專利名稱：位置檢測裝置及其信號處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種位置檢測裝置及其信號處理裝置，具體地涉及一種用于電機
的精確位置控制的位置檢測裝置及其信號處理裝置。
背景技術(shù)：
在電機控制領(lǐng)域中應(yīng)用的位置檢測裝置主要是編碼器，所述編碼器一種是將電機 旋轉(zhuǎn)角位置、角速度等物理量轉(zhuǎn)換為電信號的位置傳感器，編碼器的制造以及信號處理水 平直接影響到自動化水平。 目前，工程技術(shù)領(lǐng)域中應(yīng)用的編碼器主要是光電式編碼器，光電式編碼器有增量 式和絕對式兩種。在增量式編碼器中，軸旋轉(zhuǎn)時帶動光柵盤旋轉(zhuǎn)，發(fā)光元件發(fā)出的光被光柵 盤的狹縫切割成斷續(xù)光線，再由接收元件接受并輸出相應(yīng)的脈沖信號，旋轉(zhuǎn)方向和脈沖數(shù) 量需要借助判向電路和計數(shù)器來實現(xiàn)。計數(shù)起點可任意設(shè)定，旋轉(zhuǎn)增量編碼器轉(zhuǎn)動時輸出 脈沖，通過計數(shù)設(shè)備的內(nèi)部存儲單元來記住位置。然而該編碼器工作過程中不允許有干擾 進而丟失脈沖，否則，記數(shù)設(shè)備記憶的零點就會偏移并且無從知道。 為了解決上述問題，出現(xiàn)了絕對式編碼器。絕對式編碼器輸出與位置一一對應(yīng)的 代碼，從代碼的大小變化能判別出旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)子當前位置。這樣大大提高了抗干擾性以 及數(shù)據(jù)的可靠性，絕對式編碼器已經(jīng)越來越多地應(yīng)用于各種工業(yè)系統(tǒng)的角度測量、長度測 量以及位置控制。 然而，光電編碼器存在一些難以克服的缺點光電編碼器由玻璃物質(zhì)通過刻線而 成，其抗震動和沖擊能力不強，不適用于塵埃、結(jié)露等惡劣環(huán)境，并且結(jié)構(gòu)和定位組裝復(fù)雜； 刻線間距有極限，要提高分辨率必須增大碼盤，從而難以做到小型化；在生產(chǎn)中必須保證很 高的裝配精度，直接影響到生產(chǎn)效率，最終影響產(chǎn)品成本。 磁電式編碼器可以解決這些不足。傳統(tǒng)磁電傳感器的定子和轉(zhuǎn)子由純鐵制成，定 子上固定有永久磁鐵，形成磁路系統(tǒng)。定子和轉(zhuǎn)子相對的環(huán)形端面上均勻地設(shè)有數(shù)目相等 的齒和槽，轉(zhuǎn)子與主軸固緊，主軸與被測量的轉(zhuǎn)軸連接，主軸帶動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，當轉(zhuǎn)子齒和定 子齒相對時，氣隙最小，磁通最大，當轉(zhuǎn)子齒和定子槽相對時，氣隙最大，磁通最小?？梢酝?過例如磁感應(yīng)傳感器的檢測磁通的變化，并將該變化轉(zhuǎn)化成電信號脈沖。此類編碼器比較 多，但測量精度比較低，且只能實現(xiàn)增量輸出。 專利號為200410024190. 7、200410024191. 1、200410024192. 6的專利分別提出了 一種磁電編碼器，專利號為200410024195. X、200410024194. 5、200410024193. 0的專利也 分別提出了一種編碼器，專利號為200410024198. 3、200410024197. 9和200410024196. 4的
專利也分別提出了一種編碼器的存儲器寫入器。 上述實現(xiàn)了絕對式位置檢測，其原理相同，以200410024190. 7為例，如圖1所示，
在該磁電編碼器的結(jié)構(gòu)中，磁感應(yīng)元件采用表面貼的方式，即在圓環(huán)形定子內(nèi)側(cè)壁布置磁
感應(yīng)元件，進行旋轉(zhuǎn)磁場的感應(yīng)，然后根據(jù)傳感器電壓值求出旋轉(zhuǎn)角度值。 如圖1所示，100和101處放磁感應(yīng)元件。旋轉(zhuǎn)磁鐵在周圍產(chǎn)生按一定規(guī)律變化的磁場，兩處磁感應(yīng)元件分別在水平方向和豎直方向得到A相模擬信號va和B相模擬信號 vb。信號L和信號Vb的基波分別為正弦波和余弦波，可以用公式(1)、 (2)近似表示。 va = sin(9)+Na (1) Vb = cos(e)+Nb (2) 其中，9為轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)角度(rad) ，Na、Nb為噪聲(mv)， 一般可以通過濾波器消除。求 出反正切值，通過反正切運算得出位置信號e直接作為角度輸出，艮卩0 = arctan
(3) 如果上式(1) ， (2)能精確表示從位置傳感器得到的A相模擬信號va和B相模擬 信號Vb的話，利用上述方法就可以比較精確地得出位置信號e 。 所述磁電編碼器在物理結(jié)構(gòu)上具有以下缺點 定子內(nèi)側(cè)一般呈圓弧形且光滑，傳感器不易安裝固定，容易引起定位誤差，進而引
起信號的相位偏差，使得信號中高次諧波分量大；加工制造工藝復(fù)雜，不利于產(chǎn)業(yè)化； 可靠性低，傳感器均布于內(nèi)側(cè)壁，傳感器的支持基體必須為柔性體如FPC等，其與
處理本體接觸處其抗拉強度不高，容易破裂，增加了加工難度，影響產(chǎn)品的壽命； 傳感器感應(yīng)的磁場泄露大，磁場不能得到充分應(yīng)用，使得信號中噪聲大，影響測量
精度； 要求傳感器體積小，使得產(chǎn)品成本比較高。 所述磁電編碼器在信號處理上具有以下缺點 從磁感應(yīng)元件得到的A相模擬信號va和B相模擬信號vb， 一般都含有高次諧波和 噪聲，利用上述求反正切值的方法就要受到高次諧波的影響，若不能減小或消除高次諧波 的影響，則不易得出精確的位置信號e ; 模擬器件導(dǎo)致溫度漂移和零點漂移，降低了電路的可靠性和穩(wěn)定性；模擬電路的 產(chǎn)品成本較高。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題在于，針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提出 了一種具有新的信號拾取結(jié)構(gòu)的位置檢測裝置及其信號處理裝置，簡化生產(chǎn)工藝，提高信 號精度，減少產(chǎn)品成本，提高性價比。 為了解決上述問題，本實用新型提供了一種位置檢測裝置，也可以稱為磁電編碼 器，其包括磁鋼環(huán)、導(dǎo)磁環(huán)和磁感應(yīng)元件，其中，導(dǎo)磁環(huán)由兩段或多段同半徑、同圓心的弧段 構(gòu)成，相鄰兩弧段留有縫隙，磁感應(yīng)元件置于該縫隙內(nèi)，當磁鋼環(huán)與導(dǎo)磁環(huán)發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)運 動時，磁感應(yīng)元件將感測到的磁信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，并將該電壓信號傳輸給相應(yīng)的信號 處理裝置。永磁體通過轉(zhuǎn)接件或直接固定在電機轉(zhuǎn)軸上，導(dǎo)磁環(huán)放置于永磁體周圍，導(dǎo)磁環(huán) 和永磁體保持同心。 本實用新型中的導(dǎo)磁環(huán)由兩段同半徑、同圓心的弧段構(gòu)成，分別為1/4弧段和3/4 弧段，對應(yīng)的磁感應(yīng)元件為2個；或者，所述的導(dǎo)磁環(huán)由三段同半徑的弧段構(gòu)成，分別為1/3 弧段，對應(yīng)的磁感應(yīng)元件為3個；或者，所述的導(dǎo)磁環(huán)由四段同半徑的弧段構(gòu)成，分別為1/4 弧段，對應(yīng)的磁感應(yīng)元件為4個；或者，所述的導(dǎo)磁環(huán)由六段同半徑的弧段構(gòu)成，分別為1/6弧段，對應(yīng)的磁感應(yīng)元件為6個。 優(yōu)選地，所述的導(dǎo)磁環(huán)的弧段端部設(shè)有倒角，所述倒角可以是沿軸向或徑向或同
時沿軸向、徑向切削而形成的倒角。 優(yōu)選地，還包括骨架，用于固定導(dǎo)磁環(huán)。 優(yōu)選地，導(dǎo)磁環(huán)設(shè)置在骨架成型模具上，在所述骨架一體成型時與骨架固定在一 起。
上述具有新的信號拾取結(jié)構(gòu)的位置檢測裝置具有以下優(yōu)點 a)通過增加導(dǎo)磁環(huán)，使得導(dǎo)磁環(huán)內(nèi)部磁場分布均勻，泄露小，并且磁感應(yīng)元件感應(yīng) 的信號為積分型，信號噪聲小，所含高次諧波分量成分小，有利于提高原始信號質(zhì)量，提高 信號信噪比。 b)采用導(dǎo)磁環(huán)，并且通過增加倒角來縮小有效面積，有利于提高磁感應(yīng)元件表面 感應(yīng)的磁場強度，在一定程度上能減小對永磁體尺寸要求，能減小整個編碼器的機械尺寸。 c)采用此改進型結(jié)構(gòu)，對磁感應(yīng)元件的機械尺寸沒有苛刻要求，可選用型號范圍 寬，甚至是不用采用后續(xù)放大電路，有利于減少產(chǎn)品成本，提高性價比。 d)采用此結(jié)構(gòu)形式，磁感應(yīng)元件可直接固定在電路板上，無需轉(zhuǎn)接件，有利于提高 產(chǎn)品的可靠性。 e)生產(chǎn)制造工藝簡單，導(dǎo)磁環(huán)可用定子保持架，如一骨架，固定一起形成一個整 理，一次成型，信號感應(yīng)器，即磁感應(yīng)元件直接放于狹縫(定位槽)處，能最大保證信號之間 相位差，定子保持架直接固定在電機上，安裝工藝方便，有利于提高生產(chǎn)效率。 本實用新型還提供了一種新的信號處理裝置，其包括A/D轉(zhuǎn)換模塊、合成模塊、 角度獲取模塊和存儲模塊，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊對位置檢測裝置中磁感應(yīng)元件發(fā)送來的電壓 信號進行A/D轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；所述合成模塊對位置檢測裝置發(fā)送來的 經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的多個電壓信號進行處理得到基準信號D ;所述角度獲取模塊根據(jù)該基準信 號D，在標準角度表中選擇與其相對的角度作為偏移角度e ;所述存儲模塊用于存儲標準 角度表。 優(yōu)選地，信號處理裝置還包括溫度補償模塊，用于消除溫度對位置檢測裝置發(fā)送 來的電壓信號的影響。 另外，所述合成模塊的輸出信號還包括信號R ;在此基礎(chǔ)上，所述溫度補償模塊包 括系數(shù)矯正模塊和乘法器，所述系數(shù)矯正模塊對所述合成模塊的輸出的信號R和對應(yīng)該信 號的標準狀態(tài)下的信號Ro進行比較得到輸出信號K ;所述乘法器為多個，每一所述乘法器 將從位置檢測裝置發(fā)送來的、經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的一個電壓信號與所述系數(shù)矯正模塊的輸出信 號K相乘，將相乘后的結(jié)果輸出給合成模塊。 優(yōu)選地，如果位置檢測裝置發(fā)送來的一個電壓信號為2或3的倍數(shù)，則在所述溫度
補償模塊之前還包括差分模塊，用于抑制溫度和零點漂移，并提高數(shù)據(jù)精度。 根據(jù)本實用新型的信號處理裝置，由于采用本實用新型的磁放置方式，磁感應(yīng)元
件輸出的信號幅值大，無需采用模擬放大電路，磁感應(yīng)元件的輸出信號直接輸入到A/D轉(zhuǎn)
換器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，根據(jù)需要再進行數(shù)字差分處理，這樣使得整個電路非常簡單，并在很大
程度上減少了因為模擬器件導(dǎo)致的溫度和零點漂移，且磁感應(yīng)元件可直接固定在電路板
上，無需轉(zhuǎn)接件，提高了電路的可靠性和穩(wěn)定性，并且大幅降低了產(chǎn)品的成本。進行數(shù)字差
5分處理的優(yōu)點是能夠消除由安裝不對心引起的信號偏差，與模擬差分處理相比，采用數(shù)字 信號進行處理，效果更好，不受溫度、零點漂移等外界因素影響；能擴大信號輸入量的幅值， 在效果上相當于A/D轉(zhuǎn)換器的精度增加了一位，能夠提高編碼器測量的精度，效果更好，不 受溫度、零點漂移等外界因素影響。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中磁電編碼器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本實用新型的位置檢測裝置安裝于軸上的結(jié)構(gòu)原理圖； 圖3是本實用新型的位置檢測裝置的立體分解圖； 圖4是本實用新型的位置檢測裝置安裝于軸上的立體圖； 圖5是本實用新型的位置檢測裝置安裝于軸上的另一立體圖； 圖6是磁鋼環(huán)安裝于軸上的立體圖； 圖7是導(dǎo)磁環(huán)安裝于骨架上的立體圖； 圖8是將導(dǎo)磁環(huán)從骨架上取下后的立體圖； 圖9A-圖9D是本實用新型的導(dǎo)磁環(huán)的倒角設(shè)計圖； 圖10是本實用新型第一實施例的位置檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖11是本實用新型第一實施例的信號處理裝置的框圖； 圖12是本實用新型的位置檢測裝置的信號處理方法的流程圖； 圖13是本實用新型第二實施例的位置檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖14是本實用新型第二實施例的信號處理裝置的框圖； 圖15是本實用新型第三實施例的位置檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖16是本實用新型第三實施例的信號處理裝置的框圖； 圖17是本實用新型第四實施例的位置檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖18是本實用新型第四實施例的信號處理裝置的框圖。
具體實施方式
圖2是表示本實用新型的位置檢測裝置安裝于軸上的結(jié)構(gòu)原理圖。圖3是表示本 實用新型的位置檢測裝置的立體分解圖。如圖2和圖3所示，本實用新型的位置檢測裝置 由磁感應(yīng)元件板102、磁鋼環(huán)103、導(dǎo)磁環(huán)104、骨架105組成；磁感應(yīng)元件板102由PCB板 和磁感應(yīng)元件106組成，磁感應(yīng)元件板102上還裝有接插件108。 磁鋼環(huán)103裝在軸107上，導(dǎo)磁環(huán)104固定在骨架105上，骨架105固定在電機的 合適位置。當軸107轉(zhuǎn)動時，磁鋼環(huán)103轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生正弦磁場，而導(dǎo)磁環(huán)104起聚磁作用，磁 鋼環(huán)103產(chǎn)生的磁通通過導(dǎo)磁環(huán)104。 PCB板上固定的磁感應(yīng)元件106把通過導(dǎo)磁環(huán)104 的磁場轉(zhuǎn)換成電壓信號并輸出，該電壓信號直接進入主控板芯片。由主控板上芯片對電壓 信號進行處理，最后得到位角位移。 其中，在制作所述的位置檢測裝置時，導(dǎo)磁環(huán)104設(shè)置在骨架成型模具上，在所述 骨架一體成型時與骨架105固定在一起。 圖4和圖5是本實用新型的位置檢測裝置安裝于軸上的總體的立體圖。圖6是磁 鋼環(huán)安裝于軸上的立體圖。圖7是導(dǎo)磁環(huán)安裝于骨架上的立體圖。圖8是將導(dǎo)磁環(huán)從骨架 上取下后的立體圖。以上各圖中與圖2和圖3中相同的部件以相同附圖標記指示。導(dǎo)磁環(huán)104安裝于骨架105上，磁鋼環(huán)103安裝軸107上，導(dǎo)磁環(huán)104與磁鋼環(huán)103可以相對轉(zhuǎn)動。 本實用新型通過合理安排各部件的布局，可以減少位置檢測裝置的尺寸。 圖9A到圖9D以由l/4弧段和3/4弧段構(gòu)成的導(dǎo)磁環(huán)為例，圖示了本實用新型的導(dǎo) 磁環(huán)的倒角設(shè)計。如圖9A到圖9D所示，導(dǎo)磁環(huán)由兩段或多段同半徑、同圓心的弧段構(gòu)成， 圖9A所示的導(dǎo)磁環(huán)沒有設(shè)計倒角，圖9B到圖9D所示的弧段端部設(shè)有倒角，所述倒角為沿 軸向(圖9B)或徑向(圖9C)或同時沿軸向、徑向(圖9D)切削而形成的倒角，151、154表 示軸向切面，152、153表示徑向切面。相鄰兩弧段間留有縫隙，磁感應(yīng)元件置于該縫隙內(nèi)， 當磁鋼環(huán)與導(dǎo)磁環(huán)發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)運動時，所述磁感應(yīng)元件將感測到的磁信號轉(zhuǎn)換為電壓信 號，并將該電壓信號傳輸給相應(yīng)的控制器。 根據(jù)磁密公式5-"^可以知道，當小 一定時候，可以通過減少S，增加B。 因為永磁體產(chǎn)生的磁通是一定的，在導(dǎo)磁環(huán)中S較大，所以B比較小，因此可以減 少因為磁場交變而導(dǎo)致的發(fā)熱。而通過減少導(dǎo)磁環(huán)端部面積能夠增大端部的磁場強度，使 得磁感應(yīng)元件的輸出信號增強。這樣的信號拾取結(jié)構(gòu)制造工藝簡單，拾取的信號噪聲小，生 產(chǎn)成本低，可靠性高，而且尺寸小。 本實用新型還提供了一種基于上述結(jié)構(gòu)的位置檢測裝置的信號處理裝置，包括 A/D轉(zhuǎn)換模塊、合成模塊、角度獲取模塊和存儲模塊，其中，A/D轉(zhuǎn)換模塊對位置檢測裝置中 磁感應(yīng)元件發(fā)送來的電壓信號進行A/D轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，對應(yīng)于磁感應(yīng) 元件的個數(shù)，該模塊中具有多個A/D轉(zhuǎn)換器，分別用于對每個磁感應(yīng)元件發(fā)送來的電壓信 號進行A/D轉(zhuǎn)換；所述合成模塊對經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的多個電壓信號進行處理，得到基準信號 D;所述角度獲取模塊，根據(jù)該基準信號D，在角度存儲表中選擇與其相對的角度作為偏移 角度e ;所述存儲模塊用于存儲數(shù)據(jù)。 上述各個模塊可以構(gòu)成一MCU。以下通過實施例詳細描述本實用新型的位置檢測
裝置及其信號處理裝置與方法。 實施例1 根據(jù)本實用新型的第一實施例，提供了設(shè)有兩個磁感應(yīng)元件的位置檢測裝置。 圖IO是本實用新型第一實施例的位置檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖IO所示，導(dǎo) 磁環(huán)由兩段同半徑的弧段構(gòu)成，分別為1/4弧段111和3/4弧段112，位置A和B相距角度 為90° ，并開有狹縫，分別以109和110表示的兩個磁感應(yīng)元件Hla、 H2a放置于A和B處的 狹縫中，采用此結(jié)構(gòu)有利于減少磁場泄露，提高磁感應(yīng)元件感應(yīng)的磁通量，并且由于磁表面 感應(yīng)的磁通是磁場的積分，因此有利用降低信號噪聲以和信號中的高次諧波。在電機軸上， 由兩段同半徑的弧段111U12構(gòu)成的導(dǎo)磁環(huán)與磁鋼環(huán)113同心安裝。 圖11是本實用新型第一實施例的信號處理裝置的框圖，磁感應(yīng)元件Hla和H2a的輸 出信號接MCU的內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器10a、lla的模擬輸入口 ，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后得到輸出信號接乘 法器20a、21a，系數(shù)矯正器5a的輸出信號K接乘法器20a、21a的輸入端，乘法器20a、21a的 輸出信號接合成器3a的輸入端，合成器3a輸出信號D和R，系數(shù)矯正器5a接收合成器3a 輸出的信號R和存儲器41a中的信號R。，通過運算得到信號K，通過使磁感應(yīng)元件Hla和H2a 的信號與該信號K進行相乘，以此來進行溫度補償，消除溫度對信號的影響。存儲器40a中 存儲有一角度存儲表，MCU根據(jù)信號D在角度存儲表中選擇與其相對的角度作為偏移角度9 Q 圖12是本實用新型的位置檢測裝置的信號處理方法的流程圖。如圖12所示，根 據(jù)本實施例的位置檢測裝置的信號處理方法包括以下步驟 S100，對位置檢測裝置發(fā)送來的多個電壓信號進行A/D轉(zhuǎn)換；S101，對位置檢測裝 置發(fā)送來的經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的多個電壓信號進行處理得到基準信號D ;S102，根據(jù)該基準信號 D，在角度存儲表中選擇與其相對的角度作為偏移角度e。 優(yōu)選地，所述方法還包括在步驟SIOI中，對經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的多個電壓信號進行處 理時，得到基準信號D的同時得到信號R ;步驟S103，根據(jù)得到的基準信號R。和R進行運算， 得到信號K ;在對位置檢測裝置發(fā)送來的經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的多個電壓信號進行處理之前，將所 述多個電壓信號分別與信號K相乘，從而實現(xiàn)對電壓信號的溫度補償。 其中對信號的處理，即合成器3a對信號的處理原則是比較兩個信號的數(shù)值的大 小，數(shù)值小的用于輸出的信號D，信號D的結(jié)構(gòu)為{第一個信號的符合位，第二個信號的符合
位，較小數(shù)值的信號的數(shù)值位}。以本實施例為例，說明如下 約定 當數(shù)據(jù)X為有符號數(shù)時，數(shù)據(jù)X的第0位(二進制左起第1位)為符號位，XJ)= 1表示數(shù)據(jù)X為負，X_0 = 0表示數(shù)據(jù)X為正。 X_D表示數(shù)據(jù)X的數(shù)值位(數(shù)據(jù)的絕對值)，即去除符號位剩下數(shù)據(jù)位。 如果A—D〉二B—D D = {A_0 ;B_0 ;B_D} R=V^2+52 ; 否則 D = {A_0 ;B_0 ;A_D} R= 。 在存儲模塊中存儲有一標準角度表，其中存儲了對應(yīng)于一系列的碼，每一個碼對 應(yīng)于一個角度。該表是通過標定得到的，標定方法是，利用本施例的檢測裝置和一高精度 位置傳感器，將本施例中的磁感應(yīng)元件輸出的信號和該高精度位置傳感器輸出的角度進行 一一對應(yīng)，以此建立出一磁感應(yīng)元件輸出的信號與角度之間的關(guān)系表。 另外，在存儲模塊中還存儲了一些數(shù)據(jù)修正表，這些表中包括一個信號D與信號R。 的對應(yīng)表，其中信號R。為信號R在標準狀態(tài)下的信號，通過合成模塊，即合成器3a得到的 信號D，通過查表可以得到一信號Ro，通過將信號R。和信號R進行比較，如除法運算，得到信 號K。 實施例2 根據(jù)本實用新型的第二實施例，提供了設(shè)有四個磁感應(yīng)元件的位置檢測裝置。 圖13是本實用新型第二實施例的位置檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖13所示，導(dǎo) 磁環(huán)由四段同半徑的1/4弧段118、 119、 120和121構(gòu)成，A， B， C， D四個位置角度依次相隔 為90° ，并且都有一狹縫。分別以114、 115、 116和117表示的4個磁感應(yīng)元件H化、H2b、H3b、 H4b分別放置于狹縫A、 B、 C和D處，采用此結(jié)構(gòu)有利于減少磁場泄露，提高磁感應(yīng)元件感應(yīng) 的磁通量，并且由于磁表面感應(yīng)的磁通是磁場的積分，因此有利用降低信號噪聲以和信號 中的高次諧波。四段同半徑的1/4弧段H8、119、120和121構(gòu)成的導(dǎo)磁環(huán)和磁鋼環(huán)122同心安裝。 圖14是本實用新型第二實施例的信號處理裝置的框圖。 信號處理裝置與處理方法與實施例1相類似，不同在于，由于本實施例2中有4 個互成90度的磁感應(yīng)元件，因此，在信號處理裝置上增加了減法器，即數(shù)字差分模塊，通過 該減法器模塊抑制溫度和零點漂移，以此來提高數(shù)據(jù)精度，最終輸出給合成器的信號仍為2 個，處理過程及方法與實施例l相同。因此，在此不再贅述。 實施例3 根據(jù)本實用新型的第三實施例，提供了設(shè)有三個磁感應(yīng)元件的位置檢測裝置。 圖15是本實用新型第三實施例的位置檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖15所示，導(dǎo)磁 環(huán)由三段同半徑的1/3弧段126、 127和128構(gòu)成，A， B， C三個位置依次相距120° ，并且開 有一狹縫，分別以123、 124和125表示的3個傳感器Hk、H^、H3。分別放置狹縫處，采用此結(jié) 構(gòu)有利于減少磁場泄露，提高傳感器感應(yīng)的磁通量，并且由于傳感器表面感應(yīng)的磁通是磁 場的積分，因此有利用降低信號噪聲以和信號中的高次諧波。三段同半徑的1/3弧段126、 127和128構(gòu)成的導(dǎo)磁環(huán)和磁鋼環(huán)129同心安裝。 圖16是本實用新型第三實施例的信號處理裝置的框圖。 與實施例1不同的是，磁感應(yīng)元件有三個，輸出給合成器的信號為三個，合成器在 處理信號時與實施例1不同，其余與實施例1相同。在這里，僅說明合成器如何處理信號。 在本實施例中，對信號的處理，即合成器3c對信號的處理原則是先判斷三個信 號的符合位，并比較符合位相同的信號的數(shù)值的大小，數(shù)值小的用于輸出的信號D，信號D 的結(jié)構(gòu)為{第一個信號的符合位，第二個信號的符合位，第三個信號的符合位，較小數(shù)值的 信號的數(shù)值位K以本實施例為例 約定 當數(shù)據(jù)X為有符號數(shù)時，數(shù)據(jù)X的第0位(二進制左起第1位)為符號位，XJ)= 1表示數(shù)據(jù)X為負，X_0 = 0表示數(shù)據(jù)X為正。X_D表示數(shù)據(jù)X的數(shù)值位(數(shù)據(jù)的絕對值)，即去除符號位剩下數(shù)據(jù)位[0101]如果{A_0 ;B_0 ;C_0} = 010并且A——D > =C_DD = {A_0 ;B_0 ;C_0 ;C_D}如果{A_0 ;B_0 ;C_0} = 010并且A——D < C——DD = {A_0 ;B_0 ;C_0 ;A_D}如果{A_0 ;B_0 ;C_0} = 101并且A——D > =C_DD = {A_0 ;B_0 ;C_0 ;C_D}如果{A_0 ;B_0 ;C_0} = 101并且A——D < C——DD = {A_0 ;B_0 ;C_0 ;A_D}如果{A_0 ;B_0 ;C_0} = Oil并且B——D > =C_DD = {A_0 ;B_0 ;C_0 ;C_D}如果{A_0 ;B_0 ;C_0} = Oil并且B——D < C——DD = {A_0 ;B_0 ;C_0 ;B_D}如果{A_0 ;B_0 ;C_0} = 100并且B——D > =C_DD = {A_0 ;B_0 ;C_0 ;C_D}:0115] :o"6] :o"7] :om] :o"9] :oi2o] :oi2i]0122] :0123] :0124]
B_0 ;C_0}
{A_0 ;B_0
B_0 ;C_0}
{A_0 ;B_0 B_0 ;C_0}
{A_0 ;B_0 B_0 ;C_0}
{A_0 ;B_0
B_0 ;C_0}
{A_0 ;B_0
=100并且B. C_0 ;B_D} =001并且B. C_0 ;A_D} =001并且B. C_0 ;B_D} =110并且B. C_0 ;A_D} =110并且B. C_0 ;B_D}
D >= A D
D < A D
D < C D
D < A D
D >= A D a = ^4 - B X COS(y) - C X COS(y)
冗 冗" = 5 x sin(y) - C x sin(y) i = 一2 + , 實施例4 根據(jù)本實用新型的第四實施例，提供了設(shè)有六個磁感應(yīng)元件的位置檢測裝置。 圖17是本實用新型第四實施例的位置檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖17所示，導(dǎo) 磁環(huán)由六段同半徑的1/6弧段136、 137、 138、 139、 140和141構(gòu)成，A， B， C， D， E， F六個位置 依次相距60。，并且都開有一狹縫，分別以130、 131、 132、 133、 134和135表示的6個傳感 器Hld、 H2d、H3d、H4d、 H5d、H6d分別放置狹縫內(nèi)，采用此結(jié)構(gòu)有利于減少磁場泄露，提高傳感器感 應(yīng)的磁通量，并且由于傳感器表面感應(yīng)的磁通是磁場的積分，因此有利用降低信號噪聲以 和信號中的高次諧波。電機非負載輸出端軸上裝有永磁環(huán)，由六段同半徑的1/6弧段136、 137、 138、 139、 140和141構(gòu)成的導(dǎo)磁環(huán)和磁鋼環(huán)142同心安裝。 圖18是本實用新型第四實施例的信號處理裝置的框圖。與實施例3不同的是，磁 感應(yīng)元件有六個，因此，在信號處理裝置上增加了減法器模塊，通過該減法器模塊抑制溫度 和零點漂移，以此來提高數(shù)據(jù)精度，最終輸出給合成器的信號仍為3個，處理過程及方法與 實施例3相同。 另外，需要說明的是，在圖3-圖8中，導(dǎo)磁環(huán)104是由多段弧段構(gòu)成，相鄰兩段之 間縫隙大小可由骨架105來確定，通過骨架105的形狀來決定縫隙的大小，因此，可通過設(shè) 計骨架105的結(jié)構(gòu)來決定該縫隙的大小。骨架105的材質(zhì)不限，例如可以為塑料材質(zhì)，在制 作工藝上，可以采用一次成型的技術(shù)制造，此時，導(dǎo)磁環(huán)104可以在骨架105—次成型時安 裝上去。例如，導(dǎo)磁環(huán)104設(shè)置在骨架成型模具上，在所述骨架105—體成型時與骨架固定 在一起，工藝簡單，安裝位置準確。 以上參照附圖詳細描述了本實用新型的各個實施例，然而本實用新型并不局限于 所述實施例，而是在不脫離權(quán)利要求書的范圍的情況下，可以做出各種變化和改進。
權(quán)利要求一種位置檢測裝置，其特征在于，包括磁鋼環(huán)、導(dǎo)磁環(huán)和磁感應(yīng)元件，所述導(dǎo)磁環(huán)由兩段或多段同半徑、同圓心的弧段構(gòu)成，相鄰兩弧段留有縫隙，所述磁感應(yīng)元件置于該縫隙內(nèi)，當磁鋼環(huán)與導(dǎo)磁環(huán)發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)運動時，所述磁感應(yīng)元件將感測到的磁信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，并將該電壓信號傳輸給相應(yīng)的信號處理裝置。
2. 如權(quán)利要求1所述的位置檢測裝置，其特征在于，所述的導(dǎo)磁環(huán)由兩段同半徑、同圓 心的弧段構(gòu)成，分別為1/4弧段和3/4弧段，對應(yīng)的磁感應(yīng)元件為2個；或者，所述的導(dǎo)磁環(huán) 由三段同半徑的弧段構(gòu)成，分別為1/3弧段，對應(yīng)的磁感應(yīng)元件為3個；或者，所述的導(dǎo)磁環(huán) 由四段同半徑的弧段構(gòu)成，分別為1/4弧段，對應(yīng)的磁感應(yīng)元件為4個；或者，所述的導(dǎo)磁環(huán) 由六段同半徑的弧段構(gòu)成，分別為1/6弧段，對應(yīng)的磁感應(yīng)元件為6個。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的位置檢測裝置，其特征在于，所述的導(dǎo)磁環(huán)的弧段端部設(shè)有 倒角。
4. 如權(quán)利要求3所述的位置檢測裝置，其特征在于，所述倒角為沿軸向或徑向或同時沿軸向、徑向切削而形成的倒角。
5. 如權(quán)利要求1或2所述的位置檢測裝置，其特征在于，還包括骨架，用于固定所述導(dǎo) 磁環(huán)。
6. 如權(quán)利要求5所述的位置檢測裝置，其特征在于，所述導(dǎo)磁環(huán)設(shè)置在骨架成型模具 上，在所述骨架一體成型時與骨架固定在一起。
7. —種基于權(quán)利要求1-6任一所述位置檢測裝置的信號處理裝置，其特征在于，包括 A/D轉(zhuǎn)換模塊，對位置檢測裝置中磁感應(yīng)元件發(fā)送來的電壓信號進行A/D轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；合成模塊，對位置檢測裝置發(fā)送來的經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的多個電壓信號進行處理得到基準 信號D;角度獲取模塊，根據(jù)該基準信號D，在標準角度表中選擇與其相對的角度作為偏移角度 9 ;以及存儲模塊，用于存儲標準角度表。
8. 如權(quán)利要求7所述的位置檢測裝置的信號處理裝置，其特征在于，在A/D轉(zhuǎn)換模塊和 合成模塊之間還包括溫度補償模塊，用于消除溫度對位置檢測裝置發(fā)送來的電壓信號的影 響。
9. 如權(quán)利要求8所述的位置檢測裝置的信號處理裝置，其特征在于，所述合成模塊的 輸出信號還包括信號R。
10. 如權(quán)利要求9所述的位置檢測裝置的信號處理裝置，其特征在于，所述溫度補償模 塊包括系數(shù)矯正模塊和乘法器，所述系數(shù)矯正模塊對所述合成模塊的輸出的信號R和對應(yīng) 該信號的標準狀態(tài)下的信號R。進行比較得到輸出信號K ;所述乘法器為多個，每一所述乘 法器將從位置檢測裝置發(fā)送來的、經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的一個電壓信號與所述系數(shù)矯正模塊的輸 出信號K相乘，將相乘后的結(jié)果輸出給合成模塊。
11. 如權(quán)利要求IO所述的位置檢測裝置的信號處理裝置，其特征在于，如果位置檢測 裝置發(fā)送來的一個電壓信號為2或3的倍數(shù)，則在所述溫度補償模塊之前還包括差分模塊， 用于抑制溫度和零點漂移，并提高數(shù)據(jù)精度。
專利摘要本實用新型公開了一種位置檢測裝置及其信號處理裝置，所述位置檢測裝置包括磁鋼環(huán)、導(dǎo)磁環(huán)和磁感應(yīng)元件，所述導(dǎo)磁環(huán)由兩段或多段同半徑、同圓心的弧段構(gòu)成，相鄰兩弧段留有縫隙，所述磁感應(yīng)元件置于該縫隙內(nèi)，當磁鋼環(huán)與導(dǎo)磁環(huán)發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)運動時，所述磁感應(yīng)元件將感測到的磁信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，并將該電壓信號傳輸給相應(yīng)的信號處理裝置，通過本實用新型所述的裝置，可以簡化生產(chǎn)工藝，提高信號精度，減少產(chǎn)品成本，提高性價比。
文檔編號G01D5/12GK201527275SQ20092015005
公開日2010年7月14日 申請日期2009年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者郝雙暉, 郝明暉 申請人:郝雙暉