CN113037019A - 检测直线电机位置的编码器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种检测直线电机位置的编码器，属于直线电机位置反馈技术领域。直线电机与编码器相邻设置，且对应同一个运行轨道，运行轨道设置有至少两个极性相反的磁性件；其中，编码器包括多个霍尔传感器，多个霍尔传感器等间距排布在直线电机的极距范围内，霍尔传感器通过检测磁性件的磁场信号以输出对应的霍尔信号，进而得到直线电机的位置信息。本发明的多个霍尔传感器为等距式分布，降低了磁场差异对编码器的影响，并降低安装精度的要求。且本发明的编码器与直线电机共用一个运行轨道，通过直线电机上磁性件磁场的变化反馈直线电机的位置信息，无需栅尺，可有效避免编码器行程与直线电机行程不同的问题，进而得到直线电机运行的真实行程。

Description

检测直线电机位置的编码器

技术领域

本发明属于直线电机位置反馈的技术领域，具体涉及一种检测直线电机位置的编码器。

背景技术

目前，对于反馈直线电机的位置参数，确保直线电机能够正常运行的主要是用磁栅尺和磁编码器，或光栅尺和光编码器来反馈位置信息。然而，磁栅尺和磁编码器对安装精度要求很严格，提高了加工设计难度，以及老化后结构精度下降。并且，在运动过程中，该磁编码器或光编码器有独立的运行轨道，在弯段、上坡等地段，其运行行程会与直线电机不同，由此，目前的磁编码器或光编码器相对于磁栅尺或光栅尺需要保持水平且水平竖直方向尽量不偏移，只适用于直线段应用。另外，目前传统的磁编码器主要是基于磁场等分来实现对直线电机位置的反馈，存在一定的温度漂移现象，测试精度低。

因此，基于上述技术问题，有必要提出一种新的用于检测直线电机位置的编码器。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种检测直线电机位置的编码器。

本发明提供一种检测直线电机位置的编码器，所述直线电机与所述编码器相邻设置，且所述直线电机与所述编码器对应同一个运行轨道，所述运行轨道设置有至少两个极性相反的磁性件；

其中，

所述编码器包括多个霍尔传感器，所述多个霍尔传感器等间距排布在所述直线电机的极距范围内，所述霍尔传感器通过检测所述磁性件的磁场信号以输出对应的霍尔信号，进而得到所述直线电机的位置信息。

可选的，所述霍尔传感器在所述磁性件的磁场为N时输出高电平信号，所述霍尔传感器在所述磁性件的磁场为S时输出低电平信号。

可选的，所述直线电机沿水平方向变化预设距离时，与所述预设距离相对应数量的所述霍尔传感器跳变预设单位值，并输出对应的霍尔信号。

可选的，所述霍尔传感器沿水平方向等间距排布和/或沿竖直方向等间距排布。

可选的，所述霍尔传感器的数量为所述直线电机极距长度的一半。

可选的，所述多个霍尔传感器之间的的间距与所述直线电机极距长度以及所述霍尔传感器数量的关系式如下：

D＝L/2/A；

其中，D代表所述多个霍尔传感器之间的间距；

L代表所述直线电机极距的长度；

A代表所述霍尔传感器的数量。

可选的，所述直线电机极距长度范围为30mm～34mm；和/或，

所述霍尔传感器的数量范围为15个～17个；和/或，

所述多个霍尔传感器之间的间距为1mm。

可选的，所述霍尔传感器采用霍尔开关。

可选的，相邻的两个所述磁性件极性相反，且该两个所述磁性件的总长度与所述直线电机的极距长度相同。

可选的，所述编码器包括磁编码器或光编码器。

本发明提供一种检测直线电机位置的编码器，直线电机与编码器相邻设置，且直线电机与编码器对应同一个运行轨道，运行轨道设置有至少两个极性相反的磁性件；其中，编码器包括多个霍尔传感器，多个霍尔传感器等间距排布在直线电机的极距范围内，霍尔传感器通过检测磁性件的磁场信号以输出对应的霍尔信号，进而得到直线电机的位置信息。本发明的编码器包括多个霍尔传感器为等距式分布，即基于位置上的等分而不是磁场上的等分，降低了磁场差异对编码器的影响，以及降低了安装精度的要求。其次，本发明的编码器与直线电机共用一个运行轨道，通过直线电机上磁性件磁场的变化反馈直线电机的位置信息，无需栅尺，可有效避免编码器行程与直线电机行程不同的问题，进而得到直线电机运行的真实行程。

附图说明

图1为本发明一实施例的直线电机、编码器以及运行轨道的的结构示意图；

图2为本发明另一实施例的检测直线电机位置的编码器的结构示意图；

图3为本发明另一实施例的检测直线电机位置的编码器的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

在发明的一些描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“相连”或者“固定”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是通过中间媒体间接连接，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的互相作用关系。以及，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

如图1至图3所示，本发明提供一种检测直线电机位置的编码器，其中，编码器100与直线电机200相邻设置，且编码器100与直线电机200对应同一个运行轨道300，该运行轨道300设置有至少两个极性相反的磁性件。其中，编码器100包括多个霍尔传感器111，多个霍尔传感器111等间距排布在直线电机200的极距范围内(例如，直线电机的极距为L，即多个霍尔传感器在L范围内等间距排布)，霍尔传感器通过检测磁性件的磁场信号以输出对应的霍尔信号，进而得到直线电机的位置信息。

本实施例编码器包括的多个霍尔传感器是基于位置上的等分而不是磁场上的等分，有效降低了磁场差异对编码器的影响，温漂小，以及降低了安装精度的要求。其次，由于本实施例的直线电机与编码器相邻设置，且对应同一个运行轨道，其两者的安装位置始终保持固定，通过直线电机上磁性件磁场的变化反馈直线电机的位置信息，使得编码器行程更接近直线电机的真实行程，无需栅尺，可有效避免编码器行程与直线电机行程不同的问题。

具体的，如图1至图3所示，本实施例的霍尔传感器111在运行轨道300中的磁性件的磁场为N时输出高电平信号，对应输出1，霍尔传感器在磁性件的磁场为S时输出低电平信号，对应输出0。也就是说，本实施例通过霍尔传感器检测直线电机上磁性件NS变化进而反馈直线电机的位置信息。

需要说明的是，本实施例的磁性件可采用磁铁，以作为定子磁铁。应当理解的是，当包括多个磁性件时，相邻的两个磁性件极性相反，即N极与S级交替排列，且该两个磁性件的总长度与直线电机的极距长度相同。

本实施例设置的直线电机、编码器均与运行轨道具有一定的距离，即与磁铁间距较远，无摩擦，无需对采集的信号进行过多的算法转化，器件比较简单，使用寿命更长，且可减少物料磁铁差异性过大带来的问题。

进一步的，直线电机沿水平方向变化预设距离时，与预设距离相对应数量的霍尔传感器跳变预设单位值，并输出对应的霍尔信号。也就是说，直线电机沿水平方向前进，编码器中的霍尔传感器的输出信号也随之跳变为相应的数值。

更进一步的，如图2所示，在一些实施例中，多个霍尔传感器111沿水平方向等间距排布，即呈直线排布方式。或者，在另一些实施例中，多个霍尔传感器还可以沿竖直方向等间距排布。当然，在另一些实施例中，如图3所示，多个霍尔传感器111还可以既沿水平方向等间距排布，还可以同时沿竖直方向等间距排布。

需要说明的是，本实施例的霍尔传感器的数量为直线电机极距长度的一半。示例性的，如图2和图3所示，当直线电机的极距长度为32mm时，可以等间隔设置16个霍尔传感器111。

更进一步的，多个霍尔传感器之间的的间距与直线电机极距长度以及霍尔传感器数量的关系式如下：

D＝L/2/A；

其中，D代表多个霍尔传感器之间的间距；

L代表直线电机极距的长度；

A代表霍尔传感器的数量。

需要说明的是，本实施例的直线电机极距长度为32mm，霍尔传感器的数量范围为16个，多个霍尔传感器之间的间距为1mm，精度为1mm。

进一步需要说明的是，在另一些实施例中，直线电机极距长度范围为32mm时，若使用的传感器数量达160个，则多个霍尔传感器之间的间距为0.1mm，精度为0.1mm。

值得说明的是，直线电机极距长度不为32mm也适用该方式，只要满足上述提到的公式D＝L/2/A及排布方式即可。

示例性的，如图1至图3所示，直线电机200的极距长度为32mm，相对应的，等间距设置16个霍尔传感器111，并且，将各霍尔传感器111之间的间距D设置为1mm。

进一步需要说明的是，本实施例的位置等分式编码器精度主要取决于霍尔传感器的尺寸和排布密度，由此，该编码器的精度与各霍尔传感器之间的间距相同，也就是说，编码器的精度为1mm或0.1mm。

仍需要说明的是，本实施例的霍尔传感器可采用霍尔开关。当然，还可以采用其他霍尔元件，对此不作具体限定。

由于目前的霍尔传感器均通过检测磁场强度变化对直线电机的位置判断，均存在温度漂移现象，基于此，本发明人经过研究发现，本实施例采用等距的多霍尔开关对直线电机的位置进行判断，以实现温漂小，精度高等特点。

基于上述结构，当霍尔传感器采用霍尔开关时，设霍尔开关在磁场为N时输出1(高电平)，S时输出0(低电平)，霍尔开关数量为16，直线电机极距为32mm，磁铁N、磁铁S的长度均为16mm，在图1位置上，全部的霍尔开关(即对应图1中的编码器100)位于磁铁S上方时，霍尔开关输出信号0000000000000000，在此位置水平向左前进1mm时，最左边的霍尔开关通过磁铁NS交界，处于N时，霍尔开关输出信号为1000000000000000，当前进2mm时，又一霍尔开关经过磁铁NS交界，处于N，霍尔开关输出信号为1100000000000000，以此类推。也就是说，在直线电机运动过程中，编码器也随之运动，各霍尔开关输出的状态值不断变化，以实现与直线电机相同的行程，进而反映出直线电机的真实行程。

具体的，直线电机沿水平方向变化距离为1mm时，霍尔传感器同样变化1mm，并输出对应的霍尔信号，这样通过对比变化前后的运动信号即可知道前进1mm。例如运动前的霍尔的信号为1100000000000000，运动后的霍尔信号为1110000000000000，即可以知霍尔开关向左移动1mm。反之运动前的霍尔的信号为1100000000000000，运动后的霍尔信号为1000000000000000，即可以得出霍尔开关向右移动1mm，进而得出直线电机的位置信息。

应当理解的是，由于本实施例采用位置等分式的霍尔开关，不论磁场强度大小如何，同一霍尔开关在同一位置上受到的影响相同，输出也相同，例如第一个霍尔开关在某一位置刚跳变为1，第二个霍尔开关距第一个霍尔1mm，第二个霍尔也将运动到该位置跳变为1，该距离为1mm。

进一步的，上述输出的霍尔信号可通过单片机将该信号转换输出ABZ给驱动板。

仍需要说明的是，本实施例的编码器包括磁编码器或光编码器。本实施例的编码器大大减少了直线电机在编码器方面的成本，无需磁栅尺或光栅尺。并且，本实施例的编码器可适用于弯段、爬坡等非直线路段，其抗异性高于现有的磁编码器，不易受电源的影响。

本发明提供一种检测直线电机位置的编码器，相对于现有技术而言具有以下有益效果：第一、本发明的编码器包括多个霍尔传感器为等距式分布，即基于位置上的等分而不是磁场上的等分，降低了磁场差异对编码器的影响，以及降低了安装精度的要求。第二、本发明的编码器与直线电机共用一个运行轨道，通过直线电机上磁性件磁场的变化反馈直线电机的位置信息，无需栅尺，可有效避免编码器行程与直线电机行程不同的问题，进而得到直线电机运行的真实行程。第三、本发明的编码器大大减少直线电机在编码器方面的成本。第四、本发明的编码器与磁铁间距较远，无摩擦，无需对采集的信号进行过多的算法转化，器件比较简单，使用寿命更长，以及，可减少物料磁铁差异性过大带来的问题。第五、本发明的编码器温漂小，以及抗异性高于现有的磁编码器，可使用于弯段，爬坡等非直线路段，相比于磁编码器更不易受到电源影响。

可以理解的是，以上实施方式是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种检测直线电机位置的编码器，其特征在于，所述直线电机与所述编码器相邻设置，且所述直线电机与所述编码器对应同一个运行轨道，所述运行轨道设置有至少两个极性相反的磁性件；其中，

所述编码器包括多个霍尔传感器，所述多个霍尔传感器等间距排布在所述直线电机的极距范围内，所述霍尔传感器通过检测所述磁性件的磁场信号以输出对应的霍尔信号，进而得到所述直线电机的位置信息。

2.根据权利要求1所述的检测直线电机位置的编码器，其特征在于，所述霍尔传感器在所述磁性件的磁场为N时输出高电平信号，所述霍尔传感器在所述磁性件的磁场为S时输出低电平信号。

3.根据权利要求1所述的检测直线电机位置的编码器，其特征在于，所述直线电机沿水平方向变化预设距离时，与所述预设距离相对应数量的所述霍尔传感器跳变预设单位值，并输出对应的霍尔信号。

4.根据权利要求1至3任一项所述的检测直线电机位置的编码器，其特征在于，所述霍尔传感器沿水平方向等间距排布和/或沿竖直方向等间距排布。

5.根据权利要求4所述的检测直线电机位置的编码器，其特征在于，所述霍尔传感器的数量为所述直线电机极距长度的一半。

6.根据权利要求5所述的检测直线电机位置的编码器，其特征在于，所述多个霍尔传感器之间的的间距与所述直线电机极距长度以及所述霍尔传感器数量的关系式如下：

D＝L/2/A；

其中，D代表所述多个霍尔传感器之间的间距；

L代表所述直线电机的极距长度；

A代表所述霍尔传感器的数量。

7.根据权利要求6所述的检测直线电机位置的编码器，其特征在于，所述直线电机极距长度范围为30mm～34mm；和/或，

所述霍尔传感器的数量范围为15个～17个；和/或，

所述多个霍尔传感器之间的间距为1mm。

8.根据权利要求1至3任一项所述的检测直线电机位置的编码器，其特征在于，所述霍尔传感器采用霍尔开关。

9.根据权利要求1至3任一项所述的检测直线电机位置的编码器，其特征在于，相邻的两个所述磁性件极性相反，且该两个所述磁性件的总长度与所述直线电机的极距长度相同。

10.根据权利要求1至3任一项所述的检测直线电机位置的编码器，其特征在于，所述编码器包括磁编码器或光编码器。

Images