本實(shí)用新型涉及角度傳感器，尤其是涉及一種基于圓感應(yīng)同步器的角度編碼器。

背景技術(shù)：

角度編碼器是一種角度傳感器，它是一種整裝式的結(jié)構(gòu)，其工作軸與被測(cè)旋轉(zhuǎn)軸相連，當(dāng)被測(cè)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將帶動(dòng)編碼器的工作軸轉(zhuǎn)動(dòng)，編碼器將輸出與當(dāng)前轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)的角度值，它可以應(yīng)用在機(jī)床、轉(zhuǎn)臺(tái)、天線雷達(dá)、經(jīng)緯儀、分度頭等旋轉(zhuǎn)設(shè)備中對(duì)當(dāng)前旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角進(jìn)行測(cè)量，在國(guó)內(nèi)銷售編碼器的廠家很多，但高精度編碼器廠商主要是德國(guó)海德漢公司，該公司生產(chǎn)的編碼器精度可達(dá)到±2″以上。

德國(guó)海德漢公司的編碼器實(shí)現(xiàn)原理是基于光電技術(shù)，其內(nèi)部的光學(xué)傳感元件是通過(guò)在光學(xué)玻璃上腐蝕出不同碼道而實(shí)現(xiàn)的，光學(xué)傳感元件由光學(xué)玻璃制成，在上面刻有許多同心碼道，每個(gè)碼道上都有按一定規(guī)律排列的透光和不透光部分，光學(xué)傳感元件安裝在編碼器的工作軸上并隨工作軸旋轉(zhuǎn)，安裝在固定位置上的光源發(fā)光投射在光學(xué)傳感元件上，透過(guò)亮區(qū)的光經(jīng)過(guò)狹縫后由光敏元件接受，光敏元件的排列與碼道一一對(duì)應(yīng)，對(duì)于亮區(qū)和暗區(qū)的光敏元件輸出的信號(hào)，前者為“1”，后者為“0”，當(dāng)光學(xué)傳感元件旋轉(zhuǎn)在不同位置時(shí)，光敏元件輸出信號(hào)的組合反映出一定規(guī)律的數(shù)字量，代表了軸的角位移。

這類編碼器由于其內(nèi)部的傳感元件為光學(xué)玻璃，這使得其環(huán)境適應(yīng)性較差，當(dāng)溫濕度變化較大所產(chǎn)生的霧氣將阻隔光的路傳輸，或周圍振動(dòng)強(qiáng)烈時(shí)又易導(dǎo)致玻璃碎裂，這都會(huì)使得產(chǎn)品失效。

圓感應(yīng)同步器是一種電磁感應(yīng)位置檢測(cè)元件，由定子、轉(zhuǎn)子兩個(gè)分部件組成，通過(guò)定子、轉(zhuǎn)子多極平面繞組的互感隨位置變化的電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)高精度角度測(cè)量（優(yōu)于±2″）。且圓感應(yīng)同步器是一種以金屬為基體的傳感元件，從而使得基于它的整個(gè)測(cè)角系統(tǒng)具有極高的可靠性，基于圓感應(yīng)同步器的高精度測(cè)角系統(tǒng)及編碼器的特性主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

（1）、測(cè)角精度高，可達(dá)到±2″（峰峰值4″）；

（2）、對(duì)溫度的影響不敏感，可在-55°--+100°的溫度范圍內(nèi)工作；

（3）、耐強(qiáng)沖擊，振動(dòng)；

（4）、耐真空，可在1×10^-3Pa的真空環(huán)境下正常工作；

（5）、耐油、液體、灰塵、污垢、鹽霧等。

圓感應(yīng)同步器分為定子和轉(zhuǎn)子兩部分，其中定子安裝在固定體上，轉(zhuǎn)子安裝在轉(zhuǎn)軸上，對(duì)轉(zhuǎn)子施加激勵(lì)信號(hào)，定子將感應(yīng)出兩相的正、余弦信號(hào)，工作過(guò)程中轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)子使得轉(zhuǎn)子與定子產(chǎn)生相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，定子感應(yīng)出的兩相正、余弦信號(hào)也會(huì)隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)生有規(guī)律的變化，通過(guò)監(jiān)測(cè)、解算這兩路信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)角度測(cè)量的目的。

傳統(tǒng)圓感應(yīng)同步器定子、轉(zhuǎn)子為分離式的，其中轉(zhuǎn)子安裝在轉(zhuǎn)軸上，定子安裝在固定臺(tái)體上，作為一種高精度測(cè)角元件，對(duì)定子、轉(zhuǎn)子的安裝條件要求非常高，通常定子、轉(zhuǎn)子相對(duì)轉(zhuǎn)軸的同軸度要求在0.005mm以內(nèi)，垂直度要求在0.02mm以內(nèi)，定子、轉(zhuǎn)子的氣隙需控制在0.018±0.002mm的范圍內(nèi)，因而圓感應(yīng)同步器的安裝對(duì)于很多用戶來(lái)說(shuō)是一個(gè)不小的困難，且這種分裝式的圓感應(yīng)同步器需匹配后續(xù)的前置放大電路、濾波及解碼電路，這使得整個(gè)系統(tǒng)分散、集成度不高，應(yīng)用不便利。

綜上所述，圓感應(yīng)同步器安裝困難的問(wèn)題是制約其得到廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵因素，若此問(wèn)題得到解決，圓感應(yīng)同步器的高精度測(cè)角特性將能得到充分發(fā)揮，從而更可靠、廣泛地應(yīng)用在各軍、民領(lǐng)域。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種系統(tǒng)集成度、密封性好、抗電磁干擾能力強(qiáng)的基于圓感應(yīng)同步器的角度編碼器。

本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種基于圓感應(yīng)同步器的角度編碼器，包括由定子本體、定子軸承、定子軸承端蓋、主軸、轉(zhuǎn)子本體、轉(zhuǎn)子軸承、轉(zhuǎn)子軸承端蓋、轉(zhuǎn)子墊圈、轉(zhuǎn)子旋蓋、解碼板、外罩、電纜、定子金屬繞組和轉(zhuǎn)子金屬繞組構(gòu)成的角度編碼器，在定子本體的上表面固定有定子絕緣層，在定子絕緣層上固定有環(huán)狀的定子金屬繞組，在轉(zhuǎn)子本體的下表面固定有與定子絕緣層位置對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子絕緣層,在轉(zhuǎn)子絕緣層上固定有環(huán)狀的轉(zhuǎn)子金屬繞組, 定子金屬繞組與轉(zhuǎn)子金屬繞組相對(duì)放置,定子金屬繞組和轉(zhuǎn)子金屬繞組均與主軸垂直；特征是：在環(huán)形的定子本體的中間內(nèi)壁設(shè)有一個(gè)90度的直角槽，在直角槽內(nèi)嵌有定子軸承，定子軸承端蓋將定子軸承在定子本體內(nèi)壓牢，定子本體、定子軸承、定子軸承端蓋共同構(gòu)成定子組件，定子組件套在主軸的下方，在定子軸承上面的內(nèi)圈放置有轉(zhuǎn)子墊圈；在環(huán)形的轉(zhuǎn)子本體的中間內(nèi)壁設(shè)有一個(gè)90度的直角槽，在直角槽內(nèi)嵌有轉(zhuǎn)子軸承，轉(zhuǎn)子軸承端蓋將轉(zhuǎn)子軸承在轉(zhuǎn)子本體內(nèi)壓牢，轉(zhuǎn)子本體、轉(zhuǎn)子軸承、轉(zhuǎn)子軸承端蓋共同構(gòu)成轉(zhuǎn)子組件；在轉(zhuǎn)子本體外設(shè)有外罩，外罩與定子本體一齊將轉(zhuǎn)子本體、轉(zhuǎn)子旋蓋、轉(zhuǎn)子墊圈、定子金屬繞組和轉(zhuǎn)子金屬繞封裝起來(lái)，在外罩的內(nèi)壁上、轉(zhuǎn)子本體的上方固定有解碼板，解碼板分為六個(gè)單元，分別為：電源轉(zhuǎn)換單元、激勵(lì)信號(hào)單元、信號(hào)調(diào)理單元、軸角轉(zhuǎn)換單元、通信單元和控制處理單元，從外罩的側(cè)壁引出與解碼板連接的電纜。

在轉(zhuǎn)子金屬繞組中設(shè)有若干根轉(zhuǎn)子有效導(dǎo)體，各根轉(zhuǎn)子有效導(dǎo)體通過(guò)轉(zhuǎn)子有效導(dǎo)體內(nèi)端部與轉(zhuǎn)子有效導(dǎo)體外端部連接而成轉(zhuǎn)子金屬繞組，連續(xù)的轉(zhuǎn)子金屬繞組從轉(zhuǎn)子有效導(dǎo)體的兩個(gè)末端引出導(dǎo)線作為轉(zhuǎn)子的激勵(lì)輸入端；

定子金屬繞組由分段的2K個(gè)導(dǎo)體組構(gòu)成，2K個(gè)導(dǎo)體組分別屬于SIN相和COS相，每相各有K個(gè)導(dǎo)體組，SIN相導(dǎo)體組和COS相導(dǎo)體組相隔排列，即與每個(gè)SIN相導(dǎo)體組相鄰的導(dǎo)體組都為COS相導(dǎo)體組，與每個(gè)COS相導(dǎo)體組相鄰的導(dǎo)體組都為SIN相導(dǎo)體組；每個(gè)導(dǎo)體組中設(shè)有M根定子有效導(dǎo)體，每根定子有效導(dǎo)體通過(guò)定子有效導(dǎo)體內(nèi)端部與定子有效導(dǎo)體外端部連接而成，其中K、M均為正整數(shù)；屬于同相的各組導(dǎo)體組從每個(gè)導(dǎo)體組中的兩個(gè)末端引出導(dǎo)線串聯(lián)聯(lián)接，聯(lián)接后SIN相將引出SIN+、SIN-的差分信號(hào)，COS相將引出COS+、COS-的差分信號(hào)。

轉(zhuǎn)子有效導(dǎo)體和定子有效導(dǎo)體均呈輻射狀放置。

本實(shí)用新型通過(guò)對(duì)引出的連接電纜向解碼板供電，解碼板將產(chǎn)生交流激勵(lì)信號(hào)驅(qū)動(dòng)圓感應(yīng)同步器工作，定子金屬繞組感應(yīng)出與當(dāng)前旋轉(zhuǎn)角度成一定對(duì)應(yīng)關(guān)系的交流電信號(hào)，此交流電信號(hào)由解碼板進(jìn)行信號(hào)調(diào)理、解算出當(dāng)前的角度值，隨后通過(guò)連接電纜向外傳輸，整個(gè)圓感應(yīng)同步器的定子本體、轉(zhuǎn)子本體、解碼板均由外罩密封，因此，本實(shí)用新型將徹底解決傳統(tǒng)圓感應(yīng)同步器安裝困難的缺陷，同時(shí)還具有系統(tǒng)集成度、密封性好、抗電磁干擾能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖 1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖 2為轉(zhuǎn)子金屬繞組的示意圖；

圖 3為定子金屬繞組的示意圖；

圖4為解碼板的電路方框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例并對(duì)照附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

一種基于圓感應(yīng)同步器的角度編碼器，包括由定子本體1、定子軸承2、定子軸承端蓋3、主軸4、轉(zhuǎn)子本體5、轉(zhuǎn)子軸承6、轉(zhuǎn)子軸承端蓋7、轉(zhuǎn)子墊圈8、轉(zhuǎn)子旋蓋9、解碼板10、外罩11、電纜12、轉(zhuǎn)子金屬繞組13和定子金屬繞組14構(gòu)成的角度編碼器，在定子本體1的上表面固定有定子絕緣層，在定子絕緣層上固定有環(huán)狀的定子金屬繞組14，在轉(zhuǎn)子本體5的下表面固定有與定子絕緣層位置對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子絕緣層,在轉(zhuǎn)子絕緣層上固定有環(huán)狀的轉(zhuǎn)子金屬繞組13, 定子金屬繞組14與轉(zhuǎn)子金屬繞組13相對(duì)放置,定子金屬繞組14和轉(zhuǎn)子金屬繞組13均與主軸4垂直；在環(huán)形的定子本體1的中間內(nèi)壁設(shè)有一個(gè)90度的直角槽，在直角槽內(nèi)嵌有定子軸承2，定子軸承端蓋3將定子軸承2在定子本體1內(nèi)壓牢，定子本體1、定子軸承2、定子軸承端蓋3共同構(gòu)成定子組件，定子組件套在主軸4的下方，在定子軸承2上面的內(nèi)圈放置有轉(zhuǎn)子墊圈8；在環(huán)形的轉(zhuǎn)子本體5的中間內(nèi)壁設(shè)有一個(gè)90度的直角槽，在直角槽內(nèi)嵌有轉(zhuǎn)子軸承6，轉(zhuǎn)子軸承端蓋7將轉(zhuǎn)子軸承6在轉(zhuǎn)子本體5內(nèi)壓牢，轉(zhuǎn)子本體5、轉(zhuǎn)子軸承6、轉(zhuǎn)子軸承端蓋7共同構(gòu)成轉(zhuǎn)子組件；在轉(zhuǎn)子本體1外設(shè)有外罩11，外罩11與定子本體1一齊將轉(zhuǎn)子本體5、轉(zhuǎn)子旋蓋9、轉(zhuǎn)子墊圈8、定子金屬繞組14和轉(zhuǎn)子金屬繞13封裝起來(lái)，在外罩11的內(nèi)壁上、轉(zhuǎn)子本體5的上方固定有解碼板10，解碼板10分為六個(gè)單元，分別為：電源轉(zhuǎn)換單元、激勵(lì)信號(hào)單元、信號(hào)調(diào)理單元、軸角轉(zhuǎn)換單元、通信單元，從外罩11的側(cè)壁引出與解碼板10連接的電纜12。

在轉(zhuǎn)子金屬繞組13中設(shè)有若干根轉(zhuǎn)子有效導(dǎo)體17，各根轉(zhuǎn)子有效導(dǎo)體17通過(guò)轉(zhuǎn)子有效導(dǎo)體內(nèi)端部15與轉(zhuǎn)子有效導(dǎo)體外端部16連接而成轉(zhuǎn)子金屬繞組13，連續(xù)的轉(zhuǎn)子金屬繞組13從轉(zhuǎn)子有效導(dǎo)體17的兩個(gè)末端18、19引出導(dǎo)線作為轉(zhuǎn)子的激勵(lì)輸入端；

定子金屬繞組14由分段的2K個(gè)導(dǎo)體組構(gòu)成，2K個(gè)導(dǎo)體組分別屬于SIN相和COS相，每相各有K個(gè)導(dǎo)體組，SIN相導(dǎo)體組和COS相導(dǎo)體組相隔排列，即與每個(gè)SIN相導(dǎo)體組相鄰的導(dǎo)體組都為COS相導(dǎo)體組，與每個(gè)COS相導(dǎo)體組相鄰的導(dǎo)體組都為SIN相導(dǎo)體組；每個(gè)導(dǎo)體組中設(shè)有M根定子有效導(dǎo)體22，每根定子有效導(dǎo)體22通過(guò)定子有效導(dǎo)體內(nèi)端部20與定子有效導(dǎo)體外端部21連接而成，其中K、M均為正整數(shù)；屬于同相的各組導(dǎo)體組從每個(gè)導(dǎo)體組中的兩個(gè)末端23、24引出導(dǎo)線串聯(lián)聯(lián)接，聯(lián)接后SIN相將引出SIN+、SIN-的差分信號(hào)，COS相將引出COS+、COS-的差分信號(hào)。

轉(zhuǎn)子有效導(dǎo)體17和定子有效導(dǎo)體22均呈輻射狀放置。

工作原理：

當(dāng)對(duì)解碼板10提供直流電壓＋24V，在解碼板10內(nèi)部將轉(zhuǎn)換出實(shí)際用于解碼板10工作的±15V電源，解碼板10產(chǎn)生交流激勵(lì)信號(hào)驅(qū)動(dòng)圓感應(yīng)同步器工作，圓感應(yīng)同步器反饋出來(lái)的感應(yīng)信號(hào)經(jīng)解碼板10進(jìn)行信號(hào)調(diào)理、解碼得出當(dāng)前角度值，并通過(guò)RS422串口向外發(fā)送。