尼龙轴设于金属轴上，尼龙轴外侧和壳体之间设有轴承，尼龙轴上端设有双极性磁铁，壳体上部设有上盖，壳体和上盖所组成的内部腔体内设有隔热层，所述隔热层扣在尼龙轴和双极性磁铁的外侧，隔热层的上端内侧设有霍尔芯片。
【IPC分类】G01D3/036
【公开号】CN105628057
【申请号】CN201410601777
【发明人】李文璋, 熊伟, 王臻
【申请人】北京精密机电控制设备研究所, 中国运载火箭技术研究院
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2014年10月31日