一种励磁式磁性编码器

技术领域

本发明涉及一种磁性编码器，具体的说，涉及了一种励磁式磁性编码器。

背景技术

编码器与其他领域技术相结合,可将机械运动中的位移、速度、加速度等物理量转变为数字电信号,从而快速、及时、精确地实现位置检测与伺服控制。编码器主要分为两类：光电编码器和磁性编码器。光电编码器的检测精度高，在位置传感器市场占据主导地位。但由于其光学结构耐冲击和耐腐蚀的能力差,对工作环境要求较高,难以在潮湿、粉尘以及振动等较为恶劣环境中工作,适用范围比较窄。此外,光电编码器的结构较为复杂,对装配工艺的要求高,且成本也比较高，因此不适合很多场合的应用。而磁性编码器就可以实现低成本、高分辨率、高可靠性和小型化，利用磁敏感元件感应磁极运动产生的磁场变化,测量运动物体的位移变化。磁性编码器结构简单、紧凑,具有体积小、成本低、抗干扰、抗冲击、抗振动、不易受油污、水汽等外界因素影响等特点。在高精度测量和控制领域中,磁编码器已经成为不可或缺的部分,被广泛应用于军事、机电、信息、航空、建筑、医疗等领域。

对于宽调速范围的伺服电机，当伺服电机转速比较低的时候希望用高分辨率的磁性编码器来更精确地检测位置；当伺服电机转速比较高的时候使用高分辨率的磁性编码器会产生过多脉冲，从而超过驱动器识别上限，因此需要切换为低分辨率的磁性编码器，以与驱动器匹配。

然而，传统磁性编码器的分辨率取决于磁盘周围的磁极个数，一般情况下使用时永磁体作为磁极，不仅体积大，而且一旦制成之后磁极个数就确定了，无法动态改变磁性编码器的分辨率，无法满足上述场景。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种励磁式磁性编码器，运用绕组通入励磁电流产生磁极来代替永磁体，不仅可以在保持体积不变的情况下提高磁极的个数，还可以设置控制电路，以在需要的时候改变通入励磁电流的绕组的数量，从而提高励磁式磁性编码器的分辨率和运行的灵活性。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是： 一种励磁式磁性编码器，包括磁极产生元件、磁敏感元件以及信号处理电路，所述磁极产生元件随被检测对象运动，产生磁极交替变化的空间磁场；所述磁敏感元件将空间磁场的变换转换电信号；所述信号处理电路与所述磁敏感元件连接，所述磁极产生元件包括导磁圆盘、绕组和励磁电源；

所述导磁圆盘通过连接轴与被检测对象连接；

所述绕组均匀设置在所述导磁圆盘的圆周侧面，任意相邻两个绕组为同向绕组；

所述励磁电源用于向所述绕组提供励磁电流，所述绕组通入励磁电流后形成磁场。

优选的，所述励磁式磁性编码器还包括控制电路，所述控制电路设置在所述励磁电源和所述绕组之间，用于控制绕组的导通数量，以切换所述励磁式磁性编码器的分辨率等级。

优选的，所述绕组包括m个并联的最小工作单元，所述最小工作单元包括相邻的

优选的，所述控制电路包括S

优选的，当需要磁性编码器分辨率等级为j时，控制所述开关S

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明采用绕组通入电流形成磁极，磁极体积小，因此可以提高磁极个数；本发明还通过控制电路来调节绕组的导通个数，从而调节检测精度的高低，进而提高编码器的分辨率和运行的灵活性，可以被用于高精度测量和控制领域。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图。

图2是本发明的磁极产生磁极元件的结构示意图。

图3是本发明实施例2的结构示意图。

图4是本发明实施例2所述绕组排布形式及控制电路的接线示意图。

图中：1. 磁敏感元件；2. 磁极产生元件；3. 励磁电源；4. 信号处理电路；5. 连接轴；6. 控制电路。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供一种励磁式磁性编码器，如图1所示，包括磁敏感元件1、磁极产生元件2以及信号处理电路4，所述磁极产生元件2随被检测对象运动，产生磁极交替变化的空间磁场；所述磁敏感元件1将空间磁场的变换转换电信号，所述信号处理电路4与所述磁敏感元件1连接，用于将所述磁敏感元件1输出的电信号进行放大等处理。

具体的，如图2所示，所述磁极产生元件2包括导磁圆盘、绕组和励磁电源3；

所述导磁圆盘通过连接轴5与被检测对象连接；

所述绕组均匀设置在所述导磁圆盘的圆周侧面，任意相邻两个绕组为同向绕组；

所述励磁电源3用于向所述绕组提供励磁电流，所述绕组通入励磁电流后形成磁场，磁场具有NS极性。

在具体实施时，所述磁敏感元件1可以采用磁阻元件，利用磁阻元件的电阻值随磁场变化而变化的特性来检测被检测对象的位置信息。

在其他实施例中，所述磁敏感元件1还可以采用霍尔元件，利用霍尔元件随磁场变化产生电势差的特性来检测被检测对象的位置信息。

以所述磁敏感元件1采用霍尔元件为例，说明本实施例所提出的励磁式磁性编码器的实施原理：

当被检测对象运动时，通过所述连接轴5带动所述导磁圆盘运动，此时绕在所述导磁圆盘上的绕组同步运动，其产生的NS磁极运动产生周期性变化的空间磁场，所述空间磁场作用于所述霍尔元件上，使所述霍尔元件内部产生电势差，输出相应的电信号，来反映被检测对象的位置、速度和加速度等运动信息。

可以理解，使用时，还可以通过改变所述励磁电源3提供的励磁电流的大小来进行调节所述绕组产生的NS交替的磁场的大小，从而提高励磁式编码器的分辨率和运行的灵活性。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：

如图3所示，励磁式磁性编码器还包括控制电路6，所述控制电路设置在所述励磁电源和所述绕组之间，用于控制绕组的导通数量，以切换所述励磁式磁性编码器的分辨率等级。

具体的，所述绕组包括m个并联的最小工作单元，所述最小工作单元包括相邻的

所述控制电路6包括S

当需要磁性编码器分辨率等级为j时，控制所述开关S

为方便理解，本发明提供以十二个绕组，三级精度调节为例，说明所述控制电路6的工作原理。如图4所示，十二个绕组采用同向绕组的形式缠绕在所述导磁圆盘上，当所述励磁电源向其通入直流电后，产生NS磁极。其中，每4个相邻绕组为一个最小工作单元，十二个绕组共组成3个最小工作单元。

所述控制电路6包括S

使用时，当需要控制磁性编码器分辨率等级为1时，控制所述开关S

当需要控制磁性编码器分辨率等级为2时，控制所述开关S

当需要控制磁性编码器分辨率等级为3时，控制所述开关S

可以看出，通过所述控制电路3控制绕组的导通即可控制由励磁电流产生的磁极对数，也就可以控制磁性编码器的分辨率。

当将所述励磁磁性编码器应用于宽调速范围的伺服电机时，当伺服电机的转速比较低的时候，调整所述励磁式磁性编码器为高分辨率档以更精确地检测位置；当伺服电机的转速比较高的时候切换为所述励磁式磁性编码器为低分辨率档，以与伺服电机的驱动器匹配。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。