CN113587957A - 一种直线电机专用编码器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种直线电机专用编码器，包括壳体，在壳体内设置有PCB板。所述PCB板上设置有线性相对编码电路、UVW换向信号采集电路、细分电路、第一差分信号转换电路以及第二差分信号转换电路。所述线性相对编码电路包括2个模拟量线性霍尔传感器，所述UVW换向信号采集电路包括3个数字贴片霍尔传感器，所述2个模拟量线性霍尔传感器规布于3个数字贴片霍尔传感器形成的间隙中，上述5个霍尔传感器排布在一条直线上。本发明解决了直线电机运动***传统外置编码器的抗噪性能差、抗污染环境能力差、安装需要精加工精度面的问题，同时依然保证1um/count的分辨率，且对比传统增量式编码器的驱动逻辑更稳定、可靠、准确。
Description
技术领域
本发明涉及直线电机技术领域，尤其涉及一种直线电机的编码器。
背景技术
目前应用于直线电机的编码器主要有光学直线编码器和磁感应直线编码两种类型。光学直线编码器需要在电机专用上安装直线光栅，然后通过编码器的读头读取光学信号并转换为位置信息输出；磁编码器则需要在电机专用上安装直线磁栅，然后通过编码器的读头读取磁信号并转换为位置信息输出。不管何种类型的编码器均需要在电机专用上额外安装栅尺(光栅或者磁栅)，存在成本高、而且安装复杂、误差的大小不易控制等缺点。
另外，光栅容易受到油污、尘埃等环境影响，不适合在恶劣工况下应用。磁栅的抗污能力比较好，但是磁栅容易被外部磁场磁化，特别是对于小型直线电机，磁珊尺安装的位置需要远离电机内部次级上的磁钢，不然会被磁化导致编码器失效。
还有，一般直线光栅或者磁栅均为增量式刻线，无法提供绝对位置，因此应用于直线电机时无法提供电机中初级的相位信息，直线电机初次上电在寻找相位的时候会出现初级较大幅度的位置移动，这在很多应用场合是不允许的。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提出了一种直线电机专用编码器，是一种同时拥有配对相应直线电机产品的霍尔传感器、与直线电机定子（磁铁、次级）编码器的综合编码器。本发明具体通过如下技术方案实现：
一种直线电机专用编码器，所述编码器包括壳体，在壳体内设置有PCB板，所述PCB板上设置有线性相对编码电路、UVW换向信号采集电路、细分电路、第一差分信号转换电路以及第二差分信号转换电路；其中，
所述线性相对编码电路，用于采集动子在运动过程中产生的磁场信号，并将所述磁场信号转换为两路相位差为90°的电压信号；
所述UVW换向信号采集电路，用于采集定子的磁场强度信息，并将其转换为UVW换向信号；
所述细分电路，用于将两路电压信号进行预设倍数细分，得到两路正交编码器信号；
所述第一差分信号转换电路，用于将所述两路电压信号转换为编码脉冲信号；
所述第二差分信号转换电路，用于将所述UVW换向信号转换为UVW差分脉冲信号；
所述线性相对编码电路、细分电路和第一差分信号转换电路依次连接，所述UVW换向信号采集电路与第二差分信号转换电路连接；
其中，所述线性相对编码电路包括2个模拟量线性霍尔传感器，所述UVW换向信号采集电路包括3个数字贴片霍尔传感器，所述2个模拟量线性霍尔传感器规布于3个数字贴片霍尔传感器形成的间隙中，上述5个霍尔传感器排布在一条直线上。
作为本发明的进一步改进，所述线性相对编码电路的2个模拟量线性霍尔传感器之间相距四分之一磁场周期。
作为本发明的进一步改进，所述UVW换向信号采集电路的3个数字贴片霍尔传感器相隔所述直线电机的1/6磁极距。
作为本发明的进一步改进，所述壳体内还设置有用于固定所述PCB板的固定件。
作为本发明的进一步改进，所述壳体为铝制金属包围。
作为本发明的进一步改进，所述PCB板上的能量线均上拉限流电阻、稳压电容，达到进电功能端稳定；能量对地端均下拉限流电阻与稳压电容。
作为本发明的进一步改进，所述PCB板间信号通信，均采用高速差分光耦IO。
作为本发明的进一步改进，所述编码器还包括具有信号延时调节的硬件电路，用于对输出的所述编码脉冲信号进行延时，以抵抗、调节传感的磁滞效应延时。
本发明还提供了一种直线电机，包括定子和相对所述定子运动的动子，其特征在于，还包括本发明的直线电机专用编码器，所述直线电机专用编码器固定于是动子的一侧。
作为本发明的进一步改进，所述直线电机专用编码器的底面与定子的顶面之间的安装距离为8mm±0.5mm。
本发明的有益效果是：本发明通过线性磁性编码技术传感、解析直线电机定子的磁场，以定子为编码器“栅尺”，编码数据用于相对位置的数据反馈；增加霍尔传感器，单独作为驱动逻辑的依据，支持驱动器底层的驱动算法，以解决相对编码的绝对误差引起失控或者驱控逻辑偏差过大问题。
附图说明
图1是本发明的直线电机专用编码器的电路原理图；
图2是本发明的直线电机专用编码器的传感器规布图；
图3（a）是本发明的直线电机专用编码器与直线电机布置的正视图;
图3（b）是本发明的直线电机专用编码器与直线电机布置的左视图;
图3（c）是本发明的直线电机专用编码器与直线电机布置的俯视图；
图4是模拟量霍尔传感的90°A/B相弦波形图；
图5是A/B相弦波进行利萨如图形变换后的示意图；
图6是传感信号的矫正滤波按钮电路图；
图7是正向运动中的编码脉冲信号波形图；
图8是反向运动中的编码脉冲信号波形图；
图9是调节传感磁滞效应的信号延迟的电路图；
图10是正向运动中的UVW差分脉冲信号波形图；
图11是反向运动中的UVW差分脉冲信号波形图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。
本发明的直线电机专用编码器，又称为数字伺服编码器（DSE，Digital ServoEncoder），包括壳体以及在壳体内设置有PCB板，所述PCB板上设置有线性相对编码电路、UVW换向信号采集电路、细分电路、第一差分信号转换电路以及第二差分信号转换电路。其电路原理图如图1所示。
所述线性相对编码电路，用于采集动子在运动过程中产生的磁场信号，并将所述磁场信号转换为两路相位差为90°的电压信号。所述UVW换向信号采集电路，用于采集定子的磁场强度信息，并将其转换为UVW换向信号。所述细分电路，用于将两路电压信号进行预设倍数细分，得到两路正交编码器信号。所述第一差分信号转换电路，用于将所述两路电压信号转换为编码脉冲信号。所述第二差分信号转换电路，用于将所述UVW换向信号转换为UVW差分脉冲信号。所述线性相对编码电路、细分电路和第一差分信号转换电路依次连接，所述UVW换向信号采集电路与第二差分信号转换电路连接。
如图2所示，线性相对编码电路包括2个模拟量线性霍尔传感器（2-1,2-2），UVW换向信号采集电路包括3个数字贴片霍尔传感器（1-1,1-2,1-3）。2个模拟量线性霍尔传感器规布于3个数字贴片霍尔传感器形成的间隙中，上述5个霍尔传感器排布在一条直线上。
如图3（a）-（c）所示，本发明编码器的安装，需要感测面距离待测物（直线电机定子）8mm±0.5mm。螺丝锁附至直线电机动子运动的前后端（动力线出现方位）。具体传感布置间距，符合选用具体传感器的磁场高斯强度感测范围。
2个模拟量线性霍尔传感器，呈待测对象的1/4周期分布，得到如图3所示的A/B相的SIN/COS弦波型号。根据传感器的磁电传感特性（传感磁通高斯值的范围），规布传感器与待测对象（定子）的安装高度。
将A/B相弦波垂直进行利萨如图形（Lissajous-Figure）的变化，如图5所示。根据利萨如图形圆形周期的弧角具体信息和之前时刻的变化趋势（弦波相位变化）进行电子细分。
X=Msin(K*t)，Y=Mcos(K*t)。48M的硼永磁铁，保证X、Y本身与相互之间的系数（M与K的弦波系数）一致性，以至于利萨如图形的整数比为1，接近于一个理想的圆周。同时设置传感信号的矫正滤波按钮(3)，由此保证编码器原始信号稳定性，传感信号的矫正滤波按钮如图6所示。
对理想圆周的弧角进行P*103倍数细分（P为直线电机对应磁极距），以至于编码器的分辨率达到1微米/脉冲的单位输出。得到90°相位差AB脉冲信号，通过高速差分芯片变为符合422、485协议的TTL方波脉冲信号（DSE编码脉冲信号），如图7和图8所示。其中，信号上限≥5Mhz。
同时对于编码器的输出信号±A、B TTL信号，还具有如图9所示的信号延时调节的硬件电路，以抵抗、调节传感的磁滞效应延时信号的效果。
相隔对应直线电机的1/6磁极距（60°磁周期）布置1颗数字贴片hall传感器，共三颗，相应的传感直线电机定子的磁场强度信息，形成UVW的TTL脉冲信号。通过高速差分芯片输出如图10和图11所示的±UVW差分脉冲信号。
作为本发明的进一步改进，PCB板上所有的能量线均上拉限流电阻、稳压电容，达到进电功能端稳定；能量对地端均下拉限流电阻与稳压电容。PCB板间信号通信，均采用高速差分光耦IO。电缆线均采用两两双绞信号线，高韧性纤芯与高强度胶皮、内置交织屏蔽层。电芯为镀银铜线，实现小线径低阻抗（0.12mm²线径）。编码器外壳为铝制金属包围，吸收高频交流电磁干扰与漏电击穿。
本发明解决了直线电机运动***传统外置编码器（光栅或磁栅）的抗噪性能差、抗污染环境能力差（粉尘、磁性粉尘、水汽、油污、液体等）、安装需要精加工精度面的问题，同时依然保证1um/count的分辨率，且对比传统增量式编码器的驱动逻辑（电气相位初始化）更稳定、可靠、准确。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种直线电机专用编码器，所述编码器包括壳体，在壳体内设置有PCB板，其特征在于：所述PCB板上设置有线性相对编码电路、UVW换向信号采集电路、细分电路、第一差分信号转换电路以及第二差分信号转换电路；其中，
所述线性相对编码电路，用于采集动子在运动过程中产生的磁场信号，并将所述磁场信号转换为两路相位差为90°的电压信号；
所述UVW换向信号采集电路，用于采集定子的磁场强度信息，并将其转换为UVW换向信号；
所述细分电路，用于将两路电压信号进行预设倍数细分，得到两路正交编码器信号；
所述第一差分信号转换电路，用于将所述两路电压信号转换为编码脉冲信号；
所述第二差分信号转换电路，用于将所述UVW换向信号转换为UVW差分脉冲信号；
所述线性相对编码电路、细分电路和第一差分信号转换电路依次连接，所述UVW换向信号采集电路与第二差分信号转换电路连接；
其中，所述线性相对编码电路包括2个模拟量线性霍尔传感器，所述UVW换向信号采集电路包括3个数字贴片霍尔传感器，所述2个模拟量线性霍尔传感器规布于3个数字贴片霍尔传感器形成的间隙中，上述5个霍尔传感器排布在一条直线上。
2.根据权利要求1所述的直线电机专用编码器，其特征在于，所述线性相对编码电路的2个模拟量线性霍尔传感器之间相距四分之一磁场周期。
3.根据权利要求1所述的直线电机专用编码器，其特征在于，所述UVW换向信号采集电路的3个数字贴片霍尔传感器相隔所述直线电机的1/6磁极距。
4.根据权利要求1所述的直线电机专用编码器，其特征在于，所述壳体内还设置有用于固定所述PCB板的固定件。
5.根据权利要求1所述的直线电机专用编码器，其特征在于，所述壳体为铝制金属包围。
6.根据权利要求1所述的直线电机专用编码器，其特征在于，所述PCB板上的能量线均上拉限流电阻、稳压电容，达到进电功能端稳定；能量对地端均下拉限流电阻与稳压电容。
7.根据权利要求1所述的直线电机专用编码器，其特征在于，所述PCB板间信号通信，均采用高速差分光耦IO。
8.根据权利要求1所述的直线电机专用编码器，其特征在于，所述编码器还包括具有信号延时调节的硬件电路，用于对输出的所述编码脉冲信号进行延时，以抵抗、调节传感的磁滞效应延时。
9.一种直线电机，包括定子和相对所述定子运动的动子，其特征在于，还包括本发明的直线电机专用编码器，所述直线电机专用编码器固定于是动子的一侧。
10.根据权利要求9所述的直线电机，其特征在于，，所述直线电机专用编码器的底面与定子的顶面之间的安装距离为8mm±0.5mm。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102818581A (zh) * | 2012-07-12 | 2012-12-12 | 武汉迈信电气技术有限公司 | 一种基于旋转变压器的增量式编码器 |
| CN106849520A (zh) * | 2016-11-29 | 2017-06-13 | 广东德康威尔科技有限公司 | 一种直线电机磁轨编码器、直线电机及其位置检测方法 |
| CN109831073A (zh) * | 2019-01-29 | 2019-05-31 | 苏州灵猴机器人有限公司 | 一种直线电机位置反馈装置 |
| CN111600446A (zh) * | 2020-06-08 | 2020-08-28 | 万图机器人(宁波)有限公司 | 一种用于直线电机的编码器、直线电机及其位置检测方法 |
| CN111795710A (zh) * | 2020-07-09 | 2020-10-20 | 赛卓微电子(深圳)有限公司 | 一种增量式编码器ic中输出uvw信号的方法 |
| CN112066863A (zh) * | 2020-11-10 | 2020-12-11 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种动圈式直线电机位置校准装置及方法 |
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2021
- 2021-07-30 CN CN202110868687.0A patent/CN113587957B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102818581A (zh) * | 2012-07-12 | 2012-12-12 | 武汉迈信电气技术有限公司 | 一种基于旋转变压器的增量式编码器 |
| CN106849520A (zh) * | 2016-11-29 | 2017-06-13 | 广东德康威尔科技有限公司 | 一种直线电机磁轨编码器、直线电机及其位置检测方法 |
| CN109831073A (zh) * | 2019-01-29 | 2019-05-31 | 苏州灵猴机器人有限公司 | 一种直线电机位置反馈装置 |
| CN111600446A (zh) * | 2020-06-08 | 2020-08-28 | 万图机器人(宁波)有限公司 | 一种用于直线电机的编码器、直线电机及其位置检测方法 |
| CN111795710A (zh) * | 2020-07-09 | 2020-10-20 | 赛卓微电子(深圳)有限公司 | 一种增量式编码器ic中输出uvw信号的方法 |
| CN112066863A (zh) * | 2020-11-10 | 2020-12-11 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种动圈式直线电机位置校准装置及方法 |
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