專利名稱：一種電機測速傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種高精度測速傳感器，該傳感器應用在電機驅動控制系統(tǒng)的技術領域。
背景技術：
在電機控制系統(tǒng)中，轉速測量是必不可少的。目前主要有以下三種方法對電機進行轉速測量1.測速發(fā)電機法利用測速發(fā)電機的電樞電壓與轉速成正比的這一關系測量轉速。測轉速時，測速發(fā)電機連接到被測電機的軸端，將被測電機的機械轉速變換為電壓信號輸出，電機控制系統(tǒng)將測速發(fā)電機的輸出電壓進行信號調理后進行模擬數字變換(AD變換)，從而測得電機的轉速。2.光電碼盤測速法是通過測出轉速信號的頻率或周期來測量電機轉速的測速法。光電碼盤安裝在轉子端軸上，隨著電機的轉動，光電碼盤也跟著一起轉動，如果有一個固定光源照射在碼盤上，則可利用光敏元件來接受光，接收到光的次數就是碼盤的編碼數。3.旋轉變壓器旋轉變壓器連接到被測電機的軸端，將旋轉變壓器的輸出信號進行解算，解算結果是電機的位置信號，對位置信號求導數可以得出被測電機的機械轉速。這三種方法是目前通用的電機測速方法，測速比(電機轉速最小分辨率最大可測轉速)可以達到1 :2000，在后兩種方法中還可以采取一些方法適當提高測速比，因此能夠滿足大多數場合的需求。對于電機轉速控制系統(tǒng)有兩種需求一是調速比，二是電機的低速性能。方法1在調速比要求較小的情況下，通過調整調理電路參數，能夠進行低轉速的測量， 但由于存在模擬電路，其穩(wěn)定性相對較差，同時每次均需要調試，不利于批量生產。方法2、 3測速方法中低速測量(即最小測速分辨率)是基本上固定的，因此在低速性能要求較高的場合往往難以滿足需求。目前在各類文獻中，大多數是將多極旋轉變壓器和單極旋轉變壓器組合在一起形成雙通道旋轉變壓器，作為一種高精度位置測量傳感器。例如，文獻“雙通道多極旋轉變壓器-數字轉換器的設計與實現”(《微特電機》，2010年(1):27-29，39)。采用單極與多極旋轉變壓器組合方式是提高位置測量精度的一種解決方案，但是這種組合體積較大，解算電路復雜，成本高，并且在電機轉速測量中不需要全位置測量。

實用新型內容針對以上現有技術中存在的不足，本實用新型提供一種電機測速傳感器，用于滿足電機轉速測量中，電機控制寬調速比和低速性能要求高等需求。為實現上述實用新型目的，本實用新型采用如下技術方案一種電機測速傳感器，包括多極旋轉變壓器、激勵電源、RDC解算器電路、計算模塊和輸出驅動電路，其中，激勵電源、RDC解算器電路、計算模塊和輸出驅動電路印制在同一塊電路板上，激勵電源與RDC解算器電路連接，激勵電源及RDC解算器電路通過導線與多極旋轉變壓器連接，RDC解算電路通過印制電路連接計算模塊，計算模塊通過印制電路連接輸出驅動電路，輸出驅動電路與電機控制器的導線連接。 本實用新型的測速傳感器采用多極旋轉變壓器，輔以一套旋轉變壓器解算電路， 對檢測的位置微分處理，用于提高電機轉速測量的精度。本實用新型可依據需求，通過選擇旋轉變壓器的極對數，能夠使得電機轉速測量最小分辨率提高4、8、16倍等，而且結構簡

圖1是本實用新型電機測速傳感器組成示意圖。圖2是本實用新型測速傳感器中多極旋轉變壓器示意圖。圖3是本實用新型中印制電路板示意圖示意圖。圖4是本實用新型實施例中位置增量碼輸出示意圖。圖5是本實用新型實施例中對比單極旋轉變壓器和多極旋轉變壓器的增量碼輸出示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細地說明。旋轉變壓器的輸出信號是兩相正交的模擬信號，它們的幅值隨著轉角做正余弦變化。RDC解算器電路通過對旋轉變壓器輸出信號幅值的解算測量旋轉的角度，單極旋轉變壓器的旋轉軸每旋轉一周，輸出的正余弦信號變換一周，RDC解算器解算的位置也變化一周， 如12位RDC解算器，單極旋轉變壓器的旋轉軸旋轉一周時，12位RDC解算器輸出的數據從 0變換到4096 ；對于多極旋轉變壓器的旋轉軸旋轉一周，輸出的正余弦信號則隨著極對數不同變換數周，如4對極旋轉變壓器，在旋轉軸旋轉一周時，輸出的正余弦信號幅度變換4 周，則12位RDC解算器輸出的數據為0 — 4096 — 0 — 4096 — 0 — 4096 — 0 — 4096，數據也變化4次，因此，對此位置數據求導(求轉速)時，速度分辨率相應提高，其測量精度提高 4倍。同理，8對極、16對極…等，采用相同的RDC解算電路，速度測量精度提高至8、16倍等。本實用新型正是基于這個原理提高轉速的測量精度及轉角的測量精度。圖1是本實用新型測速傳感器的組成原理示意圖，包括多極旋轉變壓器、激勵電源、RDC解算器電路、速度計算模塊、速度輸出驅動等。激勵電源、RDC解算電路、速度計算模塊、速度輸出驅動等是設計在一塊印制電路板上。RDC解算電路所需要的激勵電源通過與印制板上的激勵電源電路相連接來供給，同時激勵電源通過導線連接至多極旋轉變壓器以提供其所需的激勵電源，多極旋轉變壓器輸出信號通過導線連接到RDC解算電路上。RDC 解算電路將解算結果通過印制電路送給速度計算模塊，速度計算模塊將計算的速度通過印制電路傳遞給速度輸出驅動電路，速度輸出驅動電路同導線連接將最終結果送出(電機控制器)。本實用新型傳感器的另一種使用方式是用于高精度角度測量，如圖1，包括多極旋轉變壓器、激勵電源、RDC解算器電路和虛框中顯示的角度計算模塊、霍爾傳感器、角度輸出驅動，霍爾傳感器用于檢測旋轉一周的絕對零點。本實施例中的多極旋轉變壓器(西安微電機研究所產品)選擇4對極的多極旋轉變壓器，RDC解算器電路選擇AD公司的AD2S1210，將RDC解算器電路AD2S1210的設置為16BIT位轉換(AD2S1210的RESO、RESl管腳設置為高電平)，激勵電源選擇AD公司的 AD2S99，ADS1210芯片中已涵蓋了速度計算模塊及角度計算模塊，選用一片26LS31 (4路差分輸出)作為速度角度輸出驅動模塊，26LS32 (4路差分接收)作為差分接收芯片。圖2是本實用新型高精度測速傳感器中多極旋轉變壓器示意圖。多極旋轉變壓器 1需要和激勵電源及RDC解算器電路連接，旋轉變壓器輸出的信號以及激勵電源信號依據信號原理連接關系通過導線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，實現多極旋轉變壓器1的輸出信號及激勵電源信號和圖3 的印制電路板3連接。圖3中激勵電源、RDC解算器電路、速度計算模塊、角度計算模塊、速度輸出驅動和角度輸出驅動等是設計在一塊圓形的印制電路板3上，通過XSl將多極旋轉變壓器1的輸出信號連接到RDC解算器上(AD2S1210)，同時通過XSl將激勵電源(AD2S99)連接到多極旋變的激勵信號上，在印制電路板3上，激勵電源(AD2S99)同時通過印制電路連接到RDC解算器上(AD2S1210)的激勵信號上，為RDC解算器提供激勵電源；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A、B通過速度輸出驅動模塊26LS31 (A、 B占用兩路差分輸出)驅動后輸出，速度解算及角度解算結果通過速度角度驅動模塊驅動后連接到圖3中的插座XS2輸出。圖4中，A、B信號是相位相差90度的位置增量信號，定時對位置增量信號進行計數，即可以計算電機的轉速，A、B信號上升沿的前后用于分辨轉速的方向。圖5中，給出了提高轉速分辨率的示意說明，其中CA、CB信號為單極旋轉變壓器的增量輸出信號，JA、JB信號為多極(本實施例為4對極)旋轉變壓器的增量輸出信號。在電機轉速相同的情況下，在 Δ T采樣時間內，單極旋轉變壓器的增量輸出信號CA、CB只有一個脈沖，而多極旋轉變壓器 1的增量輸出信號JA、JB有4個脈沖信號，因此速度分辨率提高至4倍。同理，8對極、16對極等多極旋轉變壓器的速度分辨率分別提高至8倍和16倍等。本實用新型的一個輔助功能是進行高精度角度測量，角度輸出形式采用SPI接口輸出，RDC解算器電路AD2S1210中和角度輸出相關的信號有SDO、SDI、SOE、SCLK，其中SDO 是SPI通訊的數據輸出信號，在此輸出角度信號，通過26LS31作差分輸出角度，SDI、S0E、 SCLK信號是輸入信號，其中SDI是SPI通訊的數據輸入信號，在此作為控制命令輸入，SCLK 是SPI通訊的同步時鐘信號，SOE是RDC解算器電路AD2S1210的邏輯選通信號；SDI、S0E、 SCLK通過26LS32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量，利用多極旋轉變壓器的旋轉軸旋轉一周，輸出的正余弦信號隨著極對數不同變換數周，達到提高速度、角度測量精度的目的。需要說明是，應用這種高精度速度角度傳感器時需要注意控制軸的最大轉速與RDC 解算芯片的匹配。雖然本實用新型已以較佳實施例公開如上，但它們并不是用來限定本實用新型。 任何熟悉此技藝者，在不脫離本實用新型之精神和范圍內，自當可作各種變化或潤飾，均應包含在本實用新型的權利要求保護范圍之內。
權利要求1.一種電機測速傳感器，包括多極旋轉變壓器、激勵電源、RDC解算器電路、計算模塊和輸出驅動電路，其特征在于所述激勵電源、RDC解算器電路、計算模塊和輸出驅動電路印制在同一塊電路板上，激勵電源與所述RDC解算器電路連接，并通過導線與所述多極旋轉變壓器連接，RDC解算電路通過印制電路連接所述計算模塊，計算模塊通過印制電路連接所述輸出驅動電路，輸出驅動電路與電機控制器的導線連接。
2.根據權利要求1所述的一種電機測速傳感器，其特征在于所述計算模塊為速度計算模塊，所述輸出驅動電路為速度輸出驅動電路。
3.根據權利要求1所述的一種電機測速傳感器，其特征在于所述計算模塊為角度計算模塊，所述輸出驅動電路為角度輸出驅動電路。
4.根據權利要求3所述的一種電機測速傳感器，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算模塊。
專利摘要本實用新型提供了一種應用在電機驅動控制系統(tǒng)上的高精度測速傳感器。該傳感器包括多極旋轉變壓器、激勵電源、RDC解算器電路、計算模塊和輸出驅動電路，其中，激勵電源、RDC解算器電路、計算模塊和輸出驅動電路印制在同一塊電路板上，激勵電源與RDC解算器電路連接，激勵電源及RDC解算器電路通過導線與多極旋轉變壓器連接，RDC解算電路通過印制電路連接計算模塊，計算模塊通過印制電路連接輸出驅動電路，輸出驅動電路同導線連接將最終結果送出(電機控制器)。本實用新型的傳感器結構簡單，能夠依據需要，使得電機轉速測量最小分辨率提高4、8、16倍等。
文檔編號G01P3/42GK201945599SQ20102063597
公開日2011年8月24日 申請日期2010年12月1日 優(yōu)先權日2010年12月1日
發(fā)明者宋麗蓉, 林健, 王建紅, 陸鋒, 陳桂, 高金鳳 申請人:南京工程學院