一種耐高溫高精度霍爾編碼器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于電動伺服結構技術領域，具體涉及一種耐高溫高精度霍爾編碼器。
【背景技術】
[0002]目前編碼器已經在國內外廣泛應用于工業控制系統中，隨著航天伺服技術的不斷地發展，傳統的電位計已經不能滿足電動伺服技術的發展的要求了，電動伺服技術的發展和成熟，對編碼器的技術的需求不斷地增大，航天伺服產品必須抗惡劣的工作環境，同時對編碼器的精度要求高，耐高溫時首要的技術指標要求，目前國內外的編碼器大部分是工業級別，環境工作溫度一般在-40?85度之間，不能滿足航天電動伺服作動器要求，為了滿足電動伺服技術發展的要求，本發明從結構設計上，設計一種新穎的霍爾編碼器結構來提高編碼器耐高溫的性能，滿足伺服系統-40?150度的環境工作溫度指標要求，利用霍爾芯片AS5045和耐高溫的旋轉雙極磁鐵，實現精確測量整個360度范圍內的角度，這種絕對角度測量方式可以即時指示磁鐵的角度位置，其分辨率達到0.0879度相當于每一圈4096個位置，能夠以串聯數據輸出和PWM信號模式輸出。
[0003]本發明提出一種耐高溫高精度的霍爾編碼器，從結構設計方面實現了霍爾編碼器耐高溫150度的技術指標的要求，利用AS5045霍爾芯片和雙極性磁鐵實現12位絕對精度輸出。應用于電動伺服機構電機轉角和活塞桿的測量與反饋。
[0004]如圖1所示，在金屬或半導體薄片中通以控制電流I，并在薄片的垂直方向上施加磁感應強度為B的磁場，則在垂直于電流和磁場的方向上會產生電動勢(霍爾電勢)。這種現象稱為霍爾效應。若將通有電流的導體置于磁場B之中，磁場B(沿z軸)垂直于電流IH(沿X軸)的方向，如圖所示，則在導體中垂直于B和IH的方向上出現一個橫向電位差UH0
[0005]如圖2所示，AS5045是一個無接觸磁編碼器芯片，能夠用于360度全角度精確定位，內部集成了霍爾元件、模擬前端和DSP。在芯片上部固定一個可產生正弦磁場的兩極磁鋼，使其圍繞芯片中心旋轉以測量角度。絕對角度測量分辨率可達12位，通過連續的字符串和PffM信號來表示。此外，還可以設置可編程增量輸出，使采用AS5045設計的磁編碼器能夠取代光電編碼器。AS5045的內部模塊圖如圖2所示。集成的霍爾元件分布在芯片內部的中心周圍，在外部磁場的作用下輸出相差90電角度的正余弦電壓信號，電壓信號能夠表示Ic表面的磁場強弱。通過Σ-Δ模/數轉換和數字信號處理運算法則，可得到高精度絕對角位置信息。MagINCn和MagDECn輸出能夠指示磁場與芯片距離的數字信息。
[0006]如圖3所示，磁旋轉編碼器的結構設計典型情況下，磁鐵的直徑應當為6_，厚度應當^ 2.5mm。磁鐵材料建議采用稀土 AlNiCo、SmCo5或NdFeB。應當采用高斯計來核實磁鐵垂直于芯片表面方向的磁場強度。在給定間距下沿半徑為1.1mm(Rl)的同心圓上，磁場Bv應當在±45mT?±75mT范圍之內。(參見圖3)。磁鐵的中心軸線應當對準IC的規定中心處半徑Rd為0.25mm的范圍之內，基準線為引腳I的外部邊沿(參見圖3)。此半徑包括了芯片在SS0P-16封裝內的放置誤差(±0.235mm)。以芯片中心為基準，放置半徑Rd為0.485mm。垂直間距應當選擇為能夠使芯片表面的磁場處于規定的范圍之內(參見圖2)。采用推薦的磁鐵(6_ X 2.5mm)時，磁鐵與封裝表面的典型間距”z”為0.5mm至1.8_。只要所要求的磁場強度能夠保持在規定的范圍內，也可以采用更大的間隙。磁場超出規定范圍以外時，仍然可能得到有用的結果，超出范圍的狀況將由MagINCn (引腳)和MagDECn (引腳)指示出來。

【發明內容】

[0007]本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術不足，提供一種來測量電動伺服系統的配套使用，要求霍爾編碼器能夠在-40?150度環境溫度范圍內工作，霍爾編碼器的輸出實現360度內12位絕對精度輸出的耐高溫高精度的霍爾編碼器。
[0008]本發明所采用的技術方案是:
[0009]—種耐高溫高精度霍爾編碼器，包括殼體、金屬軸、尼龍軸、軸承、雙極性磁鐵、隔熱層、霍爾芯片、及上蓋；其中，金屬軸設于殼體底部中心位置，尼龍軸設于金屬軸上，尼龍軸外側和殼體之間設有軸承，尼龍軸上端設有雙極性磁鐵，殼體上部設有上蓋，殼體和上蓋所組成的內部腔體內設有隔熱層，所述隔熱層扣在尼龍軸和雙極性磁鐵的外側，隔熱層的上端內側設有霍爾芯片。
[0010]所述殼體采用招合金材料制成。
[0011 ] 所述尼龍軸和金屬軸通過螺紋相連接，在螺紋處涂環氧樹脂固化膠固。
[0012]所述尼龍軸是選用絕熱尼龍材料。
[0013]所述隔熱層選用一種絕熱材料制成。
[0014]本發明的有益效果是:
[0015]1.可以實現在-40?150度的工作環境下工作，通過結構設計和選用絕熱材料讓霍爾芯片和雙極磁鐵能安裝在用絕熱材料制成的隔熱層中，提高霍爾編碼器的耐熱性能；
[0016]2.可以實現12位高精度的絕對型SSI信號輸出，選用AS5045霍爾芯片和雙極性磁鐵，實現了高分辨率，無接觸式，旋轉位置編碼器，能夠耐受磁鐵的位置偏離和氣隙磁場變化。
【附圖說明】
[0017]圖1是霍爾原理圖；
[0018]圖2是霍爾芯片內部結構圖；
[0019]圖3是霍爾芯片磁場分布情況；
[0020]圖4 一種耐高溫高精度霍爾編碼器結構圖。
[0021]圖中:1.殼體、2.金屬軸、3.尼龍軸、4.軸承、5.雙極性磁鐵、6.隔熱層、7.hall芯片、8.上蓋。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖和實施例對本發明提供的一種進行介紹:
[0023]—種耐高溫高精度霍爾編碼器，包括殼體1、金屬軸2、尼龍軸3、軸承4、雙極性磁鐵5、隔熱層6、霍爾芯片7、及上蓋8 ;其中，金屬軸2設于殼體I底部中心位置，尼龍軸3設于金屬軸2上，尼龍軸3外側和殼體I之間設有軸承4，尼龍軸3上端設有雙極性磁鐵5，殼體I上部設有上蓋8，殼體I和上蓋8所組成的內部腔體內設有隔熱層6，所述隔熱層6扣在尼龍軸3和雙極性磁鐵5的外側，隔熱層6的上端內側設有霍爾芯片7。
[0024]所述殼體I采用招合金材料制成。
[0025]所述尼龍軸3和金屬軸2通過螺紋相連接，在螺紋處涂環氧樹脂固化膠固。
[0026]所述尼龍軸3是選用絕熱尼龍材料。
[0027]所述隔熱層6選用一種絕熱材料制成。
[0028]如圖4所示，霍爾編碼器的結構由殼體1，金屬軸2，尼龍軸3，軸承4，雙極性磁鐵5，隔熱層6，hall芯片7，上蓋8等組成，殼體I采用鋁合金材料制成，尼龍軸3和金屬軸2通過螺紋相連接，在螺紋處涂環氧樹脂固化膠固，尼龍軸3是選用絕熱尼龍材料，防止金屬軸2進行熱傳導和熱輻射，軸承4與尼龍軸3連接保持軸向平穩轉動，雙極性磁鐵5通過螺紋安裝在尼龍軸3的上端，和金屬軸2 —起旋轉，隔熱層6是選用一種絕熱材料制成，起到隔熱的作用保護霍爾芯片AS5045，hall芯片7通過三個螺釘安裝在絕熱層6上面，上蓋8通過螺紋和殼體I相連接，上蓋8同時緊固隔熱層，尼龍軸3還起到緊固軸承4的作用。
【主權項】
1.一種耐高溫高精度霍爾編碼器，其特征在于:包括殼體(I)、金屬軸(2)、尼龍軸(3)、軸承(4)、雙極性磁鐵(5)、隔熱層(6)、霍爾芯片(7)、及上蓋(8);其中，金屬軸(2)設于殼體(I)底部中心位置，尼龍軸(3)設于金屬軸(2)上，尼龍軸(3)外側和殼體(I)之間設有軸承(4)，尼龍軸(3)上端設有雙極性磁鐵(5)，殼體⑴上部設有上蓋(8)，殼體⑴和上蓋(8)所組成的內部腔體內設有隔熱層(6)，所述隔熱層(6)扣在尼龍軸(3)和雙極性磁鐵(5)的外側，隔熱層(6)的上端內側設有霍爾芯片(7)。2.根據權利要求1所述的一種耐高溫高精度霍爾編碼器，其特征在于:所述殼體(I)采用鋁合金材料制成。3.根據權利要求1所述的一種耐高溫高精度霍爾編碼器，其特征在于:尼龍軸(3)和金屬軸(2)通過螺紋相連接，在螺紋處涂環氧樹脂固化膠固。4.根據權利要求1所述的一種耐高溫高精度霍爾編碼器，其特征在于:尼龍軸3是選用絕熱尼龍材料。5.根據權利要求1所述的一種耐高溫高精度霍爾編碼器，其特征在于:隔熱層(6)選用一種絕熱材料制成。
【專利摘要】本發明屬于電動伺服結構技術領域，具體涉及一種耐高溫高精度霍爾編碼器；提供一種來測量電動伺服系統的配套使用，要求霍爾編碼器能夠在-40～150度環境溫度范圍內工作，霍爾編碼器的輸出實現360度內12位絕對精度輸出的耐高溫高精度的霍爾編碼器；包括殼體、金屬軸、尼龍軸、軸承、雙極性磁鐵、隔熱層、霍爾芯片、及上蓋；其中，金屬軸設于殼體底部中心位置，尼龍軸設于金屬軸上，尼龍軸外側和殼體之間設有軸承，尼龍軸上端設有雙極性磁鐵，殼體上部設有上蓋，殼體和上蓋所組成的內部腔體內設有隔熱層，所述隔熱層扣在尼龍軸和雙極性磁鐵的外側，隔熱層的上端內側設有霍爾芯片。
【IPC分類】G01D3/036
【公開號】CN105628057
【申請號】CN201410601777
【發明人】李文璋, 熊偉, 王臻
【申請人】北京精密機電控制設備研究所, 中國運載火箭技術研究院
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2014年10月31日