本发明专利技术公开了一种位置检测装置及其信号处理装置与方法，所述位置检测装置包括磁钢环、导磁环和磁感应元件，所述导磁环由两段或多段同半径、同圆心的弧段构成，相邻两弧段留有缝隙，所述磁感应元件置于该缝隙内，当磁钢环与导磁环发生相对旋转运动时，所述磁感应元件将感测到的磁信号转换为电压信号，并将该电压信号传输给相应的信号处理装置，通过本发明专利技术所述的装置和方法，可以简化生产工艺，提高信号精度，减少产品成本，提高性价比。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种，具体地涉及一种用于电 机的精确位置控制的位置检测装置及其信号处理装置和方法。
技术介绍
在电机控制领域中应用的位置检测装置主要是编码器，所述编码器一种是将电机 旋转角位置、角速度等物理量转换为电信号的位置传感器，编码器的制造以及信号处理水 平直接影响到自动化水平。目前，工程
中应用的编码器主要是光电式编码器，光电式编码器有增量 式和绝对式两种。在增量式编码器中，轴旋转时带动光栅盘旋转，发光元件发出的光被光栅 盘的狭缝切割成断续光线，再由接收元件接受并输出相应的脉冲信号，旋转方向和脉冲数 量需要借助判向电路和计数器来实现。计数起点可任意设定，旋转增量编码器转动时输出 脉冲，通过计数设备的内部存储单元来记住位置。然而该编码器工作过程中不允许有干扰 进而丢失脉冲，否则，记数设备记忆的零点就会偏移并且无从知道。为了解决上述问题，出现了绝对式编码器。绝对式编码器输出与位置一一对应的 代码，从代码的大小变化能判别出旋转方向和转子当前位置。这样大大提高了抗干扰性以 及数据的可靠性，绝对式编码器已经越来越多地应用于各种工业系统的角度测量、长度测 量以及位置控制。然而，光电编码器存在一些难以克服的缺点光电编码器由玻璃物质通过刻线而 成，其抗震动和冲击能力不强，不适用于尘埃、结露等恶劣环境，并且结构和定位组装复杂； 刻线间距有极限，要提高分辨率必须增大码盘，从而难以做到小型化；在生产中必须保证很 高的装配精度，直接影响到生产效率，最终影响产品成本。磁电式编码器可以解决这些不足。传统磁电传感器的定子和转子由纯铁制成，定 子上固定有永久磁铁，形成磁路系统。定子和转子相对的环形端面上均勻地设有数目相等 的齿和槽，转子与主轴固紧，主轴与被测量的转轴连接，主轴带动转子转动，当转子齿和定 子齿相对时，气隙最小，磁通最大，当转子齿和定子槽相对时，气隙最大，磁通最小。可以通 过例如磁感应传感器的检测磁通的变化，并将该变化转化成电信号脉冲。此类编码器比较 多，但测量精度比较低，且只能实现增量输出。专利号为200410024190. 7,200410024191. 1,200410024192. 6 的专利分别提出 了 一种磁电编码器，专利号为 200410024195. X,200410024194. 5,200410024193. 0 的专利也 分别提出了一种编码器，专利号为 200410024198. 3,200410024197. 9 和 200410024196. 4 的专利也分别提出了一种编码器的存储器写入器。上述实现了绝对式位置检测，其原理相同，以200410024190. 7为例，如图1所示， 在该磁电编码器的结构中，磁感应元件采用表面贴的方式，即在圆环形定子内侧壁布置磁 感应元件，进行旋转磁场的感应，然后根据传感器电压值求出旋转角度值。如图1所示，100和101处放磁感应元件。旋转磁铁在周围产生按一定规律变化的磁场，两处磁感应元件分别在水平方向和竖直方向得到A相模拟信号va和B相模拟信号 vb。信号va和信号vb的基波分别为正弦波和余弦波，可以用公式(1)、(2)近似表示。va = sin( e )+Na (1)vb = cos ( 0 ) +Nb (2)其中，6为转轴旋转角度(rad)，Na、Nb为噪声(mv)，一般可以通过滤波器消除。求出反正切值，通过反正切运算得出位置信号9直接作为角度输出，即 fv )9 = arctan —(3)如果上式(1)，(2)能精确表示从位置传感器得到的A相模拟信号va和B相模拟 信号Vb的话，利用上述方法就可以比较精确地得出位置信号e。所述磁电编码器在物理结构上具有以下缺点定子内侧一般呈圆弧形且光滑，传感器不易安装固定，容易引起定位误差，进而引 起信号的相位偏差，使得信号中高次谐波分量大；加工制造工艺复杂，不利于产业化；可靠性低，传感器均布于内侧壁，传感器的支持基体必须为柔性体如FPC等，其与 处理本体接触处其抗拉强度不高，容易破裂，增加了加工难度，影响产品的寿命；传感器感应的磁场泄露大，磁场不能得到充分应用，使得信号中噪声大，影响测量 精度；要求传感器体积小，使得产品成本比较高。所述磁电编码器在信号处理上具有以下缺点从磁感应元件得到的A相模拟信号va和B相模拟信号vb，一般都含有高次谐波和 噪声，利用上述求反正切值的方法就要受到高次谐波的影响，若不能减小或消除高次谐波 的影响，则不易得出精确的位置信号9 ；模拟器件导致温度漂移和零点漂移，降低了电路的可靠性和稳定性；模拟电路的 产品成本较高。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对上述现有技术的不足，本专利技术提出了一种具 有新的信号拾取结构的，简化生产工艺，提高信号 精度，减少产品成本，提高性价比。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种位置检测装置，也可以称为磁电编码器，其 包括磁钢环、导磁环和磁感应元件，其中，导磁环由两段或多段同半径、同圆心的弧段构成， 相邻两弧段留有缝隙，磁感应元件置于该缝隙内，当磁钢环与导磁环发生相对旋转运动时， 磁感应元件将感测到的磁信号转换为电压信号，并将该电压信号传输给相应的信号处理装 置。永磁体通过转接件或直接固定在电机转轴上，导磁环放置于永磁体周围，导磁环和永磁 体保持同心。本专利技术中的导磁环由两段同半径的弧段构成，分别为1/4弧段和3/4弧段，对应的 磁感应元件为2个；或者，所述的导磁环由三段同半径的弧段构成，分别为1/3弧段，对应的 磁感应元件为3个；或者，所述的导磁环由四段同半径的弧段构成，分别为1/4弧段，对应的 磁感应元件为4个；或者，所述的导磁环由六段同半径的弧段构成，分别为1/6弧段，对应的磁感应元件为6个。优选地，所述的导磁环的弧段端部设有倒角，所述倒角可以是沿轴向或径向或同 时沿轴向、径向切削而形成的倒角。优选地，还包括骨架，用于固定导磁环。优选地，导磁环设置在骨架成型模具上，在所述骨架一体成型时与骨架固定在一 起。上述具有新的信号拾取结构的位置检测装置具有以下优点a)通过增加导磁环，使得导磁环内部磁场分布均勻，泄露小，并且磁感应元件感应 的信号为积分型，信号噪声小，所含高次谐波分量成分小，有利于提高原始信号质量，提高 信号信噪比。b)采用导磁环，并且通过增加倒角来缩小有效面积，有利于提高磁感应元件表面 感应的磁场强度，在一定程度上能减小对永磁体尺寸要求，能减小整个编码器的机械尺寸。c)采用此改进型结构，对磁感应元件的机械尺寸没有苛刻要求，可选用型号范围 宽，甚至是不用采用后续放大电路，有利于减少产品成本，提高性价比。d)采用此结构形式，磁感应元件可直接固定在电路板上，无需转接件，有利于提高 产品的可靠性。e)生产制造工艺简单，导磁环可用定子保持架，如一骨架，固定一起形成一个整 理，一次成型，信号感应器，即磁感应元件直接放于狭缝(定位槽)处，能最大保证信号之间 相位差，定子保持架直接固定在电机上，安装工艺方便，有利于提高生产效率。本专利技术还提供了一种新的信号处理装置，其包括:A/D转换模块、合成模块、角度 获取模块和存储模块，所述A/D转换模块对位置检测装置中磁感应元件发送来的电压信号 进行A/D转换，将模拟信号转换为数字信号；所述合成模块对位置检测装置本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种位置检测装置，其特征在于，包括磁钢环、导磁环和磁感应元件，所述导磁环由两段或多段同半径、同圆心的弧段构成，相邻两弧段留有缝隙，所述磁感应元件置于该缝隙内，当磁钢环与导磁环发生相对旋转运动时，所述磁感应元件将感测到的磁信号转换为电压信号，并将该电压信号传输给相应的信号处理装置。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郝双晖，郝明晖，
申请(专利权)人：浙江关西电机有限公司，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]
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