并列齒輪結構多圈絕對值編碼器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種并列齒輪結構多圈絕對值編碼器，包括齒輪組和電路板，所述齒輪組為一個主動齒輪和若干個從動齒輪一一嚙合，輸入軸為主動齒輪的齒輪軸，齒輪組中每個齒輪的齒輪軸的端部都設有磁鋼，所述電路板位于齒輪組的正上方且在電路板上設置有與所述磁鋼匹配配裝的磁旋轉角度傳感器，磁旋轉角度傳感器用來測量各個齒輪相對于初始位置的夾角。本實用新型并列齒輪結構多圈絕對值編碼器構造簡單，利于高速旋轉，兼備精密測量和大圈數測量，在斷電的情況下可連續測量且不丟失數據，與現有的帶有變比齒輪結構的多圈絕對值編碼器相比，齒輪負載更輕、更易于擴大編碼范圍、在相同的編碼范圍情況下齒輪數目更少。
【專利說明】
并列齒輪結構多圈絕對值編碼器
技術領域
[0001] 本實用新型涉及編碼器，具體是一種并列齒輪結構多圈絕對值編碼器。
【背景技術】
[0002] 多圈絕對值編碼器是利用機械位置記錄設備轉動圈數的裝置，設備轉動過程中會 改變多圈絕對值編碼器內齒輪組的位置，由于這些位置在其量程內不會發生重復，所以可 以通過傳感器讀取齒輪組位置，從而得到設備轉動的圈數。
[0003] 在現有的多圈絕對值編碼器中，無論是光電式還是磁感應式，其齒輪組幾乎都采 用變比齒輪結構，齒輪之間是多級關系傳動，這種齒輪結構的多圈絕對值編碼器結構復雜、 齒輪數目多、齒輪負載較重，在實際應用中存在不易于設計和生產、不利于高速旋轉、不耐 用的問題。
[0004] 因此，開發一種結構簡單、耐用、兼備精密測量和大圈數測量的多圈絕對值編碼器 有著非常積極重要的意義。 【實用新型內容】
[0005] 本實用新型的目的是針對現有多圈絕對值編碼器存在的上述不足，提供一種并列 齒輪結構多圈絕對值編碼器，其采用并列齒輪結構來代替現有變比齒輪結構，使得多圈絕 對值編碼器構造簡單、兼備精密測量和大圈數測量、利于高速旋轉、還更耐用、容易生產，與 現有的帶有變比齒輪結構的多圈絕對值編碼器相比，相同的編碼范圍情況下齒輪數目更 少、齒輪負載更輕、更易于擴大編碼范圍。
[0006] 實現本實用新型目的的技術方案是：
[0007] -種并列齒輪結構多圈絕對值編碼器，包括齒輪組和電路板，所述齒輪組為一個 主動齒輪分別和若干個從動齒輪 嗤合，輸入軸為主動齒輪的齒輪軸，齒輪組中每個齒 輪的齒輪軸的端部都設有磁鋼，所述電路板位于齒輪組的正上方且在電路板上設置有與所 述磁鋼匹配配裝的磁旋轉角度傳感器，磁旋轉角度傳感器用來測量各個齒輪相對于初始位 置的夾角。
[0008] 所述齒輪組在轉動過程中的任一時刻，每個齒輪轉過的齒數相等。
[0009] 所述齒輪組中任意兩個齒輪的齒數滿足兩兩不可約分的關系。
[0010] 本實用新型并列齒輪結構多圈絕對值編碼器的編碼的原理如下：
[0011] 本實用新型并列齒輪結構多圈絕對值編碼器中每個齒輪與初始位置的夾角可以 通過對應磁旋轉角度傳感器測得，可以依此來實現單圈絕對值編碼，因此編碼器所能測的 最小角度為主動齒輪對應磁旋轉角度傳感器所能測的最小角度，最小角度可以通過主動齒 輪對應磁旋轉角度傳感器的分辨率得到，若主動齒輪對應磁旋轉角度傳感器的分辨率為η 位，絕對值編碼器所能測的最小角度為;由于主動齒輪和從動齒輪的齒數不同，每當主 L· 動齒輪轉動一整圈后，從動齒輪會和主動齒輪原來相嚙合的位置會發生錯位，錯位的齒數 為該從動齒輪和主動齒輪的齒數差，齒輪組的位置都不會與之前任何位置重復，故依此來 實現圈數編碼。所以，絕對值編碼器轉動過程中的任一位置都有一組不同的角度數據與之 一一對應。因此，只需要通過電路板測得結束狀態各個齒輪的角度數據，就能通過這種一一 對應的關系計算出結束狀態主動齒輪所轉過的圈數，所以，編碼器在斷電的情況下可連續 測量、且不丟數據。若主動齒輪在同一方向上轉動，直到再次所有的齒輪轉回到初始狀態， 此時主動齒輪所轉的圈數即為編碼器的最大編碼圈數。綜上，本實用新型絕對值編碼器兼 備精密測量和大圈數測量的功能。
[0012] 以下給出由已知的所有齒輪的齒數得到最大編碼圈數的計算方法：
[0013] 當某一齒輪所轉的圈數為整數，即該齒輪所轉的齒數是此齒輪齒數倍數時，該齒 輪回到初始位置。由于齒輪組在轉動過程中的任一時刻，每個齒輪轉過的齒數相等，所以當 主動齒輪所轉的齒數是各個齒輪齒數的最小公倍數的時候，所有齒輪再次回到初始狀態， 所有齒輪齒數的最小公倍數即為主動齒輪轉動最大編碼圈數時所對應的齒數。由此可知， 最大編碼圈數等于各個齒輪齒數的最小公倍數除以主動齒輪的齒數。
[0014] 進一步的，在最大編碼圈數不變時，最節省資源的方案，使得齒輪個數和齒輪的齒 數更少，則齒輪組中任意兩個齒輪的齒數滿足兩兩不可約分的關系，在此條件下，各個齒輪 齒數的最小公倍數等于各個齒輪齒數的乘積，該并列齒輪結構多圈絕對值編碼器的最大編 碼圈數計算方法可簡化為:各個從動齒輪齒數的乘積。
[0015] 由此可知，如果增加一個從動齒輪，此從動齒輪的齒數與齒輪組中其它任一齒輪 的齒數都兩兩不可約分，此絕對值編碼器的最大編碼圈數為原來最大編碼圈數乘以該從動 齒輪的齒數，相比之下，現有的以變比齒輪結構做齒輪組的絕對值編碼器，如果增加一個變 比齒輪，其最大編碼圈數為原來最大編碼圈數乘以該變比齒輪的比值，所以該并列齒輪結 構多圈絕對值編碼器易于擴大編碼范圍、相同的編碼范圍情況下齒輪數目更少。
[0016] 以下給出由測得的數據計算出主動齒輪所轉圈數的計算方法：
[0017] 本實用新型并列齒輪結構多圈絕對值編碼器能夠測得各個齒輪相對于初始位置 的夾角，然而要得出主動齒輪所轉的圈數，就需要對這些數據進行處理。根據本實用新型絕 對值編碼器的特征，可以得到以下三個結論:所述齒輪組在轉動過程中的任一時刻，每個齒 輪轉過的齒數相等;齒輪轉動的總齒數等于該齒輪轉動的整圈數對應的齒數加上當前位置 所對應的位置齒數;主動齒輪所轉圈數小于最大圈數。根據以上的三個結論建立約束條件， 即可計算得到主動齒輪的轉動圈數。
[0018] 本實用新型的有益效果:采用磁旋轉角度傳感器實現單圈絕對值編碼并配合齒輪 組，利用齒輪組在轉動過程中位置不重復，實現圈數編碼。齒輪之間不是以變比齒輪的多級 關系傳動，而是以并級關系傳動，多級傳動的負載是乘積關系，而并級傳動的負載是累加關 系，所以主動齒輪負載更輕。本實用新型并列齒輪結構多圈絕對值編碼器構造簡單，利于高 速旋轉，兼備精密測量和大圈數測量，在斷電的情況下可連續測量且不丟失數據，與現有的 帶有變比齒輪結構的多圈絕對值編碼器相比，齒輪負載更輕、更易于擴大編碼范圍、在相同 的編碼范圍情況下齒輪數目更少。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本實用新型的實施例齒輪組為三個齒輪的并列齒輪結構多圈絕對值編碼器 的水平截面示意圖；
[0020] 圖2為本實用新型的實施例齒輪組為三個齒輪的并列齒輪結構多圈絕對值編碼器 的垂直截面示意圖；
[0021] 圖3為本實用新型的實施例齒輪組為三個齒輪的并列齒輪結構多圈絕對值編碼器 增加一個從動齒輪的水平截面示意圖。
[0022] 圖中，1.主動齒輪11.主動齒輪齒輪軸12.主動齒輪磁鋼13.主動齒輪磁旋轉角 度傳感器
[0023] 2.第一從動齒輪21.第一從動齒輪齒輪軸22.第一從動齒輪磁鋼23.第一從齒 輪磁旋轉角度傳感器
[0024] 3.第二從動齒輪31.第二從動齒輪齒輪軸32.第二從動齒輪磁鋼33.第二從齒 輪磁旋轉角度傳感器
[0025] 4.電路板。
【具體實施方式】
[0026] 下面結合附圖和實施例對本【實用新型內容】作進一步的說明，但不是對本實用新型 的限定。
[0027]實施例
[0028]參照圖1、2,一種三齒輪結構的多圈絕對值編碼器，包括齒輪組和電路板4,所述齒 輪組為主動齒輪1分別和第一從動齒輪2、第二從動齒輪3相嚙合，輸入軸為主動齒輪1的齒 輪軸11，所述主動齒輪1的齒輪軸11的端部和第一從動齒輪2的齒輪軸21、第二從動齒輪3的 齒輪軸31的端部分別設有磁鋼12、22、32，所述電路板4位于齒輪組的正上方且在電路板4上 設置有與所述磁鋼12、22、32匹配配裝的磁旋轉角度傳感器13、23、33，因為各個齒輪軸的端 部設有磁鋼，每當齒輪轉動時，磁鋼的磁極方向也在水平面上發生變化，所以通過磁旋轉角 度傳感器13、23、33可以測得每個齒輪相對于初始位置的夾角。
[0029] 本實施例中，主動齒輪1的齒數為25，第一從動齒輪2的齒數為26，第二從動齒輪3 的齒數為27，磁旋轉角度傳感器13、23、33的分辨率為12位。
[0030] 所述主動齒輪1、第一從動齒輪2、第二從動齒輪3的齒數分別為25、26、27，滿足兩 兩不可約分的關系，因此，該三齒輪結構多圈絕對值編碼器的最大編碼圈數為:兩個從動齒 輪齒數26與27的乘積，即26 X 27 = 702圈，此三齒輪結構多圈絕對值編碼器所能測的最小角 UO0 度為 ?0.0tr
[0031] 因此，該三齒輪結構多圈絕對值編碼器的編碼范圍為0~702圈，可測最小角度為 0.088度，故該三齒輪結構多圈絕對值編碼器兼備精密測量和大圈數測量的功能。
[0032] 根據【實用新型內容】中的計算方法，下面給出由實測的一組角度數據計算出主動齒 輪當前所轉圈數的方法：
[0033] 例如，實施例中，磁旋轉角度傳感器分別測得主動齒輪1、第一從動齒輪2、第二從 動齒輪3相對于各自初始位置的夾角為θ〇= 155.215°、Q1 = 135.439°、θ2 = 90.439°。
[0034] 此時主動齒輪1、第一從動齒輪2、第二從動齒輪3相對于各自初始位置的齒數為 C0、C1、C2 I ' .β. ' h β " β
[0035] ?：·, r =^, c =--- 360 1 360 - 369
[0036] 由于設備的局限性、磁旋轉角度傳感器精度的局限性，磁旋轉角度傳感器測得的 值總會有些許誤差，對應的Co、C1、C 2也會存在誤差，設主動齒輪1、第一從動齒輪2、第二從動 齒輪3相對于各自初始位置的齒數真實值為<、<、c 2+，由于每個齒輪所轉的齒數相同，故 <與<的差Ag和<與< 的差Δ4必定為整數，因此可以將(^與⑶的差Δ C1Q四舍五入保留整 數得到44=-1，將〇2與(3()的差^(32()四舍五入保留整數得到八4=-4。
[0037]若主動齒輪1、第一從動齒輪2、第二從動齒輪3此時已轉的整圈數分別為π)、η、κ， 由于各個齒輪所轉的齒數相同，故有以下等式成立：
[0038] 25rt + c* -26/*+ = 21 n +a
[0039] 整理得：
[0040] ^,-=26;;+Δ?；^25;·^6;:-? ……：φ. 25η =11 η + Δ?；η, 2 5/; = I1, η
[0041 ]因主動齒輪1已轉圈數不超過編碼范圍702圈，故:r〇〈702……②
[0042]主動齒輪1、第一從動齒輪2、第二從動齒輪3已轉的整圈數為自然數，有:Π )，η，Γ2 EN……③
[0043]由條件①②③，用計算機可算得主動齒輪1已轉的整圈數r〇 = 677。
[0044] 由此可知:主動齒輪1目前轉了677圈155.215度。
[0045] 如果需要改變編碼器的編碼范圍，可以通過改變齒輪的齒數和改變齒輪數量來達 到目的，如圖3所示，可以在前面三個齒輪結構的電磁感應絕對值編碼器上面加上一個齒數 為29的齒輪，四個齒輪結構的多圈絕對值編碼器的水平截面，與實施例計算方法相同，得出 此電磁感應絕對值編碼器在主動齒輪轉動20358圈內都能保證每一圈都是絕對位置，從而 增大此多圈絕對值編碼器的編碼范圍。
[0046] 按照此種齒輪組結構的并列齒輪結構多圈絕對值編碼器，如果所有齒輪都只用50 齒數以下的齒輪，只需要主動齒輪負載5個從動齒輪(如主動齒輪的齒輪數為41，其它五個 從動齒輪的齒輪數分別為49、47、46、45、43)就可以保證在主動齒輪轉動兩億多圈的范圍內 每一位置都是絕對位置。所以這種并列齒輪結構多圈絕對值編碼器精密測量和大圈數測量 兼備、構造簡單，與現有的帶有變比齒輪結構的多圈絕對值編碼器相比，齒輪負載更輕、更 易于擴大編碼范圍、相同的編碼范圍情況下齒輪數目更少。
[0047] 綜上所述，僅為本實用新型的【具體實施方式】，但本實用新型的保護范圍并不局限 于此，任何熟悉本領域技術的技術人員在本實用新型公開技術的范圍內，可以輕易想到的 變化或者替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種并列齒輪結構多圈絕對值編碼器，其特征在于:包括齒輪組和電路板，所述齒輪 組為一個主動齒輪和若干個從動齒輪 嗤合，輸入軸為主動齒輪的齒輪軸，齒輪組中每 個齒輪的齒輪軸的端部都設有磁鋼，所述電路板位于齒輪組的正上方且在電路板上設置有 與所述磁鋼匹配配裝的磁旋轉角度傳感器，磁旋轉角度傳感器用來測量各個齒輪相對于初 始位置的夾角。2. 根據權利要求1所述的并列齒輪結構多圈絕對值編碼器，其特征在于:所述齒輪組在 轉動過程中的任一時刻，每個齒輪轉過的齒數相等。3. 根據權利要求1所述的并列齒輪結構多圈絕對值編碼器，其特征在于:所述齒輪組中 任意兩個齒輪的齒數滿足兩兩不可約分的關系。
【文檔編號】G01D5/249GK205580480SQ201620188972
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年3月11日
【發明人】黃勇, 覃忠來, 黃天沖, 林建軍, 劉勇, 黃紹強
【申請人】桂林數聯汽車科技有限公司