專利名稱：基于巨磁阻角度傳感器的絕對式編碼盤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬電子控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于巨磁阻角度傳感器的編碼盤。
背景技術(shù)：
目前，電機(jī)被廣泛地應(yīng)用于日常生活、工業(yè)生產(chǎn)等各個(gè)領(lǐng)域中。從日常的洗衣機(jī)、空調(diào)、電動(dòng)汽車到工業(yè)領(lǐng)域的縫紉機(jī)、數(shù)控機(jī)床等，電機(jī)在其中都有著舉足輕重的地位。其中，電機(jī)控制是電機(jī)領(lǐng)域的核心技術(shù)，目前國內(nèi)有多家研究機(jī)構(gòu)及企業(yè)都致力于電機(jī)控制的研究開發(fā)。而對于電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，電機(jī)轉(zhuǎn)子位置和速度的準(zhǔn)確測量，又是電機(jī)控制領(lǐng)域的重中之重。現(xiàn)今，對于電機(jī)轉(zhuǎn)子位置和速度的測量多采用的是光電編碼盤和旋轉(zhuǎn)變壓器 的方案。但是，光電編碼器存在著安裝復(fù)雜、易磨損、易受干擾、精度不足等缺點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)變壓器也存在一些不足，如成本高、可靠性較差、壽命短等。隨著巨磁阻效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)及巨磁阻傳感器的出現(xiàn)，本實(shí)用新型提出了通過基于巨磁阻角度傳感器的編碼盤來檢測電機(jī)轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速。并且，發(fā)現(xiàn)基于巨磁阻角度傳感器的編碼盤精度高、安裝方便、不易受干擾、壽命長。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提出一種安裝方便、精度高的基于巨磁阻角度傳感器的編碼盤，用于電機(jī)轉(zhuǎn)子位置和速度的測量。本實(shí)用新型的第一方面提供一種一種基于巨磁阻角度傳感器的編碼盤，其特征在于，包括一個(gè)磁體，將該磁體通過緊固件安裝在電機(jī)轉(zhuǎn)子軸上；一個(gè)空心的殼體，具有一個(gè)對應(yīng)前述電機(jī)轉(zhuǎn)子軸的開口，該殼體通過緊固件組裝于電機(jī)，并且前述電機(jī)轉(zhuǎn)子軸從開口處套入，在殼體內(nèi)側(cè)頂面上對應(yīng)磁體貼有電路板，電路板上的具有對應(yīng)前述磁體的巨磁阻角度傳感器，該電路板同樣位于圓柱體軸線處，以圓柱體軸線為對稱軸左右對稱；及，一個(gè)能接受并處理所述巨磁阻角度傳感器數(shù)據(jù)的外部處理單元，所述巨磁阻角度傳感器與外部處理單元信號連接。所述巨磁阻角度傳感器與磁體距離小于5mm。所述殼體為圓柱形殼體。所述殼體為軟磁性的不銹鋼材質(zhì)。所述殼體上，在靠近巨磁阻傳感器附近的位置開一個(gè)小孔，將巨磁阻傳感器的通訊引腳線束從該小孔中引出與外部處理單元信號連接。所述線束連接到小孔外部的接插件上,外部處理單元連接到該接插件上，從而傳感器與外部處理單元信號連接。所述巨磁阻角度傳感器與磁體的中心都位于所述殼體的圓柱體軸線上。所述外部處理單元為單片機(jī)。本實(shí)用新型的第二方面提供了一種通過基于巨磁阻角度傳感器的絕對編碼盤測量電機(jī)轉(zhuǎn)子位置和速度的方案。將編碼盤磁體與電機(jī)轉(zhuǎn)子軸相連接，那么編碼盤轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)動(dòng)角度與電機(jī)轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)動(dòng)角度相同。編碼盤磁體與轉(zhuǎn)子軸一塊旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生與電機(jī)轉(zhuǎn)子相對應(yīng)的磁場。巨磁阻角度傳感器感應(yīng)編碼器磁體產(chǎn)生的磁場，直接得到角度信息，那么便能得到電機(jī)轉(zhuǎn)子的絕對角度。且通過測量電機(jī)轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)過一定角度所需的時(shí)間，通過計(jì)算便可以得到電機(jī)轉(zhuǎn)子的速度。本實(shí)用新型的特點(diǎn)是(I)本實(shí)用新型提出了一種基于巨磁阻角度傳感器的絕對式編碼盤，相對于其它編碼盤、旋轉(zhuǎn)變壓器，安裝方便、使用壽命長。(2)本實(shí)用新型提出了一種基于巨磁阻角度傳感器的絕對式編碼盤來測量電機(jī)位置和轉(zhuǎn)速的方案，精度高、測量結(jié)果準(zhǔn)確。

圖I示出根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的編碼器的沿軸線切面的結(jié)構(gòu)圖2示出根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的編碼器的內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施方式
下面參考附圖說明本實(shí)用新型的一般性原理。圖I示出了根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的編碼盤的結(jié)構(gòu)。如圖I所示，根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的編碼盤包括一個(gè)磁體1，將該磁體通過緊固件2 (現(xiàn)有技術(shù)即可)安裝在電機(jī)8的轉(zhuǎn)子軸9上；圓柱形的不銹鋼殼體3，該圓柱體內(nèi)部為空心的，該不銹鋼殼體與電機(jī)緊密貼合，通過緊固件11將不銹鋼殼體固定在電機(jī)上，電機(jī)轉(zhuǎn)子軸從不銹鋼殼體開口處套入，使圓柱體完全封閉，并且電機(jī)轉(zhuǎn)子軸軸線與圓柱體軸線完全重合。所述不銹鋼是一種現(xiàn)有的在鐵中摻入鎳、鉻制成的合金，而相當(dāng)于在金屬中摻入了軟磁性材料，使得圓柱體內(nèi)部磁場與外部磁場完全隔離，避免了除電機(jī)外其它物體產(chǎn)生的磁場對測量的影響，使測量結(jié)果更加準(zhǔn)確。如圖I所述，在圓柱體底部內(nèi)表面的不銹鋼殼體上貼上電路板4，并用防水膠將表面封住，在防止進(jìn)水的同時(shí)也避免其脫落。電路板上的主要器件為巨磁阻角度傳感器，該電路板同樣位于圓柱體軸線處，以圓柱體軸線為對稱軸左右對稱。這樣，便使得巨磁阻角度傳感器與編碼器磁體的中心都位于圓柱體軸線上，且兩者相對。使得巨磁阻角度傳感器可以測量到編碼器磁體產(chǎn)生的磁場中磁感應(yīng)最強(qiáng)的部分，使得測量結(jié)果更加準(zhǔn)確。巨磁阻角度傳感器與編碼器磁體距離不超過5mm。如果距離太遠(yuǎn)，可能使得磁感應(yīng)作用減弱，使得測量結(jié)果不準(zhǔn)確。在不銹鋼殼體上，在靠近巨磁阻傳感器附近的位置開一個(gè)小孔5，將巨磁阻傳感器的通訊引腳作成線束6從該小孔中引出。線束連接到小孔外部的接插件7上，外部處理單元10連接到該接插件上，從而使得傳感器與外部處理單元能夠進(jìn)行通訊。物質(zhì)在一定磁場下電阻改變的現(xiàn)象，稱為“磁阻效應(yīng)”，磁性金屬和合金材料一般都有這種磁電阻現(xiàn)象，通常情況下，物質(zhì)的電阻率在磁場中僅產(chǎn)生輕微的減小；在某種條件下，電阻率減小的幅度相當(dāng)大，比通常磁性金屬與合金材料的磁電阻值約高10余倍，稱為“巨磁阻效應(yīng)”(GMR)。巨磁組效應(yīng)被應(yīng)用在角度傳感器上，產(chǎn)生了巨磁阻角度傳感器，利用磁場變化可以檢測角度的變化。該角度傳感器可異常精確地測量0°到360°的轉(zhuǎn)向角度，它包含兩個(gè)GMR全橋、一個(gè)溫度傳感器、兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及在運(yùn)行過程中能連續(xù)監(jiān)控這些組件的內(nèi)部機(jī)制。巨磁阻角度傳感器通過測量角度的兩個(gè)數(shù)字分量正弦值和余弦值，可得到角度。本實(shí)用新型使用的巨磁阻角度傳感器還可將這角度值通過SPI (異步串行通訊)接口發(fā)送給外部處理單元，本實(shí)用新型使用單片機(jī)作為外部處理單元，對傳感器得到的角度值進(jìn)行處理。本實(shí)用新型將編碼器的磁體與電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸相連接，則編碼器的磁體和電機(jī)轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和轉(zhuǎn)動(dòng)角度相同。編碼盤磁體隨著轉(zhuǎn)子一塊旋轉(zhuǎn)，那么測量編碼器磁體的轉(zhuǎn)動(dòng)角度也就等同于測量電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。巨磁阻角度傳感器感應(yīng)編碼器磁體產(chǎn)生的磁場，直接得到角度信息，那么便能得到電機(jī)轉(zhuǎn)子的絕對角度。本實(shí)用新型將編碼器中的巨磁阻角度傳感器的SPI通訊引腳作成線束引出后，與單片機(jī)的SPI引腳連接，將傳感器得到的角度值傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理，從而得到電機(jī)轉(zhuǎn)子的速度值。單片機(jī)記錄傳感器測量到的編碼器磁體轉(zhuǎn)動(dòng)一段角度所用的時(shí)間，比如測量電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)到角度O1時(shí)的時(shí)間h及轉(zhuǎn)動(dòng)到角度O2時(shí)的t2。單片機(jī)通過以下公式，便可得到電機(jī)的速度。
權(quán)利要求1.一種基于巨磁阻角度傳感器的編碼盤，其特征在于，包括 ー個(gè)磁體，將該磁體通過緊固件安裝在電機(jī)轉(zhuǎn)子軸上； ー個(gè)空心的殼體，具有一個(gè)對應(yīng)前述電機(jī)轉(zhuǎn)子軸的開ロ，該殼體通過緊固件組裝于電機(jī)，并且前述電機(jī)轉(zhuǎn)子軸從開ロ處套入，在殼體內(nèi)側(cè)頂面上對應(yīng)磁體貼有電路板，電路板上的具有對應(yīng)前述磁體的巨磁阻角度傳感器，該電路板同樣位于圓柱體軸線處，以圓柱體軸線為對稱軸左右對稱；及 ー個(gè)能接受并處理所述巨磁阻角度傳感器數(shù)據(jù)的外部處理單元，所述巨磁阻角度傳感器與外部處理單元信號連接。
2.如權(quán)利要求I所述的基于巨磁阻角度傳感器的編碼盤，其特征在于所述巨磁阻角度傳感器與磁體距離小于5mm。
3.如權(quán)利要求I所述的基于巨磁阻角度傳感器的編碼盤，其特征在于所述殼體為圓柱形殼體。
4.如權(quán)利要求3所述的基于巨磁阻角度傳感器的編碼盤，其特征在于所述殼體為軟磁性的不銹鋼材質(zhì)。
5.如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的基于巨磁阻角度傳感器的編碼盤，其特征在于所述殼體上，在靠近巨磁阻傳感器附近的位置開ー個(gè)小孔，將巨磁阻傳感器的通訊引腳線束從該小孔中弓I出與外部處理單元信號連接。
6.如權(quán)利要求5所述的基于巨磁阻角度傳感器的編碼盤，其特征在于所述線束連接到小孔外部的接插件上，外部處理單元連接到該接插件上，從而傳感器與外部處理單元信號連接。
7.如權(quán)利要求3任一項(xiàng)所述的基于巨磁阻角度傳感器的編碼盤，其特征在于所述巨磁阻角度傳感器與磁體的中心都位于所述殼體的圓柱體軸線上。
8.如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的基于巨磁阻角度傳感器的編碼盤，其特征在于所述外部處理單元為單片機(jī)。
9.如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的基于巨磁阻角度傳感器的編碼盤，其特征在于所述電路板并用防水膠將表面封住。
10.如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的基于巨磁阻角度傳感器的編碼盤，其特征在于前述電機(jī)轉(zhuǎn)子軸從開ロ處套入后，所述殼體完全封閉。
專利摘要一種基于巨磁阻角度傳感器的編碼盤，包括一個(gè)磁體，將該磁體通過緊固件安裝在電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸上。圓柱形的不銹鋼殼體，該圓柱體內(nèi)部為空心的。該不銹鋼殼體通過緊固件與電機(jī)緊密貼合，并且電機(jī)轉(zhuǎn)子軸從不銹鋼殼體開口處套入。在圓柱體底部內(nèi)表面的不銹鋼殼體上貼上電路板，并用防水膠將表面封住。電路板上的主要器件為巨磁阻角度傳感器，該電路板同樣位于圓柱體軸線處，以圓柱體軸線為對稱軸左右對稱。巨磁阻角度傳感器與磁體距離不超過5mm。本實(shí)用新型提出了一種基于巨磁阻角度傳感器的絕對式編碼盤，相對于其它編碼盤、旋轉(zhuǎn)變壓器，安裝方便、使用壽命長。
文檔編號G01D5/16GK202471096SQ20122013257
公開日2012年10月3日 申請日期2012年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月31日
發(fā)明者陸科 申請人:陸科