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CN112344969A - 一种离轴单圈多对极绝对式磁编码器 - Google Patents

一种离轴单圈多对极绝对式磁编码器 Download PDF

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CN112344969A
CN112344969A CN202011285065.7A CN202011285065A CN112344969A CN 112344969 A CN112344969 A CN 112344969A CN 202011285065 A CN202011285065 A CN 202011285065A CN 112344969 A CN112344969 A CN 112344969A
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China
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magnetic
magnet
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hall
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CN202011285065.7A
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朱沛宁
姚锐
邹强
杜卯春
狄政璋
陈冬阳
郑自儒
胡盛青
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Hunan Aerospace Magnet and Magneto Co Ltd
Original Assignee
Hunan Aerospace Magnet and Magneto Co Ltd
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Abstract

一种离轴单圈多对极绝对式磁编码器，包括编码器本体，所述编码器本体包括相互平行安装的多对极磁环和读数头，所述多对极磁环包括磁环底座和安装于磁环底座上的磁体，所述磁体为中空环状结构，包括至少两对N/S磁极，所述磁环底座与读数头同心的安装于被测系统上。本发明可在保持较高测量精度的前提下，极大的压缩编码器的尺寸和重量，而且可以实现离轴安装。

Description

一种离轴单圈多对极绝对式磁编码器
技术领域
本发明涉及一种磁编码器，具体涉及一种离轴单圈多对极绝对式磁编码器。
背景技术
在工程中，有大量的系统需要精确检测旋转运动的角度和速度，常见的如位标器、转台、电梯、机床、机器人关节、无人机，以及各种类似的伺服电机系统，
在上述测量应用中，还常常附有若干特殊要求，比如离轴安装，严苛的体积和重量限制、使用环境中有灰尘等，这些要求是传统的旋转编码器难以满足的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种结构简单、可实现离轴安装的单圈多对极绝对式磁编码器。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种离轴单圈多对极绝对式磁编码器，包括编码器本体，所述编码器本体包括相互平行安装的多对极磁环和读数头， 所述多对极磁环包括磁环底座和安装于磁环底座上的磁体，所述磁体为中空环状结构，包括至少两对N/S磁极，所述磁环底座与读数头同心的安装于被测系统上。
进一步，所述读数头包括电联接的霍尔组合、信号采集单元、信号处理单元、外部时钟和基准电压模块。
进一步，所述霍尔组合包括至少三只霍尔器件，所述霍尔器件的测量面贴近磁环外端面，与磁环外端面平行。
进一步，所述的各霍尔器件在读数头上等弧度布置。
进一步，所述磁体材料为铁氧体、钕铁硼磁体、钐钴磁体和注塑磁体、橡胶磁体中的一种或多种组合。
进一步，所述信号处理单元以微处理器为核心，按指定频率，获取信号采集单元的输出，根据输出信号的幅值和相位，解算出旋转角度值，以ABZ、SPI、485、CAN形式输出信号。
本发明建立在霍尔效应和微处理器技术的基础之上，通过霍尔效应可以实现旋转角度的测量，首先设计一个周期性的磁场，围绕磁场安装三只霍尔器件，在转动过程中，霍尔器件所在位置的磁场随之发生变化，霍尔器件产生对应的电信号输出，微处理器采集多个霍尔器件的输出信号，计算当前的旋转角度，本发明可在保持较高测量精度的前提下，极大的压缩编码器的尺寸和重量，而且可以实现离轴安装。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为图1所示实施例的侧视图；
图3为本发明实施例的工作原理图；
图4为图1所示实施例中三只霍尔器件采集到的周期性变化的磁感应强度曲线。
图中：1000-磁编码器本体，1100-多对极磁环，1110-磁体，1120-磁环底座，1200-读数头，1210-霍尔组合，1211-第一霍尔器件，1212-第二霍尔器件，1213-第三霍尔器件，1220-信号采集单元，1230-信号处理单元。
具体实施方式
在对本发明的任意实施方式进行详细解释之前，应该理解本发明在其应用方面并不局限于下面描述中阐述的或在以下附图中示出的元件的结构和布置的细节。本发明能够具有其它的实施方式并且能够以多种方式实践或执行。并且应该理解在此使用的措词和术语是为了 描述的目的而不应该被认作限制性。“包含”、“包括”或者“具有” 以及在此的它们的变形的使用意味着包括其后列出的项目和这些项目的等同物以及补充项目。除非特定或限定，否则术语“安装”、“连接”、“支撑”和“耦合”以及它们的变形被广泛地使用并且包括直接和间接的安装、连接、支撑和耦合。此外，“连接”和“耦合” 并不限制为在物理上的或者机械上的连接或耦合。
正如对于本领域的普通技术人员也应该清楚的那样，在图中示出的系统是与实际系统可能相似的模型。正如所注意到的，许多所描述的模块和逻辑结构能够在通过微机或类似的装置执行的软件中实施或者在使用各种各样的包括例如专用集成电路(ASICs)的元件的硬件中 实施。像“组合、采集单元、处理单元”这样的术语可以包括或者指的是硬件和/或软件。 此外，说明书中会使用的以大写字母书写的术语。这些术语符合惯例并且用来帮助将描述与编码例子和附图联系起来。但是，并不因大写字母的使用而暗示或者应该简单地推断出特定的意思。因此，权利要求不应该限于特定的例子或术语中，或者任何特定的软件或硬件实施或者软件或硬件的组合中。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
参照附图1-2，本实施例包括磁编码器本体1000，所述磁编码器本体1000包括相互平行安装的多对极磁环1100和读数头1200， 所述多对极磁环1100包括磁环底座1120和安装于磁环底座1120上的磁体1110，磁体1110采用粘接的方法安装在磁环底座1120上，所述磁体1110为中空环状结构，包括两对N/S磁极，所述磁环底座1120与读数头1200上设有位置匹配的通孔，同心的安装于被测系统上。
四个磁极的实际弧长会存在由于制造形成的差异，这一差异在通常允许的制造误差范围内，即应视为相同弧长。
读数头1200包括电联接的霍尔组合1210、信号采集单元1220、信号处理单元1230、外部时钟和基准电压模块（图中未示出）。
霍尔组合1210包括三只霍尔器件，分别为第一霍尔器件1211、第二霍尔器件1212和第三霍尔器件1213，各霍尔器件的测量面贴近多对极磁环1100的外端面，与多对极磁环1100的外端面平行。第一霍尔器件1211、第二霍尔器件1212和第三霍尔器件1213在读数头1200上等弧度布置，各霍尔器件彼此间隔1/2磁极弧长。
磁体1110的材料是永磁体，为铁氧体、钕铁硼磁体、钐钴磁体和注塑磁体、橡胶磁体中的一种或多种组合。
信号处理单元1230以微处理器为核心，按指定频率，获取信号采集单元的输出，根据输出信号的幅值和相位，解算出旋转角度值，以ABZ、SPI、485、CAN等形式输出信号。
本实施例的工作原理参见图3，具体如下：
第一霍尔器件1211、第二霍尔器件1212和第三霍尔器件1213测量面的中心在平面上的投影位于与多对极磁环1100同心的圆弧之上，各霍尔器件彼此间隔1/2磁极弧长。
霍尔器件的实际安装会造成同心度与距离的差异，这些差异在通常允许的制造和安装误差范围内，即应视为相同。
霍尔器件输出信号的幅值与当前测量面磁感应强度成线性关系，在磁编码器本体1000的测量过程中，第一霍尔器件1211、第二霍尔器件1212和第三霍尔器件1213可以分别测到三组周期性变化的磁感应强度，如图4所示,图4中纵坐标的“1”代表磁感应强度的最大值，无具体单位，横坐标单位为电磁感应弧度。
信号采集单元1220同时采集第一霍尔器件1211、第二霍尔器件1212和第三霍尔器件1213的输出，对信号的幅值进行线性调整，剔除噪声后，传输给信号处理单元1230。
信号处理单元1230的核心是微处理器，微处理器采用STM32F373，或具有相似架构和功能的微处理器。
微处理器以外部时钟的频率为基准，按指定频率采集来自信号采集单元的经处理后的霍尔器件输出，根据第一霍尔器件1211、第二霍尔器件1212和第三霍尔器件1213输出信号的幅值和相位，计算出当前多对极磁环1100与读数头1200的相对角位移，即旋转角度。
其中，基准电源模块采集和信号处理提供参考电压。磁编码器本体1000通过485或SPI接口，定时将测量到的旋转角度自动向外输出。
本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也仍在本发明专利的保护范围之内。
说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。

Claims (6)

1.一种离轴单圈多对极绝对式磁编码器，包括编码器本体，其特征在于：所述编码器本体包括相互平行安装的多对极磁环和读数头， 所述多对极磁环包括磁环底座和安装于磁环底座上的磁体，所述磁体为中空环状结构，包括至少两对N/S磁极，所述磁环底座与读数头同心的安装于被测系统上。
2.根据权利要求1所述的离轴单圈多对极绝对式磁编码器，其特征在于：所述读数头包括电联接的霍尔组合、信号采集单元、信号处理单元、外部时钟和基准电压模块。
3.根据权利要求2所述的离轴单圈多对极绝对式磁编码器，其特征在于：所述霍尔组合包括至少三只霍尔器件，所述霍尔器件的测量面贴近磁环外端面，与磁环外端面平行。
4.根据权利要求3所述的离轴单圈多对极绝对式磁编码器，其特征在于：所述的各霍尔器件在读数头上等弧度布置。
5.根据权利要求1-4之一所述的离轴单圈多对极绝对式磁编码器，其特征在于：所述磁体材料为铁氧体、钕铁硼磁体、钐钴磁体和注塑磁体、橡胶磁体中的一种或多种组合。
6.根据权利要求2-4之一所述的离轴单圈多对极绝对式磁编码器，其特征在于：所述信号处理单元以微处理器为核心，按指定频率，获取信号采集单元的输出，根据输出信号的幅值和相位，解算出旋转角度值，以ABZ、SPI、485、CAN形式输出信号。
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