CN206077164U - 磁盘式电机编码器及伺服电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及伺服电机和磁盘式电机编码器，编码器包括：磁盘，安装到电机转动轴上，随转动轴同步转动，磁盘包括环绕转动轴线、由内向外排布设置的第一圈磁路、第二圈磁路、第三圈磁路；磁路检测单元，与磁盘的一侧面相对设置，以分别感应各磁路的磁场，以转换成三种对应的电压信号；以及信号处理单元，与磁路检测单元电性连接，将磁路检测单元得到的三种电压信号分别生成换相信号、旋转脉冲信号、零位脉冲信号中的一种信号，且三种电压信号生成的信号不同。磁盘采用盘式扇形磁路，在与磁路检测单元正对的位置形成闭合的磁场，可以有效的抵抗外界磁干扰，对光、油污、粉尘、震动等因素不敏感，具有极强的耐用性，磁盘式还可减少电机的轴向尺寸。

Description

磁盘式电机编码器及伺服电机

技术领域

本实用新型涉及电机领域，更具体地说，涉及一种磁盘式电机编码器及伺服电机。

背景技术

相关技术中的伺服电机的编码器大量的为光电式编码器，该类型编码器采用光电感应的方式，光从码盘的一边发射，通过码盘上的刻度遮掩产生不同的光信号，经过另一边的光电接收管生成不同的电信号，进而反馈出编码器的转动位置。

由于该结构上要求光电管与码盘之间的距离小，因此对电机的轴向窜动量有严格要求，安装精度要求高。同时由于码盘采用玻璃材质，码盘上的位置码道非常小，在震动强烈、环境恶劣的场合下容易失效。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，提供一种改进的磁盘式电机编码器及伺服电机。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种磁盘式电机编码器，包括：

磁盘，安装到电机转动轴上，随所述转动轴同步转动，所述磁盘包括环绕转动轴线、由内向外排布设置的第一圈磁路、第二圈磁路、第三圈磁路；

磁路检测单元，与所述磁盘的一侧面相对设置，以分别感应所述第一圈磁路、第二圈磁路、第三圈磁路的磁场，以转换成三种对应的电压信号；以及

信号处理单元，与所述磁路检测单元电性连接，将所述磁路检测单元得到的三种电压信号分别生成换相信号、旋转脉冲信号、零位脉冲信号中的一种信号，且三种所述电压信号生成的信号不同。

优选地，所述磁路检测单元包括分别与所述第一圈磁路、第二圈磁路、第三圈磁路位置对应的第一霍尔传感器、第二霍尔传感器、第三霍尔传感器。

优选地，所述第一圈磁路包括沿周向交错排布的第一N极磁极和第一S极磁极，所述第一霍尔传感器感应所述第一N极磁极和第一S极磁极的磁极信号，实时的反应电机转子与定子的实际空间角度位置，对应的生成电机的换相信号。

优选地，所述第二圈磁路包括沿周向交错排布的第二N极磁极和第二S极磁极，所述第二N极磁极、第二S极磁极分别包括至少两个，所述第二霍尔传感器感应所述第二N极磁极、第二S极磁极的磁极信号，对应的生成正余弦的电压信号，所述信号处理单元将所述正余弦电压信号生成正交脉冲信号，以得出所述编码器的转动方向。

优选地，所述第三圈磁路包括周向错开设置的一个第三N极磁极和一个第三S极磁极，所述第三霍尔传感器感应所述第三N极磁极、第三S极磁极的磁极信号，以在所述磁盘每旋转一圈时生成一个零位脉冲信号。

优选地，所述第一霍尔传感器、第三霍尔传感器在同一转向角度。

优选地，所述磁路检测单元与所述磁盘之间的间距在0.5-1mm。

优选地，所述编码器还包括PCB板，所述PCB板与电机主体之间的位置相对固定，所述PCB板与所述磁盘相对设置，所述磁路检测单元设置在所述PCB板与所述磁盘正对的一面上。

优选地，所述PCB板设置在所述磁盘与所述电机主体相对的一侧。

本实用新型还构造一种伺服电机，包括所述的磁盘式电机编码器。

实施本实用新型的磁盘式电机编码器及伺服电机，具有以下有益效果：本实用新型伺服电机和编码器的磁盘采用盘式扇形磁路，在与磁路检测单元正对的位置形成闭合的磁场，外界的磁干扰在磁路检测单元上方不能有效的形成干扰的闭合磁路，因此可以非常有效的抵抗外界磁干扰；该编码器对光、油污、粉尘、震动等因素不敏感，因此具有极强的耐用性，另外，采用磁盘式，还可减少电机的轴向尺寸，让电机更加的小型化。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型实施例中的交流伺服电机的内部结构示意图；

图2是本实用新型交流伺服电机安装磁盘式电机编码器时的结构示意图；

图3是图1中的磁盘的第一圈磁路、第二圈磁路、第三圈磁路的排布示意图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

如图1、图2所示，本实用新型一个优选实施例中的交流伺服电机包括电机主体1和编码器2，编码器2设置在电机主体1的输出轴12的后端122。

电机主体1包括壳体11、转动轴12、磁钢13以及定子组件14。进一步地，壳体11的断面呈圆形，壳体11的两相对端上分别设有供转动轴12转动安装的转动孔111。将电机主体1的壳体11做成圆形，可以减小电机的外形尺寸，减小占用空间。

另外，转动轴12穿设转动孔111，转动轴12包括输出端121和与输出端121相对的后端122，输出端121和后端122伸出到壳体11的转动孔111外。转动轴12还包括位于壳体11内部的安装段123，转动轴12位于安装段123的两端的部分分别与转动孔111转动配合，充分利用转动轴12的长度尺寸，以尽量的减小电机主体1的轴向厚度。

磁钢13安装在安装段123的外圈，定子组件14设置在壳体11的内壁面上，且与磁钢13的周圈表面相对以形成与磁钢13对应的磁场。在定子组件14通电后，产生磁场与磁钢13作用带动磁钢13和转动轴12转动。磁钢13和定子组件14充分利用壳体11内部的空间，尽量减小电机主体1的外形尺寸。

在一些实施例中，安装段123的外径大于转动轴12位于安装段123的两端的部分，可以让磁钢13的外形尺寸适当的增加，提升磁场的辐射范围，对应的增加与定子组件14的相互作用力，提升效率。

优选地，磁钢13为剩磁大于等于13.2mt的磁体，可以增加磁负荷，进一步增加与定子组件14的相互作用力，从而可以缩减了定子组件14的定子铁芯141的体积及尺寸，对应的减小电机的尺寸，从而提升电机的功率密度。

在一些实施例中，定子组件14包括沿磁钢13周圈设置的多个，定子组件14包括定子铁芯141、绝缘件142、定子绕组143。定子铁芯141与磁钢13的周圈表面正对设置，绝缘件142沿径向套设到定子铁芯141上，在定子铁芯141外形成绝缘。定子绕组143绕设在绝缘件142上，使用时由线材引出后与电源电性连接，以在通电后使定子组件14形成与磁钢13对应的磁场，与磁钢13作用带动转动轴12转动。

进一步地，编码器2为磁盘式编码器，可以减小编码器2在轴向的占用空间。编码器2包括磁盘21、磁路检测单元22、信号处理单元。磁盘21设置在转动轴12的后端122上，随转动轴12同步转动，磁盘21上设有用于产生磁场的磁路。

磁路检测单元22与壳体11之间的位置相对固定，磁路检测单元22与磁盘21相对设置，以感应磁路的磁场生成对应的电压信号。信号处理单元与磁路检测单元22电性连接，以将磁路检测单元22得到的电压信号生成编码信号输出。

为了使线材得到很好的隐蔽，同时，避免线材占用到外形尺寸，转动轴12上沿轴向贯穿设有让电机的线材穿过的走线孔124，可以使电源线及信号线穿过，且不影响电机的外形尺寸，更加的隐蔽。

进一步地，为了防止在转动轴12过程中对线材造成磨损或引起绕线，走线孔124内穿设有护线套3，供线材穿设。优选地，护线套3周向定位安装，可以让线材避免受到转动轴12转动造成的影响。

编码器2还包括防护罩23和PCB板24，磁路检测单元22、信号处理单元设置在PCB板24上，PCB板24安装在壳体11外侧上与磁盘21相对设置，让PCB板24位于在磁盘21与电机主体1相对的一侧。磁路检测单元22与磁盘21正对，进一步地，磁路检测单元22设置在PCB板24与磁盘21正对的一面上。

防护罩23罩设到磁盘21和磁路检测单元22、信号处理单元、PCB板24上，并与壳体11可拆卸连接，对内部的部件进行防护。防护罩23上设有与转动轴12的后端122对应的套孔231，护线套3穿设走线孔124并安装在套孔231上，对护线套3进行定位。

进一步地，磁路检测单元22与磁盘21之间的间距在0.5-1mm，以保证能准确的感测到磁场。

如图3所示，在一些实施例中，磁盘21的磁路包括环绕转动轴12线、由内向外排布设置的第一圈磁路211、第二圈磁路212、第三圈磁路213。磁路检测单元22与磁盘21的一侧面相对设置，以分别感应第一圈磁路211、第二圈磁路212、第三圈磁路213的磁场，以转换成三种对应的电压信号。

信号处理单元与磁路检测单元22电性连接，将磁路检测单元22得到的三种电压信号分别生成换相信号、旋转脉冲信号、零位脉冲信号中的一种信号，且三种电压信号生成的信号不同。

结合图1、图3所示，进一步地，磁路检测单元22包括分别与第一圈磁路211、第二圈磁路212、第三圈磁路213位置对应的第一霍尔传感器、第二霍尔传感器、第三霍尔传感器，第一霍尔传感器、第二霍尔传感器、第三霍尔传感器分别感应第一圈磁路211、第二圈磁路212、第三圈磁路213的磁场。

磁路检测单元22采用多个霍尔采集磁场信号，独特的盘式扇形磁路，在与第一霍尔传感器、第二霍尔传感器、第三霍尔传感器正对的位置形成闭合的磁场，外界的磁干扰在磁路检测单元22上方不能有效的形成干扰的闭合磁路，因此可以非常有效的抵抗外界磁干扰。而该编码器2对光、油污、粉尘、震动等因素不敏感，因此具有极强的耐用性。

在一些实施例中，第一圈磁路211包括沿周向交错排布的第一N极磁极2111和第一S极磁极2112，第一霍尔传感器感应第一N极磁极2111和第一S极磁极2112的磁极信号，实时的反应电机转子与定子的实际空间角度位置，对应的生成电机的U、V、W相换相信号，驱动器可根据这些信号对电机进行驱动换相。

第二圈磁路212包括沿周向交错排布的第二N极磁极2121和第二S极磁极2122，第二N极磁极2121、第二S极磁极2122分别包括至少两个，第二霍尔传感器感应第二N极磁极2121、第二S极磁极2122的磁极信号，对应的生成正余弦的电压信号。信号处理单元将正余弦电压信号生成A、B相正交脉冲信号，通过检测两路信号的先后顺序，即以得出编码器2的转动方向。

磁盘21中的多极第二N极磁极2121、第二S极磁极2122信号，在磁路检测单元22中产生正余弦的电压信号，将两种信号进行转换、编解码后，生成A、B正交脉冲信号。根据精度需要，可将磁盘21每一圈第二N极磁极2121和第二S极磁极2122错开的物理角度，转换成对应精度的正交A、B信号。第二N极磁极2121、第二S极磁极2122的数量越多，其灵敏度则越高。

第三圈磁路213包括周向错开设置的一个第三N极磁极2131和一个第三S极磁极2132，第三霍尔传感器感应第三N极磁极2131、第三S极磁极2132的磁极信号，以在磁盘21每旋转一圈时生成一个零位脉冲信号。

磁盘21每旋转一圈生成一个Z信号，Z信号的上升沿与U相信号上升沿对齐。进一步地，第一霍尔传感器、第三霍尔传感器在同一转向角度，使磁盘21中物理空间上第三圈磁路213生成的Z信号与第一圈磁路211的U相信号对齐。

在其他实施例中，第一圈磁路211、第二圈磁路212、第三圈磁路213生成的信号也可对应的相互调整。A、B、Z、U、V、W信号在磁路检测元件中生成后，再转换成422电平的差分信号输出，可直接与伺服驱动器相连。

可以理解地，上述各技术特征可以任意组合使用而不受限制。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型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，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种磁盘式电机编码器，其特征在于，包括：

磁盘（21），安装到电机转动轴（12）上，随所述转动轴（12）同步转动，所述磁盘（21）包括环绕转动轴（12）线、由内向外排布设置的第一圈磁路（211）、第二圈磁路（212）、第三圈磁路（213）；

磁路检测单元（22），与所述磁盘（21）的一侧面相对设置，以分别感应所述第一圈磁路（211）、第二圈磁路（212）、第三圈磁路（213）的磁场，以转换成三种对应的电压信号；以及

信号处理单元，与所述磁路检测单元（22）电性连接，将所述磁路检测单元（22）得到的三种电压信号分别生成换相信号、旋转脉冲信号、零位脉冲信号中的一种信号，且三种所述电压信号生成的信号不同。

2.根据权利要求1所述的磁盘式电机编码器，其特征在于，所述磁路检测单元（22）包括分别与所述第一圈磁路（211）、第二圈磁路（212）、第三圈磁路（213）位置对应的第一霍尔传感器、第二霍尔传感器、第三霍尔传感器。

3.根据权利要求2所述的磁盘式电机编码器，其特征在于， 所述第一圈磁路（211）包括沿周向交错排布的第一N极磁极（2111）和第一S极磁极（2112），所述第一霍尔传感器感应所述第一N极磁极（2111）和第一S极磁极（2112）的磁极信号，实时的反应电机转子与定子的实际空间角度位置，对应的生成电机的换相信号。

4.根据权利要求2所述的磁盘式电机编码器，其特征在于，所述第二圈磁路（212）包括沿周向交错排布的第二N极磁极（2121）和第二S极磁极（2122），所述第二N极磁极（2121）、第二S极磁极（2122）分别包括至少两个，所述第二霍尔传感器感应所述第二N极磁极（2121）、第二S极磁极（2122）的磁极信号，对应的生成正余弦的电压信号，所述信号处理单元将所述正余弦电压信号生成正交脉冲信号，以得出所述编码器（2）的转动方向。

5.根据权利要求3所述的磁盘式电机编码器，其特征在于，所述第三圈磁路（213）包括周向错开设置的一个第三N极磁极（2131）和一个第三S极磁极（2132），所述第三霍尔传感器感应所述第三N极磁极（2131）、第三S极磁极（2132）的磁极信号，以在所述磁盘（21）每旋转一圈时生成一个零位脉冲信号。

6.根据权利要求5所述的磁盘式电机编码器，其特征在于，所述第一霍尔传感器、第三霍尔传感器在同一转向角度。

7.根据权利要求1至6任一项所述的磁盘式电机编码器，其特征在于，所述磁路检测单元（22）与所述磁盘（21）之间的间距在0.5-1mm。

8.根据权利要求1至6任一项所述的磁盘式电机编码器，其特征在于，所述编码器（2）还包括PCB板（24），所述PCB板（24）与电机主体（1）之间的位置相对固定，所述PCB板（24）与所述磁盘（21）相对设置，所述磁路检测单元（22）设置在所述PCB板（24）与所述磁盘（21）正对的一面上。

9.根据权利要求8所述的磁盘式电机编码器，其特征在于，所述PCB板（24）设置在所述磁盘（21）与所述电机主体（1）相对的一侧。

10.一种伺服电机，包括权利要求1至9任一项所述的磁盘式电机编码器。