專(zhuān)利名稱(chēng)：電機(jī)軸實(shí)心軸旋變編碼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種工業(yè)檢測(cè)技術(shù)，更特別地說(shuō)，是指適用于惡劣環(huán)境下的一種一體化 小型化網(wǎng)絡(luò)化的電機(jī)軸實(shí)心軸旋變編碼器，可用于軸角位置及速度的測(cè)量并帶有高端接口 。
背景技術(shù)：
目前，應(yīng)用最為廣泛的軸角測(cè)量裝置有光電軸編碼器和電機(jī)軸編碼器。光電軸編碼器， 以高精度的計(jì)量圓光柵為檢測(cè)元件，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換將輸入的角位置轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字代碼。 由于光電軸編碼器的核心檢測(cè)元件為光電碼盤(pán)，而光電碼盤(pán)的材料主要有三種玻璃，塑料，
金屬。玻璃質(zhì)的碼盤(pán)溫度特性好，但是易碎；塑料質(zhì)的碼盤(pán)各方面性能都比較差，但價(jià)格便 宜；金屬質(zhì)的碼盤(pán)溫度特性差，對(duì)環(huán)境的要求比較高，極大地限制了光電編碼器的應(yīng)用范圍。 根據(jù)光電編碼器的刻度方法及信號(hào)輸出形式可分為增量型編碼器和絕對(duì)型編碼器。增量型編 碼器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作容易。由于其給出的位置信息是增量式的，所以應(yīng)用時(shí)需要初始定位。 絕對(duì)型編碼器一般都做成循環(huán)二進(jìn)制代碼或格雷碼，可直接輸出轉(zhuǎn)子的絕對(duì)位置，不需要測(cè) 定初始位置，但其工藝復(fù)雜，成本高，實(shí)現(xiàn)高分辨率、高精度較為困難。
電機(jī)軸編碼器是基于感應(yīng)電機(jī)的軸角測(cè)量裝置，感應(yīng)電機(jī)中最具有代表性的是旋轉(zhuǎn)變壓 器。旋轉(zhuǎn)變壓器是一種將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角變換成與之成某一函數(shù)關(guān)系的電信號(hào)的元件。原理上相當(dāng) 于一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的變壓器，結(jié)構(gòu)上相當(dāng)于一個(gè)兩極兩相線繞式異步電動(dòng)機(jī)。旋轉(zhuǎn)變壓器的工 作原理決定了它具有自身獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，比如適合在惡劣的環(huán)境下工作，如震動(dòng)，灰塵，沖擊， 高溫，腐蝕等環(huán)境；適合在高轉(zhuǎn)速及高加速度的情況下工作；在很寬的溫度范圍內(nèi)具備高可 靠性，高精度以及高機(jī)械特性；具備高抗干擾特性；具備將模擬信號(hào)傳輸較長(zhǎng)距離的特性等。 以上特點(diǎn)決定了旋轉(zhuǎn)變壓器具有很廣泛的應(yīng)用范圍，而且還可應(yīng)用在高精度、高可靠性及環(huán) 境非常惡劣的場(chǎng)合。由于旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出為正弦模擬信號(hào)，所以通常它不能單獨(dú)使用，需 要外加信號(hào)處理電路才能將模擬信號(hào)傳換成需要的數(shù)字信號(hào)。但已有的電機(jī)軸編碼器的軸角-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路與旋轉(zhuǎn)變壓器是分體的，另外需要提供專(zhuān)門(mén)的激磁電源、多路直流電源，使得 電路復(fù)雜，體積大且價(jià)格昂貴，使用起來(lái)非常不方便。
對(duì)于實(shí)際應(yīng)用而言，單純的數(shù)字信號(hào)依舊不能直接與其他設(shè)備進(jìn)行通信。例如很多工 業(yè)現(xiàn)場(chǎng)需要輸出接口為SSI，或者是4一20MA的模擬輸出，而其他的一些場(chǎng)合需要工業(yè)以 太網(wǎng)接口或著PROFIBUS-DP接口等。工業(yè)以太網(wǎng)、Profibus等現(xiàn)場(chǎng)總線在工業(yè)控制領(lǐng)域 應(yīng)用很廣泛。高智能化的生產(chǎn)企業(yè)都有著自己的局域網(wǎng)控制，如工業(yè)以太網(wǎng)，Profibus等。 而已有的分體式旋變編碼器，需要另外配備這些高端接口，價(jià)格昂貴，使其應(yīng)用受到了極大的限制，越來(lái)越不能滿足現(xiàn)代工業(yè)控制的要求。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種高精度、高可靠性、寬應(yīng)用范圍、帶有高端接口的小型化、 一體化、網(wǎng)絡(luò)化的電機(jī)軸實(shí)心軸旋變編碼器。
本實(shí)用新型是一種用于軸角位置和速度測(cè)量的電機(jī)軸實(shí)心軸旋變編碼器，所述的實(shí)心軸
旋變編碼器以旋轉(zhuǎn)變壓器為軸角發(fā)送器，通過(guò)旋轉(zhuǎn)變壓器輸出連接線與智能R/D轉(zhuǎn)換板連 接，智能R/D轉(zhuǎn)換板將旋轉(zhuǎn)變壓器發(fā)出的正余弦信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后，再通過(guò)長(zhǎng)線傳輸驅(qū) 動(dòng)電纜將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)輸出。旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子安裝在編碼器的輸入軸上，定子和R/D智能 轉(zhuǎn)換板精密穩(wěn)固的安裝在編碼器機(jī)座上，用機(jī)殼密封后組裝為完整的一體化實(shí)心軸旋變編碼 器。智能R/D轉(zhuǎn)換板設(shè)有R/D (軸角-數(shù)字)解碼芯片、D/A轉(zhuǎn)換芯片、電源管理電路、 長(zhǎng)線傳輸驅(qū)動(dòng)芯片、DSP芯片、SSI模塊、工業(yè)以太網(wǎng)模塊、ProfiBus-DP模塊和CAN總 線模塊，此外還設(shè)有電氣隔離芯片、反接保護(hù)電路、抗干擾電路。智能R/D轉(zhuǎn)換板其功能包 括高倍位(10、 12、 14、 16位)軸角-數(shù)字解碼并行輸出、串行輸出、模擬量4-20mA 輸出、現(xiàn)場(chǎng)總線接口以及工業(yè)以太網(wǎng)輸出。
本實(shí)用新型使用直流單電源工作方式，用于軸角位置和速度測(cè)量，其優(yōu)點(diǎn)在于
1. 適應(yīng)惡劣的使用環(huán)境、高溫、高濕、大的震動(dòng)和沖擊；
2. 解決了依賴外加復(fù)雜的勵(lì)磁電源和多路直流電源問(wèn)題；
3. 實(shí)現(xiàn)了一體化小型化網(wǎng)絡(luò)化的設(shè)計(jì)；
4. 可有效防止電源反接而引起的模塊損壞；
5. 所述編碼器即可作為絕對(duì)編碼器使用，也可作為增量式編碼器4吏用，還可作為軸角變 送器使用，可完全替代光電編碼器。


圖1是電機(jī)軸實(shí)心軸旋變編碼器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。 圖2是智能R/D轉(zhuǎn)換板的電路原理圖。 圖中
1-輸入軸2. 旋轉(zhuǎn)變壓器3.轉(zhuǎn)子4.定子 5. 機(jī)座6.機(jī)売 7.連接線8.智能R/D轉(zhuǎn)換板9.長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)輸出電纜10.R/D解碼芯片11.D/A轉(zhuǎn)換芯片12.電源管理電路13.長(zhǎng)線傳輸驅(qū)動(dòng)芯片14.電氣隔離芯片is-反接保護(hù)電路16.抗干擾電路17.DSP芯片工業(yè)以太網(wǎng)模塊19.ProfiBus-DP模塊20.CAN總線模塊21.SSI模塊
具體實(shí)施方式
4下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
參見(jiàn)圖l所示，電機(jī)軸實(shí)心軸旋變編碼器包括電機(jī)輸入軸1、旋轉(zhuǎn)變壓器2、轉(zhuǎn)子3、定 子4、機(jī)座5、機(jī)殼6、連接線7 、 R/D智能轉(zhuǎn)換板8和長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)輸出電纜9。所述旋轉(zhuǎn)變 壓器2的轉(zhuǎn)子3安裝在編碼器的輸入軸1上，定子4和R/D智能轉(zhuǎn)換板8精密穩(wěn)固的安裝 在編碼器機(jī)座5上，用機(jī)殼6密封后組裝為完整的一體化實(shí)心軸旋變編碼器。該旋變編碼器 以旋轉(zhuǎn)變壓器2為軸角發(fā)送器，通過(guò)旋轉(zhuǎn)變壓器2的輸出連接線7與智能R/D轉(zhuǎn)換板8連 接，再通過(guò)長(zhǎng)線傳輸驅(qū)動(dòng)電纜9將智能R/D轉(zhuǎn)換板8轉(zhuǎn)換后的角位數(shù)據(jù)輸出。
所述的智能R/D轉(zhuǎn)換板8給旋轉(zhuǎn)變壓器2提供正弦勵(lì)磁電源，旋轉(zhuǎn)變壓器2在勵(lì)磁電 源的作用下，旋轉(zhuǎn)變壓器2的定子4形成定子磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)變壓器2的轉(zhuǎn)子3上有兩套相互正 交的繞組，這兩套繞組結(jié)構(gòu)完全相同，在這兩個(gè)相互正交的繞組上分別感應(yīng)出與旋轉(zhuǎn)變壓器 2的轉(zhuǎn)角成正余弦關(guān)系的信號(hào)。該正余弦信號(hào)通過(guò)旋轉(zhuǎn)變壓器2的輸出連接線7傳給智能 R/D轉(zhuǎn)換板8，由智能R/D轉(zhuǎn)換板8將該正余弦信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量并行、串行輸出、模擬 量4-20mA輸出、現(xiàn)場(chǎng)總線接口及工業(yè)以太網(wǎng)輸出，以滿足工業(yè)控制的各種需要。
參見(jiàn)圖2所示，智能R/D轉(zhuǎn)換板8上設(shè)有R/D (軸角-數(shù)字)解碼芯片10、 D/A轉(zhuǎn)換 芯片11、電源管理電路12、長(zhǎng)線傳輸驅(qū)動(dòng)芯片13、 DSP芯片17、工業(yè)以太網(wǎng)模塊18、 ProfiBus-DP模塊19、 CAN總線模塊20和SSI模塊21 ，還設(shè)有電氣隔離芯片14、反接 保護(hù)電路15和抗干擾電路16，上述的所有芯片均為專(zhuān)用的集成芯片。R/D解碼芯片10為 旋轉(zhuǎn)變壓器2提供勵(lì)磁電源，所述R/D解碼芯片10將來(lái)自旋轉(zhuǎn)變壓器2的正余弦信號(hào)轉(zhuǎn)換 為數(shù)字信號(hào)；D/A轉(zhuǎn)換芯片11將該數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成4-20mA的模擬量輸出。長(zhǎng)線傳輸驅(qū)動(dòng) 芯片13可實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的長(zhǎng)距離傳輸問(wèn)題，用于輸出為數(shù)字量D0-D15并口輸出和串口輸 出；電氣隔離芯片14則是為了防止電源和外界對(duì)電路的干擾；所述的電源管理電路12為各 集成芯片提供其所需的電源；反接保護(hù)電路15及抗干擾電路16則是為電源管理電路12提 供反接保護(hù)和抗干擾的功能；DSP芯片17通過(guò)長(zhǎng)線傳輸驅(qū)動(dòng)芯片13的串口輸出接收數(shù)字 信號(hào)；通過(guò)其外擴(kuò)總線與工業(yè)以太網(wǎng)模塊18和ProfiBus-DP模塊19相連接，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總 線與工業(yè)以太網(wǎng)的接口輸出；DSP芯片17與CAN總線模塊20和SSI模塊21相連，實(shí)現(xiàn) CAN總線輸出及同步串行接口的功能。從而實(shí)現(xiàn)一體化小型化網(wǎng)絡(luò)化的設(shè)計(jì)，滿足現(xiàn)代化工 業(yè)控制和通訊的需要。
權(quán)利要求1、一種電機(jī)軸實(shí)心軸旋變編碼器，其特征在于包括輸入軸、旋轉(zhuǎn)變壓器、轉(zhuǎn)子、定子、機(jī)座、機(jī)殼、連接線、智能R/D轉(zhuǎn)換板和長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)輸出電纜；所述電機(jī)軸實(shí)心軸旋變編碼器以旋轉(zhuǎn)變壓器為軸角發(fā)送器發(fā)出正余弦信號(hào)，智能R/D轉(zhuǎn)換板通過(guò)輸出連接線與旋轉(zhuǎn)變壓器連接，將正余弦信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再通過(guò)長(zhǎng)線傳輸驅(qū)動(dòng)電纜將轉(zhuǎn)換后的角位數(shù)字信號(hào)輸出；所述的旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子安裝在編碼器的輸入軸上，定子和R/D智能轉(zhuǎn)換板安裝在編碼器機(jī)座上，用機(jī)殼密封后組裝為實(shí)心軸旋變編碼器。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電機(jī)軸實(shí)心軸旋變編碼器，其特征在于所述智能R/D轉(zhuǎn)換板上 設(shè)有R/D解碼芯片、D/A轉(zhuǎn)換芯片、電源管理電路、長(zhǎng)線傳輸驅(qū)動(dòng)芯片、電氣隔離芯片、 反接保護(hù)電路、DSP芯片、工業(yè)以太網(wǎng)模塊、ProfiBus-DP禾莫塊、SSI模塊和CAN總線 模塊，R/D解碼芯片為旋轉(zhuǎn)變壓器提供勵(lì)磁電源，并將來(lái)自旋轉(zhuǎn)變壓器的正余弦信號(hào)轉(zhuǎn) 換為數(shù)字信號(hào)；D/A轉(zhuǎn)換芯片將該數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)跌成4-20mA的模擬量輸出，同時(shí)長(zhǎng)線傳 輸驅(qū)動(dòng)芯片實(shí)現(xiàn)信號(hào)的長(zhǎng)距離傳輸；DSP芯片通過(guò)長(zhǎng)線傳輸驅(qū)動(dòng)芯片的串口輸出接收數(shù) 字信號(hào)；DSP芯片通過(guò)其外擴(kuò)總線與工業(yè)以太網(wǎng)模塊和ProfiBus-DP模塊相連接，實(shí)現(xiàn) 現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)以太網(wǎng)的接口輸出；DSP芯片與CAN總線模塊20和SSI模塊相連，實(shí) 現(xiàn)CAN總線輸出及同步串行接口的功能；電源管理電路為各集成芯片提供其所需的電源。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電機(jī)軸實(shí)心軸旋變編碼器，其特征在于還包括反接保護(hù)電路及 抗干擾電路，分別與電源管理電路連接，用于為電源管理電路提供反接保護(hù)和抗千擾的功 能。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電機(jī)軸實(shí)心軸旋變編碼器，其特征在于還包括電氣隔離芯片， 電氣隔離芯片與長(zhǎng)線傳輸驅(qū)動(dòng)芯片連接，防止外界對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)母蓴_。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種電機(jī)軸實(shí)心軸旋變編碼器，所述實(shí)心軸旋變編碼器以旋轉(zhuǎn)變壓器為軸角發(fā)送器，旋轉(zhuǎn)變壓器通過(guò)輸出連接線與智能R/D轉(zhuǎn)換板連接，再通過(guò)長(zhǎng)線傳輸驅(qū)動(dòng)電纜將轉(zhuǎn)換后的角位數(shù)據(jù)輸出。旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子安裝在編碼器的輸入軸上，定子和R/D智能轉(zhuǎn)換板精密穩(wěn)固的安裝在編碼器機(jī)座上，用機(jī)殼密封后組裝為完整的一體化實(shí)心軸旋變編碼器。本實(shí)用新型的電機(jī)軸實(shí)心軸旋變編碼器可以適應(yīng)惡劣的使用環(huán)境、高溫、高濕、大的震動(dòng)和沖擊；解決了依賴外加復(fù)雜的勵(lì)磁電源和多路直流電源問(wèn)題；實(shí)現(xiàn)了一體化小型化網(wǎng)絡(luò)化的設(shè)計(jì)。
文檔編號(hào)G01P3/42GK201378059SQ20092010733
公開(kāi)日2010年1月6日 申請(qǐng)日期2009年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月15日
發(fā)明者黨紅文, 楊溪林, 邱忠義, 鄒鳳欣, 亮 金, 高增雪 申請(qǐng)人:北京金自天正智能控制股份有限公司