高性能磁环编码器及磁环编码器绝对角度的检测方法技术

技术编号：40101322 阅读：8 留言：0更新日期：2024-01-23 17:44

本发明专利技术涉及编码器技术领域，具体涉及高性能磁环编码器及磁环编码器绝对角度的检测方法。该高性能磁环编码器包括第二多对极磁体，第一多对极磁体、单对极导磁体组合件和第一组霍尔元件、第二组霍尔元件、第三组霍尔元件；单对极导磁体组合件具有齿形部与平滑部，第一组霍尔元件、第二组霍尔元件分别与第一多对极磁体、第二多对极磁体相邻设置，第三组霍尔元件设于齿形部与平滑部之间，三组霍尔元件根据对应磁体的磁极信号输出相应的检测信号。本发明专利技术通过获取具有一定精度的机械角度来标定磁环编码器的旋转角度，从而大幅提高测量精度，本发明专利技术尤其适用于满足大直径轴类零件角度检测的实际需求。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及编码器，具体涉及高性能磁环编码器及磁环编码器绝对角度的检测方法。

技术介绍

1、磁环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。

2、磁环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。根据磁体磁极数的不同，磁环编码器可分为单对极磁环编码器和多对极磁环编码器。目前常用的多对极磁环编码器是采用径向内外环极对数互质的双多对极永磁体，内环多对极永磁体为参考磁极，外环多对极永磁体为测量磁极，通过同轴转动的参考磁极与测量磁极，利用4个线性霍尔元件采集原始的磁场信号后，通过测量磁极和参考磁极之间的位置关系即磁极位置特征值来判定测量磁极当前所在的磁极区间，然后采用绝对角度值计算公式即可获取磁环编码器的绝对角度。

3、在实际的应用过程中，若需要更高精度的磁环编码器时，例如在大直径电机轴或者大直径中空转轴上使用磁环编码器，就需要增加磁体的极对数，极对数越多，精度越高。但是若将几百个磁极对粘结在一起形成多对极磁体时，不仅磁极对制作困难、不易粘结，而且磁极对的厚度将锐减成1mm之内，这样就造成了多对极磁体在粘结的过程中易碎易断的问题，从而无法实现多对极磁体极对数的大幅增加，测量精度也因此受限。

技术实现思路

1、鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种高性能磁环编码器，旨在克服磁环编码器因精度提高，磁极对数相应增加后导致的磁极对难以制作、且难以粘结形成磁体的缺陷。

<p>2、本专利技术的另一目的在于，提供一种高性能磁环编码器绝对角度的检测方法，旨在解决因多对极磁体的磁极对数大幅增加却无法提高磁环编码器精度的问题。

3、为了达到上述专利技术目的，本专利技术采取的技术方案如下：

4、本专利技术提供的高性能磁环编码器，包括：

5、同轴轴向依次设置的第二多对极磁体，第一多对极磁体和单对极导磁体组合件，其中，所述第一多对极磁体包括m对磁极且3≤m＜23，所述第二多对极磁体包括n对磁极且3≤n＜23，m大于n且为彼此互质的自然数，所述单对极导磁体组合件包括同轴轴向依次紧密贴合安装的第一环形导磁体、单对极环形磁体和第二环形导磁体，且第一环形导磁体、第二环形导磁体的外环直径大于单对极环形磁体的外环直径，其中，所述第二环形导磁体具有一个包覆于第一环形导磁体外圆表面的包覆部，在所述包覆部与第一环形导磁体相对的两个表面上分别设有用于形成开口区域的平滑部和齿形部，在此结构下，所述单对极导磁体组合件在其径向截面上整体形状趋于闭合，其中，所述开口区域的开口方向与单对极环形磁体的轴向方向相一致，并在其齿形部上开有p个齿且p≥100；

6、第一组霍尔元件，包括第一线性霍尔传感器和第二线性霍尔传感器，与所述第一多对极磁体相邻设置，并根据第一多对极磁体的磁极信号输出第一组检测信号；

7、第二组霍尔元件，包括第三线性霍尔传感器和第四线性霍尔传感器，与所述第二多对极磁体相邻设置，并根据第二多对极磁体的磁极信号输出第二组检测信号；

8、第三组霍尔元件，包括第五线性霍尔传感器、第六线性霍尔传感器和第七线性霍尔传感器，且设于所述齿形部与所述平滑部之间，并根据所述单对极导磁体组合件的磁极信号输出修正的第三组检测信号。

9、进一步的，第一线性霍尔传感器和第二线性霍尔传感器的输出信号相位相差90度；所述第三线性霍尔传感器和第四线性霍尔传感器的输出信号相位相差90度；所述第五线性霍尔传感器、第六线性霍尔传感器和第七线性霍尔传感器的输出信号相位相差120度。

10、再进一步的，所述第一线性霍尔传感器与第三线性霍尔传感器以及第五线性霍尔传感器在一端对齐。

11、更进一步的，所述第一多对极磁体介于单对极导磁体组合件与第二多对极磁体之间。

12、优选的，m和n为质数且mn＜23×19。

13、更优的，所述第一多对极磁体、第二多对极磁体的磁化方向为径向或轴向，且所述第一多对极磁体与所述第二多对极磁体的起始磁极安装位置存在角度差。

14、再优的，所述单对极导磁体组合件中的所述单对极环形磁体的磁化方向为径向或轴向。

15、此外，本专利技术还提供了一种磁环编码器绝对角度的检测方法，应用于上述三环结构的高性能磁环编码器，所述检测方法包括：

16、通过第一组霍尔元件、第二组霍尔元件、第三组霍尔元件分别获得第一组检测信号、第二组检测信号和修正的第三组检测信号；

17、对所述第一组检测信号、第二组检测信号和修正的第三组检测信号分别进行角度解算获得第一电角度值、第二电角度值和第三电角度值；

18、根据所述第一多对极磁体的磁极对数m、所述第二多对极磁体的磁极对数n、所述第一电角度值和所述第二电角度值，获得与第一多对极磁体相对应的磁极位置特征值；

19、根据磁极位置特征值，确定出所述第一电角度值当前所在的第一磁极区间；

20、根据所述第一磁极区间、第一多对极磁体的磁极对数m、第一电角度值确定出由第一多对极磁体和第二多对极磁体所形成的初始机械角度θ_single；

21、根据所述初始机械角度，对所述第三电角度值当前所在的齿数区间进行标定；

22、利用确定的齿数区间、单对极导磁体组合件的齿数p、第三电角度值确定出磁环编码器的绝对角度。

23、进一步的，所述第一组检测信号包括：第一线性霍尔传感器、第二线性霍尔传感器根据第一多对极磁体的磁极信号输出的第一检测信号与第二检测信号；

24、所述第二组检测信号包括：第三线性霍尔传感器、第四线性霍尔传感器根据第二多对极磁体的磁极信号输出的第三检测信号与第四检测信号；

25、所述修正的第三组检测信号包括：第五线性霍尔传感器、第六线性霍尔传感器和第七线性霍尔传感器根据单对极导磁体组合件的磁极信号输出的d轴、q轴的检测信号。

26、更进一步的，所述第五线性霍尔传感器、第六线性霍尔传感器和第七线性霍尔传感器根据单对极导磁体组合件的磁极信号输出的d轴、q轴的检测信号，具体包括：

27、第五线性霍尔传感器、第六线性霍尔传感器和第七线性霍尔传感器对单对极导磁体组合件的磁极信号采集后获得原始三相霍尔信号，所述原始三相霍尔信号为第五检测信号，第六检测信号和第七检测信号；

28、对获得的原始三相霍尔信号作零点漂移的处理后输出d轴、q轴的检测信号。

29、再进一步的，对获得的原始三相霍尔信号作零点漂移的处理后输出d轴、q轴的检测信号，具体包括：

30、按照以下公式(1)对采集的原始三相霍尔信号作零点漂移的处理；

31、按照以下公式(2)输出d轴、q轴的第三组检测信号：

32、

33、

34、式中，u1、u2、u3为原始三相霍尔信号；ushift为信号漂移量；u′1、u′2、u′3为去除漂移量后的三相霍尔电压信号；α为本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.高性能磁环编码器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的高性能磁环编码器，其特征在于：所述第一线性霍尔传感器和第二线性霍尔传感器的输出信号相位相差90度；所述第三线性霍尔传感器和第四线性霍尔传感器的输出信号相位相差90度；所述第五线性霍尔传感器、第六线性霍尔传感器和第七线性霍尔传感器的输出信号相位相差120度。

3.根据权利要求1所述的高性能磁环编码器，其特征在于：所述第一线性霍尔传感器与第三线性霍尔传感器以及第五线性霍尔传感器在一端对齐。

4.根据权利要求1所述的高性能磁环编码器，其特征在于：所述第一多对极磁体介于单对极导磁体组合件与第二多对极磁体之间。

5.根据权利要求1所述的高性能磁环编码器，其特征在于：m和n为质数且mn＜23×19。

6.根据权利要求1所述的高性能磁环编码器，其特征在于：所述第一多对极磁体、第二多对极磁体的磁化方向为径向或轴向，且所述第一多对极磁体与所述第二多对极磁体的起始磁极安装位置存在角度差。

7.根据权利要求1所述的高性能磁环编码器，其特征在于：所述单对极导磁体组合件

8.磁环编码器绝对角度的检测方法，其特征在于，应用于权利要求1-7中任一项所述的高性能磁环编码器中，所述检测方法包括：

9.根据权利要求8所述的磁环编码器绝对角度的检测方法，其特征在于：所述第一组检测信号包括：第一线性霍尔传感器、第二线性霍尔传感器根据第一多对极磁体的磁极信号输出的第一检测信号与第二检测信号；

10.根据权利要求9所述的磁环编码器绝对角度的检测方法，其特征在于：所述第五线性霍尔传感器、第六线性霍尔传感器和第七线性霍尔传感器根据单对极导磁体组合件的磁极信号输出的d轴、q轴的检测信号，具体包括：

11.根据权利要求10所述的磁环编码器绝对角度的检测方法，其特征在于：对获得的原始三相霍尔信号作零点漂移的处理后输出d轴、q轴的检测信号，具体包括：

12.根据权利要求11所述的磁环编码器绝对角度的检测方法，其特征在于：对所述第一组检测信号、第二组检测信号和修正的第三组检测信号分别进行角度解算获得第一电角度值、第二电角度值和第三电角度值，具体包括：

13.根据权利要求12所述的磁环编码器绝对角度的检测方法，其特征在于：根据所述第一多对极磁体的磁极对数m、所述第二多对极磁体的磁极对数n、所述第一电角度值和所述第二电角度值，获得与第一多对极磁体相对应的磁极位置特征值，具体包括：

14.根据权利要求13所述的磁环编码器绝对角度的检测方法，其特征在于：根据所述第一磁极区间、第一多对极磁体的磁极对数m、第一电角度值确定出由第一多对极磁体和第二多对极磁体所形成的初始机械角度θ_single，具体包括：

15.根据权利要求14所述的磁环编码器绝对角度的检测方法，其特征在于：根据所述初始机械角度，对所述第三电角度值当前所在的齿数区间进行标定；然后利用确定的齿数区间、单对极导磁体组合件的齿数p、第三电角度值确定出磁环编码器的绝对角度，具体包括：

...

【技术特征摘要】

1.高性能磁环编码器，其特征在于，包括：

3.根据权利要求1所述的高性能磁环编码器，其特征在于：所述第一线性霍尔传感器与第三线性霍尔传感器以及第五线性霍尔传感器在一端对齐。

4.根据权利要求1所述的高性能磁环编码器，其特征在于：所述第一多对极磁体介于单对极导磁体组合件与第二多对极磁体之间。

5.根据权利要求1所述的高性能磁环编码器，其特征在于：m和n为质数且mn＜23×19。

7.根据权利要求1所述的高性能磁环编码器，其特征在于：所述单对极导磁体组合件中的所述单对极环形磁体的磁化方向为径向或轴向。

8.磁环编码器绝对角度的检测方法，其特征在于，应用于权利要求1-7中任一项所述的高性能磁环编码器中，所述检测方法包括：

9.根据权利要求8所述的磁环编码器绝对角度的检测方法，其特征在于：所述第一组检测信号包括：第一线性霍尔传感器、第二线性霍尔传感器根据第一多对极磁体的磁极信号输出的...

【专利技术属性】
技术研发人员：范浩，郝斌，闫宪峰，赵屹涛，吕迎玺，苏跃龙，岳小云，任秀伟，葛海婷，赵嘉瑞，
申请(专利权)人：山西省机电设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：

全部详细技术资料下载我是这个专利的主人