磁鼓及具有其的磁编码器的制作方法

1.本实用新型属于磁编码器设计技术领域，具体涉及一种磁鼓及具有其的磁编码器。


背景技术：

2.磁编码器是一种以磁阻传感器、磁鼓、信号处理电路为主要组成部分构成的角度或者位移测量装置。磁编码器因为有体积小、精密度高、分辨度高、无接触无磨损、高抗震、安装简单、使用寿命长、接口形式多等众多优点，因而广泛应用于工业控制、机械制造、船舶、纺织、印刷、航空、航天、雷达、通讯、军工等领域。
3.磁鼓上磁极的个数决定着磁编码器的分辨率，磁鼓上磁极的均匀性决定着磁编码器输出信号的质量，磁鼓上磁极的磁场强度和作用距离决定着磁编码器的结构和体积。总之，磁鼓对磁编码器的各项性能参数有着及其重要的影响，而磁鼓的很多性能又与其圆周上的磁信号源的结构密不可分。
4.现有技术中，如图2a所示，磁编码器的磁鼓主要由作为磁信号源的永磁体环a、支撑环b和旋转轴c等部分组成，目前普遍使用的磁鼓上的磁体都是圆环形，且磁环表面被充磁成多对磁极，如果将磁鼓外圆周面的永磁体环展开，其表面磁极的排列方式如图2b所示，磁鼓外圆周面永磁体展开图的剖面磁极结构图2c所示，其中，n极和s极之间的区域称为无磁区。具有这种结构的磁鼓的特点是：磁信号源来自于磁鼓圆周上间隔分布的永磁体的n极和s极，永磁体是一个完整的环形构造。这种结构的磁鼓的不足之处是：第一，随着磁极个数的增加，磁力线在磁极之间形成闭合回路的比例大幅度增加，致使磁场的作用距离迅速减小，磁阻传感器接收到的磁信号变弱，使磁编码器的输出信号质量降低，而磁鼓上磁极的个数对磁编码器的分辨率有着重要影响；第二，无磁区均匀性、宽度、形状直接决定着磁信号的均匀性、宽度和形状，进而决定着磁编码器输出信号的质量。目前磁鼓的磁信号源的均匀性只能通过充磁的方法进行控制，高质量磁鼓制作工艺很复杂，一致性难以保证。下面是目前普遍采用的通过对整体永磁体磁环充磁后形成的n/s极作为磁信号源磁鼓中容易出现几种缺陷形式：
5.第一种，n/s磁极间的无磁区边界模糊，如图2d所示；
6.第二种，n/s磁极间的无磁区边界变形，如图2e所示；
7.第三种，因为磁体中存在的局部缺陷导致位于该区域的磁信号突然减小甚至消失，如图2f所示。
8.本实用新型的目的就是为了克服目前普遍应用的磁鼓上的磁信号源存在的前述不足之处。


技术实现要素：

9.因此，本实用新型提供一种磁鼓及具有其的磁编码器，以克服相关技术中磁鼓的永磁体环无磁区位置的模糊、变形或者宽度不一致等缺陷导致磁鼓磁信号源质量较低、编
码器精度较低的不足。
10.为了解决上述问题，本实用新型提供一种磁鼓，包括支撑环，所述支撑环的外侧环壁上构造有多个凹槽，多个所述凹槽沿所述支撑环的周向均匀间隔设置，每个所述凹槽内皆装设有一片磁片，任意相邻的两个所述凹槽内的磁片的磁极相反。
11.优选地，所述凹槽采用机加工方式制作形成。
12.优选地，所述凹槽采用cnc加工方式制作形成。
13.优选地，所述磁片粘贴固定于所述凹槽内；或者，所述磁片通过注塑的方式包裹固定于所述凹槽内。
14.优选地，所述磁片背离所述支撑环的一侧套装有保护套环。
15.优选地，所述保护套环的材质为树脂、塑料、不锈钢中的一种。
16.优选地，所述凹槽的个数为偶数。
17.优选地，所述支撑环的外侧环壁的半径为r，所述磁片的数量为m，2πr/m》0.2。
18.优选地，2πr/m》0.5。
19.本实用新型还提供一种磁编码器，包括上述的磁鼓。
20.本实用新型提供的一种磁鼓及具有其的磁编码器，一方面，任意两个相邻的磁极之间的无磁区的大小尺寸能够被通过加工精度的提高予以保证，从而能够有效克服磁环充磁过程中容易导致的n极和s极之间的无磁区模糊、变形和宽度不一致的缺陷，极大提高磁鼓的磁信号源质量，保证磁编码器的精度；另一方面，磁片单体可以通过全检测的方法保证安装在磁鼓外周壁上的所有磁极的磁场强度都在一个范围之内，这就保证了磁极磁场强度的均匀性。
附图说明
21.图1a为本实用新型实施例的磁鼓的径向剖面的结构示意图；
22.图1b为本实用新型实施例的磁鼓的外周面展开图；
23.图2a为现有技术中磁鼓的内部结构示意图；
24.图2b为现有技术中的磁鼓采用的径向充磁多极磁环的外周面展开图；
25.图2c为图2a中的径向充磁多极磁环的剖面图(径向剖面)；
26.图2d为现有技术中永磁体环无磁区边界模糊缺陷的示意图；
27.图2e为现有技术中永磁体环无磁区边界变形缺陷的示意图；
28.图2f为现有技术中永磁体环无磁区缺陷导致磁信号变形的示意图。
29.附图标记表示为：
30.1、支撑环；11、凹槽；12、凸起；2、磁片。
具体实施方式
31.结合参见图1a至图1b所示，根据本实用新型的实施例，提供一种磁鼓，包括支撑环1，所述支撑环1的中心孔与转轴(图中未示出)套装于一体，所述支撑环1的外侧环壁上构造有多个凹槽11，多个所述凹槽11沿所述支撑环 1的周向均匀间隔设置，每个所述凹槽11内皆装设有一片磁片2，任意相邻的两个所述凹槽11内的磁片2的磁极相反。该技术方案中，将现有技术中的永磁体环采用多个相对独立的磁片2单体取代，且多个磁片2能够分别被一一
对应地装设于所述支撑环1的外侧环壁上的多个凹槽11中，而相邻的两个凹槽 11之间的所述支撑环1的凸起12(也可称为格挡)则构成了无磁区，如此一方面，任意两个相邻的磁极之间的无磁区的大小尺寸能够被通过加工精度的提高予以保证，从而能够有效克服磁环充磁过程中容易导致的n极和s极之间的无磁区模糊、变形和宽度不一致的缺陷，极大提高磁鼓的磁信号源质量，保证磁编码器的精度；另一方面，磁片2单体可以通过全检测的方法保证安装在磁鼓外周壁上的所有磁极的磁场强度都在一个范围之内，这就保证了磁极磁场强度的均匀性。所述磁片2可以是钐钴、钕铁硼、铝镍钴、铁氧体等永磁体。
32.具体的，因为磁体在生产过程中不可避免会出现局部缺陷，而局部缺陷处的磁性能就会比正常区域的磁性能差，而本实用新型中的磁片2通过较大尺寸的磁体切割而成，如果大块磁体中存在磁性能差的局部区域，就会有部分小磁片磁性能不合格，而通过对每个磁片2的磁性能进行全部检验，剔除磁性能不合格的磁片2，就可以保证安装在磁鼓上的每一个磁片2产生的磁信号在一个允许的误差范围之内(所有磁极的磁信号绝对相同是不可能的)。
33.可以理解的是，所述凹槽11的个数为偶数，从而使所述支撑环1的外侧环壁上的n极和s极成对分布。所述磁片2的形状可以是瓦型、方形、鼓形、菱形等几何形状，根据磁编码器的用途目的合理选择即可。
34.在一些实施方式中，所述凹槽11采用机加工方式制作形成，具体的例如采用机加工中的车削方式，从而保证每个所述凹槽11的尺寸精度，进一步地，所述凹槽11采用cnc(计算机数字控制机床，computer numerical control)) 加工方式制作形成，以能够根据磁编码器的性能精度需求制作尺寸更精准的凹槽11，因而可以保证磁信号源磁体在360
°
的均匀分布。需要说明的是，注塑加工的方式由于在加工精度上可能偏低，因此一般不予采用，但在一些精度要求较低的场合下，采用注塑加工的方式也未尝不可。
35.所述磁片2与所述凹槽11的连接固定方式可以是多样的，以组装可靠、方便为原则，作为一种具体的实现方式，优选地，所述磁片2采用磁钢专用胶水粘贴固定于所述凹槽11内。或者，所述磁片2通过注塑的方式包裹固定于所述凹槽11内，可以理解的是，为了保证所述磁片2的位置可靠性，在注塑时应注意将相应的注塑材料(例如pbt材料)至少连续包裹于所述磁片2远离所述支撑环1的一侧全周面上。再或者，所述磁片2背离所述支撑环1的一侧套装有保护套环，为了不降低磁片的磁信号源质量，所述保护套环的材质可以为树脂、塑料、不锈钢等非导磁或者导磁能力很弱的材料中的一种。
36.在一些实施方式中，所述支撑环1的外侧环壁的半径为r，所述磁片2的数量为m，2πr/m》0.2，进一步地，2πr/m》0.5，能够使所述磁片2的设置数量与所述支撑环1的大小之间更加匹配。
37.根据本实用新型的实施例，还提供一种磁编码器，包括上述的磁鼓。可以理解的，所述磁编码器还包括所述磁阻传感器以及相应的信号处理电路板，此部分作为磁编码器的常规技术，此处不做赘述。
38.本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
39.以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保
护范围之内。以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。