TWI425187B - 角度解析裝置 - Google Patents

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Shun Hsing Hsiao
Hsiang Ju Wang
Chih Yu Wang
Chin Chia Liu
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Hiwin Mikrosystem Corp
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  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Description

角度解析裝置
本發明係與馬達位置感測技術有關，特別是關於一種角度解析裝置。
解角器(resolver)是一種輸出電壓隨轉子轉角成一定函數關係的角位移感測器，由於具有成本低廉、環境耐受性佳以及解析度高之優點，而有效地克服習用以光學尺、磁性尺、霍爾元件及旋轉型光電編碼器等作為位置回饋裝置技術內容，所存在之成本高昂、解析度不佳與環境耐受性不佳等缺失，而被廣泛地應用作為旋轉馬達之位置回饋裝置。
解角器乃係由轉子及定子所構成者，其中，轉子通常僅具有槽齒，而定子之槽齒上則繞有激發線圈及感應線圈，並以激發線圈為激發訊號源，透過感應線圈感應定子及轉子間相對轉動時所產生之磁場變化，而輸出振幅調變(amplitude modulation)訊號，再以電路進行訊號解析以獲得位置資訊。
申請人並已有於我國第I295523號發明專利中提供一種高解析度之解角器技術，惟，無論係該專利前案或已知之習用技術，其所輸出之訊號均為相對式訊號，因此，必需在每次開機時進行歸零之動作，取得基準後方得控制所需之機械角度，造成使用上之延滯及不便，特別是在多軸致動機構中，將會造成開機步驟之繁瑣而不利於使用。
因此，本發明之主要目的即係在提供一種角度解析裝置，其係可依據所感測之訊號獲得對應之真實位置資訊，無庸進行歸零程序。
緣是，為達成上述目的，本發明所提供之角度解析裝置，乃係包含了有一第一解角器，具有一第一轉子，若干極數之第一轉子磁極係等距地環設於該第一轉子上；一第二解角器，具有一第二轉子，係與該第一轉子同軸對應，多數極數之第二轉子磁極係等距地環設於該第二轉子上，並使該第二轉子磁極之極數不同於該第一轉子磁極之極數。
以下，茲舉本發明一較佳實施例，並配合圖式作進一步說明，其中：
第一圖係本發明一較佳實施例之立體分解圖。
第二圖係本發明一較佳實施例之立體組合圖。
第三圖係本發明一較佳實施例之正視圖。
第四圖係本發明一較佳實施例之背視圖。
第五圖係本發明一較佳實施例之訊號經處理後之一次函數圖形。
請參閱各圖所示，在本發明一較佳實施例中所提供之角度解析裝置(10)乃係由一第一解角器(20)、一第二解角器(30)及一數位訊號處理器(digital signal processor，DSP)所構成者，其中，各該解角器(20)(30)係為習知之外轉式磁阻型解角器，惟並不以之為限。
大體而言，各該解角器(20)(30)係同軸而彼此相隔開來地設置於一旋轉馬達之心軸上，用以感測旋轉馬達之角位移，並分別輸出振幅調變訊號，而經由該數位訊號處理器(圖上未示)將類比訊號轉換為數位訊號後，再以一角度解析程序進行解析。
具體而言，各該解角器(20)(30)係如同習用技術般，分別由同軸對應之一定子(21)(31)及一轉子(22)(32)所構成，並於各該定子及轉子之相向環面上設置特定數目之等距磁極(23)(24)(33)(34)，至各該定子磁極(23)(33)與轉子磁極(24)(34)之數值則可依下述通式定之：
Ns ：定子磁極數；Nr ：轉子磁極數；q：相數；n：轉子磁極間跨距數；k：定子磁極間之緩衝間距；上式中，定子磁極數(Ns )需為相數(q)之整數倍(t)。
而其中，本發明重要的技術特徵則係在於使該第一解角器(20)之第一轉子磁極(24)之磁極數與該第二解角器(30)之第二轉子磁極(34)之磁極數彼此互為質數，且進一步使該第一轉子磁極(24)之磁極數為115，該第二轉子磁極(34)之磁極數為114，而令其彼此間之差值為1，但並不以之為限，他如120與119之數值等亦屬可行。
各該解角器(20)(30)對旋轉馬達轉動之所感測之角位移訊號，係被輸入該數位訊號處理器以進行訊號之處理，並經由該角度解析程序進行解析，進一步而言，該角度解析程序乃係包含了有下述步驟：
a.將類比訊號轉換為數位訊號並經處理。
將各該解角器(20)(30)所輸入之正弦(sin)訊號與餘弦(cos)訊號經下式轉換為電氣角(electrical degree,β)：
而各該轉子旋轉一圈所產生之電氣訊號周期則係與其磁極數相同，亦即，該第一轉子(22)旋轉一圈所產生之電氣訊號為115個周期(sx,x=1~115)，每一周期(sx)所對應之機械角(mechanical degree,α)則為360/115，而該第二轉子(32)則為114個周期(s' x,x=1~114)，而每一個周期所對應之機械角(α)則為360/114度，且各該轉子在每一個周期所產生電氣訊號之對應電氣角(β)範圍則從0至360度；是以，在以機械角(α)為X軸而電氣角(β)為Y軸時，由各該轉子旋轉所產生電氣訊號形成之一次函數圖形即如第五圖(A)(B)所示。
b.如第五圖(C)所示，將由該a步驟所獲得之各該解角器(20)(30)周期訊號予以疊合並相減，以獲得其Y軸方向上之差值(h)；其中，當該第一轉子(22)自前一周期進入次一周期之始，由於該第二轉子(32)仍位於前一周期中，因此，在運算上，在該第二轉子(32)進入次一周期前，係就該第一轉子(22)已進入次一周期之訊號值，予以加上360之常數以進行運算，其對應之線圖則如第五圖(C)之虛線段(L)。
c.如第五圖(D)所示，以該差值(h)判斷所屬第一轉子(20)之特定電氣周期(sx)，而於該特定電氣周期(sx)下經由所獲得之電氣角度(β)標定對應之機械角度(α)，俾獲得一絕對之機械角度資訊。
上開解析程序雖係以周期數較多之該第一轉子為解析之標準，惟其亦得以周期數較少之該第二轉子為解析標準，所獲得之資訊均係屬絕對之機械角度，而無庸再經歸零校正之程序。
亦即，就本發明所提供之位置解析裝置(10)而言，其乃係藉由轉子極數不同之二解角器，透過其旋轉一周所產生之不同周期訊號間之差異值，去判斷特定之周期，再經由該周期去標定絕對之機械角度，所獲得之資訊係為絕對之角度值，而無庸再如習用技術般需經歸零程序取得比較之基準值，換言之，即本發明在每一周期之電氣訊號，均得使一轉子以另一轉子之訊號為比較之基準，而立即獲得正確之資訊，縱係於重新啟動之情況下，亦得獲得正確之絕對式機械角訊號。
再者，雖上開實施例係以磁阻型解角器為其具體實施之態樣，但並不以之為限，凡得以產生規律性周期訊號之角位移感測器均得作為本發明實施時所選擇使用之構成，因此，其在應用上係可因應不同之環境或技術需求而作不同之選定，並均仍應屬本發明所能涵攝之範圍。
(10)‧‧‧角度解析裝置
(20)‧‧‧第一解角器
(30)‧‧‧第二解角器
(21)(31)‧‧‧定子
(22)(32)‧‧‧轉子
(23)(24)(33)(34)‧‧‧磁極
第一圖係本發明一較佳實施例之立體分解圖。
第二圖係本發明一較佳實施例之立體組合圖。
第三圖係本發明一較佳實施例之正視圖。
第四圖係本發明一較佳實施例之背視圖。
第五圖係本發明一較佳實施例之訊號經處理後之一次函數圖形。
(10)．．．角度解析裝置
(20)．．．第一解角器
(30)．．．第二解角器
(21)(31)．．．定子
(22)(32)．．．轉子
(23)(24)(33)(34)．．．磁極

Claims (3)

  1. 一種角度解析裝置，包含有：一第一解角器，具有一第一轉子，若干極數之第一轉子磁極係等距地環設於該第一轉子上；一第二解角器，具有一第二轉子，係與該第一轉子同軸對應，多數極數之第二轉子磁極係等距地環設於該第二轉子上，並使該第二轉子磁極之極數係與第一轉子磁極之極數互為質數，且該第一轉子磁極之極數與該第二轉子磁極之極數彼此間之差值為1。
  2. 如請求項1所述角度解析裝置，其中，第一轉子磁極之極數係為114，而第二轉子磁極之極數則為115。
  3. 如請求項1所述角度解析裝置，其中，各該解角器係為磁阻型解角器(reluctance resolver)。
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