[发明专利]低速电机磁旋转编码器

说明书

技术领域

本发明涉及一种低速电机用的编码器，特别是一种通过感应磁场变化来输出差分波形进行高倍细分操作的低速电机磁旋转编码器。

背景技术

低速电机的应用领域极为广阔，以其在低速运行场合非同一般的优越性，已经被广泛应用在建筑机械、石油化工、交通运输、冶金矿山和起重机械等众多领域。尤其是在电梯行业，电机低速运行的控制更是关系到电梯可靠性和舒适度的重要影响因素。而编码器是数字式传感器中最重要、最基础的结构之一，它是将机械运动中的转速、位移、转度等物理量转变为数字脉冲化信号的一类传感器件。它与数字处理技术结合，可以实现快速、及时、准确的检测与控制。

低速电机的运行控制，首先要解决电机转子位置的精确测量，速度越低对转子转角变化信号要求就越高。通常这种情况下要采用高分辨率的旋转编码器，通过在低转速时编码器输出尽可能多的脉冲来确定转子的转角变化情况。但是高分辨率的码盘价格比较昂贵，并且受技术条件的限制分辨率不可能做得很高。正余弦码盘的应用就很好的解决了这个问题，类似于脉冲式码盘正交的方波信号，正余弦编码器每圈重复发出许许多多个周期的正交的正余弦信号，实质上这也是一种增量式编码器。然后通过对正余弦信号的高倍率细分技术，可以使正余弦编码器获得比原始信号周期更为细密的检测分辨率，比如2048线的正余弦编码器经2048细分后，就可以达到每转400多万线的检测分辨率，能够很好的适应低速电机的控制要求。

目前应用的高精度旋转编码器多为光电正余弦编码器，输出精度达到25位以上，即2-²⁵=33554432线的检测分辨率。光电编码器体积小，精度和分辨率高，寿命长，安装随意，接口形式丰富，技术成熟，已在国内外得到了广泛的应用；但光电编码器是通过在码盘上刻线来计算精度，所以精度越高，码盘就会越大，编码器体积也会越大，并且精度不是连续的，对户外及恶劣环境下使用提出了较高的保护要求，内部的玻璃码盘耐污染和抗震性都不高。而磁编码器是近年来发展起来的一种新型速度、位置检测数字传感器。磁编码器通过磁阻元件或霍尔元件检测磁通变化来输出所需要的数字或模拟量。磁编码器替代了传统的码盘，弥补了光电编码器的一些缺陷，更具抗震、耐腐蚀、耐污染、转速高，响应速度快，性能可靠高、结构更简单，体积更小等优点，只是目前的精度比光电编码器稍差。

据相关文献报导，如公开号为CN101201257A的“磁性旋转编码器”，公开了一种磁性编码器结构，磁铁置于转轴顶端随着编码器的转动而转动，电路板和磁感应元件也置于编码器转轴顶端与磁铁相对，磁感应元件通过感应编码器旋转时磁场角度的变化来输出变化的波形，从而确定编码器的转速与位置。由于在转轴顶端的磁铁只有一对N、S极，在磁感应元件处的磁场方向每转只产生一个周期性变化，所以相对于光电正余弦编码器的每转2048个正余弦脉冲来说，要达到相同的解析精度对后续电路的设计和解析增加了很大的难度。如公开号为CN1666088A的“具有两个磁轨迹的角位移编码器”，公开了几种通过感应编码器旋转时磁场角度的变化来输出波形的磁编码器，其通过增加磁极对数的方法来增加每圈输出的周期波形的个数，但因每个周期波形内磁场方向变化的角度范围比前述“磁性旋转编码器”要小，故在增加磁极对数的同时，磁铁设计和加工的难度以及磁铁的体积都会大大的增加。如公开号为CN1834587A的“绝对式多圈磁编码器”，公开了一种绝对位置磁编码器，它是通过在金属码盘上按照一定编码方式刻槽，利用磁敏元件检测码盘所处的位置。由于受码盘的编码方式和所选用的开关型磁敏元件的约束，所以该编码器的解析精度完全取决于其码盘的精度，无法像正余弦编码器那样对脉冲进行细分处理；即使是同样精度的光电编码器和磁编码器码盘，那么磁编码器的体积和处理难度也会大很多。如公开号为CN1871500A 的“磁性编码器设备及致动器”，公开了一种磁旋转编码器，永磁体为内部中空环状，作为转子与编码器转轴同步转动，磁场方向为编码器转轴的径向上，磁感应元件固定于定子上，每相位差为90°位置固定一个，由于在转轴顶端的磁铁只有一对N、S极，在磁感应元件处的磁场方向每转只产生一个周期性变化，相对于光电正余弦编码器的每转2048个正余弦脉冲来说，要达到相同的解析精度对后续电路的设计和解析增加了很大的难度。如公开号为CN101046394A的“一种高精度磁编码器用磁鼓的制备方法”，公开了一种用磁鼓的制备方法制作的高精度磁编码器，正余弦脉冲线数可以达到1024~2500，但因磁编码器的精度在很大程度上由磁鼓的精度决定，故加工程序和处理工艺较复杂。

发明内容