專(zhuān)利名稱(chēng)：電機(jī)軸空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)軸空心軸旋變編碼器，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。光電軸角編碼器， 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。 由于光電軸角編碼器的核心檢測(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)易碎，但是溫度特性好；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(xiàn)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)轉(zhuǎn)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。
就安裝結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，由于電機(jī)軸實(shí)心軸旋變編碼器與設(shè)備連接是分體連接，安裝時(shí)必須有 編碼器安裝支架，軟聯(lián)結(jié)軸套，對(duì)編碼器輸入軸與設(shè)備輸出軸連接有嚴(yán)格的同心度要求，盡 管可以作同心度調(diào)整，但是把任意方向的同心度調(diào)整到絕對(duì)同心是不可能的。而任意方向不 同心的安裝誤差都會(huì)造成編碼器壽命縮短和損壞。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)接口或者PROFIBUS-DP接口等。工業(yè)以太網(wǎng)、Profibus等現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)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(mǎn)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結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單新潁便于安裝、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)軸空心軸旋變編碼器。
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)軸空心軸旋變編碼器，所述的空心軸 旋變編碼器以旋轉(zhuǎn)變壓器為軸角發(fā)送器，通過(guò)旋變變壓器輸出連接線(xiàn)與智能R/D轉(zhuǎn)換板連 接，再通過(guò)長(zhǎng)線(xiàn)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 輸入軸套上，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 完整的一體化空心軸旋變編碼器。其所述空心軸旋變編碼器在安裝時(shí)可免除對(duì)同心度的要求。 安裝時(shí)通過(guò)編碼器輸入軸套直接嵌入在設(shè)備輸出軸上，然后用設(shè)備輸出軸鎖緊環(huán)鎖緊編碼器 輸入軸套，這樣就把編碼器與設(shè)備組成為一體，不需要作同心度調(diào)整，而編碼器力矩支架僅 起編碼器支撐作用。
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、電 氣隔離芯片、長(zhǎng)線(xiàn)傳輸驅(qū)動(dòng)芯片、防反接電路、抗干擾電路、DSP芯片、SSI模塊、工業(yè)以 太網(wǎng)模塊、ProfiBus-DP模塊和CAN總線(xiàn)模塊組成。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(xiàn)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)量的優(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(lài)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. 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、新穎，免除了安裝時(shí)對(duì)同心度的要求；
6. 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使用，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)心軸旋變編碼器安裝簡(jiǎn)4圖2是電機(jī)軸空心軸旋變編碼器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是電機(jī)軸空心軸旋變編碼器的左視圖； 圖4是智能R/D轉(zhuǎn)換板的電路原理圖。 圖中
1.實(shí)心軸旋變編碼器2.編碼器輸入軸 3.軟聯(lián)結(jié)軸套4.編碼器安裝支架 5.設(shè)備輸出軸 6.編碼器輸入軸套7.旋轉(zhuǎn)變壓器 8.旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子
9.旋轉(zhuǎn)變壓器定子 10.編碼器機(jī)座 ll.連接線(xiàn) 12.編碼器機(jī)殼
13.智能R/D轉(zhuǎn)換板 14.設(shè)備輸出軸鎖緊環(huán)15.設(shè)備輸出軸16.編碼器力矩支架 17.長(zhǎng)線(xiàn)傳輸驅(qū)動(dòng)電纜18. R/D解碼芯片 19. D/A轉(zhuǎn)換芯片20.電源管理電路
21.長(zhǎng)線(xiàn)傳輸驅(qū)動(dòng)芯片22.電氣隔離芯片 23.反接保護(hù)電路24.抗干擾電路
25. DSP芯片 26.工業(yè)以太網(wǎng)模塊 27. ProfiBus-DP模塊
28. CAN總線(xiàn)模塊 29. SSI模塊。
具體實(shí)施方式

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。
請(qǐng)參見(jiàn)圖1所示，電機(jī)軸實(shí)心軸旋變編碼器1與設(shè)備連接是分體連接，安裝時(shí)必須有編 碼器安裝支架4來(lái)固定安裝實(shí)心軸旋變編碼器1，軟聯(lián)結(jié)軸套3用于將編碼器輸入軸2與設(shè) 備輸出軸5進(jìn)行連接，該種連接方式對(duì)編碼器輸入軸2與設(shè)備輸出軸5的連接有嚴(yán)格的同心 度要求，盡管可以作同心度調(diào)整，但是把任意方向的同心度調(diào)整到絕對(duì)同心是不可能的。而 任意方向不同心的安裝誤差都會(huì)造成編碼器壽命縮短和損壞。
請(qǐng)參見(jiàn)圖2所示，電機(jī)軸空心軸旋變編碼器包括編碼器輸入軸套6、旋轉(zhuǎn)變壓器7、旋 轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子8、旋轉(zhuǎn)變壓器定子9、編碼器機(jī)座10、連接線(xiàn)11、編碼器機(jī)殼12、智能 R/D轉(zhuǎn)換板13、設(shè)備輸出軸鎖緊環(huán)14、設(shè)備輸出軸15、編碼器力矩支架16和長(zhǎng)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)輸 出電纜17，該電機(jī)軸空心軸旋變編碼器以旋轉(zhuǎn)變壓器7為軸角發(fā)送器，通過(guò)旋轉(zhuǎn)變壓器7 的輸出連接線(xiàn)11與智能R/D轉(zhuǎn)換板13連接，再通過(guò)長(zhǎng)線(xiàn)傳輸驅(qū)動(dòng)電纜17將轉(zhuǎn)換后的角 位數(shù)據(jù)輸出。旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子8安裝在編碼器的輸入軸套6上，旋轉(zhuǎn)變壓器定子9和R/D 智能轉(zhuǎn)換板13精密穩(wěn)固的安裝在編碼器機(jī)座10上，用編碼器機(jī)殼12密封后組裝為完整的 一體化空心軸旋變編碼器。安裝時(shí)通過(guò)編碼器輸入軸套6直接嵌入在設(shè)備輸出軸15上，然 后用設(shè)備輸出軸鎖緊環(huán)14鎖緊編碼器輸入軸套6，這樣就把空心軸旋變編碼器與設(shè)備組成為 一體，而編碼器力矩支架16僅起編碼器支撐作用。所述的安裝方式可免除對(duì)同心度的要求。 智能R/D轉(zhuǎn)換板13給旋轉(zhuǎn)變壓器7提供正弦勵(lì)磁電源，旋轉(zhuǎn)變壓器7在勵(lì)磁電源的作用下， 所述旋轉(zhuǎn)變壓器定子9形成定子磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子8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7的輸出連接線(xiàn)11傳給智能R/D轉(zhuǎn)換板13，由 智能R/D轉(zhuǎn)換板13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(xiàn)接口及工業(yè)以太網(wǎng)輸出，以滿(mǎn)足工業(yè)控制的各種需要。
請(qǐng)參見(jiàn)圖4所示，智能R/D轉(zhuǎn)換板13上設(shè)有R/D (軸角-數(shù)字)解碼芯片18、 D/A 轉(zhuǎn)換芯片19、電源管理電路20、長(zhǎng)線(xiàn)傳輸驅(qū)動(dòng)芯片21、 DSP芯片25、工業(yè)以太網(wǎng)模塊 26、 ProfiBus-DP模塊27、 CAN總線(xiàn)模塊28和SSI模塊29，此外還設(shè)有抗干擾電路24、 電氣隔離芯片22和反接保護(hù)電路23。上述的所有芯片均為專(zhuān)用的集成芯片。R/D解碼芯片 18為旋轉(zhuǎn)變壓器7提供勵(lì)磁電源，所述R/D解碼芯片18將來(lái)自旋轉(zhuǎn)變壓器7的正余弦信 號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；D/A轉(zhuǎn)換芯片19將該數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成4-20mA的模擬量輸出；長(zhǎng)線(xiàn)傳 輸驅(qū)動(dòng)芯片21可實(shí)現(xiàn)信號(hào)的長(zhǎng)距離傳輸問(wèn)題，并用于輸出數(shù)字量為DO-D15并口輸出和串 口輸出；電氣隔離芯片22則是為了防止電源和外界對(duì)電路的干擾；所述長(zhǎng)線(xiàn)傳輸驅(qū)動(dòng)芯片 21輸出為數(shù)字量并口輸出和串口輸出；電源管理電路20為各集成芯片提供其所需的電源； 反接保護(hù)電路23及抗干擾電路24則是為電源管理電路20分提供反接保護(hù)和抗干擾的功能； DSP芯片25通過(guò)長(zhǎng)線(xiàn)傳輸驅(qū)動(dòng)芯片21的串口輸出接收數(shù)字信號(hào)；DSP芯片25通過(guò)其外 擴(kuò)總線(xiàn)與工業(yè)以太網(wǎng)模塊26和ProfiBus-DP模塊27相連接，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)與工業(yè)以太網(wǎng) 的接口輸出；DSP芯片25與CAN總線(xiàn)模塊28和SSI模塊29相連，實(shí)現(xiàn)CAN總線(xiàn)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(mǎn)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)軸空心軸旋變編碼器，包括編碼器輸入軸套、旋轉(zhuǎn)變壓器、旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子、旋轉(zhuǎn)變壓器定子、編碼器機(jī)座、連接線(xiàn)、編碼器機(jī)殼、智能R/D轉(zhuǎn)換板、設(shè)備輸出軸鎖緊環(huán)、設(shè)備輸出軸和長(zhǎng)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)輸出電纜；所述電機(jī)軸空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)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出連接線(xiàn)與智能R/D轉(zhuǎn)換板連接，智能R/D轉(zhuǎn)換板將正余弦信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再通過(guò)長(zhǎng)線(xiàn)傳輸驅(qū)動(dòng)電纜將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)輸出；旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子安裝在編碼器的輸入軸套上，定子和R/D智能轉(zhuǎn)換板安裝在編碼器機(jī)座上，編碼器輸入軸套直接嵌入在設(shè)備輸出軸上，然后用設(shè)備輸出軸鎖緊環(huán)鎖緊編碼器輸入軸套，用編碼器機(jī)殼密封后組裝為完整的一體化空心軸旋變編碼器。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電機(jī)軸空心軸旋變編碼器，其特征在于旋變編碼器通過(guò)一 個(gè)編碼器力矩支架起到支撐的作用。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種電機(jī)軸空心軸旋變編碼器，所述空心軸旋變編碼器以旋轉(zhuǎn)變壓器為軸角發(fā)送器，通過(guò)旋變變壓器輸出連接線(xiàn)與智能R/D轉(zhuǎn)換板連接，再通過(guò)長(zhǎng)線(xiàn)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套上，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空心軸旋變編碼器。其特征為，所述空心軸旋變編碼器在安裝時(shí)可免除對(duì)同心度的要求。安裝時(shí)通過(guò)編碼器輸入軸套直接嵌入在設(shè)備輸出軸上，然后用設(shè)備輸出軸鎖緊環(huán)鎖緊編碼器輸入軸套，這樣就把編碼器與設(shè)備組成為一體，而編碼器力矩支架僅起編碼器支撐作用。
文檔編號(hào)G01D5/12GK201378060SQ20092010733
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