技术摘要：
本发明涉及一种用于直线电机的编码器、直线电机及其位置检测方法，其中编码器其特征在于：包括至少一个磁阻传感器；距离为S×(2×n 1)/4的第一霍尔开关传感器和第二霍尔开关传感器，分别产生两个相位相差90°正交脉冲信号；信号采集处理单元，用于将磁阻传感器采集的两组  全部
背景技术：
目前应用于直线电机的编码器主要有光学直线编码器和磁感应直线编码两种类 型。光学直线编码器需要在电机本体上安装直线光栅，然后通过编码器的读头读取光学信 号并转换为位置信息输出；磁编码器则需要在电机本体上安装直线磁栅，然后通过编码器 的读头读取磁信号并转换为位置信息输出。不管何种类型的编码器均需要在电机本体上额 外安装栅尺(光栅或者磁栅)，存在成本高、而且安装复杂、误差的大小不易控制等缺点。 另外，光栅容易受到油污、尘埃等环境影响，不适合在恶劣工况下应用。磁栅的抗 污能力比较好，但是磁栅容易被外部磁场磁化，特别是对于小型直线电机，磁珊尺安装的位 置需要远离电机内部次级上的磁钢，不然会被磁化导致编码器失效。 还有，一般直线光栅或者磁栅均为增量式刻线，无法提供绝对位置，因此应用于直 线电机时无法提供电机中初级的相位信息，直线电机初次上电在寻找相位的时候会出现初 级较大幅度的位置移动，这在很多应用场合是不允许的，为了克服这个缺点，有些电机额外 安装了一个霍尔相位传感器来感应电机初级的相位，不仅增加了接线的复杂性也增加了成 本。 为了解决直线编码器存在安装复杂、成本高、易受污染、磁场影响的缺陷，公布号 为CN  106849520  A的中国专利公开了一种直线电机磁轨编码器，其包括壳体，在壳体内设 置有PCB板，其中，所述PCB板上设置有用于采集初级在运动过程中产生的磁场信号，并将所 述磁场信号转换为两路相位差为90°的电压信号的霍尔采样电路；用于将两路电压信号进 行预设倍数细分，得到两路正交编码器信号的细分电路；用于将所述两路正交编码器信号 转换为差分信号的差分信号转换电路，通过霍尔采样电路采集磁场信号并转换为电压信 号，经过后续细分和差分信号转换处理后可以得到精确的位置数据。该结构中，霍尔采样电 路采用能将磁场信号分别转换为正弦电压信号和余弦电压信号的第一霍尔传感器和第二 霍尔传感器，第一霍尔传感器和第二霍尔传感器必须采用线性的霍尔传感器，才能在后续 处理过程中得到初级的位置数据；然而，线性霍尔传感器要工作在线性区间内，对磁场强度 范围有比较严格的要求，因此，该编码器的使用环境是有一定限制的，同时为了避免受到影 响，必须配备一个屏蔽外壳，另外编码器安装后，对次级中排列的多个磁钢的磁场一致性要 求也较高，否则其精度将受到极大影响；然而很多情况下，由于电机次级磁钢本身磁场充磁 精度往往会存在一定的物理偏差，同时磁钢安装时也会存在较大一些物理误差，这些情况， 会大大降低该编码器的绝对定位精度。而在一些对精度要求较高的场合(印刷、机床、半导 体行业等)，需要对电机编码器进行全行程精度补偿，上述编码器无法满足要求。并且上述 编码器中，没有将霍尔传感器获得的相位信息输出，使用该编码器的直线电机初次上电在 寻找相位的时候依然会出现初级较大幅度的位置移动，这在很多应用场合是不允许的。因 4 CN 111600446 A 说　明　书 2/6 页 此现有的编码器均有待于进一步改进。
技术实现要素：
本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术现状提供一种对安装环 境及对次级磁钢本身磁场精度要求不高、又能精确获得初级的绝对位置信息的用于直线电 机的编码器。 本发明所要解决的第二个技术问题是针对上述现有技术现状提供一种对安装环 境及对次级磁钢本身磁场精度要求不高、又能精确获得初级的绝对位置信息的直线电机。 本发明所要解决的第三个技术问题是针对上述现有技术现状提供一种对安装环 境及对次级磁钢本身磁场精度要求不高、又能精确获得初级的绝对位置信息的直线电机的 位置检测方法。 本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种用于直线电机的编码 器，用于检测直线电机中初级相对次级的位置，其特征在于：包括 至少一个磁阻传感器，该磁阻传感器能在初级相对次级移动时采集次级磁场强度 变化信号并输出两组相位相差为90°的电压信号； 第一霍尔开关传感器，第一霍尔开关传感器能在初级相对次级移动时产生第一正 交脉冲信号，且在直线电机的次级的一个磁极间距范围内，第一霍尔开关传感器仅输出一 个高电平信号； 第二霍尔开关传感器，第一霍尔开关传感器和第二霍尔开关传感器间隔设置，且 两者之间的距离为S×(2×n 1)/4，其中S为直线电机次级的磁极间距，n＝0或任意自然数； 第二霍尔开关传感器也能在初级相对定义移动时产生第二正交脉冲信号，第二正交脉冲信 号与第一正交脉冲信号之间的相位相差90°；且在直线电机次级的一个磁极间距范围内，第 二霍尔开关传感器也仅输出一个高电平信号； 信号采集处理单元，磁阻传感器的输出端与信号采集处理单元的输入端连接，用 于将磁阻传感器采集的两组电压信号进行处理和计算，得到随着初级位置变化的角度值， 将该角度值标记为θd； 运算单元，第一霍尔开关传感器、第二霍尔开关传感器和信号采集处理单元的输 出端均与运算单元连接，用于根据第一正交脉冲信号与第二正交脉冲信号，以及信号采集 处理单元得到的角度值，计算初级的绝对位置信息。 虽然磁阻传感器也能输出两组相位相差为90°的电压信号，但是由于两组电桥的 间距小于次级的磁极间距的1/4，计算得到的角度偏差较大，为了提高信号质量和精度，作 为改进，所述磁阻传感器设有两个，两个磁阻传感器间隔设置，且两者之间的距离为S×(2 ×n 1)/4，其中S为直线电机次级的磁极间距，n＝0或任意自然数；两个磁阻传感器中两个 电桥输出部分并联连接，电源部分反接。这时得到两组随着磁场的强度而变化的相位相差 为90°的两组电压信号，其信号质量和精度能得到有效提高。 再改进，所述运算单元通过如下公式计算初级的绝对位置信息: L＝θZ×(S/2) 其中L为初级与初级初始位置之间的距离， int为取整 5 CN 111600446 A 说　明　书 3/6 页 符合；m为根据第一正交脉冲信号与第二正交脉冲信号组合后的脉冲计数值。 再改进，第一正交脉冲信号与第二正交脉冲信号组合后的脉冲计数值通过正交脉 冲计数电路或软件实现；在一个次级的磁极间距内，第一正交脉冲信号与第二正交脉冲信 号组合后得到四个组合脉冲信号，这四个组合脉冲信号分别为10、11、01和00；且运算单元 内预先保存有一组固定脉冲信号组合，该固定脉冲信号组合与次级磁钢设置位置相配对， 如果第一正交脉冲信号与第二正交脉冲信号的组合按照固定脉冲信号组合的顺序正向变 化一位，则计数值加1，如果第一正交脉冲信号与第二正交脉冲信号的组合按照固定脉冲信 号组合顺序反向变化一位，则计数值减1。 再改进，所述运算单元还能通过第一正交脉冲信号与第二正交脉冲信号来判断初 级的运动方向，如果第一正交脉冲信号与第二正交脉冲信号的组合按照固定脉冲信号组合 的顺序正向变化，则判断初级的运动方位为正向运动，如果第一正交脉冲信号与第二正交 脉冲信号的组合按照固定脉冲信号组合的顺序反向变化，则判断初级的运动方位为反向运 动。 再改进，本发明提供的编码器还包括能给运算单元、第一霍尔开关传感器以及第 二霍尔开关传感器供电的电池，当给编码器供电的外部供电电源断开后，运算单元检测到 由电池为其供电时，运算单元将磁阻传感器和信号采集处理单元的电源通路关断，使电池 仅为第一霍尔开关传感器以及第二霍尔开关传感器供电。 所述运算单元还能通过第一正交脉冲信号与第二正交脉冲信号以及信号采集处 理单元得到的角度值，来确定当前初级所处的相位，其判断方法为：读取信号采集处理单元 得到的角度值θd；如果45°≥θd≥0°则读取第二正交脉冲信号的电平，如果第二正交脉冲信 号为低电平，则判断初级位于次级的N极磁钢处，如果第二正交脉冲信号为高电平，则判断 初级位于次级的S极磁钢处；如果360°>θd≥315°则读取第二正交脉冲信号的电平，如果第 二正交脉冲信号为低电平，则判断初级位于次级的S极磁钢处，如果第二正交脉冲信号为高 电平，则判断初级位于次级的N极磁钢处；如果315°>θd>45°则读取第一正交脉冲信号的电 平，如果第一正交脉冲信号为高电平，则判断初级位于次级的N极磁钢处，如果第二正交脉 冲信号为低电平，则判断初级位于次级的S极磁钢处。 再改进，本发明提供的编码器还包括与运算单元连接的通信单元，用于将运算单 元计算得到的初级的绝对位置信息发送给外部设备。 本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种直线电机，包括次级 磁轨和相对所述次级磁轨运动的初级，其特征在于，还包括具有上述结构的编码器，所述编 码器固定于初级的一侧。 本发明解决上述第三个技术问题所采用的技术方案为：具有上述结构的直线电机 的位置检测方法，其特征在于，包括如下步骤： 编码器随着初级一起在次级磁轨上方运动，产生变化的动态磁场信号； 由磁阻传感器采集两路相位差为90°的电压信号，再由信号采集处理单元将磁阻 传感器采集的两组电压信号进行处理和计算，得到随着初级位置变化的角度值； 同时由第一霍尔开关传感器和第二霍尔开关传感器采集两个相位相差为90°的第 一正交脉冲信号与第二正交脉冲信号； 再由运算单元用于根据第一正交脉冲信号与第二正交脉冲信号，以及信号采集处 6 CN 111600446 A 说　明　书 4/6 页 理单元得到的角度值，计算初级的绝对位置信息。 与现有技术相比，本发明的优点在于：通过设置磁阻传感器与两个霍尔开关传感 器，得到两个相位相差90°的第一正交脉冲信号与第二正交脉冲信号，以及随着初级位置变 化的角度值，获得初级的绝对位置信息，磁阻传感器和霍尔开关传感器对安装环境及对次 级磁钢本身磁场精度要求不高、因此其推广应用范围较广。 附图说明 图1为本发明实施例中用于直线电机的编码器的内部结构框图。 图2为本发明实施例中直线电机次级磁钢、磁场强度、磁阻传感器信号、以及第一 正交脉冲信号与第二正交脉冲信号的对应关系图。 图3为本发明实施例中第一正交脉冲信号与第二正交脉冲信号的脉冲信号组合示 意图。 图4为本发明实施例中直线电机的结构示意图。