專利名稱：伺服電動(dòng)閥及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電動(dòng)閥及其控制方法，尤其是一種用伺服電機(jī)控制閥門開度的伺 服電動(dòng)閥及其控制方法。
背景技術(shù)：
電動(dòng)閥在化工、鋼鐵、石油等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。目前用于電動(dòng)閥的電動(dòng)機(jī)有異步 電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)和變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)等，電機(jī)通過減速器與閥桿相連，控制閥的開啟與閉合。異步電機(jī)一般和限位器同時(shí)使用，通過限位器的限位信號，來開啟或切斷電動(dòng)機(jī) 的控制電路，這種方式只能控制閥門的全開或全閉，并且限位器容易損壞，另外不能對異步 電機(jī)的扭矩進(jìn)行控制，扭矩超限可能會(huì)造成閥門或設(shè)備的損壞。申請?zhí)枮?00820031710.0 的文獻(xiàn)，針對異步電機(jī)轉(zhuǎn)矩不受控問題設(shè)計(jì)了閥門轉(zhuǎn)矩控制電動(dòng)裝置。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)閥門時(shí)不需要限位器，控制器通過給步進(jìn)電機(jī)脈沖信號來控制閥的 開度，可以對閥的開度進(jìn)行任意調(diào)節(jié)。但是步進(jìn)電機(jī)為開環(huán)控制，控制精度低，而且容易失 步，造成控制失效。申請?zhí)枮?00720125094. 0的文獻(xiàn)，提出了一種改進(jìn)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的 電動(dòng)閥，雖然作了一些改進(jìn)，但是仍采用的是步進(jìn)電機(jī)，控制方式仍為開環(huán)，精度低。變頻式電動(dòng)閥采用變頻器驅(qū)動(dòng)異步電機(jī)，并且在閥上裝有位置傳感器，返回閥的 開度信號，構(gòu)成閉環(huán)控制，控制精度較高，申請?zhí)枮?00710072541的文獻(xiàn)，提出了一種變頻 式電動(dòng)閥。變頻式電動(dòng)閥需要用到編碼器，編碼器的成本高，特別是對于使用環(huán)境惡劣的情 況(如粉塵、風(fēng)沙大，振動(dòng)大)，所需要的編碼器價(jià)格更高，而且與交流伺服系統(tǒng)相比，變頻 器控制的響應(yīng)慢，精度較低。目前還有永磁無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)閥，和變頻式電動(dòng)閥一樣，要進(jìn)行閉環(huán)控 制，需要用到編碼器。申請?zhí)枮?00710036766的文獻(xiàn)，針對電動(dòng)閥，提出了一種改進(jìn)的編碼 器，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，且光電編碼器對使用環(huán)境的要求高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種伺服電動(dòng)閥及其 控制方法，其控制精度高、可靠性高、響應(yīng)快且成本低。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種伺服電動(dòng)閥，包括閥體，閥體中設(shè)有閥桿，伺服電機(jī)的輸出通過聯(lián)軸器與減速 器輸入相連，減速器的輸出與閥桿相連，閥桿與閥孔相連并控制閥孔的開度，其特征在于， 所述的伺服電機(jī)的電機(jī)軸上設(shè)有位置檢測裝置，位置檢測裝置輸入信號給伺服控制器控制 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)減速器并通過閥桿控制閥孔的開度。在另一實(shí)施例中，所述的閥桿上也可以設(shè)有位置檢測裝置，位置檢測裝置輸入信 號給伺服控制器，伺服控制器控制伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)減速器并通過閥桿控制閥孔的開度。在又一實(shí)施例中，所述的閥桿上還設(shè)有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件設(shè)置在閥 桿上，從動(dòng)件的轉(zhuǎn)軸上設(shè)有位置檢測裝置，位置檢測裝置輸入信號給伺服控制器，伺服控制器控制伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)減速器并通過閥桿控制閥孔的開度。所述的減速器為蝸輪蝸桿減速器或圓柱齒輪減速器或圓錐齒輪減速器或行星齒 輪減速器或其組合。
所述的伺服電機(jī)優(yōu)選為交流伺服電機(jī)。所述的位置檢測裝置、伺服控制器和伺服電機(jī)可以一體設(shè)置。所述伺服控制器包括數(shù)據(jù)處理單元、電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元和電流傳感器，所述數(shù)據(jù)處理 單元接收輸入的指令信號、電流傳感器采集的電機(jī)輸入電流信號和位置檢測裝置輸出的代 表電機(jī)角度的信息，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，輸出控制信號給所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單 元根據(jù)所述的控制信號輸出合適的電壓給伺服電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)對伺服電機(jī)的精確控制。所述數(shù)據(jù)處理單元包括機(jī)械環(huán)控制子單元、電流環(huán)控制子單元、PWM控制信號產(chǎn)生 子單元和傳感器信號處理子單元；所述傳感器信號處理子單元接收所述位置檢測裝置輸出的代表電機(jī)角度的信息， 將電機(jī)的角度傳輸給所述的機(jī)械環(huán)控制子單元；所述傳感器信號處理子單元還接收所述電 流傳感器的檢測到的電流信號，經(jīng)過A/D采樣后輸出給所述的電流環(huán)控制子單元；所述機(jī)械環(huán)控制子單元根據(jù)接收到的指令信號和電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，經(jīng)過運(yùn)算得 到電流指令，并輸出給所述的電流環(huán)控制子單元；所述電流環(huán)控制子單元根據(jù)接收到的電流指令的電流傳感器輸出的電流信號，經(jīng) 過運(yùn)算得到三相電壓的占空比控制信號，并輸出給所述的PWM控制信號產(chǎn)生子單元；所述PWM控制信號產(chǎn)生子單元根據(jù)接收到的三相電壓的占空比控制信號，生成具 有一定順序的六路PWM信號，分別作用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元。所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元包括六個(gè)功率開關(guān)管，所述開關(guān)管每兩個(gè)串聯(lián)成一組，三組并 聯(lián)連接在直流供電線路之間，每一開關(guān)管的控制端受PWM控制信號產(chǎn)生子單元輸出的PWM 信號的控制，每一組中的兩個(gè)開關(guān)管分時(shí)導(dǎo)通。優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)處理單元為MCU，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元為IPM模塊所述的位置檢測裝置，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(dāng)磁 鋼環(huán)與導(dǎo)磁環(huán)發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，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。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(gè)；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(gè)；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(gè)；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(gè)。所述的導(dǎo)磁環(huán)的弧段端部可以設(shè)有倒角，為沿軸向或徑向或同時(shí)沿軸向、徑向切 削而形成的倒角。進(jìn)一步地，所述的位置檢測裝置還包括骨架，用于固定所述導(dǎo)磁環(huán)；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(shí)與骨架固定在一起。所述傳感器信號處理子單元或位置檢測裝置中包括位置檢測裝置的信號處理電 路，用于根據(jù)所述位置檢測裝置的電壓信號得到電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，具體包括
A/D轉(zhuǎn)換電路，對位置檢測裝置中磁感應(yīng)元件發(fā)送來的電壓信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將 模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；合成電路，對位置檢測裝置發(fā)送來的經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的多個(gè)電壓信號進(jìn)行處理得到 基準(zhǔn)信號D ；角度獲取電路，根據(jù)該基準(zhǔn)信號D，在標(biāo)準(zhǔn)角度表中選擇與其相對的角度作為偏移 角度9 ；以及 存儲(chǔ)電路，用于存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)角度表。此外，所述的位置檢測裝置包括轉(zhuǎn)子和將轉(zhuǎn)子套在內(nèi)部的定子，所述轉(zhuǎn)子包括第 一磁鋼環(huán)、第二磁鋼環(huán)；其中，所述第一磁鋼環(huán)和第二磁鋼環(huán)分別固定在電機(jī)軸上；在定子上，對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)，以第二磁鋼環(huán)的中心為圓心的同一圓周上設(shè)有n(n =1，2…n)個(gè)均勻分布的磁感應(yīng)元件，所述第二磁鋼環(huán)的磁極磁化順序使得n個(gè)磁感應(yīng)元 件輸出呈格雷碼格式，相鄰兩個(gè)輸出只有一位變化；在定子上，對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)，以第一磁鋼環(huán)的中心為圓心的同一圓周上設(shè)有有 m(m為2或3的整數(shù)倍)個(gè)呈一定角度分布的磁感應(yīng)元件，所述第一磁鋼環(huán)的磁極總對數(shù)與 第二磁鋼環(huán)的磁極總數(shù)相等，并且相鄰兩極的極性相反；當(dāng)轉(zhuǎn)子相對于定子發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述磁感應(yīng)元件將感測到的磁信號轉(zhuǎn)變 為電壓信號，并將該電壓信號輸出給信號處理裝置。具體地，在定子上對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)的相鄰兩個(gè)磁感應(yīng)元件之間的夾角，當(dāng)m為2 或4時(shí)，該夾角為90° /g;當(dāng)m為3時(shí)，該夾角為120° /g ；當(dāng)m為6時(shí)，該夾角為60° /g， 其中，g為第二磁鋼環(huán)的磁極總數(shù)。此外，所述的位置檢測裝置包括轉(zhuǎn)子和將轉(zhuǎn)子套在內(nèi)部的定子，所述轉(zhuǎn)子包括第 一磁鋼環(huán)、第二磁鋼環(huán)；其中，所述第一磁鋼環(huán)和第二磁鋼環(huán)分別固定在轉(zhuǎn)軸上，所述第一磁鋼環(huán)被均勻 地磁化為N[N<= 2n(n = 0，1，2丨11)]對磁極，并且相鄰兩極的極性相反；所述第二磁鋼環(huán) 的磁極總數(shù)為N，其磁序按照特定磁序算法確定；在定子上，對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)，以第一磁鋼環(huán)的中心為圓心的同一圓周上設(shè)有m(m 為2或3的整數(shù)倍)個(gè)呈一定角度分布的磁感應(yīng)元件；對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)，以第二磁鋼環(huán)的 中心為圓心的同一圓周上設(shè)有n(n = 0，1，2丨11)個(gè)呈一定角度分布的磁感應(yīng)元件；當(dāng)轉(zhuǎn)子相對于定子發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述磁感應(yīng)元件將感測到的磁信號轉(zhuǎn)變 為電壓信號，并將該電壓信號輸出給信號處理裝置。在定子上對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)的相鄰兩個(gè)磁感應(yīng)元件之間的夾角為360° /2n。具體地，在定子上對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)相鄰兩個(gè)磁感應(yīng)元件之間的夾角，當(dāng)m為2或 4時(shí)，每相鄰兩個(gè)磁感應(yīng)元件之間的夾角為90° /2n，當(dāng)m為3時(shí)，每相鄰兩個(gè)磁感應(yīng)元件之 間的夾角為120°為6時(shí)，每相鄰兩個(gè)磁感應(yīng)元件之間的夾角為60° /2n。所述磁感應(yīng)元件直接表貼在定子的內(nèi)表面。所述的位置檢測裝置還包括兩個(gè)導(dǎo)磁環(huán)，每一所述導(dǎo)磁環(huán)是由多個(gè)同圓心、同半 徑的弧段構(gòu)成，相鄰兩弧段留有空隙，對應(yīng)于兩個(gè)磁鋼環(huán)的磁感應(yīng)元件分別設(shè)在該空隙內(nèi)。所述的導(dǎo)磁環(huán)的弧段端部可以設(shè)有倒角，為沿軸向或徑向或同時(shí)沿軸向、徑向切削而形成的倒角。所述的磁感應(yīng)元件為霍爾感應(yīng)元件。所述傳感器信號處理子單元或位置檢測裝置中包括位置檢測裝置的信號處理電 路，用于根據(jù)所述位置檢測裝置的電壓信號得到電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，具體包括A/D轉(zhuǎn)換電路，對位置檢測裝置發(fā)送來的電壓信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換 為數(shù)字信號；相對偏移角度e工計(jì)算電路，用于計(jì)算位置檢測裝置中對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)的磁感 應(yīng)元件發(fā)送來的第一電壓信號在所處信號周期內(nèi)的相對偏移量e工；絕對偏移量e 2計(jì)算電路，根據(jù)位置檢測裝置中對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)的磁感應(yīng)元件 發(fā)送來的第二電壓信號，通過計(jì)算來確定第一電壓信號所處的信號周期首位置的絕對偏移
量角度合成及輸出模塊，用于將上述相對偏移量e i和絕對偏移量e 2相加，合成所 述第一電壓信號所代表的在該時(shí)刻的旋轉(zhuǎn)角度0 ；存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。所述的位置檢測裝置還包括信號放大電路，用于在A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換之 前，對來自于磁電式傳感器的電壓信號進(jìn)行放大。所述相對偏移角度e i計(jì)算電路包括第一合成電路和第一角度獲取電路，所述第 一合成電路對位置檢測裝置發(fā)送來的經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的多個(gè)電壓信號進(jìn)行處理，得到一基準(zhǔn) 信號D ；所述第一角度獲取電路根據(jù)該基準(zhǔn)信號D，在第一標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)角度表中選擇一與其相 對的角度作為偏移角度elt)所述相對偏移角度e i計(jì)算電路內(nèi)或在合成電路之前還包括溫度補(bǔ)償電路，用于 消除溫度對磁電式傳感器發(fā)送來的電壓信號的影響。所述合成電路或所述第一合成電路的輸出還包括信號R ；所述溫度補(bǔ)償單元包括系數(shù)矯正器和乘法器，所述系數(shù)矯正器對所述合成模塊的 輸出的信號R和對應(yīng)該信號的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的信號R。進(jìn)行比較得到輸出信號K ；所述乘法器 為多個(gè)，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(gè)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)果輸出給第一合成電路。所述絕對偏移量e 2計(jì)算電路包括第二合成電路和第二角度獲取電路，所述第二 合成電路用于對對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)的位置檢測裝置發(fā)送來的第二電壓信號進(jìn)行合成，得到 一信號E ；所述第二角度獲取電路根據(jù)該信號E在第二標(biāo)準(zhǔn)角度表中選擇一與其相對的角 度作為第一電壓信號所處的信號周期首位置的絕對偏移量e 2。本發(fā)明還提供一種伺服電動(dòng)閥的控制方法，該方法包括如下步驟步驟1 設(shè)定電動(dòng)閥閥門開度值，并將該數(shù)值預(yù)存在伺服控制器的MCU中；步驟2 根據(jù)電動(dòng)閥閥門開度值的大小，計(jì)算出閥桿的位移量，伺服控制器根據(jù)減 速器的傳動(dòng)比，計(jì)算轉(zhuǎn)軸的驅(qū)動(dòng)角度；步驟3 檢測電機(jī)軸的實(shí)際角度，對伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)角度進(jìn)行控制，使其達(dá)到預(yù)存 數(shù)值，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)閥的閥門開度控制。所述的步驟3中檢測的具體步驟為所述的伺服控制器每隔一個(gè)固定周期，讀取 位置檢測裝置的電壓信號，并將所述的電壓信號通過角度求解算法轉(zhuǎn)換成電機(jī)軸的角度位
9置。本發(fā)明還提供另一種伺服電動(dòng)閥的控制方法，該方法包括如下步驟步驟1 檢測閥桿的角度位置，將感應(yīng)電壓信號傳遞給伺服控制器的MCU，伺服控 制器經(jīng)過計(jì)算，獲得閥桿的角度位置信息；步驟2:檢測伺服電機(jī)軸的角度位置，將感應(yīng)電壓信號傳遞給伺服控制器的MCU， 伺服控制器經(jīng)過計(jì)算，獲得轉(zhuǎn)軸的角度位置信息；步驟3 :MCU接收位置檢測裝置的電壓信號和電流傳感器感應(yīng)的電機(jī)三相電流信 號，并運(yùn)行角度求解算法和進(jìn)行相應(yīng)控制計(jì)算，計(jì)算出PWM信號給電機(jī)控制模塊，控制電機(jī) 控制模塊輸出三相電壓的占空比，電機(jī)控制模塊接受MCU的控制，輸出三相電壓給伺服電 機(jī)，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)閥的閥門開度控制。選擇地，所述的步驟1的具體方法包括在閥桿上設(shè)置位置檢測裝置，通過該位置 檢測裝置直接檢測、計(jì)算并獲得閥桿的角度位置信息。選擇地，所述的步驟1的具體方法包括，在閥桿上設(shè)置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的主 動(dòng)件設(shè)置在閥桿上，從動(dòng)件的轉(zhuǎn)軸上設(shè)有位置檢測裝置，通過傳動(dòng)比大小的設(shè)定，使傳動(dòng)機(jī) 構(gòu)位移的大小與閥門的開度一一對應(yīng)，通過位置檢測裝置檢測傳動(dòng)機(jī)構(gòu)位移的大小，直接 獲得閥門的開度。所述的傳動(dòng)比大小的設(shè)定，使閥門從全開到全閉或從全閉到全開，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中從 動(dòng)件的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度不到360°。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于1.可以根據(jù)需要任意控制閥的開度，而且控制精度非常高。交流伺服系統(tǒng)的控 制精度高，并且有位置檢測裝置感應(yīng)角度位置，構(gòu)成閉環(huán)控制，所以整個(gè)電動(dòng)閥的控制精度
尚o2.成本低。用位置檢測裝置取代了傳統(tǒng)的編碼器，位置檢測裝置的成本非常低，遠(yuǎn) 遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的編碼器。3.可靠性高。位置檢測裝置為非接觸式傳感器，防塵、抗振，即使在惡劣的使用環(huán) 境下也能正常工作。目前永磁材料技術(shù)得到了很大的發(fā)展，位置檢測裝置中的磁鋼在一般 使用環(huán)境下不會(huì)退磁。閥桿和電機(jī)軸上都裝有位置檢測裝置，即提高了控制精度，又增強(qiáng)了
可靠性。4.可以控制轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速。交流伺服系統(tǒng)有電流傳感器和位置傳感器，可以根據(jù)需要 對轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速進(jìn)行任意的控制，避免閥在開啟和關(guān)閉時(shí)因轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速過大造成的閥門或設(shè) 備損壞問題。5.響應(yīng)快。這主要是由交流伺服系統(tǒng)的快速響應(yīng)決定的，滿足需要快速響應(yīng)的電 動(dòng)閥的需要。6.可以實(shí)現(xiàn)閥門的自動(dòng)控制。伺服控制器內(nèi)有MCU，可以方便地與其他設(shè)備進(jìn)行 通訊，接收或發(fā)出控制指令，實(shí)現(xiàn)閥門的自動(dòng)控制。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)地說明。


圖1為本發(fā)明伺服電動(dòng)閥的實(shí)施例一的整體結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明伺服電動(dòng)閥的剖面示意圖；圖3為本發(fā)明伺服電動(dòng)閥的控制結(jié)構(gòu)簡圖；圖4為本發(fā)明伺服電動(dòng)閥的控制結(jié)構(gòu)實(shí)施例一的簡圖；圖5為伺服電動(dòng)閥的控制系統(tǒng)的機(jī)械環(huán)框圖； 圖6為本發(fā)明伺服電動(dòng)閥的控制結(jié)構(gòu)實(shí)施例二的簡圖；圖7為本發(fā)明伺服電動(dòng)閥的實(shí)施例二的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本發(fā)明伺服電動(dòng)閥的實(shí)施例二的控制結(jié)構(gòu)簡圖；圖9為本發(fā)明伺服電動(dòng)閥的實(shí)施例三的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖10為單極位置檢測裝置安裝于軸上的結(jié)構(gòu)示意圖；圖11為單極位置檢測裝置的立體分解圖；圖12 圖13為單極位置檢測裝置安裝于軸上的立體圖；圖14 圖17為導(dǎo)磁環(huán)的倒角設(shè)計(jì)圖；圖18為單極位置檢測裝置實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；圖19為單極位置檢測裝置實(shí)施例一的信號處理裝置的框圖；圖20為單極位置檢測裝置實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；圖21為單極位置檢測裝置實(shí)施例二的信號處理裝置的框圖；圖22為單極位置檢測裝置實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖；圖23為單極位置檢測裝置實(shí)施例三的信號處理裝置的框圖；圖24為單極位置檢測裝置實(shí)施例四的結(jié)構(gòu)示意圖；圖25為單極位置檢測裝置實(shí)施例四的信號處理裝置的框圖；圖26為多極位置檢測裝置的立體分解圖；圖27為將設(shè)有兩個(gè)導(dǎo)磁環(huán)的位置檢測裝置的各元件組合到一起的結(jié)構(gòu)示意圖；圖28為順序設(shè)置的多極位置檢測裝置的信號處理方法的流程圖之一；圖29為順序設(shè)置的位置檢測裝置的信號處理方法的流程圖之二 ；圖30為順序設(shè)置的位置檢測裝置的信號處理方法的流程圖之三；圖31為順序設(shè)置的位置檢測裝置的信號處理方法的流程圖之四；圖32為順序設(shè)置的位置檢測裝置的實(shí)施例一的第一磁鋼環(huán)、導(dǎo)磁環(huán)和磁感應(yīng)元 件的結(jié)構(gòu)圖；圖33為順序設(shè)置的位置檢測裝置的實(shí)施例一的第一磁鋼環(huán)充磁磁序及與磁感應(yīng) 元件的位置關(guān)系圖；圖34為磁鋼環(huán)303的算法流程圖；圖35為順序設(shè)置的位置檢測裝置的實(shí)施例一的信號處理裝置的框圖；圖36為順序設(shè)置方式的位置檢測裝置的實(shí)施例二的第一磁鋼環(huán)霍爾元件和導(dǎo)磁 環(huán)、磁感應(yīng)元件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖37為順序設(shè)置方式的位置檢測裝置的實(shí)施例二的第一磁鋼環(huán)充磁磁序及與磁 感應(yīng)元件的位置關(guān)系圖；圖38為順序設(shè)置方式的位置檢測裝置的實(shí)施例二的信號處理裝置的框圖；圖39為順序設(shè)置方式的位置檢測裝置的實(shí)施例三的第一磁鋼環(huán)霍爾元件和導(dǎo)磁 環(huán)、磁感應(yīng)元件的結(jié)構(gòu)示意11
圖40為順序設(shè)置方式的位置檢測裝置的實(shí)施例三的第一磁鋼環(huán)充磁磁序及與磁 感應(yīng)元件的位置關(guān)系圖；圖41為順序設(shè)置方式的位置檢測裝置的實(shí)施例三的信號處理裝置的框圖；圖42為順序設(shè)置的位置檢測裝置的實(shí)施例四的第一磁鋼環(huán)霍爾元件和導(dǎo)磁環(huán)、 磁感應(yīng)元件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖43為順序設(shè)置的位置檢測裝置的實(shí)施例四的第一磁鋼環(huán)充磁磁序及與磁感應(yīng) 元件的位置關(guān)系圖；圖44為順序設(shè)置的位置檢測裝置的實(shí)施例四的信號處理裝置的框圖；圖45為磁感應(yīng)元件直接表貼于位置檢測裝置上的位置檢測裝置結(jié)構(gòu)的立體分解 圖；圖46 圖49分別是對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)的磁感應(yīng)元件直接表貼于位置檢測裝置上 的結(jié)構(gòu)示意圖；圖50為均勻設(shè)置的位置檢測裝置的實(shí)施例一對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)設(shè)有3個(gè)磁感應(yīng) 元件時(shí)得到的編碼；圖51為均勻設(shè)置的位置檢測裝置的實(shí)施例一對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)設(shè)有3個(gè)磁感應(yīng) 元件時(shí)第二磁鋼環(huán)的充磁順序；圖52為均勻設(shè)置的位置檢測裝置的實(shí)施例一的第二磁鋼環(huán)、導(dǎo)磁環(huán)和磁感應(yīng)元 件的結(jié)構(gòu)53為均勻設(shè)置的位置檢測裝置的實(shí)施例一的第一磁鋼環(huán)均勻磁化為6對極時(shí) 對應(yīng)2個(gè)磁感應(yīng)元件的布置圖；圖54為均勻設(shè)置的位置檢測裝置的實(shí)施例一的第一磁鋼環(huán)、導(dǎo)磁環(huán)和磁感應(yīng)元 件的結(jié)構(gòu)圖；圖55為均勻設(shè)置的位置檢測裝置的實(shí)施例二的第一磁鋼環(huán)、導(dǎo)磁環(huán)和磁感應(yīng)元 件的結(jié)構(gòu)56為均勻設(shè)置的位置檢測裝置的實(shí)施例三的第一磁鋼環(huán)、導(dǎo)磁環(huán)和磁感應(yīng)元 件的結(jié)構(gòu)圖；圖57為均勻設(shè)置的位置檢測裝置的實(shí)施例四的第一磁鋼環(huán)、導(dǎo)磁環(huán)和磁感應(yīng)元 件的結(jié)構(gòu)圖；圖58是均勻設(shè)置的位置檢測裝置的實(shí)施例一至實(shí)施例四的另一種結(jié)構(gòu)的立體分 解圖；圖59為另一種減速裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖60為另一種減速裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；以及圖61為一體機(jī)的分解圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一圖1為本發(fā)明伺服電動(dòng)閥的實(shí)施例一的整體結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明提 供一種伺服電動(dòng)閥，包括閥體1，閥體1的兩端分別為出液腔41和進(jìn)液腔40。閥體1中設(shè) 有閥桿2，伺服電機(jī)10的輸出通過聯(lián)軸器3與減速器輸入端蝸桿24相連，減速器的輸出端渦輪25與閥桿2相連，閥桿2與閥孔5相連并控制閥孔5的開度。伺服電機(jī)10的電機(jī)軸 上設(shè)有位置檢測裝置7，位置檢測裝置7輸入信號給伺服控制器9控制伺服電機(jī)10驅(qū)動(dòng)減 速器并通過閥桿2控制閥孔5的開度。如圖1結(jié)合圖2所示，本發(fā)明的伺服電動(dòng)閥可以通過手動(dòng)和電動(dòng)兩種方式控制閥 孔5的開度，因?yàn)樵谝恍┨厥獾那闆r，如電動(dòng)控制閥孔5失效時(shí)需要手動(dòng)控制閥孔5。當(dāng)轉(zhuǎn) 動(dòng)手輪30時(shí)，通過聯(lián)軸器6帶動(dòng)蝸桿24旋轉(zhuǎn)，蝸桿24帶動(dòng)蝸輪25旋轉(zhuǎn)，蝸輪25被限制了 軸向移動(dòng)，只能轉(zhuǎn)動(dòng)。閥桿24上端有螺紋，蝸輪25通過螺紋與閥桿2連接，閥桿2被限制 了旋轉(zhuǎn)，只能沿軸向上下運(yùn)動(dòng)。蝸輪25在旋轉(zhuǎn)時(shí)，在螺紋的作用下使閥桿2上升或下降，從 而實(shí)現(xiàn)閥孔5的開啟或閉合。另一種電動(dòng)控制方式是通過伺服控制器9控制伺服電機(jī)10 運(yùn)行。伺服電機(jī)10通過聯(lián)軸器3帶動(dòng)蝸桿24旋轉(zhuǎn)，蝸桿24帶動(dòng)蝸輪25旋轉(zhuǎn)。與手動(dòng)控 制相同，蝸輪25在旋轉(zhuǎn)時(shí)，在螺紋的作用下使閥桿2上升或下降，從而實(shí)現(xiàn)閥孔5的開啟或 閉合。在電機(jī)軸上裝有位置檢測裝置7，用于檢測電機(jī)軸的角度位置，通過信號線8傳遞給 伺服控制器9，伺服控制器9通過控制線31對伺服電機(jī)10進(jìn)行閉環(huán)控制，從而精確控制閥 孔5的開度。圖3為本發(fā)明伺服電動(dòng)閥的控制結(jié)構(gòu)簡圖。如圖3所示，電動(dòng)閥的控制系統(tǒng)包括 伺服控制器9、伺服電機(jī)10和位置檢測裝置7。伺服控制器9包括數(shù)據(jù)處理單元、電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元和電流傳感器，數(shù)據(jù)處理單元接 收輸入的指令信號、電流傳感器采集的電機(jī)輸入電流信號和位置檢測裝置7輸出的代表電 機(jī)角度的信息，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，輸出控制信號給電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元根據(jù)控制 信號輸出合適的電壓給伺服電機(jī)10，從而實(shí)現(xiàn)對伺服電機(jī)10的精確控制。數(shù)據(jù)處理單元包括機(jī)械環(huán)控制子單元、電流環(huán)控制子單元、PWM控制信號產(chǎn)生子單 元和傳感器信號處理子單元；傳感器信號處理子單元接收位置檢測裝置輸出的代表電機(jī)角度的信息，將電機(jī)的 角度傳輸給所述的機(jī)械環(huán)控制子單元；所述傳感器信號處理子單元還接收所述電流傳感器 的檢測到的電流信號，經(jīng)過A/D采樣后輸出給所述的電流環(huán)控制子單元；所述機(jī)械環(huán)控制子單元根據(jù)接收到的指令信號和電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，經(jīng)過運(yùn)算得 到電流指令，并輸出給所述的電流環(huán)控制子單元；電流環(huán)控制子單元根據(jù)接收到的電流指令的電流傳感器輸出的電流信號，經(jīng)過運(yùn) 算得到三相電壓的占空比控制信號，并輸出給PWM控制信號產(chǎn)生子單元；PWM控制信號產(chǎn)生子單元根據(jù)接收到的三相電壓的占空比控制信號，生成具有一 定順序的六路PWM信號，分別作用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元。電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元包括六個(gè)功率開關(guān)管，所述開關(guān)管每兩個(gè)串聯(lián)成一組，三組并聯(lián)連 接在直流供電線路之間，每一開關(guān)管的控制端受PWM控制信號產(chǎn)生子單元輸出的PWM信號 的控制，每一組中的兩個(gè)開關(guān)管分時(shí)導(dǎo)通。電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元根據(jù)PWM信號，產(chǎn)生三相電壓給伺 服電機(jī)10，控制伺服電機(jī)10運(yùn)行。伺服電機(jī)10通過聯(lián)軸器3驅(qū)動(dòng)蝸桿24轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使閥 桿2載渦輪25的帶動(dòng)下作上下運(yùn)動(dòng)，控制閥孔5的開度。圖4為本發(fā)明伺服電動(dòng)閥的控制結(jié)構(gòu)實(shí)施例一的簡圖。如圖4所示，數(shù)據(jù)處理單 元為MCU，電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元為IPM模塊。在該實(shí)施例中，從位置檢測裝置7中輸出電壓信號，因 此在伺服控制器9的數(shù)據(jù)處理單元中設(shè)有角度計(jì)算單元，將位置檢測裝置7中輸出的電壓信號轉(zhuǎn)換成角度信息。具體而言，MCU根據(jù)設(shè)定的閥的開度，計(jì)算出閥桿上升或下降的位移，再通過螺距 計(jì)算出蝸輪軸的角度位置，然后通過減速器的傳動(dòng)比，計(jì)算出電機(jī)軸的角度位置，即角度指 令，通過控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)到指定的角度來控制閥的開度。結(jié)合圖5所示，機(jī)械環(huán)根據(jù)角度指令和角度求解算法得到的角度反饋，經(jīng)過控制 計(jì)算，計(jì)算出電流指令，傳遞給電流環(huán)。機(jī)械環(huán)包括蝸輪位置環(huán)、電機(jī)位置環(huán)和速度環(huán)，蝸輪 位置環(huán)輸出電機(jī)角度指令，電機(jī)位置環(huán)輸出速度指令，速度環(huán)輸出電流指令。根據(jù)設(shè)定閥門開度計(jì)算出蝸輪角度指令。位置檢測裝置7感應(yīng)電機(jī)軸的角度位 置，并將感應(yīng)的電壓信號傳遞給MCU，經(jīng)過A/D采樣得到包含角度信息的數(shù)字信號，傳遞給 MCU內(nèi)的CPU，CPU運(yùn)行角度求解算法，得到電機(jī)角度反饋。電機(jī)角度指令減去電機(jī)角度反 饋，得到電機(jī)角度誤差，通過PID控制器對電機(jī)角度進(jìn)行PID控制，得到速度指令，電機(jī)角度 的PID控制叫做電機(jī)位置環(huán)，電機(jī)位置環(huán)輸出的是速度指令，傳遞給速度環(huán)。電機(jī)角度反饋通過微分器得到速度反饋，速度指令減去速度反饋，得到速度誤差， 通過PID控制器對速度進(jìn)行PID控制，得到電流指令I(lǐng)q ref。速度的PID控制叫做速度環(huán)。 電流指令為速度環(huán)的輸出，也為機(jī)械環(huán)的輸出，機(jī)械環(huán)輸出電流指令I(lǐng)^rf給電流環(huán)。圖6為本發(fā)明伺服電動(dòng)閥的控制結(jié)構(gòu)實(shí)施例二的簡圖。如圖6所示，與圖4所示 的控制結(jié)構(gòu)不同之處在于，在該實(shí)施例中，位置檢測裝置7集成有角度計(jì)算單元，因此在位 置檢測裝置7內(nèi)完成了將電壓信號轉(zhuǎn)換成角度信號。直接輸出的角度信號通過同步口通訊 輸入機(jī)械環(huán)子單元中。結(jié)合上述伺服電動(dòng)閥的控制結(jié)構(gòu)簡圖，來說明本發(fā)明伺服電動(dòng)閥的控制方法。設(shè) 定電動(dòng)閥閥門開度值，并將該數(shù)值預(yù)存在伺服控制器的MCU中；根據(jù)電動(dòng)閥閥門開度值的 大小，計(jì)算出閥桿的位移量，伺服控制器根據(jù)減速器的傳動(dòng)比，計(jì)算電機(jī)軸的驅(qū)動(dòng)角度；伺 服控制器每隔一個(gè)固定周期，讀取位置檢測裝置的電壓信號，并將所述的電壓信號通過角 度求解算法轉(zhuǎn)換成電機(jī)軸的角度位置。檢測電機(jī)軸的實(shí)際角度，對伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)角度進(jìn) 行控制，使其達(dá)到預(yù)存數(shù)值，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)閥的閥門開度控制。實(shí)施例二圖7為本發(fā)明伺服電動(dòng)閥的實(shí)施例二的整體結(jié)構(gòu)示意圖。如圖7所示，渦輪軸32 上也設(shè)有位置檢測裝置7，位置檢測裝置7檢測閥桿2的角度信息，輸入信號給伺服控制器 9，伺服控制器9控制伺服電機(jī)10驅(qū)動(dòng)減速器并通過閥桿2控制閥孔5的開度。圖8為本發(fā)明伺服電動(dòng)閥的實(shí)施例二的控制結(jié)構(gòu)簡圖。如圖8所示，與實(shí)施例一 不同之處在于，在蝸桿2和電機(jī)軸上分別裝有位置檢測裝置7，分別用于檢測蝸桿2的角度 位置和電機(jī)軸的角度位置，并傳遞給伺服控制器9，伺服控制器9對蝸桿和伺服電機(jī)10進(jìn)行 閉環(huán)控制，從而控制閥的開度。本發(fā)明伺服電動(dòng)閥的實(shí)施例二的控制方法如下在閥桿上設(shè)置位置檢測裝置，通 過該位置檢測裝置直接檢測、計(jì)算并獲得閥桿的角度位置信息，將感應(yīng)電壓信號傳遞給伺 服控制器的MCU，伺服控制器經(jīng)過計(jì)算，獲得閥桿的角度位置信息；檢測伺服電機(jī)軸的角度 位置，將感應(yīng)電壓信號傳遞給伺服控制器的MCU，伺服控制器經(jīng)過計(jì)算，獲得電機(jī)軸的角度 位置信息；MCU接收位置檢測裝置的電壓信號和電流傳感器感應(yīng)的電機(jī)三相電流信號，并 運(yùn)行角度求解算法和進(jìn)行相應(yīng)控制計(jì)算，計(jì)算出PWM信號給電機(jī)控制模塊，控制電機(jī)控制模塊輸出三相電壓的占空比，電機(jī)控制模塊接受MCU的控制，輸出三相電壓給伺服電機(jī)，驅(qū) 動(dòng)伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)閥的閥門開度控制。實(shí)施例三圖9為本發(fā)明伺服電動(dòng)閥的實(shí)施例三的整體結(jié)構(gòu)示意圖。如圖9所示，與實(shí)施例 二不同之處在于，在閥桿2上另設(shè)有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件設(shè)置在閥桿2上，從動(dòng) 件的轉(zhuǎn)軸上設(shè)有位置檢測裝置7，在該實(shí)施例中，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件為齒輪43，從動(dòng)件為齒 輪44，即齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。齒輪44設(shè)置在齒輪軸42上。位置檢測裝置7輸入信號給伺服控 制器9，伺服控制器9控制伺服電機(jī)10驅(qū)動(dòng)減速器并通過閥桿2控制閥孔5的開度。圖2結(jié)合圖9所示，當(dāng)閥桿2在最底部時(shí)，將閥孔5堵住，進(jìn)液腔40和出液腔41 不連通，實(shí)現(xiàn)了閥的閉合。閥桿2從最底部向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，閥孔5逐漸打開，進(jìn)液腔和出液腔 連通，實(shí)現(xiàn)了閥的開啟。密封填料36的作用是防止閥體1中的液體從閥蓋33流出。本發(fā)明伺服電動(dòng)閥的實(shí)施例三的控制方法如下在閥桿上設(shè)置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，該傳動(dòng) 機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件設(shè)置在閥桿上，從動(dòng)件的轉(zhuǎn)軸上設(shè)有位置檢測裝置，通過傳動(dòng)比大小的設(shè)定， 使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)位移的大小與閥門的開度一一對應(yīng)，通過位置檢測裝置檢測傳動(dòng)機(jī)構(gòu)位移的大 小，直接獲得閥門的開度。其中，傳動(dòng)比大小的設(shè)定，使閥門從全開到全閉或從全閉到全開， 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中從動(dòng)件的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度不到360° ；檢測伺服電機(jī)軸的角度位置，將感應(yīng)電壓信 號傳遞給伺服控制器的MCU，伺服控制器經(jīng)過計(jì)算，獲得電機(jī)軸的角度位置信息；MCU接收 位置檢測裝置的電壓信號和電流傳感器感應(yīng)的電機(jī)三相電流信號，并運(yùn)行角度求解算法和 進(jìn)行相應(yīng)控制計(jì)算，計(jì)算出PWM信號給電機(jī)控制模塊，控制電機(jī)控制模塊輸出三相電壓的 占空比，電機(jī)控制模塊接受MCU的控制，輸出三相電壓給伺服電機(jī)，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)，實(shí) 現(xiàn)電動(dòng)閥的閥門開度控制。本發(fā)明的位置檢測裝置設(shè)有1個(gè)磁鋼環(huán)和1個(gè)導(dǎo)磁環(huán)，被稱為單極位置檢測裝置。 然而，在本發(fā)明的位置檢測裝置中可以設(shè)有多個(gè)磁鋼環(huán)和相應(yīng)的多個(gè)導(dǎo)磁環(huán)，被稱為多極 位置檢測裝置。無論采用單級或者多級的位置檢測裝置，都是將1個(gè)或多個(gè)磁鋼環(huán)設(shè)置在 轉(zhuǎn)軸上，磁鋼環(huán)的外部套設(shè)導(dǎo)磁環(huán)，并將磁感應(yīng)元件插設(shè)在導(dǎo)磁環(huán)的間隙中，為了便于固定 導(dǎo)磁環(huán)，還設(shè)置有骨架，使導(dǎo)磁環(huán)和骨架一體成型。當(dāng)轉(zhuǎn)軸發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，磁感應(yīng)元件感測到 轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)輸入信號給伺服控制器，伺服控制器控制伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)閥桿進(jìn)而控制閥孔的開 度。單極位置檢測裝置圖10為單極位置檢測裝置安裝于軸上的結(jié)構(gòu)示意圖；圖11為單極位置檢測裝置 的立體分解圖；圖12和圖13是單極位置檢測裝置安裝于軸上的立體圖；如圖10 圖13所 示，本發(fā)明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。 磁感應(yīng)元件106通常采用霍爾感應(yīng)元件。磁鋼環(huán)103裝在軸107上，軸107就是上述電動(dòng)閥的各個(gè)實(shí)施例中的包括閥桿、電 機(jī)軸、傳動(dòng)裝置的從動(dòng)件軸在內(nèi)的各種轉(zhuǎn)軸，導(dǎo)磁環(huán)104固定在骨架105上，骨架105固定 在電機(jī)的合適位置。當(dāng)軸107轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，磁鋼環(huán)103轉(zhuǎn)動(dòng)，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(jìn)入主控板芯片。由主控板上芯片對電壓信號進(jìn)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(shí)，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(shí)與骨架105固定在一起。圖14 圖17以由1/4弧段和3/4弧段構(gòu)成的導(dǎo)磁環(huán)為例，圖示了本發(fā)明的導(dǎo)磁 環(huán)的倒角設(shè)計(jì)。如圖14 圖17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 14所示的導(dǎo)磁環(huán)沒有設(shè)計(jì)倒角，圖15 圖17所示的弧段端部設(shè)有倒角，所述倒角為沿軸向 (圖15)或徑向(圖16)或同時(shí)沿軸向、徑向(圖17)切削而形成的倒角，151、153表示軸 向切面，152、154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(dāng)磁鋼 環(huán)與導(dǎo)磁環(huán)發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，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B 二$可以知道，當(dāng) 一定時(shí)候，可以通過減少S，增加B。因?yàn)橛来朋w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?yàn)榇艌鼋蛔兌鴮?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(qiáng)度，使 得磁感應(yīng)元件的輸出信號增強(qiáng)。本發(fā)明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)換電路、合成模塊、角度獲取模塊和存儲(chǔ)模塊，其中，A/D轉(zhuǎn)換電路對位置檢測裝置中磁 感應(yīng)元件發(fā)送來的電壓信號進(jìn)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(gè)數(shù)，該模塊中具有多個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，分別用于對每個(gè)磁感應(yīng)元件發(fā)送來的電壓信號 進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；所述合成模塊對經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的多個(gè)電壓信號進(jìn)行處理，得到基準(zhǔn)信號D ； 所述角度獲取模塊，根據(jù)該基準(zhǔn)信號D，在角度存儲(chǔ)表中選擇與其相對的角度作為偏移角度 0 ；所述存儲(chǔ)模塊用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。上述各個(gè)模塊可以構(gòu)成一 MCU。以下通過實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明的位置檢測裝置 及其信號處理裝置。實(shí)施例一在單極位置檢測裝置中設(shè)有兩個(gè)磁感應(yīng)元件。圖18為單極位置檢測裝置實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖18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(gè)磁感應(yīng)元件Hi、H2放置于A和B處的狹縫中。在電 機(jī)軸上，導(dǎo)磁環(huán)104與磁鋼環(huán)113同心安裝。圖19為單極位置檢測裝置實(shí)施例一的信號處理裝置的框圖，磁感應(yīng)元件氏和H2 的輸出信號接MCU的內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器模擬輸入口，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后得到輸出信號接乘法器1、 2，系數(shù)矯正器7的輸出信號K接乘法器1、2的輸入端，乘法器1、2的輸出信號接合成器3 的輸入端，合成器3輸出信號D和R，系數(shù)矯正器7接收合成器3輸出的信號D和R，通過運(yùn) 算得到信號K，通過使磁感應(yīng)元件&和H2的信號與該信號K進(jìn)行相乘，以此來進(jìn)行溫度補(bǔ) 償，消除溫度對信號的影響。存儲(chǔ)器4中存儲(chǔ)有一角度存儲(chǔ)表，MCU根據(jù)信號D在角度存儲(chǔ) 表中選擇與其相對的角度作為偏移角度0。其中對信號的處理，即合成器3對信號的處理原則是比較兩個(gè)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(gè)信號的符合位，第二個(gè)信號的符合位，較小數(shù)值的信號的數(shù)值位}。以本實(shí)施例為例，說明如下約定當(dāng)數(shù)據(jù)X為有符號數(shù)時(shí)，數(shù)據(jù)X的第0位(二進(jìn)制左起第1位)為符號位，X_0 = 1表示數(shù)據(jù)X為負(fù)，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>=B_DD = {A_0 ;B_0 ;B_D}R=y/A2+B2 ；否則D = {A_0 ;B_0 ;A_D}ylA2+B2。在存儲(chǔ)模塊中存儲(chǔ)有一標(biāo)準(zhǔn)角度表，其中存儲(chǔ)了對應(yīng)于一系列的碼，每一個(gè)碼對 應(yīng)于一個(gè)角度。該表是通過標(biāo)定得到的，標(biāo)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(jìn)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(chǔ)模塊中還存儲(chǔ)了一些數(shù)據(jù)修正表，這些表中包括一個(gè)信號R與其標(biāo) 準(zhǔn)狀態(tài)下的信號Ro的對應(yīng)表，通過合成模塊，即合成器3得到的信號R，通過查表可以得到 一信號禮，通過將信號禮和信號R進(jìn)行比較，如除法運(yùn)算，得到信號K。實(shí)施例二在單極位置檢測裝置的實(shí)施例二中設(shè)有四個(gè)磁感應(yīng)元件。圖20為單極位置檢測裝置實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖20所示，與設(shè)有兩個(gè)磁 感應(yīng)元件的位置檢測裝置不同之處在于，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(gè)位置角度依次相隔為90°。分別以114、115、116和117表示的4 個(gè)磁感應(yīng)元件&、H2、H3、H4分別放置于狹縫A、B、C和D處。圖21為單極位置檢測裝置實(shí)施例二的信號處理裝置的框圖。如圖21所示，信號 處理裝置與處理方法與實(shí)施例一相類似，不同在于，由于本實(shí)施例二中有4個(gè)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(diǎn)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(gè)，處理過程 及方法與實(shí)施例一相同。因此，在此不再贅述。實(shí)施例三圖22為單極位置檢測裝置實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖22所示，與設(shè)有四個(gè)磁 感應(yīng)元件的位置檢測裝置不同之處在于，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(gè)位置依次相距120°。分別以123、124和125表示的3個(gè)傳感器氏、H2、 H3分別放置狹縫處。圖23為單極位置檢測裝置實(shí)施例三的信號處理裝置的框圖。與實(shí)施例一不同的 是，磁感應(yīng)元件有三個(gè)，輸出給合成器的信號為三個(gè)，合成器在處理信號時(shí)與實(shí)施例一不 同，其余與實(shí)施例一相同。在這里，僅說明合成器如何處理信號。在本實(shí)施例中，對信號的處理，即合成器4對信號的處理原則是先判斷三個(gè)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
17結(jié)構(gòu)為{第一個(gè)信號的符合位，第二個(gè)信號的符合位，第三個(gè)信號的符合位，較小數(shù)值的信 號的數(shù)值位}。以本實(shí)施例為例約定當(dāng)數(shù)據(jù)X為有符號數(shù)時(shí)，數(shù)據(jù)X的第0位(二進(jìn)制左起第1位)為符號位，X_0 = 1表示數(shù)據(jù)X為負(fù)，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_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}如果{A_0;B_0 ；C_0} = 100 并且 B_D < C_DD = {A_0 ;B_0 ；C_0 ;B_D}如果{A_0;B_0 ；C_0} = 001 并且 B_D >= A_DD = {A_0 ;B_0 ；C_0 ;A_D}如果{A_0;B_0 ；C_0} = 001 并且 B_D < A_DD = {A_0 ；B—0 ；C_0 ;B_D}如果{A_0;B_0 ;C_0} = 110 并且 B—D >= A_DD = {A_0 ;B_0 ；C_0 ;A_D}如果{A_0;B_0 ；C_0} = 110 并且 B_D < A_DD = {A_0 ;B_0 ；C_0 ;B_D}a = A-Bx cos(y) - C x cos(y)J3 = Bx sin( j) - c X sin( j)R = ^ja2 + J32實(shí)施例四圖24為單極位置檢測裝置實(shí)施例四的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖24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(xiàn)六個(gè)位置依次相距 60°，分別以130、131、132、133、134和135表示的6個(gè)傳感器H” H2、H3、H4、H5、H6分別放置狹縫內(nèi)。圖25為單極位置檢測裝置實(shí)施例四的信號處理裝置的框圖。與設(shè)有三個(gè)磁感應(yīng) 元件的位置檢測裝置不同之處在于，磁感應(yīng)元件有六個(gè)，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(diǎn)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(gè)，處理過程及方法與設(shè)有三個(gè)磁感應(yīng)元件的位置檢測裝置相同。多極位置檢測裝置圖26為多極位置檢測裝置的立體分解圖。如圖26所示，該位置檢測裝置包括轉(zhuǎn) 子和將轉(zhuǎn)子套在內(nèi)部的定子，具體地，轉(zhuǎn)子包括第一磁鋼環(huán)302和第二磁鋼環(huán)303，磁鋼環(huán) 302,303的直徑小于導(dǎo)磁環(huán)304、305的直徑，因而導(dǎo)磁環(huán)304、305分別套設(shè)在磁鋼環(huán)302、 303外側(cè)，磁鋼環(huán)302、303固定在轉(zhuǎn)軸301上，且導(dǎo)磁環(huán)304、305與磁鋼環(huán)302、303可以相 對轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使設(shè)置在支架306內(nèi)表面上的多個(gè)傳感器元件307處于磁鋼環(huán)的空隙內(nèi)。圖27為將設(shè)有兩個(gè)導(dǎo)磁環(huán)的位置檢測裝置的各元件組合到一起的結(jié)構(gòu)示意圖。 從圖27可以看出，磁鋼環(huán)302、磁鋼環(huán)303平行布置在軸301上，對應(yīng)于磁鋼環(huán)302、磁鋼環(huán) 303分別設(shè)有兩列磁感應(yīng)元件308和309。這里為下文說明方便，將第一列磁感應(yīng)元件即對 應(yīng)磁鋼環(huán)302和導(dǎo)磁環(huán)304的多個(gè)磁感應(yīng)元件都用磁感應(yīng)元件308表示，而將第二列磁感 應(yīng)元件即對應(yīng)磁鋼環(huán)303和導(dǎo)磁環(huán)305的多個(gè)磁感應(yīng)元件都用磁感應(yīng)元件309表示。為了 說明方便，這里將磁鋼環(huán)302定義為第一磁鋼環(huán)，將磁鋼環(huán)303定義為第二磁鋼環(huán)，將導(dǎo)磁 環(huán)304限定為對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)302，將導(dǎo)磁環(huán)305限定為對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)305，然后本 發(fā)明不限于上述的限定。其中，導(dǎo)磁環(huán)304、305上也可以設(shè)有倒角，其結(jié)構(gòu)與單極位置檢測裝置的導(dǎo)磁環(huán) 相同，具體參照圖14 圖17。對于多極位置檢測裝置而言，其磁感應(yīng)元件的布置方式，磁鋼環(huán)的磁化方式可以 不同。順序設(shè)置方式第一磁鋼環(huán)302被順序地磁化為N(N <=2n(n = 0,1,2-n))對磁極，并且相鄰兩 極的極性相反，第二磁鋼環(huán)的磁極總數(shù)為N，其磁序按照磁序算法確定；在支架306上，對應(yīng) 于第一磁鋼環(huán)302，以第一磁鋼環(huán)302的中心為圓心的同一圓周上設(shè)有m(m為2或3的整數(shù) 倍)個(gè)呈一定角度分布的磁感應(yīng)元件308 ；對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)303，以第二磁鋼環(huán)303的中 心為圓心的同一圓周上設(shè)有n(n = 0，1，2…n)個(gè)呈360° /N角度分布的磁感應(yīng)元件309。本發(fā)明還提供了一種上述位置檢測裝置的信號處理裝置，其包括A/D轉(zhuǎn)換電路、 相對偏移角度9工計(jì)算電路、絕對偏移量92計(jì)算電路、角度合成及輸出模塊和存儲(chǔ)模塊，其 中，所述A/D轉(zhuǎn)換電路對位置檢測裝置發(fā)送來的電壓信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并將模擬信號轉(zhuǎn)換 為數(shù)字信號；所述相對偏移角度e工計(jì)算電路用于計(jì)算位置檢測裝置中對應(yīng)于第一磁鋼環(huán) 的磁感應(yīng)元件發(fā)送來的第一電壓信號在所處信號周期內(nèi)的相對偏移量；所述絕對偏移 量e 2計(jì)算電路根據(jù)位置檢測裝置中對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)的磁感應(yīng)元件發(fā)送來的第二電壓信 號，通過計(jì)算來確定第一電壓信號所處的信號周期首位置的絕對偏移量e2 ；所述角度合成 及輸出模塊用于將上述相對偏移量和絕對偏移量e2相加，合成所述第一電壓信號所代 表的在該時(shí)刻的旋轉(zhuǎn)角度e ；所述存儲(chǔ)模塊用于存儲(chǔ)標(biāo)定過程中得到的角度和系數(shù)K矯正 用數(shù)據(jù)。
圖28為順序設(shè)置的多極位置檢測裝置的信號處理方法的流程圖之一。如圖28所 示，對位置檢測裝置中第一磁鋼環(huán)和第二磁鋼環(huán)發(fā)送來的電壓信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將模擬 信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；由相對偏移量e i計(jì)算電路對位置檢測裝置發(fā)送來的對應(yīng)于第一磁 鋼環(huán)的第一電壓信號進(jìn)行角度9 i求解，計(jì)算對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)的信號在所處信號周期內(nèi) 的相對偏移量9,；由絕對偏移量e 2計(jì)算電路對位置檢測裝置發(fā)送來的對應(yīng)于第二磁鋼環(huán) 的第一電壓信號進(jìn)行角度0 2求解，來確定第一電壓信號所處的信號周期首位置的絕對偏 移量e2;通過角度合成及輸出模塊，如加法器用于將上述相對偏移量和絕對偏移量e2 相加，合成所述第一電壓信號所代表的在該時(shí)刻的旋轉(zhuǎn)角度0。圖29為順序設(shè)置的位置檢測裝置的信號處理方法的流程圖之二。在圖29的基礎(chǔ) 上增加了信號放大模塊，如放大器，用于在A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換之前，對來自于位置 檢測裝置的電壓信號進(jìn)行放大。圖30為順序設(shè)置的位置檢測裝置的信號處理方法的流程圖之三。如圖30所示， 在進(jìn)行角度9工求解之前，還包括溫度補(bǔ)償?shù)倪^程。圖31為順序設(shè)置的位置檢測裝置的信號處理方法的流程圖之四。如圖31所示， 為基于圖5的溫度補(bǔ)償?shù)木唧w過程，即進(jìn)行溫度補(bǔ)償時(shí)，要先進(jìn)行系數(shù)矯正，而后再將A/D 轉(zhuǎn)換器輸出的信號與系數(shù)矯正的輸出通過乘法器進(jìn)行相乘的具體方式來進(jìn)行溫度補(bǔ)償。當(dāng) 然，溫度補(bǔ)償?shù)木唧w方式還有很多種，在些就不一一介紹。以下通過實(shí)施例詳細(xì)說明順序設(shè)置方式的位置檢測裝置及其信號處理裝置與方 法。實(shí)施例一順序設(shè)置的位置檢測裝置的實(shí)施例一提供了第一列磁感應(yīng)元件設(shè)有兩個(gè)磁感應(yīng) 元件308，第二列感應(yīng)元件設(shè)有三個(gè)磁感應(yīng)元件309的位置檢測裝置。圖32為順序設(shè)置的位置檢測裝置的實(shí)施例一的第一磁鋼環(huán)、導(dǎo)磁環(huán)和磁感應(yīng)元 件的結(jié)構(gòu)圖；圖33為順序設(shè)置的位置檢測裝置的實(shí)施例一的第一磁鋼環(huán)充磁磁序及與磁 感應(yīng)元件的位置關(guān)系圖。對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)302的第一列磁感應(yīng)元件308為2個(gè)，即m = 2， 用氏和H2表示，這兩個(gè)磁感應(yīng)元件&和H2分別放置于對應(yīng)導(dǎo)磁環(huán)304的兩個(gè)夾縫中。對應(yīng) 于第二磁鋼環(huán)303的第二列磁感應(yīng)元件309為3個(gè)，即n = 3，用H3、H4和H5表示。取磁極 數(shù)N = 8，這樣，對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)303的相鄰兩個(gè)磁感應(yīng)元件309之間的夾角為360° /8。 對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)302的相鄰兩個(gè)磁感應(yīng)元件308之間的夾角為90° /8。從圖33可以看出，磁鋼環(huán)302的充磁順序以及扎和H2的磁極排布；圖34為磁鋼 環(huán)303的算法流程圖。如圖34所示，首先進(jìn)行初始化a
=“0……0”;然后將當(dāng)前編碼入 編碼集，即編碼集中有“0……0”;接著檢驗(yàn)入編碼集的集合元素是否達(dá)到8，如果是則程序 結(jié)束，反之將當(dāng)前編碼左移一位，后面補(bǔ)0 ；然后檢驗(yàn)當(dāng)前編碼是否已入編碼集，如果未入 編碼集則將當(dāng)前編碼入編碼集繼續(xù)進(jìn)行上述步驟，如果已入編碼集則將當(dāng)前碼末位去0補(bǔ) 1 ；接著檢驗(yàn)當(dāng)前編碼是否已入編碼集，如果未入編碼集則將當(dāng)前編碼入編碼集繼續(xù)進(jìn)行上 述步驟，如果已入編碼集則檢驗(yàn)當(dāng)前碼是否為“0……0”，是則結(jié)束，否則將當(dāng)前編碼的直接 前去碼末位去0補(bǔ)1 ；接著檢驗(yàn)當(dāng)前編碼是否已入編碼集，如果未入編碼集則將當(dāng)前編碼入 編碼集繼續(xù)進(jìn)行上述步驟，如果已入編碼集則檢驗(yàn)當(dāng)前碼是否為“0……0”，然后繼續(xù)進(jìn)行 下面的程序。其中0磁化為“N/S”，1磁化為“S/N”。這樣得到了圖10所示的磁鋼環(huán)303充磁結(jié)構(gòu)圖以及H3、H4和H5的排布順序。圖35為順序設(shè)置的位置檢測裝置的實(shí)施例一的信號處理裝置的框圖。如圖35所 示，磁感應(yīng)元件&和H2的輸出信號接放大器，放大器的輸出信號輸入給A/D轉(zhuǎn)換器模擬輸 入口，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后得到輸出信號接乘法器4、5，系數(shù)矯正器10的輸出信號接乘法器4、5的 輸入端，乘法器4、5的輸出信號A，B接合成器6的輸入端，第一合成器6的輸出信號D作為 存儲(chǔ)器8和存儲(chǔ)器9的輸入信號，存儲(chǔ)器9的輸出信號接系數(shù)矯正器10，存儲(chǔ)器8的輸出信 號作為加法器12的輸入端。傳感器H3、H4和H5的輸出信號分別接三個(gè)放大器2_3、2_4和2_5進(jìn)行放大，然后 接AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后通過第二器7進(jìn)行譯碼，然后接存儲(chǔ)器11得到02。9工和e2 通過加法器12得到測量的絕對角位移e輸出。其中，在信號的處理過程中，第一合成器6的輸出按以下方式進(jìn)行約定當(dāng)數(shù)據(jù)X為有符號數(shù)時(shí)，數(shù)據(jù)X的第0位(二進(jìn)制左起第1位)為符號位，X_0 = 1表示數(shù)據(jù)X為負(fù)，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。比較兩個(gè)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(gè)信號的符合位，第二個(gè)信號的符合位，較小數(shù)值的信號的數(shù)值位}。具體如下如果 A_D>=B_DD = {A_0 ；B_0 ;B_D}R= y/A2+B2 ；否則D = {A_0 ；B_0 ;A_D}R= ^A2+B2。第二合成器7的輸出按以下方式進(jìn)行E = {C3_0 ；C4_0 ；. . . Cn_0}信號K 一般是通過將信號禮和R進(jìn)行除法運(yùn)算得到。對于第一、二標(biāo)準(zhǔn)角度表，在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)了兩個(gè)表，每個(gè)表對應(yīng)于一系列的碼， 每一個(gè)碼對應(yīng)于一個(gè)角度。該表是通過標(biāo)定得到的，標(biāo)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(jìn)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。也就是，對 應(yīng)于信號D存儲(chǔ)了一個(gè)第一標(biāo)準(zhǔn)角度表，每一個(gè)信號D代表一個(gè)相對偏移量0lt)對應(yīng)于信 號E，存儲(chǔ)了一個(gè)第二標(biāo)準(zhǔn)角度表，每一個(gè)信號E代表一個(gè)絕對偏移量e 2。實(shí)施例二順序設(shè)置的位置檢測裝置的實(shí)施例二提供了對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)302設(shè)有四個(gè)磁 感應(yīng)元件的示意圖。圖36為順序設(shè)置方式的位置檢測裝置的實(shí)施例二的第一磁鋼環(huán)霍爾元件和導(dǎo)磁 環(huán)、磁感應(yīng)元件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖37為順序設(shè)置方式的位置檢測裝置的實(shí)施例二的第一磁 鋼環(huán)充磁磁序及與磁感應(yīng)元件的位置關(guān)系圖。如圖36所示，對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)302的第一列磁感應(yīng)元件308為4個(gè)，即m = 4，用HpHyH3和H4表示，這兩個(gè)磁感應(yīng)元件HpHyH3和H4分別放置于對應(yīng)第一導(dǎo)磁環(huán)304的 四個(gè)夾縫中。對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)303的第二列磁感應(yīng)元件309為3個(gè)，即η = 3，用H5、H6 和H7表示。取N = 8，這樣，對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)303的相鄰兩個(gè)磁感應(yīng)元件309之間的夾角 為360° /8。對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)302的相鄰兩個(gè)磁感應(yīng)元件308之間的夾角為90° /8。從圖37可以看出，磁鋼環(huán)302的充磁順序以及 H1, H2, H3和H4的磁極排布。第一 磁鋼環(huán)302的充磁結(jié)構(gòu)及算法流程與實(shí)施例一的相同，在此省略對它們的說明。圖38為順序設(shè)置方式的位置檢測裝置的實(shí)施例二的信號處理裝置的框圖。信號 處理裝置與處理方法與實(shí)施例一相類似，不同在于，由于本實(shí)施例二中有4個(gè)磁感應(yīng)元件， 磁感應(yīng)元件H1和H2的輸出信號接放大電路2-1進(jìn)行差動(dòng)放大，磁感應(yīng)元件H3和H4的輸出 信號接放大電路2-2進(jìn)行差動(dòng)放大，最終輸出給合成器的信號仍為2個(gè)，處理過程及方法與 實(shí)施例一相同。因此，在此不再贅述。實(shí)施例三為順序設(shè)置方式的位置檢測裝置的實(shí)施例三提供了對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)設(shè)有三個(gè) 磁感應(yīng)元件的結(jié)構(gòu)圖。圖39為順序設(shè)置方式的位置檢測裝置的實(shí)施例三的第一磁鋼環(huán)霍爾元件和導(dǎo)磁 環(huán)、磁感應(yīng)元件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖40為順序設(shè)置方式的位置檢測裝置的實(shí)施例三的第一磁 鋼環(huán)充磁磁序及與磁感應(yīng)元件的位置關(guān)系圖；如圖39所示，對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)302的第一列磁感應(yīng)元件308為3個(gè)，即m = 3， 用Hp H2和H3表示，這兩個(gè)磁感應(yīng)元件Hp H2和H3分別放置于對應(yīng)第一導(dǎo)磁環(huán)304的三個(gè) 夾縫中。對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)303的第二列磁感應(yīng)元件309為3個(gè)，即η = 3，用H4、H5和H6 表示。取N = 8，這樣，對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)303的相鄰兩個(gè)磁感應(yīng)元件309之間的夾角為 360° /8。對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)302的相鄰兩個(gè)磁感應(yīng)元件308之間的夾角為120° /8。從圖40可以看出，磁鋼環(huán)302的充磁順序以及HpH2和H3的磁極排布。第一磁鋼 環(huán)302的充磁結(jié)構(gòu)及算法流程與實(shí)施例一的相同，在此省略對它們的說明。圖41為順序設(shè)置方式的位置檢測裝置的實(shí)施例三的信號處理裝置的框圖。與實(shí) 施例一不同的是，磁感應(yīng)元件有三個(gè)，輸出給合成器的信號為三個(gè)，合成器在處理信號時(shí)與 實(shí)施例一不同，其余與實(shí)施例一相同。在這里，僅說明合成器如何進(jìn)行處理得到D和R。在本實(shí)施例中，對信號的處理，即第一合成器7的輸出原則是先判斷三個(gè)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(gè)信號的符合位，第二個(gè)信號的符合位，第三個(gè)信號的符合位，較小數(shù)值的信號 的數(shù)值位}。以本實(shí)施例為例約定當(dāng)數(shù)據(jù)X為有符號數(shù)時(shí)，數(shù)據(jù)X的第0位(二進(jìn)制左起第1位)為符號位，Χ_0 = 1表示數(shù)據(jù)X為負(fù)，χ_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_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}；如果{A_0；B_0 ；C_0} = 100 并且 B_D < C_DD = {A_0 ；B_0 ；C_0 ;B_D}；如果{A_0；B_0 ；C_0} = 001 并且 B_D >= A_DD = {A_0 ；B_0 ；C_0 ;A_D}；如果{A_0；B_0 ；C_0} = 001 并且 B_D < A_DD = {A_0 ；B_0 ；C_0 ;B_D}；如果{A_0；B_0 ；C_0} = 110 并且 B_D >= A_DD = {A_0 ；B_0 ；C_0 ;A_D}；如果{A_0；B_0 ；C_0} = 110 并且 B_D < A_DD = {A_0 ；B_0 ；C_0 ;B_D}；
TT71a - A-Bxcos(-j)-Cxcos(-^-)P = Bx sin(—) -Cx sin(y) 。R = y/a2 + p2實(shí)施例四順序設(shè)置的位置檢測裝置的實(shí)施例四提供了對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)設(shè)有六個(gè)磁感應(yīng) 元件的結(jié)構(gòu)圖。圖42為順序設(shè)置的位置檢測裝置的實(shí)施例四的第一磁鋼環(huán)霍爾元件和導(dǎo)磁環(huán)、 磁感應(yīng)元件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖43為順序設(shè)置的位置檢測裝置的實(shí)施例四的第一磁鋼環(huán)充 磁磁序及與磁感應(yīng)元件的位置關(guān)系圖。如圖42所示，對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)302的第一列磁感應(yīng)元件308為6個(gè)，即m = 6， 用&、H2、H3、H4、H5和H6表示，這兩個(gè)磁感應(yīng)元件Hp H2、H3、H4、H5和H6分別放置于對應(yīng)第一 導(dǎo)磁環(huán)304的六個(gè)夾縫中。對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)303的第二列磁感應(yīng)元件309為3個(gè)，即n = 3，用H7、H8和H9表示。取N = 8，這樣，對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)303的相鄰兩個(gè)磁感應(yīng)元件309 之間的夾角為360° /8。對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)302的相鄰兩個(gè)磁感應(yīng)元件308之間的夾角為 60° /8。從圖43可以看出，磁鋼環(huán)302的充磁順序以及氏為為為為和H6的排布。第一 磁鋼環(huán)302的充磁結(jié)構(gòu)及算法流程與實(shí)施例一的相同，在此省略對它們的說明。
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圖44為順序設(shè)置的位置檢測裝置的實(shí)施例四的信號處理裝置的框圖。與實(shí)施例 三不同的是，磁感應(yīng)元件有六個(gè)，因此，磁感應(yīng)元件&和吐的輸出信號接放大電路2-1進(jìn)行 差動(dòng)放大，磁感應(yīng)元件H3和H4的輸出信號接放大電路2-2進(jìn)行差動(dòng)放大，磁感應(yīng)元件H5和 H6的輸出信號接放大電路2-3進(jìn)行差動(dòng)放大，最終輸出給合成器的信號仍為3個(gè)，處理過程 及方法與實(shí)施例三相同。上述四個(gè)實(shí)施例是在n = 3的情況下，m值變化的各種實(shí)施例，本發(fā)明不限于此， 第二磁鋼環(huán)上的磁感應(yīng)元件n可以是任意整數(shù)(n = 0，1,2-n)，如圖40所示，分別為當(dāng)n =3、4、5時(shí)的第二磁鋼環(huán)、導(dǎo)磁環(huán)和磁感應(yīng)元件的分布分。圖45為磁感應(yīng)元件直接表貼于位置檢測裝置上的位置檢測裝置結(jié)構(gòu)的立體分解 圖。圖46 圖49分別是對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)的磁感應(yīng)元件直接表貼于位置檢測裝置上的結(jié) 構(gòu)示意圖。在磁感應(yīng)元件直接表貼于位置檢測裝置上的情況下，磁感應(yīng)元件的排布順序與 上述帶有導(dǎo)磁環(huán)的順序相同，且信號處理裝置及方法也相同，在此省略詳細(xì)說明。均勻設(shè)置的位置檢測裝置與順序設(shè)置的多極位置檢測裝置不同的是，對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)，以第二磁鋼環(huán)的 中心為圓心的同一圓周上設(shè)有n(n = 1，2…n)個(gè)順序分布的磁感應(yīng)元件，第二磁鋼環(huán)的磁 極磁化順序使得n個(gè)磁感應(yīng)原件輸出呈格雷碼形式。磁極的極性為格雷碼的首位為“0”對 應(yīng)于“N/S”極，首位為“ 1 ”對應(yīng)于“S/N”極。第一磁鋼環(huán)順序磁化為g(g的取值等于第二磁鋼環(huán)中的磁極總數(shù))對極(N極和 S極交替排列)，當(dāng)?shù)诙配摥h(huán)中的磁極總數(shù)為6時(shí)，第一磁鋼環(huán)的極對數(shù)為6對。以第一 磁鋼環(huán)的中心為圓心的同一圓周上，設(shè)置有m個(gè)磁感應(yīng)元件，如2個(gè)，二個(gè)磁感應(yīng)元件Hi、H2 之間的夾角為90° /6。定義第一磁鋼環(huán)中相鄰一對“N-S”為一個(gè)信號周期，因此，任一“N-S”對應(yīng)的機(jī)械 角度為360° /g(g為“N-S”個(gè)數(shù))，假定轉(zhuǎn)子在t時(shí)刻旋轉(zhuǎn)角度e位于第nth信號周期內(nèi)， 則此時(shí)刻角位移e可認(rèn)為由兩部分構(gòu)成1.在第nth信號周期內(nèi)的相對偏移量，磁感應(yīng)元 件氏和H2感應(yīng)第一磁鋼環(huán)的磁場來確定在此“N-S”信號周期內(nèi)的偏移量0 ！(值大于0小 于360° /g) ;2.第nth信號周期首位置的絕對偏移量02，用傳感器H3，H4，…扎感應(yīng)磁環(huán) 2的磁場來確定此時(shí)轉(zhuǎn)子究竟是處于哪一個(gè)“N-S”來得到e2。均勻設(shè)置的位置檢測裝置的信號處理裝置與順序設(shè)置的相同，在此不再做詳細(xì)說 明。實(shí)施例一在實(shí)施例一中，對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)設(shè)有3磁感應(yīng)元件，對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)設(shè)有2磁 感應(yīng)元件。圖50為均勻設(shè)置的位置檢測裝置的實(shí)施例一對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)設(shè)有3個(gè)磁感應(yīng) 元件時(shí)得到的編碼。圖51為均勻設(shè)置的位置檢測裝置的實(shí)施例一對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)設(shè)有 3個(gè)磁感應(yīng)元件時(shí)第二磁鋼環(huán)的充磁順序；圖52為均勻設(shè)置的位置檢測裝置的實(shí)施例一的 第二磁鋼環(huán)、導(dǎo)磁環(huán)和磁感應(yīng)元件的結(jié)構(gòu)圖。如圖所示，由于第二磁鋼環(huán)的磁極磁化順序 使得n個(gè)磁感應(yīng)原件輸出呈格雷碼形式。磁極的極性為格雷碼的首位為“0”對應(yīng)于“N/S” 極，首位為“1”對應(yīng)于“S/N”極。因此，在本實(shí)施例中，由于n為3時(shí)，得到如圖46所示的 編碼，得到6個(gè)碼，即得到6個(gè)極，充磁順序如圖47所示，磁感應(yīng)元件均布周圍進(jìn)行讀數(shù)。
圖53為均勻設(shè)置的位置檢測裝置的實(shí)施例一的第一磁鋼環(huán)均勻磁化為6對極時(shí) 對應(yīng)2個(gè)磁感應(yīng)元件的布置圖；圖54為均勻設(shè)置的位置檢測裝置的實(shí)施例一的第一磁鋼 環(huán)、導(dǎo)磁環(huán)和磁感應(yīng)元件的結(jié)構(gòu)圖。如圖所示，由于第二磁鋼環(huán)的磁極總數(shù)為6，因此，第一 磁鋼環(huán)被順序的磁化為6對極，其與2個(gè)磁感應(yīng)元件的布置圖及磁序如圖53所示，第一磁 鋼環(huán)、導(dǎo)磁環(huán)和磁感應(yīng)元件的位置關(guān)系如圖50所示。實(shí)施例二圖55為均勻設(shè)置的位置檢測裝置的實(shí)施例二的第一磁鋼環(huán)、導(dǎo)磁環(huán)和磁感應(yīng)元 件的結(jié)構(gòu)圖。如圖55所示，與實(shí)施例一不同的，在本實(shí)施例中，對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)設(shè)置有4 個(gè)磁感應(yīng)元件，四個(gè)磁感應(yīng)元件！^！^！^扎之間的夾角為90° /6。實(shí)施例三圖56為均勻設(shè)置的位置檢測裝置的實(shí)施例三的第一磁鋼環(huán)、導(dǎo)磁環(huán)和磁感應(yīng)元 件的結(jié)構(gòu)圖。如圖56所示，本實(shí)施例與實(shí)施例一和二不同的是對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)設(shè)置有3 個(gè)磁感應(yīng)元件，三個(gè)磁感應(yīng)元件&、H2、H3之間的夾角為120° /6。實(shí)施例四圖57為均勻設(shè)置的位置檢測裝置的實(shí)施例四的第一磁鋼環(huán)、導(dǎo)磁環(huán)和磁感應(yīng)元 件的結(jié)構(gòu)圖。如圖57所示，本實(shí)施例與實(shí)施例三的不同在于，對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)設(shè)置有6 個(gè)磁感應(yīng)元件，六個(gè)磁感應(yīng)元件之間的夾角為60° /6。圖58是均勻設(shè)置的位置檢測裝置的實(shí)施例一至實(shí)施例四的另一種結(jié)構(gòu)的立體分 解圖。該位置檢測裝置包括轉(zhuǎn)子和將轉(zhuǎn)子套在內(nèi)部的定子，轉(zhuǎn)子包括第一磁鋼環(huán)201a和第 二磁鋼環(huán)201b，第一磁鋼環(huán)201a和第二磁鋼環(huán)201b分別固定在電機(jī)軸200上，其中定子為 支架203。磁感應(yīng)元件204直接表貼在支架203的內(nèi)表面。與實(shí)施例一至四類似，圖57中的位置檢測裝置中的第一磁鋼環(huán)可以設(shè)置有2、4、 3、6個(gè)磁感應(yīng)元件?；诓煌瑪?shù)目的磁感應(yīng)元件的位置檢測裝置的信號處理裝置和信號處 理方法分別與實(shí)施例一至四的方法相同。在本發(fā)明的伺服電動(dòng)閥中，伺服電機(jī)10優(yōu)選為交流伺服電機(jī)。再參照圖1，減速器為蝸輪蝸桿減速器。減速器與伺服控制器9、伺服電機(jī)10、位置 檢測裝置7等構(gòu)成減速裝置。伺服電機(jī)10在伺服控制器9的控制下，通過聯(lián)軸器帶動(dòng)蝸桿 24轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸桿24再帶動(dòng)蝸輪25轉(zhuǎn)動(dòng)。渦輪25設(shè)置在閥桿2上，在閥桿2和電機(jī)軸上分別 裝有位置檢測裝置7，用于感應(yīng)閥桿2和電機(jī)軸的角度位置。位置檢測裝置7輸出的是其內(nèi) 部的霍爾元件感應(yīng)的電壓信號，位置檢測裝置7通過信號線8將感應(yīng)的電壓信號傳遞給伺 服控制器9，伺服控制器9經(jīng)過A/D采樣并運(yùn)行角度求解算法獲得閥桿2和電機(jī)軸的角度位 置，然后運(yùn)行控制程序?qū)p速裝置進(jìn)行全閉環(huán)控制。圖59為另一種減速裝置及閥的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖59所示，減速器可以是圓柱齒 輪減速器，值得注意的是，閥的結(jié)構(gòu)可以變化，在該實(shí)施例中，擋板35的中心線為閥桿2，閥 桿2的轉(zhuǎn)動(dòng)直接帶動(dòng)擋板35轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對閥孔的開閉控制。從圖59中可以看出，位置檢測 裝置設(shè)置在電機(jī)軸上，因此，該實(shí)施例的控制與圖1相似，不再贅述。圖60為另一種減速裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖60所示，與圖59的實(shí)施例不同的是， 在閥桿2上設(shè)有位置檢測裝置7，其控制方法與圖5的實(shí)施例相似，不再贅述。此外，在實(shí)際的應(yīng)用中，還可以根據(jù)需要采用本領(lǐng)域已知的其它類型減速器，如圓錐齒輪減速器、行星齒輪減速器，或者是上述類型減速器的組合。伺服電機(jī)10優(yōu)選為交流伺服電機(jī)10。圖61為一體機(jī)的分解圖，如圖61所示，位置檢測裝置7、伺服控制器9和伺服電機(jī) 10 一體設(shè)置。在該實(shí)施例中，位置檢測裝置7是單磁極結(jié)構(gòu)，并位于伺服控制器9之后，而 伺服控制器9通過連接件與伺服電機(jī)10固定在一起。然而，應(yīng)理解的是，位置檢測裝置7 也可以是多磁極結(jié)構(gòu)。此外，位置檢測裝置7可以位于伺服電機(jī)10和伺服控制器9之間。綜上所述，本發(fā)明的伺服電動(dòng)閥可以根據(jù)需要任意控制閥的開度，而且控制精度 非常高，還可以控制轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速且可以實(shí)現(xiàn)閥門的自動(dòng)控制，此外，本發(fā)明的伺服電動(dòng)閥可 靠性高、響應(yīng)快、成本低。最后應(yīng)說明的是以上實(shí)施方案僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參 照上述實(shí)施方案對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，依然可以對 本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改和等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋 在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
一種伺服電動(dòng)閥，包括閥體，閥體中設(shè)有閥桿，伺服電機(jī)的輸出通過聯(lián)軸器與減速器輸入相連，減速器的輸出與閥桿相連，閥桿與閥孔相連并控制閥孔的開度，其特征在于，所述的伺服電機(jī)的電機(jī)軸上設(shè)有位置檢測裝置，位置檢測裝置輸入信號給伺服控制器控制伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)減速器并通過閥桿控制閥孔的開度。
2.如權(quán)利要求1所述的伺服電動(dòng)閥，其特征在于，所述的閥桿上也設(shè)有位置檢測裝置， 位置檢測裝置輸入信號給伺服控制器，伺服控制器控制伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)減速器并通過閥桿控 制閥孔的開度；所述的閥桿上設(shè)有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件設(shè)置在閥桿上，從動(dòng)件的轉(zhuǎn)軸上設(shè) 有位置檢測裝置，位置檢測裝置輸入信號給伺服控制器，伺服控制器控制伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)減 速器并通過閥桿控制閥孔的開度；所述的減速器為蝸輪蝸桿減速器或圓柱齒輪減速器或圓錐齒輪減速器或行星齒輪減 速器或其組合；所述的伺服電機(jī)優(yōu)選為交流伺服電機(jī)；所述的位置檢測裝置、伺服控制器和伺服電機(jī)一體設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的伺服電動(dòng)閥，其特征在于，所述伺服控制器包括數(shù)據(jù)處理單 元、電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元和電流傳感器，所述數(shù)據(jù)處理單元接收輸入的指令信號、電流傳感器采集 的電機(jī)輸入電流信號和位置檢測裝置輸出的代表電機(jī)角度的信息，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，輸出控 制信號給所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元根據(jù)所述的控制信號輸出合適的電壓給 伺服電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)對伺服電機(jī)的精確控制；所述數(shù)據(jù)處理單元包括機(jī)械環(huán)控制子單元、電流環(huán)控制子單元、PWM控制信號產(chǎn)生子單 元和傳感器信號處理子單元；所述傳感器信號處理子單元接收所述位置檢測裝置輸出的代表電機(jī)角度的信息，將電 機(jī)的角度傳輸給所述的機(jī)械環(huán)控制子單元；所述傳感器信號處理子單元還接收所述電流傳 感器的檢測到的電流信號，經(jīng)過A/D采樣后輸出給所述的電流環(huán)控制子單元；所述機(jī)械環(huán)控制子單元根據(jù)接收到的指令信號和電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，經(jīng)過運(yùn)算得到電 流指令，并輸出給所述的電流環(huán)控制子單元；所述電流環(huán)控制子單元根據(jù)接收到的電流指令的電流傳感器輸出的電流信號，經(jīng)過運(yùn) 算得到三相電壓的占空比控制信號，并輸出給所述的PWM控制信號產(chǎn)生子單元；所述PWM控制信號產(chǎn)生子單元根據(jù)接收到的三相電壓的占空比控制信號，生成具有一 定順序的六路PWM信號，分別作用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元；所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元包括六個(gè)功率開關(guān)管，所述開關(guān)管每兩個(gè)串聯(lián)成一組，三組并聯(lián)連 接在直流供電線路之間，每一開關(guān)管的控制端受PWM控制信號產(chǎn)生子單元輸出的PWM信號 的控制，每一組中的兩個(gè)開關(guān)管分時(shí)導(dǎo)通；所述數(shù)據(jù)處理單元為MCU，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元為IPM模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的伺服電動(dòng)閥，其特征在于，所述的位置檢測裝置，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(dāng)磁鋼環(huán)與導(dǎo)磁環(huán)發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，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；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(gè)；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(gè)；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(gè)；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(gè)；所述的導(dǎo)磁環(huán)的弧段端部設(shè)有倒角，為沿軸向或徑向或同時(shí)沿軸向、徑向切削而形成 的倒角；還包括骨架，用于固定所述導(dǎo)磁環(huán)；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(shí)與骨架固定在一起；所述的磁感應(yīng)元件為霍爾感應(yīng)元件。
5.如權(quán)利要求3所述的伺服電動(dòng)閥，其特征在于，所述傳感器信號處理子單元或位置 檢測裝置中包括位置檢測裝置的信號處理電路，用于根據(jù)所述位置檢測裝置的電壓信號得 到電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，具體包括A/D轉(zhuǎn)換電路，對位置檢測裝置中磁感應(yīng)元件發(fā)送來的電壓信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將模擬 信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；合成電路，對位置檢測裝置發(fā)送來的經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的多個(gè)電壓信號進(jìn)行處理得到基準(zhǔn) 信號D;角度獲取電路，根據(jù)該基準(zhǔn)信號D，在標(biāo)準(zhǔn)角度表中選擇與其相對的角度作為偏移角度 9 ；以及存儲(chǔ)電路，用于存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)角度表。
6.如權(quán)利要求2所述的伺服電動(dòng)閥，其特征在于，所述的位置檢測裝置，包括轉(zhuǎn)子和將 轉(zhuǎn)子套在內(nèi)部的定子，所述轉(zhuǎn)子包括第一磁鋼環(huán)、第二磁鋼環(huán)；其中，所述第一磁鋼環(huán)和第二磁鋼環(huán)分別固定在電機(jī)軸上；在定子上，對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)，以第二磁鋼環(huán)的中心為圓心的同一圓周上設(shè)有n(n = 1，2…n)個(gè)均勻分布的磁感應(yīng)元件，所述第二磁鋼環(huán)的磁極磁化順序使得n個(gè)磁感應(yīng)元件 輸出呈格雷碼格式，相鄰兩個(gè)輸出只有一位變化；在定子上，對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)，以第一磁鋼環(huán)的中心為圓心的同一圓周上設(shè)有有m(m 為2或3的整數(shù)倍)個(gè)呈一定角度分布的磁感應(yīng)元件，所述第一磁鋼環(huán)的磁極總對數(shù)與第 二磁鋼環(huán)的磁極總數(shù)相等，并且相鄰兩極的極性相反；當(dāng)轉(zhuǎn)子相對于定子發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述磁感應(yīng)元件將感測到的磁信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡?壓信號，并將該電壓信號輸出給信號處理裝置；在定子上對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)的相鄰兩個(gè)磁感應(yīng)元件之間的夾角，當(dāng)m為2或4時(shí)，該夾 角為90° /g;當(dāng)m為3時(shí)，該夾角為120° /g;當(dāng)m為6時(shí)，該夾角為60° /g，其中，g為第 二磁鋼環(huán)的磁極總數(shù)；所述的磁感應(yīng)元件為霍爾感應(yīng)元件?；蛘?，所述的位置檢測裝置，包括轉(zhuǎn)子和將轉(zhuǎn)子套在內(nèi)部的定子，所述轉(zhuǎn)子包括第一磁 鋼環(huán)、第二磁鋼環(huán)；其中，所述第一磁鋼環(huán)和第二磁鋼環(huán)分別固定在轉(zhuǎn)軸上，所述第一磁鋼環(huán)被均勻地磁 化為N[N<= 2n(n = 0，1，2丨11)]對磁極，并且相鄰兩極的極性相反；所述第二磁鋼環(huán)的磁極總數(shù)為N，其磁序按照特定磁序算法確定；在定子上，對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)，以第一磁鋼環(huán)的中心為圓心的同一圓周上設(shè)有m(m為2 或3的整數(shù)倍)個(gè)呈一定角度分布的磁感應(yīng)元件；對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)，以第二磁鋼環(huán)的中心 為圓心的同一圓周上設(shè)有n(n = 0，1，2丨11)個(gè)呈一定角度分布的磁感應(yīng)元件；當(dāng)轉(zhuǎn)子相對于定子發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述磁感應(yīng)元件將感測到的磁信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡?壓信號，并將該電壓信號輸出給信號處理裝置；在定子上對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)的相鄰兩個(gè)磁感應(yīng)元件之間的夾角為360° /2n ； 在定子上對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)相鄰兩個(gè)磁感應(yīng)元件之間的夾角，當(dāng)m為2或4時(shí)，每相鄰 兩個(gè)磁感應(yīng)元件之間的夾角為90° IT,當(dāng)m為3時(shí)，每相鄰兩個(gè)磁感應(yīng)元件之間的夾角為 120°為6時(shí)，每相鄰兩個(gè)磁感應(yīng)元件之間的夾角為60° /2n;所述磁感應(yīng)元件直接表貼在定子的內(nèi)表面；還包括兩個(gè)導(dǎo)磁環(huán)，每一所述導(dǎo)磁環(huán)是由多個(gè)同圓心、同半徑的弧段構(gòu)成，相鄰兩弧段 留有空隙，對應(yīng)于兩個(gè)磁鋼環(huán)的磁感應(yīng)元件分別設(shè)在該空隙內(nèi)；所述的導(dǎo)磁環(huán)的弧段端部設(shè)有倒角，為沿軸向或徑向或同時(shí)沿軸向、徑向切削而形成 的倒角；所述的磁感應(yīng)元件為霍爾感應(yīng)元件。
7.如權(quán)利要求6所述的伺服電動(dòng)閥，其特征在于，所述傳感器信號處理子單元或位置 檢測裝置中包括位置檢測裝置的信號處理電路，用于根據(jù)所述位置檢測裝置的電壓信號得 到電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，具體包括A/D轉(zhuǎn)換電路，對位置檢測裝置發(fā)送來的電壓信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；相對偏移角度9工計(jì)算電路，用于計(jì)算位置檢測裝置中對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)的磁感應(yīng)元 件發(fā)送來的第一電壓信號在所處信號周期內(nèi)的相對偏移量e工；絕對偏移量9 2計(jì)算電路，根據(jù)位置檢測裝置中對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)的磁感應(yīng)元件發(fā)送來的第二電壓信號，通過計(jì)算來確定第一電壓信號所處的信號周期首位置的絕對偏移量 02；角度合成及輸出模塊，用于將上述相對偏移量和絕對偏移量e2相加，合成所述第 一電壓信號所代表的在該時(shí)刻的旋轉(zhuǎn)角度e ； 存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)； 還包括信號放大電路，用于在A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換之前，對來自于磁電式傳感器的電壓 信號進(jìn)行放大；所述相對偏移角度9工計(jì)算電路包括第一合成電路和第一角度獲取電路，所述第一合 成電路對位置檢測裝置發(fā)送來的經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的多個(gè)電壓信號進(jìn)行處理，得到一基準(zhǔn)信號 D ；所述第一角度獲取電路根據(jù)該基準(zhǔn)信號D，在第一標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)角度表中選擇一與其相對的 角度作為偏移角度9 ??；所述相對偏移角度9工計(jì)算電路內(nèi)或在合成電路之前還包括溫度補(bǔ)償電路，用于消除 溫度對磁電式傳感器發(fā)送來的電壓信號的影響；所述合成電路或所述第一合成電路的輸出還包括信號R ；所述溫度補(bǔ)償單元包括系數(shù)矯正器和乘法器，所述系數(shù)矯正器對所述合成模塊的輸出 的信號R和對應(yīng)該信號的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的信號Ro進(jìn)行比較得到輸出信號K ；所述乘法器為多 個(gè)，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(gè)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)果輸出給第一合成電路；所述絕對偏移量e 2計(jì)算電路包括第二合成電路和第二角度獲取電路，所述第二合成 電路用于對對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)的位置檢測裝置發(fā)送來的第二電壓信號進(jìn)行合成，得到一信 號E ；所述第二角度獲取電路根據(jù)該信號E在第二標(biāo)準(zhǔn)角度表中選擇一與其相對的角度作 為第一電壓信號所處的信號周期首位置的絕對偏移量02。
8.一種伺服電動(dòng)閥的控制方法，其特征在于，該方法包括如下步驟步驟1 設(shè)定電動(dòng)閥閥門開度值，并將該數(shù)值預(yù)存在伺服控制器的MCU中；步驟2 根據(jù)電動(dòng)閥閥門開度值的大小，計(jì)算出閥桿的位移量，伺服控制器根據(jù)減速器 的傳動(dòng)比，計(jì)算轉(zhuǎn)軸的驅(qū)動(dòng)角度；步驟3 檢測電機(jī)軸的實(shí)際角度，對伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)角度進(jìn)行控制，使其達(dá)到預(yù)存數(shù) 值，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)閥的閥門開度控制；所述的步驟3中檢測的具體步驟為所述的伺服控制器每隔一個(gè)固定周期，讀取位置 檢測裝置的電壓信號，并將所述的電壓信號通過角度求解算法轉(zhuǎn)換成電機(jī)軸的角度位置。
9.一種伺服電動(dòng)閥的控制方法，其特征在于，該方法包括如下步驟步驟1 檢測閥桿的角度位置，將感應(yīng)電壓信號傳遞給伺服控制器的MCU，伺服控制器 經(jīng)過計(jì)算，獲得閥桿的角度位置信息；步驟2 檢測伺服電機(jī)軸的角度位置，將感應(yīng)電壓信號傳遞給伺服控制器的MCU，伺服 控制器經(jīng)過計(jì)算，獲得轉(zhuǎn)軸的角度位置信息；步驟3 :MCU接收位置檢測裝置的電壓信號和電流傳感器感應(yīng)的電機(jī)三相電流信號，并 運(yùn)行角度求解算法和進(jìn)行相應(yīng)控制計(jì)算，計(jì)算出PWM信號給電機(jī)控制模塊，控制電機(jī)控制 模塊輸出三相電壓的占空比，電機(jī)控制模塊接受MCU的控制，輸出三相電壓給伺服電機(jī)，驅(qū) 動(dòng)伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)閥的閥門開度控制。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的伺服電動(dòng)閥的控制方法，其特征在于，所述的步驟1的具體 方法包括，在閥桿上設(shè)置位置檢測裝置，通過該位置檢測裝置直接檢測、計(jì)算并獲得閥桿的 角度位置信息；或者，所述的步驟1的具體方法包括，在閥桿上設(shè)置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件設(shè) 置在閥桿上，從動(dòng)件的轉(zhuǎn)軸上設(shè)有位置檢測裝置，通過傳動(dòng)比大小的設(shè)定，使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)位移 的大小與閥門的開度一一對應(yīng)，通過位置檢測裝置檢測傳動(dòng)機(jī)構(gòu)位移的大小，直接獲得閥 門的開度；所述的傳動(dòng)比大小的設(shè)定，使閥門從全開到全閉或從全閉到全開，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中從動(dòng)件 的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度不到360°。
全文摘要
本發(fā)明提供一種伺服電動(dòng)閥及其控制方法，該伺服電動(dòng)閥包括閥體，閥體中設(shè)有閥桿，伺服電機(jī)的輸出通過聯(lián)軸器與減速器輸入相連，減速器的輸出與閥桿相連，閥桿與閥孔相連并控制閥孔的開度，所述的伺服電機(jī)的電機(jī)軸上設(shè)有位置檢測裝置，位置檢測裝置輸入信號給伺服控制器控制伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)減速器并通過閥桿控制閥孔的開度；所述的控制方法包括設(shè)定閥門開度值、計(jì)算角度、檢測角度等步驟。本發(fā)明控制精度高、可靠性高、響應(yīng)快、可以控制轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速并且可以實(shí)現(xiàn)閥門的自動(dòng)控制。
文檔編號F16K31/04GK101876381SQ20091013777
公開日2010年11月3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:浙江關(guān)西電機(jī)有限公司