旋转变压器以及使用该变压器的运动编码器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种旋转变压器及使用该变压器的运动编码器，所述传感器传感器定子的印制电路板上装有一个环形软磁铁芯，在所述环形软磁铁芯的内壁设有至少一个线性霍尔元件、一个开关霍尔元件和至少一个满极距的绕组元件；且每个线性或开关霍尔元件的磁敏感面以及绕组元件的磁场敏感面均与所述永磁体磁环的磁极表面相互对齐；线性和开关霍尔元件测量旋转位置、绕组元件测量旋转速度，且位置信号与速度信号同相位。由本实用新型专利技术制成的运动编码器，位置精度比传统电磁感应式旋转变压器更高，它不存在幅值误差和相位误差，而且函数误差很小，对安装偏差不敏感，一致性好，不仅结构、制造工艺简单，还可构成多种输出形式的运动编码器。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及ー种基于霍尔与电势检测的旋转变压器以及使用该变压器的运动编码器。
技术介绍
传统的旋转变压器(resolver)是ー种基于电磁原理測量角度用的可转动的位置传感器，用来測量旋转物体的转轴角位移，由传感器定子和传感器转子组成。霍尔旋转变压器是ー种能够完成类似功能的位置传感器。它们的输出电压的幅值与传感器转子转角成正弦、余弦函数关系，或保持某一比例关系，或在一定转角范围内与转角成线性关系。在公告号为CN2565123Y的中国专利中，公开了ー种霍尔旋转变压器，其中包括线性霍尔元件、永磁体磁环、空心轴传感器转子、传感器定子机壳、机壳后盖、传感器 定子芯和霍尔集成电路的印制板，在传感器定子芯上安装有四个线性霍尔元件，相互错开90°电角度，并采用特定的多对极的永磁体磁环，传感器转子中间有支撑传感器定子的ニ个滚珠轴承，传感器定子前端有联接用的弹簧片。这种方案中存在问题是I、需采用特定的多对极的永磁体磁环，对磁极均匀性要求高，对不同极对数的电动机不能通用；2、在一圈范围内，难于做到有确定的唯一零位，不方便绝对角位置的检测；3、整体式结构和エ艺复杂，难以实现小型化。在公告号为CN200972824Y的中国专利中，公开了ー种改进上述问题的霍尔旋转变压器，其中包括线性霍尔元件、永磁体磁环、空心轴、传感器定子机壳、传感器定子芯和联接霍尔元件的印制电路板，其永磁体磁环固定在空心轴上；其特殊之处在于传感器定子芯呈圆环形，在传感器定子芯上间隔90°空间角度分布着至少ニ个安装孔，线性霍尔元件固定在安装孔内，以便限定线性霍尔元件的空间位置。然而，线性霍尔元件在传感器定子芯上的安装孔中的位置会因为安装间隙、霍尔元件的外形尺寸等原因，在安装孔中的上、下、左、右、前、后6个自由度存在位置偏差。又由于永磁体磁环固定在空心轴上，存在位置偏差和垂直度偏差等，都会造成旋转变压器输出的幅值误差、相位误差、函数误差。另外，永磁体磁环的质量、安装也对误差有极大关系，传统霍尔旋转变压器误差大且误差的一致性很差。若安装存在径向位置偏差0. Imm,设永磁体的外径12mm,那么0. Imm相对周长的相对位置偏差为0. IバX 12) = 0. 265%。这个偏差与1° /360° = 0.278%相当，说明该霍尔旋转变压器中单ー项位置偏差就会产生1°度的误差。所以前述技术方案中的霍尔旋转变压器技术的角度误差不可能优于1°。又例如，永磁体磁环固定在空心轴上，存在0. 5°垂直度偏差，就相当于径向位置偏差为12sin0. 5° = 0. 1_，也会产生1°度的误差。永磁体磁环产生三维空间磁场，线性霍尔元件将受到切向磁场分量和径向磁场分量的作用产生电压输出。在公告号为CN200972824Y的中国专利中，使用四个线性霍尔元件，将180°布置的两个线性霍尔元件的输出电压相减，试图补偿定、传感器转子装配偏心，但由于无法同时补偿径向和切向磁场分量，所以不能起到良好的补偿效果，而通常误认为是磁极均匀性问题。在申请号为ZL200820207106. 9的中国专利中的霍尔旋转变压器，增加了ー个环形软磁铁芯，将三维空间磁场，约束为ニ维空间磁场，大大改进了装配造成的偏差。但现有霍尔旋转变压器需要至少2个90°正交的线性霍尔元件，或3个120°分布的线性霍尔元件，分布精度和线性霍尔元件的一致性都会直接导致霍尔旋转变压器的幅值误差和相位误差，导致位置检测偏差，且多个线性霍尔元件成本较高。因此，现有霍尔旋转变压器的位置偏差只能达到0.5° -1°左右，而且性价比也不够高。另外，开关型霍尔转角编码器虽然是已有成熟技术，然而分辨率一般小于100线，精度更低。现有霍尔编码器无法直接检测旋转的速度，必须再増加Q =d0/dt或相应的 处理环节。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题在干，针对现有技术的上述缺陷，提供ー种旋转变压器和使用该变压器的运动编码器。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是构造ー种旋转变压器，包括传感器定子和设于所述传感器定子内的传感器转子，所述传感器定子包括环形的支撑架，所述环形支撑架包括外圈和嵌套在所述外圈内的内圈，所述外圈与内圈之间留有一定间隙，所述外圈的内壁上固设有环形的软磁铁芯，所述内圈的外壁上设有至少ー个线性霍尔元件、一个开关霍尔元件和ー个满极距的绕组元件，且所述线性霍尔元件、开关霍尔元件和绕组元件均紧贴于所述软磁铁芯的内壁；还包括印制电路板，所述线性霍尔元件、开关霍尔元件和绕组元件的引脚焊接在所述印制电路板上；在所述线性霍尔元件和所述开关霍尔元件中，有一个所述线性霍尔元件和一个所述开关霍尔元件在空间上的电角度为90° ;且任意ー个所述线性霍尔元件、开关霍尔元件和绕组元件的磁敏感面均与所述传感器转子的磁极表面相対。本技术所述的旋转变压器，其中，所述传感器转子包括传感器转子轴、以及固定在所述传感器转子轴外圆周面上的永磁体磁环。本技术所述的旋转变压器，其中，所述永磁体磁环由塑料粘结钕铁硼材料或铁氧体材料制成。本技术所述的旋转变压器，其中，所述软磁铁芯的厚度为1-5_。本技术解决其技术问题采用的另ー技术方案为构造ー种运动编码器，包括转角变换电路和速度变换电路，还包括如上述所述的旋转变压器；所述转角变换电路包括用于将所述旋转变压器中的线性霍尔元件输出的正弦波模拟输出电压转换成数字量的A/D转换模块还包括基于所述A/D转换模块输出的数字量、所述开关霍尔元件提供的符号函数、以及所述绕组元件的符号函数土Sig|v」计算获得具有唯一性的数字量位置信号的位置确定模块；所述速度变换电路包括用于将所述绕组元件的理想输出转换成模拟量或数字量的速度输出信号的信号滤波器或A/D转换模块。本技术所述的运动编码器，其中，所述位置确定包括数字信号DSP或单片机MCU。本技术所述的运动编码器，其中所述位置确定模块包括现场可编程门阵列FPGA或专用集成电路ASIC。实施本技术的旋转变压器以及运动编码器，具有以下有益效果本技术仅用ー个线性霍尔元件和一个开关霍尔元件，就可以确保360°位置检测的唯一性，从原理上克服了由于使用多个检测元件可能引起的幅值误差和相位误差，且线性霍尔元件和开关霍尔元件空间分布的位置偏差不会影响传感器检测精度。此外，由于线性霍尔元件紧贴环形软磁铁芯的内环壁，所以磁力线也就垂直穿过线性霍尔元件，抑制了漏磁场，改善了函数误差，提高了传感器检测精度。附图说明下面将结合附图及实施例对本技术作进ー步说明，附图中图I是本技术旋转变压器优选实施例的结构示意图；图2是本技术旋转变压器优选实施例的剖面图；图3是本技术旋转变压器优选实施例中霍尔元件的输出波形图；图4是本技术旋转变压器优选实施例中绕组元件的输出波形图；图5是本技术旋转变压器优选实施例中两个呈180°的线性霍尔元件的理想输出波形图；图6是本技术旋转变压器优选实施例中图5两个理想输出相减后的输出波形图；图7是本技术运动编码器优选实施例的原理图；图8是本技术运动编码器优选实施例中运动编码器的转角输出数字量图；图9是本技术运动编码器优选实施例中运动编码器的转角增量脉冲数字量图；图10是本技术运动编码器优选实施例中运动编码器的模拟和数字本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.ー种旋转变压器，其特征在于，包括传感器定子(100)和设于所述传感器定子(100)内的传感器转子，所述传感器定子(100)包括环形的支撑架，所述环形支撑架包括外圈(101)和嵌套在所述外圈(101)内的内圈(102)，所述外圈(101)与内圈(102)之间留有一定间隙，所述外圈(101)的内壁上固设有环形的软磁铁芯(300)，所述内圈(102)的外壁上设有至少ー个线性霍尔元件(400)、一个开关霍尔元件(500)和一个满极距的绕组元件(700)，且所述线性霍尔元件(400)、开关霍尔元件(500)和绕组元件(700)均紧贴于所述软磁铁芯(300)的内壁；还包括印制电路板(600)，所述线性霍尔元件(400)、开关霍尔元件(500)和绕组元件(700)的引脚焊接在所述印制电路板(600)上；在所述线性霍尔元件(400)和所述开关霍尔元件(500)中，有一个所述线性霍尔元件(400)和ー个所述开关霍尔元件(500)在空间上的电角度为90° ;且任意一个所述线性霍尔元件(400)、开关霍尔元件(500)和绕组元件(700)的磁敏感面均与所述传感器转子的磁极表面相対。2.根据权利要求I所述的旋转变压器，其特征在于，所述传感器转子包括传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜坤梅，
申请(专利权)人：浙江博望科技发展有限公司，
类型：实用新型
国别省市：