[发明专利]一种绝对式多圈转动角度的检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及检测转动角度技术领域,特别涉及一种绝对式多圈转动角度的检测装置及方法。 

背景技术

目前转动角度的检测装置应用于多种行业，尤其在电机转动角度检测，工业旋钮位置检测以及汽车行业探测汽车方向盘转动的角度等。但是目前的技术方案仍具有以下缺陷：一种情况是如专利CN1090315C中披露了一种检测一个可转动多余360度之物体转角。该方案是通过两个分别于主齿轮外啮合的从动齿轮的相对关系与各自的转动角度来实现的。计算过程中2个从动齿轮的误差均被引入参与计算，从性能角度分析转动角度的精度、分辨率、零点漂移以及非线性的波动会比较严重。因为算法复杂，系统的稳定性不但取决于传感器还依赖于其他数模转换，单片机累加器等单元的稳定性。除此之外对最终用户的使用环境于安装有一定要求，产生错误的概率相对较高。第二种情况是通过一种使用光电原理或霍尔原理实现两个脉冲信号输出，通过脉冲相位关系得出转动角度。该重装置及检测方法从输出信号上无法进行零点的标示记录，每次必须上电恢复工作后由用户系统重新进行零点辨识。此外其检测装置的分辨率取决于单个脉冲周期对应的转动角度，脉冲的个数需要在360度范围内均匀分布，每个脉冲对应的孔或齿在360度范围内的机械分布是有限的，安装环境狭小，尺寸有限，因此该检测装置的最高分辨率只能达到0.5度。当转动角度小于分辨 率时，无有效角度输出，且转动方向是由两个脉冲的先后顺序决定的，因此转动方向无法识别。该类角度检测装置还易造成脉冲丢失的现象，使得最终无正确的转动角度输出。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种绝对式多圈转动角度的检测装置及方法，可以有效提高多圈角度检测的分辨率，使得输出的角度信号直接为绝对角度，且计算角度的算法简单，提高输出角度的可靠性和稳定性。 

为解决上述问题，本发明涉及一种绝对式多圈转动角度的检测装置，包括壳体、盖板、旋转轴，旋转轴置于壳体中，旋转轴上固定有主齿轮，主齿轮与旋转轴之间无相对旋转与轴向运动，从动齿轮包括从动大齿轮和从动小齿轮，主齿轮与从动大齿轮外啮合，从动大齿轮的齿数少于主齿轮，因此从动大齿轮的角度经放大提高了检测装置的分辨率，减小整个检测装置的尺寸。从动齿轮上设有使旋转轴多圈转动减速到圈数齿轮且圈数齿轮只旋转一圈的二级减速装置，将转动速度分两步进行减速。在从动齿轮和圈数齿轮上均设有轴承，轴承内均固定有磁铁，两磁铁分别与从动齿轮和圈数齿轮相对固定，轴承上边缘与PCB板相贴合，固定于PCB板上的角度感应芯片位于磁铁上方，角度感应芯片与磁铁上表面相隔固定距离。当磁铁旋转时，其表面上方的磁场方向也随之旋转。位于磁铁上方的角度感应芯片感应到磁场方向的变化，输出磁场方向变化的角度值。该角度值即为磁铁转动的角度值，同时该角度值即为齿轮转动的角度。此种角度感应芯片可以是磁阻式、霍尔式。根据角度感应芯片检测所得的从动齿轮和圈数齿轮转动的角度，经系统运算输出需检测的旋转轴旋转过的绝 对角度。盖板固定于壳体上，壳体与盖板配合固定PCB板位置。一方面由于PCB板对齿轮的压紧，另一方面因壳体对齿轮的支撑，因此有效地保证了从动齿轮、圈数齿轮、传动齿轮的相对位置固定不变，有助于提高检测精度。 

优选地，二级减速装置可以包括中间过渡齿轮和圈数齿轮，中间过渡齿轮包括中间过渡大齿轮和中间过渡小齿轮，中间过渡大齿轮于从动小齿轮外啮合，中间过渡小齿轮与圈数齿轮外啮合。 

优选地，二级减速装置可以包括齿轮齿条和圈数齿轮，齿轮齿条包含上下两层齿轮，分别为大齿轮和小齿轮，其中大齿轮与从动小齿轮外啮合，小齿轮与圈数齿轮外啮合。 

优选地，二级减速装置即为圈数齿轮，从动小齿轮与圈数齿轮内啮合。 

优选地，壳体上设有轴承套，主齿轮、从动齿轮、中间过度齿轮、圈数齿轮均固定于轴承套中。壳体内设有肋板，盖板上也设有肋板。盖板固定于壳体上且设有肋板一面朝向壳体内部。PCB板在壳体中受到壳体内肋板与盖板上肋板两面夹紧，以保证其与从动齿轮与圈数齿轮的轴承上边缘相贴合，从而保证固定于PCB板上的角度感应芯片与轴承内磁铁上表面相隔固定距离。 

优选地，主齿轮上还设有阶梯结构，该阶梯结构在主齿轮与检测装置壳体装配时与壳体接触，在主齿轮与壳体间架起一定高度，避免主齿轮在旋转过程中与壳体产生摩擦。 

优选地，磁铁的冲磁方向为径向，仅有一对N/S磁极，磁铁轴向末端为凸台结构。该结构在不影响内部磁力线分布的情况下，使磁铁不会在从动齿轮和圈数齿轮内发生轴向攒动和旋转窜动，位置固定。