一種角度磁編碼器和電子水表的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種角度磁編碼器和電子水表。該角度磁編碼器包括數(shù)字轉(zhuǎn)輪，與所述數(shù)字轉(zhuǎn)輪同軸安裝的永磁體，隧道磁阻角位移傳感器，以及數(shù)字處理電路。該編碼器中，隧道磁阻角位移傳感器位于永磁體的檢測(cè)面內(nèi)距離永磁體柱狀圓環(huán)軸心特定半徑范圍的區(qū)域內(nèi)，在該特定半徑范圍的區(qū)域內(nèi)，所述永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)在檢測(cè)面內(nèi)的分量的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相位角與永磁體旋轉(zhuǎn)相位角呈線性變化關(guān)系。根據(jù)本發(fā)明的磁編碼器和電子水表具有小的體積和高的測(cè)量精度。
【專利說明】一種角度磁編碼器和電子水表
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】的永磁體，具體是涉及一種適用于角度磁編碼器的永磁體，包含該永磁體的角度磁編碼器和電子水表。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著傳感器技術(shù)的迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)的機(jī)械水表逐漸向新穎的電子水表過渡。在各種傳感器技術(shù)中，光電編碼技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)輪代碼的直接讀取計(jì)量，而且不需要累積，從而得到廣泛應(yīng)用。但該技術(shù)普遍存在進(jìn)位誤碼現(xiàn)象，而且對(duì)氣泡、強(qiáng)光、污垢、滲漏等因素的抗干擾能力差。與光電編碼技術(shù)相比，角度磁編碼技術(shù)分辨率更高，無進(jìn)位誤碼現(xiàn)象，穩(wěn)定性好，而且可以完全根除光電技術(shù)引起的各種不良故障，成為一種可替代光電編碼的編碼技術(shù)。角度磁編碼技術(shù)通過對(duì)數(shù)字計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行編碼來得到計(jì)量讀數(shù)，其原理是利用磁阻傳感器如隧道磁阻角位移傳感器來感應(yīng)安裝在數(shù)字計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)輪上的環(huán)形永磁體的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相位來測(cè)量轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)角和位置，并采用電子技術(shù)轉(zhuǎn)變成相應(yīng)數(shù)字讀數(shù)。[0003]角度磁編碼技術(shù)的測(cè)量精度取決于磁敏角位移傳感器和永磁體兩個(gè)組成部分的性能特征。與霍爾傳感器相比，磁阻傳感器如隧道磁阻傳感器具有更高的磁場(chǎng)靈敏度，其功耗和尺寸也可大大降低。隧道磁阻角位移傳感器包含兩個(gè)相互正交的隧道磁阻傳感器。隧道磁阻角位移傳感器工作時(shí)形成的兩個(gè)正弦和余弦輸出與永磁體檢測(cè)磁場(chǎng)分量即永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)在檢測(cè)面內(nèi)的分量及隧道磁阻角位移傳感器敏感軸之間形成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相位角Φ，本文中也稱為探測(cè)磁場(chǎng)相位角，關(guān)系如下:
[0004]OUTl=COS ( Φ )
[0005]0UT2=SIN ( Φ )
[0006]利用反正切函數(shù)，就能根據(jù)隧道磁阻角位移傳感器的輸出OUTl和0UT2計(jì)算出旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相位角Φ角度:
[0007]φ =ATAN (0UT2/0UT1)。
[0008]永磁體在旋轉(zhuǎn)過程中其旋轉(zhuǎn)相位角α，定義為永磁體在旋轉(zhuǎn)過程中依次經(jīng)過隧道磁阻角位移傳感器的位置矢量點(diǎn)r的相位角，永磁體的檢測(cè)磁場(chǎng)分量使隧道磁阻角位移傳感器產(chǎn)生感應(yīng)。當(dāng)永磁體旋轉(zhuǎn)相位角α和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相位角Φ之間形成線性關(guān)系，滿足在0-360°范圍內(nèi)一一對(duì)應(yīng)時(shí)，就可以將隧道磁阻角位移傳感器所探測(cè)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相位角Φ和永磁體旋轉(zhuǎn)相位角α位置關(guān)系對(duì)應(yīng)起來。例如為了能使0-9這10個(gè)代表數(shù)字在轉(zhuǎn)輪的某一直徑的圓周上以等間距角度增量間隔開，事先將α的范圍劃分成10個(gè)區(qū)間，每一區(qū)間用一個(gè)預(yù)期的數(shù)字表示。通過將永磁體角度進(jìn)行編碼，進(jìn)而通過電子技術(shù)轉(zhuǎn)化，可以實(shí)現(xiàn)水表讀數(shù)的直接輸出。
[0009]因此，隧道磁阻角度磁編碼器技術(shù)在應(yīng)用于電子水表時(shí)對(duì)于永磁體的設(shè)計(jì)性能將具有特殊要求，而現(xiàn)有的角度磁編碼器采用的永磁體具有如下缺點(diǎn):
[0010](I)現(xiàn)有的角度磁編碼器大都采用霍爾傳感器作為角度傳感器，其對(duì)應(yīng)的檢測(cè)磁場(chǎng)分量為永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)垂直于檢測(cè)面的分量，而隧道磁阻角位移傳感器對(duì)應(yīng)的檢測(cè)磁場(chǎng)分量為磁場(chǎng)在檢測(cè)面內(nèi)的分量，因此現(xiàn)有角度磁編碼器的永磁體不能滿足于隧道磁阻角位移傳感器磁場(chǎng)測(cè)量的要求。
[0011](2)現(xiàn)有的角度磁編碼器永磁體一般采用的是實(shí)心圓柱設(shè)計(jì)，而電子水表為盡量減少安裝空間，要求永磁體為圓環(huán)形以便直接安裝在轉(zhuǎn)輪上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺點(diǎn)，提供一種適用于角度磁編碼器的永磁體，使之能夠安裝在電子水表轉(zhuǎn)輪上，節(jié)省安裝空間，并能夠滿足隧道磁阻角位移傳感器與檢測(cè)面內(nèi)磁場(chǎng)分量之間的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相位角Φ和永磁體旋轉(zhuǎn)相位角α之間線性關(guān)系的要求，從而提高角度磁編碼器的測(cè)量精度。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種角度磁編碼器，該角度磁編碼器包括:
[0014]數(shù)字轉(zhuǎn)輪；
[0015]與所述數(shù)字轉(zhuǎn)輪同軸安裝的永磁體，
[0016]隧道磁阻角位移傳感器，位于所述永磁體檢測(cè)面上用于感測(cè)所述永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)在該檢測(cè)面內(nèi)的分量并輸出感測(cè)信號(hào)，以及
[0017]數(shù)字處理電路，用于根據(jù)來自所述隧道磁阻角位移傳感器的感測(cè)信號(hào)計(jì)算并輸出表征所述數(shù)字轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)角度的代碼，
[0018]其特征在于，
[0019]該永磁體具有柱狀圓環(huán)結(jié)構(gòu)，并包含第一永磁單元和第二永磁單元，所述第一永磁單元和第二永磁單元相對(duì)于直徑截面何對(duì)稱，
[0020]所述第一永磁單元的磁化強(qiáng)度和第二永磁單元的磁化強(qiáng)度平行于柱狀圓環(huán)的軸向，且方向相反，或
[0021]所述第一永磁單元的磁化強(qiáng)度和第二永磁單元的磁化強(qiáng)度垂直于所述直徑截面，且方向平行一致，
[0022]所述隧道磁阻角位移傳感器位于所述永磁體的檢測(cè)面內(nèi)距離永磁體柱狀圓環(huán)軸心特定半徑范圍的區(qū)域內(nèi)，在該特定半徑范圍的區(qū)域內(nèi)，所述永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)在檢測(cè)面內(nèi)的分量的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相位角與永磁體旋轉(zhuǎn)相位角呈線性變化關(guān)系。
[0023]優(yōu)選地，所述隧道磁阻角位移傳感器包括兩個(gè)彼此正交設(shè)置的單軸旋轉(zhuǎn)傳感器或惠斯通橋相對(duì)彼此90度旋轉(zhuǎn)的雙軸旋轉(zhuǎn)傳感器。
[0024]優(yōu)選地，所述永磁體所對(duì)應(yīng)的檢測(cè)面位于柱狀圓環(huán)端面前方且平行于端面。
[0025]優(yōu)選地，所述隧道磁阻角位移傳感器所在檢測(cè)面與所述永磁體的柱狀圓環(huán)端面之間的距離為l_5mm。
[0026]優(yōu)選地，所述第一永磁單元的磁化強(qiáng)度和第二永磁單元的磁化強(qiáng)度大小相同。
[0027]優(yōu)選地，所述永磁體柱狀圓環(huán)結(jié)構(gòu)的外徑為3-200mm，內(nèi)徑為1-lOOmm，高度為l-50mmo
[0028]根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供一種電子水表，包括多個(gè)計(jì)數(shù)單元和數(shù)字處理電路，
[0029]所述每個(gè)計(jì)數(shù)單元包括:
[0030]與轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接的數(shù)字計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)輪，
[0031]與所述數(shù)字計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)輪同軸安裝的永磁體，和[0032]隧道磁阻角位移傳感器，位于所述永磁體檢測(cè)面上用于感測(cè)所述永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)在該檢測(cè)面內(nèi)的分量并輸出感測(cè)信號(hào)，
[0033]相鄰計(jì)數(shù)單元中的數(shù)字計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)圈數(shù)是N: 1，N是大于I的整數(shù)，
[0034]所述數(shù)字處理電路與每一隧道磁阻角位移傳感器連接，將所述隧道磁阻角位移傳感器的輸出轉(zhuǎn)換為數(shù)字讀數(shù)，
[0035]該永磁體具有柱狀圓環(huán)結(jié)構(gòu)，并包含第一永磁單元和第二永磁單元，所述第一永磁單元和第二永磁單元相對(duì)于直徑截面幾何對(duì)稱，
[0036]所述第一永磁單元的磁化強(qiáng)度和第二永磁單元的磁化強(qiáng)度平行于柱狀圓環(huán)的軸向，且方向相反，或
[0037]所述第一永磁單元的磁化強(qiáng)度和第二永磁單元的磁化強(qiáng)度垂直于所述直徑截面，且方向平行一致，
[0038]所述隧道磁阻角位移傳感器位于所述永磁體的檢測(cè)面內(nèi)距離永磁體柱狀圓環(huán)軸心特定半徑范圍的區(qū)域內(nèi)，在該特定半徑范圍的區(qū)域內(nèi)，所述永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)在檢測(cè)面內(nèi)的分量的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相位角與永磁體旋轉(zhuǎn)相位角呈線性變化關(guān)系。
[0039]優(yōu)選地，所述隧道磁阻角位移傳感器包括兩個(gè)彼此正交設(shè)置的單軸旋轉(zhuǎn)傳感器或惠斯通橋相對(duì)彼此90度旋轉(zhuǎn)的雙軸旋轉(zhuǎn)傳感器。
[0040]優(yōu)選地，該電子水表進(jìn)一步包括與所述數(shù)字處理電路連接的抄表接口。
[0041]優(yōu)選地，所述永磁體所對(duì)應(yīng)的檢測(cè)面位于柱狀圓環(huán)端面前方且平行于端面，與所述永磁體的柱狀圓環(huán)端面之間的距離為1-5_。
[0042]優(yōu)選地，所述第一永磁單元的磁化強(qiáng)度和第二永磁單元的磁化強(qiáng)度大小相同。
[0043]優(yōu)選地，所述永磁體柱狀圓環(huán)結(jié)構(gòu)的外徑為3?20mm,內(nèi)徑為高度為I?IOmm0
[0044]優(yōu)選地,該電子水表包括2-10個(gè)計(jì)數(shù)單元。
[0045]優(yōu)選地，相鄰計(jì)數(shù)單元中的數(shù)字計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)圈數(shù)比是10:1。
[0046]本發(fā)明具有如下有益效果:
[0047]I)本發(fā)明采用的柱狀圓環(huán)永磁體，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠直接鑲嵌在水表數(shù)字轉(zhuǎn)輪內(nèi)，減小對(duì)安裝空間的要求。
[0048]2)本發(fā)明采用的柱狀圓環(huán)永磁體，包含兩個(gè)簡(jiǎn)單永磁單元，其磁化組態(tài)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。
[0049]3)本發(fā)明采用的柱狀圓環(huán)永磁體，在檢測(cè)面內(nèi)存在檢測(cè)磁場(chǎng)分量旋轉(zhuǎn)相位角和永磁體旋轉(zhuǎn)相位角之間具有線性關(guān)系的特定檢測(cè)區(qū)域，滿足隧道磁阻角位移傳感器的測(cè)量要求。
[0050]4)本發(fā)明采用的柱狀圓環(huán)永磁體，檢測(cè)面與端面距離，檢測(cè)面內(nèi)的特定檢測(cè)區(qū)域與軸心的距離都可以在較大范圍內(nèi)變化，使得隧道磁阻角位移傳感器的安裝空間較為靈活。
[0051]5)根據(jù)本發(fā)明的磁編碼器和電子水表具有小的體積和高的測(cè)量精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0052]圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的永磁體的頂視圖。[0053]圖2為圖1所示永磁體的側(cè)視圖。
[0054]圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例2的永磁體的頂視圖。
[0055]圖4為圖3所示永磁體的側(cè)視圖。
[0056]圖5為根據(jù)本發(fā)明的永磁體相對(duì)于隧道磁阻角位移傳感器的安裝位置頂視圖。
[0057]圖6為根據(jù)本發(fā)明的永磁體相對(duì)于隧道磁阻角位移傳感器的安裝位置側(cè)視圖。
[0058]圖7為實(shí)施例1的永磁體在檢測(cè)面內(nèi)的三維磁場(chǎng)矢量分布圖。
[0059]圖8為實(shí)施例1的永磁體檢測(cè)面內(nèi)檢測(cè)磁場(chǎng)分量的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相位角Φ和永磁體旋轉(zhuǎn)相位角α的典型線性關(guān)系圖。
[0060]圖9為實(shí)施例1的永磁體檢測(cè)面內(nèi)檢測(cè)磁場(chǎng)分量的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相位角Φ和永磁體旋轉(zhuǎn)相位角α的非線性關(guān)系曲線圖。
[0061]圖10為實(shí)施例1的永磁體檢測(cè)面內(nèi)檢測(cè)磁場(chǎng)分量的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相位角Φ和永磁體旋轉(zhuǎn)相位角α的介于線性和非線性之間的關(guān)系圖。
[0062]圖11為實(shí)施例1的永磁體檢測(cè)面內(nèi)檢測(cè)磁場(chǎng)分量磁場(chǎng)幅度Bx-y和永磁體旋轉(zhuǎn)相位角度α關(guān)系圖。
[0063]圖12為實(shí)施例1的永磁體檢測(cè)面內(nèi)，檢測(cè)磁場(chǎng)分量的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相位角Φ和永磁體旋轉(zhuǎn)相位角α關(guān)系的直線擬合參數(shù)R2與隧道磁阻角位移傳感器距離軸心相對(duì)位置r/Ro關(guān)系圖。
[0064]圖13為實(shí)施例1的永磁體檢測(cè)面內(nèi)，檢測(cè)磁場(chǎng)分量的正則磁場(chǎng)幅度與隧道磁阻角位移傳感器距離軸心相對(duì)位置r/Ro關(guān)系圖。
[0065]圖14為實(shí)施例2的永磁體在檢測(cè)面內(nèi)的三維磁場(chǎng)矢量分布圖。
[0066]圖15為實(shí)施例2的永磁體檢測(cè)面內(nèi)檢測(cè)磁場(chǎng)分量的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相位角Φ和永磁體旋轉(zhuǎn)相位角α的典型線性關(guān)系圖。
[0067]圖16為實(shí)施例2的永磁體檢測(cè)面內(nèi)檢測(cè)磁場(chǎng)分量的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相位角Φ和永磁體旋轉(zhuǎn)相位角α的非線性關(guān)系圖。
[0068]圖17為實(shí)施例2的永磁體檢測(cè)面內(nèi)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)分量的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相位角Φ和永磁體旋轉(zhuǎn)相位角α的介于線性和非線性之間的關(guān)系圖。
[0069]圖18為實(shí)施例2的永磁體檢測(cè)面內(nèi)檢測(cè)磁場(chǎng)分量的磁場(chǎng)幅度Bx-y與永磁體旋轉(zhuǎn)相位角度α關(guān)系圖。
[0070]圖19為實(shí)施例2的永磁體檢測(cè)面內(nèi)，檢測(cè)磁場(chǎng)分量的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相位角Φ和永磁體旋轉(zhuǎn)相位角α的直線擬合參數(shù)R2與隧道磁阻角位移傳感器距離軸心相對(duì)位置r/Ro的關(guān)系圖。
[0071]圖20為實(shí)施例2的永磁體檢測(cè)面內(nèi)，檢測(cè)磁場(chǎng)分量的正則磁場(chǎng)幅度與隧道磁阻角位移傳感器距離軸心相對(duì)位置r/Ro關(guān)系圖。
[0072]圖21為電子水表結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0073]下面將參照附圖并結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明。
[0074]實(shí)施例1
[0075]圖1和圖2示意性示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的永磁體100的示意圖。永磁體100為柱狀圓環(huán)幾何結(jié)構(gòu)，包含永磁單元101和永磁單元102，永磁單元101和永磁單元102以直徑截面110幾何對(duì)稱。永磁單元101的磁化強(qiáng)度103和永磁單元102的磁化強(qiáng)度104沿軸心方向反平行。優(yōu)選的，所述永磁體101的磁化強(qiáng)度103和永磁單元102的磁化強(qiáng)度104大小相同。
[0076]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)永磁體100的尺寸。優(yōu)選的，永磁體100的柱狀圓環(huán)的內(nèi)徑為1-1OOmm,柱狀圓環(huán)的外徑為3-200mm,柱狀圓環(huán)的高度為l_50mm。
[0077]永磁體100對(duì)應(yīng)的檢測(cè)面120位于柱狀圓環(huán)端面前方且平行于端面。優(yōu)選的，該檢測(cè)面120與柱狀圓環(huán)端面之間的距離為l-5mm。本文中，永磁體100所對(duì)應(yīng)的檢測(cè)磁場(chǎng)分量121為永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)在檢測(cè)面120內(nèi)的分量。本文中，檢測(cè)面120內(nèi)所對(duì)應(yīng)的特定檢測(cè)區(qū)域122位于距離柱狀圓環(huán)軸心特定半徑范圍的區(qū)域內(nèi)，在該特定檢測(cè)區(qū)域內(nèi)，檢測(cè)磁場(chǎng)分量121的旋轉(zhuǎn)相位角和永磁體100旋轉(zhuǎn)相位角具有線性變化特征，這將在下文具體描述。
[0078]優(yōu)選的，永磁體100的組成材料為Alnico?？商鎿Q地，永磁體100的組成材料為鐵氧體陶瓷材料M0.6Fe203，M為Ba，Sr或者兩者的組合?？商鎿Q地，永磁體100的組成材料為 RECo5, RE=Sm 和 / 或 Pr ；RE2TM17, RE=Sm, TM=Fe, Cu, Co，Zr 和 / 或 Hf 以及 RE2TM14B,RE=Nd, Pr和/或Dy，TM=Fe和/或Co?？商鎿Q地，所述永磁體100的組成材料為FeCrCo合金或NbFeB合金。優(yōu)選的,所述永磁體100為上述永磁體材料的粉末和塑料、橡膠或樹脂等形成的復(fù)合體。
[0079]實(shí)施例2
[0080]圖3和圖4示意性示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例2的永磁體300的示意圖。永磁體300為柱狀圓環(huán)幾何結(jié)構(gòu)，包含永磁單元301和永磁單元302，永磁單元301和永磁單元302以直徑截面310幾何對(duì)稱。永磁單元301的磁化強(qiáng)度303和永磁單元302的磁化強(qiáng)度304沿垂直于直徑截面方向平行一致。優(yōu)選的，所述永磁單元301的磁化強(qiáng)度303和永磁單元302的磁化強(qiáng)度304大小相同。
[0081]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)永磁體300的尺寸。優(yōu)選的，永磁體300的柱狀圓環(huán)的內(nèi)徑為1-1OOmm,柱狀圓環(huán)的外徑為3-200mm,柱狀圓環(huán)的高度為l_50mm。
[0082]永磁體300對(duì)應(yīng)的檢測(cè)面320位于柱狀圓環(huán)端面前方且平行于端面。優(yōu)選的，該檢測(cè)面320與柱狀圓環(huán)端面之間的距離為l-5mm。本文中，永磁體300所對(duì)應(yīng)的檢測(cè)磁場(chǎng)分量321為永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)在檢測(cè)面320內(nèi)的分量。本文中，檢測(cè)面320內(nèi)所對(duì)應(yīng)的特定檢測(cè)區(qū)域322位于距離柱狀圓環(huán)軸心特定半徑范圍的區(qū)域內(nèi)，在該特定檢測(cè)區(qū)域內(nèi)，檢測(cè)磁場(chǎng)分量321的旋轉(zhuǎn)相位角和永磁體300旋轉(zhuǎn)相位角具有線性變化特征，這將在下文具體描述。
[0083]優(yōu)選的，永磁體300的組成材料為Alnico?？商鎿Q地，永磁體300的組成材料為鐵氧體陶瓷材料M0.6Fe203，M為Ba，Sr或者兩者的組合?？商鎿Q地，永磁體300的組成材料為 RECo5, RE=Sm, Pr，或 RE2TM17, RE=Sm, TM=Fe, Cu, Co, Zr, Hf 以及 RE2TM14B, RE=Nd, Pr, Dy,TM=Fe, Co?？商鎿Q地，所述永磁體300的組成材料為FeCrCo合金或NbFeB合金。優(yōu)選的，所述永磁體300永磁體合金材料粉末和塑料、橡膠或樹脂等形成的復(fù)合體。
[0084]實(shí)施例3
[0085]實(shí)施例3為根據(jù)本發(fā)明的一種角度磁編碼器，包括可繞軸旋轉(zhuǎn)的數(shù)字轉(zhuǎn)輪，鑲嵌在數(shù)字轉(zhuǎn)輪中的永磁體，隧道磁阻角位移傳感器和數(shù)字處理電路。永磁體為根據(jù)本發(fā)明的永磁體。隧道磁阻角位移傳感器位于所述永磁體檢測(cè)面上，用于感測(cè)所述永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)在該檢測(cè)面內(nèi)的分量并輸出感測(cè)信號(hào)。隧道磁阻角位移傳感器被布置在永磁體的檢測(cè)面內(nèi)距離永磁體柱狀圓環(huán)軸心特定半徑范圍的區(qū)域內(nèi)，在該特定半徑范圍的區(qū)域內(nèi)，所述永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)在檢測(cè)面內(nèi)的分量的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相位角Φ與永磁體旋轉(zhuǎn)相位角α呈線性變化關(guān)系。數(shù)字處理電路用于根據(jù)來自所述隧道磁阻角位移傳感器的感測(cè)信號(hào)計(jì)算并輸出表征所述永磁體旋轉(zhuǎn)角度的代碼。
[0086]圖5和圖6分別為實(shí)施例3中永磁體100，300和隧道磁阻角位移傳感器500安裝位置的頂視圖和側(cè)視圖，檢測(cè)面120，320距離永磁體端面距離為d。以永磁體軸心為原點(diǎn)在檢測(cè)面120，320內(nèi)建立X-Y坐標(biāo)系統(tǒng)，如圖5所示。假定永磁體100，300的柱狀圓環(huán)內(nèi)半徑為Ri，外半徑為Ro，厚度為t，隧道磁阻角位移傳感器500在檢測(cè)面120，320內(nèi)的位置矢量為r(x，y)，其相對(duì)于X軸的方位角為α。假定r處的檢測(cè)磁場(chǎng)分量Βχ-y (Bx，By)方位角度為β。角度α和角度β的計(jì)算關(guān)系如下:
[0087]
【權(quán)利要求】
1.一種角度磁編碼器，該角度磁編碼器包括: 數(shù)字轉(zhuǎn)輪； 與所述數(shù)字轉(zhuǎn)輪同軸固定安裝的永磁體(100，300)， 隧道磁阻角位移傳感器，位于所述永磁體檢測(cè)面上用于感測(cè)所述永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)在該檢測(cè)面內(nèi)的分量并輸出感測(cè)信號(hào)，以及 數(shù)字處理電路，用于根據(jù)來自所述隧道磁阻角位移傳感器的感測(cè)信號(hào)計(jì)算并輸出表征所述數(shù)字轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)角度的代碼， 其特征在于， 該永磁體(100,300)具有柱狀圓環(huán)結(jié)構(gòu)，并包含第一永磁單兀(101,301)和第二永磁單元(102，302)，所述第一永磁單元(101，301)和第二永磁單元(102，302)相對(duì)于直徑截面(110,310)幾何對(duì)稱， 所述第一永磁單元(101，301)的磁化強(qiáng)度(103，303)和第二永磁單元(102，302)的磁化強(qiáng)度(104，304)平行于柱狀圓環(huán)的軸向，且方向相反，或 所述第一永磁單元(101，301)的磁化強(qiáng)度(103，303)和第二永磁單元(102，302)的磁化強(qiáng)度(104，304)垂直于所述直徑截面(110，310)，且方向平行一致， 所述隧道磁阻角位移傳感器位于所述永磁體的檢測(cè)面內(nèi)距離永磁體柱狀圓環(huán)軸心特定半徑范圍的區(qū)域內(nèi)，在該特定半徑范圍的區(qū)域內(nèi)，所述永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)在檢測(cè)面內(nèi)的分量的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相位角(Φ )與永磁體旋轉(zhuǎn)相位角(α )呈線性變化關(guān)系。
2.如權(quán)利要求1所述的角度磁編碼器，其特征在于，所述隧道磁阻角位移傳感器包括兩個(gè)彼此正交設(shè)置的單軸旋轉(zhuǎn)傳感器或惠斯通橋相對(duì)彼此90度旋轉(zhuǎn)的雙軸旋轉(zhuǎn)傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于角度磁編碼器的永磁體，其特征在于，所述永磁體(100，300)所對(duì)應(yīng)的檢測(cè)面(120，320)位于柱狀圓環(huán)端面前方且平行于端面。
4.如權(quán)利要求1所述的角度磁編碼器，其特征在于，所述隧道磁阻角位移傳感器所在檢測(cè)面與所述永磁體的柱狀圓環(huán)端面之間的距離為l_5mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于角度磁編碼器的永磁體，其特征在于，所述第一永磁單元(101,301)的磁化強(qiáng)度(103,303)和第二永磁單元(102，302)的磁化強(qiáng)度(104，304)大小相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于角度磁編碼器的永磁體，其特征在于，所述永磁體(100,300)柱狀圓環(huán)結(jié)構(gòu)的外徑為3-200mm，內(nèi)徑為1-lOOmm，高度為l_50mm。
7.一種電子水表，包括多個(gè)計(jì)數(shù)單元和數(shù)字處理電路， 所述每個(gè)計(jì)數(shù)單元包括: 與轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接的數(shù)字計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)輪， 與所述數(shù)字計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)輪同軸固定安裝的永磁體，和 隧道磁阻角位移傳感器，位于所述永磁體檢測(cè)面上用于感測(cè)所述永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)在該檢測(cè)面內(nèi)的分量并輸出感測(cè)信號(hào)， 相鄰計(jì)數(shù)單元中的數(shù)字計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)圈數(shù)比是N: 1，N是大于I的整數(shù)， 所述數(shù)字處理電路與每一隧道磁阻角位移傳感器連接，將所述隧道磁阻角位移傳感器的輸出轉(zhuǎn)換為數(shù)字讀數(shù)， 該永磁體(100,300)具有柱狀圓環(huán)結(jié)構(gòu)，并包含第一永磁單兀(101,301)和第二永磁單元(102，302)，所述第一永磁單元(101，301)和第二永磁單元(102，302)相對(duì)于直徑截面(110,310)幾何對(duì)稱， 所述第一永磁單元(101，301)的磁化強(qiáng)度(103，303)和第二永磁單元(102，302)的磁化強(qiáng)度(104，304)平行于柱狀圓環(huán)的軸向，且方向相反，或 所述第一永磁單元(101，301)的磁化強(qiáng)度(103，303)和第二永磁單元(102，302)的磁化強(qiáng)度(104，304)垂直于所述直徑截面(110，310)，且方向平行一致， 所述隧道磁阻角位移傳感器位于所述永磁體的檢測(cè)面內(nèi)距離永磁體柱狀圓環(huán)軸心特定半徑范圍的區(qū)域內(nèi)，在該特定半徑范圍的區(qū)域內(nèi)，所述永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)在檢測(cè)面內(nèi)的分量的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相位角(Φ )與永磁體旋轉(zhuǎn)相位角(α )呈線性變化關(guān)系。
8.如權(quán)利要求7所述的電子水表，其特征在于，所述隧道磁阻角位移傳感器包括兩個(gè)彼此正交設(shè)置的單軸旋轉(zhuǎn)傳感器或惠斯通橋相對(duì)彼此90度旋轉(zhuǎn)的雙軸旋轉(zhuǎn)傳感器。
9.如權(quán)利要求7所述的電子水表，其特征在于，該電子水表進(jìn)一步包括與所述數(shù)字處理電路連接的抄表接口。
10.如權(quán)利要求7所述的電子水表，其特征在于，所述永磁體(100，300)所對(duì)應(yīng)的檢測(cè)面(120，320)位于柱狀圓環(huán)端面前方且平行于端面，與所述永磁體的柱狀圓環(huán)端面之間的距離為l_5mm。
11.如權(quán)利要求7所述的電子水表，其特征在于，所述第一永磁單元(101，301)的磁化強(qiáng)度(103,303)和第二永磁單元(102，302)的磁化強(qiáng)度(104，304)大小相同。
12.如權(quán)利要求7所述的電子水表，其特征在于，所述永磁體(100，300)柱狀圓環(huán)結(jié)構(gòu)的外徑為3~20mm,內(nèi)徑為I~15mm,高度為I~10mm。
13.如權(quán)利要求7所述的電子水表，其特征在于，該電子水表包括2-10個(gè)計(jì)數(shù)單元。
14.如權(quán)利要求7所述的電子水表，其特征在于，相鄰計(jì)數(shù)單元中的數(shù)字計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)圈數(shù)比是10:1。
【文檔編號(hào)】G01F15/06GK103913183SQ201310007695
【公開日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2013年1月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月9日
【發(fā)明者】詹姆斯·G·迪克, 周志敏 申請(qǐng)人:江蘇多維科技有限公司