CN101776464A

CN101776464A - 电机自带绝对位置检测装置及检测方法

Info

Publication number: CN101776464A
Application number: CN 201010120705
Authority: CN
Inventors: 李昭灿; 周廷明; 赵斌; 陈奇志; 林联伟; 石广林; 赵楠
Original assignee: ZHUZHOU YILIDA ELECTROMECHANICAL CO Ltd
Current assignee: ZHUZHOU YILIDA ELECTROMECHANICAL CO Ltd
Priority date: 2010-03-10
Filing date: 2010-03-10
Publication date: 2010-07-14

Abstract

本发明公布了电机自带绝对位置检测装置及检测方法，该检测装置包括：带豁口编码器码盘，不间断编码器电路，通过内置的绝对位置检测方法实现其功能。本发明可以用来检测电机的绝对位置，这种带绝对位置检测装置的电机用于EPS时，可以用来检测方向盘的角位置。

Description

电机自带绝对位置检测装置及检测方法

技术领域

本发明公布了电机自带绝对位置检测装置及检测方法，用来检测电机的绝对位置，具体为用于EPS时，可以用来检测方向盘角位置。

背景技术

传统的伺服电机上都带有编码器，当电机旋转时编码器产生两路正交脉冲信号，其相互相位关系用来指示电机旋转方向，对其脉冲个数计数用来指示电机旋转角度。

电机在汽车电动助力转向器(EPS)应用时，因回正及其他控制算法的需要，在要求得到电机旋转方向及电机旋转角度的同时，还要求能时刻检测到电机的绝对位置，进而检测出方向盘的当前角位置。所以在EPS上还需要安装角度传感器，这就给转向器的结构设计带来了一定的难度，并且在成本上也有所增加。因此，在驱动电机上提供一种自带绝对位置检测装置，具有很强的实用价值。

本发明因此应运而生，本发明的编码器不仅具有和传统的电机编码器一样的判向、计数等全部功能；还可以用来检测电机的绝对位置。这种带绝对位置检测装置的电机用于EPS时，可以进一步用来检测方向盘角位置。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种稳定性高，抗干扰能力强，安装方便的电机自带绝对位置检测装置及检测方法。

本发明时通过以下的技术方案来实现的，本发明设计了一种绝对位置检测装置，包括：带豁口的编码盘、不间断编码器电路；以及内置的绝对位置检测方法。

所述的带豁口编码盘可以是磁电编码盘，磁电编码盘是一个圆环形状体，它里面有N-1个磁极，这N-1个磁极是安装在编码盘按N等分的N个位置中的N-1个位置上，磁电编码盘贴在支架上构成一个同心圆，支架圆心有个圆形孔，通过这个孔将磁电编码盘与电机轴连接在一起，当电机的轴转动时，磁电编码盘会跟随一起转动，在磁电编码盘上面是编码器印制电路板，固定在电机的后端盖上，不能转动；印制板上面有一个由两个霍尔传感器组成的器件，霍尔元件可以检测到磁电编码盘转动时磁极的位置，并产生与之相对应的一对正交脉冲信号。当然，带豁口编码盘也可以是光电编码盘，或其他介质的脉冲式编码盘。

自带绝对位置检测装置的检测方法，利用本发明的码盘和传统的码盘不同，本装置中磁极分布存在一个唯一的豁口，该豁口两边磁极间的夹角是其他磁极间夹角的2倍；利用该特征，本发明装置上的码盘上的每一个磁极的相位角可唯一确定；在电机旋转通过该豁口时，编码器电路根据该特征识别豁口，根据电机旋转方向，电路对编码器脉冲(相位)及电机旋转圈数进行计数；，该编码器电路在后备电源支持下不间断(不掉电)工作，永远保存电机当前绝对位置(旋转圈数+当前相位)。由此可以判断出电机此时的绝对位置，在EPS的应用中进而判断出方向盘此时的角位置；由于豁口的存在，霍尔元件输出少了一个脉冲，在该发明中通过信号恢复方法，把消失的那一个脉冲恢复出来，使之与传统的码盘信号兼容，达到检测的目的。

本发明的原理：在传统的编码器中，设完整的编码盘均匀分布N个磁极，则磁极间的角位移为360/N度，在使用带豁口的编码器后，由于在完整的编码盘中去掉了一个磁极，使得各磁极或光栅间的角位移出现了唯一一个为720/N度，我们可以识别该被“抹掉的”磁极的位置，而所有其他磁极与它的相对位置在编码盘中是固定不变和被识别的，从而在电机旋转运行时，可以通过编码信号来识别该豁口，进而确定其他磁极的相位；对电机旋转圈数进行计数，从而确定电机的绝对位置。根据参考图7：可以很直观地看出“豁口”在电路中的特点和识别方法：

1：使用带豁口的编码器磁极数为N-1；电机过豁口时间为Th，经过磁极间(或光栅间)时间为Tn；

2：物理上电机转速变化率使得经过豁口前到豁口后满足关系

Th/Tn-1≈3；Th/T1≈3；

3：编码器电路中有模数为N的计数器，在该模数范围中，上述3特征是唯一的。

本发明的有益效果是：本发明的编码器不仅具有和传统的电机编码器一样的判向、计数等全部功能；还可以用来检测电机的绝对位置。具体用于EPS时的有益效果是：

1、本发明省掉了角度传感器，利用码盘来判断方向盘的角位置，可以使生产成本大大降低；2、本发明由于主要应用在汽车EPS上，并且没有角度传感器，使得带角度传感器的EPS安装困难的问题得以解决；3、本发明由于是靠脉冲信号来判断电机的绝对位置，这就使得带码盘电机的稳定性高，抗干扰能力强。

以下结合附图和实施例，来进一步说明本发明，但本发明不局限于该施例，任何在本发明基本精神上的改进或替代，仍属于本发明权利要求书中所要求保护的范围。

附图说明

图1、图2是本发明的磁电编码器码盘示意图；

图3、图4是本发明的光电电编码器码盘示意图；

图5是本发明的磁电印制板不间断编码器电路示意图；

图6是本发明的光电印制板不间断编码器电路示意图；

图7是本发明的编码器原始信号示意图；

图8是本发明装置在电机上的装配示意图。

图8中，1外壳，2主轴，3轴承，4法兰，5编码器电路板，6带豁口编码盘，7后盖。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

实施例1

如图1、图2、图5、图8的一个实例，磁电式编码器由35个磁极构成，这35个磁极是安装在编码盘按36等分的36个位置中的35个位置上，一块印制板上装有用一对霍尔元件来感应码盘的磁极信号，形成编码器原始信号，经内置绝对位置检测方法的图5所示电路进一步处理后，形成传统的两路A、B正交信号和方向信号，以兼容和保证电机的一般应用；并且形成本发明特点的定位信号；从串口还可以进一步输出数字化的当前电机的绝对位置信息(旋转圈数+当前相位)；本电路中电容C1是法拉电容，当外电源关闭时作为后备电源使用，可使本电路在掉电状态下工作5000小时以上，实现不间断工作方式。

在传统的编码器中，完整的编码盘均匀分布36个磁极，则磁极间的角位移为360/36度，在使用带豁口的编码器后，由于在完整的编码盘中去掉了一个磁极，使得各磁极的角位移出现了唯一一个为720/36度，我们可以识别该被“抹掉的”磁极的位置，而所有其他磁极与它的相对位置在编码盘中是固定不变和可被标识的。带豁口的磁电式编码器则是由35个磁极构成，电机旋转时，霍尔传感器感应磁极的经过，产生脉冲信号。

实施例2

如图3、图4、图6、图8的一个实例，光电式编码器有71个光栅，这71个光栅是刻在在编码盘按72等分的72个位置中的71个位置上，一块印制板上装有用一对光断续器来感应码盘的光栅位置，形成编码器原始信号，经内置绝对位置检测方法的图6所示电路进一步处理后，形成传统的两路A、B正交信号和方向信号，以兼容和保证电机的一般应用；并且形成本发明特点的定位信号；从串口还可以进一步输出数字化的当前电机的绝对位置信息(旋转圈数+当前相位)；本电路中电容C1是法拉电容，当外电源关闭时作为后备电源使用，采取扫描方式可使本电路在掉电状态下工作500小时以上，实现不间断工作方式。

在传统的编码器中，完整的编码盘均匀分布72个光栅，则光栅间的角位移为360/72度，在使用带豁口的编码器后，由于在完整的编码盘中去掉了一个光栅，使得各光栅的角位移出现了唯一一个为720/72度，我们可以识别该被“抹掉的”光栅的位置，而所有其他光栅与它的相对位置在编码盘中是固定不变和可被标识的。带豁口的光电式编码器则是由71个光栅构成，电机旋转时，光断续器感应光栅的经过，产生脉冲信号。

下面就内置于电路中的绝对位置检测方法加以说明

为叙述简单，设电机第1次运行时从豁口处开始，初始相位为01当外电源关闭时，电机当前位置(旋转圈数+当前相位)写入flash，电路进入掉电工作模式。

2当外电源打开时，通过串口发出电机当前位置；电路进入常规工作模式，并定时通过串口发出电机当前位置。作为本发明特征，本实例定时发出电机当前位置数据。

3当电机旋转时，编码器电路工作，产生两路正交脉冲信号，脉冲(相位)计数器计数，当计数定时器达到豁口相位(0相位)时，补充输出一对正交脉冲，恢复豁口缺省信号，从而使得本发明的编码器完全兼容传统编码器；作为发本明的特征，此时电路还将产生一个定位脉冲输出；同时电机旋转圈数计数，相位计数器清零。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.电机自带绝对位置检测装置，包括带豁口编码器码盘和不间断编码器电路，其特征在于，所述编码器码盘是一个圆环，贴在支架上，通过支架中心孔与电机轴联接固定并与电机同轴旋转；不间断编码器电路的印制板与编码器码盘平行安装，且不随电机轴旋转；印制板上面有一个器件带有一对霍尔传感器，通过该霍尔器件，当电机旋转时，不间断编码器电路对于编码盘上每一个磁极可以接收两路正交脉冲信号。

2.根据权利要求1所述的电机自带绝对位置检测装置，其特征在于，所述的带豁口编码盘上分布了N-1个磁极，这N-1个磁极是安装在编码盘按N等分的N个位置中的N-1个位置上，磁极分布存在一个唯一的豁口。

3.电机自带绝对位置检测装置检测方法，其特征在于，利用检测装置中编码器磁极分布存在一个唯一的豁口，该豁口两边磁极间的夹角是其他磁极间夹角的2倍；码盘上的每一个磁极的相位角可唯一确定；在电机旋转通过该豁口时，编码器电路根据该特征识别豁口，根据电机旋转方向，对磁板感应脉冲和电机旋转圈数进行计数，该编码器电路在后备电源支持下不间断工作，永远保存电机当前绝对位置，判断出电机此时的绝对位置，当该电机用于EPS时，进而判断出方向盘此时的角位置；由于豁口的存在，霍尔元件输出少了一个脉冲，在该发明中通过信号恢复方法，把消失的那一个脉冲恢复出来，使之与传统的码盘信号兼容，达到检测的目的。