编码器的制作方法

1.本技术属于传感器技术领域，具体涉及一种编码器。


背景技术：

2.编码器是将信号或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的传感器，通常用于安装在电机或其他自动化设备上，以检测电机转轴的角位移及转速。现有的编码器虽然可以测定电机转动的转速，转向以，但成本较高。


技术实现要素：

3.因此，本技术要解决的技术问题在于提供一种编码器，能够节约成本。
4.为了解决上述问题，本技术提供了一种编码器，包括：转轴、码盘和电路板。旋转轴用于连接电机的输出端；码盘固定于旋转轴上且随旋转轴同步转动；码盘上包括光栅部，光栅部呈环状且与旋转轴同轴；电路板位于码盘的一侧；电路板上包括一对光电开关，一对光电开关与电路板电连接且沿弧线依次分布，弧线的圆心与旋转轴的轴线位于同一条直线上；一对光电开关与光栅部相对应且一对光电开关的输出信号之间具有相位差。
5.可选的，一对光电开关的输出信号之间的相位差不等于0
°
或180
°
。
6.可选的，一对光电开关的输出信号之间的相位差为90
°
或270
°
。
7.可选的，光栅部包括若干个编码孔，若干个编码孔沿旋转轴的周向均匀布置。
8.可选的，编码孔呈扇形，包括内缘、外缘及一对侧边，内缘和外缘均为弧形且内缘与外缘同心。
9.可选的，一对光电开关的光束发射点与弧线的圆心连线形成夹角。
10.可选的，夹角的度数为：
11.(360
°
/t)*(n 0.25)，其中，t为码盘的每转脉冲数，n为自然数。
12.可选的，夹角的度数为：
13.(360
°
/t)*(n 0.75)，其中，t为码盘的每转脉冲数，n为自然数。
14.可选的，码盘的中部设有第一通孔，码盘通过第一通孔固定于旋转轴上。
15.可选的，电路板上设有第二通孔，第二通孔用于容纳旋转轴，第二通孔的内径大于旋转轴的外径。
16.有益效果：本实用新型提供了一种编码器，一方面，通过在电路板上设置光电开关并配合码盘及旋转轴，即可根据一定时间内得到的光电开关的脉冲周期数计算出电机转动的速度；另一方面，本方案采用两个光电开关，并使两个光电开关的输出信号之间具有一定的相位差，则可根据两个光电开关之间相位角度的差异来判定电机的转向。即，本实用新型提供的编码器既实现了现有编码器的功能，又降低了成本。
附图说明
17.图1为根据本技术一些实施例的编码器的结构示意图；
18.图2为根据本技术一些实施例的电路板的结构示意图；
19.图3为根据本技术一些实施例的码盘的结构示意图；
20.图4为根据本技术一些实施例的一对光电开关的相位差实现的原理图；
21.图5为根据本技术一些实施例的一对光电开关的输出信号波形图；
22.图6为根据本技术一些实施例的一对光电开关的输出信号波形图。
23.附图标记表示为：
24.1、转轴；2、码盘；3、电路板；4、光电开关；5、第二通孔；6、编码孔；7、第一通孔。
具体实施方式
25.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
26.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
27.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
28.以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
29.图1为根据本技术一些实施例的编码器的结构示意图。如图1所示，本实施例提供一种编码器，包括：旋转轴1、码盘2和电路板3。旋转轴1用于连接电机的输出端。码盘2固定于旋转轴1上且随旋转轴1同步转动。码盘2上包括光栅部，光栅部呈环状且与旋转轴1同轴。电路板3位于码盘2的一侧。参阅图2，电路板3上包括一对光电开关4，一对光电开关4与电路板3电连接且沿弧线依次分布，弧线的圆心与旋转轴1的轴线位于同一条直线上。一对光电开关4与光栅部相对应且一对光电开关4的输出信号之间具有相位差。
30.示例的，旋转轴1可以直接连接于电机的输出端，也可以通过传动组件，例如齿轮齿条、丝杠等与电机的输出端传动连接，只要使旋转轴1与电机输出端同步旋转即可，本实施例对此不做限制。
31.示例的，码盘2的形状可以为圆盘状(参阅图3)，也可以采用轮状(即码轮)。
32.本实施例的编码器，一方面，通过在电路板3上设置光电开关4并配合码盘2及旋转轴1，即可根据一定时间内得到的光电开关4的脉冲周期数计算出电机转动的速度；另一方面，本方案采用两个光电开关4，并使两个光电开关4的输出信号之间具有一定的相位差，则可根据两个光电开关4之间相位角度的差异来判定电机的转向。即，本实施例提供的编码器
既能够实现测定电机转速和转向的功能，又降低了成本。
33.在一些实施例中，一对光电开关4的输出信号之间的相位差不等于0
°
或180
°
。需要说明的是，当一对光电开关4的输出信号之间的相位差等于0
°
时，一对光电开关4的输出信号的波形同步；当一对光电开关4的输出信号之间的相位差等于180
°
时，一对光电开关4的输出信号的波形正好相反；因此若一对光电开关4的输出信号之间的相位差等于0
°
或180
°
，则电机逆时针旋转时一对光电开关4的输出信号之间的相位角度差与电机顺时针旋转时一对光电开关4的输出信号之间的相位角度差相等，因此无法根据相位角度的差异来判定电机的转向。
34.在一些实施例中，一对光电开关4的输出信号之间的相位差为90
°
或270
°
。
35.示例的，若一对光电开关4的输出信号之间沿顺时针方向的相位差为90
°
，则沿逆时针方向的相位差为270
°
。
36.示例的，若一对光电开关4的输出信号之间沿顺时针方向的相位差为270
°
，则逆时针方向的相位差为90
°
。
37.本实施例将一对光电开关4的输出信号之间的相位差设置为90
°
或270
°
，则电机顺时针旋转时两个光电开关4输出信号的相位差与电机逆时针旋转时两个光电开关4输出信号的相位差不同且两个光电开关4输出信号的波峰交错，便于计算。可以理解的是，在其他实施例中，一对光电开关4的输出信号之间的相位差也可以是其他角度，只要能够使一对光电开关4在电机顺时针旋转与逆时针旋转时具有不同的相位差即可。
38.图3为根据本技术一些实施例的码盘2的结构示意图。在一些实施例中，参阅图3，光栅部包括若干个编码孔6，若干个编码孔6沿旋转轴1的周向均匀布置。
39.示例的，如图3所示，编码孔6呈扇形，包括内缘、外缘及一对侧边，内缘和外缘均为弧形且内缘与外缘同心。如此设置，能够使若干个编码孔6形成环形光栅，以获得光电开关的脉冲信号。
40.需要说明的是，在其他示例中，编码孔6的形状也可以采用其他形状，只要能够实现光栅的功能即可。
41.示例的，编码孔6的个数为30～70个。参阅图3，以编码孔6的个数为50个为例。50个编码孔6沿旋转轴1的周向均匀布置形成环状光栅，参阅图4，白色部分为通光部(即编码孔6)，黑色部分为遮光部(即相邻两个编码孔6之间的间隔区域)，当光电开关4通过遮光部时输出低电平，通过通光部时输出高电平。则电机每转动一圈输出50个脉冲周期(一个高低电平周期)，即一个脉冲周期对应7.2
°
机械角(电机旋转角度)。将编码器连接于控制系统，当电机转动时，控制系统能够根据单个光电开关4一定时间内得到的脉冲周期数即可计算出电机转动的速度。若要实现电机转向的判定，即电机是顺时针旋转(cw)还是逆时针旋转(ccw)，则需要两个光电开关4的配合。
42.如上所述，电机旋转7.2
°
机械角对应一个脉冲周期，即7.2
°
机械角对应360
°
相位角。为了使第一个光电开关a的输出信号与第二个光电开关b的输出信号呈现出90
°
或270
°
相位差，则两个光电开关之间的夹角可为7.2
°
*(90/360)＝1.8
°
或7.2
°
*(270/360)＝5.4
°
。
43.需要说明的是，在其他示例中，编码孔的个数也可以小于30个或大于50个，本实施例对此不做限制。
44.在一些实施例中，参阅图2，一对光电开4的光束发射点与弧线的圆心连线形成夹
角a。
45.示例的，夹角a的度数为：
46.(360
°
/t)*(n 0.25)，其中，t为码盘的每转脉冲数(也即每转一圈产生的脉冲周期的个数)，n为自然数。
47.示例的，夹角a的度数为：
48.(360
°
/t)*(n 0.75)，其中，t为码盘的每转脉冲数(也即每转一圈产生的脉冲周期的个数)，n为自然数。
49.本实施例中，一方面，夹角a的度数如此设置，能够使一对光电开关4输出信号之间的相位差为90
°
或270
°
。另一方面，引入了自然数n，是考虑到光电开关4的自身壳体尺寸，若在电路板3上布局时，一对光电开关4之间的夹角太小不易实现，则可加上n(n为自然数，包括0和正整数)个完整的脉冲周期。
50.参阅图3、图4，以t＝50，n＝10，两个光电开关4之间顺时针方向的相位差为90
°
为例。则一对光电开关4的光束发射点与弧线的圆心连线形成夹角的角度为73.8
°
，即间隔10.25个脉冲周期。电机逆时针转动时，则一对光电开关4输出的脉冲信号如图5所示，第一个光电开关a脉冲信号的上升沿较第二个光电开关b脉冲信号的上升沿早90
°
(即早四分之一个脉冲周期)到来；电机顺时针转动时，一对光电开关4之间沿逆时针方向的相位差为270
°
(也可叫做-90
°
)，此时一对光电开关4输出的脉冲信号如图6所示，此时，第一个光电开关a脉冲信号的上升沿较第二个光电开关b脉冲信号的上升沿晚90
°
(即晚四分之一个脉冲周期)到来。因此，可以根据两个脉冲信号的相位差不同(即上升沿到来的早晚)来判定电机的转向。
51.在一些实施例中，如图3所示，码盘2的中部设有第一通孔7，码盘2通过第一通孔7固定于旋转轴1上。
52.示例的，第一通孔7与旋转轴1之间的连接方式可以为焊接、螺栓连接或键连接等，本实施例对此不做限制。
53.在一些实施例中，如图2所示，电路板3上设有第二通孔5，第二通孔5用于容纳旋转轴1，第二通孔5的内径大于旋转轴1的外径。
54.示例的，第二通孔5的形状可为圆形孔(如图2所示)，也可以为其他任意形状的孔、或槽、或开口，只要能够容纳旋转轴1并能安装一对光电开关4即可，本实施例对此不做限制。
55.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。
56.以上仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。以上仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本技术的保护范围。