[发明专利]差动式电容编码器

说明书

技术领域

本发明属于伺服系统技术领域，具体涉及一种伺服电机编码器结构。

背景技术

伺服系统技术应用广泛，主要由三部分组成：控制器，功率驱动装置，反馈装置和伺服电机，编码器就是一种反馈装置。

编码器把角位移或直线位移转换成电信号，前者称为码盘，后者称为码尺。按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种；按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。

现在市场上的编码器结构有两种：

一是光电式，使用光码盘，其上有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件读取，当码盘随着电机轴转动时，通的地方光可以透射过去，暗的地方就不透光。这样接收器件就可以产生脉冲信号。根据脉冲信号可以算出角位移。用于有灰尘的环境时，必须密封，否则有灰堵在了码盘上就影响使用。

二是磁电式，把磁性材料固定在电机轴上一起旋转，产生旋转磁场，利用传感器感应磁场的变化可以算出角位移。缺点是批量生产中磁性材料的磁场强度很难一致。

发明内容

本发明的目的在于提供一种差动式电容编码器，解决了现有技术中存在的问题，结构简单，易于制造，精度高，动态响应好，稳定性好。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种差动式电容编码器，它包括伺服电机、电容传感器和感应转盘；所述电容传感器设置在伺服电机端盖上，分布于感应转盘周边，所述感应转盘设置在伺服电机的轴上，可以随着伺服电机轴转动。

在本发明的一个实施例中，所述电容传感器设置在伺服电机端盖上，分布于感应转盘周边。

在本发明的一个实施例中，所述感应转盘设置在伺服电机的轴上，可以随着伺服电机轴转动。

在本发明的一个实施例中，所述感应转盘圆周形状设置为阿基米德螺线。

在本发明的一个实施例中，所述多个电容传感器围绕感应转盘设置成差动式结构。

本发明的差动式电容编码器，采用原理是平板电容器的电容值C=εA/δ，公式中ε为极间介质的介电常数，A为两电极互相覆盖的有效面积，δ为两电极之间的距离。δ、A、ε三个参数中任一个的变化都将引起电容量变化，并可用于测量。

伺服电机端盖上设置有一组电容传感器，伺服电机轴上设置有金属材料制造的感应转盘，感应转盘的圆周形状设置为阿基米德螺线，设置电容传感器与感应转盘为电容的两电极。

当感应转盘随电机轴旋转时，由于它的圆周表面为阿基米德螺线，因此圆周表面到电容传感器的距离δ是连续变化的，在保持A、ε不变的情况下，通过测量电容值的变化就可以换算出电机轴的角位移，实现本发明的目的。

本发明的特点可参阅本案图式及以下较好实施方式的详细说明而获得清楚地了解。

附图说明

图1为本发明的差动式电容编码器的结构示意图；

图2为图1的三维示意图；

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例进一步阐述本发明。

结构方式：

参见图1——2，差动式电容编码器，感应转盘3设置在伺服电机轴4上，可以随着伺服电机轴4一起旋转；感应转盘3圆周形状设置为阿基米德螺线2；三个电容传感器5设置在伺服电机1的端盖上，分布于感应转盘3周围，相互之间成120度；设置三个电容传感器5组成差动式结构。

应用原理：

由于平板电容器的电容值C=εA/δ，中ε为极间介质的介电常数，A为两电极互相覆盖的有效面积，δ为两电极之间的距离。δ、A、ε三个参数中任一个的变化都将引起电容量变化，并可用于测量。本发明利用了δ也就是两电极之间距离的变化来实现测量。

工作原理：

当伺服电机轴4带动感应转盘3旋转时，由于感应转盘3的圆周形状设置为阿基米德螺线2，感应转盘3在360度范围内半径R都是不同的，并且感应转盘3旋转相同夹角时，半径R的变化量是相同的；使得感应转盘3的圆周表面到电容传感器5的距离(也就是δ值)是不断连续变化的，因此三个电容传感器5的电容值C也是不断连续变化的。

(1)测量电容值的变化量并通过换算就可以得出伺服电机轴4的角位移了。这样可以作为增量式编器。