一种高精度的单编码盘绝对式磁编码器测量系统的制作方法

1.本发明涉及编码器技术领域，具体地说是一种高精度的单编码盘绝对式磁编码器测量系统。


背景技术：

2.一般的绝对式编码器，通常是采用内外码道相差一个对极的方式来实现。由于这种多对极的编码盘对充磁工艺要求很高，成本高居不下，所以发展成为像轮速齿轮一样的设计：编码盘不采用对极式的永磁材料，改用软磁或半硬磁齿轮类的材料，在轮上雕有通孔或沟槽，内外圈数量相差一个，与背磁共同作用，为磁传感器提供磁场信号。编码盘旋转一周，角度从0度至360度的过程中，外圈与内圈之间的相位差也相差360度，整周范围内，内外圈信号之间的相位差在编码盘旋转至不同角度时都具有唯一性，从而实现绝对位置的测量。这种软磁或半硬磁的编码盘，对内外圈公差要求极为严格，安装稍有偏差，就会造成分辨率与精度的大大降低，对于编码盘制造厂家的技术要求极高，导致现在很少有厂家能完成高精度的目标要求。
3.所以，人们急需一种高精度、成本低且利于大规模自动化生产的绝对式编码器系统。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提出一种高精度的单编码盘绝对式磁编码器测量系统，以解决这种软磁或半硬磁的编码盘，对内外圈公差要求极高，安装稍有偏差，就会造成分辨率与精度的降低，从而导致制造成本高，不利于大规模自动化生产的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：一种高精度的单编码盘绝对式磁编码器测量系统，包括磁传感器，编码盘和磁性机构，所述磁传感器位于所述编码盘与所述磁性机构之间，所述磁传感器与所述磁性机构相对位置固定，所述磁传感器至少有两个，为对称放置，分别放置于所述编码盘同一直径的两端，空间位置角度相差180度。
6.所述编码盘为软磁材料或半硬磁材料。
7.所述编码盘平均分成两个部分：左半圈和右半圈，且左半圈与右半圈同轴。
8.所述通孔所述沟槽，对于同一个编码盘的左半圈来说，其尺寸、形状皆一致；对于同一个编码盘的右半圈来说，其尺寸、形状皆一致；所述编码盘上开有周期性的通孔或沟槽，左半圈与右半圈的所述通孔或所述沟槽的数量不同，数量相差一个，所以左半圈与右半圈的通孔或沟槽宽度按比例不同。
9.所述磁传感器为霍尔传感器、amr传感器或tmr传感器与cmos电路高度集成的传感器；也可以是单纯的霍尔传感器或以磁阻效应为基础的amr传感器或tmr传感器，但是要连接mcu或进行电路处理；所述磁性机构为永磁材料，充磁方向垂直于编码盘平面。
10.与现有技术相比，本发明有益效果如下：本发明提出的绝对式编码器测量系统，可以采用霍尔元件或以磁阻效应为基础的amr、tmr与高精度的cmos处理电路集成一体，减小误差，实现角位移的高精度测量，同时易于实现小型化与大规模自动化生产。
11.本发明提出的绝对式编码器测量系统，实现方式简单而精确：直接以同一个编码盘的两部分作磁角度差值推算编码盘的绝对位置。
12.相比于光编码器类似的设计，本发明成本更加低廉，而且左半圈与右半圈分别采用多个感应点采集信号，抗干扰性更强。
附图说明
13.图1为开设沟槽的编码盘结构示意图；图2为开设通孔的编码盘结构示意图；图3为本发明实施例中各元器件的相对位置示意图；图4为本发明实施例中绝对式磁编码器测量系统中各器件的相对位置俯视图；图5为本发明实施例中编码盘左半圈输出的磁场差分信号；图6为本发明实施例中编码盘右半圈输出的磁场差分信号；图7为本发明实施例输出的左、右半圈磁角度与磁角度差值分布曲线；图8为本发明实施例中的磁传感器感应点分布情况示意图；图中：1-开设沟槽的编码盘；2-开设通孔的编码盘；02-通孔；01-沟槽；3-磁传感器；4-磁性机构。
具体实施方式
14.为阐明技术问题、技术方案、实施过程及性能展示，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释。本发明，并不用于限定本发明。以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
15.在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
16.另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。
17.实施例
18.如图1所示，为本实施例中所采用开设沟槽的编码盘1结构示意图，对于这种编码盘，盘上开有沟槽01，左半圈沟槽01数量比右半圈多一个，如图4所示左半边沟槽01数量比右半边数量多一个，左半圈与右半圈沟槽的宽度也相应的不一致：例如左半圈沟槽数量为18个，沟槽宽度对应的角度为5度，那么右半圈数量少一个，即17个，那么沟槽宽度相对应的角度宽度则为5.3度。在实际应用中，所述编码盘也可以是开有通孔02的，通孔02贯穿通到编码盘底部即可，如图2所示，为开设通孔02的编码盘2结构示意图。本技术中这种软磁或半
硬磁编码盘具有比较高的磁导率，利用背磁与编码盘磁场的耦合得到近似正弦或余弦的信号，若是通孔的话，直接贯穿到底部，此处材料由高磁导率变化为空气磁导率，变化较大，会导致得到的信号正弦或余弦性较差，从而计算得到的磁角度线性度也会相应变差。所以相比之下，开设有沟槽有更好的优势。通孔02与沟槽01可以是各种尺寸、形状的，但同一编码盘上，左半圈与右半圈的通孔02或沟槽01的形状与尺寸皆各自分别一致。
19.如图3所示，为本实施例中各器件的相对位置示意图，所述磁性机构4紧贴在所述磁传感器3的背面，所述磁传感器3位于所述编码盘与所述磁性机构4之间，接收两者共同作用产生的磁场。
20.所述磁传感器3与所述编码盘的距离直接影响所述磁传感器3接收到的磁场大小，可根据磁性机构4与编码盘提供的磁场大小进行调整，也可按照客户结构要求在一定公差内，调整磁性机构4的尺寸。
21.本实施例中所述磁传感器3有两个，相对应的所述磁性机构4也有两个，分别感应左半圈编码盘与所述磁性机构4的磁场信号和右半圈编码盘与所述磁性机构4的磁场信号；所述磁传感器3为amr与cmos电路高度集成一体，误差小，精度更高。
22.如图4所示，为本发明实施例中各器件的相对位置俯视图，可以看出所述磁传感器芯片从旁边插入。
23.作为优选，也可直接用贴片式的磁传感器3焊在pcb板上引线接出，贴片式的更有利于自动化的规模生产。
24.本发明实施例中所述磁传感器3接收编码盘绕轴心转动引起的磁场的变化信号，以磁角度输出（实施例中的曲线为截取编码盘转动60度角的部分信号），该磁角度分别由左半圈或右半圈的两路差分磁场信号得到：每个磁传感器3分别有四个感应点，感应点即为接收外界磁场信号的感应点，在编码盘绕轴心转动的过程中，该四个感应点分别接收到各自位置处的磁场信号，该磁场信号两两差分（如图8所示，若四个感应点分别顺序标注为61、62、63和64，则两两差分时61减63，62减64）得到两路差分磁场信号，再由两路差分磁场信号得到一个磁角度。两个磁传感器3得到的两个磁角度做差分，该差值即左半圈与右半圈两信号的磁角度差值，该差值在-360至360度之间变化。当编码盘未转动时，定义其磁角度差值为360度，当编码盘转动180度时，两磁传感器磁角度差值为0度，编码盘继续旋转，两磁传感器的磁角度差值变为负值，即原来相位超前的磁传感器变为落后的状态，由0度逐渐减小，当编码盘旋转360度时，两传感器回到起初编码盘未转动时的位置，磁角度差值为-360度。在编码盘旋转至不同角度时磁角度差值都具有唯一性，由此推断出编码器的绝对位置。
25.作为优选，左半圈与右半圈磁传感器3感应点的个数可以为其他数目，皆可做差分处理，由此得到的差分信号抗干扰性更强。
26.如图4和图6所示，分别为本发明实施例的编码盘左半圈和右半圈的两路磁场差分信号。
27.如图7所示，为本发明实施例的左右两个半圈磁角度与磁角度差值分布曲线。分别由图5左半圈两路磁场差分信号得到左半圈圈的磁角度分布曲线，如图7中实线分布；由图6右半圈两路磁场差分信号得到右半圈的磁角度分布，如图7中点线分布；然后两路磁角度差分得到磁角度差值，参考图中长短点线分布，即可看到随编码盘转动角度的改变，磁角度差值呈线性变化，由该曲线可直接推断出编码盘的确切绝对位置。
28.本发明提出的绝对式编码器测量系统，仅用一个编码盘即可实现绝对位置的检测方式简单而精确，成本更加低廉，而且两个半圈（左半圈与右半圈）的磁信号分别采用多个感应点采集，抗干扰性更强。
29.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：
1.一种高精度的单编码盘绝对式磁编码器测量系统，其特征在于，包括磁传感器，编码盘和磁性机构，所述磁传感器位于所述编码盘与所述磁性机构之间，所述磁传感器与所述磁性机构相对位置固定，所述磁传感器至少有两个，为对称放置，分别放置于所述编码盘同一直径的两端，空间位置角度相差180度。2.根据权利要求1所述的高精度的单编码盘绝对式磁编码器测量系统，其特征在于，所述编码盘为软磁材料或半硬磁材料。3.根据权利要求1所述的高精度的单编码盘绝对式磁编码器测量系统，其特征在于，所述编码盘平均分成两个部分：左半圈和右半圈，且左半圈与右半圈同轴。4.根据权利要求1所述的高精度的单编码盘绝对式磁编码器测量系统，其特征在于，所述编码盘上开有周期性的通孔或沟槽，左半圈与右半圈的通孔或沟槽的数量不同，数量相差一个，左半圈与右半圈的通孔或沟槽宽度按比例不同。5.根据权利要求1所述的高精度的单编码盘绝对式磁编码器测量系统，其特征在于，通孔或沟槽，对于同一个编码盘的左半圈来说，其尺寸、形状皆一致；对于同一个编码盘的右半圈来说，其尺寸、形状皆一致。6.根据权利要求1所述的高精度的单编码盘绝对式磁编码器测量系统，其特征在于，所述磁传感器为霍尔传感器、amr传感器或tmr传感器与cmos电路高度集成的传感器；也可以是单纯的霍尔传感器或以磁阻效应为基础的amr传感器或tmr传感器，但是要连接mcu或进行电路处理。7.根据权利要求1所述的高精度的单编码盘绝对式磁编码器测量系统，其特征在于，所述磁性机构为永磁材料，充磁方向垂直于编码盘平面。

技术总结
本发明提供了一种高精度的单编码盘绝对式磁编码器测量系统，其特征在于，包括磁传感器，编码盘和磁性机构，所述磁传感器至少有两个，所述磁传感器与所述磁性机构相对位置固定；所述磁传感器位于所述编码盘与所述磁性机构之间；所述磁传感器为对称放置，分别放置于对应所述环形码道直径的两端，角度相差180度；本发明提出的绝对式编码器测量系统，实现方式简单而精确：直接以同一个编码盘的两部分作磁角度差值推算编码盘的绝对位置；相比于光编码器类似的设计，本发明成本更加低廉，而且左半圈与右半圈分别采用多个感应点采集信号，抗干扰性更强。扰性更强。扰性更强。


技术研发人员：许英华 万虹
受保护的技术使用者：微传智能科技（常州）有限公司
技术研发日：2023.08.18
技术公布日：2023/9/23