编码器磁体结构、编码器、电机、电气设备及车辆制造技术

本申请提出一种编码器磁体结构、编码器、电机、电气设备及车辆。所述编码器磁体结构，包括：同轴环形设置的第一多对极磁体以及第二多对极磁体；所述第一多对极磁体包括m对磁极，所述第二多对极磁体包括n对磁极，m和n为大于2的自然数且彼此互质。采用所述编码器磁体结构，能够解决单对极磁体易损坏的问题。

【技术实现步骤摘要】
编码器磁体结构、编码器、电机、电气设备及车辆
本申请属于编码器
，具体涉及一种编码器磁体结构、编码器、电机、电气设备及车辆。
技术介绍
目前工控领域的高精度伺服平台广泛采用的角位移传感器有旋转变压器、光电编码器和磁电编码器。磁电编码器主要由永磁体和磁敏元件组成。磁敏元件能够通过霍尔效应或磁阻效应感应由永磁体旋转运动造成的空间磁场变化，且能将这一磁场变化转化为电压信号的变化，并能通过后续的信号处理系统达到对旋转部件角位移检测的目的。相比旋转变压器和光电编码器，磁电编码器具有结构简单、耐高温、抗油污、抗冲击和体积小、成本低等优点，在小型化和恶劣环境条件的应用场所具有独特优势。磁电编码器主要由磁信号发生结构和信号处理电路两部分组成，其中磁信号发生源称为磁体。根据磁体的磁极数的不同，可分为单对极磁体和多对极磁体，因而根据磁电编码器磁信号发生源的不同可分为单对极磁电编码器和单多对极组合式磁电编码器。组合式磁电编码器即在传统的单对极磁电编码器的基础之上增加一个多对极磁场信号源，通过单对极磁体的信号来实现对多对极磁体的信号进行编码细分，达到提高分辨率的目的。单对极磁电编码器典型结构是在单对极磁体的周围径向间隔90°安装四个霍尔元件。当回转轴带动磁体旋转时，在径向间隔90°的两点便会分别产生随时间变化的完整的正、余弦磁场。通过对径两个霍尔元件的差分消除干扰以及分区间反正切算法将磁场强度解算成0～360°的角度输出，再通过软件算法变换成0～216的数字角度值。同理，当添加一个多对极磁场信号源时，回转轴每转动一圈，多对极磁体的每一对极都会在径向间隔90°电角度的两点分别产生一个完整的正余弦磁场，通过反正切算法，便可以将每一对极对应的机械角度解算成0～360°电角度即0～216的数字角度输出，通过单对极磁体信号解算的角度来确定多对极磁体信号所处的周期，从而达到对多对极磁体信号数字角度连续编码的目的。例如，多对极磁体为3对极，其每一对极对应的机械角度为120°，此时霍尔信号在120°范围内便可完成一个完整的正余弦周期，通过软件解算，可实现0～360°的角度输出，相当于将0～120°的机械角度扩大到了0～360°的范围，通过对多对极磁体信号周期的累加，便可实现0～3×216的数字角度值输出，理论上在单对极磁体的分辨率基础之上提高了3倍。通过大量实验证明，当多对极磁体的极对数较多时，只用单对极磁体的有限数字角度范围来判断多对极磁体信号的周期，有较大机率出现多对极数字角度值区间的误判断，从而出现多对极数字角度值的错误编码，大大降低了组合式磁电编码器的可靠性和精度。此外，在电机的径向尺寸较大，轴向尺寸较小的情况下，采用单对极和多对极组合形式的组合式磁电编码器，会导致单对极的磁极径向尺寸较大，轴向尺寸较小，在加工充磁，或者使用的过程中，容易使单对极磁极损坏，影响编码器的加工和应用。另一种现有的多对极与多对极组合编码器，磁极对数在数量上通常会相差1，安装时需要初始位置对齐，操作不便。
技术实现思路
本申请提出了一种编码器磁体结构，通过使用本申请所述的编码器磁体结构能够提高组合式磁电编码器的可靠性和精度，解决单对极磁体易损坏的问题，同时解决安装不便的问题。本申请提出了一种编码器磁体结构，其中包括：在同轴环形设置的第一多对极磁体以及第二多对极磁体；其中所述第一多对极磁体包括m对磁极，所述第二多对极磁体包括n对磁极，m和n为大于2的自然数且彼此互质。在本申请的一些实施例中，所述第一多对极磁体位于外环，所述第二多对极磁体位于内环，m大于n。在本申请的一些实施例中，m和n为质数。在本申请的一些实施例中，所述第一多对极磁体设置为磁化方向与环的径向或轴向一致。在本申请的一些实施例中，所述第二多对极磁体设置为磁化方向与环的径向或轴向一致。本申请提供的所述编码器磁体结构，能够解决单对极与多对极组合磁电编码器的误判断问题，提高可靠性和精度；同时解决单对极磁体尺寸大、易损坏的问题。本申请还提出了一种编码器，所述编码器包括：如前所述的编码器磁体结构；第一组开关霍尔传感器，与所述第一多对极磁体相对设置从而根据所述第一多对极磁体的磁极信号输出第一检测信号；第二组开关霍尔传感器，与所述第二多对极磁体相对设置从而根据所述第二多对极磁体的磁极信号输出第二检测信号；两个线性霍尔传感器，所述两个线性霍尔传感器与所述第一多对极磁体或第二多对极磁体相邻设置，使得所述两个线性霍尔传感器的输出信号相位相差90度。在本申请的一些实施例中，所述第一组开关霍尔传感器的数量p等于或大于n，所述第二组开关霍尔传感器的数量q等于或大于m。在本申请的一些实施例中，所述第一组开关霍尔传感器和所述第二组开关霍尔传感器在一端对齐。在本申请的一些实施例中，所述第一组开关霍尔传感器以360/2mp的间隔角度设置，所述第二组开关霍尔传感器以360/2nq的间隔角度设置。本申请提供的所述编码器，在安装过程中不需要将磁极的一端对齐，简化了安装工艺；同时使得编码器能够应用于轴向尺寸较小、径向尺寸较大的工作情况，扩大了磁电编码器的应用范围。本申请还提出了一种电机，所述电机包括前述的编码器。本申请还提出了一种电气设备，所述电气设备包括前述的电机。本申请还提出了一种车辆，所述车辆包括前述的电机。附图说明下面结合附图详细说明本申请。通过结合以下附图所作的详细描述，本申请的上述或其他方面的内容将变得更清楚和更容易理解。附图中：图1A为本申请所述编码器磁体结构的结构平面示意图。图1B为本申请所述编码器磁体结构的结构立体示意图。图2A为本申请所述磁体结构双径向布置的编码器平面示意图。图2B为本申请所述磁体结构双径向布置的编码器立体示意图。图3A为本申请所述磁体结构双轴向布置的编码器平面示意图。图3B为本申请所述磁体结构双轴向布置的编码器立体示意图。图4A为本申请所述磁体结构单径向单轴向布置的编码器平面示意图。图4B为本申请所述磁体结构单径向单轴向的编码器立体示意图。图5为本申请所述的编码器角度标定的排序图。图6为本申请所述的编码器的整体工作流程图。具体实施方式下面结合附图详细说明本申请的具体实施方式。在此记载的具体实施方式/实施例为本申请的特定的具体实施方式，用于说明本申请的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本申请实施方式及本申请范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案，都在本申请的保护范围之内。图1A和图1B示出根据本申请示例实施例的编码器磁体结构的主视图和立体图。如图1A、1B所示，编码器磁体结构包括：在第一空间平面内同轴环形设置的第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种编码器磁体结构，其特征在于，包括：/n同轴环形设置的第一多对极磁体以及第二多对极磁体，/n其中所述第一多对极磁体包括m对磁极，所述第二多对极磁体包括n对磁极，m和n为大于2的自然数且彼此互质。/n

【技术特征摘要】
1.一种编码器磁体结构，其特征在于，包括：
同轴环形设置的第一多对极磁体以及第二多对极磁体，
其中所述第一多对极磁体包括m对磁极，所述第二多对极磁体包括n对磁极，m和n为大于2的自然数且彼此互质。


2.根据权利要求1所述的编码器磁体结构，其特征在于，所述第一多对极磁体位于外环，所述第二多对极磁体位于内环，m大于n。


3.根据权利要求1所述的编码器磁体结构，其特征在于，m和n为质数。


4.根据权利要求1所述的编码器磁体结构，其特征在于，所述第一多对极磁体设置为磁化方向与环的径向或轴向一致。


5.根据权利要求4所述的编码器磁体结构，其特征在于，所述第二多对极磁体设置为磁化方向与环的径向或轴向一致。


6.一种编码器，其特征在于，包括：
根据权利要求1-5中任一项所述的编码器磁体结构；
第一组开关霍尔传感器，与所述第一多对极磁体相邻设置从而根据所述第一多对极磁体的磁极信号输出第一检测信号；
第二组开关霍尔传感器，与所述第二多...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈文镥，孙佳男，孔得琳，冯同，郝双晖，
申请(专利权)人：昆山为涵电驱动科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32