CN101877267B

CN101877267B - 一种导磁环

Info

Publication number: CN101877267B
Application number: CN2009101377697A
Authority: CN
Inventors: 郝双晖; 郝明晖
Original assignee: ZHEJIANG ZHONGKE DERUN TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: Hangzhou Corecess energy-saving equipment Limited by Share Ltd
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2029-04-30
Also published as: WO2010124573A1; CN101877267A

Abstract

本发明公开了一种导磁环，所述导磁环由两段或多段同半径、同圆心的弧段构成，相邻两弧段留有缝隙。通过采用此结构的导磁环，使得导磁环内部磁场分布均匀，泄露小，由磁感应元件感应的信号为积分型，信号噪声小，所含高次谐波分量成分小，有利于提高原始信号质量，提高信号信噪比。采用此结构，对磁感应元件的机械尺寸没有苛刻要求，可选用型号范围宽，甚至是不用采用后续放大电路，有利于减少产品成本，提高性价比。

Description

一种导磁环

技术领域

本发明涉及一种磁性元件，具体地说，涉及一种导磁环。

背景技术

在电机控制领域中应用的位置检测装置主要是编码器，所述编码器一种是将电机旋转角位置、角速度等物理量转换为电信号的位置传感器，编码器的制造以及信号处理水平直接影响到自动化水平。

目前，工程技术领域中应用的编码器主要是光电式编码器，光电式编码器有增量式和绝对式两种。在增量式编码器中，轴旋转时带动光栅盘旋转，发光元件发出的光被光栅盘的狭缝切割成断续光线，再由接收元件接受并输出相应的脉冲信号，旋转方向和脉冲数量需要借助判向电路和计数器来实现。计数起点可任意设定，旋转增量编码器转动时输出脉冲，通过计数设备的内部存储单元来记住位置。然而该编码器工作过程中不允许有干扰进而丢失脉冲，否则，记数设备记忆的零点就会偏移并且无从知道。

为了解决上述问题，出现了绝对式编码器。绝对式编码器输出与位置一一对应的代码，从代码的大小变化能判别出旋转方向和转子当前位置。这样大大提高了抗干扰性以及数据的可靠性，绝对式编码器已经越来越多地应用于各种工业系统的角度测量、长度测量以及位置控制。

然而，光电编码器存在一些难以克服的缺点：光电编码器由玻璃物质通过刻线而成，其抗震动和冲击能力不强，不适用于尘埃、结露等恶劣环境，并且结构和定位组装复杂；刻线间距有极限，要提高分辨率必须增大码盘，从而难以做到小型化；在生产中必须保证很高的装配精度，直接影响到生产效率，最终影响产品成本。

为了解决光电编码器中出现的问题，又提出了一种磁电式编码器。传统磁电传感器的定子和转子由纯铁制成，定子上固定有永久磁铁，形成磁路系统。定子和转子相对的环形端面上均匀地设有数目相等的齿和槽，转子与主轴固紧，主轴与被测量的转轴连接，主轴带动转子转动，当转子齿和定子齿相对时，气隙最小，磁通最大，当转子齿和定子槽相对时，气隙最大，磁通最小。可以通过例如磁感应传感器的检测磁通的变化，并将该变化转化成电信号脉冲。此类编码器比较多，但测量精度比较低，且只能实现增量输出。

例如，专利CN 200410024190.7公开了一种具有二、三、四、六个传感器的磁电编码器结构，如图1所示，在该磁电编码器的结构中，磁感应元件采用表面贴的方式，即在圆环形定子内侧壁布置磁感应元件，进行旋转磁场的感应，然后根据传感器电压值求出旋转角度值。

然而，上述磁电编码器在物理结构上具有以下缺点：

定子内侧一般呈圆弧形且光滑，传感器不易安装固定，容易引起定位误差，进而引起信号的相位偏差，使得信号中高次谐波分量大；加工制造工艺复杂，不利于产业化；

可靠性低，传感器均布于内侧壁，传感器的支持基体必须为柔性体如FPC等，其与处理本体接触处其抗拉强度不高，容易破裂，增加了加工难度，影响产品的寿命；

传感器感应的磁场泄露大，磁场不能得到充分应用，使得信号中噪声大，影响测量精度；

要求传感器体积小，使得产品成本比较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对上述现有技术的不足，提出了一种导磁环，能够简化生产工艺，提高信号精度，减少产品成本，提高性价比。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种导磁环，所述导磁环由两段或多段同半径、同圆心的弧段构成，相邻两弧段留有缝隙，所述导磁环起聚磁作用。

进一步地，所述导磁环由两段同半径、同圆心的弧段构成，分别为1/4弧段和3/4弧段；或者，所述的导磁环由三段同半径的弧段构成，分别为1/3弧段；或者，所述的导磁环由四段同半径的弧段构成，分别为1/4弧段；或者，所述的导磁环由六段同半径的弧段构成，分别为1/6弧段。

更进一步地，所述的导磁环的弧段端部设有倒角；具体而言，所述倒角为沿轴向或径向或同时沿轴向、径向切削而形成的倒角。

通过采用此结构的导磁环，使得导磁环内部磁场分布均匀，泄露小，并且磁感应元件感应的信号为积分型，信号噪声小，所含高次谐波分量成分小，有利于提高原始信号质量，提高信号信噪比。而且，通过导磁环的增加倒角来缩小有效面积，有利于提高磁感应元件表面感应的磁场强度，在一定程度上能减小对永磁体尺寸要求，能减小整个编码器的机械尺寸。另外，采用此结构，对磁感应元件的机械尺寸没有苛刻要求，可选用型号范围宽，甚至是不用采用后续放大电路，有利于减少产品成本，提高性价比。上述结构的导磁环的使用还使得磁感应元件可直接固定在电路板上，无需转接件，有利于提高产品的可靠性。

附图说明

图1是现有技术中磁电式编码器的结构示意图；

图2A～图2D是本发明的导磁环的倒角设计图；

图3是表示设置有本发明的导磁环的磁电式传感器的立体分解图；

图4是本发明的导磁环安装于骨架上的立体图；

图5是本发明的导磁环分为两段时的应用例1的结构示意图；

图6是本发明的导磁环分为四段时的应用例2的结构示意图；

图7是本发明的导磁环分为三段时的应用例3的结构示意图；

图8是本发明的导磁环分为六段时的应用例4的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体的实施例对本发明进行详细地说明。

实施例

图2A～图2D是本发明的导磁环的倒角设计图。如图2A～图2D所示，导磁环由两段或多段同半径、同圆心的弧段构成，图2A所示的导磁环没有设计倒角，图2B～图2D所示的弧段端部设有倒角，所述倒角为沿轴向(图2B)或径向(图2C)或同时沿轴向、径向(图2D)切削而形成的倒角，151、153表示轴向切面，152、154表示径向切面。相邻两弧段间留有缝隙，磁感应元件置于该缝隙内，当磁钢环与导磁环发生相对旋转运动时，所述磁感应元件将感测到的磁信号转换为电压信号，并将该电压信号传输给相应的控制器。

根据磁密公式

B = \frac{Φ}{S}

可以知道，当φ一定时候，可以通过减少S，增加B。

因为永磁体产生的磁通是一定的，在导磁环中S较大，所以B比较小，因此可以减少因为磁场交变而导致的发热。而导磁环增加的倒角减少了导磁环端部面积，能够增大端部的磁场强度，使得磁感应元件的输出信号增强。这样的信号拾取结构制造工艺简单，拾取的信号噪声小，生产成本低，可靠性高，而且尺寸小。

应用例

图3是表示设置有本发明的导磁环的磁电式传感器的立体分解图。图4是本发明的导磁环安装于骨架上的立体图。如图3和图4所示，磁电式传感器由磁感应元件板102、磁钢环103、导磁环104、骨架105组成；磁感应元件板102由PCB板和磁感应元件106组成，磁感应元件板102上还装有接插件108。

磁钢环103装在电机轴上，导磁环104固定在骨架105上，骨架105固定在电机的合适位置。当电机轴转动时，磁钢环103转动，产生正弦磁场，而导磁环104起聚磁作用，磁钢环103产生的磁通通过导磁环104。PCB板上固定的磁感应元件106把通过导磁环104的磁场转换成电压信号并输出，该电压信号直接进入主控板芯片。由主控板上芯片对电压信号进行处理，最后得到位角位移。

其中，在制作所述的磁电式传感器时，导磁环104设置在骨架成型模具上，在所述骨架一体成型时与骨架105固定在一起。

应用例1

图5是本发明的导磁环分为两段时的应用例1。如图5所示，导磁环由两段同半径的弧段构成，分别为1/4弧段111和3/4弧段112，位置A和B相距角度为90°，并开有狭缝，分别以109和110表示的两个磁感应元件H₁、H₂放置于A和B处的狭缝中，采用此结构有利于减少磁场泄露，提高磁感应元件感应的磁通量，并且由于磁表面感应的磁通是磁场的积分，因此有利用降低信号噪声以和信号中的高次谐波。至于信号处理的具体过程此处不作详细说明。在电机轴上，由两段同半径的弧段111、112构成的导磁环与磁钢环113同心安装。

应用例2

图6是本发明的导磁环分为四段时的应用例2。如图5所示，导磁环由四段同半径的1/4弧段118、119、120和121构成，A，B，C，D四个位置角度依次相隔为90°，并且都有一狭缝。分别以114、115、116和117表示的4个磁感应元件H₁、H₂、H₃、H₄分别放置于狭缝A、B、C和D处，采用此结构有利于减少磁场泄露，提高磁感应元件感应的磁通量，并且由于磁表面感应的磁通是磁场的积分，因此有利用降低信号噪声以和信号中的高次谐波。至于信号处理的具体过程此处不作详细说明。四段同半径的1/4弧段118、119、120和121构成的导磁环和磁钢环122同心安装。

应用例3

图7是本发明的导磁环分为三段时的应用例3。如图7所示，导磁环由三段同半径的1/3弧段126、127和128构成，A，B，C三个位置依次相距120°，并且开有一狭缝，分别以123、124和125表示的3个传感器H₁、H₂、H₃分别放置狭缝处，采用此结构有利于减少磁场泄露，提高传感器感应的磁通量，并且由于传感器表面感应的磁通是磁场的积分，因此有利用降低信号噪声以和信号中的高次谐波。至于信号处理的具体过程此处不作详细说明。三段同半径的1/3弧段126、127和128构成的导磁环和磁钢环129同心安装。

应用例4

图8是本发明的导磁环分为六段时的应用例4。如图8所示，导磁环由六段同半径的1/6弧段136、137、138、139、140和141构成，A，B，C，D，E，F六个位置依次相距60°，并且都开有一狭缝，分别以130、131、132、133、134和135表示的6个传感器H₁、H₂、H₃、 H₄、H₅、H₆分别放置狭缝内，采用此结构有利于减少磁场泄露，提高传感器感应的磁通量，并且由于传感器表面感应的磁通是磁场的积分，因此有利用降低信号噪声以和信号中的高次谐波。至于信号处理的具体过程此处不作详细说明。电机非负载输出端轴上装有永磁环，由六段同半径的1/6弧段136、137、138、139、140和141构成的导磁环和磁钢环142同心安装。

上述四个实施例中的导磁环均可采用图2C-2D中的任何一种倒角形式。

以上参照附图详细描述了本发明的各个实施例，然而本发明并不局限于所述实施例，而是在不脱离权利要求书的范围的情况下，可以做出各种变化和改进。

Claims

1.一种导磁环，所述导磁环由两段同半径、同圆心的弧段构成，分别为1/4弧段和3/4弧段；或者，所述的导磁环由三段同半径、同圆心的弧段构成，分别为1/3弧段；或者，所述的导磁环由六段同半径、同圆心的弧段构成，分别为1/6弧段；相邻两弧段留有缝隙，所述导磁环起聚磁作用。

2.如权利要求1所述的导磁环，其特征在于，所述的导磁环的弧段端部设有倒角。

3.如权利要求2所述的导磁环，其特征在于，所述倒角为沿轴向或径向或同时沿轴向、径向切削而形成的倒角。