CN206291915U - 一种霍尔式的多圈编码器 - Google Patents

Abstract

一种霍尔式的多圈编码器，包括转轴、外壳、旋转圆盘、永磁体、电路板、后盖、两个开关型霍尔传感器和N个线性霍尔传感器以及轴承。轴承外圈固定在外壳内，转轴穿过轴承内圈，且与轴承内圈固定，旋转圆盘固定在转轴的底部，永磁体固定在旋转圆盘下表面，转轴与外部驱动机构连接。开关型霍尔传感器和线性霍尔传感器焊接在电路板上，开关型霍尔传感器和线性霍尔传感器的感应面位于永磁体形成的磁场中；电路板固定在外壳上。永磁体跟随转轴同步旋转时，霍尔传感器会输出变化的电压信号，据此能够得到转轴旋转方向、角度大小和旋转圈数。本实用新型能够实现多圈测量，可靠性高，且结构简单，易于装配。

Description

一种霍尔式的多圈编码器

技术领域

本实用新型涉及一种霍尔式的多圈编码器，具体为一种霍尔式绝对值多圈测量磁电编码器，该编码器可以广泛应用于伺服驱动、机械制造、工业控制、国防、航空航天、军工等各个领域的精密测量和控制***中。

背景技术

编码器是一个精密的位置测量传感器，它把表示角位移或直线位移的模拟量转化成数字量。磁电编码器的工作原理是利用霍尔磁敏元件或磁敏电阻对磁钢随外部驱动机构运动的磁场进行收集，空间中任一点的磁场强度发生的周期性变化会引起霍尔元件输出的电压信号或磁敏电阻阻抗发生同样规律的周期性变化，这些电子信号通过微处理器转化为数字量并上传到上位机，进而得到外部驱动机构转动的位置数据。

与传统的光电编码器和旋转变压器式编码器相比，磁电编码器具有抗振动、抗腐蚀、抗干扰和宽工温的特性，不易受尘埃和水雾影响，因此可以应用于传统的光电编码器和旋转变压器式编码器不能适应的领域，同时其组成部件少，结构简单紧凑，体积大幅度减小，且成本更低。

多圈绝对值编码器相比单圈绝对值编码器，其测量范围加大，多圈编码器的技术方法种类较多，主要以齿轮结构为主。由于带有齿轮结构，增加了编码器自身重量和体积的同时，计数的精确度也取决于齿轮加工精度，且现有的霍尔式磁电编码器受永磁体与磁传感器的安装精度影响较大。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种霍尔式的多圈编码器，不需要齿轮，体积小、重量轻、结构简单，减小了安装精度对测量结果的影响，提高了测量精度。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种霍尔式的多圈编码器，包括转轴、外壳、旋转圆盘、永磁体、电路板、后盖、两个开关型霍尔传感器和N个线性霍尔传感器以及轴承，其中N为1或偶数；

轴承外圈固定在外壳内，转轴穿过轴承内圈，且与轴承内圈固定，旋转圆盘固定在转轴的底部，永磁体固定在旋转圆盘下表面，转轴与外部驱动机构连接，轴承内圈、旋转圆盘和永磁体能够随转轴同轴旋转；

开关型霍尔传感器和线性霍尔传感器焊接在电路板上，N个线性霍尔传感器相对于转轴轴心对称分布，开关型霍尔传感器和线性霍尔传感器的感应面位于永磁体形成的磁场中；电路板固定在外壳上，用于为开关型霍尔传感器和线性霍尔传感器供电，开关型霍尔传感器和线性霍尔传感器通过电路板向外输出信号；

永磁体由M对磁极构成，M为不为0的自然数；后盖安装在外壳底部。

所述两个开关型霍尔传感器相对于转轴轴心的间隔角度为180°以外的任意角度。

所述旋转圆盘由非导磁材料构成。

本实用新型具有以下优点：

(1)本实用新型不需要齿轮，通过永磁体和开关型霍尔传感器、线性霍尔传感器配合，可以在不增加其自身体积的情况下实现多圈测量，体积小、重量轻、结构简单，易于安装，可以根据设计精度需要，增加或减少霍尔传感器的个数，提高了测量的灵活性。

(2)本实用新型只要满足开关型霍尔传感器和线性霍尔传感器的感应面位于永磁体形成的磁场中即可实现位置测量，减小了安装精度对测量结果的影响，提高了测量精度。

(3)当采用多个线性霍尔传感器时，本实用新型能够明显提高编码器的工作灵敏度和精度，且每间隔180°的线性霍尔传感器作为一对，通过对径差分能够有效去除由机械加工、装配、使用环境、轴承间隙造成的定子和转子偏心误差量、霍尔直流偏置以及磁信号中存在的偶次谐波，进一步提高了测量精度。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为电路板上霍尔传感器的布局示意图；

图3为圆形永磁体的极性结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

如图1所示，本实用新型所述的一种霍尔式多圈编码器，包括转轴1、外壳2、固定在转轴1底部的旋转圆盘3、安装在旋转圆盘下表面的永磁体4、电路板5、后盖6、焊接在电路板5上的开关型霍尔传感器7和线性霍尔传感器9、轴承10、固定螺母8。

轴承10外圈固定在外壳2内，转轴1穿过轴承10内圈，且与内圈固定，旋转圆盘3、永磁体4、轴承10内圈可随转轴1同轴旋转。

内圈与转轴1固定有多种实现方式，如转轴1与轴承10内圈过渡配合，且转轴1上加工有一个限位块，用于固定转轴1和轴承10的相对位置。

如图2所示，两个开关型霍尔传感器7和N(N为1或偶数)个线性霍尔传感器9焊接在电路板上。两个开关型霍尔传感器7间隔分布，且靠近永磁体外边缘处，相对于转轴1轴心的角度为180°以外的任意角度。N个线性霍尔传感器9相对于转轴1轴心对称分布，开关型霍尔传感器7和线性霍尔传感器9的感应面位于永磁体4形成的磁场中。如当N＝4时，四个线性霍尔传感器9呈90°圆形阵列分布。电路板通过固定螺母8固定在外壳2上。电路板5固定在外壳2上，用于为开关型霍尔传感器7和线性霍尔传感器9供电，开关型霍尔传感器7通过电路板5向外输出脉冲信号，线性霍尔传感器9通过电路板5向外输出电压信号。转轴旋转时引起磁场变化，使霍尔传感器的输出信号发生变化，位于永磁体下方的线性霍尔传感器的信号变化可用于转轴旋转角度的计算，靠近永磁体外边缘处的开关型霍尔传感器的信号变化可用于转轴旋转圈数的计算和旋转方向的判定。

后盖6安装在外壳2底部，与外壳2紧密连接在一起，以防止外界的尘埃和水汽进入编码器内部，造成编码器的损坏。永磁体4由M对磁极构成，M为1，2，3……。永磁体4为圆形、长方体或其他形状，如图3所示为一半为N极、一半为S极的圆形永磁体。

本实用新型的工作原理是：当转轴1随着外部驱动机构(电机或其他旋转物)旋转时，旋转圆盘3上的永磁体4和转轴1同步旋转，永磁体4形成的固定磁场也会旋转，线性霍尔传感器9和开关型霍尔传感器7焊接在电路板5上，线性霍尔传感器9的感应面与转轴1是垂直的，当永磁体4旋转到不同位置时，线性霍尔传感器9感应面垂直方向上的磁场强度是变化的，因此线性霍尔传感器9的输出电压大小也是随着转轴1旋转角度的变化而变化的，根据该输出电压即可以得到转轴1旋转的角度。本实用新型采用多个线性霍尔传感器是为了提高编码器的工作灵敏度和精度，每间隔180°的线性霍尔传感器作为一对，通过对径差分可以有效的去除由机械加工、装配、使用环境、轴承间隙造成的定子和转子偏心误差量、霍尔直流偏置以及磁信号中存在的偶次谐波。

当永磁体4随着转轴旋转时，开关型霍尔传感器7会输出脉冲信号，根据两个开关型霍尔传感器7的间隔角度以及输出脉冲信号的相位的相对位置，可以判断出编码器的旋转方向，同时通过对脉冲个数进行计数，可以得到编码器的旋转圈数。

本实用新型中的开关型霍尔传感器也可以是线性霍尔传感器。

Claims (3)

1.一种霍尔式的多圈编码器，其特征在于：包括转轴(1)、外壳(2)、旋转圆盘(3)、永磁体(4)、电路板(5)、后盖(6)、两个开关型霍尔传感器(7)和N个线性霍尔传感器(9)以及轴承(10)，其中N为1或偶数；

轴承(10)外圈固定在外壳(2)内，转轴(1)穿过轴承(10)内圈，且与轴承(10)内圈固定，旋转圆盘(3)固定在转轴(1)的底部，永磁体(4)固定在旋转圆盘(3)下表面，转轴(1)与外部驱动机构连接，轴承(10)内圈、旋转圆盘(3)和永磁体(4)能够随转轴(1)同轴旋转；

开关型霍尔传感器(7)和线性霍尔传感器(9)焊接在电路板上，N个线性霍尔传感器(9)相对于转轴(1)轴心对称分布，开关型霍尔传感器(7)和线性霍尔传感器(9)的感应面位于永磁体(4)形成的磁场中；电路板(5)固定在外壳(2)上，用于为开关型霍尔传感器(7)和线性霍尔传感器(9)供电，开关型霍尔传感器(7)和线性霍尔传感器(9)通过电路板(5)向外输出信号；

永磁体(4)由M对磁极构成，M为不为0的自然数；后盖(6)安装在外壳(2)底部。

2.根据权利要求1所述的一种霍尔式的多圈编码器，其特征在于：所述两个开关型霍尔传感器(7)相对于转轴(1)轴心的间隔角度为180°以外的任意角度。

3.根据权利要求1所述的一种霍尔式的多圈编码器，其特征在于：所述旋转圆盘由非导磁材料构成。