CN111750906A - 磁电编码器 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种磁电编码器。其中，该磁电编码器，包括：细分磁钢、编码磁钢以及磁传感器，其中，细分磁钢，由多对磁钢组成，其中，每对磁钢的第一磁钢的N极和第二磁钢的S极连接，用于产生正余弦信号；编码磁钢，由多对磁钢组成，其中，组成编码磁钢的磁钢数量与组成细分磁钢的磁钢数量相同，且组成编码磁钢的多对磁钢按照伪随机码的形式排列组成，用于生成绝对信号，绝对信号为绝对编码值；磁传感器，分别与细分磁钢和编码磁钢配合产生正余弦信号和绝对信号。本申请解决了现有的磁电编码器通常为单对极磁电编码器,分辨率及测量精度均较低的技术问题。
Description
技术领域
本申请涉及磁场检测传感器领域，具体而言，涉及一种磁电编码器。
背景技术
磁电编码器是用于检测磁场的重要传感器元件。通过机械结构和信号处理电路将磁场变化信号转换成电信号,从而实现对角位移、位置和速度等多种物理量的直接或间接测量。被广泛应用在汽车、工业控制、家电设备中。现有的磁电编码器通常为单对极磁电编码器,分辨率及测量精度均较低。
针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本申请实施例提供了一种磁电编码器，以至少解决现有的磁电编码器通常为单对极磁电编码器,分辨率及测量精度均较低的技术问题。
根据本申请实施例的一个方面，提供了一种磁电编码器，包括：细分磁钢、编码磁钢以及磁传感器，其中，细分磁钢，由多对磁钢组成，其中，每对磁钢的第一磁钢的N极和第二磁钢的S极连接，用于产生正余弦信号；编码磁钢，由多对磁钢组成，其中，组成编码磁钢的磁钢数量与组成细分磁钢的磁钢数量相同，且组成编码磁钢的多对磁钢按照伪随机码的形式排列组成，用于生成绝对信号，绝对信号为绝对编码值；磁传感器，分别与细分磁钢和编码磁钢配合产生正余弦信号和绝对信号。
可选地，磁传感器与细分磁钢和/或编码磁钢中每个磁钢的距离相等。
可选地，磁传感器包括：细分磁传感器和编码磁传感器，细分磁传感器与细分磁钢配合产生正余弦信号，编码磁传感器与编码磁钢配合产生绝对信号。
可选地，编码磁传感器的数量至少为2个。
可选地，磁电编码器还包括：放大器，用于将正余弦信号的幅值放大到预设采样范围。
可选地，磁电编码器还包括：信号检测校正模块，用于对正余弦信号进行偏差检测，并依据检测到的偏差对正余弦信号进行校正。
可选地，磁电编码器还包括：细分模块，用于对正余弦信号的位置进行细分，得到磁电编码器的细分位置。
可选地，编码磁传感器还用于对绝对信号进行解码，得到绝对编码值对应的绝对位置。
可选地，磁电编码器还包括：处理器，用于拼接细分位置和绝对位置，得到磁电编码器的目标位置信息。
可选地，磁电编码器还包括：驱动器，用于获取目标位置信息，并依据目标位置信息对电机进行控制。
在本申请实施例中，提供了一种磁电编码器，包括：细分磁钢，由多对磁钢组成，其中，每对磁钢的第一磁钢的N极和第二磁钢的S极连接，用于产生正余弦信号；编码磁钢，由多对磁钢组成，其中，组成编码磁钢的磁钢数量与组成细分磁钢的磁钢数量相同，且组成编码磁钢的多对磁钢按照伪随机码的形式排列组成，用于生成绝对信号，绝对信号为绝对编码值；磁传感器，分别与细分磁钢和编码磁钢配合产生正余弦信号和绝对信号，通过提出了一种新型磁电编码器磁钢排列，采用多对极磁钢，通过对圆周[0,2π]上的角度细分，从而实现了提高磁电编码器的分辨率和电机控制精度的技术效果，进而解决了现有的磁电编码器通常为单对极磁电编码器,分辨率及测量精度均较低技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请实施例的一种磁电编码器的结构图；
图2是根据本申请实施例的一种磁电编码器的细分磁钢的示意图；
图3是根据本申请实施例的一种磁电编码器的编码磁钢的示意图；
图4示出了一种磁电编码器各区间的绝对编码值；
图5是根据本申请实施例的另一种磁电编码器的结构图；
图6是根据本申请实施例的另一种磁电编码器的结构图；
图7是根据本申请实施例的另一种磁电编码器的结构图；
图8是根据本申请实施例的另一种磁电编码器的结构图；
图9是根据本申请实施例的另一种磁电编码器的结构图；
图10是根据本申请实施例的一种磁电编码器的信号处理流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
根据本申请实施例，提供了一种磁电编码器的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机***中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
图1是根据本申请实施例的一种磁电编码器的结构图，如图1所示，该磁电编码器包括：细分磁钢10、编码磁钢12以及磁传感器14，其中，
细分磁钢10，由多对磁钢组成，其中，每对磁钢的第一磁钢的N极和第二磁钢的S极连接，用于产生正余弦信号。
根据本申请的一个可选的实施例，细分磁钢10为一对极N/S磁钢交替均布，产生正弦信号，利用反正切实现对正余弦信号的位置细分，其信号频率为2n，n为绝对信号位数，n≥2。
图2是根据本申请实施例的一种磁电编码器的细分磁钢的示意图，如图2所示，为一个8对极的磁电编码器的细分磁钢和编码磁钢排布，其中阴影区域为N极，无阴影区域为S极，将整周机械角度等分成8个区间。
编码磁钢12，由多对磁钢组成，其中，组成编码磁钢的磁钢数量与组成细分磁钢的磁钢数量相同，且组成编码磁钢的多对磁钢按照伪随机码的形式排列组成，用于生成绝对信号，绝对信号为绝对编码值。
编码磁钢12以伪随机码(M码)的形式排列组成，与n个磁传感器组合输出2n个绝对编码值，其中n≥2。
根据本申请的一个可选的实施例，编码磁传感器的数量至少为2个。
图3是根据本申请实施例的一种磁电编码器的编码磁钢的示意图，如图3所示，3个编码磁传感器确定区间的绝对编码值，即为8对极的磁电编码器每个旋转角度对应输出的绝对编码值。当电机轴旋转时，通过3个磁传感器感应编码磁钢的磁极变化，产生绝对信号，经解码，在整周内3个磁传感器解出对应图4所示的8种编码状态，输出绝对位置1。
磁传感器14，分别与细分磁钢10和编码磁钢12配合产生正余弦信号和绝对信号。
通过上述磁电编码器，提出一种新型磁电编码器磁钢排列，采用伪随机编码(M码)形式排列磁钢，实现绝对角位移检测，输出绝对位置，有效提高磁电编码器的分辨率及电机控制精度。
根据本申请的一个可选的实施例，磁传感器14与细分磁钢10和/或编码磁钢12中每个磁钢的距离相等。磁传感器14距离细分磁钢10和/或编码磁钢12的磁环的水平距离相同，可以保证采集信号的准确性。
在本申请的一个可选的实施例中，磁传感器14包括：细分磁传感器和编码磁传感器，细分磁传感器与细分磁钢配合产生正余弦信号，编码磁传感器与编码磁钢配合产生绝对信号。
磁传感器14分为细分磁传感器与编码磁传感器，即感应磁信号变化，通过对输出信号的解算，得到位置信息。细分磁传感器配合细分磁钢产生正余弦信号，编码磁传感器配合编码磁钢产生绝对信号。
图5是根据本申请实施例的另一种磁电编码器的结构图，如图5所示，该磁电编码器还包括：放大器16，用于将正余弦信号的幅值放大到预设采样范围。
根据本申请的一个可选的实施例，放大器16用于对正余弦信号进行调理，利用放大器16将差分正弦、余弦信号幅值放大调理到ADC采样范围内，可以保证采样精度。ADC采样，实现模拟信号数字化，以便后续信号处理。
图6是根据本申请实施例的另一种磁电编码器的结构图，如图6所示，该磁电编码器还包括：信号检测校正模块18，用于对正余弦信号进行偏差检测，并依据检测到的偏差对正余弦信号进行校正。
信号检测校正模块18，首先对正余弦信号进行幅值、直流和相位偏差检测，然后根据检测偏差实现对正余弦信号的校正，提升后续编码器位置细分的精度。
图7是根据本申请实施例的另一种磁电编码器的结构图，如图7所示，该磁电编码器还包括：细分模块110，用于对正余弦信号的位置进行细分，得到磁电编码器的细分位置。细分模块110，利用反正切实现对正余弦信号的位置细分。
在本申请的一个可选的实施例中，编码磁传感器还用于对绝对信号进行解码，得到绝对编码值对应的绝对位置。
图8是根据本申请实施例的另一种磁电编码器的结构图，如图8所示，该磁电编码器还包括：处理器112，用于拼接细分位置和绝对位置，得到磁电编码器的目标位置信息。
处理器112，拼接绝对位置和细分位置得到绝对位置，即为编码器最终的位置信息，将最终的位置信息提供给驱动器，实现电机精确控制。
图9是根据本申请实施例的另一种磁电编码器的结构图，如图9所示，该磁电编码器还包括：驱动器114，用于获取目标位置信息，并依据目标位置信息对电机进行控制。
图10是根据本申请实施例的一种磁电编码器的信号处理流程图，如图10所示，
通过磁传感器感应旋转的编码磁钢产生绝对信号，解码输出绝对位置1；细分磁钢产生的增量信号经信号处理输出细分位置，拼接绝对位置1与细分位置得出最终的绝对位置2。
所述绝对信号，编码磁钢与n个编码磁传感器配合，经解码输出2n个绝对编码值，其中n≥2。
所述增量信号，包括正弦信号和余弦信号，采用差分输出的方式与驱动器连接，以便去除传输过程中的共模干扰，提升后续信号处理的精度。
所述正余弦信号调理，利用放大器将差分正弦、余弦信号幅值放大调理到ADC采样范围内，保证采样精度。
所述ADC采样，实现模拟信号数字化，以便后续信号处理。
所述偏差检测及校正，首先对正余弦信号进行幅值、直流和相位偏差检测，然后根据检测偏差实现对正余弦信号的校正，提升后续编码器位置细分的精度。
所述细分模块，利用反正切实现对正余弦信号的位置细分。
细分磁传感器配合细分磁钢产生增量信号，经过正余弦调理、ADC采样、偏差检测校正、细分模块，算出编码器的细分角度，采用脉冲计数式或反正切角度解算判断细分位置，拼接绝对位置1和细分位置得到绝对位置2，即为编码器最终的位置信息，将最终的位置信息提供给驱动器，实现电机精确控制。结合对编码器分辨率的要求，可设计出更多对极以伪随机码排列磁钢的高分辨率的绝对式磁电编码器。
上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本申请的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，ReGREEd-Only Memory)、随机存取存储器(RGREEM，RGREEndom GREEccess Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种磁电编码器，其特征在于，包括：细分磁钢、编码磁钢以及磁传感器，其中，
所述细分磁钢，由多对磁钢组成，其中，每对磁钢的第一磁钢的N极和第二磁钢的S极连接，用于产生正余弦信号；
所述编码磁钢，由多对磁钢组成，其中，组成所述编码磁钢的磁钢数量与组成所述细分磁钢的磁钢数量相同，且组成所述编码磁钢的多对磁钢按照伪随机码的形式排列组成，用于生成绝对信号，所述绝对信号为绝对编码值；
所述磁传感器，分别与所述细分磁钢和所述编码磁钢配合产生所述正余弦信号和所述绝对信号。
2.根据权利要求1所述的磁电编码器，其特征在于，所述磁传感器与所述细分磁钢和/或所述编码磁钢中每个磁钢的距离相等。
3.根据权利要求1或2所述的磁电编码器，其特征在于，所述磁传感器包括：细分磁传感器和编码磁传感器，所述细分磁传感器与所述细分磁钢配合产生所述正余弦信号，所述编码磁传感器与所述编码磁钢配合产生所述绝对信号。
4.根据权利要求2所述的磁电编码器，其特征在于，所述编码磁传感器的数量至少为2个。
5.根据权利要求1所述的磁电编码器，其特征在于，所述磁电编码器还包括：
放大器，用于将所述正余弦信号的幅值放大到预设采样范围。
6.根据权利要求5所述的磁电编码器，其特征在于，所述磁电编码器还包括：
信号检测校正模块，用于对所述正余弦信号进行偏差检测，并依据检测到的偏差对所述正余弦信号进行校正。
7.根据权利要求1所述的磁电编码器，其特征在于，所述磁电编码器还包括：
细分模块，用于对所述正余弦信号的位置进行细分，得到所述磁电编码器的细分位置。
8.根据权利要求7所述的磁电编码器，其特征在于，所述编码磁传感器还用于对所述绝对信号进行解码，得到所述绝对编码值对应的绝对位置。
9.根据权利要求8所述的磁电编码器，其特征在于，所述磁电编码器还包括：
处理器，用于拼接所述细分位置和所述绝对位置，得到所述磁电编码器的目标位置信息。
10.根据权利要求9所述的磁电编码器，其特征在于，所述磁电编码器还包括：
驱动器，用于获取所述目标位置信息，并依据所述目标位置信息对电机进行控制。
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Cited By (1)
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2020
- 2020-08-03 CN CN202010769117.1A patent/CN111750906A/zh active Pending
Cited By (1)
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