[实用新型]一种新型的具有换相控制传感器的角度感栅式编码器

说明书

本实用新型属于编码器技术领域，尤其是一种新型的具有换相控制传感器的角度感栅式编码器，包括印制电路板，印制电路板一表面刻蚀设置有两个同心圆线圈，同心圆线圈包括外层线圈和内层线圈，内层线圈电性连接有三个换相霍尔传感器。该新型的具有换相控制传感器的角度感栅式编码器，借助电感式位置(角度)测量传感器的测量尺条，使用PCB腐蚀技术在印制电路板上刻蚀，在与刻线同心的内圈圆上集成了无刷直流电机必须的换相信号U、V、W传感器，大大降低了传统方法中分立的增量式角度编码器和电机换相传感器的安装复杂以及耗时性，同时对也降低了制造成本并提高了精度，具有低成本、高精度位置传感、高效耐用的特点。

技术领域

本实用新型涉及编码器技术领域，尤其涉及一种新型的具有换相控制传感器的角度感栅式编码器。

背景技术

随着数控技术的发展，在机械加工，电子行业和精密测量行业，对精密位移测量提出了很高的需求。位移测量传感器在控制领域类似人类的眼睛，只有对位移有精准的测量，才能完成精准的控制，从而实现精密的加工，提高产品质量以及整个工业生产制造业的水平。当我们把一条直线测量尺头尾相连，就会形成一个带有刻线的圆环，当测量头在测量尺表面做圆周运动时，与直线位移的测量原来相同，测量头会根据圆盘尺条上的刻线感应，产生方波信号，根据一个圆周上的刻线数量，传感器测量头会在一个圆周内输出不同数量的方波，通过换算就可以计算出一个方波信号所代表的角度值，从而实现了角度的测量，这样形成的测量装置也叫做角度编码器。

角度编码器在各类旋转电机中的应用非常重要，例如广泛应用的伺服电机、DD马达、无刷直流电机(BLDC)等等。这个角度测量可以有效的控制电机的转速和步距，在工业控制中意义重大。不同于有刷电机，BLDC电机依靠外部控制器来实现换向。简言之，换向就是切换电机各相中的电流以产生运动的过程，与传统有刷电机相比，BLDC电机具有极大的优势，这种电机的效率通常可提高15-20％；没有电刷物理磨损，因而能减少维护；无论在什么额定速度下都可以获得平坦的转矩曲线。虽然BLDC电机并不是新发明，但由于需要复杂控制和反馈电路，所以广泛采用的进展较为缓慢。然而，由于近期半导体技术的发展、永磁体品质提升，以及对更高效率不断增长的需求，促使BLDC电机在大量应用中取代了有刷电机。BLDC电机在许多行业找到了市场定位，包括白色家电、汽车、航空航天、消费、医疗、工业化自动设备和仪器仪表等，也广泛应用于多种多样的领域中，包括外科手术机械臂、无人驾驶汽车、装配线自动化等，并且很快将在还未设想的许多其它领域中获得一席之地。BLDC电机市场在不断增长，对BLDC电机的要求却始终未变：市场需要低成本、高精度位置传感反馈的高效耐用电机。BLDC电机可配置为单相、两相和三相；其中最常用的配置为三相。相数与定子绕组数相匹配，而转子磁极数根据应用需求的不同可以是任意数量。因为BLDC电机的转子受旋转的定子磁极影响，所以须追踪定子磁极位置，以有效驱动三个电机相。为此，需使用电机控制器在三个电机相上生成六步换向模式。这六步(或换向相)移动电磁场，进而使转子永磁体移动电机轴。

通过采用这种标准电机换向序列，电机控制器即可利用高频率脉宽调制(PWM)信号，有效降低电机承受的平均电压，从而改变电机速度。自无刷电机诞生以来，霍尔效应传感器一直是实现换向反馈的主力。因三相控制仅需要三个传感器且单位成本较低，所以单纯从BOM成本角度来看，它们往往是实现换向最经济的选择。电机定子中嵌入了检测转子位置的霍尔效应传感器，这样就可以切换三相电桥中的晶体管来驱动电机。三个霍尔效应传感器输出一般标记为U、V和W通道。虽然霍尔效应传感器能够有效解决BLDC电机换向问题，但它们仅仅满足了BLDC系统一半所需。