[实用新型]一种多圈绝对磁编码器

说明书

技术领域

本实用新型涉及的是一种测量技术领域的磁器件，具体是指一种用于测量输入转轴绝对位置和转动圈数的多圈绝对磁编码器。

背景技术

编码器技术在电机转速测量、机器人位置控制以及精密仪器的控制等领域有广泛的应用，在这些领域，转轴的绝对位置和转动圈数都是很重要的控制参数，因此需要实现对其精确测量，而多圈编码技术由于可以同时实现绝对位置和旋转圈数的测量因此得到了广泛的应用。

目前两种类型的编码器技术得到了广泛的应用，即光电编码技术以及磁绝对编码技术。但光电编码技术普遍存在对气泡、强光、污垢、渗漏等因素的抗干扰能力差的缺点，影响测量的精度。与光电编码技术相比，磁绝对编码技术则不受这些因素的影响，而且其分辨率更高，稳定性好，可以完全根除光电技术引起的各种不良故障，成为一种可替代光电编码的编码技术。

齿轮基的多圈编码技术因其结构简单直观而得到了广泛的应用，在齿轮基的多圈编码器中，输入轴经减速齿轮组与输出轴连接，其转速变化与减速齿轮组的转速传动比有关，码盘与输出轴相连，其绝对位置通过磁传感器进行测量，然后换算成输入轴的圈数。假定减速齿轮组的转速传动比为10:1，则输入轴旋转10圈，输出轴旋转1圈，如将码盘沿圆周分成10等分，每一等分对应输出轴1圈，因此通过对其绝对位置的测量可以直接得到输入轴的旋转圈数。同样的，增加齿轮组将前一齿轮组的输出轴作为输入轴，在其自身输出轴得到进一步减少的转速，假定增加齿轮组的转速传动比仍为10:1，则当输入轴旋转100圈时，第一齿轮组输出轴转动10圈，增加的第二齿轮组输出轴转动1圈，则依靠对第二齿轮组输出轴上码盘绝对位置的读数，以及第一齿轮组输出轴上码盘绝对位置的读数，就可以计算出输入轴的总转数。因此，齿轮组的数量以及齿轮组的传动比直接决定着多圈编码器所能测量的输入转轴的最大圈数。

另一方面，磁绝对编码技术的绝对位置测量精度取决于磁阻角位移传感器和永磁体码盘两个组成部分的性能特征。与霍尔传感器相比，磁阻角位移传感器如隧道磁阻角位移传感器具有更高的磁场灵敏度，其功耗和尺寸也可大大降低。磁阻角位移传感器包含两种相互正交的单轴隧道磁阻传感器，工作时形成的两个正余弦输出与永磁体旋转磁场和两种隧道磁阻传感器敏感轴之间夹角φ的关系如下：

OUT1=COS（φ）

OUT2=SIN（φ）

利用反正切函数，就能根据OUT1和OUT2计算出φ角度：

φ=ATAN（OUT2/OUT1）

永磁体码盘在旋转过程中其旋转相位角α，可以定义为永磁体码盘上在旋转过程中依次经过隧道磁阻传感器的位置矢量点r的相位角，其磁场对隧道磁阻传感器产生感应。只有当永磁体旋转相位角α和旋转磁场相位角φ之间形成线性关系，满足在0～360°范围内一一对应时，就可以将磁阻角位移传感器所探测旋转磁场角度φ和永磁体码盘的旋转相位角α位置关系对应起来，从而测量出转轴在一圈过程中的绝对位置。

因此，隧道磁阻磁绝对编码器技术在应用于多圈绝对磁编码器时对于永磁体码盘的设计性能将具有特殊的要求，而现有的多圈绝对磁编码器中的永磁体码盘具有如下缺点：

（1）现有磁绝对编码器技术采用霍尔传感器作为磁场角度测量器件，功耗高，而且分辨率较低。

（2）现有的磁绝对编码器大都采用霍尔传感器作为角度传感器，其对应的敏感磁场为垂直于检测面的磁场分量，而隧道磁阻传感器对应的敏感磁场为平行于检测面的磁场分量，因此现有磁性编码器的永磁体码盘不能满足于隧道磁阻传感器磁场角度测量的要求。

（3）现有的磁绝对编码器永磁体一般采用的是实心圆柱设计，直接安装于转轴的端部，增加了空间，而圆环形则可以直接安装在转轮上。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述缺点，提供一种采用隧道磁阻角传感器、特殊设计的永磁体码盘、并采用多级齿轮减速组的多圈绝对磁编码器，使之能够同时测量输入转轴在转动一圈过程中的绝对位置和转动圈数。

根据实用新型，提供一种多圈绝对磁编码器，包括：

第一至第M+1计数单元，M为大于等于1的整数，

单圈信号处理单元，和

多圈信号处理单元，其特征在于，

每一计数单元包括：

同轴地固定有永磁体的码盘，和

隧道磁阻角位移传感器，位于所述永磁体检测面上用于感测所述永磁体产生的磁场在该检测面内的分量并输出感测信号，

所述永磁体具有柱状圆环结构，并包含第一永磁单元和第二永磁单元，所述第一永磁单元和第二永磁单元相对于直径截面几何对称，