CN113376556A - 一种磁性编码器及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及编码器技术领域，具体指一种磁性编码器，同时公开了一种磁性编码器的检测方法；包括若干磁体和霍尔感磁芯片，其特征在于：所述若干磁体在基准平面上以等角间隔的方式依次排列构成圆形的磁性阵列，磁性阵列中两个相邻磁体的磁极方向相反，所述磁性阵列的中轴线和若干磁体的磁极轴平行且均垂直于基准平面，霍尔感磁芯片设于磁性阵列的上方；本发明结构合理，简化磁体的放置方式构建磁场环境，采用单点测试方法进行磁场位置检测，根据该点不同方向的磁场特性进行位移检测，可降低磁编码器的设计、加工难度，进而降低成本，具有极高的测试的稳定性，提高磁编码器重复测试精度。

Description

一种磁性编码器及其检测方法

技术领域

本发明涉及编码器技术领域，具体指一种磁性编码器，同时公开了一种磁性编码器的检测方法。

背景技术

磁检测技术是各种非接触式磁角度、厚度、直线位移检测的基础技术，该技术的特点在于通过测试磁场位置的磁场强度，获得检测端所处磁场的位置信息。目前多级磁铁检测方法主要是：采用的检测芯片包含同一敏感方向的两个敏感点，两个敏感点距离m，磁铁间距为2m或3/4m，采集所得信号相差90度，计算芯片在磁场中的位置。例如：艾迈斯(AMS)半导体、iC-HAUS等公司的产品，如IC-MU系列磁性离轴绝对式位置编码器芯片。由于磁检测芯片的敏感头间距固定，磁铁大小和摆放间距受到限制，在体积受限的情况下，会对设计造成困难。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构合理、降低设计加工难度，成本低，测试精度高的磁性编码器及其检测方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明所述的一种磁性编码器,包括若干磁体和霍尔感磁芯片，所述若干磁体在基准平面上以等角间隔的方式依次排列构成圆形的磁性阵列，磁性阵列中两个相邻磁体的磁极方向相反，所述磁性阵列的中轴线和若干磁体的磁极轴平行且均垂直于基准平面，霍尔感磁芯片设于磁性阵列的上方。

根据以上方案，所述磁性阵列中的若干磁体依次经过霍尔感磁芯片时，霍尔感磁芯片根据磁场强度计算相对其与磁性阵列的相对转动角度。

根据以上方案，所述霍尔感磁芯片为双轴感磁芯片，霍尔感磁芯片的其中一个检测方向与基准平面垂直，霍尔感磁芯片的另一个检测方向与磁性阵列的径向垂直。

根据以上方案，所述霍尔感磁芯片为双轴感磁芯片，霍尔感磁芯片的其中一个检测方向与磁性阵列的径向平行，霍尔感磁芯片的另一个检测方向与磁性阵列的径向垂直。

根据以上方案，所述若干磁体在基准平面上以等距间隔的方式依次排列构成直线形的磁性阵列，所述磁性阵列中的若干磁体依次经过霍尔感磁芯片时，霍尔感磁芯片根据所处位置的磁场强度计算相对其与磁性阵列的相对位移量。

根据以上方案，所述霍尔感磁芯片为双轴感磁芯片，霍尔感磁芯片的其中一个检测方向与基准平面垂直，霍尔感磁芯片的另一个检测方向与磁性阵列的排列方向平行。

根据以上方案，所述霍尔感磁芯片为双轴感磁芯片，霍尔感磁芯片的其中一个检测方向与磁性阵列的排列方向垂直，霍尔感磁芯片的另一个检测方向与磁性阵列的排列方向平行。

根据以上方案，所述霍尔感磁芯片为三轴感磁芯片。

一种磁性编码器的检测方法，所述磁性阵列中相邻的两个磁体构成一组对极磁体，磁性阵列中含有n组对极磁体，n为正整数且n≥1，磁性阵列中的n 组对极磁体依次以{0、1、...m...n-2、n-1}序列编号；

所述磁性阵列中的若干磁体依次经过霍尔感磁芯片时，霍尔感磁芯片产生磁场信号B1、B2，或磁场信号B2、B3；

所述一组对极磁体经过霍尔感磁芯片后，与之对应的磁场信号B1或B2或 B3产生一组正弦波的信号；

所述每组正弦波信号能通过arctan(B1/B2)或arctan(B3/B2)，以及象限区分得到一个0-360゜的角度β；

所述磁性阵列的旋转过程中，霍尔感磁芯片在相邻两个磁体的磁极之间切换时，β都有一个0到360゜跳变点，根据β的跳变方向以及判断跳变点的增加或减少，确定当前霍尔感磁芯片位置相对起始位置θ₀，是第m对磁极， m＝0、1、...、n-1；

所述霍尔感磁芯片与磁性阵列的相对旋转角度θ＝(m/n)*360+β/n-θ₀。

根据以上方案，所述霍尔感磁芯片与磁性阵列的相对运动距离S＝(m/n) *L+β*L/n/360-L₀。

本发明有益效果为：本发明结构合理，简化磁体的放置方式构建磁场环境，采用单点测试方法进行磁场位置检测，根据该点不同方向的磁场特性进行位移检测，可降低磁编码器的设计、加工难度，进而降低成本，具有极高的测试的稳定性，提高磁编码器重复测试精度。

附图说明

图1是本发明的圆形磁体阵列结构示意图；

图2是本发明X轴向视角的磁力线示意图；

图3是本发明Y轴向视角的磁力线示意图；

图4是本发明磁场强度测试示意图；

图5是本发明磁场强度修正示意图；

图6是本发明转动角和行程计算示意图；

图7是本发明直线形磁体阵列示意图。

图中：

1、磁性阵列；2、霍尔感磁芯片；101、磁体。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。

实施例1

如图1-4所示，本发明所述的一种磁性编码器,包括若干磁体101和霍尔感磁芯片2，所述若干磁体101在基准平面上以等角间隔的方式依次排列构成圆形的磁性阵列1，磁性阵列1中两个相邻磁体101的磁极方向相反，所述磁性阵列1的中轴线和若干磁体101的磁极轴平行且均垂直于基准平面，霍尔感磁芯片2设于磁性阵列1的上方。

所述磁性阵列1中的若干磁体101依次经过霍尔感磁芯片2时，霍尔感磁芯片2根据磁场强度计算相对其与磁性阵列1的相对转动角度。

所述霍尔感磁芯片2为双轴感磁芯片，霍尔感磁芯片2的其中一个检测方向与基准平面垂直，霍尔感磁芯片2的另一个检测方向与磁性阵列1的径向垂直。

如图1所示，霍尔感磁芯片2的检测方向为Z轴、Y轴，所述磁性阵列1 的直径为φ，2n个磁体等角间隔排列组成磁性阵列，相邻的两个磁体的N极和S极配对组成对极磁体101，每一组对极磁体101对应的角度为360゜/n。根据磁铁强度和霍尔感磁芯片2测试量程，设计磁检测芯片与磁铁的距离。所述磁性阵列1中相邻的两个磁体101构成一组对极磁体101，磁性阵列1中含有 n组对极磁体101，n为正整数且n≥1，磁性阵列1中的n组对极磁体101依次以{0、1、...m...n-2、n-1}序列编号；磁性阵列1围绕φ轴转动，霍尔感磁芯片2穿过图2、图3所示的磁力线，可知N-S磁体101的中间点都是 B1、B3的一个sin周期和B2的cos周期起始点，下一组N-S磁体101的中间点为该周期的结束点，可知B1、B2相位差为90度；进而可测得图4所示的磁场信号B1、B2，

如图4所示，所述磁性阵列1中的若干磁体101依次经过霍尔感磁芯片2 时，霍尔感磁芯片2产生磁场信号B1、B2，或磁场信号B2、B3；

所述一组对极磁体101经过霍尔感磁芯片2后，与之对应的磁场信号B1 或B2或B3产生一组正弦波的信号；

如图6所述每组正弦波信号能通过arctan(B1/B2)或arctan(B3/B2)，以及象限区分得到一个0-360゜的角度β；

所述磁性阵列1的旋转过程中，霍尔感磁芯片2在相邻两个磁体101的磁极之间切换时，β都有一个0到360゜跳变点，根据β的跳变方向以及判断跳变点的增加或减少，确定当前霍尔感磁芯片2位置相对起始位置θ₀，是第m 对磁极，m＝0、1、...、n-1；

所述霍尔感磁芯片2与磁性阵列1的相对旋转角度θ＝(m/n)*360+β/n- θ₀。

实施例2

如图2、3、5、6所示，本实施例与实施例1的区别仅在于：所述霍尔感磁芯片2为双轴感磁芯片，霍尔感磁芯片2的其中一个检测方向与磁性阵列1 的径向平行，霍尔感磁芯片2的另一个检测方向与磁性阵列1的径向垂直。霍尔感磁芯片2的检测方向为X轴、Y轴，测试磁性阵列1的X轴方向和Y轴方向磁场强度。

实施例3

如图7所示，本实施例与实施例1的区别仅在于：所述若干磁体101在基准平面上以等距间隔的方式依次排列构成直线形的磁性阵列1，所述磁性阵列 1中的若干磁体101依次经过霍尔感磁芯片2时，霍尔感磁芯片2根据所处位置的磁场强度计算相对其与磁性阵列1的相对位移量。

所述霍尔感磁芯片2为双轴感磁芯片，霍尔感磁芯片2的其中一个检测方向与基准平面垂直，霍尔感磁芯片2的另一个检测方向与磁性阵列1的排列方向平行。

所述霍尔感磁芯片2为双轴感磁芯片，霍尔感磁芯片2的其中一个检测方向与磁性阵列1的排列方向垂直，霍尔感磁芯片2的另一个检测方向与磁性阵列1的排列方向平行。

所述霍尔感磁芯片2为三轴感磁芯片。

一种磁性编码器的检测方法，所述磁性阵列1中相邻的两个磁体101构成一组对极磁体101，磁性阵列1中含有n组对极磁体101，n为正整数且 n≥1，磁性阵列1中的n组对极磁体101依次以{0、1、...m...n-2、n-1}序列编号；所述磁性阵列1中的若干磁体101依次经过霍尔感磁芯片2时，霍尔感磁芯片2产生磁场信号B1、B2，或磁场信号B2、B3；所述一组对极磁体101 经过霍尔感磁芯片2后，与之对应的磁场信号B1或B2或B3产生一组正弦波的信号；所述每组正弦波信号能通过arctan(B1/B2)或arctan(B3/B2)，以及象限区分得到一个0-360゜的角度β；所述磁性阵列1的旋转过程中，霍尔感磁芯片2在相邻两个磁体101的磁极之间切换时，β都有一个0到360゜跳变点，根据β的跳变方向以及判断跳变点的增加或减少，确定当前霍尔感磁芯片2位置相对起始位置θ₀，是第m对磁极，m＝0、1、...、n-1；所述霍尔感磁芯片2与磁性阵列1的相对旋转角度θ＝(m/n)*360+β/n-θ₀。

所述霍尔感磁芯片2与磁性阵列1的相对运动距离S＝(m/n)*L+β*L/n/360- L₀。

以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (10)

1.一种磁性编码器,包括若干磁体和霍尔感磁芯片，其特征在于：所述若干磁体在基准平面上以等角间隔的方式依次排列构成圆形的磁性阵列，磁性阵列中两个相邻磁体的磁极方向相反，所述磁性阵列的中轴线和若干磁体的磁极轴平行且均垂直于基准平面，霍尔感磁芯片设于磁性阵列的上方。

2.根据权利要求1所述的磁性编码器，其特征在于：所述磁性阵列中的若干磁体依次经过霍尔感磁芯片时，霍尔感磁芯片根据磁场强度计算相对其与磁性阵列的相对转动角度。

3.根据权利要求2所述的磁性编码器，其特征在于：所述霍尔感磁芯片为双轴感磁芯片，霍尔感磁芯片的其中一个检测方向与基准平面垂直，霍尔感磁芯片的另一个检测方向与磁性阵列的径向垂直。

4.根据权利要求2所述的磁性编码器，其特征在于：所述霍尔感磁芯片为双轴感磁芯片，霍尔感磁芯片的其中一个检测方向与磁性阵列的径向平行，霍尔感磁芯片的另一个检测方向与磁性阵列的径向垂直。

5.根据权利要求1所述的磁性编码器，其特征在于：所述若干磁体在基准平面上以等距间隔的方式依次排列构成直线形的磁性阵列，所述磁性阵列中的若干磁体依次经过霍尔感磁芯片时，霍尔感磁芯片根据所处位置的磁场强度计算相对其与磁性阵列的相对位移量。

6.根据权利要求5所述的磁性编码器，其特征在于：所述霍尔感磁芯片为双轴感磁芯片，霍尔感磁芯片的其中一个检测方向与基准平面垂直，霍尔感磁芯片的另一个检测方向与磁性阵列的排列方向平行。

7.根据权利要求5所述的磁性编码器，其特征在于：所述霍尔感磁芯片为双轴感磁芯片，霍尔感磁芯片的其中一个检测方向与磁性阵列的排列方向垂直，霍尔感磁芯片的另一个检测方向与磁性阵列的排列方向平行。

8.根据权利要求1、2、5任一所述的磁性编码器，其特征在于：所述霍尔感磁芯片为三轴感磁芯片。

9.一种根据权利要求1、2、5任一所述磁性编码器的检测方法，其特征在于：所述磁性阵列中相邻的两个磁体构成一组对极磁体，磁性阵列中含有n组对极磁体，n为正整数且n≥1，磁性阵列中的n组对极磁体依次以{0、1、...m...n-2、n-1}序列编号；

所述磁性阵列中的若干磁体依次经过霍尔感磁芯片时，霍尔感磁芯片产生磁场信号B1、B2，或磁场信号B2、B3；

所述一组对极磁体经过霍尔感磁芯片后，与之对应的磁场信号B1或B2或B3产生一组正弦波的信号；

所述每组正弦波信号能通过arctan(B1/B2)或arctan(B3/B2)，以及象限区分得到一个0-360゜的角度β；

所述磁性阵列的旋转过程中，霍尔感磁芯片在相邻两个磁体的磁极之间切换时，β都有一个0到360゜跳变点，根据β的跳变方向以及判断跳变点的增加或减少，确定当前霍尔感磁芯片位置相对起始位置θ₀，是第m对磁极，m＝0、1、...、n-1；

所述霍尔感磁芯片与磁性阵列的相对旋转角度θ＝(m/n)*360+β/n-θ₀。

10.一种根据权利要求9所述磁性编码器的检测方法，其特征在于：所述霍尔感磁芯片与磁性阵列的相对运动距离S＝(m/n)*L+β*L/n/360-L₀。

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