CN116222624A - 一种电磁齿轮多圈式磁电编码器及其计圈数方法 - Google Patents
一种电磁齿轮多圈式磁电编码器及其计圈数方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116222624A CN116222624A CN202310091215.8A CN202310091215A CN116222624A CN 116222624 A CN116222624 A CN 116222624A CN 202310091215 A CN202310091215 A CN 202310091215A CN 116222624 A CN116222624 A CN 116222624A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ring
- coil
- outer ring
- electromagnetic gear
- power supply
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Abstract
本发明提出了一种电磁齿轮多圈式磁电编码器及其计圈数方法，旨在解决当前的单圈式磁电编码器不能记录旋转圈数的问题。本发明提出了一种通电线圈式的电磁齿轮，通过使用个数不同的线圈以及电磁齿轮，使得电磁齿轮间构成减速比的关系，使用霍尔元件解算每个电磁齿轮的旋转圈数，依靠本发明提出的记圈数方法得到电机主轴的旋转圈数。此编码器内使用电磁齿轮代替了传统的机械齿轮，没有机械接触，避免了机械磨损，电磁齿轮几乎也不需要进行维护，是一种可靠、稳定、计算简单的多圈式磁电编码器。
Description
技术领域
本发明属于编码器制造领域，具体涉及一种电磁齿轮多圈式磁电编码器及其计圈数方法。
背景技术
在现代工业中，因磁电编码器具有结构简单、抗污染能力强、测量精度较高等诸多优点，其应用范围也越来越广泛。磁电编码器主要包括定子、转子、永磁体材料、霍尔元件、信号解算板等，其测量原理是通过使用霍尔元件或磁阻等传感器，测量永磁体的角度或位移的变化，再通过放大电路对变化量进行放大，单片机就会输出脉冲信号或模拟量信号。
作为一种很稳定的测量装置，目前的磁电编码器主要是以单圈式磁电编码器为主，更偏重于记录电机的实时绝对位置以及转动姿态。但是这种磁电编码器具有很大的局限性，单圈式磁电编码器不能够记录下电机的所有旋转圈数，而在实际工作中，一些特定设备的旋转圈数是很重要的一个数据。
在机械手臂的伺服系统、机床丝杠、注塑机床、风力发电机等工业设备中的伺服电机就需要记录设备的旋转圈数，保证在断电后再次供电时能够立即获取电机旋转圈数，用以确定设备的行程。即使通过给磁电编码器提供外界电源，保证在主系统断电后，使用外界电源给编码器供电，使其能够保存住断电前的数据，但是单圈式磁电编码器只能反映出电机轴在每一圈内的绝对位置，仍然无法保存记录电机轴旋转过的圈数。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种电磁齿轮多圈式磁电编码器及其计圈数方法，旨在解决当前的单圈式磁电编码器不能记录旋转圈数的问题。通过使用个数不同的通电线圈制成的电磁齿轮，使得多个电磁齿轮间形成一种减速比的关系，通过测量胶接在每个电磁齿轮侧面的单对极磁钢的磁场信号，得到每个电磁齿轮的旋转圈数，再通过减速比的关系就能换算出电机主轴的旋转圈数。
本发明公布了一种电磁齿轮多圈式磁电编码器及其计圈数方法，包括以下步骤：
步骤一：供电板上的供电电源正负极通电，供电电源正负极与汇流环a的外圈电源正负极c1使用导线连接使得汇流环a的外圈导电环d1、外圈导电环d2带电，汇流环a的外圈导电环d1、外圈导电环d2与内圈导电环f1接触，使得内圈b1带电，内圈b1上的内圈电源正负极e1与电磁齿轮a上间隔180°分布的线圈a1、线圈a2使用导线连接，使得线圈a1、线圈a2带电；供电电源正负极与汇流环b的外圈电源正负极c2使用导线连接使得汇流环b的外圈导电环d3、外圈导电环d4带电，汇流环b的外圈导电环d3、外圈导电环d4与内圈导电环f2接触，使得内圈b2带电，内圈b2上的内圈电源正负极e2与电磁齿轮b上间隔90°分布的线圈b1、线圈b2、线圈b3、线圈b4导线连接，使得线圈b1、线圈b2、线圈b3、线圈b4带电；通过控制线圈之间的电流方向，使得线圈a1、线圈b1、线圈b3产生同向磁场，线圈a2、线圈b2、线圈b4产生同向磁场；将一级传动轴通过联轴器与电机主轴连接，打开电机电源开关，一级传动轴开始旋转，带动电磁齿轮a旋转；汇流环a的外圈与内圈间隙配合，汇流环a内圈随着一级传动轴旋转，汇流环a外圈固定不动；汇流环b的外圈与内圈间隙配合，汇流环b内圈随着二级传动轴旋转，汇流环b外圈固定不动；
步骤二：若电磁齿轮a在电机主轴带动下顺时针旋转时：
初始状态下，线圈a1与线圈b1对应，电磁齿轮a顺时针旋转180°后，电磁齿轮b在线圈a1与线圈b1之间的同向磁场作用下逆时针旋转90°，此时线圈a2与线圈b2对应，电磁齿轮a继续顺时针旋转180°后，电磁齿轮b在线圈a2与线圈b2的同向磁场作用下继续逆时针旋转90°，此时线圈a1与线圈b3对应，电磁齿轮a继续顺时针旋转180°后，电磁齿轮b在线圈a1与线圈b3的同向磁场作用下继续逆时针旋转90°，此时线圈a2与线圈b4对应，电磁齿轮a继续顺时针旋转180°后，电磁齿轮b在线圈a2与线圈b4的同向磁场作用下继续逆时针旋转90°，此时线圈a1与线圈b1再次对应；至此电磁齿轮a旋转了2圈，电磁齿轮b旋转了1圈；
若电磁齿轮a在电机主轴带动下逆时针旋转时：
初始状态下，线圈a1与线圈b1对应，电磁齿轮a逆时针旋转180°后，电磁齿轮b在线圈a1与线圈b1之间的同向磁场作用下顺时针旋转90°，此时线圈a2与线圈b4对应，电磁齿轮a继续逆时针旋转180°后，电磁齿轮b在线圈a2与线圈b4的同向磁场作用下继续顺时针旋转90°，此时线圈a1与线圈b3对应，电磁齿轮a继续逆时针旋转180°后，电磁齿轮b在线圈a1与线圈b3的同向磁场作用下继续顺时针旋转90°，此时线圈a2与线圈b2对应，电磁齿轮a继续逆时针旋转180°后，电磁齿轮b在线圈a2与线圈b2的同向磁场作用下继续顺时针旋转90°，此时线圈a1与线圈b1再次对应；至此电磁齿轮a旋转了2圈，电磁齿轮b旋转了1圈，此结构的减速比为2；
步骤三：胶接在电磁齿轮a侧面的单对极磁钢a随着电磁齿轮a旋转，单对极霍尔a1，单对极霍尔a2采集单对极磁钢a的角度值信号A+、A-，编码器信号解算板对角度值模拟信号A+、A-进行模数转换，得到角度值数字信号HA+、HA-，再对得到的角度值数字信号HA+、HA-，进行解算，得到单对极磁钢a角度值θ1，解算公式为：
单对极霍尔b1，单对极霍尔b2采集单对极磁钢b的角度值信号B+、B-，编码器信号解算板对角度值模拟信号B+、B-进行模数转换，得到角度值数字信号HB+、HB-，再对得到的角度值数字信号HB+、HB-，进行解算，得到单对极磁钢b角度值θ2，解算公式为：
其中θ1的取值范围为[0，1]，θ2的取值范围为[0，1]，通过对单对极角度值θ1与单对极角度值θ2的数值组合，来判断电机主轴的旋转圈数。
步骤四：记录圈数方法为：用单对极角度值θ2与此编码器的减速比相乘，得到电机主轴的旋转圈数，具体计算公式为：
Q＝θ2*T(3)
其中,Q为电机主轴的旋转圈数，θ2为单对极霍尔b1、单对极霍尔b2解算出的数值，T为编码器的减速比；
步骤五：为了保证此编码器的精确性，本发明给出了一种故障断电保护机制，具体计算公式为：
K＝Q-FL(Q)(4)
其中，Q为电机主轴的旋转圈数，FL为取整命令，具体取整方式为取小于当前值且距当前值最近的整数。
举例为，当单对极角度值θ2的数值为0.65时，表示电磁齿轮b旋转了0.65圈，此编码器的减速比为T，则表示电磁齿轮a旋转了0.65*T圈，此时，单对极角度值θ1的数值若为K，则表示此编码器计数是正确的，编码器继续运行；若此时单对极角度值θ1的数值不是K，则表示编码器计数错误，此时，编码器信号解算板向供电板上的中央电源控制芯片传输信号，立即停止电磁齿轮a，电磁齿轮b的供电，使其失去磁场，编码器停机；
本发明的有益效果为：
1.本发明的电磁齿轮多圈式磁电编码器既能够反映电机主轴旋转时的实时绝对位置，又能记录电机主轴的旋转圈数，弥补了单圈式磁电编码器的缺点。
2.本发明在供电板上加入了中央电源控制芯片，引入了故障断电保护机制，当编码器出现故障时，通过中央电源控制芯片会立即切断编码器的电源，保证计数的准确性。
3.本发明的电磁齿轮通过使用线圈产生轴向磁场，通过改变电压与电流方向就能改变磁场强度与磁场方向，通过改变线圈的个数能调节电磁齿轮间的减速比，与传统机械齿轮相比，电磁齿轮间无机械接触，不会造成机械损耗，几乎不需要维护，安装方便、使用寿命长。
附图说明：
为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述：
图1为本发明所述总体结构示意图；
图2为本发明所述内部结构图；
图3为本发明所述总体结构拆分图；
图4为本发明所述重要主体结构拆分图；
图5为本发明所述电磁齿轮结构图；
图6为本发明所述供电板与编码器信号解算板示意图；
图7为本发明所述汇流环a结构图；
图8为本发明所述汇流环b结构图；
图9为本发明所述两个电磁齿轮间圈数对应图；
图10为发明所述故障断电保护机制电磁齿轮间数值对应图；
图中1、电磁齿轮a；2、一级传动轴；3、电磁齿轮b；4、二级传动轴；5、编码器信号解算板；6、供电板；7、联轴器；8、汇流环a；9、汇流环b；10、编码器外壳；1-1、线圈a1；1-2、线圈a2；2-1、单对极磁钢a；3-1、线圈b1；3-2、线圈b2；3-3、线圈b3；3-4、线圈b4；4-1、单对极磁钢b；5-1、单对极霍尔a1；5-2、单对极霍尔a2；5-3、遮磁板；5-4、单对极霍尔b1；5-5、单对极霍尔b2；6-1、供电电源正负极；6-2、中央电源控制芯片；8-1、外圈a1；8-2、外圈a2；8-3、内圈b1；8-4、外圈电源正负极c1；8-5、外圈导电环d1；8-6、内圈电源正负极e1；8-7、内圈导电环f1；8-8、外圈导电环d2；8-9、连接柱g1；9-1、外圈a3；9-2、外圈a4；9-3、内圈b2；9-4、外圈电源正负极c2；9-5、外圈导电环d3；9-6、内圈电源正负极e2；9-7、内圈导电环f2；9-8、外圈导电环d4；9-9、连接柱g2；
具体实施方式：
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
在此记载的具体实施方式/实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案，都在本发明的保护范围之内。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
如图 1、图 2、图 3、图 4、图 5、图 6、图 7、图 8、图 9、图10所示，本发明具体实施方式采用以下技术方案：
所述的一种电磁齿轮多圈式磁电编码器及其计圈数方法，其特征在于：所述的电磁齿轮多圈式磁电编码器，它包括电磁齿轮a(1)，一级传动轴(2)，电磁齿轮b(3)，二级传动轴(4)，编码器信号解算板(5)，供电板(6)，联轴器(7)，汇流环a(8)，汇流环b(9)，编码器外壳(10)；线圈a1(1-1)，线圈a2(1-2)；单对极磁钢a(2-1)；线圈b1(3-1)，线圈b2(3-2)，线圈b3(3-3)，线圈b4(3-4)；单对极磁钢b(4-1)；单对极霍尔a1(5-1)，单对极霍尔a2(5-2)，遮磁板(5-3)，单对极霍尔b1(5-4)，单对极霍尔b2(5-5)；供电电源正负极(6-1)，中央电源控制芯片(6-2)；外圈a1(8-1)，外圈a2(8-2)，内圈b1(8-3)，外圈电源正负极c1(8-4)，外圈导电环d1(8-5)，内圈电源正负极e1(8-6)，内圈导电环f1(8-7)，外圈导电环d2(8-8)，连接柱g1(8-9)；外圈a3(9-1)，外圈a4(9-2)，内圈b2(9-3)，外圈电源正负极c2(9-4)，外圈导电环d3(9-5)，内圈电源正负极e2(9-6)，内圈导电环f2(9-7)，外圈导电环d4(9-8)，连接柱g2(9-9)；其中，电磁齿轮a(1)与一级传动轴(2)固接，电磁齿轮b(3)与二级传动轴(4)固接，一级传动轴(2)、二级传动轴(4)均与编码器外壳(10)轴承连接；单对极磁钢a(2-1)胶接在电磁齿轮a(1)的侧面，单对极磁钢b(4-1)胶接在电磁齿轮b(3)的侧面；单对极霍尔a1(5-1)、单对极霍尔a2(5-2)、遮磁板(5-3)、单对极霍尔b1(5-4)、单对极霍尔b2(5-5)均与编码器信号解算板(5)锡焊焊接；编码器信号解算板(5)、供电板(6)均与编码器外壳(10)螺纹连接；供电电源正负极(6-1)、中央电源控制芯片(6-2)均与供电板(6)锡焊焊接；汇流环a(8)与一级传动轴(2)固接，汇流环b(9)与二级传动轴(4)固接；其中汇流环a的具体结构为：外圈a1(8-1)、外圈a2(8-2)与连接柱g1(8-9)采用铰制孔连接，外圈a1(8-1)与外圈a2(8-2)配合组成汇流环外圈，内圈电源正负极e1(8-6)与内圈b1(8-3)焊接，外圈电源正负极c1(8-4)与外圈a1(8-1)、外圈a2(8-2)锡焊焊接，外圈导电环d1(8-5)、外圈导电环d2(8-8)与内圈导电环f1(8-7)间隙配合；汇流环b的具体结构为：外圈a3(9-1)、外圈a4(9-2)与连接柱g2(9-9)采用铰制孔连接，外圈a3(9-1)与外圈a4(9-2)配合组成汇流环外圈，内圈电源正负极e2(9-6)与内圈b2(9-3)焊接，外圈电源正负极c2(9-4)与外圈a3(9-1)、外圈a4(9-2)锡焊焊接，外圈导电环d3(9-5)、外圈导电环d4(9-8)与内圈导电环f2(9-7)间隙配合；
供电板(6)上的供电电源通电后，供电电源正负极(6-1)与汇流环a(8)上的外圈电源正负极c1(8-4)导线连接，汇流环a(8)的外圈导电环d1(8-5)、外圈导电环d2(8-8)与内圈导电环f1(8-7)接触，使得内圈b1(8-3)带电，内圈b1(8-3)上的内圈电源正负极e1(8-6)与电磁齿轮a(1)上的两个间隔180°分布的线圈导线连接，使得线圈a1(1-1)、线圈a2(1-2)带电，并产生方向相反的轴向磁场；供电电源正负极(6-1)与汇流环b(9)上的外圈电源正负极c2(9-4)导线连接，汇流环b(9)的外圈导电环d3(9-5)、外圈导电环d4(9-8)与内圈导电环f2(9-7)接触，使得内圈b2(9-3)带电，内圈b2(9-3)上的内圈电源正负极e2(9-6)与电磁齿轮b(3)上的四个间隔为90°的线圈导线连接，使得线圈b1(3-1)、线圈b2(3-2)、线圈b3(3-3)、线圈b4(3-4)带电，并产生轴向磁场；电机主轴通过联轴器(7)与一级传动轴(2)连接，带动电磁齿轮a(1)转动，通过线圈a1(1-1)、线圈a2(1-2)与线圈b1(3-1)、线圈b2(3-2)、线圈b3(3-3)、线圈b4(3-4)间的磁场配合，带动电磁齿轮b(3)转动；胶接在电磁齿轮a(1)侧面的单对极磁钢a(2-1)与胶接在电磁齿轮b(3)侧面的单对极磁钢b(4-1)随之旋转，单对极霍尔a1(5-1)、单对极霍尔a2(5-2)接收单对极磁钢a(2-1)的磁场信号，单对极霍尔b1(5-4)、单对极霍尔b2(5-5)接收单对极磁钢b(4-1)的磁场信号；
一种电磁齿轮多圈式磁电编码器及其计圈数方法，本方法应用于磁电编码器领域：
一种电磁齿轮多圈式磁电编码器及其计圈数方法，所述方法的具体实现过程为：
步骤一：供电板上的供电电源正负极通电，供电电源正负极与汇流环a的外圈电源正负极c1使用导线连接使得汇流环a的外圈导电环d1、外圈导电环d2带电，汇流环a的外圈导电环d1、外圈导电环d2与内圈导电环f1接触，使得内圈b1带电，内圈b1上的内圈电源正负极e1与电磁齿轮a上间隔180°分布的线圈a1、线圈a2使用导线连接，使得线圈a1、线圈a2带电；供电电源正负极与汇流环b的外圈电源正负极c2使用导线连接使得汇流环b的外圈导电环d3、外圈导电环d4带电，汇流环b的外圈导电环d3、外圈导电环d4与内圈导电环f2接触，使得内圈b2带电，内圈b2上的内圈电源正负极e2与电磁齿轮b上间隔90°分布的线圈b1、线圈b2、线圈b3、线圈b4导线连接，使得线圈b1、线圈b2、线圈b3、线圈b4带电；通过控制线圈之间的电流方向，使得线圈a1、线圈b1、线圈b3产生同向磁场，线圈a2、线圈b2、线圈b4产生同向磁场；将一级传动轴通过联轴器与电机主轴连接，打开电机电源开关，一级传动轴开始旋转，带动电磁齿轮a旋转；汇流环a的外圈与内圈间隙配合，汇流环a内圈随着一级传动轴旋转，汇流环a外圈固定不动；汇流环b的外圈与内圈间隙配合，汇流环b内圈随着二级传动轴旋转，汇流环b外圈固定不动；
步骤二：若电磁齿轮a在电机主轴带动下顺时针旋转时：
初始状态下，线圈a1与线圈b1对应，电磁齿轮a顺时针旋转180°后，电磁齿轮b在线圈a1与线圈b1之间的同向磁场作用下逆时针旋转90°，此时线圈a2与线圈b2对应，电磁齿轮a继续顺时针旋转180°后，电磁齿轮b在线圈a2与线圈b2的同向磁场作用下继续逆时针旋转90°，此时线圈a1与线圈b3对应，电磁齿轮a继续顺时针旋转180°后，电磁齿轮b在线圈a1与线圈b3的同向磁场作用下继续逆时针旋转90°，此时线圈a2与线圈b4对应，电磁齿轮a继续顺时针旋转180°后，电磁齿轮b在线圈a2与线圈b4的同向磁场作用下继续逆时针旋转90°，此时线圈a1与线圈b1再次对应；至此电磁齿轮a旋转了2圈，电磁齿轮b旋转了1圈；
若电磁齿轮a在电机主轴带动下逆时针旋转时：
初始状态下，线圈a1与线圈b1对应，电磁齿轮a逆时针旋转180°后，电磁齿轮b在线圈a1与线圈b1之间的同向磁场作用下顺时针旋转90°，此时线圈a2与线圈b4对应，电磁齿轮a继续逆时针旋转180°后，电磁齿轮b在线圈a2与线圈b4的同向磁场作用下继续顺时针旋转90°，此时线圈a1与线圈b3对应，电磁齿轮a继续逆时针旋转180°后，电磁齿轮b在线圈a1与线圈b3的同向磁场作用下继续顺时针旋转90°，此时线圈a2与线圈b2对应，电磁齿轮a继续逆时针旋转180°后，电磁齿轮b在线圈a2与线圈b2的同向磁场作用下继续顺时针旋转90°，此时线圈a1与线圈b1再次对应；至此电磁齿轮a旋转了2圈，电磁齿轮b旋转了1圈，此结构的减速比为2；
步骤三：胶接在电磁齿轮a侧面的单对极磁钢a随着电磁齿轮a旋转，单对极霍尔a1，单对极霍尔a2采集单对极磁钢a的角度值信号A+、A-，编码器信号解算板对角度值模拟信号A+、A-进行模数转换，得到角度值数字信号HA+、HA-，再对得到的角度值数字信号HA+、HA-，进行解算，得到单对极磁钢a角度值θ1，解算公式为：
单对极霍尔b1，单对极霍尔b2采集单对极磁钢b的角度值信号B+、B-，编码器信号解算板对角度值模拟信号B+、B-进行模数转换，得到角度值数字信号HB+、HB-，再对得到的角度值数字信号HB+、HB-，进行解算，得到单对极磁钢b角度值θ2，解算公式为：
其中θ1的取值范围为[0，1]，θ2的取值范围为[0，1]，通过对单对极角度值θ1与单对极角度值θ2的数值组合，来判断电机主轴的旋转圈数。
步骤四：记录圈数方法为：用单对极角度值θ2与此编码器的减速比相乘，得到电机主轴的旋转圈数，具体计算公式为：
Q＝θ2*T(3)
其中,Q为电机主轴的旋转圈数，θ2为单对极霍尔b1、单对极霍尔b2解算出的数值，T为编码器的减速比；
步骤五：为了保证此编码器的精确性，本发明给出了一种故障断电保护机制，具体计算公式为：
K＝Q-FL(Q)(4)
其中，Q为电机主轴的旋转圈数，FL为取整命令，具体取整方式为取小于当前值且距当前值最近的整数。
举例为，当单对极角度值θ2的数值为0.65时，表示电磁齿轮b旋转了0.65圈，此编码器的减速比为2，则表示电磁齿轮a旋转了0.65*2圈，此时，单对极角度值θ1的数值若为0.3，则表示此编码器计数是正确的，编码器继续运行；若此时单对极角度值θ1的数值不是0.3，则表示编码器计数错误，此时，编码器信号解算板向供电板上的中央电源控制芯片传输信号，立即停止电磁齿轮a，电磁齿轮b的供电，使其失去磁场，编码器停机；
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (1)
1.一种电磁齿轮多圈式磁电编码器及其计圈数方法，本方法应用于电磁齿轮多圈式磁电编码器，电磁齿轮多圈式磁电编码器，它包括电磁齿轮a(1)，一级传动轴(2)，电磁齿轮b(3)，二级传动轴(4)，编码器信号解算板(5)，供电板(6)，联轴器(7)，汇流环a(8)，汇流环b(9)，编码器外壳(10)；线圈a1(1-1)，线圈a2(1-2)；单对极磁钢a(2-1)；线圈b1(3-1)，线圈b2(3-2)，线圈b3(3-3)，线圈b4(3-4)；单对极磁钢b(4-1)；单对极霍尔a1(5-1)，单对极霍尔a2(5-2)，遮磁板(5-3)，单对极霍尔b1(5-4)，单对极霍尔b2(5-5)；供电电源正负极(6-1)，中央电源控制芯片(6-2)；外圈a1(8-1)，外圈a2(8-2)，内圈b1(8-3)，外圈电源正负极c1(8-4)，外圈导电环d1(8-5)，内圈电源正负极e1(8-6)，内圈导电环f1(8-7)，外圈导电环d2(8-8)，连接柱g1(8-9)；外圈a3(9-1)，外圈a4(9-2)，内圈b2(9-3)，外圈电源正负极c2(9-4)，外圈导电环d3(9-5)，内圈电源正负极e2(9-6)，内圈导电环f2(9-7)，外圈导电环d4(9-8)，连接柱g2(9-9)；其中，电磁齿轮a(1)与一级传动轴(2)固接，电磁齿轮b(3)与二级传动轴(4)固接，一级传动轴(2)、二级传动轴(4)均与编码器外壳(10)轴承连接；单对极磁钢a(2-1)胶接在电磁齿轮a(1)的侧面，单对极磁钢b(4-1)胶接在电磁齿轮b(3)的侧面；单对极霍尔a1(5-1)、单对极霍尔a2(5-2)、遮磁板(5-3)、单对极霍尔b1(5-4)、单对极霍尔b2(5-5)均与编码器信号解算板(5)锡焊焊接；编码器信号解算板(5)、供电板(6)均与编码器外壳(10)螺纹连接；供电电源正负极(6-1)、中央电源控制芯片(6-2)均与供电板(6)锡焊焊接；汇流环a(8)与一级传动轴(2)固接，汇流环b(9)与二级传动轴(4)固接；其中汇流环a的具体结构为：外圈a1(8-1)、外圈a2(8-2)与连接柱g1(8-9)采用铰制孔连接，外圈a1(8-1)与外圈a2(8-2)配合组成汇流环外圈，内圈电源正负极e1(8-6)与内圈b1(8-3)焊接，外圈电源正负极c1(8-4)与外圈a1(8-1)、外圈a2(8-2)锡焊焊接，外圈导电环d1(8-5)、外圈导电环d2(8-8)与内圈导电环f1(8-7)间隙配合；汇流环b的具体结构为：外圈a3(9-1)、外圈a4(9-2)与连接柱g2(9-9)采用铰制孔连接，外圈a3(9-1)与外圈a4(9-2)配合组成汇流环外圈，内圈电源正负极e2(9-6)与内圈b2(9-3)焊接，外圈电源正负极c2(9-4)与外圈a3(9-1)、外圈a4(9-2)锡焊焊接，外圈导电环d3(9-5)、外圈导电环d4(9-8)与内圈导电环f2(9-7)间隙配合；
供电板(6)上的供电电源通电后，供电电源正负极(6-1)与汇流环a(8)上的外圈电源正负极c1(8-4)导线连接，汇流环a(8)的外圈导电环d1(8-5)、外圈导电环d2(8-8)与内圈导电环f1(8-7)接触，使得内圈b1(8-3)带电，内圈b1(8-3)上的内圈电源正负极e1(8-6)与电磁齿轮a(1)上的两个间隔180°分布的线圈导线连接，使得线圈a1(1-1)、线圈a2(1-2)带电，并产生方向相反的轴向磁场；供电电源正负极(6-1)与汇流环b(9)上的外圈电源正负极c2(9-4)导线连接，汇流环b(9)的外圈导电环d3(9-5)、外圈导电环d4(9-8)与内圈导电环f2(9-7)接触，使得内圈b2(9-3)带电，内圈b2(9-3)上的内圈电源正负极e2(9-6)与电磁齿轮b(3)上的四个间隔为90°的线圈导线连接，使得线圈b1(3-1)、线圈b2(3-2)、线圈b3(3-3)、线圈b4(3-4)带电，并产生轴向磁场；电机主轴通过联轴器(7)与一级传动轴(2)连接，带动电磁齿轮a(1)转动，通过线圈a1(1-1)、线圈a2(1-2)与线圈b1(3-1)、线圈b2(3-2)、线圈b3(3-3)、线圈b4(3-4)间的磁场配合，带动电磁齿轮b(3)转动；胶接在电磁齿轮a(1)侧面的单对极磁钢a(2-1)与胶接在电磁齿轮b(3)侧面的单对极磁钢b(4-1)随之旋转，单对极霍尔a1(5-1)、单对极霍尔a2(5-2)接收单对极磁钢a(2-1)的磁场信号，单对极霍尔b1(5-4)、单对极霍尔b2(5-5)接收单对极磁钢b(4-1)的磁场信号；
其特征在于：所述方法的具体实施过程为：
步骤一：供电板上的供电电源正负极通电，供电电源正负极与汇流环a的外圈电源正负极c1使用导线连接使得汇流环a的外圈导电环d1、外圈导电环d2带电，汇流环a的外圈导电环d1、外圈导电环d2与内圈导电环f1接触，使得内圈b1带电，内圈b1上的内圈电源正负极e1与电磁齿轮a上间隔180°分布的线圈a1、线圈a2使用导线连接，使得线圈a1、线圈a2带电；供电电源正负极与汇流环b的外圈电源正负极c2使用导线连接使得汇流环b的外圈导电环d3、外圈导电环d4带电，汇流环b的外圈导电环d3、外圈导电环d4与内圈导电环f2接触，使得内圈b2带电，内圈b2上的内圈电源正负极e2与电磁齿轮b上间隔90°分布的线圈b1、线圈b2、线圈b3、线圈b4导线连接，使得线圈b1、线圈b2、线圈b3、线圈b4带电；通过控制线圈之间的电流方向，使得线圈a1、线圈b1、线圈b3产生同向磁场，线圈a2、线圈b2、线圈b4产生同向磁场；将一级传动轴通过联轴器与电机主轴连接，打开电机电源开关，一级传动轴开始旋转，带动电磁齿轮a旋转；汇流环a的外圈与内圈间隙配合，汇流环a内圈随着一级传动轴旋转，汇流环a外圈固定不动；汇流环b的外圈与内圈间隙配合，汇流环b内圈随着二级传动轴旋转，汇流环b外圈固定不动；
步骤二：若电磁齿轮a在电机主轴带动下顺时针旋转时：
初始状态下，线圈a1与线圈b1对应，电磁齿轮a顺时针旋转180°后，电磁齿轮b在线圈a1与线圈b1之间的同向磁场作用下逆时针旋转90°，此时线圈a2与线圈b2对应，电磁齿轮a继续顺时针旋转180°后，电磁齿轮b在线圈a2与线圈b2的同向磁场作用下继续逆时针旋转90°，此时线圈a1与线圈b3对应，电磁齿轮a继续顺时针旋转180°后，电磁齿轮b在线圈a1与线圈b3的同向磁场作用下继续逆时针旋转90°，此时线圈a2与线圈b4对应，电磁齿轮a继续顺时针旋转180°后，电磁齿轮b在线圈a2与线圈b4的同向磁场作用下继续逆时针旋转90°，此时线圈a1与线圈b1再次对应；至此电磁齿轮a旋转了2圈，电磁齿轮b旋转了1圈；
若电磁齿轮a在电机主轴带动下逆时针旋转时：
初始状态下，线圈a1与线圈b1对应，电磁齿轮a逆时针旋转180°后，电磁齿轮b在线圈a1与线圈b1之间的同向磁场作用下顺时针旋转90°，此时线圈a2与线圈b4对应，电磁齿轮a继续逆时针旋转180°后，电磁齿轮b在线圈a2与线圈b4的同向磁场作用下继续顺时针旋转90°，此时线圈a1与线圈b3对应，电磁齿轮a继续逆时针旋转180°后，电磁齿轮b在线圈a1与线圈b3的同向磁场作用下继续顺时针旋转90°，此时线圈a2与线圈b2对应，电磁齿轮a继续逆时针旋转180°后，电磁齿轮b在线圈a2与线圈b2的同向磁场作用下继续顺时针旋转90°，此时线圈a1与线圈b1再次对应；至此电磁齿轮a旋转了2圈，电磁齿轮b旋转了1圈，此结构的减速比为2；
步骤三：胶接在电磁齿轮a侧面的单对极磁钢a随着电磁齿轮a旋转，单对极霍尔a1，单对极霍尔a2采集单对极磁钢a的角度值信号A+、A-，编码器信号解算板对角度值模拟信号A+、A-进行模数转换，得到角度值数字信号HA+、HA-，再对得到的角度值数字信号HA+、HA-，进行解算，得到单对极磁钢a角度值θ1，解算公式为：
单对极霍尔b1，单对极霍尔b2采集单对极磁钢b的角度值信号B+、B-，编码器信号解算板对角度值模拟信号B+、B-进行模数转换，得到角度值数字信号HB+、HB-，再对得到的角度值数字信号HB+、HB-，进行解算，得到单对极磁钢b角度值θ2，解算公式为：
其中θ1的取值范围为[0，1]，θ2的取值范围为[0，1]，通过对单对极角度值θ1与单对极角度值θ2的数值组合，来判断电机主轴的旋转圈数；
步骤四：记录圈数方法为：用单对极角度值θ2与此编码器的减速比相乘，得到电机主轴的旋转圈数，具体计算公式为：
Q＝θ2*T (3)
其中,Q为电机主轴的旋转圈数，θ2为单对极霍尔b1、单对极霍尔b2解算出的数值，T为编码器的减速比；
步骤五：为了保证此编码器的精确性，本发明给出了一种故障断电保护机制，具体计算公式为：
K＝Q-FL(Q) (4)
其中，Q为电机主轴的旋转圈数，FL为取整命令，具体取整方式为取小于当前值且距当前值最近的整数；
举例为，当单对极角度值θ2的数值为0.65时，表示电磁齿轮b旋转了0.65圈，此编码器的减速比为2，则表示电磁齿轮a旋转了0.65*2圈，此时，单对极角度值θ1的数值若为0.3，则表示此编码器计数是正确的，编码器继续运行；若此时单对极角度值θ1的数值不是0.3，则表示编码器计数错误，此时，编码器信号解算板向供电板上的中央电源控制芯片传输信号，立即停止电磁齿轮a，电磁齿轮b的供电，使其失去磁场，编码器停机。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310091215.8A CN116222624B (zh) | 2023-02-09 | 2023-02-09 | 一种电磁齿轮多圈式磁电编码器及其计圈数方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310091215.8A CN116222624B (zh) | 2023-02-09 | 2023-02-09 | 一种电磁齿轮多圈式磁电编码器及其计圈数方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116222624A true CN116222624A (zh) | 2023-06-06 |
| CN116222624B CN116222624B (zh) | 2023-09-26 |
Family
ID=86588615
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310091215.8A Active CN116222624B (zh) | 2023-02-09 | 2023-02-09 | 一种电磁齿轮多圈式磁电编码器及其计圈数方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116222624B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117387664A (zh) * | 2023-10-10 | 2024-01-12 | 山西省机电设计研究院有限公司 | 工业级伺服系统 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100052663A1 (en) * | 2008-08-30 | 2010-03-04 | Walter Mehnert | Sensor unit for a rotary encoder and a rotary encoder equipped with such a sensor unit |
| CN103925933A (zh) * | 2013-01-11 | 2014-07-16 | 江苏多维科技有限公司 | 一种多圈绝对磁编码器 |
| DE102015003499A1 (de) * | 2015-03-18 | 2016-09-22 | Hengstler Gmbh | Multiturn-Drehgeber mit erhöhten Sicherheitsanforderungen |
| KR20180106561A (ko) * | 2017-03-21 | 2018-10-01 | 성균관대학교산학협력단 | 다회전 앱솔루트 엔코더, 다회전 앱솔루트 엔코더의 회전수 검출방법 및 이를 기록한 컴퓨터 기록매체 |
| CN111521200A (zh) * | 2020-06-08 | 2020-08-11 | 哈尔滨理工大学 | 一种横向多齿轮多圈磁电编码器 |
| CN111609871A (zh) * | 2020-06-08 | 2020-09-01 | 哈尔滨理工大学 | 一种纵向多齿轮多圈磁电编码器 |
| CN114608621A (zh) * | 2020-12-04 | 2022-06-10 | 山东新松工业软件研究院股份有限公司 | 一种多圈绝对值磁编码器及其组装方法 |
-
2023
- 2023-02-09 CN CN202310091215.8A patent/CN116222624B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100052663A1 (en) * | 2008-08-30 | 2010-03-04 | Walter Mehnert | Sensor unit for a rotary encoder and a rotary encoder equipped with such a sensor unit |
| CN103925933A (zh) * | 2013-01-11 | 2014-07-16 | 江苏多维科技有限公司 | 一种多圈绝对磁编码器 |
| DE102015003499A1 (de) * | 2015-03-18 | 2016-09-22 | Hengstler Gmbh | Multiturn-Drehgeber mit erhöhten Sicherheitsanforderungen |
| KR20180106561A (ko) * | 2017-03-21 | 2018-10-01 | 성균관대학교산학협력단 | 다회전 앱솔루트 엔코더, 다회전 앱솔루트 엔코더의 회전수 검출방법 및 이를 기록한 컴퓨터 기록매체 |
| CN111521200A (zh) * | 2020-06-08 | 2020-08-11 | 哈尔滨理工大学 | 一种横向多齿轮多圈磁电编码器 |
| CN111609871A (zh) * | 2020-06-08 | 2020-09-01 | 哈尔滨理工大学 | 一种纵向多齿轮多圈磁电编码器 |
| CN114608621A (zh) * | 2020-12-04 | 2022-06-10 | 山东新松工业软件研究院股份有限公司 | 一种多圈绝对值磁编码器及其组装方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 李昕;刘迪;朱丽丽;: "无齿轮多圈磁感应编码器设计", 重工与起重技术, no. 01, pages 21 - 23 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117387664A (zh) * | 2023-10-10 | 2024-01-12 | 山西省机电设计研究院有限公司 | 工业级伺服系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116222624B (zh) | 2023-09-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20030218458A1 (en) | Methods and apparatus for sensing angular position of a rotatable shaft | |
| CN114858192A (zh) | 一种基于双轮结构双霍尔磁电编码器及其角度解算方法 | |
| CN116222624B (zh) | 一种电磁齿轮多圈式磁电编码器及其计圈数方法 | |
| CN107650142A (zh) | 一种应用于机械臂关节中的伺服驱动系统 | |
| CN110307860B (zh) | 一种差分式霍尔多圈位置绝对位置传感器及其检测方法 | |
| CN111446821B (zh) | 一种磁编码多霍尔冗余装置 | |
| JP2019170038A (ja) | モータ | |
| CN103528601A (zh) | 一种非接触复合式扭矩和角度位置传感器 | |
| CN212518694U (zh) | 一种多圈编码器以及电机 | |
| CN207268624U (zh) | 一种多圈磁绝对角度传感器 | |
| CN210922654U (zh) | 一种基于巨磁阻效应的磁电编码器 | |
| CN207819699U (zh) | 一种非接触式舵机控制系统 | |
| WO2019192470A1 (zh) | 一种具有双路备份信号的传感器 | |
| JP2000065599A5 (ja) | 多回転式絶対値エンコーダおよび多回転式絶対値エンコーダ付モータ | |
| CN207071945U (zh) | 一种应用于机械臂关节中的伺服驱动系统 | |
| CN107389104A (zh) | 一种多圈磁绝对角度传感器 | |
| CN209857924U (zh) | 一种磁编码器及机器人关节 | |
| CN114252044A (zh) | 一种利用多极式机械齿轮计录转动圈数与角度的传感器 | |
| CN210375163U (zh) | 一种编码器 | |
| CN114812626A (zh) | 一种绝对值编码器 | |
| CN108880012B (zh) | 一种霍尔式伺服马达及定子的制造方法 | |
| CN115824273B (zh) | 一种球面形多绕阻磁电式编码器及其角度解算方法 | |
| CN116131539A (zh) | 一种多圈式非接触永磁体磁电编码器及其计数方法 | |
| CN116222625B (zh) | 一种多并列无磁钢的多圈编码器装置及其计数方法 | |
| CN220874440U (zh) | 智能电动执行器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |