用于確定檢測(cè)器與馬達(dá)上的點(diǎn)之間的偏移的方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開內(nèi)容涉及用于確定檢測(cè)器與馬達(dá)上的點(diǎn)之間的偏移的方法和系統(tǒng)。具體地，但并非限制，本公開內(nèi)容涉及用于確定與旋轉(zhuǎn)馬達(dá)或線性馬達(dá)結(jié)合工作的編碼器的換向偏移的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]馬達(dá)用于給從規(guī)模非常小的機(jī)器到更大組件諸如電梯(也被稱為“升降機(jī)”)的大范圍的裝置的操作提供動(dòng)力。尤其在需要恒定馬達(dá)速度的工業(yè)應(yīng)用中使用的最常見(jiàn)形式的馬達(dá)中之一便是同步馬達(dá)。同步馬達(dá)將馬達(dá)的軸的旋轉(zhuǎn)與用于對(duì)馬達(dá)提供動(dòng)力的交流電(AC)電力供應(yīng)的頻率同步。
[0003]總的來(lái)說(shuō)，同步馬達(dá)包括定子和轉(zhuǎn)子。定子包括多個(gè)線圈或繞組，電流可以被饋送通過(guò)線圈或繞組。轉(zhuǎn)子包括至少一對(duì)磁體，該磁體可以是電磁體或永磁體。當(dāng)AC電流被饋送通過(guò)定子的繞組時(shí)，繞組生成變化磁場(chǎng)。因此，在三相馬達(dá)中，當(dāng)三相AC電流的三相分量被饋送通過(guò)三個(gè)相應(yīng)的繞組時(shí)，在定子中就生成了旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。在定子中生成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)引起轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，并且當(dāng)由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的負(fù)載較低時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與三相AC電流的頻率同步。轉(zhuǎn)子與定子之間的角度產(chǎn)生作為結(jié)果的凈扭矩，凈扭矩指示轉(zhuǎn)子的凈旋轉(zhuǎn)移動(dòng)。
[0004]為了使得轉(zhuǎn)子的凈旋轉(zhuǎn)移動(dòng)在任何給定時(shí)刻都位于期望方向并且處于期望速度，必須控制轉(zhuǎn)子的凈扭矩。電流注入到定子的繞組時(shí)相對(duì)于轉(zhuǎn)子的磁體的位置和相位會(huì)確定定子產(chǎn)生的磁通量的配置。這會(huì)影響由轉(zhuǎn)子上的繞組給予的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)，進(jìn)而又確定對(duì)轉(zhuǎn)子施加的凈扭矩。
[0005]為了確定和控制馬達(dá)所產(chǎn)生的扭矩，應(yīng)當(dāng)確定定子和轉(zhuǎn)子之間的相對(duì)位置。只有具有垂直于轉(zhuǎn)子的磁通量的分量的電流會(huì)使扭矩施加在轉(zhuǎn)子上。對(duì)于具有三個(gè)繞組的定子，從組合形式的三個(gè)電流得到的電流矢量應(yīng)當(dāng)垂直于轉(zhuǎn)子的磁通量以使扭矩最大化；如果相反，電流矢量與磁通量平行，則不會(huì)產(chǎn)生扭矩。因此，通過(guò)控制供應(yīng)到定子的電流的相位和定時(shí)可以針對(duì)同步馬達(dá)實(shí)現(xiàn)最大扭矩。
[0006]檢測(cè)器諸如旋轉(zhuǎn)(或軸角)編碼器可以用于提供關(guān)于轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的位置的信息。旋轉(zhuǎn)編碼器以模擬或數(shù)字方式對(duì)關(guān)于軸的相對(duì)角度位置或運(yùn)動(dòng)的信息進(jìn)行編碼。一種類型的旋轉(zhuǎn)編碼器是增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，其僅在編碼器被旋轉(zhuǎn)時(shí)提供輸出。另一類型的旋轉(zhuǎn)編碼器是絕對(duì)式編碼器，其針對(duì)軸的每個(gè)不同的角度位置產(chǎn)生唯一代碼。
[0007]旋轉(zhuǎn)編碼器可以包括可旋轉(zhuǎn)圓盤以及一個(gè)或更多個(gè)發(fā)光裝置(LED)以及耦合至定子的光電檢測(cè)器，其中，可旋轉(zhuǎn)圓盤具有多個(gè)孔徑并且被安裝在轉(zhuǎn)子的軸上。從一個(gè)或更多個(gè)LED發(fā)出的光僅在圓盤的對(duì)應(yīng)孔徑與給定光電檢測(cè)器對(duì)準(zhǔn)時(shí)才會(huì)被該光電檢測(cè)器接收到。因此，軸的旋轉(zhuǎn)會(huì)使光電檢測(cè)器接收一系列信號(hào)，根據(jù)所述一系列信號(hào)可以確定轉(zhuǎn)子上的點(diǎn)與定子上的點(diǎn)之間的相對(duì)定位。
[0008]編碼器可以包括例如在電子芯片上的存儲(chǔ)器和處理器，以及/或者編碼器可以對(duì)包括處理器件的另一裝置提供反饋。在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，控制器或“驅(qū)動(dòng)單元”包括可以從編碼器接收信息并且處理信息的處理器。最初，編碼器用作下述反饋裝置，所述反饋裝置使得驅(qū)動(dòng)單元能夠使用轉(zhuǎn)子和定子的相對(duì)位置來(lái)確定要供應(yīng)到定子繞組的電流的定時(shí)、相位和角度。編碼器并不總是以預(yù)定方式安裝在轉(zhuǎn)子的軸上，所以軸上的給定編碼器的實(shí)際零位與轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的零位之間可能存在“換向偏移”角度。例如，可以將換向偏移測(cè)量為編碼器的零位與轉(zhuǎn)子上的磁體的北極之間的角度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]在所附權(quán)利要求書中闡述了本公開內(nèi)容的方面和特征。
[0010]本公開內(nèi)容的一個(gè)效果在于提供一種用于確定旋轉(zhuǎn)編碼器與馬達(dá)上的點(diǎn)之間的換向偏移角度的方法，由此使得能夠進(jìn)行更多最優(yōu)扭矩控制。
[0011]本公開內(nèi)容的另一效果在于在驅(qū)動(dòng)組件期間，不需要耗費(fèi)時(shí)間和精力來(lái)將旋轉(zhuǎn)編碼器旋轉(zhuǎn)地對(duì)準(zhǔn)到該旋轉(zhuǎn)編碼器要被安裝在其上的轉(zhuǎn)子。
[0012]本公開內(nèi)容使得能夠在不需要移除負(fù)載以及/或者拆卸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的情況下，對(duì)已被移動(dòng)在已經(jīng)負(fù)載的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)例如包括升降機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上或已被配裝至上述已經(jīng)負(fù)載的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)編碼器進(jìn)行校準(zhǔn)，而移除負(fù)載以及/或者拆卸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)非常困難以及/或者耗費(fèi)時(shí)間。
【附圖說(shuō)明】
[0013]現(xiàn)在參照附圖闡述本公開內(nèi)容的示例，在附圖中:
[0014]圖1示出了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的圖；
[0015]圖2示出了示例性同步馬達(dá)的橫截面表示；
[0016]圖3示出了用于實(shí)現(xiàn)本文中描述的方法的元件的設(shè)備的框圖；
[0017]圖4示出了本文中描述的方法的流程圖；
[0018]圖5示出了例示用于確定偏移的方法的步驟的流程圖；
[0019]圖6示出了例示用于確定針對(duì)編碼器的移位的閾值的方法的步驟的流程圖；
[0020]圖7示出了例示用于對(duì)馬達(dá)的機(jī)械條件進(jìn)行初始化的方法的步驟的流程圖；
[0021]圖8示出了例示用于確定轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)被阻止的方向的方法的步驟的流程圖；
[0022]圖9示出了本文中描述的方法的第一應(yīng)用；
[0023]圖10示出了本文中描述的方法的第二應(yīng)用；以及
[0024]圖11示出了本文中描述的方法的第三應(yīng)用。
[0025]在說(shuō)明書和附圖中，類似的附圖標(biāo)記指代類似的部件。
【具體實(shí)施方式】
[0026]圖1示出了包括馬達(dá)105的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)100，馬達(dá)105的轉(zhuǎn)子(未示出)耦接至馬達(dá)軸110。旋轉(zhuǎn)編碼器115安裝在軸110上，使得旋轉(zhuǎn)編碼器115的一部分隨馬達(dá)105的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。可以對(duì)軸110應(yīng)用制動(dòng)件120以阻止軸110的旋轉(zhuǎn)。該制動(dòng)件可以被設(shè)置成阻止軸110 (因此還阻止轉(zhuǎn)子)在順時(shí)針?lè)较蚝湍鏁r(shí)針?lè)较騼蓚€(gè)方向上旋轉(zhuǎn)或者阻止軸110 (因此還阻止轉(zhuǎn)子)在上述兩個(gè)方向中的僅一個(gè)方向上旋轉(zhuǎn)。馬達(dá)105、旋轉(zhuǎn)編碼器115以及/或者制動(dòng)件120耦接至控制器125，控制器125被設(shè)置成控制馬達(dá)105和/或制動(dòng)件120的操作并且對(duì)從旋轉(zhuǎn)編碼器115接收的信號(hào)進(jìn)行處理。
[0027]圖2示出了示例性馬達(dá)105的橫截面表示。馬達(dá)105包括定子212和轉(zhuǎn)子214。定子212和轉(zhuǎn)子214為環(huán)形形狀并且彼此同軸，轉(zhuǎn)子214被布置在定子212內(nèi)。定子212包括多個(gè)線圈或繞組216，電流可以被饋送通過(guò)線圈或繞組216。轉(zhuǎn)子214包括至少一對(duì)永磁體218。
[0028]如上文所述，馬達(dá)105的換向偏移包括編碼器115的零位與轉(zhuǎn)子214的磁體的北極比較時(shí)的角移位或偏移?？梢詫⒕幋a器115的零位物理地示出為編碼器主體上的零標(biāo)記或者該零位可以是虛擬參考點(diǎn)。
[0029]為了提供準(zhǔn)確反饋用于在馬達(dá)105中進(jìn)行恰當(dāng)電流控制，優(yōu)選的是，或者將編碼器115的零位與轉(zhuǎn)子214的磁體218的北極物理地對(duì)準(zhǔn)，或者已知該零位與北極之間的偏移以使得能夠?qū)ζ渥鞒稣f(shuō)明。在實(shí)際中，將編碼器115的零位與轉(zhuǎn)子214的北極對(duì)準(zhǔn)很困難并且耗時(shí)。
[0030]圖3示出了用于實(shí)現(xiàn)本文中描述的方法的元件的設(shè)備的框圖?？刂破?25包括微處理器320，微處理器320被設(shè)置成執(zhí)行可以經(jīng)由輸入/輸出器件322提供給控制器125的計(jì)算機(jī)可讀指令，輸入/輸出器件322可以并非限制地被設(shè)置成與以下對(duì)接:軟盤、光盤、USB記憶棒、一個(gè)或更多個(gè)鍵盤以及/或者一個(gè)或更多個(gè)計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)。微處理器320還可以將指令存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器324例如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器中。微處理器320被設(shè)置成經(jīng)由監(jiān)測(cè)器326在輸入/輸出器件322處輸出所執(zhí)行的程序的結(jié)果，以及/或者可以經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)接口 328將這些結(jié)果通信至另一裝置，網(wǎng)絡(luò)接口 328被設(shè)置成將控制器125耦接至通信網(wǎng)絡(luò)諸如因特網(wǎng)(圖3中未示出)。微處理器320還可以被設(shè)置成經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)接口 328接收指令和/或數(shù)據(jù)。
[0031]參照?qǐng)D4來(lái)闡述用于確定馬達(dá)105的換向偏移的方法，其中，圖4示出了可以被進(jìn)行以確定換向偏移的方法的步驟。本文中描述的方法的效果之一在于可以在不從馬達(dá)移除任何負(fù)載的情況下確定偏移，在實(shí)際中，尤其是對(duì)于升降機(jī)、吊車、起重機(jī)、試驗(yàn)臺(tái)以及伺服沖床來(lái)說(shuō)，移除負(fù)載會(huì)非常困難和/或耗時(shí)。
[0032]在步驟S600中，確定針對(duì)編碼器115的移位的閾值。以下參照?qǐng)D6描述了步驟S600的細(xì)節(jié)。
[0033]在步驟S800中，確定轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)被阻止的方向。以下參照?qǐng)D8描述步驟S800的細(xì)節(jié)。
[0034]在步驟S700中，進(jìn)行初始化以使得能夠確定初始機(jī)械條件。以下參照?qǐng)D7描述步驟S700的細(xì)節(jié)。
[0035]在步驟S500中，確定換向偏移。以下參照?qǐng)D5描述步驟S500的細(xì)節(jié)。
[0036]對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)會(huì)變得明顯的是，可以從所描述的方法中省略步驟S600、步驟S700以及步驟S800中的一個(gè)或更多個(gè)步驟。
[0037]圖5示出了 S500的步驟，進(jìn)行S