[发明专利]基于异形齿轮的双霍尔磁电编码器角度估算方法及装置

说明书

本发明属于编码器制造领域，涉及基于异形齿轮的双霍尔磁电编码器角度解算方法及装置。本发明利用转子和永磁体分离，采用异形齿轮旋转的方式来改变异形齿轮边缘与霍尔元件的绝对位置，从而使双霍尔分别采集正余弦信号，利用模数转换器对霍尔信号进行模数转换，再通过反正切计算磁电编码器角度值，最后对解算角度值和双霍尔数字信号数值关系制表，并提出一种通过查表进而利用插值法估算角度值的方法。该过程不仅极大减少了永磁体在工作中由于高温儿产生的退磁现象，并且消除了永磁体易断裂的风险，提高了编码器的精度；而且避免了许多计算反正切的步骤，极大的提高了单片机的工作效率。

技术领域

本发明属于编码器制造领域，具体涉及基于异形齿轮的双霍尔磁电编码器角度估算方法及装置。

背景技术

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设备，编码器把角位移或直线位移转换成电信号。在现代工业中，编码器是不可或缺的用于测量电机转子角度位置的重要元件，而且，它还是实现电机控制的核心元件。编码器被广泛应用于机械工程、机器人、航空、精密光学仪器等高技术领域。磁电编码器具有很多优点，例如结构简单、耐高温、抗油污、抗冲击和体积小、成本低等等。而且编码器寿命长，安装随意，接口形式丰富，适用于很多应用场所。

传统磁电编码器角度值的解算依靠磁场信号的采集，在转子带动旋转作用下，产生空间旋转磁场，霍尔采集空间旋转磁场得到模拟信号，通过模数转换模块，得到数字信号。但是由于永磁体表贴于转子上，在转子转动时产生高温，贴在转子上的永磁体易发生退磁现象，进而影响编码器的精度。且永磁体为脆性材料，在转子转动时，有可能发生断裂、产生缺口等等，在工程应用上并不可靠。并且传统利用反正切计算角度值的解算方法一般是使用单片机内置的反正切函数，调用该函数会占用大量的解算时间，极大的浪费了单片机的运行资源，降低了单片机的工作效率。

针对上述问题，本发明提出了基于异形齿轮的双霍尔磁电编码器角度估算方法及装置。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种方案，旨在解决由于磁电编码器永磁体在工作中产生退磁现象而引发的精度下降的问题，设计一种新结构来提高编码器精度，并提出基于此结构编码器的角度估算方法。

本发明公布了基于异形齿轮的双霍尔磁电编码器角度估算装置，包括：

磁钢，用于产生稳定且不变的磁场。

异形齿轮e，采用外侧轮廓展开线为线性正弦曲线的导磁铁齿轮，通过转动来改变齿轮边缘与线性霍尔传感器a的绝对位置，使磁场磁场强度发生变化。

异形齿轮f，采用与异形齿轮e同一尺寸、同一形状的导磁铁齿轮，通过转动来改变齿轮边缘与线性霍尔传感器b的绝对位置，使磁场磁场强度发生变化。

线性霍尔传感器a，用于采集异形齿轮e旋转改变齿轮边缘与线性霍尔传感器a的绝对位置时引发的磁场信号，并将其转换为电压信号，得到线性霍尔传感器a角度值模拟信号A；

线形霍尔传感器b，用于采集异形齿轮f旋转改变齿轮边缘与线性霍尔传感器b的绝对位置时引发的磁场信号，并将其转换为电压信号，得到线性霍尔传感器b角度值模拟信号B；

模数转换器，用于将角度值模拟信号A转换为角度值数字信号H_A，将角度值模拟信号B转换为角度值数字信号H_B；

角度计算模块，用于将得到的数字量计算为双霍尔角度值θ；

其中异形齿轮e与异形齿轮f空间位置相差90°，从而使线性霍尔传感器a与线性霍尔传感器b接收的电压信号曲线为相位相差90°的正弦曲线。

本发明还公布了基于异形齿轮的双霍尔磁电编码器角度估算方法，包括以下步骤：

步骤一：采集线性霍尔传感器a角度值模拟信号A，线性霍尔传感器b角度值模拟信号B；