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專利名稱：磁性軸角-數(shù)字編碼器磁碼盤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字編碼器磁碼盤，特別涉及一種高精度數(shù)字編碼器的制作方法，屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域。
磁性軸角-數(shù)字編碼器(簡稱磁性編碼器)，主要用于驅(qū)動軸旋轉(zhuǎn)量的測量、火箭的發(fā)射、衛(wèi)星跟蹤等場合。
磁性編碼器主要由磁碼盤和磁敏感元件所構(gòu)成。以往所用的磁敏感元件大都采用霍爾元件和磁阻元件。這些元件對磁碼盤的表面的磁場強(qiáng)度要求不高，但是其本身對環(huán)境溫度的要求較高，一般在-10℃～50℃，而且可靠性也差。以磁飽和原理工作的磁芯元件的環(huán)境溫度可在-65℃～+125℃，顯然比前者適應(yīng)力更強(qiáng)。
由于磁芯元件需要磁碼盤有較強(qiáng)的表面磁場，因而造成磁碼盤充磁困難。以往的磁碼盤，特別是絕對式磁碼盤，要獲得較強(qiáng)的表面磁場，均采用復(fù)雜的充磁夾具在整塊的盤狀永磁體上充磁，來形成所需的磁圖案。磁碼盤表面磁場的強(qiáng)弱，直接影響磁芯座的信號輸出。要做到信號正常輸出，須將磁場控制在適當(dāng)?shù)姆秶瑫r將各碼道磁場對周邊區(qū)域(包括無磁區(qū)和相鄰碼道有磁區(qū))的干擾抑制到最小。要做到這一點(diǎn)就需要較復(fù)雜的充磁設(shè)備和工藝。如果磁碼盤的磁圖案比較復(fù)雜，如絕對二進(jìn)制磁碼盤(見

圖1)，則要進(jìn)行多次充磁，即便如此，由于永磁體的固有磁特性，仍使磁區(qū)和非磁區(qū)分界限模糊，磁芯所輸出的信號幅度變化不大，波形呈梯形波(或半正弦波)、信噪比不夠。因此要滿足磁分辨率較高的要求，就得提高磁芯的輸出電平。這就是說要求磁芯元件有較高的磁性能。而反復(fù)充磁則會使磁位置精度下降，反而降低了分辨率。
在磁性編碼器制作上日本公開了一種磁碼盤的充磁方法(見昭63-250520)，它的特點(diǎn)是對以一定間隔排列的多磁極磁碼盤充磁，用較小磁場強(qiáng)度H對同一磁極反復(fù)充磁以達(dá)到磁碼盤需的磁場。這種方法指出，當(dāng)充磁節(jié)距較小，在一個個充磁時，強(qiáng)磁場H使先前已充磁的磁極(相鄰磁極)去磁，造成剩磁小，這樣便形成有的磁性強(qiáng)，有的磁性弱。為了使磁碼盤表面具有較均勻的磁場，對各磁極只能用較弱的H充磁，并控制每次的充磁強(qiáng)度反復(fù)充磁，最終達(dá)到表面剩磁級要求，在磁性編碼器磁碼盤的制作，日本專利公開了一種磁性編碼器(昭63-223522)，它的磁碼盤根據(jù)需要的磁場強(qiáng)度，磁化橢圓形旋轉(zhuǎn)圓板磁場強(qiáng)度的變化方式，是根據(jù)需的磁場強(qiáng)度，磁化中心位置點(diǎn)以及距旋轉(zhuǎn)中心一定距離處的偏心位置點(diǎn)。
日本專利磁性旋轉(zhuǎn)編碼器(昭58-154614)，它的特點(diǎn)磁碼盤主表面上涂布一層磁性媒體，作為磁記錄體與磁阻元件。磁性媒體用與主表面的方向垂直充磁的磁道為特征。對磁碼盤的圓盤，沿同心圓環(huán)旋轉(zhuǎn)磁性媒體經(jīng)向充磁，對磁鼓沿磁鼓旋轉(zhuǎn)磁性媒體軸向充磁。
從以上日本專利中可以看出，制作磁性編碼器無論是工藝、設(shè)備是比較復(fù)雜，磁碼盤選用的材料面的比較窄，編碼器的結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜。
本發(fā)明的目的是提供一種新的制作編碼器的方法，這種方法的特點(diǎn)是加工設(shè)備簡單(常規(guī)設(shè)備)、工藝過程簡便、選用材料面寬、制作成本低，還可以制作多種用途的磁性編碼器。
本發(fā)明的任務(wù)是這樣完成，其步驟是將磁碼盤基片加工成所需的圖案，再將永磁材料填充在磁碼的鏤空處，當(dāng)粘結(jié)磁固化后，使永磁材料與磁碼盤基片成為一體，然后進(jìn)行充磁一次完成。
以下按照其步驟和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
圖1為7位絕對二進(jìn)制磁碼盤圖案示意圖。
圖2為磁性編碼器充磁設(shè)備工作原理圖。
圖3為圖2中空心螺旋管放大示意圖。
圖4為磁性編碼器所形成的磁場及工作原理。
圖5為磁性編碼器結(jié)構(gòu)示意圖。
參照圖1，這是一種七位絕對二進(jìn)制磁碼盤。根據(jù)不同要求、用途可作成不同位數(shù)、不同圖案的磁碼盤。磁碼盤基片材料是黃銅板、不銹鋼、鋁、工程塑料、環(huán)氧板中選一種。磁碼盤基片上無磁區(qū)圖案的加工，所用加工方式是線切割，精密鑄造和注塑中一種，磁碼盤的鏤空處用永磁材料如粘結(jié)磁、塑料磁;磁粉也可以選用稀土永磁、鐵氧體永磁等材料中一種來作填充料。待粘結(jié)固化后，永磁材料與磁碼盤基片成為一體，然后用一般的充磁設(shè)備如脈沖充磁裝置充磁，或直流電磁鐵充磁、或超導(dǎo)充磁線圈充磁，只需一次再可充磁完成。避免多次充磁帶來的弊端，并保證磁碼盤的磁位置精度。
參照圖2、圖3，這是本方法中一種充磁方式和充磁設(shè)備。充磁用脈沖充磁裝置，其內(nèi)部(1)有容量較大的電容器組，外部串接一空心螺線管線圈(2)。充磁時將磁碼盤(4)置于空心線圈中心的水平位置。接近220伏交流電便可充磁，并能一次完成。
參照圖4，這是磁性編碼器磁性編碼形成的磁場及工作原理。磁芯的一繞組為詢問繞組，另一組繞組，另一組繞組為輸出繞組。當(dāng)具有矩磁特性的磁芯經(jīng)過磁碼盤有磁區(qū)時，信號輸出為“0”，對應(yīng)無磁區(qū)信號輸出為“1”。
參照圖5、這是磁性編碼器結(jié)構(gòu)示意圖。從該圖看磁性編碼器主要包括磁碼盤(4)、轉(zhuǎn)軸(5)、磁芯座(6)、信號處理器(3)，本發(fā)明的方法是專門制作磁碼盤的新方法。
本方法與現(xiàn)有技術(shù)的方法相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)現(xiàn)有技術(shù)的方法磁碼盤充磁設(shè)備及工藝復(fù)雜、要多次反復(fù)充磁;而本方法的充磁設(shè)備及工藝簡單，充磁一次完成。現(xiàn)有技術(shù)的方法制作的磁碼盤其磁芯信號輸出波形為梯形或近似正弦形，磁位置精度難以控制，抗干擾能力差;本發(fā)明的方法制作的磁碼盤其磁芯信號波形近似方波，磁位置精度由機(jī)加工誤差決定，抗干擾能力強(qiáng)。在分辨率、壽命、表磁控制等方面都較優(yōu)越。
在磁碼盤基片選材上可用黃銅板，由稀土粘結(jié)永磁材料構(gòu)成磁區(qū)，選用矩磁特性寬溫磁芯作為傳感器元件。還可以根據(jù)不同的氣候環(huán)境條件選用期他材料，如無磁區(qū)選用鋁、環(huán)氧板或塑性材料等非磁性材料，有磁區(qū)根據(jù)磁芯元件所需的偏磁場(使磁芯信號處于飽和狀態(tài))選用相應(yīng)的鐵氧體粘結(jié)磁、塑料磁。制作工藝可以多樣化，如無磁區(qū)根據(jù)不同的材料，采用機(jī)械加工、精密鑄造、注塑、線切割。有磁區(qū)可用填充、注塑等工藝。
由此可知，用不同的材料，不同的設(shè)備和多種工藝加工，排出多種的實(shí)施例，即可以制作多種以磁飽和原理工作的磁碼盤(絕對式、增量式)，還可派出其他用途的磁碼盤(如位移傳感器、角位移傳感器所用的磁碼盤或磁柵)。
由于本發(fā)明的方法所制作的編碼器具有上述優(yōu)點(diǎn)，使制作高精度、高可靠性的磁性編碼器成為可能，并且以常規(guī)設(shè)備和工藝及普通材料制作，因而降低了成本，為多種場合使用磁性編碼器提供了廣闊的前景。
權(quán)利要求
1.磁性軸角一數(shù)字編碼器磁碼盤的制作方法，其特征在于磁碼盤基片用非磁性材料采用機(jī)加工成所需的圖案，再將永磁材料填充在圖案的鏤空處，當(dāng)粘結(jié)磁固化后，使永磁材料與磁碼盤基片成為一體，最后進(jìn)行充磁，一次充磁完成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁碼盤的制作方法，其特征在于磁碼盤基片上無磁區(qū)圖案的加工用線切割加工工藝。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁碼盤的制作方法，其特征在于磁碼盤基片上無磁區(qū)的圖案加工采用注塑工藝。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁碼盤的作方法，其特征在于磁碼盤基片上無磁區(qū)圖案的加工采用精密鑄造工藝。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁碼盤的制作方法，其特征在于磁碼盤用脈沖充磁方式、直流電磁鐵充磁方式、超導(dǎo)充磁線圈方式充磁中選用一種。
全文摘要
磁性軸角-數(shù)字編碼器是一種精密軸角傳感裝置，其磁碼盤的制作，由于以往的方法受到工藝、設(shè)備和材料的限制，難以滿足高精度的要求。本發(fā)明用非磁性材料與永磁材料粘固制作各種需要碼盤，用簡單的設(shè)備和工藝便可保證磁位精度。方法是將碼盤基本加工成所需圖案，然后將永磁材料填充在碼盤鏤空處，粘結(jié)固化后進(jìn)行一次性充磁，解決了碼盤的制作。本方法不但可以制作以磁飽和原理工作的編碼盤，還可以派生其他用途的磁碼盤。
文檔編號G01D5/12GK1114044SQ9411220
公開日1995年12月27日 申請日期1994年6月16日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月16日
發(fā)明者康建華, 翁金山, 吳韶杰 申請人:機(jī)械工業(yè)部上海電器科學(xué)研究所