專利名稱：電動縫紉機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種縫紉機，尤其是一種改進了驅(qū)動結(jié)構(gòu)的電動縫紉機。
背景技術(shù)：
工業(yè)用縫紉機一般采用電動機驅(qū)動，所用的電動機有異步電機、直流無刷電機和 交流伺服電機等。目前的電動縫紉機基本采用單電機驅(qū)動，電動機通過皮帶或聯(lián)軸器與主軸連接驅(qū) 動主軸，主軸通過同步帶或者齒輪傳動軸等與底軸連接，帶動底軸轉(zhuǎn)動。如圖1所示為一種典型的縫紉機結(jié)構(gòu)示意圖。主要驅(qū)動結(jié)構(gòu)包括主軸2、電動機通 過聯(lián)軸器帶動主軸2旋轉(zhuǎn)，主軸2通過同步帶4帶動底軸3旋轉(zhuǎn)，通過主軸2和底軸3帶動 其他的機構(gòu)運動，從而完成縫紉功能。由于主軸2需通過同步帶4帶動底軸3旋轉(zhuǎn)，同步帶4的受力大、變形大，容易磨 損。主軸2、底軸3以及連接在主軸2和底軸3上的機構(gòu)連成一個整體，使縫紉機的振動大、 噪聲大，振動也會影響縫紉機的縫紉質(zhì)量。隨著縫紉機高速、高質(zhì)量的要求不斷提高，以及 環(huán)保的需要，振動和噪聲問題急需解決。專利200810006028. 0、200810005210. 4 和 95108467. 4 針對縫紉機的振動和噪聲
對縫紉機進行了改進，有一定的效果。然而，由于縫紉機本身結(jié)構(gòu)的限制，主軸2必然通過 傳動機構(gòu)帶動底軸3旋轉(zhuǎn)，使整個縫紉機耦合為一個整體，正是由于機構(gòu)耦合、關(guān)聯(lián)大，使 得縫紉機振動和噪聲大，這是縫紉機振動和噪聲的根源?；谏鲜霈F(xiàn)有技術(shù)中電動式縫紉機存在的缺陷，有必要提供一種磨損更小，縫紉 質(zhì)量更高的縫紉機以滿足工業(yè)生產(chǎn)和生活的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種電動縫紉機，振動
小、噪聲小、縫紉質(zhì)量更高。為解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種電機縫紉機，包括機頭，在所述機頭上包 括主軸和底軸，還包括兩個分別驅(qū)動主軸和底軸的電動機及控制器，通過控制器控制兩個 電動機同步工作。優(yōu)選地，在上述的電動縫紉機中，所述控制器也可為兩個，分別用于控制兩個電動 機工作，并且，所述兩個控制器通過數(shù)據(jù)線進行同步通訊。優(yōu)選地，所述電機與用于控制其工作的控制器可為一體設(shè)置。另外，在上述的電動縫紉集中，在每一電動機的軸上還包括位置檢測裝置，用于檢 測電機軸的位置，并將該位置信息傳送給相應的控制器，用于電機位置的精確控制。優(yōu)選地，所述位置檢測裝置包括磁鋼環(huán)、導磁環(huán)和磁感應元件，其特征在于，所述 導磁環(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，所述磁感應元件置 于該縫隙內(nèi)，當磁鋼環(huán)與導磁環(huán)發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)運動時，所述磁感應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的信號處理裝置。優(yōu)選地，所述的導磁環(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，對應的磁感應元件為2個；或者，所述的導磁環(huán)由三段同半徑的弧段構(gòu)成，分別為1/3 弧段，對應的磁感應元件為3個；或者，所述的導磁環(huán)由四段同半徑的弧段構(gòu)成，分別為1/4 弧段，對應的磁感應元件為4個；或者，所述的導磁環(huán)由六段同半徑的弧段構(gòu)成，分別為1/6 弧段，對應的磁感應元件為6個。優(yōu)選地，所述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)可以分別固定在一電機軸上；在所述定子上，對應于第二磁鋼環(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-n)個均勻分布的磁感應元件，所述第二磁鋼環(huán)的磁極總數(shù)與以n為位數(shù) 排成的、相鄰兩位只有一位不同的格雷碼的個數(shù)相同，磁極的極性為格雷碼的首位為“0”對 應于“N”極，首位為“ 1 ”對應于“S”極；另外，在所述定子上，對應于第一磁鋼環(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)個呈一定角度分布的磁感應元件，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；當轉(zhuǎn)子相對于定子發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)運動時，所述磁感應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一信號處理裝置。優(yōu)選地，在定子上對應于第一磁鋼環(huán)的相鄰兩個磁感應元件之間的夾角，當m為2 或4時，該夾角為90° /g;當m為3時，該夾角為120° /g ；當m為6時，該夾角為60° /g， 其中，g為第二磁鋼環(huán)的磁極總數(shù)。優(yōu)選地，所述位置檢測裝置也包括轉(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)分別固定在電機軸上，所述第一磁鋼環(huán)被均 勻地磁化為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2n，其磁序按照磁序算法確定；優(yōu)選地，在所述定子上，對應于第一磁鋼環(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)個呈一定角度分布的磁感應元件；對應于第二磁鋼環(huán)，以 第二磁鋼環(huán)的中心為圓心的同一圓周上設(shè)有11(11 = 0，1，2丨11)個呈一定角度分布的磁感應 元件；當所述轉(zhuǎn)子相對于定子發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)運動時，所述磁感應元件將感測到的磁信號 轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枺⒃撾妷盒盘栞敵鼋o一信號處理裝置。進一步，在定子上對應于第二磁鋼環(huán)的相鄰兩個磁感應元件之間的夾角為 360° /2n。更進一步地，在定子上對應于第一磁鋼環(huán)相鄰兩個磁感應元件之間的夾角，當m 為2或4時，每相鄰兩個磁感應元件之間的夾角為90° /2n，當m為3時，每相鄰兩個磁感應 元件之間的夾角為120° /2n;當m為6時，每相鄰兩個磁感應元件之間的夾角為60° /2n。另外，所述位置檢測裝置還包括兩個內(nèi)置于定子內(nèi)表面、分別與第一磁鋼環(huán)、第一 磁鋼環(huán)對應的導磁環(huán)，每一所述導磁環(huán)是由多個同圓心、同半徑的弧段構(gòu)成，相鄰兩弧段留有空隙，對應于兩個磁鋼環(huán)的磁感應元件分別設(shè)在該空隙內(nèi)。在本發(fā)明中，在所述電動縫紉機中，所述的導磁環(huán)的弧段端部設(shè)有倒角。優(yōu)選地，所述倒角為沿軸向或徑向或同時沿軸向、徑向切削而形成的倒角。另外，在所述電動縫紉機中，所述控制器包括一控制模塊，該控制模塊包括第一、 二電機控制子模塊和同步控制子模塊；優(yōu)選地，所述第一、二電機控制子模塊分別用于控制兩個電動機工作，所述同步信 號控制子模塊用于根據(jù)接收到的用戶的角度指令，計算使兩個電動機同步工作的用于發(fā)送 給第一或/和二電機控制子模塊的角度指令。優(yōu)選地，所述第一、二電機控制子模塊分別包括數(shù)據(jù)處理單元、電機驅(qū)動單元和電 流傳感器，所述數(shù)據(jù)處理單元接收用戶輸入的指令信號或同步信號控制子模塊發(fā)送的指令 信息、電流傳感器采集的電機輸入電流信號和位置檢測模塊輸出的電機位置信號，經(jīng)過數(shù) 據(jù)處理，輸出控制信號給所述電機驅(qū)動單元，所述電機驅(qū)動單元根據(jù)所述的控制信號輸出 合適的電壓給電機，從而實現(xiàn)對電機的精確控制。優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)處理單元包括機械環(huán)控制子單元、電流環(huán)控制子單元、PWM控制 信號產(chǎn)生子單元和信號處理子單元；優(yōu)選地，所述傳感器信號處理子單元接收所述電流傳感器檢測到的電流信號，經(jīng) 過A/D采樣后輸出給所述的電流環(huán)控制子單元；優(yōu)選地，所述機械環(huán)控制子單元根據(jù)接收用戶輸入的指令信號或同步信號計算子 模塊發(fā)送的指令信息和位置檢測模塊發(fā)送的電機軸的轉(zhuǎn)動角度，經(jīng)過運算得到電流指令， 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)接收到的電流指令和電流傳感器輸出的電流信號，經(jīng) 過運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 有一定輸出順序的六路PWM信號，分別作用于電機驅(qū)動單元。優(yōu)選地，在上述電動縫紉機中，所述電機驅(qū)動單元包括六個功率開關(guān)管，所述開關(guān) 管每兩個串聯(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，每一組中的兩個開關(guān)管分時導通。優(yōu)選地，在上述信號處理單元中，所述信號處理子單元包括位置檢測模塊的信號 處理電路，用于根據(jù)所述位置檢測模塊的電壓信號得到電機軸的轉(zhuǎn)動角度，具體包括:A/D 轉(zhuǎn)換電路，對位置檢測模塊中磁感應元件發(fā)送來的電壓信號進行A/D轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn) 換為數(shù)字信號；合成電路，對位置檢測模塊發(fā)送來的經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的多個電壓信號進行取 舍，得到一基準信號D ；角度獲取電路，根據(jù)該基準信號D，在一角度存儲表中選擇一與其相 對的角度作為偏移角度9 ；和存儲電路，用于存儲處理過程中的數(shù)據(jù)和角度存儲表。優(yōu)選地，在A/D轉(zhuǎn)換電路和合成電路之間還包括溫度補償電路，用于消除溫度對 位置檢測裝置發(fā)送來的電壓信號的影響。所述溫度補償電路包括多個乘法器，每一所述乘 法器將經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的、位置檢測裝置發(fā)送來的一個電壓信號與輸出信號K相乘，將相乘后 的結(jié)果輸出給合成電路。如果位置檢測裝置發(fā)送來的一個電壓信號為2或3的倍數(shù)，則在 所述溫度補償模塊之前還包括一差動放大電路。優(yōu)選地，在上述信號處理單元中還包括一系數(shù)矯正電路，其根據(jù)合成模塊的輸出進行運算，得到一輸出信號K。另外，在上述信號處理單元中，所述信號處理子單元也包括位置檢測模塊的信號 處理電路，用于根據(jù)所述位置檢測模塊的電壓信號得到電機軸的轉(zhuǎn)動角度，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工計算電路，用于計算位置檢測裝置中對應于第一磁鋼環(huán)的磁感應元件發(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9 1;絕對偏移量92計算電路，根據(jù) 位置檢測裝置中對應于第二磁鋼環(huán)的磁感應元件發(fā)送來的第二電壓信號，通過計算來確定 第一電壓信號所處的信號周期首位置的絕對偏移量9 2 ；角度合成及輸出電路，用于將上述 相對偏移量和絕對偏移量92相加，合成所述第一電壓信號所代表的在該時刻的旋轉(zhuǎn)角 度9 ；存儲電路，用于存儲處理過程中的數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，在信號處理模塊中，還包括信號放大模塊，用于在A/D轉(zhuǎn)換模塊進行A/D 轉(zhuǎn)換之前，對來自于位置檢測裝置的電壓信號進行放大。優(yōu)選地，所述絕對偏移量e 2計算電路包括第二合成單元和第二角度獲取子單元， 所述第二合成單元用于對對應于第二磁鋼環(huán)的位置檢測裝置發(fā)送來的第二電壓信號進行 譯碼，得到一信號E ；所述第二角度獲取子單元根據(jù)該信號E在第二角度存儲表中選擇一與 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0 2。本申請的優(yōu)點1.振動小、噪聲小?？p紉機采用雙電機驅(qū)動，主軸和底軸分別用一個電機驅(qū)動，并 且兩個電機始終保持同步運行，這樣降低了縫紉機的機構(gòu)耦合，將縫紉機分為上下兩部分， 主軸和底軸不再靠同步帶等的傳動保持同步旋轉(zhuǎn)，而是通過控制器，控制兩臺電機保持同 步運行，從而使主軸和底軸同步旋轉(zhuǎn)。這樣，主軸以及主軸上連接的機構(gòu)為一個獨立的部 分，底軸以及底軸上連接的機構(gòu)為一個獨立的部分，兩部分之間沒有動力傳動，主軸和底軸 的振動不會相互影響，降低了振動和噪聲。2.連接主軸和底軸的同步帶等傳動部件受力小、變形小，不易磨損。同步帶不再起 主軸和底軸間動力傳遞的作用，因此受力小、變形小，不易磨損。保留同步帶的原因是在縫 紉的時候，有時候需要手動轉(zhuǎn)動主軸使縫紉機工作，因此需要保留同步帶，但只有在手動時 才會起到傳遞力的作用。3.縫紉質(zhì)量高。現(xiàn)有縫紉機主軸和底軸動力傳動部件存在變形，同時振動較大，影 響縫紉質(zhì)量。本專利主軸和底軸分別通過兩臺電機帶動，始終保持同步運行，同時振動小， 縫紉質(zhì)量高。4.故障率低。由于振動小，同步帶等傳動部件不易磨損，因此故障率低。


圖1為一種典型的縫紉機機頭的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明中第一實施例的電動縫紉機機頭的總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明中第一實施例的電動縫紉機的伺服控制框圖；圖4為本發(fā)明中第二實施例的電動縫紉機機頭的總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明中第三實施例的電動縫紉機的機頭總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明中第三實施例的電動縫紉機的伺服控制框圖7為本發(fā)明一種位置檢測裝置的的立體分解圖；圖8為本發(fā)明一種位置檢測裝置的安裝于軸上的立體圖；圖9A-圖9D為本發(fā)明一種位置檢測裝置的導磁環(huán)的倒角設(shè)計圖；圖10為本發(fā)明位置檢測裝置實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；圖11為本發(fā)明位置檢測裝置實施例1的信號處理裝置的框圖；圖12為本發(fā)明位置檢測裝置實施例2的位置檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖13為本發(fā)明位置檢測裝置實施例2的信號處理裝置的框圖；圖14為本發(fā)明位置檢測裝置實施例3的結(jié)構(gòu)示意圖；圖15為本發(fā)明位置檢測裝置實施例3的信號處理裝置的框圖；圖16為本發(fā)明位置檢測裝置實施例4和實施例5的立體結(jié)構(gòu)分解圖；圖17為本發(fā)明位置檢測裝置實施例4對應于第二磁鋼環(huán)設(shè)有3個磁感應元件時 得到的編碼；圖18為本發(fā)明位置檢測裝置實施例4對應于第二磁鋼環(huán)設(shè)有3個磁感應元件時 第二磁鋼環(huán)的充磁順序；圖19為本發(fā)明位置檢測裝置實施例4的第一磁鋼環(huán)均勻磁化為6對極時對應2 個磁感應元件的布置圖；圖20為本發(fā)明位置檢測裝置實施例4的信號處理裝置的電路框圖；圖21為本發(fā)明位置檢測裝置實施例4的另一種結(jié)構(gòu)的立體分解圖；圖22為本發(fā)明位置檢測裝置實施例5的第一磁鋼環(huán)充磁磁序及與磁感應元件的 位置關(guān)系圖；圖23為本發(fā)明位置檢測裝置實施例5中第二磁鋼環(huán)的充磁磁序的算法流程圖；圖24為本發(fā)明位置檢測裝置實施例5的第二磁鋼環(huán)充磁磁序及與磁感應元件的 位置關(guān)系圖；圖25為本發(fā)明位置檢測裝置實施例5對應于第二磁鋼環(huán)的磁感應元件與導磁環(huán)、 定子的分布圖。
具體實施例方式下面參照附圖詳細說明本發(fā)明的實施例。實施例一參照圖2為本發(fā)明中第一實施例的電動縫紉機的總體結(jié)構(gòu)示意圖，所述電動縫紉 機與現(xiàn)有縫紉機一樣，有主軸2、底軸3，主軸2與底軸3之間通過同步帶4等傳動部件連 接，伺服電機9a通過聯(lián)軸器6a與主軸2相連。與現(xiàn)有電機不一樣的地方在于，底軸3由一 個伺服電機％驅(qū)動，伺服電機9b通過聯(lián)軸器6b與底軸3相連，這樣構(gòu)成了雙電機縫紉機。 伺服電機9a與伺服控制器11a之間能過線纜12a連接，該線纜包括三相動力線和位置檢測 模塊的信號線，由伺服控制器11a控制伺服電機9a的運行。伺服電機9b與伺服控制器lib 之間通過線纜12b連接，該線纜包括三相動力線和編碼器信號線，由伺服控制器lib控制伺 服電機9b的運行。伺服控制器11a和伺服控制器lib之間通過數(shù)據(jù)線13連接，用于通訊， 保持兩者之間的同步，使伺服電機9a和伺服電機9b始終保持同步運行。在本發(fā)明中，同步 帶4不再起從主軸2到底軸3的動力傳遞的作用，只是隨著主軸2和底軸3的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，保留同步帶的原因是在縫紉的時候，有時候需要手動轉(zhuǎn)動主軸2使縫紉機工作。如圖3所示為本實施例一的伺服控制框圖。雙電機縫紉機包含兩個交流伺服系 統(tǒng)，兩個交流伺服系統(tǒng)的伺服控制器之間通過數(shù)據(jù)線連接，用于數(shù)據(jù)通訊。交流伺服系統(tǒng)由 伺服控制器、交流伺服電機和位置檢測裝置組成。伺服控制器11a接收設(shè)定指令，根據(jù)設(shè)定 指令得到第一角度指令，作為伺服控制器11a機械環(huán)的輸入，同時伺服控制器11a根據(jù)第一 角度指令，計算出第二角度指令，并將該第二角度指令通過數(shù)據(jù)線傳遞給伺服控制器11b， 作為伺服控制器lib機械環(huán)的輸入。其中，第一角度指令和第二角度指令都是由伺服控制器11a給出，保證了兩個交 流伺服控制器角度指令同步，伺服控制器11a需要由第一角度指令和同步帶的傳動比進行 計算，以計算出主軸2與底軸3同步轉(zhuǎn)動需要的第二角度指令。然后交流伺服控制器11a，lib分別對兩個交流伺服電機進行位置控制，控制精度 高，響應快，從而實現(xiàn)雙電機縫紉機同步控制。在具體實施時，每一伺服控制器中的控制模塊實施為一 MCU，其中，該MCU的內(nèi)部 有CPU、A/D轉(zhuǎn)換模塊、同步通訊口和PWM信號產(chǎn)生模塊等，A/D轉(zhuǎn)換模塊將電流傳感器輸入 到MCU的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，從而得到電流反饋。在第一個系統(tǒng)中，位置檢測模塊將 交流伺服電機角度位置信息通過同步口通訊傳遞給MCU。伺服控制器接收輸入的角度指令， 將其作為機械環(huán)的輸入。MCU中的CPU根據(jù)電流反饋和角度反饋運行控制程序。控制程序 主要包含機械環(huán)和電流環(huán)，機械環(huán)根據(jù)角度指令和角度反饋，計算出電流指令，電流環(huán)根據(jù) 電流指令和電流反饋，計算出三相電壓占空比。PWM信號產(chǎn)生模塊根據(jù)三相電壓占空比，產(chǎn) 生PWM信號，傳遞給IPM。IPM根據(jù)PWM信號，產(chǎn)生三相電壓給交流伺服電機。CPU在根據(jù)電 流反饋和角度反饋運行控制程序時，根據(jù)第一角度指令和主軸與底軸之間的傳動比計算第 二角度指令，并將其發(fā)送給第二個系統(tǒng)中的伺服控制器。在第二個系統(tǒng)中，伺服控制器接收第一個系統(tǒng)中的伺服控制器發(fā)送來的第二角度 指令，由MCU中的CPU根據(jù)電流反饋和角度反饋運行控制程序。由于第二個系統(tǒng)中伺服控 制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與第一個系統(tǒng)中的伺服控制器相同，在此不再重說明。實施例二 參見圖4為本發(fā)明第二實施例的電動縫紉機的總體結(jié)構(gòu)示意圖，在本實施例中， 大部分結(jié)構(gòu)與實施例一相同，相同的結(jié)構(gòu)在此不再贅述。不同的是，伺服電機與用于控制其 工作的伺服控制器一體化設(shè)置，通過一體化設(shè)置，縮短了位置檢測裝置信號的傳輸路徑，降 低了信號干擾，因此，提高了控制的可靠性?；诒緦嵤├奈恢脵z測裝置的信號處理方法 與實施例一的方法相同。實施例三參見圖5為本發(fā)明第三實施例的電動縫紉機的總體結(jié)構(gòu)示意圖，在本實施例中， 大部分結(jié)構(gòu)與實施例一相同，相同的結(jié)構(gòu)在此不再贅述。不同的是，本實施例中使用單控制 器操控兩臺伺服電機。參見圖6為本發(fā)明中第三實施例的電動縫紉機的伺服控制框圖。在該控制器內(nèi)包 括MCU和兩個IPM(智能功率模塊)，在MCU的內(nèi)部有兩個電機運行控制模塊，分別為機械 環(huán)、電流環(huán)和PWM信號產(chǎn)生模塊。MCU根據(jù)反饋的電流和角度信號，運行控制程序，產(chǎn)生兩組 PWM信號，分別控制兩個IPM。兩個IPM將分別將三相電壓加給兩個交流伺服電機，從而實現(xiàn)對兩個交流伺服電機的同步控制。其中，根據(jù)第一角度指令計算第二角度指令的方法與實施例一相同。在上述三個實施例中，位置檢測裝置直接輸出電機的角度信號，因此，伺服控制器 通過同步口接收該角度信號即可，在本發(fā)明中，位置檢測裝置也可以只輸出電壓信號，對該 電壓信號的處理可以由伺服控制器中的MCU來完成，根據(jù)本發(fā)明以上的三種實施例，通過 以下詳細描述本發(fā)明的位置檢測裝置及其信號處理裝置與方法。圖7是表示本發(fā)明的一種位置檢測裝置的立體結(jié)構(gòu)分解圖。如圖3所示，本發(fā)明 的位置檢測裝置由磁感應元件板102、磁鋼環(huán)103、導磁環(huán)104、骨架105組成；磁感應元件 板102由PCB板和磁感應元件106組成，，磁感應元件板102上還裝有接插件108。磁鋼環(huán)103裝在軸107上，導磁環(huán)104固定在骨架105上，骨架105固定在電機的 合適位置。當軸107轉(zhuǎn)動時，磁鋼環(huán)103轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生正弦磁場，而導磁環(huán)104起聚磁作用，磁 鋼環(huán)103產(chǎn)生的磁通通過導磁環(huán)104。PCB板上固定的磁感應元件106把通過導磁環(huán)104 的磁場轉(zhuǎn)換成電壓信號并輸出，該電壓信號直接進入主控板芯片。由主控板上芯片對電壓 信號進行處理，最后得到位角位移。其中，在制作所述的位置檢測裝置時，導磁環(huán)104設(shè)置在骨架成型模具上，在所述 骨架一體成型時與骨架105固定在一起。圖8是本發(fā)明的位置檢測裝置安裝于軸上的總體的立體圖。導磁環(huán)104安裝于骨 架105上，磁鋼環(huán)103安裝軸107上，導磁環(huán)104與磁鋼環(huán)103可以相對轉(zhuǎn)動。本發(fā)明通過 合理安排各部件的布局，可以減少位置檢測裝置的尺寸。圖9A到圖9D以由1/4弧段和3/4弧段構(gòu)成的導磁環(huán)為例，圖示了本發(fā)明的導磁 環(huán)的倒角設(shè)計。如圖9A到圖9D所示，導磁環(huán)由兩段或多段同半徑、同圓心的弧段構(gòu)成，圖 9A所示的導磁環(huán)沒有設(shè)計倒角，圖9B到圖9D所示的弧段端部設(shè)有倒角，所述倒角為沿軸向 (圖9B)或徑向(圖9C)或同時沿軸向、徑向(圖9D)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，磁感應元件置于該縫隙內(nèi)，當磁鋼 環(huán)與導磁環(huán)發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)運動時，所述磁感應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的控制器。根據(jù)磁密公式可以知道，當 一定時候，可以通過減少S，增加B。
o因為永磁體產(chǎn)生的磁通是一定的，在導磁環(huán)中S較大，所以B比較小，因此可以減 少因為磁場交變而導致的發(fā)熱。而通過減少導磁環(huán)端部面積能夠增大端部的磁場強度，使 得磁感應元件的輸出信號增強。這樣的信號拾取結(jié)構(gòu)制造工藝簡單，拾取的信號噪聲小，生 產(chǎn)成本低，可靠性高，而且尺寸小。以下通過實施例詳細描述本發(fā)明的位置檢測裝置及其信號處理裝置與方法。位置檢測裝置的實施例1 根據(jù)本位置檢測裝置的第一實施例，提供了設(shè)有兩個磁感應元件的位置檢測裝置。圖10是本發(fā)明位置檢測裝置第1實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖10所示，導磁環(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表示的兩個磁感應元件氏、112放置于A和B處的狹縫中，采用此結(jié)構(gòu)有利于減少磁場泄露，提高磁感應元件感應的磁通量，并且由于磁表面感應的磁 通是磁場的積分，因此有利用降低信號噪聲以和信號中的高次諧波。在電機軸上，由兩段同 半徑的弧段111、112構(gòu)成的導磁環(huán)與磁鋼環(huán)113同心安裝。圖11是本發(fā)明第一實施例的信號處理裝置的框圖，磁感應元件氏和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，通過運算得到信 號K，通過使磁感應元件&和H2的信號與該信號K進行相乘，以此來進行溫度補償，消除溫 度對信號的影響。存儲器4中存儲有一角度存儲表，MCU根據(jù)信號D在角度存儲表中選擇 與其相對的角度作為偏移角度0。位置檢測裝置的實施例2根據(jù)本發(fā)明位置檢測裝置的實施例2，提供了設(shè)有四個磁感應元件的位置檢測裝置。圖12是本發(fā)明位置檢測裝置的實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖12所示，導磁環(huán)由四 段同半徑的1/4弧段118、119、120和121構(gòu)成，A，B, C，D四個位置角度依次相隔為90°， 并且都有一狹縫。分別以114、115、116和117表示的4個磁感應元件H” H2、H3、H4分別放 置于狹縫A、B、C和D處，采用此結(jié)構(gòu)有利于減少磁場泄露，提高磁感應元件感應的磁通量， 并且由于磁表面感應的磁通是磁場的積分，因此有利用降低信號噪聲以和信號中的高次諧 波。四段同半徑的1/4弧段118、119、120和121構(gòu)成的導磁環(huán)和磁鋼環(huán)122同心安裝。圖13是本發(fā)明第二實施例的信號處理裝置的框圖。信號處理裝置與處理方法與實施例1相類似，不同在于，由于本實施例2中有4 個互成90度的磁感應元件，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，處理過程及方法與實施例1相同。因此，在此不再贅述。位置檢測裝置的實施例3根據(jù)本位置檢測裝置的實施例3，提供了設(shè)有三個磁感應元件的位置檢測裝置。圖14是本發(fā)明第三實施例的位置檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖14所示，導磁環(huán) 由三段同半徑的1/3弧段126、127和128構(gòu)成，A，B, C三個位置依次相距120°，并且開有 一狹縫，分別以123、124和125表示的3個傳感器Hi、H2、H3分別放置狹縫處，采用此結(jié)構(gòu)有 利于減少磁場泄露，提高傳感器感應的磁通量，并且由于傳感器表面感應的磁通是磁場的 積分，因此有利用降低信號噪聲以和信號中的高次諧波。三段同半徑的1/3弧段126、127 和128構(gòu)成的導磁環(huán)和磁鋼環(huán)129同心安裝。圖15是本發(fā)明第三實施例的信號處理裝置的框圖。與實施例1不同的是，磁感應元件有三個，輸出給合成器的信號為三個，合成器在 處理信號時與實施例1不同，其余與實施例1相同。在這里，僅說明合成器如何處理信號。在本實施例中，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{第一個信號的符合位，第二個信號的符合位，第三個信號的符合位，較小數(shù)值的信 號的數(shù)值位}。以本實施例為例0113
約定
0114] 當數(shù)據(jù)X為有符號數(shù)時，數(shù)據(jù)X的第0位( 表示數(shù)據(jù)X為負，X_0 = 0表示數(shù)據(jù)X為正。進制左起第1位)為符號位，x_0 =
0115
0116
0117
0118
0119
0120 0121 0122
0123
0124
0125
0126
0127
0128
0129
0130
0131
0132
0133
0134
0135
0136
0137
0138
0139
0140
0141
0142
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} D = {A_0 ;B_0 如果{A_0 ;B_0 ;C_0} D = {A_0 ;B_0 如果{A_0 ;B_0 ;C_0} D = {A_0 ;B_0 如果{A_0 ;B_0 ;C_0} D = {A_0 ;B_0 如果{A_0 ;B_0 ;C_0} D = {A_0 ;B_0 如果{A_0 ;B_0 ;C_0} D = {A_0 ;B_0 如果{A_0 ;B_0 ;C_0} D = {A_0 ;B_0 如果{A_0 ;B_0 ;C_0} D = {A_0 ;B_0 如果{A_0 ;B_0 ;C_0} D = {A_0 ;B_0 如果{A_0 ;B_0 ;C_0} D = {A_0 ； B_0 ； 如果{A_0 ;B_0 ;C_0} D = {A_0 ； B_0 ； 如果{A_0 ;B_0 ;C_0} D = {A_0 ； B_0 ；
=010 并且 A_D ;C_0 ;C_D} =010 并且 A_D ；C_0 ;A_D} =101 并且 A_D ;C_0 ;C_D} =101 并且 A_D ；C_0 ;A_D} =Oil 并且 B_D ;C_0 ;C_D} =Oil 并且 B_D ；C_0 ;B_D} =100 并且 B_D ;C_0 ;C_D} =100 并且 B_D ；C_0 ;B_D} =001 并且 B_D ；C_0 ;A_D} =001 并且 B_D C_0 ;B_D} =110 并且 B_D C_0 ;A_D} =110 并且 B_D C_0 ;B_D}
>=C D
< C D
>=C D
< C D
>=C D
< C D
>=C D
< C D
>=A D
< A D
>=A D
< A D
TTTC
a = A-Bx cos( y)-Cx cos(y) / = 5xsin(y)-Cxsin(y)
R = s]a2+ p2
0143]位置檢測裝置實施例4
0144]參照附圖，圖16是本發(fā)明的位置檢測裝置實施例4的立體結(jié)構(gòu)分解圖。該位置檢 則裝置包括轉(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 以及第一導磁環(huán)205a和第二導磁環(huán)205b，第一磁鋼環(huán)201a和第二磁鋼環(huán)201b分別固定在 電機軸200上，其中定子為支架203。 如圖16，第一導磁環(huán)205a和第二導磁環(huán)205b分別由多個同圓心、同半徑的弧段構(gòu)成，相鄰兩個弧段之間留有空隙，對應于兩個磁鋼環(huán)的磁感應元件204分別設(shè)在該空隙內(nèi)。對應于第二磁鋼環(huán)201b，以第二磁鋼環(huán)201b的中心為圓心的同一圓周上設(shè)有n(n =1，2…n)個均勻分布的磁感應元件，第二磁鋼環(huán)的磁極磁化順序使得n個磁感應原件輸 出呈格雷碼形式。磁極的極性為格雷碼的首位為“0”對應于“N/S”極，首位為“1”對應于 “S/N，，極。第一磁鋼環(huán)201a均勻的磁化為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?shù)诙配摥h(huán)中的磁極總數(shù)為6時，第一磁鋼環(huán)201a的極對數(shù)為6 對。以第一磁鋼環(huán)201a的中心為圓心的同一圓周上，設(shè)置有m個磁感應元件，如2個，當轉(zhuǎn) 子相對于定子發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)運動時，所述磁感應元件將感測到的磁信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枺?并將該電壓信號輸出給一信號處理裝置。定義第一磁鋼環(huán)中相鄰一對“N-S”為一個信號周期，因此，任一“N-S”對應的機械 角度為360° /g(g為“N-S”個數(shù))，假定轉(zhuǎn)子在t時刻旋轉(zhuǎn)角度e位于第nth信號周期內(nèi)， 則此時刻角位移e可認為由兩部分構(gòu)成1.在第nth信號周期內(nèi)的相對偏移量，磁感應元 件氏和H2感應第一磁鋼環(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rith信號周期首位置的絕對偏移量92，用傳感器氏，114，...扎感應磁環(huán) 2的磁場來確定此時轉(zhuǎn)子究竟是處于哪一個“N-S”來得到e2?；谠撐恢脵z測裝置及原理的信號處理裝置包括A/D轉(zhuǎn)換模塊、相對偏移量0 : 計算模塊、絕對偏移量92計算模塊和存儲模塊。其信號處理流程如圖8-11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工計算模塊對位置檢測裝置發(fā)送來的對應于第一磁鋼環(huán)的第一 電壓信號進行角度9工求解，計算對應于第一磁鋼環(huán)的信號在所處信號周期內(nèi)的相對偏移 量9 1;由絕對偏移量92計算模塊對位置檢測裝置發(fā)送來的對應于第二磁鋼環(huán)的第一電壓 信號進行角度9 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02;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刻的旋轉(zhuǎn)角度0。上述方案是在電壓信號非常好的情況 下的方案，但是，如果信號不好，則可以在前述方案的基礎(chǔ)上增加的信號放大模塊，具體如 放大器，用于在A/D轉(zhuǎn)換模塊進行A/D轉(zhuǎn)換之前，對來自于位置檢測裝置的電壓信號進行放 大。再有，在進行角度9工求解之前，還包括溫度補償?shù)倪^程，溫度補償?shù)木唧w過程為，先進 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行相乘的具 體方式來進行溫度補償。當然，溫度補償?shù)木唧w方式還有很多種，在此就不一一介紹。相對偏移量e工計算模塊包括信號合成單元、第一角度獲取單元和溫度補償單元， 信號合成單元對不同位置檢測裝置發(fā)送來的經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的電壓信號進行處理，得到一基 準信號D ；所述第一角度獲取單元根據(jù)該基準信號D，在第一標準角度表中選擇一與其相對 的角度作為偏移角度e ??；其中，在得到基準信號D之前，先對輸入給信號合成單元的信號 由溫度補償單元進行溫度補償，再將溫度補償后的信號進行處理得到信號D。這里所述的處 理將在后面詳細說明。絕對偏移量e 2計算模塊包括第二合成器和所述第二角度獲取單元， 用于對對應于第二磁鋼環(huán)的位置檢測裝置發(fā)送來的第二電壓信號進行合成，得到軸轉(zhuǎn)過信 號周期數(shù)，從而確定第一電壓信號所處的信號周期首位置的絕對偏移量e 2，具體實現(xiàn)方式 是所述第二合成器對對應于第二磁鋼環(huán)的位置檢測裝置發(fā)送來的第二電壓信號進行合成，得到一信號E ；所述第二角度獲取單元根據(jù)該信號E在第二標準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。在實施例4中，對應于第二磁鋼環(huán)設(shè)有3磁感應元件，對應于第一磁鋼環(huán)設(shè)有2磁 感應元件。由于第二磁鋼環(huán)的磁極磁化順序使得n個磁感應原件輸出呈格雷碼形式。磁極的 極性為格雷碼的首位為“0”對應于“N/S”極，首位為“1”對應于“S/N”極。因此，在本實施 例中，由于n為3時，得到如圖17所示的編碼，得到6個碼，即得到6個極，充磁順序如圖18 所示，各磁感應元件均布周圍進行讀數(shù)。由于第二磁鋼環(huán)的磁極總數(shù)為6，因此，第一磁鋼環(huán)被均勻的磁化為6對極，其與2 個磁感應元件的布置圖及磁序如圖19所示。圖20示出了本實施例中對應于第一磁鋼環(huán)設(shè)有2個磁感應元件、第二磁鋼環(huán)設(shè)有 3個磁感應元件時信號處理裝置的電路框圖。傳感器1_1和1_2的輸出信號接放大器2_1、 2_2進行放大，然后接A/D轉(zhuǎn)換器3_1、3_2，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對信號A、B進行處理，得到信號D、R，根據(jù)信號D從存儲器8中存儲的標 準角度表中選擇一與其相對的角度作為偏移角度elt>其中，第一合成器6的輸出信號R輸 送給系數(shù)矯正器10，系數(shù)矯正器10根據(jù)信號R和從存儲器9中查表得到信號禮得到信號 K,該信號K作為乘法器4、5的另一輸入端，與從放大器2_1、2_2輸出的信號CI、C2分雖相 乘得到信號A、B作為第一合成器6的輸入。傳感器1_3、1_4、. . . Hnl_n的輸出信號分別接放大器2_3、2_4、. . . 2_n進行放大， 然后接A/D轉(zhuǎn)換器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后通過第二合成器7進行合成，得到一信號E ；根據(jù)該信號 E在存儲器11中的第二標準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e2，e2通過加法器12得到測量的絕對角位移輸出e。其中，第二合成器7的功能是，通過對傳感器H3、H4、. . .Hn的信號進行合成，得到此 時刻轉(zhuǎn)子處于哪一個“N-S”信號周期內(nèi)。第二合成器7的處理是當數(shù)據(jù)X為有符號數(shù)時，數(shù)據(jù)X的第0位(二進制左起第 1位)為符號位，X_0 = 1表示數(shù)據(jù)X為負，X_0 = 0表示數(shù)據(jù)X為正。也即當感應的磁場 為N時，輸出為X_0 = 0，否則為X_0 = 1。則對于本實施例，E= {C3_0 ；C4_0 ；Cn_0}。其中，第一合成器6對信號的處理是比較兩個信號的數(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{第一個信號的符合位，第二個信號的符合位，較小數(shù)值的信 號的數(shù)值位}。具體如下這里約定(后文各合成器均使用該約定)，當數(shù)據(jù)X為有符號數(shù)時，數(shù)據(jù)X的第0 位(二進制左起第1位)為符號位，x_0 = 1表示數(shù)據(jù)X為負，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)，即去除符號位剩下的數(shù)據(jù)位。如果A_D>=B_DD = {A_0 ;B_0 ;B_D}R= J A2 + B2 ；否則
D = {A_0 ;B_0 ;A_D}R= y/A2+B2 ；信號K 一般是通過將信號禮和R進行除法運算得到。對于第一、二標準角度表，在存儲器中存儲了兩個表，每個表對應于一系列的碼， 每一個碼對應于一個角度。該表是通過標定得到的，標定方法是，利用本施例的檢測裝置和 一高精度位置檢測模塊，將本施例中的磁感應元件輸出的信號和該高精度位置檢測模塊輸 出的角度進行一一對應，以此建立出一磁感應元件輸出的信號與角度之間的關(guān)系表。也就 是，對應于信號D存儲了一個第一標準角度表，每一個信號D代表一個相對偏移量0lt)對 應于信號E，存儲了一個第二標準角度表，每一個信號E代表一個絕對偏移量e 2。圖21是本發(fā)明位置檢測裝置的實施例4的位置檢測裝置的另一種結(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分別固定在電機軸200上，其中定子為 支架203。磁感應元件204直接表貼在支架203的內(nèi)表面。上述實施例4是在n = 2的情況下，m值變化的實施例，本位置檢測裝置不限于此， 第二磁鋼環(huán)上的磁感應元件n可以是任意整數(shù)(n = 0，1，2"^)，當11 = 4時，其磁化順序 及算法流程與上述位置檢測裝置的實施例2相同；當n = 3時，其磁化順序及算法流程與上 述位置檢測裝置的實施例3相同。位置檢測裝置的實施例5在本實施例中，結(jié)構(gòu)與實施例4基本相同，相同之處不再贅述，不同之處在于，所 述第一磁鋼環(huán)被均勻地磁化為N對磁極，其中，N< = 2n(n = 0, l，2" n)，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，其磁序按照如圖23所示的磁序算法確定；對應 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 呈一定角度分布的磁感應元件；對應于第二磁鋼環(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-n)個呈一定角度分布的磁感應元件。如圖22、24為例，圖22為本 發(fā)明位置檢測裝置的實施例5的第一磁鋼環(huán)充磁磁序及與磁感應元件的位置關(guān)系圖，圖24 為檢測裝置的實施例5的第二磁鋼環(huán)充磁磁序及與磁感應元件的位置關(guān)系圖。根據(jù)對應第 二磁鋼環(huán)的磁感應元件的個數(shù)，在本實施例中，n = 3，可以確定第一磁鋼環(huán)的極對數(shù)，最大 為n3 = 8，當然也可以小于8，在本實施例為8，第一磁鋼環(huán)的總極數(shù)為8，其磁序由圖23所 示的算法確定。如圖22、24所示，對應于第一磁鋼環(huán)201a的第一列磁感應元件204為2個，即m =2，用&和H2表示，這兩個磁感應元件氏和H2分別放置于對應導磁環(huán)205a的兩個夾縫 中。對應于第二磁鋼環(huán)201b的第二列磁感應元件204為3個，即n = 3，用H3、H4和H5表 示。取磁極數(shù)N = 8，這樣，對應于第二磁鋼環(huán)201b的相鄰兩個磁感應元件204之間的夾角 為360° /8。對應于第一磁鋼環(huán)201a的相鄰兩個磁感應元件308之間的夾角為90° /8。圖23所示的算法如下首先進行初始化a
=“0……0”；然后將當前編碼入編碼集，即編碼集中有 “0……0” ；接著檢驗入編碼集的集合元素是否達到8，如果是則程序結(jié)束，反之將當前編碼 左移一位，后面補0 ；然后檢驗當前編碼是否已入編碼集，如果未入編碼集則將當前編碼入 編碼集繼續(xù)進行上述步驟，如果已入編碼集則將當前碼末位去0補1 ；接著檢驗當前編碼是否已入編碼集，如果未入編碼集則將當前編碼入編碼集繼續(xù)進行上述步驟，如果已入編碼 集則檢驗當前碼是否為“0……0”，是則結(jié)束，否則將當前編碼的直接前去碼末位去0補1 ； 接著檢驗當前編碼是否已入編碼集，如果未入編碼集則將當前編碼入編碼集繼續(xù)進行上述 步驟，如果已入編碼集則檢驗當前碼是否為“0……0”，然后繼續(xù)進行下面的程序。其中0磁 化為“N/S”，1磁化為“S/N”。這樣得到了圖24所示的磁鋼環(huán)201b充磁結(jié)構(gòu)圖以及H3、H4 和H5的排布順序。上述實施例4是在n = 2的情況下，m值變化的實施例，本位置檢測裝置不限于此， 第二磁鋼環(huán)上的磁感應元件n可以是任意整數(shù)(n = 0，1，2 "11)，如圖25所示，分別為當11 =3、4、5時的第二磁鋼環(huán)、導磁環(huán)和磁感應元件的分布分。其各自的磁化順序及算法流程 分別與圖23、24類似，在此省略對它們的詳細說明。上述的位置檢測裝置采用磁電式，由于元件放置方式及信號處理方式使得磁場分 布均勻，泄露小，原始信號質(zhì)量好、幅值大、信號噪聲小，提高了檢測精度，在其信號處理上， 減少了因為模擬器件導致的溫度和零點漂移，且磁感應元件可直接固定在電路板上，無需 轉(zhuǎn)接件，提高了電路的可靠性和穩(wěn)定性。本發(fā)明通過使用上述檢測精度更高的位置檢測裝置，使得本發(fā)明能更加精確地實 現(xiàn)同步控制，因而減小了縫紉機的振動和噪音。最后應說明的是以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照 上述實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解，依然可以對本發(fā) 明的技術(shù)方案進行修改和等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本 發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
權(quán)利要求
一種電動縫紉機，包括機頭，在所述機頭上包括主軸和底軸，其特征在于，還包括控制器及兩個分別驅(qū)動主軸和底軸的電動機，由控制器控制兩個電動機同步工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動縫紉機，其特征在于，所述控制器為兩個，分別用于控制 兩個電動機工作，并且，所述兩個控制器通過數(shù)據(jù)線進行同步通訊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動縫紉機，其特征在于，所述電機與用于控制其工作的控 制器一體設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的電動縫紉機，其特征在于，在每一電動機的軸上還包 括位置檢測裝置，用于檢測電機軸的位置，并將該位置信息傳送給相應的控制器，用于電機 位置的精確控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電動縫紉機，其特征在于，所述位置檢測裝置包括磁鋼環(huán)、導 磁環(huán)和磁感應元件，其特征在于，所述導磁環(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，所述磁感應元件置于該縫隙內(nèi)，所述磁鋼環(huán)固定在電機軸上，所述導磁 環(huán)和磁感應元件固定在電動機本體上，當磁鋼環(huán)與導磁環(huán)發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)運動時，所述磁感 應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的信號處理裝置；所述的導磁環(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，對應的 磁感應元件為2個；或者，所述的導磁環(huán)由三段同半徑的弧段構(gòu)成，分別為1/3弧段，對應的 磁感應元件為3個；或者，所述的導磁環(huán)由四段同半徑的弧段構(gòu)成，分別為1/4弧段，對應的 磁感應元件為4個；或者，所述的導磁環(huán)由六段同半徑的弧段構(gòu)成，分別為1/6弧段，對應的 磁感應元件為6個。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電動縫紉機，其特征在于，所述位置檢測裝置包括固定在電 動機軸上的轉(zhuǎn)子和將轉(zhuǎn)子套在內(nèi)部、固定在電動機本體上的定子，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)分別固定在同一電機軸上；在定子上，對應于第二磁鋼環(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丨11)個均勻分布的磁感應元件，所述第二磁鋼環(huán)的磁極磁化順序使得n個磁感應元件 輸出呈格雷碼格式，相鄰兩個輸出只有一位變化；在定子上，對應于第一磁鋼環(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)個呈一定角度分布的磁感應元件，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；當轉(zhuǎn)子相對于定子發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)運動時，所述磁感應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；在定子上對應于第一磁鋼環(huán)的相鄰兩個磁感應元件之間的夾角，當m為2或4時，該夾 角為90° /g;當m為3時，該夾角為120° /g;當m為6時，該夾角為60° /g，其中，g為第 二磁鋼環(huán)的磁極總數(shù)。
7.如權(quán)利要求4所述的電動縫紉機，其特征在于，所述位置檢測裝置包括固定在電動 機軸上的轉(zhuǎn)子和將轉(zhuǎn)子套在內(nèi)部、固定在電動機本體上的定子，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)分別固定在同一電機軸上，所述第一磁鋼環(huán)被均 勻地磁化為N對磁極，在這里，N<= 2n(n = 0，1，2…n)，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個呈 一定角度分布的磁感應元件，在這里，m為2或3的整數(shù)倍；對應于第二磁鋼環(huán)，以第二磁鋼 環(huán)的中心為圓心的同一圓周上設(shè)有n個呈一定角度分布的磁感應元件；當轉(zhuǎn)子相對于定子發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)運動時，所述磁感應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一信號處理裝置；在定子上對應于第二磁鋼環(huán)的相鄰兩個磁感應元件之間的夾角為360° /2n ； 在定子上對應于第一磁鋼環(huán)相鄰兩個磁感應元件之間的夾角，當m為2或4時，每相鄰 兩個磁感應元件之間的夾角為90° IT,當m為3時，每相鄰兩個磁感應元件之間的夾角為 120°為6時，每相鄰兩個磁感應元件之間的夾角為60° /2n。
8.如權(quán)利要求4所述的電動縫紉機，其特征在于，所述控制器包括一控制模塊，該控制 模塊包括第一、二電機控制子模塊和同步控制子模塊；其中，所述第一、二電機控制子模塊分別用于控制兩個電動機工作，所述同步信號控制 子模塊用于根據(jù)接收到的用戶的角度指令，計算使兩個電動機同步工作的用于發(fā)送給第一 或/和二電機控制子模塊的角度指令。
9.如權(quán)利要求15所述的電動縫紉機，其特征在于，所述第一、二電機控制子模塊分別 包括數(shù)據(jù)處理單元、電機驅(qū)動單元和電流傳感器，所述數(shù)據(jù)處理單元接收用戶輸入的指令 信號或同步信號控制子模塊發(fā)送的指令信息、電流傳感器采集的電機電流信號和位置檢測 模塊輸出的電機位置信號，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，輸出控制信號給所述電機驅(qū)動單元，所述電機驅(qū) 動單元根據(jù)所述的控制信號輸出合適的電壓給電動機，從而實現(xiàn)對電動機的精確控制；所述數(shù)據(jù)處理單元包括機械環(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 元和信號處理子單元；所述傳感器信號處理子單元接收所述電流傳感器檢測到的電流信號，經(jīng)過A/D采樣后 輸出給所述的電流環(huán)控制子單元；所述機械環(huán)控制子單元根據(jù)接收用戶輸入的指令信號或同步信號計算子模塊發(fā)送的 指令信息和位置檢測模塊發(fā)送的代表電機軸的位置信息，經(jīng)過運算得到電流指令，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)接收到的電流指令和電流傳感器輸出的電流信號，經(jīng)過運 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 定輸出順序的六路PWM信號，分別作用于電機驅(qū)動單元；所述電機驅(qū)動單元包括六個功率開關(guān)管，所述開關(guān)管每兩個串聯(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，每一組中的兩個開關(guān)管分時導通。
10.如權(quán)利要求9所述的電動縫紉機，其特征在于，所述信號處理子單元還包括位置檢 測模塊的信號處理電路，用于根據(jù)所述位置檢測模塊的電壓信號得到電機軸的轉(zhuǎn)動角度， 具體包括A/D轉(zhuǎn)換電路，對位置檢測模塊中磁感應元件發(fā)送來的電壓信號進行A/D轉(zhuǎn)換，將模擬 信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；合成電路，對位置檢測模塊發(fā)送來的經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的多個電壓信號進行取舍，得到一 基準信號D ；角度獲取電路，根據(jù)該基準信號D，在一角度存儲表中選擇一與其相對的角度作為偏移 角度9 ；和存儲電路，用于存儲處理過程中的數(shù)據(jù)和角度存儲表；或A/D轉(zhuǎn)換電路，對位置檢測裝置發(fā)送來的電壓信號進行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工計算電路，用于計算位置檢測裝置中對應于第一磁鋼環(huán)的磁感應元 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計算電路，根據(jù)位置檢測裝置中對應于第二磁鋼環(huán)的磁感應元件發(fā)送來的第二電壓信號，通過計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；角度合成及輸出電路，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刻的旋轉(zhuǎn)角度e ； 存儲電路，用于存儲處理過程中的數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電動縫紉機，主要包括機頭、機架及電動機，所述縫紉機采用雙電機驅(qū)動，主軸和底軸分別由一個電動機驅(qū)動，通過控制器，控制兩臺電動機保持同步運行，從而使主軸和底軸同步旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明提供的電動縫紉機，主軸和底軸的振動不會相互影響，降低了縫紉機的機構(gòu)耦合，減小了振動和噪聲，從而降低了故障率。
文檔編號H02P5/00GK101876125SQ200910137779
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)西電機有限公司