本发明专利技术涉及编码器技术领域，特别是一种允许传动轴轴向窜动的电容式旋转编码器；包括静栅、动栅、同轴的内圆筒和外圆筒，内圆筒固定在传动轴上并与传动轴同轴转动，外圆筒固定设置；动栅设置在内圆筒的外表面，静栅设置在外圆筒的内表面，静栅和动栅之间具有一定气隙，静栅上激励电极条长度大于动栅上感应电极条正弦波形的峰峰高度，当内圆筒和外圆筒发生轴向移动时，静栅上的激励电极条完全覆盖动栅上的感应电极条，这样信号保持不受轴向窜动的影响，同时本发明专利技术采用电荷二次反射方法，将动栅上的激励电极条感应的调制信号再反射回静栅的接收电极条上，这样避免了在动栅上引入电源，简化了结构，提高了产品的稳定性和寿命。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及编码器
，特别是一种允许传动轴轴向窜动的电容式旋转编码器。
技术介绍
旋转编码器是用来测量转速的装置，可将输出轴的角位移、角速度等机械量转换成相应的电脉冲或数字量的编码器。目前传统的旋转编码器一般都是固定安装在电机的电机轴上。由于电机运动过程中电机轴不仅产生径向跳动，也会产生轴向窜动，另外热胀冷缩也会导致电机轴轴向长度的变化。而电机轴轴向的窜动会导致编码器测量精度的下降，甚至会影响编码器的使用寿命。以光电式旋转编码器为例，光电式旋转编码器一般由光电码盘与光敏探测器组成；实际应用中，光电码盘与光敏探测器的距离很小，通常在毫米以下的数量级。光电码盘与电机轴固定连接，光敏探测器与机壳固定，由于电机轴的轴向窜动会造成光电码盘与光电探测器之间距离的变化，所以要求轴向窜动只能浮动在规定值范围内，超出规定值的变化不仅会使编码器的信号质量和精度下降，而且由于摩擦会缩短编码器的使用寿命，严重时会造成编码器轴系和光电码盘的损坏。为解决上述的电机轴窜动对编码器造成的影响，专利号为CN201020619546. 2的中国技术专利提出了一种编码器缓冲结构，其结构和原理如下编码器安装在电机的加长轴上，编码器的端面通过螺钉连接在连接板上，在所述连接板的连接螺钉孔内设置有弹簧，螺钉穿过弹簧与连接板连接，保证编码器与连接板的连接具有弹性。所述连接板通过螺钉固定在电机端面上，所述螺钉与连接板上的固定螺钉孔直接固定。通过上述设计的缓冲结构，可以保证电机的加长轴轴向窜动的时候，编码器随着加长轴一起进行轴向窜动，起到弹性连接的作用。但是采用上述的软连接或弹簧连接的方式会导致编码器测量不准确，在电机开始旋转的瞬间有滞后的误差，在电机停止的瞬间有超前的误差。利用测量电容的原理来获取位移的方法几十年前就被提出来了。专利号为U. S. 3，938，113的美国专利公开了一种采用测量电容感知位移的编码器，其结构和原理如下标尺上制作了发射信号的电极，读头上测量经由电容耦合的信号，或者读头上的电极发射信号，标尺上的电极测量经由电容耦合的信号，通过一定方式的解读，读头就能给出相对位移量。增量位移测量需在标尺上制作均匀的刻度，这些刻度总是用均匀排列的导电的条状电极来实现。因为刻度同一性的要求，这些条状电极必须是同样的尺寸，同样的形状和同样的导电性能，只有这样，读头获取的信息才不受电极非均一性的影响从而准确地计算出相对位移量。这种电容式技术既可用于线性位移的测量，也可用于旋转角度的测量。电容式旋转编码器分动栅和静栅二部分，都为精密加工的印刷电路板。如图1所示，动栅上有发射电极61和接收电极62，在发射电极61和接收电极62之间有屏蔽极63，避免发射电极61到接收电极62之间的直接电容耦合。如图2所示，静栅上有反射极71和屏蔽极72，反射极71与屏蔽极72的宽度一致，屏蔽极72需可靠接地。如图1和图2所示的电容式旋转编码器的结构图中，动栅上共有48个发射电极61,发射电极61的极距按实际要求可变,每4个发射电极61对应于一个反射电极。动栅上每8个发射电极61为一组，共6组。对每组发射电极61进行编号A到H同编号的发射电极61电路上相连。运行时，两块印刷电路板的栅面平行同轴相对，间距在O.1mm左右。但上述这种电容式旋转编码器，运行时要求两块印刷电路板的栅面平行，圆形图案的圆心要求为同心圆，且与电机轴或其他驱动轴同轴。两个平行电路板之间的气隙要求严格，原因是当气隙过大时，信号强度减弱，信噪比下降，直接影响编码器的输出精度；当气隙过小时，信号强度过大，超过量程，使编码器无法获取正确信号，严重时这两块电路板还会发生摩擦，导致失效或破坏。因此电容式旋转编码器依旧没有解决电机轴轴向窜动造成编码器性能下降、失效甚至破坏的问题。
技术实现思路
本专利技术为了解决目前现有的旋转编码器安装在电机轴上，由于电机轴的轴向窜动而导致的旋转编码器性能下降、失效甚至被破坏的问题，而提供的一种允许传动轴轴向窜动的电容式旋转编码器。为达到上述功能，本专利技术提供的技术方案是 一种允许传动轴轴向窜动的电容式旋转编码器，包括静栅和动栅，所述电容式旋转编码器还包括同轴的内圆筒和外圆筒，所述内圆筒固定在传动轴上并与所述传动轴同轴转动，所述外圆筒固定设置；所述动栅设置在所述内圆筒的外表面，所述静栅设置在所述外圆筒的内表面，所述静栅和所述动栅之间具有一定气隙。优选地，所述静栅包括若干条形状相同的激励电极条，所述动栅包括一个以上的感应电极条，所述感应电极条的长度大于所述激励电极条的长度，以保证当所述传动轴发生窜动时，所述感应电极条完全覆盖所述激励电极条。优选地，所述静栅还包括一条以上的接收电极条。优选地，所述接收电极条的数量为两条，所述的两条接收电极条互相平行并与所述激励电极条垂直，且分别位于激励电极条的上端和下端。优选地，所述感应电极条包含反对称形状的第一感应电极条和第二感应电极条，所述第一感应电极条和所述第二感应电极条分别与所述两条接收电极条对应构成两个电容。优选地，所述第一感应电极条和所述第二感应电极条相配合处的形状为正弦波形状，所述激励电极条长度大于所述正弦波的峰峰高度。本专利技术所述的传动轴是指电机轴或其它驱动轴,或者与电机轴或其它驱动轴连接的加长轴。本专利技术的有益效果在于(I)、解决了由于传动轴窜动造成的动栅和静栅接触摩擦甚至破损的问题，通过设置同轴的内圆筒和外圆筒，并把所述动栅设置在所述内圆筒的外表面，所述静栅设置在所述外圆筒的内表面，所述静栅和所述动栅之间具有一定气隙，采用这种结构，在传动轴径向窜动允差范围内，所述动栅和所述静栅没有相互接触的可能；(2)、测量准确，所述静栅上激励电极条长度大于所述动栅上感应电极条的正弦波形的峰峰高度，当所述内圆筒和外圆筒发生轴向移动时，所述静栅上的激励电极条完全覆盖所述动栅上感应电极条的正弦波形状，这样信号保持不受轴向窜动的影响；(3)、简化了产品的结构，提高了产品的使用寿命，通过在所述静栅上设置接收电极条，所述动栅上的感应电极条感应的电荷会感应到所述接收电极条上，从而避免了在动栅上引入信号传输线。附图说明图1为现有动栅的结构示意图；图2为现有静栅的结构示意图；图3为本专利技术的结构示意图；图4为本专利技术的静栅展开后的结构示意图；图5为本专利技术的动栅与静栅配合展开后的结构示意图；图6为调制信号接受/处理器结构示意图。具体实施例方式下面结合附图1至附图6对本专利技术作进一步阐述如图3所示的一种允许传动轴轴向窜动的电容式旋转编码器，包括静栅2和动栅3，还包括同轴的内圆筒4和外圆筒5，内圆筒4固定在传动轴I上并与传动轴I同轴转动，传动轴I是电机轴或其它驱动轴，或者是电机轴或其它驱动轴的加长轴，外圆筒5固定设置，静止不动；动栅3设置在内圆筒4的外表面，静栅2设置在外圆筒5的内表面，静栅2和动栅3保持同轴并且两者之间具有一定气隙。采用这种结构由于静栅2与动栅3同轴，这样即使传动轴I发生轴向窜动，静栅2和动栅3也不会发生摩擦或碰撞，从而保证编码器的寿命。静栅2包括若干条形状相同的激励电极条21，激励电极条21与调制信号接受/处理器电连接，这些激励电极条21以偶数个构成一组或一个周期，如两个、四个、六个、八个等。根据一个周期内激励电极条21的数目，激励信号整个周期36本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种允许传动轴轴向窜动的电容式旋转编码器，包括静栅（2）和动栅（3），其特征在于：所述电容式旋转编码器还包括同轴的内圆筒（4）和外圆筒（5），所述内圆筒（4）固定在传动轴（1）上并与所述传动轴（1）同轴转动，所述外圆筒（5）固定设置；所述动栅（3）设置在所述内圆筒（4）的外表面，所述静栅（2）设置在所述外圆筒（5）的内表面，所述静栅（2）和所述动栅（3）之间具有一定气隙。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：庄德津，
申请(专利权)人：广东盈动高科自动化有限公司，
类型：发明
国别省市：
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