本发明专利技术公开了一种位置检测装置及其信号处理装置与方法，位置检测装置包括转子和将转子套在内部的定子，其中，所述转子包括第一磁钢环、第二磁钢环，所述第一磁钢环和第二磁钢环分别固定在转子轴上，所述第一磁钢环被均匀地磁化为Ｎ（Ｎ＜＝２ｎ）对磁极，并且相邻两极的极性相反；所述第二磁钢环的磁极总数为Ｎ，其磁序按照特定磁序算法确定；在定子上，对应于第一磁钢环，以第一磁钢环的中心为圆心的同一圆周上设有ｍ个呈一定角度分布的磁感应元件；对应于第二磁钢环，以第二磁钢环的中心为圆心的同一圆周上设有ｎ个呈一定角度分布的磁感应元件通过本发明专利技术所述的装置和方法，可以简化生产工艺，提高测量精度，减少产品成本，提高性价比。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种位置检测装置及其信号处理装置与方法，具体地涉及一种用于电 机的精确位置控制的。
技术介绍
在电机控制领域中应用的位置检测装置主要是编码器，所述编码器一种是将电机 旋转角位置、角速度等物理量转换为电信号的位置传感器，编码器的制造以及信号处理水 平直接影响到自动化水平。目前，在工程
中应用的主要是光电式编码器，有增量式和绝对式两种。增 量式编码器轴旋转时候带动光栅盘旋转，发光元件发出的光被光栅盘，指示光栅的狭缝切 割成断续光线从而被接收元件接收，输出相应的脉冲信号，其旋转方向和脉冲数量需要借 助判向电路和计数器来实现。计数起点可任意设定，旋转增量编码器转动时输出脉冲，通过 计数设备的内部记忆来记住位置，并且工作过程中也不能有干扰从而丢失脉冲，否则，记数 设备记忆的零点就会偏移，并且无从知道。为了解决上述问题，出现了绝对式编码器。绝对式编码器输出与位置一一对应的 代码，从代码的大小变化能判别出旋转方向和转子当前位置。这样大大提高了抗干扰性以 及数据的可靠性，绝对式编码器已经越来越多地应用于各种工业系统的角度测量、长度测 量以及位置控制。然而，光电式编码器存在一些难以克服的缺点光电式编码器由玻璃物质通过刻 线而成，其抗震动和冲击能力不强，不适用于尘埃、结露等恶劣环境，并且结构和定位组装 复杂；刻线间距有极限，要提高分辨率必须增大码盘，从而难以做到小型化；在生产中必须 保证很高的装配精度，直接影响到生产效率，最终影响产品成本。磁电式编码器可以解决这些不足。传统磁电传感器的定子和转子由纯铁制成，定 子上固定有永久磁铁，形成磁路系统。定子和转子相对的环形端面上均勻地设有数目相等 的齿和槽，转子与主轴固紧，主轴与被测量的转轴连接，主轴带动转子转动，当转子齿和定 子齿相对时，气隙最小，磁通最大，当转子齿和定子槽相对时，气隙最大，磁通最小。可以通 过例如磁感应传感器的检测磁通的变化，并将该变化转化成电信号脉冲。此类编码器比较 多，但测量精度比较低，且只能实现增量输出。例如，专利号为200410024190. 7,200410024191. 1,200410024192. 6 的专利分 别提出 了一种磁电编码器，专利号为 200410024195. X,200410024194. 5,200410024193. 0 的专利也分别提出了一种编码器，专利号为200410024198. 3,200410024197. 9和 200410024196. 4的专利分别提出了一种编码器的存储器写入器。上述实现了绝对式位置检测，其原理相同，以200410024190. 7为例，如图1所示， 在该磁电编码器的结构中，磁感应元件采用表面贴的方式，即在圆环形定子内侧壁布置磁 感应元件，进行旋转磁场的感应，然后根据传感器电压值求出旋转角度值。所述磁电编码器在物理结构上具有以下缺点定子内侧一般呈圆弧形且光滑，传感器不易安装固定，容易引起定位误差，进而引 起信号的相位偏差，使得信号中高次谐波分量大；加工制造工艺复杂，不利于产业化；可靠性低，传感器均布于内侧壁，传 感器的支持基体必须为柔性体如FPC等，其与 处理本体接触处其抗拉强度不高，容易破裂，增加了加工难度，影响产品的寿命；传感器感应的磁场泄露大，磁场不能得到充分应用，使得信号中噪声大，影响测量 精度；要求传感器体积小，使得产品成本比较高。所述磁电编码器在信号处理上具有以下缺点从磁感应元件得到的A相模拟信号Va和B相模拟信号vb，一般都含有高次谐波和 噪声，利用上述求反正切值的方法就要受到高次谐波的影响，若不能减小或消除高次谐波 的影响，则不易得出精确的位置信号θ ；模拟器件导致温度漂移和零点漂移，降低了电路的可靠性和稳定性；模拟电路的 产品成本较高。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提出了一种位置检测装置 及其信号处理装置与方法，简化生产工艺，提高检测精度，减少产品成本，提高性价比。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种位置检测装置，其包括转子和将转子套 在内部的定子，转子包括第一磁钢环和第二磁钢环，其中，第一磁钢环和第二磁钢环分别固 定在转轴上，第一磁钢环被均勻地磁化为Ν(Ν <= 2η(η = 0，1，2···η))对磁极，并且相邻两 极的极性相反；第二磁钢环的磁极总数为N，其磁序按照特定磁序算法确定；而在定子上， 对应于第一磁钢环，以第一磁钢环的中心为圆心的同一圆周上设有m(m为2或3的整数倍) 个呈一定角度分布的磁感应元件；对应于第二磁钢环，以第二磁钢环的中心为圆心的同一 圆周上设有n(n = 0，1，2…η)个呈一定角度分布的磁感应元件；当转子相对于定子发生相 对旋转运动时，磁感应元件将感测到的磁信号转变为电压信号，并将该电压信号输出给一 信号处理装置。根据不同的使用需要，对于位置检测装置来说，在定子上对应于第二磁钢环的相 邻两个磁感应元件之间的夹角为360° /N。另外，在定子上对应于第一磁钢环相邻两个磁感应元件之间的夹角，当m为2或4 时，每相邻两个磁感应元件之间的夹角为90° /N，当m为3时，每相邻两个磁感应元件之间 的夹角为120° /N;当m为6时，每相邻两个磁感应元件之间的夹角为60° /N。在位置检测装置中的磁感应元件可直接表贴在定子的内表面。本专利技术的位置检测装置还可包括两个导磁环，每一所述导磁环是由多个同圆心、 同半径的弧段构成，相邻两弧段留有空隙，对应于两个磁钢环的磁感应元件分别设在该空 隙内。对于设有导磁环的位置检测装置来说，所述的导磁环的弧段端部设有倒角。所述倒角为沿轴向或径向或同时沿轴向、径向切削而形成的倒角。本专利技术的位置检测装置中所述的磁感应元件为霍尔感应元件。本专利技术还提供了一种基于上述各种位置检测装置的信号处理装置，包括A/D转换模块、相对偏移角度9工计算模块、绝对偏移量92计算模块、角度合成及输出模块和存储 模块。所述A/D转换模块，对位置检测装置发送来的电压信号进行A/D转换，将模拟信号转 换为数字信号；所述相对偏移角度e工计算模块，用于计算位置检测装置中对应于第一磁钢 环的磁感应元件发送来的第一电压信号在所处信号周期内的相对偏移量e工；所述绝对偏 移量e 2计算模块，根据位置检测装置中对应于第二磁钢环的磁感应元件发送来的第二电 压信号，通过计算来确定第一电压信号所处的信号周期首位置的绝对偏移量e2 ；所述角度 合成及输出模块，用于将上述相对偏移量和绝对偏移量e2相加，合成所述第一电压信 号所代表的在该时刻的旋转角度e ；所述存储模块，用于存储数据。进一步地，还包括信号放大模块，用于在A/D转换模块进行A/D转换之前，对来自 于位置检测装置的电压信号进行放大。进一步地，所述相对偏移角度e ！计算模块包括第一合成单元和第一角度获取单 元，所述第一合成单元对位置检测装置发送来的经过A/D转换的多个电压信号进行处理， 得到一基准信号D ；所述第一角度获取单元根据该基准信号D，在第一标准角度表中选择一 与其相对的角度作为偏移角度elt)进一步地，所述相对偏移角度e ！计算模块还包括温度补偿单元，用于消除温度对 位置检测装置发送来的电压信号的影响。进一步地，所述第一合成单元的输出还包括信号R，在本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种位置检测装置，其特征在于，包括转子和将转子套在内部的定子，所述转子包括第一磁钢环、第二磁钢环；其中，所述第一磁钢环和第二磁钢环分别固定在转轴上，所述第一磁钢环被均匀地磁化为Ｎ［Ｎ＜＝２↑［ｎ］（ｎ＝０，１，２…ｎ）］对磁极，并且相邻两极的极性相反；所述第二磁钢环的磁极总数为Ｎ，其磁序按照特定磁序算法确定；在定子上，对应于第一磁钢环，以第一磁钢环的中心为圆心的同一圆周上设有ｍ（ｍ为２或３的整数倍）个呈一定角度分布的磁感应元件；对应于第二磁钢环，以第二磁钢环的中心为圆心的同一圆周上设有ｎ（ｎ＝０，１，２…ｎ）个呈一定角度分布的磁感应元件；当转子相对于定子发生相对旋转运动时，所述磁感应元件将感测到的磁信号转变为电压信号，并将该电压信号输出给信号处理装置。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郝双晖，郝明晖，
申请(专利权)人：浙江关西电机有限公司，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]
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