[发明专利]编码器磁体结构、编码器、电机、电气设备及车辆

说明书

本申请提出一种编码器磁体结构、编码器、电机、电气设备及车辆。所述编码器磁体结构，包括：同轴环形设置的第一多对极磁体以及第二多对极磁体；所述第一多对极磁体包括m对磁极，所述第二多对极磁体包括n对磁极，m和n为大于2的自然数且彼此互质。采用所述编码器磁体结构，能够解决单对极磁体易损坏的问题。

技术领域

本申请属于编码器技术领域，具体涉及一种编码器磁体结构、编码器、电机、电气设备及车辆。

背景技术

目前工控领域的高精度伺服平台广泛采用的角位移传感器有旋转变压器、光电编码器和磁电编码器。

磁电编码器主要由永磁体和磁敏元件组成。磁敏元件能够通过霍尔效应或磁阻效应感应由永磁体旋转运动造成的空间磁场变化，且能将这一磁场变化转化为电压信号的变化，并能通过后续的信号处理系统达到对旋转部件角位移检测的目的。相比旋转变压器和光电编码器，磁电编码器具有结构简单、耐高温、抗油污、抗冲击和体积小、成本低等优点，在小型化和恶劣环境条件的应用场所具有独特优势。

磁电编码器主要由磁信号发生结构和信号处理电路两部分组成，其中磁信号发生源称为磁体。根据磁体的磁极数的不同，可分为单对极磁体和多对极磁体，因而根据磁电编码器磁信号发生源的不同可分为单对极磁电编码器和单多对极组合式磁电编码器。组合式磁电编码器即在传统的单对极磁电编码器的基础之上增加一个多对极磁场信号源，通过单对极磁体的信号来实现对多对极磁体的信号进行编码细分，达到提高分辨率的目的。

单对极磁电编码器典型结构是在单对极磁体的周围径向间隔90°安装四个霍尔元件。当回转轴带动磁体旋转时，在径向间隔90°的两点便会分别产生随时间变化的完整的正、余弦磁场。通过对径两个霍尔元件的差分消除干扰以及分区间反正切算法将磁场强度解算成0～360°的角度输出，再通过软件算法变换成0～216的数字角度值。同理，当添加一个多对极磁场信号源时，回转轴每转动一圈，多对极磁体的每一对极都会在径向间隔90°电角度的两点分别产生一个完整的正余弦磁场，通过反正切算法，便可以将每一对极对应的机械角度解算成0～360°电角度即0～216的数字角度输出，通过单对极磁体信号解算的角度来确定多对极磁体信号所处的周期，从而达到对多对极磁体信号数字角度连续编码的目的。例如，多对极磁体为3对极，其每一对极对应的机械角度为120°，此时霍尔信号在120°范围内便可完成一个完整的正余弦周期，通过软件解算，可实现0～360°的角度输出，相当于将0～120°的机械角度扩大到了0～360°的范围，通过对多对极磁体信号周期的累加，便可实现0～3×216的数字角度值输出，理论上在单对极磁体的分辨率基础之上提高了3倍。

通过大量实验证明，当多对极磁体的极对数较多时，只用单对极磁体的有限数字角度范围来判断多对极磁体信号的周期，有较大机率出现多对极数字角度值区间的误判断，从而出现多对极数字角度值的错误编码，大大降低了组合式磁电编码器的可靠性和精度。

此外，在电机的径向尺寸较大，轴向尺寸较小的情况下，采用单对极和多对极组合形式的组合式磁电编码器，会导致单对极的磁极径向尺寸较大，轴向尺寸较小，在加工充磁，或者使用的过程中，容易使单对极磁极损坏，影响编码器的加工和应用。

另一种现有的多对极与多对极组合编码器，磁极对数在数量上通常会相差1，安装时需要初始位置对齐，操作不便。

发明内容

本申请提出了一种编码器磁体结构，通过使用本申请所述的编码器磁体结构能够提高组合式磁电编码器的可靠性和精度，解决单对极磁体易损坏的问题，同时解决安装不便的问题。

本申请提出了一种编码器磁体结构，其中包括：在同轴环形设置的第一多对极磁体以及第二多对极磁体；

其中所述第一多对极磁体包括m对磁极，所述第二多对极磁体包括n对磁极，m和n为大于2的自然数且彼此互质。

在本申请的一些实施例中，所述第一多对极磁体位于外环，所述第二多对极磁体位于内环，m大于n。