[实用新型]允许传动轴轴向窜动的电容式旋转编码器

说明书

技术领域

本实用新型涉及编码器技术领域，特别是一种允许传动轴轴向窜动的电容式旋转编码器。

背景技术

旋转编码器是用来测量转速的装置，可将输出轴的角位移、角速度等机械量转换成相应的电脉冲或数字量的编码器。

目前传统的旋转编码器一般都是固定安装在电机的电机轴上。由于电机运动过程中电机轴不仅产生径向跳动，也会产生轴向窜动，另外热胀冷缩也会导致电机轴轴向长度的变化。而电机轴轴向的窜动会导致编码器测量精度的下降，甚至会影响编码器的使用寿命。以光电式旋转编码器为例，光电式旋转编码器一般由光电码盘与光敏探测器组成；实际应用中，光电码盘与光敏探测器的距离很小，通常在毫米以下的数量级。光电码盘与电机轴固定连接，光敏探测器与机壳固定，由于电机轴的轴向窜动会造成光电码盘与光电探测器之间距离的变化，所以要求轴向窜动只能浮动在规定值范围内，超出规定值的变化不仅会使编码器的信号质量和精度下降，而且由于摩擦会缩短编码器的使用寿命，严重时会造成编码器轴系和光电码盘的损坏。

为解决上述的电机轴窜动对编码器造成的影响，专利号为CN201020619546.2的中国实用新型专利提出了一种编码器缓冲结构，其结构和原理如下：编码器安装在电机的加长轴上，编码器的端面通过螺钉连接在连接板上，在所述连接板的连接螺钉孔内设置有弹簧，螺钉穿过弹簧与连接板连接，保证编码器与连接板的连接具有弹性。所述连接板通过螺钉固定在电机端面上，所述螺钉与连接板上的固定螺钉孔直接固定。通过上述设计的缓冲结构，可以保证电机的加长轴轴向窜动的时候，编码器随着加长轴一起进行轴向窜动，起到弹性连接的作用。但是采用上述的软连接或弹簧连接的方式会导致编码器测量不准确，在电机开始旋转的瞬间有滞后的误差，在电机停止的瞬间有超前的误差。

利用测量电容的原理来获取位移的方法几十年前就被提出来了。专利号为U.S.3，938，113的美国专利公开了一种采用测量电容感知位移的编码器，其结构和原理如下：标尺上制作了发射信号的电极，读头上测量经由电容耦合的信号，或者读头上的电极发射信号，标尺上的电极测量经由电容耦合的信号，通过一定方式的解读，读头就能给出相对位移量。增量位移测量需在标尺上制作均匀的刻度，这些刻度总是用均匀排列的导电的条状电极来实现。因为刻度同一性的要求，这些条状电极必须是同样的尺寸，同样的形状和同样的导电性能，只有这样，读头获取的信息才不受电极非均一性的影响从而准确地计算出相对位移量。这种电容式技术既可用于线性位移的测量，也可用于旋转角度的测量。

电容式旋转编码器分动栅和静栅二部分，都为精密加工的印刷电路板。如图1所示，动栅上有发射电极61和接收电极62，在发射电极61和接收电极62之间有屏蔽极63，避免发射电极61到接收电极62之间的直接电容耦合。如图2所示，静栅上有反射极71和屏蔽极72，反射极71与屏蔽极72的宽度一致，屏蔽极72需可靠接地。如图1和图2所示的电容式旋转编码器的结构图中，动栅上共有48个发射电极61，发射电极61的极距按实际要求可变，每4个发射电极61对应于一个反射电极。动栅上每8个发射电极61为一组，共6组。对每组发射电极61进行编号A到H同编号的发射电极61电路上相连。运行时，两块印刷电路板的栅面平行同轴相对，间距在0.1mm左右。

但上述这种电容式旋转编码器，运行时要求两块印刷电路板的栅面平行，圆形图案的圆心要求为同心圆，且与电机轴或其他驱动轴同轴。两个平行电路板之间的气隙要求严格，原因是当气隙过大时，信号强度减弱，信噪比下降，直接影响编码器的输出精度；当气隙过小时，信号强度过大，超过量程，使编码器无法获取正确信号，严重时这两块电路板还会发生摩擦，导致失效或破坏。因此电容式旋转编码器依旧没有解决电机轴轴向窜动造成编码器性能下降、失效甚至破坏的问题。

实用新型内容

本实用新型为了解决目前现有的旋转编码器安装在电机轴上，由于电机轴的轴向窜动而导致的旋转编码器性能下降、失效甚至被破坏的问题，而提供的一种允许传动轴轴向窜动的电容式旋转编码器。

为达到上述功能，本实用新型提供的技术方案是：

一种允许传动轴轴向窜动的电容式旋转编码器，包括静栅和动栅，所述电容式旋转编码器还包括同轴的内圆筒和外圆筒，所述内圆筒固定在传动轴上并与所述传动轴同轴转动，所述外圆筒固定设置；所述动栅设置在所述内圆筒的外表面，所述静栅设置在所述外圆筒的内表面，所述静栅和所述动栅之间具有一定气隙。