磁性编码器及具有该磁性编码器的电子设备的制作方法

1.本发明属于编码器技术领域，涉及一种编码器，特别是涉及一种磁性编码器及具有该磁性编码器的电子设备。


背景技术：

2.编码器是微特电机(微型特种电机，是指直径小于160mm或额定功率小于750w或具有特殊性能、特殊用途的电机)的关键部件之一，其主要用于测定微特电机的转速，以保证微特电机平稳工作。
3.编码器一般包括电子组件、磁环和支架，其中，电子组件用于数据处理，磁环套设在微特电机的输出轴上用于测定微特电机的转速，支架则起到支撑电子组件并将电子组件连接到微特电机上的作用。
4.但是现有编码器在需要安装磁电转换元件时，焊接组装中需要手工对磁电转换元件进行精确定位，容易导致元件间的夹角和朝向角不一致，引起编码器性能不一。同时pcb组件与电机转轴垂直安装时要求其与电机转轴同心，这种方式对加工、装配精度要求较高，造成批量生产困难。
5.因此，如何提供一种磁性编码器及具有该磁性编码器的电子设备，以解决现有技术对加工、装配精度要求较高的问题，已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

6.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种磁性编码器及具有该磁性编码器的电子设备，用于解决现有技术在需要安装磁电转换元件时，焊接组装中需要手工对磁电转换元件进行精确定位，容易导致元件间的夹角和朝向角不一致，引起编码器性能不一；同时安装pcb组件时要求电机转轴同心，即对加工、装配精度要求较高，造成批量生产困难的问题。
7.为实现上述目的及其他相关目的，本发明一方面提供一种磁性编码器，所述磁性编码器包括：至少一磁环，套设于所述电机上；感应单元，与所述电机轴向平行式设置；与所述磁环对应的磁敏元件，设置于所述感应单元上。
8.于本发明的一实施例中，所述感应单元安装于所述电机后端盖的同心圆弧内侧。
9.于本发明的一实施例中，所述磁环采用径向充磁式磁环；所述磁环分为一层或多层。
10.于本发明的一实施例中，每层所述磁环由单对磁极或多对磁极组成。
11.于本发明的一实施例中，每层所述磁环对应的磁敏元件的个数为至少一个。
12.于本发明的一实施例中，当磁环对应的磁敏元件的个数为两个及以上时，相邻两个所述磁敏元件相位差为90
°
。
13.于本发明的一实施例中，相邻两个所述磁敏元件之间的距离d＝2*r*sin(β)；β＝90
°
/(2n)，n为所述磁环的极对数，r为磁环中心到磁敏元件的感应区域之间的距离。
14.于本发明的一实施例中，所述感应单元采用芯片晶元或pcb电路板。
15.于本发明的一实施例中，所述磁性编码器还包括：处理单元，与所述磁敏元件连接；供电单元，与所述处理单元连接。
16.本发明另一方面提供一种电子设备，包括：所述磁性编码器；电机，与所述磁性编码器连接；电机驱动器，分别与所述磁性编码器和电机连接。
17.如上所述，本发明的磁性编码器及具有该磁性编码器的电子设备，具有以下有益效果：
18.本发明所述磁性编码器解决了现有技术因磁敏元件与磁环不同心而引起的偏差，保证了磁敏元件幅值一致，相位差固定，提高了装配精度和安装效率。且本发明将原先采用手工垂直安装的pcb板和电机转轴修改成为感应单元和电机转轴平行设置，以降低安装的要求及难度，消除同心安装引起的偏差。采用多个磁敏元件对应一层磁环，可提高磁性编码的位置检测精度。
附图说明
19.图1显示为本发明的磁性编码器于一实施例中的立体结构示意图。
20.图2显示为本发明的磁性编码器的俯视结构示意图。
21.图3显示为本发明的电子设备于一实施例中的原理结构示意图。
22.元件标号说明
[0023]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
磁性编码器
[0024]
11
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磁环
[0025]
12
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感应单元
[0026]
13
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磁敏元件
[0027]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电机
[0028]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电子设备
[0029]
31
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磁性编码器
[0030]
32
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电机
[0031]
33
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电机驱动器
具体实施方式
[0032]
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
[0033]
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
[0034]
实施例一
[0035]
本实施例提供一种磁性编码器，所述磁性编码器与一电机连接；所述磁性编码器包括：
[0036]
至少一磁环，套设于所述电机上；
[0037]
感应单元，与所述电机轴向平行式设置；
[0038]
所述磁环对应的磁敏元件，设置于所述感应单元上。
[0039]
以下将结合图示对本实施例所提供的磁性编码器进行详细描述。请参阅图1，显示为磁性编码器于一实施例中的立体结构示意图。如图1所示，所述磁性编码器1包括磁环11、感应单元12、至少一个磁敏元件13。
[0040]
本实施例所述磁性编码器1与一电机2连接。
[0041]
如图1所示，有两层所述磁环11以层叠方式套设于所述电机2上，即所述磁环11可以以一层方式套设在所述电机2上，也可以分为多层方式套设在所述电机2上。其中，每层磁环11由一对磁极或多对磁极组成，单对磁极是指这一层磁环仅包括一对n极和s极，多对磁极是指这一层磁环包括多对n极和s极。
[0042]
作为一种实施方式，当所述磁环11以一层方式套设在所述电机2上时，其内部可以分为多层磁环，仅在外观上看上去为一体。作为另一种实施方式，当所述磁环11以一层方式套设在所述电机2上时，其内部可以仅为一层磁环。当所述磁环11以多层方式套设在所述电机2上时，如图1所示，所述磁环11分为上下两层磁环。该磁环11的一种实施方式为上层磁环可以为单对磁极，下层磁环可以为多对磁极；该磁环11的另一种实施方式中为上层磁环和下层磁环都为单对磁极；该磁环11的又一种实施方式为上层磁环和下层磁环都为多对磁极。
[0043]
每层磁环都有与其对应的磁敏元件，且该磁敏元件的高度(即电机的轴向方向)不突出于该层磁环的下表面，也不突出于该层磁环的上表面，也就是说，磁敏元件的最少数量为磁环的层数，保证可以检测到每层磁环的磁场强度。例如：图1中，磁环的层数为2，其对应的磁敏元件的个数最少为2个；在图1中，下层磁环对应的磁敏元件有2个，上层磁环对应的磁敏元件为1个。
[0044]
在本实施例中，所述磁环11具体采用径向充磁式磁环。
[0045]
所述感应单元12作为所述磁敏元件13的载体与所述电机轴向平行式设置。在本实施例中，所述感应单元12采用芯片晶元或pcb电路板。
[0046]
具体地，所述感应单元12安装于所述电机后端盖的同心圆弧内侧。感应单元12与电机轴向平行式设置方式可以保证磁环法线垂直于pcb电路板或芯片晶元平面，从而保证磁敏元件幅值一致，相位差固定。
[0047]
在本实施例中，可以在感应单元12上增加处理单元和供电单元。其中，所述处理单元与所述磁敏元件连接，所述处理单元就可以实现相位和幅值的修正，位置、速度计算。与所述处理单元连接的供电单元用于为所述处理单元供电。
[0048]
至少一个磁敏元件13设置于所述感应单元12上。在一种实施方式中，所述磁敏元件13封装在感应单元内部，在另一种实施方式中，所述磁敏元件13直接安装在感应单元的表面。
[0049]
具体地，当磁敏元件13焊接时，若采用点胶固定元件，通过贴片机精密旋转，可以进一步保证相位精度的准确性。
[0050]
所述磁敏元件13将检测到的磁环的磁场强度转换为对应的电压信号，对于单对磁极，若仅有一个对应的磁敏元件，每转生成一个正弦信号、或一个脉冲信号，用于零点的标记。
[0051]
于本实施例中，所述磁敏元件13采用hall元件、amr元件、gmr元件或tmr元件。
[0052]
无论是多对磁极组成的一层磁环，还是单对磁极组成的一层磁环，其对应在磁敏元件个数都为至少一个。
[0053]
优选地，当一层磁环11有多个对应的磁敏元件时，相邻两个所述磁敏元件13的相位差为90
°
。请参阅图2，显示为磁性编码器的一层单对磁极的磁环对应的磁敏元件的俯视结构示意图。如图2所示，所述磁敏元件13两两之间的距离d＝2*r*sin(β)；β＝90
°
/(2n)，n为所述磁环的极对数，r为磁环中心到磁敏元件的感应区域之间的距离。
[0054]
每个磁敏元件生成的电压信号与磁环的极对数有关，其数量为磁环的极对数。例如：如图2所示，针对单对磁极的磁环，使用两个相位相差90度的磁敏元件13转换磁环的磁场强度，每转一次，每个磁敏元件分别生成一路电压信号，两路电压信号的相位差为90度，即磁敏元件1生成一个正弦信号1，磁敏元件2生成一个正弦信号2，正弦信号1和正弦信号2相位差为90度。再例如：若磁环为两对磁极，其对应的磁敏元件为4个，相邻两个磁敏元件相位差为90度，旋转一圈，每个磁敏元件(1-4)分别生成一个电压信号，每个电压信号包含2个周期的正弦信号，相邻的两个电压信号相位差为90度。
[0055]
本实施例所述磁性编码器解决了现有技术因磁敏元件与磁环不同心而引起的偏差，保证了磁敏元件幅值一致，相位差固定，提高了装配精度和安装效率。且本实施例将原先采用手工垂直安装的pcb板和电机转轴修改成为感应单元和电机转轴平行设置，以降低安装的要求及难度，消除同心安装引起的偏差。本实施例采用多个磁敏元件对应一层磁环，可提高磁性编码的位置检测精度。
[0056]
实施例二
[0057]
本实施例包括一种电子设备，请参阅图3，显示为电子设备于一实施例中的原理结构示意图。如图3所示，所述电子设备3包括：磁性编码器31、与所述磁性编码器31连接的电机32及分别与所述磁性编码器31和电机32连接的电机驱动器33。
[0058]
所述磁性编码器3包括磁环、感应单元、至少一个磁敏元件。
[0059]
在本实施例中，所述磁环套设于所述电机上。
[0060]
具体地，具有两层的所述磁环以层叠方式套设于所述电机上，即所述磁环可以以一层方式套设在所述电机上，也可以分为多层方式套设在所述电机上。其中，每层磁环由一对磁极或多对磁极组成，单对磁极是指这一层磁环仅包括一对n极和s极，多对磁极是指这一层磁环包括多对n极和s极。
[0061]
作为一种实施方式，当所述磁环以一层方式套设在所述电机上时，其内部可以分为多层磁环，仅在外观上看上去为一体。作为另一种实施方式，当所述磁环以一层方式套设在所述电机上时，其内部可以仅为一层磁环。当所述磁环以多层方式套设在所述电机上时，所述磁环分为上下两层磁环，该磁环的一种实施方式为上层磁环可以为单对磁极，下层磁环可以为多对磁极；该磁环的另一种实施方式中为上层磁环和下层磁环都为单对磁极；该磁环的又一种实施方式为上层磁环和下层磁环都为多对磁极。
[0062]
每层磁环都有与其对应的磁敏元件，且该磁敏元件的高度(即电机的轴向方向)不
突出该层磁环的下表面，也不突出于该层磁环的上表面，也就是说，磁敏元件的最少数量为磁环的层数，保证可以检测到每层磁环的磁场强度。
[0063]
在本实施例中，所述磁环采用径向充磁式磁环。
[0064]
所述感应单元作为所述磁敏元件的载体与所述电机32轴向平行式设置。在本实施例中，所述感应单元采用芯片晶元或pcb电路板。
[0065]
具体地，所述感应单元安装于所述电机后端盖的同心圆弧内侧。感应单元与电机轴向平行式设置方式可以保证磁环法线垂直于pcb电路板或芯片晶元平面，从而保证磁敏元件幅值一致，相位差固定。
[0066]
在本实施例中，可以在感应单元上增加处理单元和供电单元。其中，所述处理单元与所述磁敏元件连接，所述处理单元就可以实现相位和幅值的修正，位置、速度计算。与所述处理单元连接的供电单元用于为所述处理单元供电。
[0067]
至少一个磁敏元件设置于所述感应单元上。在一种实施方式中，所述磁敏元件封装在感应单元内部，在另一种实施方式中，所述磁敏元件直接安装在感应单元的表面。所述磁敏元件将检测到的磁环的将磁场强度转换为电压信号，对于单对磁极磁道，每转生成一个正弦信号、或一个脉冲信号，用于零点的标记。
[0068]
于本实施例中，所述磁敏元件采用hall元件、amr元件、gmr元件或tmr元件。
[0069]
无论是多对磁极组成的一层磁环，还是单对磁极组成的一层磁环，其对应在磁敏元件个数都为至少一个。
[0070]
当一层有多个对应的磁敏元件时，相邻两个所述磁敏元件采用的相位差为90
°
。在本实施例中，所述磁敏元件两两之间的距离d＝2*r*sin(β)；β＝90
°
/(2n)，n为所述磁环的极对数，r为磁环中心到磁敏元件的感应区域之间的距离。
[0071]
每个磁敏元件生成的电压信号与磁环的极对数有关，其数量为磁环的极对数。例如：如图2所示，针对单对磁极的磁环，使用两个相位相差90度的磁敏元件13转换磁环的磁场强度，每转一次，每个磁敏元件分别生成一路电压信号，两路电压信号的相位差为90度，即磁敏元件1生成一个正弦信号1，磁敏元件2生成一个正弦信号2，正弦信号1和正弦信号2相位差为90度。再例如：若磁环为两对磁极，其对应的磁敏元件为4个，相邻两个磁敏元件相位差为90度，旋转一圈，每个磁敏元件(1-4)分别生成一个电压信号，每个电压信号包含2个周期的正弦信号，相邻的两个电压信号相位差为90度。综上所述，本发明所述磁性编码器解决了现有技术因磁敏元件与磁环不同心而引起的偏差，保证了磁敏元件幅值一致，相位差固定，提高了装配精度和安装效率。且本发明将原先采用手工垂直安装的pcb板和电机转轴修改成为感应单元和电机转轴平行设置，以降低安装的要求及难度，消除同心安装引起的偏差。本发明采用多个磁敏元件对应一层磁环，可提高磁性编码的位置检测精度。本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0072]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。