專利名稱：一種用于組合式電動(dòng)機(jī)位置傳感器的光柵片及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動(dòng)機(jī)調(diào)速及位置控制系統(tǒng)，本發(fā)明尤其涉及用于組合式電動(dòng)機(jī)位置傳感器的光柵片及其制造方法。
背景技術(shù)：
工業(yè)伺服控制系統(tǒng)和調(diào)速控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于需要高精度定位控制、變速控制以及寬帶電流控制的各種自動(dòng)化設(shè)備中，如半導(dǎo)體處理/加工設(shè)備、電子加工制造設(shè)備、CNC(電腦數(shù)值控制)機(jī)械加工機(jī)器、自動(dòng)化過(guò)程控制、包裝機(jī)器，等等。圖1是這種控制系統(tǒng)的框圖。該控制系統(tǒng)由數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)器、無(wú)刷永磁同步電動(dòng)機(jī)和高精度位置傳感器組成。位置傳感器是該控制系統(tǒng)的核心部件之一，它需要給出無(wú)刷永磁電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子在任何時(shí)候(電機(jī)靜止或高速旋轉(zhuǎn)時(shí))的絕對(duì)位置。數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)器根據(jù)位置傳感器的反饋信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)刷永磁電動(dòng)機(jī)的位置和速度控制。
為了能夠在任何時(shí)候確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子位置，一種做法是采用絕對(duì)位置傳感器，如旋轉(zhuǎn)變壓器和軸角變換器、數(shù)字絕對(duì)編碼器等。但是由于價(jià)格昂貴的緣故，這些絕對(duì)位置編碼器很少被大量應(yīng)用在工業(yè)伺服控制系統(tǒng)或調(diào)速控制系統(tǒng)中。
最常用的位置傳感器是光電式增量位置傳感器。但是由于光電式增量編碼器只能給出電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的相對(duì)位置，它必須與能夠反映電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子靜止位置的另一個(gè)傳感器配合使用，才能實(shí)現(xiàn)“絕對(duì)位置”反饋。一種傳統(tǒng)的方法是在無(wú)刷永磁電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部相隔一定的電角度安裝數(shù)個(gè)(例如，相隔120度電角度安裝3個(gè))霍爾位置傳感器?；魻栁恢脗鞲衅骶哂袘T性小、頻響高、工作可靠和壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。其基本工作原理是保持霍爾元件的激勵(lì)電流不變，而使其與永磁體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則霍爾元件與永磁體之間的相對(duì)位置與霍爾元件輸出的霍爾電勢(shì)之間有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。由此可根據(jù)霍爾電勢(shì)確定出永磁體的位置。由無(wú)刷永磁電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的數(shù)個(gè)霍爾元件與該電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上的永磁體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的數(shù)個(gè)電信號(hào)可以確定出該電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的靜止位置區(qū)間。
在發(fā)明名稱為“電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置的檢測(cè)裝置”的受理號(hào)為200420020224.0的專利申請(qǐng)中揭示了另一種組合式電動(dòng)機(jī)位置傳感器，它將光電式增量編碼器和反射光耦式靜止位置傳感器合為一體，利用反射光耦元件和金屬光柵片的反射來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的霍爾傳感器。其安裝示意圖如圖2所示。圖中，201是電動(dòng)機(jī)外殼，202是電動(dòng)機(jī)后蓋，203是轉(zhuǎn)子初始位置檢測(cè)電路板，204是反射式光電傳感器(在203上相隔60度共安裝3個(gè)這樣的光電傳感器)，205是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸，206是電動(dòng)機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)電路板，207是光電增量編碼器，208是光柵片，209是光柵片底座。圖3示出金屬光柵片208的形狀。圖中，301是透光部分，302是遮光部分，303是圓環(huán)形的光柵輪，304是光柵凸塊。透光部分301和遮光部分302用于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置檢測(cè)，光柵輪303用于電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中轉(zhuǎn)子位置的檢測(cè)，在光柵片內(nèi)上的凸塊304用于與光柵底座209上的光柵片導(dǎo)向槽(未示出)配合，再使用一些緊固件使光柵片208與光柵底座209的位置固定。這個(gè)方案具有制作簡(jiǎn)單和價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)。但這個(gè)方案只能適用于一些較低精度的位置編碼器，原因是金屬光柵片的光柵線加工很難做到1000線以上(較常見(jiàn)的是180線或360線)，而且隨著光柵線數(shù)的增加，金屬光柵片的價(jià)格將呈指數(shù)增加，失去了實(shí)用意義。另外，金屬光柵片有容易變形、會(huì)吸附灰塵等缺點(diǎn)，使制作難度加大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明揭示了一種用于組合式電動(dòng)機(jī)位置傳感器的光柵片，包括在環(huán)形光柵輪中的大量的徑向光柵線以及位于光柵輪內(nèi)部的反光和不反光相間的環(huán)形段，其特征在于，光柵線是采用光電繪圖技術(shù)直接繪制在光電繪圖儀膠片上形成的。
光電繪圖儀膠片材料可以是聚酯。
光柵輪內(nèi)部的反光和不反光相間的環(huán)形段是將反光膠帶粘貼在光柵片的適當(dāng)位置處形成的。
反光膠帶的材料可以是聚酯。
光柵輪內(nèi)部的反光和不反光相間的環(huán)形段是在光柵片的適當(dāng)位置處涂鍍不同的反光材料形成的。
本發(fā)明還揭示了一種用于組合式電動(dòng)機(jī)位置傳感器的光柵片的制作方法，該方法包括下述步驟首先用現(xiàn)代高精度光電繪圖儀根據(jù)設(shè)計(jì)精度的要求將圓環(huán)形光柵輪繪制在膠片上；其次在光柵輪的內(nèi)部形成反光和不反光相間的環(huán)形段；最后用沖床將光柵片沖制成形。
將反光膠帶粘貼在光柵片的適當(dāng)位置處形成光柵輪內(nèi)部的反光和不反光相間的環(huán)形段。
在光柵片的適當(dāng)位置處涂鍍不同的反光材料形成光柵輪內(nèi)部的反光和不反光相間的環(huán)形段。


圖1是工業(yè)伺服控制系統(tǒng)的框圖；圖2是一種使用金屬光柵片的組合式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置的檢測(cè)裝置的剖面示意圖；圖3是金屬光柵片的示意圖；以及圖4是本發(fā)明的光柵片的制作方法的示意圖。
具體實(shí)施例方式
為了提高組合式電動(dòng)機(jī)位置傳感器的精度，需要設(shè)計(jì)一種新的光柵片，它不僅可以與傳統(tǒng)的光電增量編碼器一起產(chǎn)生各種精度(特別是高精度)的光電增量編碼信號(hào)，而且可以和反射式光耦模塊一起產(chǎn)生電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子靜止位置信號(hào)。從而實(shí)現(xiàn)高精度、低成本、易制作的組合式電動(dòng)機(jī)位置傳感器。
新的光柵片采用高性能的光電繪圖技術(shù)將高精度的光柵線直接繪制在光電繪圖儀膠片(如聚酯膠片)上，圖4是其制作方法的示意圖。首先用現(xiàn)代高精度光電繪圖儀根據(jù)設(shè)計(jì)精度的要求將圓環(huán)形光柵輪繪制在膠片401上，根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸的要求在每張膠片上繪制多個(gè)圓周形的光柵輪402，在光柵輪402上繪有透光與不透光的高精度光柵線403；然后將反光的聚酯膠帶粘貼在光柵輪的中心或者直接在已繪制光柵線的膠片適當(dāng)?shù)奈恢蒙贤垮儾煌姆垂獠牧希纬伤璧姆垂馀c不反光相間的環(huán)形段404；最后用沖床將圓形的光柵輪沖制成形405。
用這種方式制作的光柵片和增量式光電編碼模塊、反射型光耦模塊、以及相應(yīng)的電子電路一起可以組成一個(gè)組合式電動(dòng)機(jī)位置傳感器。這種組合式電動(dòng)機(jī)位置傳感器具有以下主要特點(diǎn)1.可將高精度的光柵線(可達(dá)數(shù)千線)直接繪制在光電繪圖膠片上；
2.在同一膠片上貼上反光膠帶或涂鍍不同的反光材料可形成組合式高精度編碼片；3.膠片的重量極輕不影響電機(jī)轉(zhuǎn)子的慣量；4.膠片上有永久性防靜電性能可防止灰塵吸附，提高可靠性；5.膠片具有防劃傷、防腐蝕保護(hù)層；6.膠片耐高溫性能佳；7.膠片具有很好的彈性，不易變形。
權(quán)利要求
1.一種用于組合式電動(dòng)機(jī)位置傳感器的光柵片，包括在環(huán)形光柵輪中的大量的徑向光柵線以及位于所述光柵輪內(nèi)部的反光和不反光相間的環(huán)形段，其特征在于所述光柵線是采用光電繪圖技術(shù)直接繪制在光電繪圖儀膠片上形成的。
2.如權(quán)利要求1所述的光柵片，其特征在于所述光電繪圖儀膠片的材料可以是聚酯。
3.如權(quán)利要求1所述的光柵片，其特征在于所述光柵輪內(nèi)部的反光和不反光相間的環(huán)形段是將反光膠帶粘貼在所述光柵片的適當(dāng)位置處形成的。
4.如權(quán)利要求1所述的光柵片，其特征在于所述反光膠帶的材料可以是聚酯。
5.如權(quán)利要求1所述的光柵片，其特征在于所述光柵輪內(nèi)部的反光和不反光相間的環(huán)形段是在所述光柵片的適當(dāng)位置處涂鍍不同的反光材料形成的。
6.一種制作用于組合式電動(dòng)機(jī)位置傳感器的光柵片的方法，其特征在于該方法包括下述步驟首先用現(xiàn)代高精度光電繪圖儀根據(jù)設(shè)計(jì)精度的要求將圓環(huán)形光柵輪繪制在光電繪圖儀膠片上；其次在所述光柵輪的內(nèi)部形成反光和不反光相間的環(huán)形段；最后用沖床將所述光柵片沖制成形。
7.如權(quán)利要求6所述的制造光柵片的方法，其特征在于所述光電繪圖儀膠片的材料可以是聚酯。
8.如權(quán)利要求6所述的制造光柵片的方法，其特征在于將反光膠帶粘貼在所述光柵片的適當(dāng)位置處形成所述光柵輪內(nèi)部的反光和不反光相間的環(huán)形段。
9.如權(quán)利要求6所述的制造光柵片的方法，其特征在于所述反光膠帶的材料可以是聚酯。
10.如權(quán)利要求6所述的制造光柵片的方法，其特征在于在所述光柵片的適當(dāng)位置處涂鍍不同的反光材料形成所述光柵輪內(nèi)部的反光和不反光相間的環(huán)形段。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種用于組合式電動(dòng)機(jī)位置傳感器的光柵片及其制作方法。光柵輪中沿圓周徑向排列的大量光柵線是采用光電繪圖技術(shù)直接繪制在光電繪圖儀膠片上形成的。光柵輪內(nèi)部的反光和不反光相間的環(huán)形段是在光柵片的適當(dāng)位置處粘貼反光膠帶或涂鍍不同的反光材料形成的。本發(fā)明的光柵片具有精度高；重量極輕；防靜電；防劃傷、抗腐蝕；耐高溫；以及彈性好，不易變形等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02K29/10GK1667924SQ20051002502
公開日2005年9月14日 申請(qǐng)日期2005年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月11日
發(fā)明者甄力, 趙一凡 申請(qǐng)人:上海鮑麥克斯電子科技有限公司