專利名稱：一種電機(jī)測(cè)速傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高精度測(cè)速傳感器，該傳感器應(yīng)用在電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
在電機(jī)控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速測(cè)量是必不可少的。目前主要有以下三種方法對(duì)電機(jī)進(jìn) 行轉(zhuǎn)速測(cè)量
1.測(cè)速發(fā)電機(jī)法禾_測(cè)速發(fā)電機(jī)的電樞電壓與轉(zhuǎn)速成正比的這一關(guān)系測(cè)量轉(zhuǎn)速。測(cè) 轉(zhuǎn)速時(shí)，測(cè)速發(fā)電機(jī)連接到被測(cè)電機(jī)的軸端，將被測(cè)電機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)速變換為電壓信號(hào)輸出， 電機(jī)控制系統(tǒng)將測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓進(jìn)行信號(hào)調(diào)理后進(jìn)行模擬數(shù)字變換(AD變換)，從而 測(cè)得電機(jī)的轉(zhuǎn)速。2.光電碼盤測(cè)速法是通過測(cè)出轉(zhuǎn)速信號(hào)的頻率或周期來測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)速 法。光電碼盤安裝在轉(zhuǎn)子端軸上，隨著電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，光電碼盤也跟著一起轉(zhuǎn)動(dòng)，如果有一個(gè) 固定光源照射在碼盤上，則可利用光敏元件來接受光，接收到光的次數(shù)就是碼盤的編碼數(shù)。3.旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器連接到被測(cè)電機(jī)的軸端，將旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出信號(hào)進(jìn) 行解算，解算結(jié)果是電機(jī)的位置信號(hào)，對(duì)位置信號(hào)求導(dǎo)數(shù)可以得出被測(cè)電機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)速。這三種方法是目前通用的電機(jī)測(cè)速方法，測(cè)速比(電機(jī)轉(zhuǎn)速最小分辨率最大可測(cè) 轉(zhuǎn)速)可以達(dá)到1 :2000，在后兩種方法中還可以采取一些方法適當(dāng)提高測(cè)速比，因此能夠滿 足大多數(shù)場(chǎng)合的需求。對(duì)于電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)有兩種需求一是調(diào)速比，二是電機(jī)的低速性 能。方法1在調(diào)速比要求較小的情況下，通過調(diào)整調(diào)理電路參數(shù)，能夠進(jìn)行低轉(zhuǎn)速的測(cè)量， 但由于存在模擬電路，其穩(wěn)定性相對(duì)較差，同時(shí)每次均需要調(diào)試，不利于批量生產(chǎn)。方法2、 3測(cè)速方法中低速測(cè)量(即最小測(cè)速分辨率)是基本上固定的，因此在低速性能要求較高的 場(chǎng)合往往難以滿足需求。目前在各類文獻(xiàn)中，大多數(shù)是將多極旋轉(zhuǎn)變壓器和單極旋轉(zhuǎn)變壓器組合在一起形 成雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器，作為一種高精度位置測(cè)量傳感器。例如，文獻(xiàn)“雙通道多極旋轉(zhuǎn)變壓 器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”(《微特電機(jī)》，2010年(1):27-29，39)。采用單極與多極旋 轉(zhuǎn)變壓器組合方式是提高位置測(cè)量精度的一種解決方案，但是這種組合體積較大，解算電 路復(fù)雜，成本高，并且在電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量中不需要全位置測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種電機(jī)測(cè)速傳感器，用于滿足電 機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量中，電機(jī)控制寬調(diào)速比和低速性能要求高等需求。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種電機(jī)測(cè)速傳感器，包括多極旋轉(zhuǎn)變壓器、激勵(lì)電源、RDC解算器電路、計(jì)算模塊和輸 出驅(qū)動(dòng)電路，其中，激勵(lì)電源、RDC解算器電路、計(jì)算模塊和輸出驅(qū)動(dòng)電路印制在同一塊電路 板上，激勵(lì)電源與RDC解算器電路連接，激勵(lì)電源及RDC解算器電路通過導(dǎo)線與多極旋轉(zhuǎn)變壓器連接，RDC解算電路通過印制電路連接計(jì)算模塊，計(jì)算模塊通過印制電路連接輸出驅(qū)動(dòng) 電路，輸出驅(qū)動(dòng)電路與電機(jī)控制器的導(dǎo)線連接。本發(fā)明的測(cè)速傳感器采用多極旋轉(zhuǎn)變壓器，輔以一套旋轉(zhuǎn)變壓器解算電路，對(duì) 檢測(cè)的位置微分處理，用于提高電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量的精度。本發(fā)明可依據(jù)需求，通過選擇旋轉(zhuǎn)變 壓器的極對(duì)數(shù)，能夠使得電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量最小分辨率提高4、8、16倍等，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。


圖1是本發(fā)明電機(jī)測(cè)速傳感器組成示意圖。圖2是本發(fā)明測(cè)速傳感器中多極旋轉(zhuǎn)變壓器示意圖。圖3是本發(fā)明中印制電路板示意圖示意圖。圖4是本發(fā)明實(shí)施例中位置增量碼輸出示意圖。圖5是本發(fā)明實(shí)施例中對(duì)比單極旋轉(zhuǎn)變壓器和多極旋轉(zhuǎn)變壓器的增量碼輸出示 意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出信號(hào)是兩相正交的模擬信號(hào)，它們的幅值隨著轉(zhuǎn)角做正余弦變 化。RDC解算器電路通過對(duì)旋轉(zhuǎn)變壓器輸出信號(hào)幅值的解算測(cè)量旋轉(zhuǎn)的角度，單極旋轉(zhuǎn)變壓 器的旋轉(zhuǎn)軸每旋轉(zhuǎn)一周，輸出的正余弦信號(hào)變換一周，RDC解算器解算的位置也變化一周， 如12位RDC解算器，單極旋轉(zhuǎn)變壓器的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，12位RDC解算器輸出的數(shù)據(jù)從 0變換到4096 ；對(duì)于多極旋轉(zhuǎn)變壓器的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一周，輸出的正余弦信號(hào)則隨著極對(duì)數(shù) 不同變換數(shù)周，如4對(duì)極旋轉(zhuǎn)變壓器，在旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，輸出的正余弦信號(hào)幅度變換4 周，則12位RDC解算器輸出的數(shù)據(jù)為0 — 4096 — 0 — 4096 — 0 — 4096 — 0 — 4096，數(shù)據(jù) 也變化4次，因此，對(duì)此位置數(shù)據(jù)求導(dǎo)(求轉(zhuǎn)速)時(shí)，速度分辨率相應(yīng)提高，其測(cè)量精度提高 4倍。同理，8對(duì)極、16對(duì)極…等，采用相同的RDC解算電路，速度測(cè)量精度提高至8、16倍 等。本發(fā)明正是基于這個(gè)原理提高轉(zhuǎn)速的測(cè)量精度及轉(zhuǎn)角的測(cè)量精度。圖1是本發(fā)明測(cè)速傳感器的組成原理示意圖，包括多極旋轉(zhuǎn)變壓器、激勵(lì)電源、 RDC解算器電路、速度計(jì)算模塊、速度輸出驅(qū)動(dòng)等。激勵(lì)電源、RDC解算電路、速度計(jì)算模塊、 速度輸出驅(qū)動(dòng)等是設(shè)計(jì)在一塊印制電路板上。RDC解算電路所需要的激勵(lì)電源通過與印制 板上的激勵(lì)電源電路相連接來供給，同時(shí)激勵(lì)電源通過導(dǎo)線連接至多極旋轉(zhuǎn)變壓器以提供 其所需的激勵(lì)電源，多極旋轉(zhuǎn)變壓器輸出信號(hào)通過導(dǎo)線連接到RDC解算電路上。RDC解算電 路將解算結(jié)果通過印制電路送給速度計(jì)算模塊，速度計(jì)算模塊將計(jì)算的速度通過印制電路 傳遞給速度輸出驅(qū)動(dòng)電路，速度輸出驅(qū)動(dòng)電路同導(dǎo)線連接將最終結(jié)果送出(電機(jī)控制器)。本發(fā)明傳感器的另一種使用方式是用于高精度角度測(cè)量，如圖1，包括多極旋轉(zhuǎn)變 壓器、激勵(lì)電源、RDC解算器電路和虛框中顯示的角度計(jì)算模塊、霍爾傳感器、角度輸出驅(qū) 動(dòng)，霍爾傳感器用于檢測(cè)旋轉(zhuǎn)一周的絕對(duì)零點(diǎn)。本實(shí)施例中的多極旋轉(zhuǎn)變壓器(西安微電機(jī)研究所產(chǎn)品)選擇4對(duì)極的多極旋轉(zhuǎn) 變壓器，RDC解算器電路選擇AD公司的AD2S1210，將RDC解算器電路AD2S1210的設(shè)置 為16BIT位轉(zhuǎn)換(AD2S1210的RESO、RESl管腳設(shè)置為高電平)，激勵(lì)電源選擇AD公司的AD2S99，ADS1210芯片中已涵蓋了速度計(jì)算模塊及角度計(jì)算模塊，選用一片(4路差 分輸出)作為速度角度輸出驅(qū)動(dòng)模塊，26LS32 (4路差分接收)作為差分接收芯片。圖2是本發(fā)明高精度測(cè)速傳感器中多極旋轉(zhuǎn)變壓器示意圖。多極旋轉(zhuǎn)變壓器1需 要和激勵(lì)電源及RDC解算器電路連接，旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的信號(hào)以及激勵(lì)電源信號(hào)依據(jù)信 號(hào)原理連接關(guān)系通過導(dǎo)線2和插頭XPl相連，XPl和圖3中XSl是相互匹配的插頭和插座， 插頭XPl和圖3中XSl相連，實(shí)現(xiàn)多極旋轉(zhuǎn)變壓器1的輸出信號(hào)及激勵(lì)電源信號(hào)和圖3的 印制電路板3連接。圖3中激勵(lì)電源、RDC解算器電路、速度計(jì)算模塊、角度計(jì)算模塊、速度輸出驅(qū)動(dòng)和 角度輸出驅(qū)動(dòng)等是設(shè)計(jì)在一塊圓形的印制電路板3上，通過XSl將多極旋轉(zhuǎn)變壓器1的輸 出信號(hào)連接到RDC解算器上(AD2S1210)，同時(shí)通過XSl將激勵(lì)電源(AD2S99)連接到多極旋 變的激勵(lì)信號(hào)上，在印制電路板3上，激勵(lì)電源(AD2S99)同時(shí)通過印制電路連接到RDC解 算器上(AD2S1210)的激勵(lì)信號(hào)上，為RDC解算器提供激勵(lì)電源；速度輸出形式采用增量碼 的形式，將RDC解算器電路AD2S1210中輸出信號(hào)A、B通過速度輸出驅(qū)動(dòng)模塊(A、 B占用兩路差分輸出)驅(qū)動(dòng)后輸出，速度解算及角度解算結(jié)果通過速度角度驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)后 連接到圖3中的插座XS2輸出。圖4中，A、B信號(hào)是相位相差90度的位置增量信號(hào)，定時(shí)對(duì)位置增量信號(hào)進(jìn)行計(jì) 數(shù)，即可以計(jì)算電機(jī)的轉(zhuǎn)速，A、B信號(hào)上升沿的前后用于分辨轉(zhuǎn)速的方向。圖5中，給出了 提高轉(zhuǎn)速分辨率的示意說明，其中CA、CB信號(hào)為單極旋轉(zhuǎn)變壓器的增量輸出信號(hào)，JA、JB信 號(hào)為多極(本實(shí)施例為4對(duì)極)旋轉(zhuǎn)變壓器的增量輸出信號(hào)。在電機(jī)轉(zhuǎn)速相同的情況下，在 Δ T采樣時(shí)間內(nèi)，單極旋轉(zhuǎn)變壓器的增量輸出信號(hào)CA、CB只有一個(gè)脈沖，而多極旋轉(zhuǎn)變壓器 1的增量輸出信號(hào)JA、JB有4個(gè)脈沖信號(hào)，因此速度分辨率提高至4倍。同理，8對(duì)極、16對(duì) 極等多極旋轉(zhuǎn)變壓器的速度分辨率分別提高至8倍和16倍等。本發(fā)明的一個(gè)輔助功能是進(jìn)行高精度角度測(cè)量，角度輸出形式采用SPI接口輸 出，RDC解算器電路AD2S1210中和角度輸出相關(guān)的信號(hào)有SDO、SDI、SOE、SCLK，其中SDO 是SPI通訊的數(shù)據(jù)輸出信號(hào)，在此輸出角度信號(hào)，通過作差分輸出角度，SDI、S0E、 SCLK信號(hào)是輸入信號(hào)，其中SDI是SPI通訊的數(shù)據(jù)輸入信號(hào)，在此作為控制命令輸入，SCLK 是SPI通訊的同步時(shí)鐘信號(hào)，SOE是RDC解算器電路AD2S1210的邏輯選通信號(hào)；SDI、S0E、 SCLK通過^LS32作差分接收。通過以上步驟可完成高精度速度和高精度角度的測(cè)量，利用多極旋轉(zhuǎn)變壓器的旋 轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一周，輸出的正余弦信號(hào)隨著極對(duì)數(shù)不同變換數(shù)周，達(dá)到提高速度、角度測(cè)量精度 的目的。需要說明是，應(yīng)用這種高精度速度角度傳感器時(shí)需要注意控制軸的最大轉(zhuǎn)速與RDC 解算芯片的匹配。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例公開如上，但它們并不是用來限定本發(fā)明。任何熟悉 此技藝者，在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，自當(dāng)可作各種變化或潤(rùn)飾，均應(yīng)包含在本發(fā)明 的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電機(jī)測(cè)速傳感器，包括多極旋轉(zhuǎn)變壓器、激勵(lì)電源、RDC解算器電路、計(jì)算模塊 和輸出驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于所述激勵(lì)電源、RDC解算器電路、計(jì)算模塊和輸出驅(qū)動(dòng)電路 印制在同一塊電路板上，激勵(lì)電源與所述RDC解算器電路連接，并通過導(dǎo)線與所述多極旋 轉(zhuǎn)變壓器連接，RDC解算電路通過印制電路連接所述計(jì)算模塊，計(jì)算模塊通過印制電路連 接所述輸出驅(qū)動(dòng)電路，輸出驅(qū)動(dòng)電路與電機(jī)控制器的導(dǎo)線連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電機(jī)測(cè)速傳感器，其特征在于所述計(jì)算模塊為速度計(jì) 算模塊，所述輸出驅(qū)動(dòng)電路為速度輸出驅(qū)動(dòng)電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電機(jī)測(cè)速傳感器，其特征在于所述計(jì)算模塊為角度計(jì) 算模塊，所述輸出驅(qū)動(dòng)電路為角度輸出驅(qū)動(dòng)電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種電機(jī)測(cè)速傳感器，其特征在于還包括霍爾傳感器，霍爾 傳感器連接所述角度計(jì)算模塊。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種應(yīng)用在電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)上的高精度測(cè)速傳感器。該傳感器包括多極旋轉(zhuǎn)變壓器、激勵(lì)電源、RDC解算器電路、計(jì)算模塊和輸出驅(qū)動(dòng)電路，其中，激勵(lì)電源、RDC解算器電路、計(jì)算模塊和輸出驅(qū)動(dòng)電路印制在同一塊電路板上，激勵(lì)電源與RDC解算器電路連接，激勵(lì)電源及RDC解算器電路通過導(dǎo)線與多極旋轉(zhuǎn)變壓器連接，RDC解算電路通過印制電路連接計(jì)算模塊，計(jì)算模塊通過印制電路連接輸出驅(qū)動(dòng)電路，輸出驅(qū)動(dòng)電路同導(dǎo)線連接將最終結(jié)果送出(電機(jī)控制器)。本發(fā)明的傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠依據(jù)需要，使得電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量最小分辨率提高4、8、16倍等。
文檔編號(hào)G01P3/481GK102087296SQ20101056790
公開日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月1日
發(fā)明者李宏勝, 林健, 盛黨紅, 陳桂 申請(qǐng)人:南京工程學(xué)院