复合式编码器的制作方法

本实用新型属于电机编码器技术领域，尤其涉及一种复合式编码器。

背景技术：

目前，应用于工业缝纫机的电机为永磁交流伺服电动机，并在该永磁伺服电动机的轴端装配有高精度的编码器，此编码器与采用新型电力电子器件、专用集成电路和现代控制算法的交流伺服驱动器相匹配，组成新型高性能机电一体化的全数字驱动系统，能够准确实现倒缝、加固缝等高精度控制。

传统的编码器为一体式结构，具体可参见图1所示的编码器与电机的安装示意图。如图1所示，编码器的轴伸和电机的轴伸通过顶丝固定连接，编码器通过支撑架固定于电机上。编码器内部主要包括定子、转子及轴承。其中，转子一般为一玻璃光栅，并固定在编码器的轴上，编码器轴通过轴承和编码器外壳固定；定子一般为一印制电路板，上面由多个透射式光耦、集成电路及电阻电容组成，并通过螺钉固定在编码器外壳上。现有的这种编码器一般输出信号为A、B、Z三通道信号，特殊的可再增加U、V、W三个通道的信号。但是传统编码器具有以下不足之处：1、结构复杂，成本比较高；2、安装调试不够灵活；3、最多输出六通道的信号，在有些特殊场合满足不了使用要求，比如在工业缝纫机行业，除了需要上述六通道的信号以外，还需要缝纫机机头的上下针位信号。

技术实现要素：

针位上述现有技术的不足，本实用新型提供一种复合式编码器，其采用分装式结构，安装简单灵活，能够实现八个通道的编码信号，并且所需元件、结构件和金属光栅数量较少，成本较低。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以解决：

一种复合式编码器，用于缝纫机电机，包括：环形电路板，所述环形电路板通过多个支撑柱与所述电机的壳体的端部相连接，所述环形电路板与所 述电机的壳体的端部相平行，所述环形电路板的一侧设置有一个A、B信号光耦、一个上针位信号光耦和一个下针位信号光耦，另一侧分别设置有U信号霍尔元件、V信号霍尔元件、W信号霍尔元件和Z信号霍尔元件，所述电机的轴伸穿过所述环形电路板的中部；栅片，所述栅片通过铝托和顶丝固定在所述环形电路板的内侧的轴伸上，所述栅片上设置有一个A、B信号码道、一个上针位信号码道和一个下针位信号码道；手轮，所述手轮通过顶丝固定在所述环形电路板的外侧的轴伸上，所述手轮上设置有第一圈磁钢和第二圈磁钢两圈磁钢，其中一圈磁钢与所述U信号霍尔元件、所述V信号霍尔元件和所述W信号霍尔元件相对应，另一圈磁钢与所述Z信号霍尔元件相对应。

基于本实用新型提供的复合式编码器，采用了栅片-环形电路板-手轮这一分装式结构，相比传统编码器的一体式结构，本实用新型提供的复合式编码器安装调试简单灵活，并且所需元件、结构件和金属光栅数量较少，成本较低。此外，本实用新型提供的复合式编码器在环形电路板的一侧设置有A、B信号光耦、上针位信号光耦和下针位信号光耦，并在栅片上设置有相应的A、B信号码道、上针位信号码道和下针位信号码道，设置在环形电路板上的光耦与设置在栅片上的码道相互配合，能够输出A通道、B通道、上针位以及下针位4个通道的编码信号；同时，本实用新型提供的复合式编码器在环形电路板的另一侧设置有U信号霍尔元件、V信号霍尔元件、W信号霍尔元件和Z信号霍尔元件，并在手轮上设置有相对应的第一圈磁钢和第二圈磁钢，设置在环形电路板上的霍尔元件与设置在手轮上的磁钢相互配合，能够输出U通道、V通道、W通道以及Z通道4个通道的编码信号。可见，本实用新型提供的复合式编码器能够同时实现A通道、B通道、Z通道、U通道、V通道、W通道、上针位以及下针位共八个通道的编码信号，能够满足工业缝纫机的使用要求，具有良好的应用前景。

作为优选的，所述A、B信号光耦为透射式光耦，所述上针位信号光耦和所述下针位信号光耦为反射式光耦，所述A、B信号码道上均匀分布有预设数量的窄缝，所述上针位信号码道上设置有第一弧形长孔，所述下针位信号码道上设置有第二弧形长孔，所述第一弧形长孔和所述第二弧形长孔的弧心与所述栅片的圆心重合，所述第一弧形长孔和所述第二弧形长孔分别具有预设 的弧心角。

基于本实用新型上述复合式编码器，设可根据实际需要调整A、B信号码道上窄缝窄条的对数、第一弧形长孔和第二弧形长的弧心角、栅片上镂空部分的角度、以及上针位信号光耦和下针位信号光耦的相对角度，以方便、灵活地实现不同时序关系的信号，因而具有更广的应用范围。

作为优选的，所述A、B信号码道位于所述栅片上的外圈，所述下针位信号码道位于所述栅片的中圈，所述上针位信号码道位于所述栅片的内圈。

作为优选的，所述第一圈磁钢的极对数与所述电机的极对数相等；所述第二圈磁钢中设置有一对磁极，所述磁极在圆周上的分布角度呈预设比例。

作为优选的，所述U信号霍尔元件、V信号霍尔元件和所述W信号霍尔元件与所述第一圈磁钢相对应，所述Z信号霍尔元件与所述第二圈磁钢相对应。

作为优选的，所述第二圈磁钢位于所述第一圈磁钢的内环。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。

图1是传统编码器的连接结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种复合式编码器的结构示意图；

图3是图2所示的的复合式编码器中环形电路板的右视图；

图4是图2所示的复合式编码器中环形电路板的左视图；

图5是图2所示的复合式编码器中栅片的结构示意图；

图6为图2所示的复合式编码器中手轮的左视图；

图7为图5所示的光栅上A、B信号码道的局部放大图；

图8为本实用新型提供的复合式编码器的输出时序图一；

图9为本实用型提供的复合式编码器的输出时序图二；

图2-6中：1环形电路板；101A、B信号光耦；102上针位信号光耦；103下针位信号光耦；104U信号霍尔元件；105V信号霍尔元件；106W信号霍尔元件；107Z信号霍尔元件；2栅片；201A、B信号码道；202上针位信号码道；203下针位信号码道；3手轮；301第一圈磁钢；302第二圈 磁钢；4支撑柱；5电机；501电机壳体；502电机轴伸；6铝托；7顶丝；8顶丝。

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发明一部分实施例，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做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。

图2为本实用新型实施例提供的一种复合式编码器的结构示意图，图3为图2所示的复合式编码器中环形电路板的右视图，图4为图2所示的复合式编码器中环形电路板的左视图，图5为图2所示的复合式编码器中栅片的结构示意图，图6为图2所示的复合式编码器中手轮的左视图。

参见图2至图6，本实用新型提供的复合式编码器包括：环形电路板1、栅片2以及手轮3。其中，环形电路板1通过多个支撑柱4与电机5的壳体501的端部相连接，环形电路板1与电机5的壳体501的端部相平行，环形电路板1的一侧设置有一个A、B信号光耦101、一个上针位信号光耦102和一个下针位信号光耦103，另一侧分别设置有U信号霍尔元件104、V信号霍尔元件105、W信号霍尔元件106和Z信号霍尔元件107，电机5的轴伸502穿过环形电路板1的中部；栅片2通过铝托6和顶丝7固定在环形电路板1的内侧的轴伸502上，栅片2上设置有一个A、B信号码道201、一个上针位信号码道202和一个下针位信号码道203；手轮3通过顶丝8固定在环形电路板1的外侧的轴伸502上，手轮3上设置有第一圈磁钢301和第二圈磁钢302两圈磁钢，其中一圈磁钢与U信号霍尔元件104、V信号霍尔元件105和W信号霍尔元件106相对应，另一圈磁钢与Z信号霍尔元件107相对应。

需要说明的是，在本实用新型上述实施例中，可通过环氧胶将栅片2和铝托6粘接在一起，进而通过顶丝7将铝托6固定在电机5的轴伸502上；类似的，也可通过环氧胶将第一圈磁钢301和第二圈磁钢302粘接在手轮3的相应位置，进而通过顶丝8将手轮3固定在电机5的轴伸502上。

一种具体的实现方式中，本实用新型上述实施例中所述A、B信号光耦101为透射式光耦，所述上针位信号光耦和所述下针位信号光耦为反射式光耦。其中，A、B信号光耦101具体可采用型号为HEDS-9700F50的透射式光耦，上针位信号光耦102和下针位信号光耦103具体可采用型号为ITR8307的反射式光耦。另外，U信号霍尔元件104、V信号霍尔元件105、W信号霍尔元件106和Z信号霍尔元件107具体可采用型号为MT4401的霍尔元件。

当然，以上所述仅为本实用新型提供的一种具体实现方式，本实用新型并不限于此。

在本实用新型以上实施例中，复合式编码器采用了栅片-环形电路板-手轮这一分装式结构，相比传统编码器的一体式结构，本实用新型提供的复合式编码器安装调试简单灵活，并且所需元件、结构件和金属光栅数量较少，成本较低。此外，本实用新型提供的复合式编码器在环形电路板的一侧设置有A、B信号光耦、上针位信号光耦和下针位信号光耦，并在栅片上设置有相应的A、B信号码道、上针位信号码道和下针位信号码道，设置在环形电路板上的光耦与设置在栅片上的码道相互配合，能够输出A通道、B通道、上针位以及下针位4个通道的编码信号；同时，本实用新型提供的复合式编码器在环形电路板的另一侧设置有U信号霍尔元件、V信号霍尔元件、W信号霍尔元件和Z信号霍尔元件，并在手轮上设置有相对应的第一圈磁钢和第二圈磁钢，设置在环形电路板上的霍尔元件与设置在手轮上的磁钢相互配合，能够输出U通道、V通道、W通道以及Z通道4个通道的编码信号。可见，本实用新型提供的复合式编码器能够同时实现A通道、B通道、Z通道、U通道、V通道、W通道、上针位以及下针位共八个通道的编码信号，能够满足工业缝纫机的使用要求。

本实用型的一种优选实施例中，如图5所示，栅片2上的A、B信号码道201位于栅片2上的外圈，下针位信号码道203位于栅片2的中圈，上针位信号码道202位于栅片2的内圈，且A、B信号码道201上均匀分布有预设数量的窄缝，上针位信号码道202上设置有第一弧形长孔，下针位信号码道203上设置有第二弧形长孔，第一弧形长孔和第二弧形长孔的弧心与栅片2的圆心重合，第一弧形长孔和第二弧形长孔分别具有预设的弧心角。

其中，需要说明的是，A、B信号码道201上分布的窄缝以及上、下针位信号码道203上的长孔指可以透光的镂空部分，码道上其余部分为遮光部分，具体可选用不锈钢材料制作栅片2，并采用蚀刻的加工方式在A、B信号码道201上蚀刻出镂空部分。具体的，A、B信号码道201的局部放大图可参考图7，图中的矩形即为镂空的窄缝，相邻两个窄缝中间间隔有一个遮光的窄条，窄缝数量和窄条数量相同。

可以理解，当栅片2旋转至A、B信号码道201上的镂空部分时，A、B信号光耦101能够感应到光源，输出高电平信号；相应的，当栅片2旋转至A、B信号码道201上的遮光部分时，A、B信号光耦101感应不到光源，输出低电平信号。当栅片2旋转至上、下针位信号码道203上的镂空部分时，上、下针位信号光耦103感应不到反射光，输出低电平信号；相应的，当栅片2旋转至上、下针位信号码道203上的遮光部分时，上、下针位信号光耦103能够感应到反射光，输出高电平信号。

基于本实用新型上述实施例，可根据实际需要调整A、B信号码道201上窄缝窄条的对数、第一弧形长孔和第二弧形长的弧心角、栅片2上镂空部分的角度、以及上针位信号光耦102和下针位信号光耦103的相对角度，以方便灵活地实现不同时序关系的信号。具体来说，通过调整A、B信号码道201上窄缝和窄条的对数可实现每秒钟输出的A、B信号的脉冲数，通过调整光栅上镂空部分的角度可调整输出信号的宽度，通过调整第一弧形长孔和第二弧形长孔的相对角度可调整上、下针位的超前滞后角度。

示例性的，本实用新型给出栅片2的一种具体实现方式如图5所示，图中A、B信号码道201上窄缝的数量为512个，下针位信号码道203上的第一弧形长孔对应的机械角度为60°，上针位信号码道202上的第二弧形长孔对应的机械角度为40°，且第一弧形长孔和第二弧形长孔之间相差110°机械角度。这样一来，对应的时序信号图即如图8所示，A信号和B信号为每转512个，且A信号超前B信号电气角度90°，下针位信号的脉冲宽度为60°机械角度，上针位信号的脉冲宽度为40°机械角度，且下针位信号超前上针位信号110°机械角度。

在本实用型上述实施例中，第一圈磁钢301的极对数与电机5的极对数 相等，U信号霍尔元件104、V信号霍尔元件105和W信号霍尔元件106与第一圈磁钢301相对应。

一般来说，工业缝纫机所用电机5为永磁交流伺服电动机，永磁交流伺服电动机采用三相交流电，对应的电机5的极对数为3。此种情况下，第一圈磁钢301的极对数即为3，即第一圈磁钢301为N、S极交错分布的三对磁极，参见图6。

在本实用型上述实施例中，参见图6，第二圈磁钢302位于第一圈磁钢301的内环，第二圈磁钢302中设置有一对磁极，磁极在圆周上的分布角度呈预设比例，Z信号霍尔元件107与第二圈磁钢302相对应。

基于本实用新型上述实施例，可通过细微的调整简单、方便地实现不同时序关系的信号。例如，通过调整第二圈磁钢302N、S极的角度可调整Z信号的脉冲宽度，通过调整U信号霍尔元件104与Z信号霍尔元件107的相对角度可调整U信号和Z信号的超前滞后角度，通过调整外圈磁钢的极对数可适应不同极对数的电机5。

示例性的，一种具体实现方式中，第一圈磁钢301的极对数为3，第二圈磁钢302的极对数为1，U信号霍尔元件104、V信号霍尔元件105以及W信号霍尔元件106两两之间相差机械角度40°、电气角度120°，U信号霍尔元件104和Z信号霍尔元件107的机械角度一致。这样一来，对应的时序信号图即如图9所示，其中U信号、V信号和W信号为每转3个脉冲，两两间相差电气角度120°、机械角度为40°，Z信号为每转1个脉冲，与U信号同相位，脉冲宽度为120°机械角度。

当然，本实用型上述实施例中所述的栅片的结构、磁钢和霍尔元件的对应关系等均为本实用新型提供的一种具体实现方式，本领域技术人员可以理解，在本实用新型上述实施例的基础上各根据实际需要进行调整，以输出不同时序关系的信号，本实用型对此不再赘述。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。