一种抗轴跳高精密磁编码器及电机的制作方法

1.本发明涉及一种编码器领域，尤其涉及一种抗轴跳高精密磁编码器及电机。

背景技术：

2.磁性编码器可以应用于检测电机转子磁场位置，提供准确的电机速度和位置信号，然后磁编码器输出信号给驱动器进行分析比较和逻辑判断，最后驱动电机。磁性编码器就是一个传感器，时刻为驱动器提供准确信号便于它做出准确的分析和判断。
3.其中，以磁传感器安装在电机上为例，磁编码器主要由磁铁、电路板、安装在电路板上面的磁传感器组成，磁铁安装在电机转子的电机轴上，电路板通过支架安装在电机定子的后方，电路板和磁铁之间具有间距。磁传感器则有amr传感器及tmr传感器。
4.以电机以及部件的安装为理想状态，电机轴旋转的时候为例，参见图1所示，amr传感器始终正对磁铁的e点(e点为磁铁的正中心，两侧分别为n极及s极)，但是，在实际应用的时候，电机轴存在间隙和偏心，如图2所示，实际中心点，由原来的e点，变为f点(f点处在e点旁侧，不处在磁铁正中心)，那么，电机旋转时，将以f点为中心旋转，amr传感器，将不是一直正对e点，随着角度旋转，amr传感器将会正对e1点(e1点处在e点及f点旁侧，e1点不处在磁铁正中心)，因此，与图1理想状态相比，e点磁场与e1点磁场将会产生明显变化。由于磁场的变化，会导致速度有相对应明细的波动。参见图3所示，为磁传感器受到的磁场的平行度，平行度不好，这样磁传感器收到的磁场平行度不好，导致检测精度不好。因此，随着电机轴的轴心跳动以及轴承间距，会导致磁编码器的精度不好。因此，如何解决上述技术问题，是本领域技术人员需要努力的方向。

技术实现要素：

5.本发明目的是提供一种抗轴跳高精密磁编码器及电机，通过使用该结构，有效克服了电机轴跳动带来的磁编码器精度变差的问题，有效提高了磁编码器的精度。
6.为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种抗轴跳高精密磁编码器，包括磁铁及电路板，所述电路板上设有磁传感器，所述磁铁为圆柱形结构，所述磁铁的正中心设有一t磁铁，所述t磁铁的两侧分别为对称设置的n极磁铁及s极磁铁，所述n极磁铁及s极磁铁沿着所述磁铁的轴向方向充磁，所述t磁铁朝向所述n极磁铁或s极磁铁方向充磁。
7.所述n极磁铁及s极磁铁的内侧中部分别与所述t磁铁的外表面相连，所述n极磁铁的内侧两端分别与所述s极磁铁的内侧两端相连。
8.上述技术方案中，所述n极磁铁与s极磁铁的充磁方向相反。
9.上述技术方案中，所述t磁铁的充磁方向与所述n极磁铁或s极磁铁的充磁方向相互垂直。
10.上述技术方案中，所述磁铁的轴向两端分别为第一端面及第二端面，所述第一端面经支架与一电机轴相连，所述磁铁与所述转轴同轴设置，所述电路板设置于所述磁铁第二端面的一侧，且所述电路板与所述磁铁第二端面之间设有间距；所述磁传感器包括一组
amr传感器及至少两组tmr传感器，所述amr传感器安装于所述电路板的正中心，且所述amr传感器正对所述磁铁第二端面的正中心设置，多组所述tmr传感器设置于所述amr传感器旁侧的所述电路板上，且所述tmr传感器正对所述磁铁的第二端面设置。
11.上述技术方案中，所述amr传感器正对所述t磁铁设置。
12.上述技术方案中，所述t磁铁的厚度与所述n极磁铁及s极磁铁的厚度相等；所述t磁铁的宽度为m，所述t磁铁的长度为l；
13.所述r+a《m《2*(r+a)；
14.所述2*m《l《r0-2*a-r1；
15.其中，a为所述电机轴的最大偏心跳动；
16.r0为所述磁铁的外径；
17.r为所述amr传感器的有效感应区外径；
18.r1为所述tmr传感器的有效感应区外径。
19.上述技术方案中，所述t磁铁的截面为对称结构的长方形、正方形、椭圆形或多边形。
20.为达到上述目的，本发明采用了一种电机，包括电机轴，还包括上述的抗轴跳高精密磁编码器，所述磁铁经所述电机轴驱动旋转。
21.由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
22.1.本发明中在磁铁的中部设置侧向充磁的t磁铁，和以往结构相比，能够有效的提升磁场的平行度，同时，磁铁中心上方的磁场密度更高，磁传感器收到的磁场平行度和强度得到提升，能够带来精度的提升，提高磁编码器的检测精度，能够解决轴跳动、轴承间隙带来的精度下降问题，保证此编码的精度。
附图说明
23.图1是背景技术中amr传感器正对磁铁e点处的结构示意图；
24.图2是背景技术中amr传感器正对磁铁e1点处的结构示意图；
25.图3是背景技术中amr传感器正对磁铁e1点时磁铁的磁场结构示意图；
26.图4是本发明中amr传感器两路信号以及tmr传感器的信号与磁铁角度示意图；
27.图5是本发明实施例一中磁编码器中的磁铁与电路板的结构示意图(t磁铁截面为方形结构)；
28.图6是本发明实施例一中磁编码器中的磁铁充磁方向的结构示意图；
29.图7是本发明实施例一中磁编码器中的amr传感器正对磁铁e1点时的磁场结构示意图；
30.图8是本发明实施例一中磁编码器中的磁铁的端面结构示意图(t磁铁截面为多边形结构)；
31.图9是本发明实施例一中磁编码器中的磁铁的端面结构示意图(t磁铁截面为椭圆形结构)；
32.图10是嗯发明实施例一中电机的结构示意图。
33.其中：1、磁铁；2、电路板；3、t磁铁；4、n极磁铁；5、s极磁铁；6、第一端面；7、第二端面；8、支架；9、电机轴；10、amr传感器；11、tmr传感器；12、电机。
具体实施方式
34.下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
35.在磁编码器中(磁铁只有s极磁铁和n极磁铁)，amr传感器，主要负责将磁铁角度θ的0
°
～360
°
，转化为正余弦信息sin(2*θ)和cos(2*θ)，参见图4所示。
36.这样amr传感器的两路信号进入到电路板的mcu中，数字量相除：
37.sin(2*θ)/cos(2*θ)＝tan(2*θ)＝a；
38.然后，对结果再做反正切：arctan(a)＝2*θ。
39.但由于得到的是2*θ，因此，无法区分属于0～180度和180～360度，引入tmr传感器，每当磁铁旋转，tmr传感器正对的s极磁铁、n极磁铁交界处时，会产生跳变沿，两组tmr传感器产生的信号，参见图4所示.那么，根据tmr传感器输出信号的0，1状态，有4各状态：(1，0)、(1，1)、(0，1)、(0，0)；当状态为(1,0)、(1,1)时，机械角度为0
°
～180
°
，当状态为(0,1)、(0,0)时，机械角度为180
°
～360
°
，因此，此磁铁配合amr传感器+tmr传感器，可正确解析出机械角度。
40.实施例一：参见图5～10所示，一种抗轴跳高精密磁编码器，包括磁铁1及电路板2，所述电路板上设有磁传感器，所述磁铁为圆柱形结构，所述磁铁的正中心设有一t磁铁3，所述t磁铁的两侧分别为对称设置的n极磁铁4及s极磁铁5，所述n极磁铁及s极磁铁沿着所述磁铁的轴向方向充磁，所述t磁铁朝向所述n极磁铁或s极磁铁方向充磁。
41.参见图5、6、8、9所示，所述n极磁铁及s极磁铁的内侧中部分别与所述t磁铁的外表面相连，所述n极磁铁的内侧两端分别与所述s极磁铁的内侧两端相连。和以往一个圆柱形结构的磁铁相比，以往结构中圆柱形磁铁对称设置n极磁铁和s极磁铁，在本实施例中，在磁铁的正中心挖一个通槽，将t磁铁安装在这个通槽内，并且t磁铁的外壁会与n极磁铁及s极磁铁的内壁连接。
42.其中，所述n极磁铁与s极磁铁的充磁方向相反。
43.所述t磁铁的充磁方向与所述n极磁铁或s极磁铁的充磁方向相互垂直。
44.在本实施例中，t磁铁的充磁方向朝向n极磁铁设置。
45.参见图6、10所示，所述磁铁的轴向两端分别为第一端面6及第二端面7，所述第一端面经支架8与一电机轴9相连，所述磁铁与所述转轴同轴设置，所述电路板设置于所述磁铁第二端面的一侧，且所述电路板与所述磁铁第二端面之间设有间距；所述磁传感器包括一组amr传感器10及两组tmr传感器11，所述amr传感器安装于所述电路板的正中心，且所述amr传感器正对所述磁铁第二端面的正中心设置，多组所述tmr传感器设置于所述amr传感器旁侧的所述电路板上，且所述tmr传感器正对所述磁铁的第二端面设置。
46.所述amr传感器正对所述t磁铁设置。
47.上述中描述有如何利用磁铁、amr传感器、tmr传感器解析机械角度的原理，而当电机轴发生偏心的时候，amr传感器会一直正对着t磁铁，这样磁场方向中，磁场的平行度明显提升，磁铁第二端面与电路板之间的磁场密度明细提高，使得磁编码器的精度能够得到提高，保证其精度。
48.其中，所述t磁铁的厚度与所述n极磁铁及s极磁铁的厚度相等；所述t磁铁的宽度为m，所述t磁铁的长度为l；
49.所述r+a《m《2*(r+a)；
50.所述2*m《l《r0-2*a-r1；
51.其中，a为所述电机轴的最大偏心跳动；
52.r0为所述磁铁的外径；
53.r为所述amr传感器的有效感应区外径；
54.r1为所述tmr传感器的有效感应区外径。
55.在本实施例中，n极磁铁的充磁方向朝向磁铁的第二端面设置，也就是朝向电路板方向，s极磁铁的充磁方向则朝向第一端面设置，也就是背向电路板的方向。由于n极磁铁的充磁方向朝向amr传感器方向，因此，t磁铁的的充磁方向会朝向n极磁铁，使得磁铁与电路板之间的磁场密度更高，并且磁场的平行度更佳，参见图7所示。也就是说，该磁铁构成一个平行磁场发生器，用以提高磁场平行度以及磁场密度，提高磁编码器的精度。
56.通过精密的对t磁铁尺寸的设计，既能够保证amr传感器正对着t磁铁，同时，保证磁场密度高，平行度好，用以保证磁编码器的精度高。
57.在本实施例中，所述t磁铁的截面为对称结构的长方形、正方形、椭圆形或多边形。其中，磁铁的正中心的两侧，分别对称设置n极磁铁及s极磁铁，t磁铁则处在n极磁铁与s极磁铁之间，并且沿着n极磁铁、s极磁铁连接线对称设置。
58.为达到上述目的，本发明采用了一种电机12，包括电机轴，还包括上述的抗轴跳高精密磁编码器，所述磁铁经所述电机轴驱动旋转。

技术特征：

1.一种抗轴跳高精密磁编码器，包括磁铁及电路板，所述电路板上设有磁传感器，其特征在于：所述磁铁为圆柱形结构，所述磁铁的正中心设有一t磁铁，所述t磁铁的两侧分别为对称设置的n极磁铁及s极磁铁，所述n极磁铁及s极磁铁沿着所述磁铁的轴向方向充磁，所述t磁铁朝向所述n极磁铁或s极磁铁方向充磁。2.根据权利要求1所述的抗轴跳高精密磁编码器，其特征在于：所述n极磁铁及s极磁铁的内侧中部分别与所述t磁铁的外表面相连，所述n极磁铁的内侧两端分别与所述s极磁铁的内侧两端相连。3.根据权利要求1所述的抗轴跳高精密磁编码器，其特征在于：所述n极磁铁与s极磁铁的充磁方向相反。4.根据权利要求1所述的抗轴跳高精密磁编码器，其特征在于：所述t磁铁的充磁方向与所述n极磁铁或s极磁铁的充磁方向相互垂直。5.根据权利要求1所述的抗轴跳高精密磁编码器，其特征在于：所述磁铁的轴向两端分别为第一端面及第二端面，所述第一端面经支架与一电机轴相连，所述磁铁与所述转轴同轴设置，所述电路板设置于所述磁铁第二端面的一侧，且所述电路板与所述磁铁第二端面之间设有间距；所述磁传感器包括一组amr传感器及至少两组tmr传感器，所述amr传感器安装于所述电路板的正中心，且所述amr传感器正对所述磁铁第二端面的正中心设置，多组所述tmr传感器设置于所述amr传感器旁侧的所述电路板上，且所述tmr传感器正对所述磁铁的第二端面设置。6.根据权利要求5所述的抗轴跳高精密磁编码器，其特征在于：所述amr传感器正对所述t磁铁设置。7.根据权利要求5所述的抗轴跳高精密磁编码器，其特征在于：所述t磁铁的厚度与所述n极磁铁及s极磁铁的厚度相等；所述t磁铁的宽度为m，所述t磁铁的长度为l；所述r+a<m<2*(r+a)；所述2*m<l<r0-2*a-r 1；其中，a为所述电机轴的最大偏心跳动；r0为所述磁铁的外径；r为所述amr传感器的有效感应区外径；r1为所述tmr传感器的有效感应区外径。8.根据权利要求1所述的抗轴跳高精密磁编码器，其特征在于：所述t磁铁的截面为对称结构的长方形、正方形、椭圆形或多边形。9.一种电机，包括电机轴，其特征在于：包括如权利要求1-8中任一项所述的抗轴跳高精密磁编码器，所述磁铁经所述电机轴驱动旋转。

技术总结

本发明公开了一种抗轴跳高精密磁编码器及电机，包括磁铁及电路板，所述电路板上设有磁传感器，其特征在于：所述磁铁为圆柱形结构，所述磁铁的正中心设有一T磁铁，所述T磁铁的两侧分别为对称设置的N极磁铁及S极磁铁，所述N极磁铁及S极磁铁沿着所述磁铁的轴向方向充磁，所述T磁铁朝向所述N极磁铁或S极磁铁方向充磁。本发明提高了磁编码器的精度，解决了以往电机轴偏心、轴跳动、轴承座间隙而导致磁编码器精度不高的问题。码器精度不高的问题。码器精度不高的问题。