CN107121155A - 一种测量装置 - Google Patents

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    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
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    • G01D5/24—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance
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Abstract

本发明提供一种测量装置，用于测量电梯升降机的电机的转子的位置和/或运动，其主要改进之处在于，包括：动栅、定栅、信号处理电路；所述动栅安装在电梯升降机的旋转部分上，以便将动栅装配成围绕转子的转轴与转子同轴旋转；所述定栅安装在电梯升降机的静态部分上，定栅与动栅的栅面同轴相对而设，平行安装，定栅与动栅之间具有间隙且能够实现信号耦合；所述信号处理电路用于对定栅因定栅与动栅之间耦合而得的信号进行处理。定栅包括发射极、定栅屏蔽极、接收极；动栅包括动栅屏蔽极和反射极。该测量装置测量精度高，且可以灵活布置在电机中希望的地方。

Description

一种测量装置
技术领域
本发明涉及一种位置和/或运动的测量装置，尤其涉及电机的转子的位置和/或运动的测量装置。
背景技术
电梯升降机中均安装有电机，为了调整电机的转矩，有必要拥有有关转子的磁极位置的信息。另外,为了调整电机的运动，需要有关转子转动的反馈。
转子的磁极位置传统上通过像旋转变压器（resolver）那样、测量位置数据的绝对传感器来检测。旋转变压器的测量精度相当低。此外，像其它绝对传感器那样的旋转变压器一般必须安装在电动机的主轴上，由于电动机的结构，这可能是一项艰巨的任务。安装在主轴上的绝对传感器也可能使电动机的轴长增加。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种测量装置，使用特定定栅、动栅电容耦合信号，通过信号处理电路读取转子位置和/或运动数据；该测量装置测量精度高，且可以灵活布置在电机中希望的地方；本发明采用的技术方案是：
一种测量装置，用于测量电梯升降机的电机的转子的位置和/或运动，其主要改进之处在于，包括：动栅、定栅、信号处理电路；
所述动栅安装在电梯升降机的旋转部分上，以便将动栅装配成围绕转子的转轴与转子同轴旋转；
所述定栅安装在电梯升降机的静态部分上，定栅与动栅的栅面同轴相对而设，平行安装，定栅与动栅之间具有间隙且能够实现信号耦合；
所述信号处理电路用于对定栅因定栅与动栅之间耦合而得的信号进行处理。
进一步地，定栅包括发射极、定栅屏蔽极、接收极；接收极位于定栅栅面中间部位，多个发射极均匀设置在围绕接收极一圈的环形区域上，各发射极之间相互绝缘；定栅屏蔽极位于发射极与接收极之间的一个环形区域上，避免发射极与接收极直接耦合；
动栅包括动栅屏蔽极和反射极；反射极为动栅栅面上从中间区域向外延伸的各个电极片，各反射极电极片相互绝缘，各反射极电极片周向均匀间隔设置；相邻反射极电极片之间设置动栅屏蔽极，各动栅屏蔽极的外侧连接在一起；反射极与动栅屏蔽极间相互绝缘。
定栅的发射极加载频率和相位按照周期性变化的激励电压信号，动栅的反射极与定栅发射极电容耦合产生相同频率和相位的感应电压信号；
动栅的反射极与定栅的接收极电容耦合，由此，动栅的反射极分别与定栅发射极、接收极电容耦合，在定栅接收极上形成叠加信号；该叠加信号送至信号处理电路进行处理。
更进一步地，定栅上的发射极按组编排，连续排列的n个发射极为一组，n为大于1的偶数；对每组发射极进行编号，各组中编号相同的发射极连接同一个激励电压信号；
每一组发射极中，前n/2个连续排列的发射极对应动栅上的一个反射极。
进一步地，定栅安装在电梯升降机电机的定子上，或者安装在定子的安装框架上。
进一步地，动栅安装在电梯升降机电机的转子端面上，与转子同轴设置。
本发明的优点在于：该测量装置基于非接触式测量，测量时摩擦力可以减小到最小，不会因为测量部件的表面磨损导致测量精度下降；结构简单，信号线可以全部从定栅上引出，作为运动部件的动栅可以没有引线，设计方便；配用集成电路，几乎无数据传送误差，数据更新速率高。
附图说明
图1为本发明的结构组成示意图。
图2a为本发明的定栅示意图。
图2b为本发明的动栅示意图。
图3为本发明相关的电驱动器原理图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为安装有本发明测量装置的电梯升降机的侧视图，测量装置装配在其中，用于测量电梯升降机的电机2的转子3的位置和/或运动；
图2a显示了在前视图中看到的包含在测量装置中的定栅8；
图2b显示了在前视图中看到的包含在测量装置中的动栅4；
定栅8可安装在电机2的定子5上，或者安装在定子5的安装框架9上（通过安装框架9上连接的支撑臂安装，图1中未画出）；动栅4可安装在如图1中所示电梯升降机电机2的转子3端面上，或者，根据需要在转子3上连接一个与转子3同轴旋转的独立安装部件，动栅4可安装在该独立安装部件的端面上；动栅4围绕转子3的转轴7，与转子3同轴旋转；转子3周面上设有驱动滑轮6；
定栅8与动栅4的栅面同轴相对而设，平行安装，控制定栅8与动栅4之间的间隙，以便两者能够实现信号耦合；
如图2a所示，定栅8为精密加工的PCB板，包括发射极801、定栅屏蔽极802、接收极803；发射极801、定栅屏蔽极802、接收极803都是PCB板的板面上加工形成的铜片（铜箔）；接收极803位于定栅8栅面中间部位，其可以是一块环形片，多个发射极801设置在围绕接收极803一圈的环形区域上，各发射极801之间相互绝缘；定栅屏蔽极802位于发射极801与接收极803之间的一个环形区域上，避免发射极801与接收极803直接耦合；
如图2b所示，动栅4也是精密加工的PCB板，包括动栅屏蔽极401和反射极402；动栅屏蔽极401和反射极402都是PCB板的板面上的铜片（铜箔）；动栅4包括动栅屏蔽极401和反射极402；反射极402为动栅4栅面上从中间区域向外延伸的各个电极片，各反射极402电极片相互绝缘，各反射极402电极片周向均匀间隔设置；相邻反射极402电极片之间设置动栅屏蔽极401，各动栅屏蔽极401的外侧连接在一起；反射极402与动栅屏蔽极401间相互绝缘；更优地，反射极402与动栅屏蔽极401宽度一致；
定栅8的发射极801加载频率和相位按照周期性变化的激励电压信号，动栅4的反射极402与定栅发射极801电容耦合产生相同频率和相位的感应电压信号，定栅屏蔽极802避免发射极801与接收极803直接电容耦合；
动栅4的反射极402与定栅的接收极803电容耦合，由此，动栅4的反射极402分别与定栅8发射极801、接收极803电容耦合，在定栅8接收极803上形成叠加信号；该叠加信号送至信号处理电路13进行解调、放大、整形、鉴相、计数、寄存、运算等，最终输出信号。
定栅8的发射极801的极距按设计要求可变，例如，定栅8上可设有48个发射极801，每4个连续排列的发射极801对应动栅4上的一个反射极402；
定栅8上每8个连续排列的发射极801为一组，共计6组，对每组的发射极801进行编号，比如每一组的8个发射极编号为a、b、c、d、e、f、g、h；各组中相同编号的发射极连接同一激励电压信号，比如各组中编号为a的发射极连接第一个激励电压信号，编号为b的发射极连接第二个激励电压信号，以此类推；每组发射极801中的前4个连续排列的发射极801对应动栅4上的一个反射极402；运行时，动栅4与定栅8两块印刷电路板的栅面平行同轴相对，距离在0.1mm左右。
信号处理电路13可采用集成电路芯片，以及合适的***元件组成；可以安装于安装框架9上，动栅、定栅电容耦合信号数据，与动栅4、定栅8的位移有一一对应关系，调相信号为周期信号，动栅4与定栅8每相对位移一组发射极的宽度，调相信号变化一个周期，依次可以鉴定相位变化，从而信号处理电路13可以计算出动栅4与定栅8的相对位移，结合可逆计数器记录输出信号变化周期数，进而计算出转子3相对定子5的位移。
图3为电梯升降机的电驱动器15，包含电机2和变频器16；变频器16包含整流器24和逆变器23，它包含将来自交流电源25的电力供应给同步电动机2的电子开关。整流器24整流来自交流电源25的恒频交流电压，产生到变频器16的直流电压中间电路的直流电压；逆变器23将直流电压中间电路的直流电压重新转换成控制同步电动机2的变幅和变频电源电压。装配在电机2中的是测量电机的转子的位置和/或运动的测量装置。信号连接线12设置在定栅8与信号处理电路13之间，数据传送连接线17设置在信号处理电路13和变频器16的控制器26之间；使指示电机2的转子的位置和/或运动的数据可以传递给变频器16。
定栅8输出代表电机2的转子3的位置和/或运动的数据14，信号处理电路13将代表电机2的转子3的位置和/或运动的数据14转换成变频器16的控制器26可理解的形式，并发送给控制器26。所述转子位置和/或运动数据14用于变频器16的转矩控制和速度控制。

Claims (7)

1.一种测量装置，用于测量电梯升降机的电机(2)的转子(3)的位置和/或运动，其特征在于，包括：动栅(4)、定栅(8)、信号处理电路(13)；
所述动栅(4)安装在电梯升降机的旋转部分上，以便将动栅(4)装配成围绕转子(3)的转轴(7)与转子(3)同轴旋转；
所述定栅(8)安装在电梯升降机的静态部分上，定栅(8)与动栅(4)的栅面同轴相对而设，平行安装，定栅(8)与动栅(4)之间具有间隙且能够实现信号耦合；
所述信号处理电路(13)用于对定栅(8)因定栅(8)与动栅(4)之间耦合而得的信号进行处理。
2.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，
定栅(8)包括发射极(801)、定栅屏蔽极(802)、接收极(803)；接收极(803)位于定栅(8)栅面中间部位，多个发射极(801)均匀设置在围绕接收极(803)一圈的环形区域上，各发射极(801)之间相互绝缘；定栅屏蔽极(802)位于发射极(801)与接收极(803)之间的一个环形区域上，避免发射极(801)与接收极(803)直接耦合；
动栅(4)包括动栅屏蔽极(401)和反射极(402)；反射极(402)为动栅(4)栅面上从中间区域向外延伸的各个电极片，各反射极(402)电极片相互绝缘，各反射极(402)电极片周向均匀间隔设置；相邻反射极(402)电极片之间设置动栅屏蔽极(401)，各动栅屏蔽极(401)的外侧连接在一起；反射极(402)与动栅屏蔽极(401)间相互绝缘。
3.如权利要求2所述的测量装置，其特征在于，
定栅(8)的发射极(801)加载频率和相位按照周期性变化的激励电压信号，动栅(4)的反射极(402)与定栅发射极(801)电容耦合产生相同频率和相位的感应电压信号；
动栅(4)的反射极(402)与定栅的接收极(803)电容耦合，由此，动栅(4)的反射极(402)分别与定栅(8)发射极(801)、接收极(803)电容耦合，在定栅(8)接收极(803)上形成叠加信号；该叠加信号送至信号处理电路(13)进行处理。
4.如权利要求2所述的测量装置，其特征在于，
定栅(8)上的发射极(801)按组编排，连续排列的n个发射极(801)为一组，n为大于1的偶数；对每组发射极(801)进行编号，各组中编号相同的发射极(801)连接同一个激励电压信号；
每一组发射极(801)中，前n/2个连续排列的发射极(801)对应动栅(4)上的一个反射极(402)。
5.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，
定栅(8)安装在电梯升降机电机(2)的定子(5)上，或者安装在定子(5)的安装框架(9)上。
6.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，
动栅(4)安装在电梯升降机电机(2)的转子(3)端面上，与转子(3)同轴设置。
7.如权利要求2所述的测量装置，其特征在于，
反射极(402)与动栅屏蔽极(401)宽度一致。
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