一种多并列无磁钢的多圈编码器装置及其计数方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于编码器制造领域，涉及到一种多并列无磁钢的多圈编码器装置及其计数方法。本发明专利技术将编码器的旋转角度值的数据量，通过串口将数据传递给信号传送板，信号传送板将接收到的信号作用在定子上的绕组线圈上，利用绕组线圈产生旋转的磁场与胶接在转子上的汇流环以及汇流环连接的线圈相互作用提供动力，转子转动，转子上的线圈会产生磁场，定子线圈结构脉冲断电，断电时单对极霍尔就会采集单对极角度值信号，然后通过单片机内置的模数转换通道对单对极角度值信号进行数字转换，以同样的原理通过串口将数据传递给下一个信号传送板，从而更高效的记录编码器转过的圈数。本发明专利技术可以快速、高效、准确的记录编码器转过的角度和圈数。准确的记录编码器转过的角度和圈数。

【技术实现步骤摘要】
一种多并列无磁钢的多圈编码器装置及其计数方法

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[0001]本专利技术属于编码器制造领域，具体涉及一种多并列无磁钢的多圈编码器装置及其计数方法。

技术介绍
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[0002]编码器是一种测量装置，其原理是采用磁阻或者霍尔元件等传感器对磁性材料的角度或者位移进行测量，通过单片机处理后输出脉冲信号或者模拟量信号，从而达到测量的目的，可用于测量电机转角或者位移，是实现电机控制的核心元件。磁电编码器具有抗振动、抗腐蚀、抗污染、抗干扰和宽温度的特性，因此，被广泛应用于机械工程、工业控制、机械制造、船舶、航空、精密光学仪器等高
，在现代工业中起着至关重要的作用。
[0003]编码器按圈数分为单圈编码器，多圈编码器。单圈编码器又分为绝对式编码器和增量式编码器，多圈编码器为绝对式的编码器。常用的磁电编码器一般包括定子、转子、永磁体、霍尔传感器和信号处理板。常用的结构是永磁体胶接在转子上，霍尔传感器固定在信号处理板上。在单对极磁钢的作用下，编码器信号解算板上相位相差90
°
的两个霍尔元件上产生电压信号，通过模数转换就可以转换为标准的数字量，最后进行角度的正切值计算便可以得到当前的角度值。常用的结构仅限于测量电机转子的角度值，对于圈数的测量是有限制的。对于常用的多圈编码器来说，所连接的编码器是有要求和限制的，所应用的范围具有局限性。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术提出一种方案，目的是既可以广泛的适用于所有类型的编码器上，又可以高效快速的记录电机转子转过的圈数和角度值。本专利技术将采用定子线圈结构的方式来驱动胶接在转子上的线圈而非传统的永磁体，从而令转子旋转，利用编码器信号解算板来解算出电机转子转过的圈数和角度值。就是将编码器的旋转角度值的数据量，通过串口将数据传递给信号传送板，信号传送板将接收到的信号作用在定子上的绕组线圈上，利用绕组线圈产生旋转的磁场与胶接在转子上的汇流环以及汇流环连接的线圈相互作用提供动力，转子转动，转子上的线圈会产生磁场，定子线圈结构脉冲断电，断电时单对极霍尔就会采集单对极角度值信号，然后通过单片机内置的模数转换通道对单对极角度值信号进行数字转换，以同样的原理通过串口将数据传递给下一个信号传送板，从而更高效快速的记录编码器转过的角度和圈数。
[0005]本专利技术公布了一种多并列无磁钢的多圈编码器装置及其计数方法。
[0006]步骤一：建立d，q轴电压驱动方程，解算公式为(1)：
[0007][0008]式中，U
d
、U
q
为d轴和q轴定子电压指令；L
d
、L
q
为d轴和q轴等效电感；R
s
为定子电阻；
ω为电角速度；为转子磁链；i
d
、i
q
为d轴和q轴定子反馈电流。
[0009]步骤二：将该多圈编码器装置连接在任意种类的编码器上，当编码器电机转子转动时，通过串口输出信号，将编码器上的信号送到信号传送板a上，信号传送板a将信号传送给定子线圈结构a，定子线圈结构a上有绕组U1、绕组V1、绕组W1，将d，q轴电压方程进行空间矢量坐标变化，投影到三相相位相差120
°
夹角的坐标轴上，得到三相电压指令U
u
、U
v
、U
w
，解算公式为(2)：
[0010][0011]式中，θ为电角度，θ的解算公式为(3)：
[0012]θ＝ω
×
T
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0013]式中，T为计算周期。
[0014]步骤三：电角度设置，这里将定子a驱动部分划分100个刻度，编码器电机转子每旋转一周，转子结构a部分旋转一个刻度，即转子a旋转360/100度，在三相电压的作用下，绕组U1、绕组V1、绕组W1上形成三相电流，从绕组U1、绕组V1、绕组W1上采集三相电流，得到三相反馈电流i
u
、i
v
、i
w
经过空间矢量坐标变化得到d
‑
q轴反馈电流i
d
、i
q
，其解算公式为(4)：
[0015][0016]d轴电流与q轴电流方向正交垂直，d轴电流指令为常数固定值，q轴电流指令为0，在d轴电流作用下，定子线圈结构a上的绕组U1、绕组V1、绕组W1结构就相当于是旋转的磁场。
[0017]步骤四：转子a上的汇流环a1和汇流环a2以及连接在汇流环上的线圈X1和线圈Y1就相当于固定在转子a上的永磁体，当定子线圈结构a产生旋转的磁场时，转子a转动，转子a上的线圈会产生磁场，定子线圈结构a脉冲断电，断电时贴片式单对极霍尔a1、贴片式单对极霍尔a2就会采集单对极角度值信号A+、A
‑
，然后通过单片机a3内置的模数转换通道对单对极角度值信号A+、A
‑
进行数字转换，得到数字信号HA+、HA
‑
，利用反正切公式求解，再经转化得到单对极角度值θ1，反正切公式为(5)：
[0018][0019]转化后的单对极角度值一个周期是100个角度值，定子a驱动部分的转子a旋转一周同样是100个刻度，所以电角度值与单对极角度值的周期相同，即可实现满量程对标。
[0020]步骤五：角度值校正，将安装的位置定义为绝对位置，此时电角度θ与测得的单对极角度值θ1相等，编码器电机转子旋转一周，定子a驱动部分电角度值θ加一，即定子a驱动部分的转子a旋转360/100度，所以单对极角度值θ1加一，因此可以保证电角度值θ等于单对极角度值θ1。
[0021]步骤六：设置输出值零点，由于单对极霍尔a1与单对极霍尔a2两者相位相差90度，定义a1相位在前时，编码器为正转，记录安装后的第一个输出的角度值为θ
11
，记输出值为θ
one
，当θ1‑
θ
11
≥0时，θ
one
＝θ1‑
θ
11
，当θ1‑
θ
11
<0时，θ
one
＝θ1‑
θ
11
+100；定义a2相位在前时，编码器为反转，记录安装后的第一个输出的角度值为θ
12
，记输出值为θ
one
，当θ1‑
θ
12
≤0时，θ
one
＝θ
12
‑
θ1，当θ1‑
θ
12
＞0时，θ
one
＝100
‑
θ1+θ
12
。
[0022]步骤七：当转子a转动时，通过串口输出信号，将编码器信号解算板a上的信号送到信号传送板b，信号传送板b将信号传送给定子线圈结构b，定子线圈结构b上有绕组U2、绕组V2、绕组W2，将d，q轴电压方程本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多并列无磁钢的多圈编码器装置及其计数方法，该编码器装置的结构包括编码器(1)、轴承a(2)、信号传送板a(3)、定子线圈结构a(4)、转子结构a(5)、轴承b(6)、编码器信号解算板a(7)、信号传送板b(8)、轴承c(9)、定子线圈结构b(10)、转子结构b(11)、轴承d(12)、编码器信号解算板b(13)、定子a(14)、定子b(15)；其中编码器信号解算板a(7)上焊锡焊接贴片式的单对极霍尔a1(7
‑
1)、贴片式的单对极霍尔a2(7
‑
2)和单片机a3(7
‑
3)，编码器信号解算板b(13)上焊锡焊接贴片式的单对极霍尔b1(13
‑
1)、贴片式的单对极霍尔b2(13
‑
2)和单片机b3(13
‑
3)，定子线圈结构a(4)上有绕组U1(4
‑
1)、绕组V1(4
‑
2)、绕组W1(4
‑
3)，定子线圈结构b(10)上有绕组U2(10
‑
1)、绕组V2(10
‑
2)、绕组W2(10
‑
3)，转子结构a(5)包括线圈X1(5
‑
1)、汇流环a1(5
‑
2)、转子a(5
‑
3)、汇流环a2(5
‑
4)、线圈Y1(5
‑
5)，其中汇流环a1(5
‑
2)与转子a(5
‑
3)胶接，汇流环a2(5
‑
4)与转子a(5
‑
3)胶接，转子结构b(11)包括线圈X2(11
‑
1)、汇流环b1(11
‑
2)、转子b(11
‑
3)、汇流环b2(11
‑
4)、线圈Y2(11
‑
5)其中汇流环b1(11
‑
2)与转子b(11
‑
3)胶接，汇流环b2(11
‑
4)与转子b(11
‑
3)胶接；其中轴承a(2)与轴承b(6)依靠转子a(5
‑
3)轴肩定位，轴承c(9)与轴承d(12)依靠转子b(11
‑
3)轴肩定位，定子a(14)与信号传送板a(3)与编码器(1)采用螺钉连接，固定在编码器(1)上，编码器(1)可以为任意种类的编码器，定子a(14)与编码器信号解算板a(7)胶接，编码器信号解算板a(7)与信号传送板b(8)胶接，信号传送板b(8)与定子b(15)胶接，定子b(15)与编码器信号解算板b(13)胶接；其特征在于：所述方法的具体实施过程为：步骤一：建立d，q轴电压驱动方程，解算公式为(1)：式中，U
d
、U
q
为d轴和q轴定子电压指令；L
d
、L
q
为d轴和q轴等效电感；R
s
为定子电阻；ω为电角速度；为转子磁链；i
d
、i
q
为d轴和q轴定子反馈电流；步骤二：将该多圈编码器装置连接在任意种类的编码器上，当编码器电机转子转动时，通过串口输出信号，将编码器上的信号送到信号传送板a上，信号传送板a将信号传送给定子线圈结构a，定子线圈结构a上有绕组U1、绕组V1、绕组W1，将d，q轴电压方程进行空间矢量坐标变化，投影到三相相位相差120
°
夹角的坐标轴上，得到三相电压指令U
u
、U
v
、U
w
，解算公式为(2)：式中，θ为电角度，θ的解算公式为(3)：θ＝ω
×
T (3)式中，T为计算周期；步骤三：电角度设置，这里将定子a驱动部分划分100个刻度，编码器电机转子每旋转一周，转子结构a部分旋转一个刻度，即转子a旋转360/100度，在三相电压的作用下，绕组U1、
绕组V1、绕组W1上形成三相电流，从绕组U1、绕组V1、绕组W1上采集三相电流，得到三相反馈电流i
u
、i
v
、i
w
经过空间矢量坐标变化得到d
‑
q轴反馈电流i
d
、i
q
，其解算公式为(4)：d轴电流与q轴电流方向正交垂直，d轴电流指令为常数固定值，q轴电流指令为0，在d轴电流作用下，定子线圈结构a上的绕组U1、绕组V1、绕组W1结构就相当于是旋转的磁场；步骤四：转子a上的汇流环a1和汇流环a2以及连接在汇流环上的线圈X1和线圈Y1就相当于固定在转子a上的永磁体，当定子线圈结构a产生旋转的磁场时，转子a转动，转子a上的线圈会产生磁场，定子线圈结构a脉冲断电，断电时贴片式单对极霍尔a1、贴片式单对极霍尔a2就会采集单对极角度值信号A+、A
‑
，然后通过单片机a3内置的模数转换通道对单对极角度值信号A+、A
‑
进行数字转换，得到数字信号HA+、HA
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，李占斌，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：