專(zhuān)利名稱(chēng)：測(cè)量電機(jī)速度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測(cè)繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子電機(jī)速度的方法，特別是PMDC電機(jī)，還涉及用于執(zhí)行該方法的裝置。
背景技術(shù)：
有許多方法用于檢測(cè)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度?；魻栃?yīng)傳感器可以檢測(cè)附加在軸或轉(zhuǎn)子鐵芯上的磁體的旋轉(zhuǎn)，光傳感器可以檢測(cè)圓盤(pán)或轉(zhuǎn)子鐵芯的亮和暗的部分的旋轉(zhuǎn)。這些選項(xiàng)比較昂貴，但是通常較可靠。
其它選項(xiàng)包括監(jiān)視電機(jī)電流中的換向尖峰，以及由于轉(zhuǎn)子在定子磁場(chǎng)內(nèi)旋轉(zhuǎn)而造成的磁場(chǎng)強(qiáng)度變化。盡管較便宜，而且在清潔的環(huán)境下能夠成功，但是這些方法在電氣噪聲環(huán)境下往往會(huì)有錯(cuò)誤的讀數(shù)，并且在接近電機(jī)壽命終點(diǎn)時(shí)，由于電刷所產(chǎn)生的電噪聲的增加而常常變得不能使用。
因此，需要一種便宜且可靠的方法，用于檢測(cè)電機(jī)的速度。
發(fā)明概述因此，本發(fā)明提供一種方法，用于生成表示具有繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子的PMDC電機(jī)轉(zhuǎn)速的信號(hào)，包括以下步驟通過(guò)測(cè)量轉(zhuǎn)子的電磁發(fā)射來(lái)制造一個(gè)生信號(hào)；通過(guò)對(duì)該生信號(hào)濾波，隔離所述繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子的電磁作用，從而產(chǎn)生第二信號(hào)，包括與換向相關(guān)的尖峰；通過(guò)處理該第二信號(hào)，將所述尖峰變?yōu)榉讲?，從而產(chǎn)生輸出信號(hào)。
根據(jù)第二方面，本發(fā)明提供一種PMDC電機(jī)，包括一個(gè)永磁定子；與該定子對(duì)應(yīng)的繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子；一個(gè)速度傳感器，包括一個(gè)傳感器線(xiàn)圈，該線(xiàn)圈的位置與轉(zhuǎn)子隔開(kāi)，但是在該轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的電磁場(chǎng)中，并且當(dāng)電機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生一個(gè)生的輸入信號(hào)，還包括一個(gè)信號(hào)處理電路，連接到所述線(xiàn)圈，用于接收所述生輸入信號(hào)，并產(chǎn)生一個(gè)速度指示輸出信號(hào)，所述電路包括一個(gè)濾波器，用于對(duì)所述輸入信號(hào)濾波，和一個(gè)信號(hào)整形器，以便將經(jīng)過(guò)濾波的信號(hào)轉(zhuǎn)換為輸出信號(hào)，其中，該信號(hào)整形器包括一個(gè)方波脈沖發(fā)生器，由經(jīng)濾波的信號(hào)中的尖峰觸發(fā)，產(chǎn)生脈沖序列輸出信號(hào)。
優(yōu)選的和/或可選的特征在從屬權(quán)利要求中定義。
附圖簡(jiǎn)述下面通過(guò)舉例，結(jié)合附圖描述本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，其中

圖1是一種優(yōu)選的信號(hào)處理方法的框圖；圖2是說(shuō)明用于執(zhí)行圖1所示方法的優(yōu)選電路實(shí)施例的簡(jiǎn)化電路圖；以及圖3是說(shuō)明當(dāng)通過(guò)圖2的電路時(shí)信號(hào)的形狀的信號(hào)波形。
優(yōu)選實(shí)施例詳述本發(fā)明采用拾波線(xiàn)圈20檢測(cè)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)。其操作原理與采用拾波線(xiàn)圈的現(xiàn)有技術(shù)傳感器具有根本性區(qū)別。本發(fā)明采用一種拾波線(xiàn)圈，該線(xiàn)圈是導(dǎo)體線(xiàn)圈，最好，但不必，用絕緣銅導(dǎo)線(xiàn)繞在鋼芯上形成螺旋線(xiàn)圈。該線(xiàn)圈放置在靠近電機(jī)的繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子。確切的位置不是關(guān)鍵的，但是越靠近電機(jī)的線(xiàn)圈信號(hào)越強(qiáng)。但是至少在一些應(yīng)用中，該線(xiàn)圈可以位于電機(jī)外面。
線(xiàn)圈20拾取由于換向所導(dǎo)致的由轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁場(chǎng)變化。在實(shí)踐中，該線(xiàn)圈將在其所處位置拾取磁場(chǎng)的任何變化。該磁場(chǎng)變化在線(xiàn)圈端子上產(chǎn)生變化的電壓形式的電信號(hào)。這就是生傳感器信號(hào)21(如圖3A所示)。
該生傳感器信號(hào)被傳遞到圖1中的框圖所表示的電子濾波和整形電路。通過(guò)將傳感器線(xiàn)圈放置在靠近轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈的地方，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)使得線(xiàn)圈接通和關(guān)斷時(shí)造成的流過(guò)轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈的電流變化引起的變化被線(xiàn)圈拾取。因?yàn)槊總€(gè)通過(guò)電流的導(dǎo)體產(chǎn)生磁場(chǎng)，所以，通過(guò)轉(zhuǎn)子繞組的線(xiàn)圈的變化的電流產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)被作為空氣耦合變壓器的傳感器線(xiàn)圈拾取，盡管該傳感器線(xiàn)圈有鋼芯，但該鋼芯與轉(zhuǎn)子鐵芯被空氣隙分開(kāi)。
該變化的磁場(chǎng)正是我們期望監(jiān)視的。但是，傳感器線(xiàn)圈還拾取由于轉(zhuǎn)子鐵芯在定子磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)所造成的定子磁場(chǎng)的變化。該附加的變化磁場(chǎng)和其它因素產(chǎn)生不期望的信號(hào)，該信號(hào)構(gòu)成低頻動(dòng)態(tài)噪聲，上述電子電路從生信號(hào)中消除該噪聲。
因此，生信號(hào)21被傳遞到小信號(hào)微分放大器22，以增加該信號(hào)的強(qiáng)度。盡管該放大器也增加噪聲的強(qiáng)度，但是其高增益能夠限制從傳感器21傳導(dǎo)的EMI(電磁干擾)。然后，經(jīng)放大的生信號(hào)23通過(guò)一個(gè)高通濾波器24來(lái)消除噪聲分量，其尖峰被轉(zhuǎn)換為觸發(fā)信號(hào)25。該信號(hào)25可以用于通過(guò)測(cè)量尖峰之間的時(shí)間來(lái)確定電機(jī)的速度。
但是，測(cè)量方波脈沖之間的時(shí)間差更容易，因此，用觸發(fā)信號(hào)25觸發(fā)方波脈沖發(fā)生器，以產(chǎn)生一系列預(yù)定脈寬且在時(shí)間上對(duì)應(yīng)于所述尖峰的方波脈沖。其幅度與TTL兼容，脈寬被選擇為在電機(jī)最高速度下不重疊。
因此，輸出信號(hào)27是脈沖序列，從而通過(guò)測(cè)量相鄰脈沖前沿(或后沿)之間的時(shí)間間隔并考慮被監(jiān)視電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈的脈沖個(gè)數(shù)，可以確定電機(jī)的瞬時(shí)速度。
圖2說(shuō)明用于執(zhí)行圖1中的框圖步驟的低價(jià)版本的電路。如圖所示，該電路可以簡(jiǎn)單到只有3個(gè)運(yùn)算放大器和一個(gè)集成電路加上幾個(gè)分立元件。方波發(fā)生器26采用555芯片40，用0.1μ電容(CT)41和20K整形器(RT)42來(lái)設(shè)定由1.1RTCT確定的脈沖寬度。
圖3示出從上述電路中的三個(gè)級(jí)提取的三個(gè)波形，來(lái)顯示當(dāng)信號(hào)通過(guò)該電路時(shí)如何被改變。波形(A)是生信號(hào)21，波形(B)是觸發(fā)信號(hào)25，波形(C)是輸出信號(hào)27。這些波形具有共同的時(shí)間軸，但是因?yàn)殡妷耗軌螂S線(xiàn)圈位置、電機(jī)類(lèi)型和放大器設(shè)定而變化，所以它們的y軸不同。
可以看出，在生信號(hào)21中，在尖峰上疊加了低頻磁場(chǎng)噪聲分量，且尖峰與方波脈沖序列的前沿對(duì)齊。
而且，生信號(hào)21的信號(hào)強(qiáng)度很低。但是通過(guò)放大該信號(hào)，然后利用高通濾波器，觸發(fā)信號(hào)25就變得非常干凈，且信號(hào)強(qiáng)度提高。整形處理產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)壯、干凈和穩(wěn)定的輸出信號(hào)27，適合于可靠、簡(jiǎn)單的速度控制電路。
上述實(shí)施例只是通過(guò)舉例描述的，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離由所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的范疇的情況下，各種改動(dòng)將是顯然的。
權(quán)利要求
1.一種方法，用于產(chǎn)生表示PMDC電機(jī)轉(zhuǎn)速的信號(hào)，該電機(jī)包括一個(gè)繞線(xiàn)式轉(zhuǎn)子，所述方法包括以下步驟通過(guò)測(cè)量所述電機(jī)的電磁發(fā)射來(lái)產(chǎn)生生信號(hào)(21)；和通過(guò)對(duì)該生信號(hào)濾波以隔離所述繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子的作用來(lái)產(chǎn)生第二信號(hào)(25)，所述繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子的作用包括與換向有關(guān)的尖峰；其特征在于通過(guò)處理所述第二信號(hào)(25)，將尖峰改變?yōu)榉矫}沖，從而產(chǎn)生輸出信號(hào)(27)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述方脈沖具有預(yù)定的恒定脈寬。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述輸出信號(hào)被放大以產(chǎn)生具有預(yù)定輸出電壓的一個(gè)脈沖序列。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述生信號(hào)(21)是通過(guò)將線(xiàn)圈(20)放置在所述轉(zhuǎn)子附近并且在該轉(zhuǎn)子的電磁場(chǎng)內(nèi)而產(chǎn)生的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中用鋼棒作為所述線(xiàn)圈(20)的鐵芯。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述第二信號(hào)是通過(guò)使生信號(hào)通過(guò)一個(gè)高通濾波器(24)而產(chǎn)生的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述生信號(hào)(21)在通過(guò)所述高通濾波器(24)之前被放大器(22)放大。
8.一種PMDC電機(jī)，包括一個(gè)永磁定子；與所述定子對(duì)應(yīng)的繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子；一個(gè)速度傳感器，包括一個(gè)傳感器線(xiàn)圈(20)，該線(xiàn)圈的位置與轉(zhuǎn)子隔開(kāi)，但是在該轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的電磁場(chǎng)中，并且當(dāng)電機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生一個(gè)生的輸入信號(hào)；以及一個(gè)信號(hào)處理電路，連接到所述線(xiàn)圈(20)，用于接收所述生輸入信號(hào)(21)，并產(chǎn)生一個(gè)指示電機(jī)速度的輸出信號(hào)(27)，所述電路包括一個(gè)濾波器，用于對(duì)所述輸入信號(hào)(21)濾波，和一個(gè)信號(hào)整形器，以便將經(jīng)過(guò)濾波的信號(hào)(25)轉(zhuǎn)換為輸出信號(hào)(27)。其特征在于，該信號(hào)整形器包括一個(gè)方波脈沖發(fā)生器(26)，由所述經(jīng)濾波的信號(hào)(25)中的尖峰觸發(fā)，產(chǎn)生脈沖序列作為輸出信號(hào)(27)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的電機(jī)，其中所述濾波器包括放大器(22)，用于放大所述生信號(hào)(21)，還包括一個(gè)高通濾波器(24)，用于消除低頻噪聲。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的電機(jī)，其中所述方波脈沖發(fā)生器(26)產(chǎn)生預(yù)定恒定脈寬的脈沖。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的電機(jī)，其中所述輸出信號(hào)(27)與TTL兼容。
12.根據(jù)權(quán)利要求8的電機(jī)，其中所述線(xiàn)圈(20)具有鐵氧體鐵芯。
13.根據(jù)權(quán)利要求8-12中任一項(xiàng)的電機(jī)，其中所述線(xiàn)圈(20)是芯片式線(xiàn)圈。
全文摘要
一種電機(jī)的速度傳感器，檢測(cè)由換向引起的電樞磁場(chǎng)中的變化，以產(chǎn)生表示電機(jī)轉(zhuǎn)速的輸出信號(hào)。
文檔編號(hào)H02P7/06GK1427263SQ0215636
公開(kāi)日2003年7月2日 申請(qǐng)日期2002年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月18日
發(fā)明者劉清式 申請(qǐng)人:德昌電機(jī)股份有限公司