一种高可靠和高性价比的伺服电机磁编码器制造技术

本发明专利技术涉及一种高可靠和高性价比的伺服电机磁编码器，其特征是：包括电机后盖板（1），电机后盖板（1）的可转动地穿设有电机轴（2）；壳体（51）内设有相互配合工作的磁传感器芯片（41）和旋转磁铁（22）；磁传感器芯片（41）的中心与旋转磁铁（22）的中心轴线保持重合，磁传感器芯片（41）与旋转磁铁（22）的有效作用距离为0.5～3.0mm。这种高可靠和高性价比的伺服电机编码器高精度、简单、使用方便而且成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种高可靠和高性价比的伺服电机磁编码器
本专利技术属于电机编码器
，具体涉及一种高可靠和高性价比的伺服电机磁编码器。
技术介绍
伺服控制通常需要同时获得精确的转子位置信息和精度较高角度增量信息。一般采用绝对值编码器、增量式编码器、旋转变压器、电机本身的位置Hall传感器等方式来解决，绝对值编码器和增量式编码器通常由光电器件和旋转码盘构成或在轴式旋转磁铁和磁传感器芯片构成，或者由离轴式旋转磁铁码盘和开关式磁传感Hall芯片构成等方式。光电器件和旋转码盘构成的伺服电机编码器虽然能够实现较高的精度，但是高精度的旋转码盘成本较高，并且旋转码盘容易因为长期使用而附着粉尘，从而降低精度，且存在不耐高温、不耐污染腐蚀、不抗震动、装配复杂、装配精度要求高、光电器件寿命限制等问题，而且通常无法提供转子位置的HALL信号。离轴式旋转磁铁码盘和开关式磁传感Hall芯片构成的伺服电机编码器通常虽耐污染腐蚀、耐高温、抗震动，但通常存在精度不高、旋转磁铁码盘成本高、旋转磁铁码盘尺寸大、旋转磁铁码盘装配精度要求高等问题。例如，中国专利文献公开了《伺服电机编码器》,[授权公告号CN204359327U]，该编码器由磁编码器和光电编码器两个编码器构成。磁编码器主要由磁传感器芯片AS5134和在轴式旋转磁铁构成，提供转子位置信息U、V、W信号，但也需要进行相位校准；光电编码器提供增量编码器A、B信号，但分辨率也只有256个脉冲/转。该方案结构虽基本满足系统要求，但精度低、成本高，也稍显复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高精度、简单、使用方便而且成本低的高可靠和高性价比的伺服电机编码器。本专利技术的技术方案是:提供一种高可靠和高性价比的伺服电机磁编码器，其特征是：包括电机后盖板，电机后盖板可转动地穿设有电机轴；壳体内设有相互配合工作的磁传感器芯片和旋转磁铁；磁传感器芯片的中心与旋转磁铁的中心轴线保持重合，磁传感器芯片与旋转磁铁的有效作用距离为0.5～3.0mm。旋转磁铁的材质选用钕铁硼。旋转磁铁为圆柱体，直径为φ4～10mm，厚度为2.5～4mm，最佳为φ8x3mm;磁极分布沿轴线方向平均分为两半，一半为N，一半为S。旋转磁铁通过磁铁安装机构安装在电机轴端，磁铁安装机构为圆柱形，两端均有凹槽，一端凹槽用于固定旋转磁铁，旋转磁铁通过强力胶牢固的固定在磁铁安装机构的凹槽内；另一端凹槽用于与电机轴的端头固定;两端凹槽为圆槽结构，分别与旋转磁铁和电机轴尺寸配合。磁铁安装机构材质为铜，磁铁安装机构将旋转磁铁与导磁的电机轴磁隔离。磁传感器芯片焊接在电路板上，电路板通过铜螺柱和紧固螺钉固定在电机后盖板上。电路板除了焊接有磁传感器芯片外，至少还焊接有：CPU、第一组差分转换电路、第二组差分转换电路、RS-485通信接口电路、单向二极管、TVS管、电缆插座；磁传感器芯片与CPU通过SPI接口相连接；CPU通过RS-485通信接口电路经TVS管与电缆插座连接；磁传感器芯片分别与第一组差分转换电路和第二组差分转换电路电连接；第一组差分转换电路和第二组差分转换电路分别经TVS管与电缆插座连接；电缆插座提供的电源经单向二极管到TVS管，再连接到滤波电路。磁传感器芯片采用AMS的AS5147P芯片。CPU采用Freescale的KinetisEA系列CPU-KEA8。综上所述，本专利技术具有以下特点：（1）高可靠性：（a）所选用器件均具有较宽的温度范围：-40～+105℃。CPU、磁传感器芯片、旋转磁铁等关键器件的工作温度范围甚至更宽；CPU、磁传感器芯片还具有AEC-A100Q0/1的认证；（b）编码器输出的RS-485通信信号、增量编码器信号、电机轴转子位置信号均采用差分对方式传输，提高了信号传输距离；并加设TVS电路，极大的提高了抗干扰和抗浪涌性能；（c）电源电路采用极性防错、防御浪涌干扰电路。（2）高性价比：（a）本专利既输出高精度增量编码器信号，分辨率高达1024个脉冲/转；又输出满足伺服控制所需的转子位置的HALL（霍尔）信号，集两大功能于一体，功能强大，但成本又较低，关键部件磁传感器芯片、CPU、旋转磁铁等价格都较低，同时结构紧凑、尺寸小，适用性强。（3）工艺性好,易于量产：电路板的生产都是通用工艺；外壳、磁铁安装机构、铜螺柱等虽是定制部件，加工精度要求都不高，都较为简单。整体装配精度要求低、装配简单、调试简单方便，易于大批量生产。附图说明下面结合实施例附图对本专利技术做进一步说明。图1是本专利技术实施例1结构示意图；图2是磁传感器芯片AS5147P的工作原理图；图3是本专利技术的电路原理图。图中，1、电机后盖板；2、电机轴；21、磁铁安装机构；22、旋转磁铁；31、铜螺柱；32、紧固螺钉；4、电路板；41、磁传感器芯片；42、CPU；43、电缆插座；44、第一组差分转换电路；45、第二组差分转换电路；46、通讯接口电路；47、单向二极管；48、TVS管；51、壳体；52、过线接头；53、电缆；54、插接端子。具体实施方式如图1所示，本专利技术涉及一种高可靠和高性价比的伺服电机磁编码器，包括电机后盖板1，电机后盖板1可转动地穿设有电机轴2；壳体51内设有相互配合工作的磁传感器芯片41和旋转磁铁22；磁传感器芯片41的中心与旋转磁铁22的中心轴线保持重合，磁传感器芯片41与旋转磁铁22的有效作用距离为0.5～3.0mm。旋转磁铁22选用材质为钕铁硼（NdFeB）。旋转磁铁22为圆柱体，直径为φ8x3mm，耐温高达170℃;磁极分布沿轴线方向平均分为两半，一半为N，一半为S，产生磁传感器芯片41所需磁场分布空间。旋转磁铁22通过磁铁安装机构21安装在电机轴2上，磁铁安装机构21为圆柱形，两端均有凹槽，一端凹槽用于固定旋转磁铁22，另一端凹槽用于与电机轴2的端头固定，两端凹槽为圆槽结构，分别与旋转磁铁22和电机轴2尺寸配合；磁铁安装机构21通过过盈配合和加热的方式，使电机轴2插入一端的凹槽内，等磁铁安装机构21冷却后，将紧紧的固定在电机转轴2上；旋转磁铁22通过强力胶牢固的固定在磁铁安装机构21的另一端的凹槽内；磁铁安装机构2材质为铜，不导磁，且将旋转磁铁22与导磁的电机轴2分隔开，使与旋转磁铁22接触的电机轴2不会影响旋转磁铁22的外部磁场分布。这样，旋转磁铁22通过磁铁安装机构2紧紧与电机轴2连接为一体，当电机转轴2转动时将同步带动旋转磁铁22旋转，产生旋转变化的磁场。旋转磁铁22的材料为钕铁硼，形状为圆柱形，尺寸为φ8x3mm，耐温高达170℃，在水平面上被磁化成NS两极，产生磁传感器芯片41所需磁场分布空间。旋转磁铁22与磁传感器芯片41之间的间隙控制在0.5～3.0mm；旋转磁铁22的中心轴线、磁传感器芯片41上的霍尔传感器阵列的中心轴线、与电机轴2的中心轴线三条轴线保持重合;当旋转磁铁22与电机轴2同步旋转时，将产生同步变化的旋转磁场。当旋转磁铁22当沿其中心轴线旋本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高可靠和高性价比的伺服电机磁编码器，其特征是：包括电机后盖板（1），电机后盖板（1）的可转动地穿设有电机轴（2）；壳体（51）内设有相互配合工作的磁传感器芯片（41）和旋转磁铁（22）；磁传感器芯片（41）的中心与旋转磁铁（22）的中心轴线保持重合，磁传感器芯片（41）与旋转磁铁（22）的有效作用距离为0.5～3.0mm。/n

【技术特征摘要】
1.一种高可靠和高性价比的伺服电机磁编码器，其特征是：包括电机后盖板（1），电机后盖板（1）的可转动地穿设有电机轴（2）；壳体（51）内设有相互配合工作的磁传感器芯片（41）和旋转磁铁（22）；磁传感器芯片（41）的中心与旋转磁铁（22）的中心轴线保持重合，磁传感器芯片（41）与旋转磁铁（22）的有效作用距离为0.5～3.0mm。


2.根据权利要求1所述的一种高可靠和高性价比的伺服电机磁编码器，其特征是：旋转磁铁（22）选用材质为钕铁硼。


3.根据权利要求1所述的一种高可靠和高性价比的伺服电机磁编码器，其特征是：旋转磁铁（22）为圆柱体，直径为φ4～10mm，厚度为2.5～4mm，最佳为φ8x3mm；磁极分布沿轴线方向平均分为两半，一半为N，一半为S。


4.根据权利要求1所述的一种高可靠和高性价比的伺服电机磁编码器，其特征是：旋转磁铁(22）通过磁铁安装机构(21）安装在电机轴(2)端，磁铁安装机构(21)为圆柱形，两端均有凹槽，一端凹槽用于固定旋转磁铁(22)，旋转磁铁(22)通过强力胶牢固的固定在磁铁安装机构（21）的凹槽内；另一端凹槽用于与电机轴(2)的端头固定；两端凹槽为圆槽结构，分别与旋转磁铁(22)和电机轴(2)尺寸配合。


5.根据权利要求1所述的一种高可靠和高性价比的伺服电机磁编码器，其特征是：磁铁安装机构(2)材质为铜，磁铁安装机构(2)将旋转磁铁(22)与导磁的电机...

【专利技术属性】
技术研发人员：李安福，叶寒，陈伟冰，蒋文斌，林双才，黄晨涛，韩志强，马振人，
申请(专利权)人：西安铁路信号有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61