磁編碼器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及編碼器領(lǐng)域，尤其涉及一種磁編碼器。
【背景技術(shù)】
[0002]編碼器是將旋轉(zhuǎn)角度、位移和速度等直接或間接變量的測(cè)量值轉(zhuǎn)換為可通訊、傳輸和存儲(chǔ)的信號(hào)形式的設(shè)備，根據(jù)其刻度方法及信號(hào)輸出形式，可分為增量式和絕對(duì)式。
[0003]磁性編碼器因其結(jié)構(gòu)緊湊、高速下穩(wěn)定、響應(yīng)快和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)得到日益廣泛的應(yīng)用。此外，磁編碼器具有較高的耐環(huán)境性，可用于更惡劣的工業(yè)環(huán)境，如油污、粉塵等強(qiáng)工業(yè)污染的環(huán)境；磁信號(hào)能夠在強(qiáng)剩磁的材料上保持較長時(shí)間，所以可延長磁編碼器磁介質(zhì)的生命周期。
[0004]磁性編碼器通常由磁記錄介質(zhì)和與之處在相對(duì)位置的磁傳感器以及外圍信號(hào)處理電路組成，其原理是連接待測(cè)單元的磁介質(zhì)與磁傳感器之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，通過磁傳感器的磁阻變化來檢測(cè)微弱的磁場(chǎng)信號(hào)變化，并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。磁記錄介質(zhì)是一種涂在非磁性基片外圍或平坦表面的永磁體材料，由非磁性的基片和磁性記錄介質(zhì)組成。磁性記錄介質(zhì)可以按照多極方式以指定的磁化間距磁化而成，介質(zhì)上的磁化軌跡可以是一條或多條。
[0005]磁傳感器技術(shù)誕生以來，發(fā)展演變了四代，分別是:第一代，霍爾效應(yīng)傳感器(HallEffect Sensor);第二代，各向異性磁電阻(Anisotropic Magneto Resistive，AMR)傳感器；第三代，巨磁電阻(Giant Magneto Resistance，GMR)傳感器；第四代，隧道磁電阻(Tunnel Magneto Resistance，TMR)傳感器。
[0006]磁編碼器以磁場(chǎng)作為被傳感物體的運(yùn)動(dòng)和位置信息載體時(shí)，磁介質(zhì)因磁傳感器不同而有所差異，具體包括:
[0007]基于霍爾(Hall)元件的磁編碼器采用永久磁鋼來生成工作磁場(chǎng)，如釹鐵硼磁鋼，可在磁極表面得到約200?300mT的磁感應(yīng)強(qiáng)度，磁體旋轉(zhuǎn)時(shí)，集成了霍爾傳感器的專用集成電路(Applicat1n Specific Integrated Circuit，ASIC)實(shí)現(xiàn)角度檢測(cè)和定位功能，并產(chǎn)生電信號(hào)，經(jīng)轉(zhuǎn)換電路的信號(hào)處理后輸出得到編碼。
[0008]基于AMR傳感器的編碼器其磁感應(yīng)介質(zhì)是刻錄成等間距小磁極的磁鼓，磁極被磁化后，旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生周期性分布的空間漏磁場(chǎng)。磁傳感器探頭通過磁電阻效應(yīng)將變化著的磁場(chǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電阻阻值的變化，在外加電勢(shì)的作用下，變化的電阻值轉(zhuǎn)化成電壓的變化，經(jīng)過后續(xù)信號(hào)處理電路轉(zhuǎn)換，模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，實(shí)現(xiàn)磁旋轉(zhuǎn)編碼器的編碼功能。
[0009]采用GMR或TMR傳感器的磁編碼器介質(zhì)多用顆粒涂布方法，將磁粉與非磁性粘合劑等含少量添加劑形成的磁漿，涂布于聚酯薄膜(又稱滌綸)基體上制成。非磁性基體為碟狀，以塑料、陶瓷、硅和玻璃等為主要原材料，磁介質(zhì)表面多覆有A1203保護(hù)層。GMR或TMR傳感器檢測(cè)其與磁介質(zhì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)磁場(chǎng)的變化，根據(jù)磁阻效應(yīng)，轉(zhuǎn)換處理編碼后輸出。
[0010]現(xiàn)有的磁編碼器往往采用磁鼓式磁編碼器結(jié)構(gòu)。磁鼓式磁編碼器結(jié)構(gòu)如圖1所示，其結(jié)構(gòu)是由多極充磁磁鼓101、固定軸102、Hall傳感器/AMR傳感器104和信號(hào)處理電路103構(gòu)成，磁鼓101通過固定軸102與待測(cè)電機(jī)殼體相連，當(dāng)磁鼓101隨電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸同步旋轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng)作用于Hall傳感器/AMR傳感器104，經(jīng)信號(hào)處理電路103
編碼后輸出。
[0011]磁鼓式磁性編碼器制作的關(guān)鍵技術(shù)是制作多極充磁磁鼓，磁鼓的磁極間距不能過密，磁化后的磁極間距為0.5?1毫米。磁鼓磁體分為塑料磁性體和涂覆磁體，塑料磁體是磁性材料用粘合劑混合注塑成型，而涂覆磁體是對(duì)鋁等非磁性材料涂覆某種磁性材料而成。為防止電機(jī)軸旋轉(zhuǎn)振動(dòng)引起的磁記錄介質(zhì)與磁傳感器接觸而損壞磁記錄介質(zhì)和磁傳感器，磁傳感器和磁記錄介質(zhì)間應(yīng)有數(shù)十微米的間隙。而要使磁鼓磁化后的漏磁信號(hào)能透過間隙到達(dá)磁傳感器，磁鼓上的磁性記錄層厚度需達(dá)到幾十微米以上。
[0012]然而，磁性材料層愈厚，退磁愈嚴(yán)重，使記錄密度降低。而且磁層愈厚，愈不容易得到均勻化，容易引起讀出過程峰值位移，降低讀出信號(hào)幅度，引起讀出誤差，因此要提高精度和分辨率就要減小磁性記錄層厚度。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0013]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供了一種磁編碼器，能夠進(jìn)一步提高精度和分辨率。
[0014]本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0015]一種磁編碼器，包括:
[0016]中心軸；
[0017]記錄介質(zhì)，安裝于所述中心軸上且隨所述中心軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，所述記錄介質(zhì)包括在與中心軸垂直的外表面上寫有伺服記錄式樣的磁性涂層，所述伺服記錄式樣包括至少一條與所述中心軸同心設(shè)置的圓形磁軌；所述記錄介質(zhì)為HDD磁盤，所述磁性涂層的厚度小于2微米；
[0018]磁傳感器固定件，安裝于所述中心軸上且不隨所述中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0019]磁傳感器，固定在所述磁傳感器固定件上且與所述磁性涂層的伺服記錄式樣相對(duì)。
[0020]作為上述方案的改進(jìn)，所述磁編碼器還包括安裝于所述中心軸上的外罩，所述磁傳感器固定件與所述外罩的內(nèi)側(cè)固定連接；所述記錄介質(zhì)和所述磁傳感器置于所述磁傳感器固定件與所述外罩構(gòu)成的密封腔內(nèi)。
[0021]作為上述方案的改進(jìn)，所述磁傳感器固定件可沿中心軸的上下方向移動(dòng)，以改變所述記錄介質(zhì)和磁感應(yīng)器之間的距離。
[0022]作為上述方案的改進(jìn)，所述記錄介質(zhì)和磁感應(yīng)器之間的距離為50-100微米。
[0023]作為上述方案的改進(jìn)，所述磁性涂層上的伺服記錄式樣為采用垂直記錄模式記錄的伺服記錄式樣。
[0024]作為上述方案的改進(jìn)，所述磁性涂層為采用真空濺射制備的磁性薄膜或電鍍工業(yè)的磁性鍍層。
[0025]作為上述方案的改進(jìn)，所述記錄介質(zhì)包括依次層疊的非磁性基片、底層和所述磁性涂層。
[0026]作為上述方案的改進(jìn)，所述非磁性基片由鋁層和/或鎂層構(gòu)成。
[0027]作為上述方案的改進(jìn)，每一條所述磁軌的寬度小于2毫米。
[0028]作為上述方案的改進(jìn)，每一條所述磁軌的每對(duì)磁極間距小于400微米。
[0029]作為上述方案的改進(jìn)，所述磁性涂層上的伺服記錄式樣通過MDW機(jī)的HGA寫頭寫入。
[0030]作為上述方案的改進(jìn)，所述磁傳感器為TMR磁傳感器。
[0031]作為上述方案的改進(jìn)，所述磁編碼器還包括設(shè)有信號(hào)處理電路的電路板，所述電路板通過支撐件固定在所述磁傳感器固定件上，所述信號(hào)處理電路通過導(dǎo)體連接件連接所述磁傳感器。
[0032]作為上述方案的改進(jìn)，所述磁編碼器還包括安裝于所述中心軸上的外殼，所述外殼與所述外罩連接，所述電路板置于所述磁傳感器固定件與所述外殼構(gòu)成的密封腔內(nèi)。
[0033]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型公開的磁編碼器通過采用安裝于所述中心軸上且隨所述中心軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)的HDD磁盤作為記錄介質(zhì)，HDD磁盤上設(shè)有與中心軸垂直的外表面上寫有伺服記錄式樣的磁性涂層，且所述磁性涂層的厚度小于2微米。由于HDD磁盤矯頑力大(比一般磁鼓的矯頑力大十倍以上)，使用的磁性涂層的厚度可遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于2微米，以提高記錄密度，易于均勻化，不會(huì)引起讀出過程峰值位移，從而提高精度；而且，磁性涂層厚度小和相應(yīng)較小的磁性顆粒尺寸能得到很窄的磁極過渡區(qū)域，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)過渡區(qū)域也就尖銳，所以磁性伺服式樣的分辨率就高，介質(zhì)噪聲也小。
【附圖說明】
[0034]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中一種磁鼓式磁編碼器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]圖2是本實(shí)用新型一種磁編碼器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036]圖3是圖2中磁性涂層寫成后的記錄介質(zhì)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037]圖4是磁性涂層在記錄介質(zhì)表面上的分布示意圖。
[0038]其中:101-多極充磁磁鼓；102-固定軸；103_信號(hào)處理電路；104_Hall傳感器；11-中心軸；12_外罩；13_記錄介質(zhì)；14_磁傳感器；15_磁傳感器；16_電路板；17_外殼；120-密封腔；170-密封腔；131-磁性涂層；130-伺服記錄式樣；1301-磁性軌跡；1311-每對(duì)磁極間距；1312_軌跡寬度。
【具體實(shí)施方式】
[0039]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0040]參見圖2，本實(shí)用新型一種磁編碼器，包括中心軸11、記錄介質(zhì)13、磁傳感器固定件15和磁傳感器14。
[0041]所述中心軸11為中間空心，外側(cè)設(shè)有螺紋，可與待測(cè)電機(jī)軸同心固定。所述記錄介質(zhì)13安裝于所述中心軸11上且隨所述中心軸11同步轉(zhuǎn)動(dòng)，其中，所述記錄介質(zhì)13包括在與中心軸11垂直的外表面(兩個(gè)外表面均可)上寫有伺服記錄式樣的磁性涂層，所述磁性涂層的厚度小于2微米。所述磁傳感器固定件15安裝于所述中心軸11上且不隨所述中心軸11轉(zhuǎn)動(dòng)。所述磁傳感器14固定在所述磁傳感器固定件15上且與所述磁性涂層的伺服記錄式樣相對(duì)。
[0042]參考圖3，本實(shí)施例的記錄介質(zhì)13包括依次層疊的非磁性基片、底層和磁性涂層131。其中，所述非磁性基片由鋁層和/或鎂層構(gòu)成。所述磁性涂層131為采用真空濺射制備的磁性薄膜或電鍍工業(yè)的磁性鍍層。
[0043]參考圖4，所述記錄介質(zhì)13在磁性涂層131的外表面(可以理解的，上下兩個(gè)外表面均可)上寫有伺服記錄式樣130，所述伺服記錄式樣130包括至少一條與所述中心軸同心設(shè)置的圓形磁性軌跡1301。所述磁性軌跡1301為一條或多條。優(yōu)選的，所述磁性涂層131上的伺服記錄式樣130為采用垂直記錄模式記錄的伺服記錄式樣。
[0044]繼續(xù)參考圖4，所述伺服記錄式樣130的每一條磁性軌跡1301以不同的半徑同心分布在所述磁性涂層131的外表面上，每一條所述磁性軌跡1301的寬度1312小于2毫米。另外，每一條所述磁軌的每對(duì)磁極間距1311小于400微米。
[0045]在本實(shí)