电机转角检测装置与检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种电机转角检测装置与检测方法。所述电机转角检测装置包括电流传感器、前置放大模块、自适应带通滤波模块、正弦波脉冲转换模块、电压转换模块。其中，电流传感器、前置放大模块、自适应带通滤波模块、正弦波脉冲转换模块依次相连。本发明专利技术所述的检测方法，包括4个主要步骤。有益的技术效果：本发明专利技术专利算法流程简单，易实现。结构简单，所使用电子单元常见且成本较低。并且是针对成本低廉、使用广泛的有刷直流电机使用的转角检测转置，一旦实现产业化，必将会有很好的实用价值和广泛的市场前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术专利属于分析及测量控制
，尤其涉及一种基于电机结构特点而设计的电机转角估计装置，特别适用于直流有刷电机转角检测，实现低成本、高集成度的电机转角检测，具体为电机转角检测装置与检测方法。
技术介绍
随着电子技术的发展，电机在工业上的应用越来越多，在电机使用过程中关心最多的是电机的转速和电机转角，对电机的转角位置精度和电机转速计算精度要求也逐渐变高。与本专利相关专利主要有：专利号ZL200880117106.2，授权公开号CN101868696A，所公开的转角检测传感器方案，主要是用于直流无刷电机，并且增加了用于转角检测的附加装置，结构与检测程序较为复杂。而专利号ZL201320413074.9，授权公开号CN203427881U，所公开的转角检测装置，主要是用于转向盘轴的转角测量，并且仅仅是在检测结构上创新，而转角的读取全靠现有转角传感器。因此，现阶段对于转角位置检测基本都使用传感器，检测较为准确但是增大了结构尺寸，增加了零件数和使用成本，同时随着控制系统中传感器的增多也会造成信息冗余。所以近年来,电机转角检测一直是国内外的研究热点,国外也早在二十世纪末开始进行该方向的研究，常见的检测方法有反电动势法、定子电感法、续流二极管法等。而这些检测方法都适用于永磁同步电机，而较少涉及到直流有刷电机的转角检测方法。有刷直流电机由于较为低廉的成本，使用范围很广，若能很好估计电机转角转速将会得到很好的实用价值和广阔的市场。为了保持直流有刷电机低廉使用成本的特性以及获得较为精确的转角和转速，本专利技术提供了解决此问题的一套技术方案。<br>
技术实现思路
本专利技术专利是为了提高电机转角检测模块的集成度、缩减模块成本，以提供一种在保证精度的情况下通过应用电机本身属性特征检测直流有刷电机的转角和转速装置，除此之外还填补了直流有刷电机转角估计方法的空白。本专利技术改进的关键技术在于电流信号处理以及软件矫正方法，以保证信号处理效果、提高转角和转速检测精度。本专利技术的具体内容是：电机转角检测装置，包括电流传感器3、前置放大模块4、自适应带通滤波模块5、正弦波脉冲转换模块6、电压转换模块8。其中，电流传感器3、前置放大模块4、自适应带通滤波模块5、正弦波脉冲转换模块6依次相连。电压转换模块8的供电端分别与前置放大模块4的取点端、自适应带通滤波模块5的取点端相连接。所述电流传感器3用于检测电机转动过程中通过的电流信号。所述前置放大模块4负责将电流传感器3检测到的电流信号进行放大，获得交流电信号。所述自适应带通滤波模块5负责将经过前置放大模块4输出的交流电信号进行自适应带通滤波，获得正弦波形电流信号。所述正弦波脉冲转换模块6负责将自适应带通滤波模块5输出的正弦波形电流信号转化为脉冲波信号。所述电压转换模块8负责向前置放大模块4和自适应带通滤波模块5提供±5V的电压。进一步说，设有一个工控机。电流传感器3的信号输出端、自适应带通滤波模块5的信号输入端、正弦波脉冲转换模块6的信号输出端分别与工控机相连接。通过工控机对自适应带通滤波模块5进行参数设置。通过工控机结合电流传感器3反馈的信号、正弦波脉冲转换模块6反馈的信号计算获得电机的转角数值。进一步说，所述电流传感器3用的是单电阻电流传感器，并通过AD8206进行差分放大，差分放大后的信号即为电流信号。电流传感器是安装在H桥的中间，用于检测电机转动过程中通过的电流。进一步说，所述前置放大模块(4)为两级放大，其中，第一级放大的放大倍数为201倍。第二级放大的放大倍数为3倍.进一步说，所述前置放大模块(4)包括电容C1、C2、C3、C4，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8以及芯片TLC2272。其中，由电容C1、C3、C4，电阻R1、R3、R4、R5以及芯片TLC2272实现第一级放大的功能，由电容C2、C4，电阻R2、R6、R7、R8和芯片TLC2272内部的放大器实现第二级放大的功能。进一步说，芯片TLC2272的引脚1与电阻R1的一端、电阻R3的一端、电容C2的一端相连接。芯片TLC2272的引脚2与电阻R1的另一端、电阻R4的一端相连接。芯片TLC2272的引脚3与电容C1的一端、电阻R5的一端相连接。电阻R4的另一端与电容C3的一端相连接。电阻R3的另一端、电容C3的另一端、电阻R5的另一端共同接地。芯片TLC2272的引脚5与电阻R6的一端、电容C2的另一端相连接。芯片TLC2272的引脚6与电阻R2的一端、电阻R7的一端相连接。芯片TLC2272的引脚7与电阻R2的另一端、电阻R8的一端相连接。电阻R7的另一端与电容C4的一端相连接。电容C4的另一端、电阻R6的另一端、电阻R8的另一端共同接地。电容C1的另一端接电流传感器3的信号输出端、正弦波脉冲转换模块6。芯片TLC2272的引脚4与电压转换模块8的负压输出端相连。芯片TLC2272的引脚8与电压转换模块8的正向输出端相连。芯片TLC2272的引脚7与自适应带通滤波模块5相连接。进一步说，所述自适应带通滤波模块5是用于将放大后的交流信号进行自适应带通滤波，过滤出理想的正弦波形。自适应带通滤波模块5包含1块开关电容滤波芯片。进一步说，自适应带通滤波模块5中的开关电容滤波芯片为滤波芯片LTC1068-200。自适应带通滤波模块5内含有电阻R9、R10、R11、R12、R15、R16、R17、R19、R20、R21、R22、R23，电容C7、C8。滤波芯片LTC1068-200的引脚1与电阻R9的一端、电阻R16的一端、电阻R11的一端连接在一起。滤波芯片LTC1068-200的引脚1与电阻R12的另一端连接在一起。滤波芯片LTC1068-200的引脚1与电阻R16的另一端电阻R10的一端连接在一起。滤波芯片LTC1068-200的引脚4与滤波芯片LTC1068-200的引脚5相连。滤波芯片LTC1068-200的引脚6与滤波芯片LTC1068-200的引脚8、电容C7的一端相连接。滤波芯片LTC1068-200的引脚7与电阻R19的一端共同接地。滤波芯片LTC1068-200的引脚9与电容C7的另一端共同接地。滤波芯片LTC1068-200的引脚10与滤波芯片LTC1068-200的引脚11、电阻R21的一端相连接。滤波芯片LTC1068-200的引脚12与电阻R22的一端相连接。滤波芯片LTC1068-200的引脚13与电阻R23的一端相连接。滤波芯片LTC1068-200的引脚14与电阻R21的另一端、电阻R22的另一端、电阻R23的另一端、电阻R9的另一端连接在一起。滤波芯片LTC1068-200的引脚15与滤波芯片LTC1068-200的引脚16相连接。滤波芯片LTC1068-200的引脚19、引脚20、引脚22、电容C8的一端共同接地。滤波芯片LTC1068-200的引脚23与电容C8的另一端、电阻R19的一端相连接。滤波芯片LTC1068-200的引脚24与电阻R19的另一端、电阻R20的一端相连接。滤波芯片LTC106本文档来自技高网...

【技术保护点】
电机转角检测装置，其特征在于：包括电流传感器（3）、前置放大模块（4）、自适应带通滤波模块（5）、正弦波脉冲转换模块（6）、电压转换模块（8）；其中，电流传感器（3）、前置放大模块（4）、自适应带通滤波模块（5）、正弦波脉冲转换模块（6）依次相连；电压转换模块（8）的供电端分别与前置放大模块（4）的取点端、自适应带通滤波模块（5）的取点端相连接；所述电流传感器（3）用于检测电机转动过程中通过的电流信号；所述前置放大模块（4）负责将电流传感器（3）检测到的电流信号进行放大，获得交流电信号；所述自适应带通滤波模块（5）负责将经过前置放大模块（4）输出的交流电信号进行自适应带通滤波，获得正弦波形电流信号；所述正弦波脉冲转换模块（6）负责将自适应带通滤波模块（5）输出的正弦波形电流信号转化为脉冲波信号；所述电压转换模块（8）负责向前置放大模块（4）和自适应带通滤波模块（5）提供±5V的电压。

【技术特征摘要】
1.电机转角检测装置，其特征在于：包括电流传感器（3）、前置放大模块（4）、自适应带通滤波模块（5）、正弦波脉冲转换模块（6）、电压转换模块（8）；其中，
电流传感器（3）、前置放大模块（4）、自适应带通滤波模块（5）、正弦波脉冲转换模块（6）依次相连；
电压转换模块（8）的供电端分别与前置放大模块（4）的取点端、自适应带通滤波模块（5）的取点端相连接；
所述电流传感器（3）用于检测电机转动过程中通过的电流信号；
所述前置放大模块（4）负责将电流传感器（3）检测到的电流信号进行放大，获得交流电信号；
所述自适应带通滤波模块（5）负责将经过前置放大模块（4）输出的交流电信号进行自适应带通滤波，获得正弦波形电流信号；
所述正弦波脉冲转换模块（6）负责将自适应带通滤波模块（5）输出的正弦波形电流信号转化为脉冲波信号；
所述电压转换模块（8）负责向前置放大模块（4）和自适应带通滤波模块（5）提供±5V的电压。
2.如权利要求1所述的电机转角检测装置，其特征在于：设有一个工控机；电流传感器（3）的信号输出端、自适应带通滤波模块（5）的信号输入端、正弦波脉冲转换模块（6）的信号输出端分别与工控机相连接；
通过工控机对自适应带通滤波模块（5）进行参数设置；
通过工控机结合电流传感器（3）反馈的信号、正弦波脉冲转换模块（6）反馈的信号计算获得电机的转角数值。
3.如权利要求1所述的电机转角检测装置，其特征在于：所述电流传感器（3）用的是单电阻电流传感器，并通过AD8206进行差分放大，差分放大后的信号即为电流信号。
4.如权利要求1所述的电机转角检测装置，其特征在于：所述前置放大模块(4)为两级放大，其中，第一级放大的放大倍数为201倍；第二级放大的放大倍数为3倍。
5.如权利要求4所述的电机转角检测装置，其特征在于：所述前置放大模块(4)包括电容C1、C2、C3、C4，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8以及芯片TLC2272；
其中，由电容C1、C3、C4，电阻R1、R3、R4、R5以及芯片TLC2272实现第一级放大的功能，由电容C2、C4，电阻R2、R6、R7、R8和芯片TLC2272内部的放大器实现第二级放大的功能。
6.如权利要求5所述的电机转角检测装置，其特征在于：芯片TLC2272的引脚1与电阻R1的一端、电阻R3的一端、电容C2的一端相连接；芯片TLC2272的引脚2与电阻R1的另一端、电阻R4的一端相连接；芯片TLC2272的引脚3与电容C1的一端、电阻R5的一端相连接；电阻R4的另一端与电容C3的一端相连接；电阻R3的另一端、电容C3的另一端、电阻R5的另一端共同接地；芯片TLC2272的引脚5与电阻R6的一端、电容C2的另一端相连接；芯片TLC2272的引脚6与电阻R2的一端、电阻R7的一端相连接；芯片TLC2272的引脚7与电阻R2的另一端、电阻R8的一端相连接；电阻R7的另一端与电容C4的一端相连接；电容C4的另一端、电阻R6的另一端、电阻R8的另一端共同接地。
7.如权利要求1所述的电机转角检测装置，其特征在于：所述自适应带通滤波模块（5）是用于将放大后的交流信号进行自适应带通滤波，过滤出理想的正弦波形；自适应带通滤波模块（5）包含1块开关电容滤波芯片。
8.如权利要求7所述的电机转角检测装置，其特征在于：自适应带通滤波模块（5）中的开关电容滤波芯片为滤波芯片LTC1068-200；自适应带通滤波模块（5）内含有电阻R9、R10、R11、R12、R15、R16、R17、R19、R20、R21、R22、R23，电容C7、C8；滤波芯片LTC1068-200的的引脚1与电阻R9的一端、电阻R16的一端、电阻R11的一端连接在一起；滤波芯片LTC...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵林峰，黄鹤，王其东，陈无畏，张荣芸，黄清泉，陈久闪，申雪，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34