一种新型的具有换相控制传感器的角度感栅式编码器制造技术

本实用新型专利技术属于编码器技术领域，尤其是一种新型的具有换相控制传感器的角度感栅式编码器，包括印制电路板，印制电路板一表面刻蚀设置有两个同心圆线圈，同心圆线圈包括外层线圈和内层线圈，内层线圈电性连接有三个换相霍尔传感器。该新型的具有换相控制传感器的角度感栅式编码器，借助电感式位置(角度)测量传感器的测量尺条，使用PCB腐蚀技术在印制电路板上刻蚀，在与刻线同心的内圈圆上集成了无刷直流电机必须的换相信号U、V、W传感器，大大降低了传统方法中分立的增量式角度编码器和电机换相传感器的安装复杂以及耗时性，同时对也降低了制造成本并提高了精度，具有低成本、高精度位置传感、高效耐用的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种新型的具有换相控制传感器的角度感栅式编码器
本技术涉及编码器
，尤其涉及一种新型的具有换相控制传感器的角度感栅式编码器。
技术介绍
随着数控技术的发展，在机械加工，电子行业和精密测量行业，对精密位移测量提出了很高的需求。位移测量传感器在控制领域类似人类的眼睛，只有对位移有精准的测量，才能完成精准的控制，从而实现精密的加工，提高产品质量以及整个工业生产制造业的水平。当我们把一条直线测量尺头尾相连，就会形成一个带有刻线的圆环，当测量头在测量尺表面做圆周运动时，与直线位移的测量原来相同，测量头会根据圆盘尺条上的刻线感应，产生方波信号，根据一个圆周上的刻线数量，传感器测量头会在一个圆周内输出不同数量的方波，通过换算就可以计算出一个方波信号所代表的角度值，从而实现了角度的测量，这样形成的测量装置也叫做角度编码器。角度编码器在各类旋转电机中的应用非常重要，例如广泛应用的伺服电机、DD马达、无刷直流电机(BLDC)等等。这个角度测量可以有效的控制电机的转速和步距，在工业控制中意义重大。不同于有刷电机，BLDC电机依靠外部控制器来实现换向。简言之，换向就是切换电机各相中的电流以产生运动的过程，与传统有刷电机相比，BLDC电机具有极大的优势，这种电机的效率通常可提高15-20％；没有电刷物理磨损，因而能减少维护；无论在什么额定速度下都可以获得平坦的转矩曲线。虽然BLDC电机并不是新专利技术，但由于需要复杂控制和反馈电路，所以广泛采用的进展较为缓慢。然而，由于近期半导体技术的发展、永磁体品质提升，以及对更高效率不断增长的需求，促使BLDC电机在大量应用中取代了有刷电机。BLDC电机在许多行业找到了市场定位，包括白色家电、汽车、航空航天、消费、医疗、工业化自动设备和仪器仪表等，也广泛应用于多种多样的领域中，包括外科手术机械臂、无人驾驶汽车、装配线自动化等，并且很快将在还未设想的许多其它领域中获得一席之地。BLDC电机市场在不断增长，对BLDC电机的要求却始终未变：市场需要低成本、高精度位置传感反馈的高效耐用电机。BLDC电机可配置为单相、两相和三相；其中最常用的配置为三相。相数与定子绕组数相匹配，而转子磁极数根据应用需求的不同可以是任意数量。因为BLDC电机的转子受旋转的定子磁极影响，所以须追踪定子磁极位置，以有效驱动三个电机相。为此，需使用电机控制器在三个电机相上生成六步换向模式。这六步(或换向相)移动电磁场，进而使转子永磁体移动电机轴。通过采用这种标准电机换向序列，电机控制器即可利用高频率脉宽调制(PWM)信号，有效降低电机承受的平均电压，从而改变电机速度。自无刷电机诞生以来，霍尔效应传感器一直是实现换向反馈的主力。因三相控制仅需要三个传感器且单位成本较低，所以单纯从BOM成本角度来看，它们往往是实现换向最经济的选择。电机定子中嵌入了检测转子位置的霍尔效应传感器，这样就可以切换三相电桥中的晶体管来驱动电机。三个霍尔效应传感器输出一般标记为U、V和W通道。虽然霍尔效应传感器能够有效解决BLDC电机换向问题，但它们仅仅满足了BLDC系统一半所需。虽然霍尔效应传感器能使控制器驱动BLDC电机，但遗憾的是，其控制仅限于速度和方向。在三相电机中，霍尔效应传感器只能在每个电循环内提供角度位置。随着磁极对数量的增加，每次机械转动的电循环数量也增加，而且随着BLDC的使用变得更加普及，对精确位置传感的需求也由此增加。为确保解决方案稳健且完整，BLDC系统应提供实时位置信息，从而使得控制器不仅可以追踪速度和方向，还可以追踪行程距离和角度位置。为满足对更严格位置信息的需求，常用的解决方案是向BLDC电机添加增量式旋转编码器。通常，除霍尔效应传感器之外，还会在相同的控制反馈回路系统中添加增量编码器。其中霍尔效应传感器用于电机换向，而编码器则用于更加精确地追踪位置、旋转、速度和方向。由于霍尔效应传感器仅在每个霍尔状态变化时提供新的位置信息，所以其精度只达到每一电力循环六个状态；而对双极电机而言，仅为每一机械循环六个状态。与能提供分辨率以数千PPR(每转脉冲数)计的增量编码器(可解码为状态变化次数的四倍)相比，两者均需的必要性就显而易见了。目前，大部分传统的增量式角度编码器都不具备霍尔芯片，电机制造商目前必须将霍尔效应传感器和增量编码器都组装到他们的电机上。这给电机制造商带来很大的工程消耗，同时必须保证增量式角度编码器和带有三个霍尔传感器的圆环保证同心。对于光盘上具有固定图案的光学编码器以及必须手动放置的霍尔效应传感器而言，实现BLDC电机正确对准的过程既反复、又耗时。对准方法还需要额外的设备，包括第二个电机和一个示波器。要对准一个光学编码器或一组霍尔效应传感器，必须使用第二个电机来反向驱动BLDC电机；然后，当电机在第二个电机的作用下匀速旋转时，使用示波器监控三个电机相的反电动势(也称之为逆电动势或反电势)。编码器或霍尔效应传感器随后发出的U/V/W信号必须同示波器上的反电动势波形进行对照检查。如果U/V/W通道和反电动势波形之间有任何差异，则必须进行相位应调整。这个过程中，每台电机将耗费20多分钟的时间，并且需要大量的实验室设备进行操作，因此是使用BLDC电机的主要烦恼来源。如果增量式传感器和霍尔芯片传感器不能同轴心，即便霍尔传感器的三个U、V、W信号虽然保证了空间上的120度的细分，但是对应的增量信号也引入误差，这样在控制中会带来无法匀速和正确换相的影响，这方面的工作给电机制造商带来了非常大的困扰。传统方法中分立的增量式角度编码器和电机换相传感器的安装极其复杂且具有耗时性，同时制造成本较高，精度较低。针对这一问题，现设计一种新型的具有换相控制传感器的角度感栅式编码器。
技术实现思路
基于现有的传统方法中分立的增量式角度编码器和电机换相传感器的安装极其复杂且具有耗时性，同时制造成本较高，精度较低的技术问题，本技术提出了一种新型的具有换相控制传感器的角度感栅式编码器。本技术提出的一种新型的具有换相控制传感器的角度感栅式编码器，包括印制电路板，所述印制电路板一表面刻蚀设置有两个同心圆线圈，所述同心圆线圈包括外层线圈和内层线圈，所述内层线圈电性连接有三个换相霍尔传感器。优选地，所述三个换相霍尔传感器呈120度环型分布在内层线圈一表面，所述三个换相霍尔传感器为U、V、W。优选地，增量式传感器的感应芯片和霍尔传感器的感应芯片通过PCB板制造技术设置在PCB电路板一表面。优选地，霍尔传感器换相的U、V、W信号和控制位移、速度的增量信号通过信号处理电路同时同步到电机控制器中。本技术中的有益效果为：1、借助电感式位置(角度)测量传感器的测量尺条，使用PCB腐蚀技术在印制电路板上刻蚀，在与刻线同心的内圈圆上集成了无刷直流电机必须的换相信号U、V、W传感器，大大降低了传统方法中分立的增量式角度编码器和电机换相传感器的安装复杂以及耗时性，同时对也降低了制造成本并提高了精度。2、高精度的严格控制回路能让BLDC电机在许多领域发挥出色的优势，功率损耗更少、精确度更高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型的具有换相控制传感器的角度感栅式编码器，包括印制电路板，其特征在于：所述印制电路板一表面刻蚀设置有两个同心圆线圈，所述同心圆线圈包括外层线圈和内层线圈，所述内层线圈电性连接有三个换相霍尔传感器。/n

【技术特征摘要】
1.一种新型的具有换相控制传感器的角度感栅式编码器，包括印制电路板，其特征在于：所述印制电路板一表面刻蚀设置有两个同心圆线圈，所述同心圆线圈包括外层线圈和内层线圈，所述内层线圈电性连接有三个换相霍尔传感器。


2.根据权利要求1所述的一种新型的具有换相控制传感器的角度感栅式编码器，其特征在于：三个所述换相霍尔传感器呈120度环型分布在内层线圈一表面，三个所述换相霍尔传感器设为U、V、W。...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹世智，
申请(专利权)人：天津捷力自动化设备有限公司，
类型：新型
国别省市：天津;12