基于非对称磁极结构的绝对式磁电角位移传感器实现方法技术

本发明专利技术涉及一种基于非对称磁极结构的绝对式磁电角位移传感器实现方法，在定子侧安装了数量不小于2个的磁敏传感器，为保证磁敏传感器组合输出在一周的唯一性，在转子径向或轴向安装了由若干极距不等的n对极磁极形成的单一磁环，磁环中的磁极按照N‑S‑N‑S交替充磁，通过计算磁敏传感器的组合输出信号得出角位移。本发明专利技术能够实时测量并获取电机转轴等旋转的角位移。

【技术实现步骤摘要】
基于非对称磁极结构的绝对式磁电角位移传感器实现方法
本专利技术涉及转子旋转角位移测试
，特别是涉及一种基于非对称磁极结构的绝对式磁电角位移传感器实现方法。
技术介绍
目前，市场上用于电机等旋转角位移测量的传感器技术最成熟的可分为三大类：光电变压器、旋转变压器和磁电编码器。在目前的工业生产中光电编码器应用最为广泛，约占整个编码器市场份额的90％左右，技术成熟，分辨力和测量精度较高、测量范围广。虽然使用广泛，优点较多，但是光电编码器也有其自身的缺点。首先由于光栅的材料特性，决定了光电编码器无法在某些条件苛刻的环境下工作(如航天军工中)，当受到外界很大的冲击时码盘易碎，故光电编码器在使用时对系统加速度和环境震动都提出了要求。其次成本较高，光栅加工工艺复杂，对装配，定位精度要求高，且感光器件的使用寿命有限，为了制造更高分辨率和精度的光电编码器，成本更是大幅增加。旋转变压器也由于采用类似电机的机械结构设计，尤其是磁阻式旋转变压器，结构比较复杂，增加了加工和装配的成本和难度，在提高精度的同时体积较大通过感应电压信号进行角度的解算过程运算量大(类似电机的控制解算)，会拉长运算周期的时间，导致响应速度变低。故在对尺寸要求严格，响应速度和控制精度要求较高的场合，旋转变压器并不适用。磁电编码器的工作原理是基于磁电传感器，磁电传感器主要是基于磁阻效应和磁敏效应来设计的，故磁电编码器分为磁阻式和磁敏元件两种。由磁阻式磁电编码器自身的特点可知，若要提高编码器的分辨率，则必须增加磁鼓的磁极数量，这会增大编码器的体积，增加磁鼓的加工难度，提高成本，较难以实现编码器的小型化和高分辨率。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于非对称磁极结构的绝对式磁电角位移传感器实现方法，能够实时测量并获取电机转轴等旋转的角位移。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于非对称磁极结构的绝对式磁电角位移传感器实现方法，在转子径向或轴向安装了由若干极距不等的n对极磁极形成的单一磁环，磁环中的磁极按照N-S-N-S交替充磁，在定子侧面安装有数量不小于2个的磁敏传感器，通过计算磁敏传感器的输出信号得出角位移。在转子径向或轴向设置有若干不等极距的两对磁极。在转子径向或轴向设置有若干不等极距的两对磁极构成一个磁环。有益效果由于采用了上述的技术方案，本专利技术与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本专利技术改变了多对极式单轨时只能采用的增量式形式的角位移传感器，也突破了多对极式安装双轨道的结构形式，既满足得到转子的绝对位置、无需开机找零、无累计误差等优点，又使用单轨道磁环节省材料、去除了轨道之间的高精度装配和卡盘问题。附图说明图1是两对磁极时磁环充磁平面图；图2是两对磁极极距不同时充磁平面图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。本专利技术的实施方式涉及一种基于非对称磁极结构的绝对式磁电角位移传感器实现方法，在定子侧安装有m(m≥2)个磁敏传感器，为保证m个磁敏传感器组合输出(y1,y2,…,ym)在一周的唯一性，在转子径向或轴向安装了由若干极距不等的n对极磁极形成的单一磁环，磁环中的磁极按照N-S-N-S交替充磁，通过计算磁敏传感器的组合输出信号得出角位移。由于在转子径向或轴向安装了由若干极距不等的n对极磁极，转子转动时，m个磁敏传感器组合输出(y1,y2,…,ym)具有唯一性，这就实现了绝对式的角位移传感器，由此可见，本实施方式只采用单个轨道一个码盘便可实现绝对式的角度采集。而采集到的电角度信号又可以一一对应实际的机械角度。采用多对磁极式进行划分设计便可提高其角位移测量的分辨率。本专利技术设置若干极距不等的n对极磁极便可得出其角度的唯一性。绝对式角位移传感器相对于增量式角位移传感器，无需有寻找参考点和开机找零的过程，在精密的角度测量和传动控制中广泛应用；磁电式角位移传感器相对于光电式角位移传感器，其无需复杂的光栅制造工艺且可靠性高、抗干扰能力强；相对于单对极磁电角位移传感器基于反正切变换细分算法受到高次谐波影响，多对磁极式其分辨率和精度大大提升；单轨道角位移传感器相对于双轨道角位移传感器，无需考虑两轨道之间高精度得机械装配和卡盘问题。如图1所示，使用两对磁极形成磁环实现本实施方式。将圆周划分为4个极距不等的区域，并对磁环中这4个磁极均匀的交替充磁，这样两对极的磁环便可使用。磁敏传感器的使用可采用不同数量，具体可根据不同情况进行设计。例如使用两对磁极用2个磁敏传感器采集，将磁敏传感器安装在相隔一定气隙的定子装置侧面，定子上对应磁环的外侧圆周位置。具体在每个区域中的位置可根据磁敏传感器的数量和不同的磁钢区域大小决定。为确保信号采集的准确性，磁敏传感器距离磁环的水平距离需相同。这样便实现了总体结构的安装。如图2所示，使用两队磁极极距不同时实现本实施方式。选用4个材料、大小相同的贴片式磁钢，将相邻磁钢不同距离安装并均匀的交替充磁，形成两对极极距不等的结构。磁敏传感器的使用可采用不同数量，具体可根据不同情况进行设计。例如使用两对磁极用2个磁敏传感器采集，将磁敏传感器安装在相隔一定气隙的定子装置侧面，定子上对应磁环的外侧圆周位置。具体在每个区域中的位置可根据磁敏传感器的数量和不同的磁钢区域大小决定。为确保信号采集的准确性，磁敏传感器距离磁环的水平距离需相同。这样便实现了总体结构的安装。当电机转动时，转子带动磁环随之转动，位于定子上的磁敏传感器便可通过周围磁场变化采集信号。这时需要对采集的信号进行查表。该表制作出应用于采集出的电角度信号一一对应于实际转动的机械角度。此时便可通过各磁极之间角度的唯一性确定电机转动的绝对位置，计算得出其相应转动的角度。不难发现，本专利技术通过设计相邻磁极不同确定唯一角度的方法，可以在无需双轨道的情况下，实现实时测量其绝对位置和转动的角度。同时，该方法也同样适用于多对磁极的磁环状态下对其绝对位置和角度的测量，结合对分辨率的要求，可设计出多对磁极高分辨率的绝对式磁电角位移传感器。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于非对称磁极结构的绝对式磁电角位移传感器实现方法，其特征在于，在转子径向或轴向安装了由若干极距不等的n对极磁极形成的单一磁环，磁环中的磁极按照N‑S‑N‑S交替充磁，在定子侧面安装有数量不小于2个的磁敏传感器，通过计算磁敏传感器的输出信号得出角位移。

【技术特征摘要】
1.一种基于非对称磁极结构的绝对式磁电角位移传感器实现方法，其特征在于，在转子径向或轴向安装了由若干极距不等的n对极磁极形成的单一磁环，磁环中的磁极按照N-S-N-S交替充磁，在定子侧面安装有数量不小于2个的磁敏传感器，通过计算磁敏传感器的输出信号得出角位移。2.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈家新，陈先如，杨静，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海,31