一种有限转角电机转子角度检测方法技术

本发明专利技术公开了一种有限转角电机转子角度检测方法，首先在有限转角电机上设置转子角度检测系统，包括第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体、第四永磁体、检测电路板和高精度位置编码器；检测电路板设置校准模块和检测模块；通过校准模块构造电机完整行程每一步电压均值与电压均值编号的对应关系，形成角度查询表，存入ROM表中；检测模块根据电机转动输入的电压值，通过查表得到转动角度。本发明专利技术方法在实际应用中可达到微弧级的测量精度，具有成本低廉、性价比高的特点。价比高的特点。价比高的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种有限转角电机转子角度检测方法


[0001]本专利技术属于电机
，具体涉及一种有限转角电机转子角度检测方法。

技术介绍

[0002]电机是一种被广泛应用于人们日常生产和生活中的执行机构，在很多应用场合，需要实现对电机旋转角度精确控制，比如：吊舱中伺服机构的执行电机、摄影师拍照用的相机动态伺服稳定平台的驱动电机等，对于电机旋转角度的获取方式，目前主要分为：有感方式和无感方式两大类。
[0003]有感方式是在电机后端安装高精度角度位置编码器，获取电机精准位置。优点是精度高，计算简单；其缺点是传感器尺寸较大，增加了电机的轴向体积。
[0004]无感方式是通过检测电机电流信号特征实现的。比较为常用的方法是：磁链－电流法、电流波形检测法和现在较为热门的信号调制法和附加电元件法等。优点是可以解决位置传感器无法安装或安装难度过大；其缺点在电机低速、超高速等情况下很难满足工程上的需求。
[0005]在实际的使用中，经常会遇到电机在轴向空间狭小、径向空间不宽裕、转角有限的应用场合，比如：光驱中的光盘旋转驱动电机，采用的是轴向磁场电机，这很好的满足了光驱厚度对电机轴向小空间的要求。要在类似应用场合，对该电机转角位置在有限范围内精确控制，在获取角度位置时，一种方法是在电机后端安装编码器，这显然编码器会使得电机轴向体积增加，是不能满足光驱厚度要求的；另一种方法是采用无感的方式，虽然可以满足轴向空间要求，但很难保证电机在低速、超高速等情况下位置获取的精度。因此传统的有感和无感角度位置获取方式，都无法满足这种特定需求。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种有限转角电机转子角度检测方法，首先在有限转角电机上设置转子角度检测系统，包括第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体、第四永磁体、检测电路板和高精度位置编码器；检测电路板设置校准模块和检测模块；通过校准模块构造电机完整行程每一步电压均值与电压均值编号的对应关系，形成角度查询表，存入ROM表中；检测模块根据电机转动输入的电压值，通过查表得到转动角度。本专利技术方法在实际应用中可达到微弧级的测量精度，具有成本低廉、性价比高的特点。
[0007]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：
[0008]步骤1：在有限转角电机上设置转子角度检测系统；
[0009]所述转子角度检测系统，包括第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体、第四永磁体、检测电路板和高精度位置编码器；
[0010]所述第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体和第四永磁体为相同的长条状永磁体；四个永磁体分为两组，第一永磁体和第二永磁体属于Z1组，第三永磁体和第四永磁体属于Z2组；所述Z1组和Z2组均固定在有限转角电机转子支架上，四个永磁体到转子轴心的距离
均为R，Z1组和Z2组以转子轴心对称；Z1组和Z2组组内两个永磁体最大面相对，保持平行且边界对齐，间隔L竖立固定，两个个永磁体之间形成强度均匀变化的磁场空间；
[0011]在有限转角电机后盖上开两段对称的圆弧形开孔，使转子支架上的Z1组和Z2组永磁体从开孔处露出，且电机转子在其有限转角内不会触碰到永磁体；
[0012]所述检测电路板上设置第一线性霍尔传感器和第二线性霍尔传感器；将检测电路板固定在有限转角电机后盖上，使第一线性霍尔传感器和第二线性霍尔传感器的中心位置连线过电机转子轴心且两个线性霍尔传感器分别处于Z1组和Z2组永磁体形成的磁场空间中；在转子运动时，两个线性霍尔传感器始终处于原磁场空间中；
[0013]所述检测电路板还设置校准模块和检测模块；所述校准模块包括ROM表、A/D采样单元、控制单元；所述检测模块包括数据查询单元、RAM表和A/D采样单元；校准模块和检测模块共用A/D采样单元；
[0014]步骤2：校准阶段；
[0015]步骤2
‑
1：将高精度位置编码器安装在有限转角电机上；所述高精度位置编码器有效数据位为n位，其最大输出值为2
n
，校准精度为：有限转角电机的有限转角为则对应高精度位置编码器绝对位置取值范围为：
[0016]步骤2
‑
2：控制单元控制有限转角电机置于一侧的临界转角位置，开始以高精度位置编码器的1/2
n
为一步，控制电机步进；
[0017]步骤2
‑
3：当电机转动时，第一线性霍尔传感器和第二线性霍尔传感器所处的磁场发生变化，因而第一线性霍尔传感器和第二线性霍尔传感器的输出电压同步发生变化；A/D采样单元采样电机步进时每一步第一线性霍尔传感器和第二线性霍尔传感器输出的电压值，将两个电压值相加后求电压均值，并从0开始按顺序依次对电压均值进行编号，直到电机旋转到另一侧临界转角位置；
[0018]步骤2
‑
4：记录电机完整行程每一步电压均值与电压均值编号的对应关系，形成角度查询表，存入ROM表中；
[0019]步骤3：检测阶段；
[0020]步骤3
‑
1：将角度查询表从ROM表中复制到RAM表中，提高查询速度；
[0021]步骤3
‑
2：A/D采样单元读取第一线性霍尔传感器和第二线性霍尔传感器输出的电压值，将两个电压值相加后求电压均值
[0022]步骤3
‑
2：在RAM表的角度查询表中查出与电压均值最接近的电压值对应的编号k，则电压均值对应的转子角度为：β＝k/δ。
[0023]进一步，所述永磁体Z1组和永磁体Z2组都采用径向充磁方式，组内充磁方向相反，组间第一永磁体和第三永磁体充磁方向相反，第二永磁体和第四永磁体充磁方向相反。
[0024]进一步，所述Z1组和Z2组组内两个永磁体与转子轴心形成的夹角与电机有限转角相等。
[0025]进一步，所述有限转角的大小不超过20度；所述两段对称的圆弧形开孔，其弧长分别对应的圆心角相等，且圆心角圆心与转子轴心重合。
[0026]进一步地，所述电机转子角度为时，两个圆弧形开孔的的中心点、Z1组和Z2组
组内两个永磁体之间的中心点、转子轴心、第一线性霍尔传感器的中心点和第二线性霍尔传感器的中心点，7个点在电机横截面上的投影在同一条直线上。
[0027]进一步，所述第一线性霍尔传感器和第二线性霍尔传感器的实际测量有效电压输出范围为[a,b]V，A/D采样转换有效为m位，满足
[0028]本专利技术的有益效果如下：
[0029]1)本专利技术检测系统在轴向尺寸上无明显的尺寸增加，达到测量电机转角的目的。
[0030]2)本专利技术方法转子电机一定有限转角的高精度测量，精度取决于高精度位置编码器的精度，实际应用中可达到微弧级的测量精度，具有成本低廉、性价比高的特点。
附图说明
[0031]图1为本专利技术一种有限转角的电机转子角度检测方法结构示意图。
[0032]图2：本专利技术方法系统框图。
[0033]附图标记说明：1第一线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有限转角电机转子角度检测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：在有限转角电机上设置转子角度检测系统；所述转子角度检测系统，包括第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体、第四永磁体、检测电路板和高精度位置编码器；所述第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体和第四永磁体为相同的长条状永磁体；四个永磁体分为两组，第一永磁体和第二永磁体属于Z1组，第三永磁体和第四永磁体属于Z2组；所述Z1组和Z2组均固定在有限转角电机转子支架上，四个永磁体到转子轴心的距离均为R，Z1组和Z2组以转子轴心对称；Z1组和Z2组组内两个永磁体最大面相对，保持平行且边界对齐，间隔L竖立固定，两个个永磁体之间形成强度均匀变化的磁场空间；在有限转角电机后盖上开两段对称的圆弧形开孔，使转子支架上的Z1组和Z2组永磁体从开孔处露出，且电机转子在其有限转角内不会触碰到永磁体；所述检测电路板上设置第一线性霍尔传感器和第二线性霍尔传感器；将检测电路板固定在有限转角电机后盖上，使第一线性霍尔传感器和第二线性霍尔传感器的中心位置连线过电机转子轴心且两个线性霍尔传感器分别处于Z1组和Z2组永磁体形成的磁场空间中；在转子运动时，两个线性霍尔传感器始终处于原磁场空间中；所述检测电路板还设置校准模块和检测模块；所述校准模块包括ROM表、A/D采样单元、控制单元；所述检测模块包括数据查询单元、RAM表和A/D采样单元；校准模块和检测模块共用A/D采样单元；步骤2：校准阶段；步骤2
‑
1：将高精度位置编码器安装在有限转角电机上；所述高精度位置编码器有效数据位为n位，其最大输出值为2
n
，校准精度为：有限转角电机的有限转角为则对应高精度位置编码器绝对位置取值范围为：步骤2
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2：控制单元控制有限转角电机置于一侧的临界转角位置，开始以高精度位置编码器的1/2
n
为一步，控制电机步进；步骤2
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3：当电机转动时，第一线性霍尔传感器和第二线性霍尔传感器所处的磁场发生变化，因而第一线性霍尔传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵天云，孟卫刚，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：