一种电磁齿轮多圈式磁电编码器及其计圈数方法技术

本发明专利技术提出了一种电磁齿轮多圈式磁电编码器及其计圈数方法，旨在解决当前的单圈式磁电编码器不能记录旋转圈数的问题。本发明专利技术提出了一种通电线圈式的电磁齿轮，通过使用个数不同的线圈以及电磁齿轮，使得电磁齿轮间构成减速比的关系，使用霍尔元件解算每个电磁齿轮的旋转圈数，依靠本发明专利技术提出的记圈数方法得到电机主轴的旋转圈数。此编码器内使用电磁齿轮代替了传统的机械齿轮，没有机械接触，避免了机械磨损，电磁齿轮几乎也不需要进行维护，是一种可靠、稳定、计算简单的多圈式磁电编码器。计算简单的多圈式磁电编码器。

【技术实现步骤摘要】
一种电磁齿轮多圈式磁电编码器及其计圈数方法


[0001]本专利技术属于编码器制造领域，具体涉及一种电磁齿轮多圈式磁电编码器及其计圈数方法。

技术介绍

[0002]在现代工业中，因磁电编码器具有结构简单、抗污染能力强、测量精度较高等诸多优点，其应用范围也越来越广泛。磁电编码器主要包括定子、转子、永磁体材料、霍尔元件、信号解算板等，其测量原理是通过使用霍尔元件或磁阻等传感器，测量永磁体的角度或位移的变化，再通过放大电路对变化量进行放大，单片机就会输出脉冲信号或模拟量信号。
[0003]作为一种很稳定的测量装置，目前的磁电编码器主要是以单圈式磁电编码器为主，更偏重于记录电机的实时绝对位置以及转动姿态。但是这种磁电编码器具有很大的局限性，单圈式磁电编码器不能够记录下电机的所有旋转圈数，而在实际工作中，一些特定设备的旋转圈数是很重要的一个数据。
[0004]在机械手臂的伺服系统、机床丝杠、注塑机床、风力发电机等工业设备中的伺服电机就需要记录设备的旋转圈数，保证在断电后再次供电时能够立即获取电机旋转圈数，用以确定设备的行程。即使通过给磁电编码器提供外界电源，保证在主系统断电后，使用外界电源给编码器供电，使其能够保存住断电前的数据，但是单圈式磁电编码器只能反映出电机轴在每一圈内的绝对位置，仍然无法保存记录电机轴旋转过的圈数。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术提出了一种电磁齿轮多圈式磁电编码器及其计圈数方法，旨在解决当前的单圈式磁电编码器不能记录旋转圈数的问题。通过使用个数不同的通电线圈制成的电磁齿轮，使得多个电磁齿轮间形成一种减速比的关系，通过测量胶接在每个电磁齿轮侧面的单对极磁钢的磁场信号，得到每个电磁齿轮的旋转圈数，再通过减速比的关系就能换算出电机主轴的旋转圈数。
[0006]本专利技术公布了一种电磁齿轮多圈式磁电编码器及其计圈数方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一：供电板上的供电电源正负极通电，供电电源正负极与汇流环a的外圈电源正负极c1使用导线连接使得汇流环a的外圈导电环d1、外圈导电环d2带电，汇流环a的外圈导电环d1、外圈导电环d2与内圈导电环f1接触，使得内圈b1带电，内圈b1上的内圈电源正负极e1与电磁齿轮a上间隔180
°
分布的线圈a1、线圈a2使用导线连接，使得线圈a1、线圈a2带电；供电电源正负极与汇流环b的外圈电源正负极c2使用导线连接使得汇流环b的外圈导电环d3、外圈导电环d4带电，汇流环b的外圈导电环d3、外圈导电环d4与内圈导电环f2接触，使得内圈b2带电，内圈b2上的内圈电源正负极e2与电磁齿轮b上间隔90
°
分布的线圈b1、线圈b2、线圈b3、线圈b4导线连接，使得线圈b1、线圈b2、线圈b3、线圈b4带电；通过控制线圈之间的电流方向，使得线圈a1、线圈b1、线圈b3产生同向磁场，线圈a2、线圈b2、线圈b4产生同向磁场；将一级传动轴通过联轴器与电机主轴连接，打开电机电源开关，一级传动轴开始旋
转，带动电磁齿轮a旋转；汇流环a的外圈与内圈间隙配合，汇流环a内圈随着一级传动轴旋转，汇流环a外圈固定不动；汇流环b的外圈与内圈间隙配合，汇流环b内圈随着二级传动轴旋转，汇流环b外圈固定不动；
[0008]步骤二：若电磁齿轮a在电机主轴带动下顺时针旋转时：
[0009]初始状态下，线圈a1与线圈b1对应，电磁齿轮a顺时针旋转180
°
后，电磁齿轮b在线圈a1与线圈b1之间的同向磁场作用下逆时针旋转90
°
，此时线圈a2与线圈b2对应，电磁齿轮a继续顺时针旋转180
°
后，电磁齿轮b在线圈a2与线圈b2的同向磁场作用下继续逆时针旋转90
°
，此时线圈a1与线圈b3对应，电磁齿轮a继续顺时针旋转180
°
后，电磁齿轮b在线圈a1与线圈b3的同向磁场作用下继续逆时针旋转90
°
，此时线圈a2与线圈b4对应，电磁齿轮a继续顺时针旋转180
°
后，电磁齿轮b在线圈a2与线圈b4的同向磁场作用下继续逆时针旋转90
°
，此时线圈a1与线圈b1再次对应；至此电磁齿轮a旋转了2圈，电磁齿轮b旋转了1圈；
[0010]若电磁齿轮a在电机主轴带动下逆时针旋转时：
[0011]初始状态下，线圈a1与线圈b1对应，电磁齿轮a逆时针旋转180
°
后，电磁齿轮b在线圈a1与线圈b1之间的同向磁场作用下顺时针旋转90
°
，此时线圈a2与线圈b4对应，电磁齿轮a继续逆时针旋转180
°
后，电磁齿轮b在线圈a2与线圈b4的同向磁场作用下继续顺时针旋转90
°
，此时线圈a1与线圈b3对应，电磁齿轮a继续逆时针旋转180
°
后，电磁齿轮b在线圈a1与线圈b3的同向磁场作用下继续顺时针旋转90
°
，此时线圈a2与线圈b2对应，电磁齿轮a继续逆时针旋转180
°
后，电磁齿轮b在线圈a2与线圈b2的同向磁场作用下继续顺时针旋转90
°
，此时线圈a1与线圈b1再次对应；至此电磁齿轮a旋转了2圈，电磁齿轮b旋转了1圈，此结构的减速比为2；
[0012]步骤三：胶接在电磁齿轮a侧面的单对极磁钢a随着电磁齿轮a旋转，单对极霍尔a1，单对极霍尔a2采集单对极磁钢a的角度值信号A+、A
‑
，编码器信号解算板对角度值模拟信号A+、A
‑
进行模数转换，得到角度值数字信号HA+、HA
‑
，再对得到的角度值数字信号HA+、HA
‑
，进行解算，得到单对极磁钢a角度值θ1，解算公式为：
[0013][0014]单对极霍尔b1，单对极霍尔b2采集单对极磁钢b的角度值信号B+、B
‑
，编码器信号解算板对角度值模拟信号B+、B
‑
进行模数转换，得到角度值数字信号HB+、HB
‑
，再对得到的角度值数字信号HB+、HB
‑
，进行解算，得到单对极磁钢b角度值θ2，解算公式为：
[0015][0016]其中θ1的取值范围为[0，1]，θ2的取值范围为[0，1]，通过对单对极角度值θ1与单对极角度值θ2的数值组合，来判断电机主轴的旋转圈数。
[0017]步骤四：记录圈数方法为：用单对极角度值θ2与此编码器的减速比相乘，得到电机主轴的旋转圈数，具体计算公式为：
[0018]Q＝θ2*T(3)
[0019]其中,Q为电机主轴的旋转圈数，θ2为单对极霍尔b1、单对极霍尔b2解算出的数值，T为编码器的减速比；
[0020]步骤五：为了保证此编码器的精确性，本专利技术给出了一种故障断电保护机制，具体
计算公式为：
[0021]K＝Q
‑
FL(Q)(4)
[0022]其中，Q为电机主轴的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电磁齿轮多圈式磁电编码器及其计圈数方法，本方法应用于电磁齿轮多圈式磁电编码器，电磁齿轮多圈式磁电编码器，它包括电磁齿轮a(1)，一级传动轴(2)，电磁齿轮b(3)，二级传动轴(4)，编码器信号解算板(5)，供电板(6)，联轴器(7)，汇流环a(8)，汇流环b(9)，编码器外壳(10)；线圈a1(1
‑
1)，线圈a2(1
‑
2)；单对极磁钢a(2
‑
1)；线圈b1(3
‑
1)，线圈b2(3
‑
2)，线圈b3(3
‑
3)，线圈b4(3
‑
4)；单对极磁钢b(4
‑
1)；单对极霍尔a1(5
‑
1)，单对极霍尔a2(5
‑
2)，遮磁板(5
‑
3)，单对极霍尔b1(5
‑
4)，单对极霍尔b2(5
‑
5)；供电电源正负极(6
‑
1)，中央电源控制芯片(6
‑
2)；外圈a1(8
‑
1)，外圈a2(8
‑
2)，内圈b1(8
‑
3)，外圈电源正负极c1(8
‑
4)，外圈导电环d1(8
‑
5)，内圈电源正负极e1(8
‑
6)，内圈导电环f1(8
‑
7)，外圈导电环d2(8
‑
8)，连接柱g1(8
‑
9)；外圈a3(9
‑
1)，外圈a4(9
‑
2)，内圈b2(9
‑
3)，外圈电源正负极c2(9
‑
4)，外圈导电环d3(9
‑
5)，内圈电源正负极e2(9
‑
6)，内圈导电环f2(9
‑
7)，外圈导电环d4(9
‑
8)，连接柱g2(9
‑
9)；其中，电磁齿轮a(1)与一级传动轴(2)固接，电磁齿轮b(3)与二级传动轴(4)固接，一级传动轴(2)、二级传动轴(4)均与编码器外壳(10)轴承连接；单对极磁钢a(2
‑
1)胶接在电磁齿轮a(1)的侧面，单对极磁钢b(4
‑
1)胶接在电磁齿轮b(3)的侧面；单对极霍尔a1(5
‑
1)、单对极霍尔a2(5
‑
2)、遮磁板(5
‑
3)、单对极霍尔b1(5
‑
4)、单对极霍尔b2(5
‑
5)均与编码器信号解算板(5)锡焊焊接；编码器信号解算板(5)、供电板(6)均与编码器外壳(10)螺纹连接；供电电源正负极(6
‑
1)、中央电源控制芯片(6
‑
2)均与供电板(6)锡焊焊接；汇流环a(8)与一级传动轴(2)固接，汇流环b(9)与二级传动轴(4)固接；其中汇流环a的具体结构为：外圈a1(8
‑
1)、外圈a2(8
‑
2)与连接柱g1(8
‑
9)采用铰制孔连接，外圈a1(8
‑
1)与外圈a2(8
‑
2)配合组成汇流环外圈，内圈电源正负极e1(8
‑
6)与内圈b1(8
‑
3)焊接，外圈电源正负极c1(8
‑
4)与外圈a1(8
‑
1)、外圈a2(8
‑
2)锡焊焊接，外圈导电环d1(8
‑
5)、外圈导电环d2(8
‑
8)与内圈导电环f1(8
‑
7)间隙配合；汇流环b的具体结构为：外圈a3(9
‑
1)、外圈a4(9
‑
2)与连接柱g2(9
‑
9)采用铰制孔连接，外圈a3(9
‑
1)与外圈a4(9
‑
2)配合组成汇流环外圈，内圈电源正负极e2(9
‑
6)与内圈b2(9
‑
3)焊接，外圈电源正负极c2(9
‑
4)与外圈a3(9
‑
1)、外圈a4(9
‑
2)锡焊焊接，外圈导电环d3(9
‑
5)、外圈导电环d4(9
‑
8)与内圈导电环f2(9
‑
7)间隙配合；供电板(6)上的供电电源通电后，供电电源正负极(6
‑
1)与汇流环a(8)上的外圈电源正负极c1(8
‑
4)导线连接，汇流环a(8)的外圈导电环d1(8
‑
5)、外圈导电环d2(8
‑
8)与内圈导电环f1(8
‑
7)接触，使得内圈b1(8
‑
3)带电，内圈b1(8
‑
3)上的内圈电源正负极e1(8
‑
6)与电磁齿轮a(1)上的两个间隔180
°
分布的线圈导线连接，使得线圈a1(1
‑
1)、线圈a2(1
‑
2)带电，并产生方向相反的轴向磁场；供电电源正负极(6
‑
1)与汇流环b(9)上的外圈电源正负极c2(9
‑
4)导线连接，汇流环b(9)的外圈导电环d3(9
‑
5)、外圈导电环d4(9
‑
8)与内圈导电环f2(9
‑
7)接触，使得内圈b2(9
‑
3)带电，内圈b2(9
‑
3)上的内圈电源正负极e2(9
‑
6)与电磁齿轮b(3)上的四个间隔为90
°
的线圈导线连接，使得线圈b1(3
‑
1)、线圈b2(3
‑
2)、线圈b3(3
‑
3)、线圈b4(3

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，梁鹏博，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：