磁導(dǎo)式絕對角度檢測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種磁導(dǎo)式絕對角度檢測系統(tǒng)，現(xiàn)有的環(huán)形變壓器的體積較大，繞線工藝的復(fù)雜，制造成本高；本發(fā)明包括磁導(dǎo)式絕對角度檢測裝置和角度檢測信號處理裝置；所述的磁導(dǎo)式絕對角度檢測裝置，包括第一定子、第二定子、第一線圈組、第二線圈組、隔磁墊片、第一接線板、第二接線板、第一轉(zhuǎn)子、第二轉(zhuǎn)子；本發(fā)明提高了檢測精度，相比于傳統(tǒng)磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器減少了兩組繞組，結(jié)構(gòu)上簡單實用，發(fā)展前景較好。
【專利說明】磁導(dǎo)式絕對角度檢測系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于伺服電機位置檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種磁導(dǎo)式絕對角度檢測系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]伺服電機在目前的工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)有著十分廣泛的應(yīng)用，如各式數(shù)控機床、加工中心以及工業(yè)機器人等對精度和工作可靠性有要求的場合。伺服電機的主要功能是可以實現(xiàn)高精度的定位，而其定位精度在很大程度上取決于伺服電機的位置檢測裝置。目前伺服電機中廣泛使用的位置傳感器為光電編碼器，這種傳感器可以實現(xiàn)較高精度的位置檢測，然而光電編碼器存在一定的弊端，對工作環(huán)境的要求較高，比如高溫、嚴(yán)寒、潮濕、高速、震動等惡劣環(huán)境均會對其正常工作造成影響，對密封性要求較高，以防粉塵進入造成故障，另外高精度的光電編碼器成本較高，也限制了其應(yīng)用。相對于光電編碼器而言，旋轉(zhuǎn)變壓器在實現(xiàn)了精確角度檢測的基礎(chǔ)上，有著耐熱，耐沖擊，抗擾動，成本低等一系列優(yōu)點，可以在光電編碼器無法正常工作的場合穩(wěn)定工作。早期的旋轉(zhuǎn)變壓器使用電刷和滑環(huán)，導(dǎo)致了旋轉(zhuǎn)變壓器的故障率較高。隨后發(fā)展出的無刷式旋轉(zhuǎn)變壓器采用了環(huán)形變壓器代替了電刷和滑環(huán)，實現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)變壓器的無刷化，解決了故障率較高的問題，但由于環(huán)形變壓器的體積較大，又限制了其應(yīng)用場合。磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器將勵磁繞組和輸出繞組都安裝在旋轉(zhuǎn)變壓器的定子上，以此實現(xiàn)了環(huán)形變壓器的功能，在實現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)變壓器的無刷化的同時在一定程度上減小了旋轉(zhuǎn)變壓器的體積。磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的缺點在于定子上既有勵磁繞組又有輸出繞組，造成繞線工藝的復(fù)雜化，制造成本也隨之上升。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)變壓器技術(shù)的不足，設(shè)計一種磁導(dǎo)式絕對角度檢測系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明磁導(dǎo)式絕對角度檢測系統(tǒng)，包括磁導(dǎo)式絕對角度檢測裝置和角度檢測信號處理裝置；所述的磁導(dǎo)式絕對角度檢測裝置，包括第一定子、第二定子、第一線圈組、第二線圈組、隔磁墊片、第一接線板、第二接線板、第一轉(zhuǎn)子、第二轉(zhuǎn)子；
第一線圈組通過第一接線板安裝在第一定子上，第二線圈組通過第二接線板安裝在第二定子上；隔磁墊片夾在第一定子與第二定子之間，起到阻斷磁路的作用；第一定子、第二定子通過隔磁墊片相互固定；第一轉(zhuǎn)子與第二轉(zhuǎn)子相互平行，并且不存在相互旋轉(zhuǎn)；所述的第一定子與第一轉(zhuǎn)子同軸設(shè)置；第二定子與第二轉(zhuǎn)子同軸設(shè)置；第一線圈組上設(shè)有4個接頭，為兩個正余弦激勵信號輸入接頭和兩個多周期正余弦信號輸出接頭；第二線圈組上設(shè)有4個接頭，為兩個正余弦激勵信號輸入接頭和兩個單周期正余弦信號輸出接頭；
所述的角度檢測信號處理裝置，包括反饋信號選擇模塊、反饋信號調(diào)理模塊、信號解析模塊、激勵信號調(diào)理模塊和單片機；
所述的反饋信號選擇模塊的正余弦信號輸出端口與反饋信號調(diào)理模塊的正余弦信號輸入端口連接，反饋信號調(diào)理模塊的信號輸出端口與信號解析模塊的正余弦信號輸入端口連接，信號解析模塊的激勵信號輸出端口與激勵信號調(diào)理模塊的激勵信號輸入端口連接，信號解析模塊的信號解析結(jié)果輸出端口與單片機信號解析結(jié)果輸入端口連接，單片機的周期控制信號輸出端口分別與反饋信號調(diào)理模塊的周期控制信號輸入端口和反饋信號選擇模塊的周期控制信號輸入端口連接；
磁導(dǎo)式絕對角度檢測裝置中兩個多周期正余弦信號輸出接頭與反饋信號選擇模塊的多周期正余弦信號輸入接頭連接，兩個單周期正余弦信號輸出接頭與反饋信號選擇模塊的單周期正余弦信號輸入接頭連接，激勵信號調(diào)理模塊的正余弦激勵信號輸出接頭與磁導(dǎo)式絕對角度檢測裝置中的四個正余弦激勵信號輸入接頭連接。
[0005]所述的第一定子與第二定子結(jié)構(gòu)相同，都為圓筒形，圓筒內(nèi)側(cè)壁均布有多個主齒，并且齒冠還開有均分的梯形副齒；所述的第一轉(zhuǎn)子采用硅鋼片材料，外側(cè)面呈齒槽結(jié)構(gòu)；所述的第二轉(zhuǎn)子采用實心導(dǎo)磁材料，其截面呈偏心圓的結(jié)構(gòu)。
[0006]所述的定子上的梯形副齒與第一轉(zhuǎn)子齒槽結(jié)構(gòu)的齒數(shù)滿足12:11。
[0007]所述的第一轉(zhuǎn)子的一個齒頂中心線與第二轉(zhuǎn)子的偏心圓對稱軸線相重合。
[0008]本發(fā)明有益效果如下:
本發(fā)明通過接線板，將定子繞組排列成電橋的結(jié)構(gòu)，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，電橋中各部分的電抗會隨著位置而發(fā)生變化，進而導(dǎo)致輸出電壓隨著轉(zhuǎn)子的位置呈周期的變化并檢測到轉(zhuǎn)子的位置。由于同時存在多周期的信號輸出和單周期的信號輸出，可以保證在絕對角度信息可得的情況下，對于角度值進行細(xì)化，提高了檢測精度。本發(fā)明相比于傳統(tǒng)磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器減少了兩組繞組，結(jié)構(gòu)上簡單實用，發(fā)展前景較好。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明定子的正視圖
圖2為兩個定子與接線板、線圈組之間的安裝示意圖；
圖3為第二轉(zhuǎn)子的正視圖；
圖4為第一轉(zhuǎn)子的正視圖；
圖5為兩個轉(zhuǎn)子的安裝示意圖；
圖6為本發(fā)明第一定子上第一線圈組的連接圖；
圖7為本發(fā)明第二定子上第二線圈組的連接圖；
圖8為本發(fā)明配套的信號處理裝置結(jié)構(gòu)框圖。

【具體實施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0011]磁導(dǎo)式絕對角度檢測系統(tǒng)由兩部分組成，分別是磁導(dǎo)式絕對角度檢測裝置和角度檢測信號處理裝置。
[0012]如圖1、圖2、圖5所示，本發(fā)明磁導(dǎo)式絕對角度檢測系統(tǒng)包括磁導(dǎo)式絕對角度檢測裝置和角度檢測信號處理裝置；所述的磁導(dǎo)式絕對角度檢測裝置，包括第一定子1-1、第二定子1-2、第一線圈組2-1、第二線圈組2-2、隔磁墊片3、第一接線板4-1、第二接線板4_2、第一轉(zhuǎn)子5-1、第二轉(zhuǎn)子5-2 ；
第一線圈組2-1通過第一接線板4-1安裝在第一定子1-1上，第二線圈組2-2通過第二接線板4-2安裝在第二定子1-2上；隔磁墊片3夾在第一定子與第二定子之間，起到阻斷磁路的作用；第一定子1-1、第二定子1-2通過隔磁墊片3相互固定；第一轉(zhuǎn)子5-1與第二轉(zhuǎn)子5-2相互平行，并且不存在相互旋轉(zhuǎn)；所述的第一定子1-1與第一轉(zhuǎn)子5-1同軸設(shè)置；第二定子1-2與第二轉(zhuǎn)子5-2同軸設(shè)置；第一線圈組2-1上設(shè)有4個接頭，為兩個正余弦激勵信號輸入接頭和兩個多周期正余弦信號輸出接頭；第二線圈組2-1上設(shè)有4個接頭，為兩個正余弦激勵信號輸入接頭和兩個單周期正余弦信號輸出接頭；
如圖8所示，所述的角度檢測信號處理裝置，包括反饋信號選擇模塊、反饋信號調(diào)理模塊、信號解析模塊、激勵信號調(diào)理模塊和單片機；
所述的反饋信號選擇模塊的正余弦信號輸出端口與反饋信號調(diào)理模塊的正余弦信號輸入端口連接，反饋信號調(diào)理模塊的信號輸出端口與信號解析模塊的正余弦信號輸入端口連接，信號解析模塊的激勵信號輸出端口與激勵信號調(diào)理模塊的激勵信號輸入端口連接，信號解析模塊的信號解析結(jié)果輸出端口與單片機信號解析結(jié)果輸入端口連接，單片機的周期控制信號輸出端口分別與反饋信號調(diào)理模塊的周期控制信號輸入端口和反饋信號選擇模塊的周期控制信號輸入端口連接；
磁導(dǎo)式絕對角度檢測裝置中兩個多周期正余弦信號輸出接頭與反饋信號選擇模塊的多周期正余弦信號輸入接頭連接，兩個單周期正余弦信號輸出接頭與反饋信號選擇模塊的單周期正余弦信號輸入接頭連接，激勵信號調(diào)理模塊的正余弦激勵信號輸出接頭與磁導(dǎo)式絕對角度檢測裝置中的四個正余弦激勵信號輸入接頭連接。
[0013]如圖1、圖3、圖4所示，所述的第一定子1-1與第二定子1-2結(jié)構(gòu)相同，都為圓筒形，圓筒內(nèi)側(cè)壁均布有16個主齒，并且齒冠還開有均分的144個梯形副齒；所述的第一轉(zhuǎn)子5-1采用硅鋼片材料，外側(cè)面呈齒槽結(jié)構(gòu)，齒槽機構(gòu)的齒數(shù)為132個；所述的第二轉(zhuǎn)子5-2采用實心導(dǎo)磁材料，其截面呈偏心圓的結(jié)構(gòu)。所述的第一轉(zhuǎn)子5-1的一個齒頂中心線與第二轉(zhuǎn)子5-2的偏心圓對稱軸線相重合。
[0014]如圖6所示，所述的第一線圈組2-1包括16個線圈，16個線圈都分別繞在第一定子的主齒上，并采用相同的繞線工藝，
第一線圈LI的起始端與第二線圈L2的終止端連接并作為一個正余弦激勵信號輸入接頭，第二線圈L2的起始端與第六線圈L6的終止端連接，第六線圈L6的起始端與第十線圈LlO的終止端連接，第十線圈LlO的起始端與第十四線圈L14的終止端連接，第十四線圈L14的起始端與第十六線圈L16的終止端連接并作為一個多周期正余弦信號輸出接頭，第四線圈L4的起始端和第三線圈L3的終止端連接并作為另一個正余弦激勵信號輸入接頭，第三線圈L3的起始端與第七線圈L7的終止端連接，第七線圈L7的起始端與第十一線圈Lll的終止端連接，第十一線圈Lll的起始端與第十五線圈L15的終止端連接，第十五線圈L15的起始端與第十三線圈L13的終止端連接并作為另一個多周期正余弦信號輸出接頭，第十三線圈L13的起始端與第九線圈L9的終止端連接，第九線圈L9的起始端與第五線圈L5的終止端連接，第五線圈L5的起始端與第一線圈LI的終止端連接，第十六線圈L16的起始端第十二線圈L12的終止端連接，第十二線圈L12的起始端與第八線圈L8的終止端連接，第八線圈L8的起始端與第四線圈L4的終止端連接。
[0015]如圖7所示，所述的第二線圈組2-2包括16個線圈，16個線圈都分別繞在第二定子的主齒上，并采用相同的繞線工藝，第十七線圈L17的起始端與第三十一線圈L31的終止端連接，第三i^一線圈L31的起始端與第三十線圈L30的起始端連接，第三十線圈L30的終止端與第二十八線圈L28的起始端連接，第二十八線圈L28的終止端與第二十五線圈L25的終止端連接并作為一個多周期正余弦激勵信號輸出接頭，第二十五線圈L25的起始端與第二十三線圈L23的終止端連接，第二十三線圈L23的起始端和第二十二線圈L22的起始端連接，第二十二線圈L22的終止端和第二十線圈L20的起始端連接，第二十線圈L20的終止端與第二十四線圈L24的終止端連接并作為一個正余弦激勵信號輸入接頭，第二十四線圈L24的起始端與第二十六線圈L26的終止端連接，第二十六線圈L26的起始端與第二十七線圈L27的起始端連接，第二十七線圈L27的終止端與第二十九線圈L29的起始端連接，第二十九線圈L29的終止端與第三十二線圈L32的終止端連接并作為另一個多周期正余弦信號輸出接頭，第三十二線圈L32的起始端與第十八線圈L18的終止端連接，第十八線圈L18的起始端第十九線圈L19的起始端連接，第十九線圈L19的終止端與第二十一線圈L21的起始端連接，第二十一線圈L21的終止端與第十七線圈L17的終止端連接并作為另一個正余弦激勵信號輸入接頭。
[0016]本發(fā)明工作過程如下:
本發(fā)明中的第二轉(zhuǎn)子5-2起到使第二定子1-2和第二轉(zhuǎn)子5-2之間的氣隙磁導(dǎo)不對稱的功能，當(dāng)?shù)诙D(zhuǎn)子5-2旋轉(zhuǎn)一周時，空間的磁導(dǎo)變化一周期，從而造成第二線圈組2-2中的電抗隨著第二轉(zhuǎn)子5-2位置的變化而變化，當(dāng)?shù)诙€圈組2-2通過第二接線板4-2連接成圖4所示時，根據(jù)電橋分壓原理可以測出隨著位置而變化近似正余弦信號。
[0017]第一轉(zhuǎn)子5-1起到使第一定子1-1和第一轉(zhuǎn)子5-1之間的氣隙磁導(dǎo)呈多周期變化的功能，當(dāng)?shù)谝晦D(zhuǎn)子5-1旋轉(zhuǎn)一周時，空間的磁導(dǎo)變化多個周期，周期數(shù)與第一轉(zhuǎn)子5-1中的齒數(shù)相關(guān)，從而造成第一線圈組2-1中的電抗隨著第一轉(zhuǎn)子5-1位置的變化而成多周期變化，當(dāng)?shù)谝痪€圈組2-1通過第一接線板4-1連接成圖3所示時，根據(jù)電橋分壓原理可以測出隨著位置而變化的多周期近似正余弦信號。
[0018]角度檢測信號處理裝置的功能主要有三點，第一是生成激勵信號輸入到磁導(dǎo)式絕對角度檢測裝置中；第二是接收磁導(dǎo)式絕對角度檢測裝置輸出的四路正余弦信號并進行調(diào)理解析，得到轉(zhuǎn)子的絕對位置信息；第三是向上位機發(fā)送所得到的位置信息。
[0019]由信號解析模塊生成的激勵信號經(jīng)過激勵信號調(diào)理模塊處理，輸出給磁導(dǎo)式絕對角度檢測裝置。由磁導(dǎo)式絕對角度檢測裝置輸出的四路正余弦信號經(jīng)過信號選擇模塊的處理，使得輸出周期性地在單周期正余弦信號和多周期正余弦信號之間進行切換，再經(jīng)過輸入信號調(diào)理模塊的調(diào)理，生成調(diào)理過的正余弦信號，輸入給信號解析模塊。由于信號選擇模塊的作用，信號解析模塊周期性地接收到單周期正余弦信號和多周期正余弦信號，在接收到單周期正余弦信號時，可以計算出較為粗略的轉(zhuǎn)子絕對位置信息；在接收到多周期正余弦信號時，可以基于粗略的轉(zhuǎn)子絕對位置信息進行進一步細(xì)化，提高測量精度。單片機對信號選擇模塊和輸入信號調(diào)理模塊進行控制，同時接收信號解析模塊的解析結(jié)果，并完成與上位機的通訊。
【權(quán)利要求】
1.磁導(dǎo)式絕對角度檢測系統(tǒng)，包括磁導(dǎo)式絕對角度檢測裝置和角度檢測信號處理裝置；所述的磁導(dǎo)式絕對角度檢測裝置，包括第一定子、第二定子、第一線圈組、第二線圈組、隔磁墊片、第一接線板、第二接線板、第一轉(zhuǎn)子、第二轉(zhuǎn)子； 第一線圈組通過第一接線板安裝在第一定子上，第二線圈組通過第二接線板安裝在第二定子上；隔磁墊片夾在第一定子與第二定子之間；第一定子、第二定子通過隔磁墊片相互固定；第一轉(zhuǎn)子與第二轉(zhuǎn)子相互平行，并且不存在相互旋轉(zhuǎn)；所述的第一定子與第一轉(zhuǎn)子同軸設(shè)置；第二定子與第二轉(zhuǎn)子同軸設(shè)置；第一線圈組上設(shè)有4個接頭，為兩個正余弦激勵信號輸入接頭和兩個多周期正余弦信號輸出接頭；第二線圈組上設(shè)有4個接頭，為兩個正余弦激勵信號輸入接頭和兩個單周期正余弦信號輸出接頭； 所述的角度檢測信號處理裝置，包括反饋信號選擇模塊、反饋信號調(diào)理模塊、信號解析模塊、激勵信號調(diào)理模塊和單片機； 所述的反饋信號選擇模塊的正余弦信號輸出端口與反饋信號調(diào)理模塊的正余弦信號輸入端口連接，反饋信號調(diào)理模塊的信號輸出端口與信號解析模塊的正余弦信號輸入端口連接，信號解析模塊的激勵信號輸出端口與激勵信號調(diào)理模塊的激勵信號輸入端口連接，信號解析模塊的信號解析結(jié)果輸出端口與單片機信號解析結(jié)果輸入端口連接，單片機的周期控制信號輸出端口分別與反饋信號調(diào)理模塊的周期控制信號輸入端口和反饋信號選擇模塊的周期控制信號輸入端口連接； 磁導(dǎo)式絕對角度檢測裝置中兩個多周期正余弦信號輸出接頭與反饋信號選擇模塊的多周期正余弦信號輸入接頭連接，兩個單周期正余弦信號輸出接頭與反饋信號選擇模塊的單周期正余弦信號輸入接頭連接，激勵信號調(diào)理模塊的正余弦激勵信號輸出接頭與磁導(dǎo)式絕對角度檢測裝置中的四個正余弦激勵信號輸入接頭連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁導(dǎo)式絕對角度檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述的第一定子與第二定子結(jié)構(gòu)相同，都為圓筒形，圓筒內(nèi)側(cè)壁均布有多個主齒，并且齒冠還開有均分的梯形副齒；所述的第一轉(zhuǎn)子采用硅鋼片材料，外側(cè)面呈齒槽結(jié)構(gòu)；所述的第二轉(zhuǎn)子采用實心導(dǎo)磁材料，其截面呈偏心圓的結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要2所述的磁導(dǎo)式絕對角度檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述的定子上的梯形副齒與第一轉(zhuǎn)子齒槽結(jié)構(gòu)的齒數(shù)滿足12:11。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁導(dǎo)式絕對角度檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述的第一轉(zhuǎn)子的一個齒頂中心線與第二轉(zhuǎn)子的偏心圓對稱軸線相重合。
【文檔編號】G01B7/30GK104165581SQ201410361069
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】顏鋼鋒, 宋夙冕, 唐沖, 林志赟 申請人:浙江大學(xué), 杭州經(jīng)緯自動化有限公司