CN112217427B - 针对批产机构无刷电机零位对齐的拓扑结构及装调方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种针对批产机构无刷电机零位对齐的拓扑结构及装调方法，属于自动控制领域。所设计的拓扑结构：轴系安装定位孔全部采用非对称设计，编码器定转子设计有零位刻线，保证了装配时，轴系、角度传感器与电机三者之间相对角度对齐误差保持在一定范围之内，保证了批次性产品机构对齐误差的一致性；通过零位可重写角度传感器可实现电机零位的精确对准；根据上述拓扑结构进行相对应的装调方法。本发明保证了批产产品所有机构的零位均保持为零，减小了零位管理成本，增加了驱动器或产品相同部件之间的互换性。

Description

针对批产机构无刷电机零位对齐的拓扑结构及装调方法

技术领域

本发明属于自动控制领域，具体涉及一种针对批产产品的无刷电机零位对齐的拓扑结构及装调方法。

背景技术

本发明涉及一种针对批产产品的无刷电机零位对齐的拓扑结构及装调方法，主要应用于无刷电机+智能驱动器构型的控制***中，解决了批产机构采用无刷电机后零位需要管理的问题。

机载或者弹载光电伺服***等产品，需要使用力矩电机驱动光电载荷进行空间的快速指向，有刷电机随使用年限增加，电机碳刷磨损严重，易造成电机性能下降，为避免电机积炭问题，控制***设计选用无刷电机+编码器+驱动器的构型。驱动器对无刷电机进行驱动时，需要辨识出电机机械零位(电机机械零位来源于编码器对轴角的测量)，以此进行电机换向或电流闭环控制。对于装配完成的机构，电机、编码器、轴系三者的相对关系是确定的，因此通过驱动器可以辨识出唯一的机械零位；但是不同的机构、以及相同机构的不同次装配之间，零位很难保持一致。

这就带来了不同的机构状态差异(不同机构、以及同一机构的不同次装配之间的状态差异)对应的零位存在差异，而零位是无刷电机驱动一个重要的表征机构特征的参数，不同状态机构零位的不同带来了驱动器和机构之间无法进行互换的问题，对于批产产品来说，不同部件之间互换性可以为产品故障排查、部件的有效利用率的提升等提供有力保障。

发明内容

要解决的技术问题

为了解决上述不同状态机构与驱动器之间的互换性不足的问题，本发明设计了一种针对批产机构的无刷电机零位对齐的拓扑结构及装调方法。虽然本发明基于上述应用背景，但是本发明的应用范围不局限于机载或者弹载光电伺服***，也包含一切采用无刷电机+位置传感器+驱动器的构型中，其中无刷电机不仅仅包含永磁同步电机，还包括直流无刷电机；位置传感器也不局限于编码器，还包括其他具有零位可重写功能角度传感器。

技术方案

一种针对批产机构无刷电机零位对齐的拓扑结构，其特征在于在轴系转子、电机转子上分别设计若干个非对称定位孔，使得它们的装配关系唯一；在轴系转子与编码器转子上分别设计若干个非对称定位孔，使得它们的装配关系唯一；在轴系定子、电机定子上分别设计若干个非对称定位孔，使得它们的装配关系唯一；在轴系定子与编码器定子上分别设计若干个非对称定位孔，使得它们的装配关系唯一；在编码器转子、定子上刻录对齐的零位刻线；所述的非对称定位孔为周向不均匀分布；所述的编码器零位可重写。

一种针对批产机构无刷电机零位对齐的装配方法步骤如下：

步骤1：根据非对称定位孔将编码器、电机、轴系的定子和转子分别安装在一起；

步骤2：旋转编码器转子使得编码器转子零位刻线和定子零位刻线对齐；

步骤3：电气连接电机驱动器，通过电机驱动器对无刷电机的零位进行寻找，反复辨识后，寻找到电机零位在编码器中的指示角度，并将轴系旋转至编码器指示角度；

步骤4：保持轴系竖直方向且不动，编码器重新连接写零工装，对编码器执行写零操作，通过外部写零工装将编码器零位重置为步骤3的指示角度。

步骤4中所述的编码器零位重置过程如下：

步骤a：通过外部给编码器输入写零指令；

步骤b：编码器接收外部指令，并判断该指令是否为写零指令，若是则进入写零模式，否则进入正常工作模式，输出原始角度信息；

步骤c：进入写零模式后，获取编码器当前指示角度；

步骤d：将当前指示角度写入编码器零位存储器中，若写入成功，则返回成功标志，否则继续执行步骤c。

有益效果

本发明提出的一种针对批产机构无刷电机零位对齐的拓扑结构及装调方法，与现有技术相比，具有如下显著优点：

1.批产化产品的零位管理方面，通过该拓扑结构设计、装调后，所有产品的电机零位均为0；减小了管理成本；

2.该发明的拓扑结构使得产品(不同的产品轴系装调后角度传感器与电机之间角度偏差一致性存在差异)对所有的驱动器均适用，对于批产产品来说，不同部件之间互换性由0提升至100％，互换性提升可以为产品故障排查、部件的有效利用率的提升等提供有力保障，降低成本，提升经济效益。

附图说明

图1非对称轴系定位孔配合设计；

图2编码器零位刻线设计；

图3零位可重置编码器工作流程图；

图4无刷电机零位相同拓扑结构装配操作流程。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

1、设计非对称轴系定位孔，如附图1所示，无刷电机定子、转子分别安装在产品转动的定子、转子上(对于不存在限位的轴系来说，可能会发生定、转子之间存在大角度偏离)；本发明设计了非对称定位孔，存在与轴系转子、电机转子之间；轴系转子与编码器转子之间，保证了轴系转子、电机转子、编码器转子三者之间相对角度关系的唯一；同样，非对称定位孔的设计，也保证了轴系定子、电机定子、编码器定子三者之间相对角度关系的唯一，不同批次机构的不同次装调后，不会发生相对变化；非对称结构，保证了不同电机与编码之间的零位关系，相差不大；

2、编码器转子、定子上刻录对齐的零位刻线，如附图2所示，保证了转子轴与定子轴之间的相对关系基本固定，对齐误差为刻线目视误差。

3、选型的编码器零位可重写，使得电机零位的精确微调，成为可能。在完成本发明中要求的非对称装配后，电机与编码器之间的相对轴向角度关系基本确定，唯一可引入的误差就是定位孔带来的定位误差，这个误差与定位孔的加工精度、定位孔相对所在轴心的半径有关系，若没有本部分发明内容，则不同次装调后，批次性产品驱动器中电机的零位会不一致，不一致程度受定位孔的定位精度影响；且在外场，驱动器无法与安装有电机的整体组件进行互换。

零位可重写编码器主要工作流程图详见附图3，零位可重写编码器在接收到外部写零指令时，会将当前的指示角度重置为零位，编码器的计数方向维持与原来不变，采用零位可重写编码器的好处时，当电机的零位与编码器指示零位不重合时，可将编码器零位进行重置，二者保持重合。重置后的编码器零位掉电非易失。

4、装调流程。本发明设计拓扑结构的装配操作流程图如附图4所示，装配工人首先装配产品轴系，按照上述要求分别装配产品轴系，安装完产品轴系后，对轴系精度进行测试，测试轴系精度是否满足编码器或电机要求的设计精度；若满足，则进行电机、编码器装配(电机与编码器的安装顺序决定于实际的设计，没有固定先后关系)；装配完成后，电气连接电机驱动器，通过电机驱动器对无刷电机的零位进行寻找，反复辨识后，寻找到电机零位在编码器中的指示角度。

将轴系旋转至编码器指示角度(电机零位)，保持轴系竖直且不动，编码器连接写零工装，对编码器执行写零操作，写零成功后，无刷电机零位相同拓扑结构装配操作流程完成。

零位可重写编码器在接收到外部写零指令时，会将当前的指示角度重置为零位，编码器的计数方向维持与原来不变，采用零位可重写编码器的好处是，当电机的零位与编码器指示零位不重合时，可将编码器零位进行重置，二者保持重合。重置后的编码器零位掉电非易失。

Claims (1)

1.一种用于批产机构无刷电机零位对齐的装配方法，其特征在于采用针对批产机构无刷电机零位对齐的拓扑结构，所述的拓扑结构在轴系转子、电机转子上分别设计若干个非对称定位孔，使得它们的装配关系唯一；在轴系转子与编码器转子上分别设计若干个非对称定位孔，使得它们的装配关系唯一；在轴系定子、电机定子上分别设计若干个非对称定位孔，使得它们的装配关系唯一；在轴系定子与编码器定子上分别设计若干个非对称定位孔，使得它们的装配关系唯一；在编码器转子、定子上刻录对齐的零位刻线；所述的非对称定位孔为周向不均匀分布；所述的编码器零位可重写；步骤如下：

步骤1：根据非对称定位孔将编码器、电机、轴系的定子和转子分别安装在一起；

步骤2：旋转编码器转子使得编码器转子零位刻线和定子零位刻线对齐；

步骤3：电气连接电机驱动器，通过电机驱动器对无刷电机的零位进行寻找，反复辨识后，寻找到电机零位在编码器中的指示角度，并将轴系旋转至编码器指示角度；

步骤4：保持轴系竖直方向且不动，编码器重新连接写零工装，对编码器执行写零操作，通过外部写零工装将编码器零位重置为步骤3的指示角度；

步骤a：通过外部给编码器输入写零指令；

步骤b：编码器接收外部指令，并判断该指令是否为写零指令，若是则进入写零模式，否则进入正常工作模式，输出原始角度信息；

步骤c：进入写零模式后，获取编码器当前指示角度；

步骤d：将当前指示角度写入编码器零位存储器中，若写入成功，则返回成功标志，否则继续执行步骤c。