[发明专利]多磁道扇区定位离轴绝对值编码器

说明书

本发明公开了一种多磁道扇区定位离轴绝对值编码器，包括外环主磁道和内环辅助磁道，外环主磁道配置多个正弦规律充磁的磁极对及磁阻传感器；多个霍尔开关配置在内环辅助磁道，一个霍尔开关对应一个辅磁道磁极宽度，内环辅助磁道采取方波充磁；霍尔开关与磁阻传感器的相对位置固定，并绕编码器圆心做圆周运动。本发明提供的绝对值编码器通过改进辅助磁道的充磁规律如采取方波充磁技术和磁极数量如辅助磁道磁极数量是主磁道磁极数量的一半，降低了充磁工艺的难度。同时辅助磁道由于采取方波充磁，辅助磁道传感器可以采用抗干扰能力极强的单级数字霍尔传感器，因此大大降低了外界强电磁场的干扰。

技术领域

本发明编码器技术领域，具体涉及一种多磁道扇区定位离轴绝对值编码器。

背景技术

目前离轴绝对值磁编码器有精密条纹磁极宽度疏密不一的单磁道模式和磁极宽度统一的多磁道两种方案。

精密条纹磁极宽度疏密不一的单磁道编码器由于磁极过于精密，造成充磁困难，传感器结构复杂，且成本较高。

磁极宽度统一的多磁道(一般以两个磁道或三个磁道为主)编码器采用的是主磁道比辅助磁道多一个磁极对，且均采用正弦规律充磁的原理，因此主辅磁道的传感器采集出来的信号值在整个圆周内的任意位置都具有唯一的相位差值，从而达到绝对位置编码的目的。该原理由于主辅磁道传感器都采用模拟传感器，信号幅值低，很容易受外界强电磁场的影响，造成相位差计算错误，无法准确真实的反应出具体的绝对位置值，且对机械系统加工精度要求高，编码器在实际应用机械系统中要严格校准以及绝对固定，但是实际情况中机械系统不能完成这几个要求，因此限制了多磁道编码器的应用。

发明内容

本发明提供一种多磁道扇区定位离轴绝对值编码器，针对传统的多磁道编码器采用主辅磁道的周期信号相位差来计算绝对位置，传感器识别的磁场是模拟信号，幅值误差非常敏感，传统方法特别不稳定的问题，在传统多磁道编码器的基础上通过设计具有特定数字编码规律的辅磁道结构用来表征主磁道各个磁极对的扇区号，结合磁阻传感器在主磁道上采集并计算得到的相对位置值，即可得到圆周内的绝对位置值数据来准备真实反应出具体的绝对位置值，提高多磁道编码器的应用。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种多磁道扇区定位离轴绝对值编码器，包括外环主磁道和内环辅助磁道，外环主磁道配置多个正弦规律充磁的磁极对及磁阻传感器；多个霍尔开关配置在内环辅助磁道，一个霍尔开关对应一个辅磁道磁极宽度，内环辅助磁道采取方波充磁；霍尔开关与磁阻传感器的相对位置固定，并绕编码器圆心做圆周运动。

进一步的，辅磁道磁极数是主磁道磁极数的一半，主磁道磁极数范围为2^N-1到2^N,N为霍尔开关的数量，N取值为正整数，常用数为4、5或6，如N取5时主磁道磁极数量值可以在16到32中取，包括边界值。

磁阻传感器将主磁道表面的磁场强度转换为同频率同幅值正交关系的SIN和COS两个电信号，两个电信号通过三角反正切求得当前信号在单位圆中的角度值，SIN和COS信号周期性的出现，在每一个主磁道磁极对中，由SIN和COS信号得到的角度值范围就构成了一个单位圆，MCU处理主磁道的信号值得到当前磁阻传感器所在磁极对中的相对位置值记为S(度)，如果设法知道当前主磁极对是第几对磁极对，那么就能得到圆周内的绝对位置；

将主磁道的一对磁极对定义为一个扇区,扇区号记为F，并设计辅助磁道一个磁极角度就等于一个主磁道磁极对角度；检测辅助磁道的多个霍尔开关时时检测其对应的辅磁道磁极级性，并传输给MCU，MCU根据辅磁道的编码规则，计算出当前主磁道磁极对的扇区号，进而得到圆周内的当前绝对位置值，当前绝对位置值P＝(磁阻传感器采集到的相对位置值S(度)+主磁道磁极对数的位置分辨率D*扇区号F)/辅磁道磁级数，相对位置值位置分辨率D＝360度。

由于辅磁道磁极阵列设计的编码格式保证了磁阻传感器没跨越到下一个扇区时都有唯一的一个霍尔开关阵列编码对应，通过查表计算，因此实现了360度圆周的绝对位置编码。