磁導式絕對角度檢測系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種磁導式絕對角度檢測系統，現有的環形變壓器的體積較大，繞線工藝的復雜，制造成本高；本發明包括磁導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、第一轉子、第二轉子；本發明提高了檢測精度，相比于傳統磁阻式旋轉變壓器減少了兩組繞組，結構上簡單實用，發展前景較好。
【專利說明】磁導式絕對角度檢測系統

【技術領域】
[0001]本發明屬于伺服電機位置檢測【技術領域】，具體涉及一種磁導式絕對角度檢測系統。

【背景技術】
[0002]伺服電機在目前的工業領域內有著十分廣泛的應用，如各式數控機床、加工中心以及工業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，對工作環境的要求較高，比如高溫、嚴寒、潮濕、高速、震動等惡劣環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，也限制了其應用。相對于光電編碼器而言，旋轉變壓器在實現了精確角度檢測的基礎上，有著耐熱，耐沖擊，抗擾動，成本低等一系列優點，可以在光電編碼器無法正常工作的場合穩定工作。早期的旋轉變壓器使用電刷和滑環，導致了旋轉變壓器的故障率較高。隨后發展出的無刷式旋轉變壓器采用了環形變壓器代替了電刷和滑環，實現了旋轉變壓器的無刷化，解決了故障率較高的問題，但由于環形變壓器的體積較大，又限制了其應用場合。磁阻式旋轉變壓器將勵磁繞組和輸出繞組都安裝在旋轉變壓器的定子上，以此實現了環形變壓器的功能，在實現了旋轉變壓器的無刷化的同時在一定程度上減小了旋轉變壓器的體積。磁阻式旋轉變壓器的缺點在于定子上既有勵磁繞組又有輸出繞組，造成繞線工藝的復雜化，制造成本也隨之上升。


【發明內容】

[0003]本發明針對現有旋轉變壓器技術的不足，設計一種磁導式絕對角度檢測系統。
[0004]本發明磁導式絕對角度檢測系統，包括磁導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、第一轉子、第二轉子；
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；第一轉子與第二轉子相互平行，并且不存在相互旋轉；所述的第一定子與第一轉子同軸設置；第二定子與第二轉子同軸設置；第一線圈組上設有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、反饋信號調理模塊、信號解析模塊、激勵信號調理模塊和單片機；
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理模塊的正余弦信號輸入端口連接，反饋信號調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果輸出端口與單片機信號解析結果輸入端口連接，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，激勵信號調理模塊的正余弦激勵信號輸出接頭與磁導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構相同，都為圓筒形，圓筒內側壁均布有多個主齒，并且齒冠還開有均分的梯形副齒；所述的第一轉子采用硅鋼片材料，外側面呈齒槽結構；所述的第二轉子采用實心導磁材料，其截面呈偏心圓的結構。
[0006]所述的定子上的梯形副齒與第一轉子齒槽結構的齒數滿足12:11。
[0007]所述的第一轉子的一個齒頂中心線與第二轉子的偏心圓對稱軸線相重合。
[0008]本發明有益效果如下:
本發明通過接線板，將定子繞組排列成電橋的結構，當轉子旋轉時，電橋中各部分的電抗會隨著位置而發生變化，進而導致輸出電壓隨著轉子的位置呈周期的變化并檢測到轉子的位置。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，對于角度值進行細化，提高了檢測精度。本發明相比于傳統磁阻式旋轉變壓器減少了兩組繞組，結構上簡單實用，發展前景較好。

【專利附圖】

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

【具體實施方式】
[0010]下面結合附圖對本發明作進一步說明。
[0011]磁導式絕對角度檢測系統由兩部分組成，分別是磁導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，本發明磁導式絕對角度檢測系統包括磁導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、第一轉子5-1、第二轉子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；第一轉子5-1與第二轉子5-2相互平行，并且不存在相互旋轉；所述的第一定子1-1與第一轉子5-1同軸設置；第二定子1-2與第二轉子5-2同軸設置；第一線圈組2-1上設有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、反饋信號調理模塊、信號解析模塊、激勵信號調理模塊和單片機；
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理模塊的正余弦信號輸入端口連接，反饋信號調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果輸出端口與單片機信號解析結果輸入端口連接，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，激勵信號調理模塊的正余弦激勵信號輸出接頭與磁導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結構相同，都為圓筒形，圓筒內側壁均布有16個主齒，并且齒冠還開有均分的144個梯形副齒；所述的第一轉子5-1采用硅鋼片材料，外側面呈齒槽結構，齒槽機構的齒數為132個；所述的第二轉子5-2采用實心導磁材料，其截面呈偏心圓的結構。所述的第一轉子5-1的一個齒頂中心線與第二轉子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]本發明工作過程如下:
本發明中的第二轉子5-2起到使第二定子1-2和第二轉子5-2之間的氣隙磁導不對稱的功能，當第二轉子5-2旋轉一周時，空間的磁導變化一周期，從而造成第二線圈組2-2中的電抗隨著第二轉子5-2位置的變化而變化，當第二線圈組2-2通過第二接線板4-2連接成圖4所示時，根據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]第一轉子5-1起到使第一定子1-1和第一轉子5-1之間的氣隙磁導呈多周期變化的功能，當第一轉子5-1旋轉一周時，空間的磁導變化多個周期，周期數與第一轉子5-1中的齒數相關，從而造成第一線圈組2-1中的電抗隨著第一轉子5-1位置的變化而成多周期變化，當第一線圈組2-1通過第一接線板4-1連接成圖3所示時，根據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式絕對角度檢測裝置中；第二是接收磁導式絕對角度檢測裝置輸出的四路正余弦信號并進行調理解析，得到轉子的絕對位置信息；第三是向上位機發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過激勵信號調理模塊處理，輸出給磁導式絕對角度檢測裝置。由磁導式絕對角度檢測裝置輸出的四路正余弦信號經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，再經過輸入信號調理模塊的調理，生成調理過的正余弦信號，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，可以基于粗略的轉子絕對位置信息進行進一步細化，提高測量精度。單片機對信號選擇模塊和輸入信號調理模塊進行控制，同時接收信號解析模塊的解析結果，并完成與上位機的通訊。
【權利要求】
1.磁導式絕對角度檢測系統，包括磁導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、第一轉子、第二轉子； 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；第一轉子與第二轉子相互平行，并且不存在相互旋轉；所述的第一定子與第一轉子同軸設置；第二定子與第二轉子同軸設置；第一線圈組上設有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、反饋信號調理模塊、信號解析模塊、激勵信號調理模塊和單片機； 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理模塊的正余弦信號輸入端口連接，反饋信號調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果輸出端口與單片機信號解析結果輸入端口連接，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，激勵信號調理模塊的正余弦激勵信號輸出接頭與磁導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.根據權利要求1所述的磁導式絕對角度檢測系統，其特征在于:所述的第一定子與第二定子結構相同，都為圓筒形，圓筒內側壁均布有多個主齒，并且齒冠還開有均分的梯形副齒；所述的第一轉子采用硅鋼片材料，外側面呈齒槽結構；所述的第二轉子采用實心導磁材料，其截面呈偏心圓的結構。
3.根據權利要2所述的磁導式絕對角度檢測系統，其特征在于:所述的定子上的梯形副齒與第一轉子齒槽結構的齒數滿足12:11。
4.根據權利要求1所述的磁導式絕對角度檢測系統，其特征在于:所述的第一轉子的一個齒頂中心線與第二轉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 優先權日:2014年7月25日
【發明者】顏鋼鋒, 宋夙冕, 唐沖, 林志赟 申請人:浙江大學, 杭州經緯自動化有限公司