一种使用电容编码原理检测位置的伺服电机制造技术

本实用新型专利技术提供了一种伺服电机，其利用电容编码原理检测伺服电机的位置，将位置编码电容的一个极板直接制作在控制电路印制电路板上，第二个极板也通过印制电路板实现，位置编码电容的容值变化通过改变电容极板之间的重叠面积或者是改变电容极板间介质的介电常数实现，位置编码电路所需要的载波产生电路和解调电路集成在控制电路中，通过此方法，伺服电机不再需要独立的旋转编码器，可以大幅度降低成本，节省安装空间，改善可制造性。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于伺服电机
，尤其是涉及一种使用电容编码原理检测位置的伺服电机。
技术介绍
在机器人和数控机床等自动化领域，核心的运动零件为伺服电机，伺服电机接收位置信息后，可以精确运动至指定的目标位置，带动机器人或自动流水线手臂完成动作，伺服电机比其他运动零件，比如步进电机，精度要高很多，其原因在于伺服电机内部包含了一个反馈环路，实时检测伺服电机力矩输出装置的当前位置，和指定目标位置进行差值，根据差值的大小和正负，调整电机的运动方向，速度和力矩。目前，伺服电机的构造包括，位置检测装置，电机控制电路，电机，力矩输出装置，其中位置检测装置的精度决定了伺服电机精度。伺服电机所用的位置检测装置有两种，旋转编码器和电位器，旋转编码器可以实时检测转动轴所在的角度，角度范围为0-360度，而电位器虽然也可以实时检测转动轴所在的角度，但角度范围无法达到0-360度，常见的为0-300度，0-270度等等。鉴于此，要求360度全程检测的伺服电机无一例外都使用旋转编码器。目前在设计和制作基于旋转编码器的伺服电机时，都需要在伺服电机的力矩输出装置上安装一个独立的旋转编码器，这个独立的旋转编码器内部包含了定子和动子，定子和伺服电机的固定部分连接，动子和伺服电机的力矩输出装置连接，旋转编码器直接输出位置信息，输出至电机控制电路。对于亟需要降低成本的低端伺服电机领域，使用独立旋转编码器会带来成本的大幅度上升，而且独立的旋转编码器占用了大量空间，给伺服电机的小型化带来了困难。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种使用电容编码原理检测位置的伺服电机，降低伺服电机的物料和制造成本，同时节省掉安装独立的旋转编码器的空间，为伺服电机的小型化带来更佳的可能性。电容式的旋转编码器其原理是：将电容的一个极板相对于另一个极板的位置或者是将电容极板相对于绝缘介质层的位置编码为电容容值的变化，然后检测这个容值的变化，即可得到两个极板的相对位置。相比其他的旋转编码器，比如光电编码器，磁电编码器，电容编码器的优点是其动子和转子都可以使用标准且廉价的工业生产设备来加工，常见的是在印制电路板上绘制特定形状的花纹来形成电容的极板，或者是利用注塑工艺做出特定形状的花纹来形成电容的绝缘介质。考虑到电容编码器的转子和动子的制作特点，在伺服电机的控制电路板上直接加工特定形状的花纹来形成电容的极板，同时将电容编码信号的检测电路集成到伺服电机的控制电路中，使得伺服电机不再需要独立的旋转编码器，大幅度降低伺服电机的成本，同时可以节省出原有的独立旋转编码器所占用的空间，伺服电机制造商可以自行确定编码器的规格并容易的制造出来，不再受限于独立旋转编码器提供商提供的编码器种类有限的现状。本技术的核心思想是：利用电容编码原理，将原有的独立电容编码器分解，将位置编码用的电容，融合到伺服电机控制电路板的印制电路板载体，利用成熟的印制电路板加工技术来实现零成本位置编码电容，同时将独立电容编码器的载波产生电路，解调电路和伺服控制电路集成在一起，达到降低成本，节省空间，提高可制造性的目的。有鉴于此，本技术旨在提出一种使用电容编码原理检测位置的伺服电机，将位置编码用的电容融合到伺服电机控制电路板。为达到上述目的，本技术的技术方案是这样实现的：一种伺服电机，包括如下内容：第一电路板，同时包含控制电路和至少一个构成位置编码电容的第一极板；第二电路板，与第一电路板平行设置，包含至少一个构成位置编码电容的第二极板；且所述第二极板直接或间接耦合到控制电路的输入端；电机，包含固定部分和转动部分，其控制信号来自于控制电路，且所述转动部分直接或间接带动第二电路板转动，所述第一极板和第二极板的重叠面积会随着所述第二极板的运动而改变，位置编码电容的容值会随之改变；力矩输出装置，连接到所述转动部分，将电机的转动转换为力矩输出。进一步的，所述第一电路板连接到所述固定部分，所述第二电路板与所述力矩输出装置同轴安装，当所述力矩输出装置旋转时，所述第二个极板和所述力矩输出装置同轴运动。进一步的，所述控制电路可根据所述第二极板直接或间接耦合至控制电路的信号，计算出所述力矩输出装置的位置，调整输出至所述电机的信号。进一步的，所述控制电路会输出正弦波载波至所述第一极板，所述位置编码电容会对所述正弦波载波进行调制，得到调制波，所述调制波可以是相位调制波，也可以是幅度调制波，或者两者兼有。本技术的另一目的在于提出另一种使用电容编码原理检测位置的伺服电机。为达到上述目的，本技术的技术方案是这样实现的：一种伺服电机，包括如下内容：第一电路板，同时包含控制电路和至少一个构成位置编码电容的第一极板；第二电路板，与第一电路板平行设置，包含至少一个构成位置编码电容的第二极板，且所述第二极板直接或间接耦合到控制电路的输入端；电机，包含固定部分和转动部分，其控制信号来自于控制电路；旋转部件，设置在第一极板和第二极板之间，由所述转动部分直接或者间接带动旋转，当所述旋转部件进行旋转时，所述第一极板和第二极板之间的介电常数会随之改变，从而位置编码电容的容值会随之改变；力矩输出装置，连接到所述转动部分，将电机的转动转换为力矩输出。进一步的，所述旋转部件为位置编码运动部件，由介电常数不同于空气的材料所制成。进一步的，所述旋转部件包括第三电路板，所述第三电路板上设有用于编码的导电部分，导电部分与第一极板相对。进一步的，所述第一电路板和第二电路板均连接到所述固定部分，所述旋转部件与所述力矩输出装置同轴安装，当所述力矩输出装置运动时，所述旋转部件随之运动。进一步的，所述控制电路可根据所述第二极板耦合至控制电路的信号，计算出所述力矩输出装置的位置，调整输出至所述电机的信号。进一步的，所述控制电路会输出正弦波载波至所述第一极板，所述位置编码电容会对所述正弦波载波进行调制，得到调制波，所述调制波可以是相位调制波，也可以是幅度调制波，或者两者兼有。相对于现有技术，本技术所述的伺服电机具有以下优势：(1)不再需要独立的旋转编码器，成本大幅度降低，伺服电机的体积减少；(2)不再依赖于独立的旋转编码器，改善了可制造性，设计简单，容易实现。附图说明构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：图1为本技术实施例一中控制电路所在的第一印制电路板的正面透视图。图2为本技术实施例一的第二印制电路板的正面图。图3为本技术实施例一中控制电路所在第一印制电路板的电学连接示意图。图4为本技术实施例中位置编码电容的2个极板的纵剖面图。图5为本技术实施例一的位置编码电容部分的等效电路图。图6为本技术实施例一中电机的正视图。图7为本技术实施例一中伺服电机的正面透视图。图8为本技术实施例一中伺服电机的纵剖面图。图9为本技术实施例二中控制电路所在第一印制电路板的正面透视图。图10为本技术实施例二的第二印制电路板的正面图。图11为本技术实施例二的位置编码运动部件的结构示意图。图12为本技术实施例二中位置编码原理的电学连接示意图。图13为本技术实施例二中位置编码电容的2个极板的纵剖面图。图14为本实用新本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种伺服电机，其特征在于包括如下内容：第一电路板，同时包含控制电路和至少一个构成位置编码电容的第一极板；第二电路板，与第一电路板平行设置，包含至少一个构成位置编码电容的第二极板；且所述第二极板直接或间接耦合到控制电路的输入端；电机，包含固定部分和转动部分，其控制信号来自于控制电路，且所述转动部分直接或间接带动第二电路板转动，所述第一极板和第二极板的重叠面积会随着所述第二极板的运动而改变，位置编码电容的容值会随之改变；力矩输出装置，连接到所述转动部分，将电机的转动转换为力矩输出。

【技术特征摘要】
1.一种伺服电机，其特征在于包括如下内容：第一电路板，同时包含控制电路和至少一个构成位置编码电容的第一极板；第二电路板，与第一电路板平行设置，包含至少一个构成位置编码电容的第二极板；且所述第二极板直接或间接耦合到控制电路的输入端；电机，包含固定部分和转动部分，其控制信号来自于控制电路，且所述转动部分直接或间接带动第二电路板转动，所述第一极板和第二极板的重叠面积会随着所述第二极板的运动而改变，位置编码电容的容值会随之改变；力矩输出装置，连接到所述转动部分，将电机的转动转换为力矩输出。2.根据权利要求1所述的伺服电机，其特征在于：所述第一电路板连接到所述固定部分，所述第二电路板与所述力矩输出装置同轴安装，当所述力矩输出装置旋转时，所述第二个极板和所述力矩输出装置同轴运动。3.根据权利要求1所述的伺服电机，其特征在于：所述控制电路可根据所述第二极板直接或间接耦合至控制电路的信号，计算出所述力矩输出装置的位置，调整输出至所述电机的信号。4.根据权利要求1所述的伺服电机，其特征在于：所述控制电路会输出正弦波载波至所述第一极板，所述位置编码电容会对所述正弦波载波进行调制，得到调制波，所述调制波可以是相位调制波，也可以是幅度调制波，或者两者兼有。5.一种伺服电机，其特征在于包括如下内容：第一电路板，同时包含控制电路和至少一个构成位置编码电容的第一极板；第二电路板，与第一电路板平行设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊伟，
申请(专利权)人：天津易哲微电子技术有限公司，
类型：新型
国别省市：天津;12