專(zhuān)利名稱(chēng)：一種電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及工業(yè)控制與工業(yè)檢測(cè)領(lǐng)域，特別是涉及一種電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
在工業(yè)控制中，特別是在電機(jī)拖動(dòng)應(yīng)用中，轉(zhuǎn)速的檢測(cè)與控制常占很大比重，經(jīng)常需要對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行檢測(cè)，以便顯示當(dāng)前轉(zhuǎn)速，或進(jìn)行轉(zhuǎn)速反饋、形成速度閉環(huán)控制。所以，提供一個(gè)在較大速度范圍內(nèi)具有高精度的、方便快捷、低成本的測(cè)速方法是極其必要的。傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)速檢測(cè)方法很多，應(yīng)用較多有測(cè)速發(fā)電機(jī)等。測(cè)速發(fā)電機(jī)，即與電動(dòng)機(jī)同軸機(jī)械連接一臺(tái)測(cè)速發(fā)電機(jī)，利用電磁感應(yīng)規(guī)律E 二 Ce(pη，來(lái)得到與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速成正比的電壓信號(hào)。這種方式在實(shí)際應(yīng)用中被廣泛采用，但存在著體積大、成本高等缺點(diǎn)。此外，傳·統(tǒng)的模擬式測(cè)速儀，由于受非線(xiàn)性、溫度變化和元件老化等因素的影響，使其在轉(zhuǎn)速檢測(cè)過(guò)程中很難滿(mǎn)足快速性和準(zhǔn)確性要求。

實(shí)用新型內(nèi)容為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實(shí)用新型之目的在于提供一種電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置，其可以很方便的和電壓電流輸入型的指針式、數(shù)字式電子式轉(zhuǎn)速表或虛擬儀表等結(jié)合，構(gòu)成完整的轉(zhuǎn)速表，或直接送到電機(jī)調(diào)速控制器等控制裝置中，用于相關(guān)的控制目的。為達(dá)上述及其它目的，本實(shí)用新型提供一種電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置，至少包括轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器，該轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器包括多塊磁鋼及多個(gè)位置檢測(cè)元件，該多塊磁鋼設(shè)置于電機(jī)轉(zhuǎn)子或固定在電機(jī)軸上的旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)上，該多個(gè)位置檢測(cè)元件設(shè)置于與磁鋼對(duì)應(yīng)的固定不動(dòng)的電機(jī)外殼或端面上；該磁鋼與轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器的數(shù)量和具體位置的設(shè)計(jì)根據(jù)電機(jī)電特性不同而不同；以及轉(zhuǎn)速信號(hào)產(chǎn)生電路，連接于該多個(gè)位置檢測(cè)元件，對(duì)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)進(jìn)行處理，得到轉(zhuǎn)速信號(hào)。進(jìn)一步地，該轉(zhuǎn)速信號(hào)產(chǎn)生裝置包括滯后輸入緩沖電路、數(shù)字邊緣檢測(cè)電路、綜合電路、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路、充放電電路以及比較電路，其中該滯后輸入緩沖電路連接于該多個(gè)位置檢測(cè)元件以獲得該轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，并將其滯后緩沖處理后送至該數(shù)字邊緣檢測(cè)電路；該綜合電路連接于數(shù)字邊緣檢測(cè)電路，并與單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路連接，其與單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路將多路信號(hào)合而為一，形成門(mén)閂脈沖序列，該門(mén)閂脈沖序列將導(dǎo)致充放電電路的充放電，比較電路連接于該單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路輸出端，并連接一內(nèi)部門(mén)限電平及該充放電電路，以輸出脈沖序列。進(jìn)一步地，該充放電電路包括串聯(lián)于電源及地之間的電阻及電容，該電阻及該電容的中間節(jié)點(diǎn)連接于該比較電路。進(jìn)一步地，以?xún)蓸O對(duì)的同步電機(jī)為例，其轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器包括兩塊磁鋼，角度相距180。。[0011]進(jìn)一步地，以?xún)蓸O對(duì)的同步電機(jī)為例，其轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器包括3個(gè)位置檢測(cè)元件，依次相距60°。進(jìn)一步地，該位置檢測(cè)元件為光電脈沖發(fā)生器或霍爾傳感器或接近開(kāi)關(guān)或電磁感應(yīng)式。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型一種電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置通過(guò)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器獲得轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，并通過(guò)轉(zhuǎn)速信號(hào)產(chǎn)生電路對(duì)該轉(zhuǎn)子位置信號(hào)進(jìn)行處理以獲得轉(zhuǎn)速信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了高精度、低成本地檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，本實(shí)用新型可以很方便的和電壓電流輸入型的指針式、數(shù)字式電子式轉(zhuǎn)速表，以及諸如NI公司的LabVIEW—類(lèi)的虛擬儀表結(jié)合，構(gòu)成完整的轉(zhuǎn)速表，或直接送到電機(jī)調(diào)速控制器、PLC等控制裝置中，用于相關(guān)的控制目的。

圖I為本實(shí)用新型一種電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置的電路原理圖； 圖2為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例中針對(duì)兩極對(duì)同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器的示意圖；圖3為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例中針對(duì)兩極對(duì)同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器的脈沖信號(hào)示意圖；圖4為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例之兩極對(duì)同步電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速信號(hào)形成示意圖。
具體實(shí)施方式
以下通過(guò)特定的具體實(shí)例并結(jié)合附圖說(shuō)明本實(shí)用新型的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書(shū)所揭示的內(nèi)容輕易地了解本實(shí)用新型的其它優(yōu)點(diǎn)與功效。本實(shí)用新型亦可通過(guò)其它不同的具體實(shí)例加以施行或應(yīng)用，本說(shuō)明書(shū)中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)亦可基于不同觀(guān)點(diǎn)與應(yīng)用，在不背離本實(shí)用新型的精神下進(jìn)行各種修飾與變更。圖I為本實(shí)用新型一種電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置的原理圖。如圖I所示，本實(shí)用新型一種電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置，至少包括轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器10及轉(zhuǎn)速信號(hào)產(chǎn)生電路11。其中轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器10包括多塊磁鋼a及多個(gè)位置檢測(cè)元件b，磁鋼a可在電機(jī)轉(zhuǎn)子或其固定在電機(jī)軸上的旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)上設(shè)置，位置檢測(cè)元件b在與磁鋼a對(duì)應(yīng)的固定不動(dòng)的電機(jī)外殼或端面上設(shè)置。圖2為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例中針對(duì)兩極對(duì)同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器的示意圖，可在電機(jī)轉(zhuǎn)子或其固定在電機(jī)軸上的旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)上設(shè)置(粘貼)兩塊磁鋼a，角度相距180°，使其可隨電機(jī)一起旋轉(zhuǎn)，在與磁鋼對(duì)應(yīng)的固定不動(dòng)的電機(jī)外殼或端面上設(shè)置3個(gè)位置檢測(cè)元件b，相距60°。在此，位置檢測(cè)元件b的種類(lèi)較多，主要有以下幾種①光電脈沖發(fā)生器；②霍爾元件；③接近開(kāi)關(guān)；④電磁感應(yīng)式(變壓器式)等，其形式也有很大的不同。在中、小功率范圍內(nèi)較常采用的是前兩種。在本實(shí)用新型較佳實(shí)施例中，選用霍爾元件，其具有體積小、價(jià)格便宜、易于安裝等特點(diǎn)，精度和靈敏度也較高。對(duì)于兩極對(duì)的同步電機(jī)而言，其每個(gè)機(jī)械角度對(duì)應(yīng)于兩個(gè)電角度，為此設(shè)計(jì)使用兩塊磁鋼，角度相距180°，使得電機(jī)每轉(zhuǎn)一周，每個(gè)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)元件輸出2個(gè)脈沖。此夕卜，設(shè)計(jì)使用3個(gè)位置檢測(cè)元件的原因有二 其一是對(duì)于純粹的測(cè)速目的而言，可以提高測(cè)速精度，其二是對(duì)于調(diào)速控制目的而言，可以提供逆變橋的控制信號(hào)。[0023]如圖2所示的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器，電機(jī)每轉(zhuǎn)一周，每個(gè)位置檢測(cè)元件b可以產(chǎn)生2個(gè)脈沖信號(hào)，3個(gè)位置檢測(cè)元件b可以產(chǎn)生6個(gè)脈沖信號(hào)，可以得到圖3所示的3路脈沖信號(hào)。需特別指出的是，轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器的安裝非常重要，必須精準(zhǔn)到位，以保證其工作穩(wěn)定可靠，并具有良好的抗干擾能力。尤其是要保證在電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)及有允許范圍以?xún)?nèi)的振動(dòng)的情況下仍能可靠運(yùn)行。轉(zhuǎn)速信號(hào) 產(chǎn)生電路11連接于轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器，用于對(duì)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器的信號(hào)進(jìn)行處理，以得到轉(zhuǎn)速信號(hào)，其至少包括滯后輸入緩沖電路、數(shù)字邊緣檢測(cè)電路、綜合電路、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路、充放電電路以及比較電路。其中滯后輸入緩沖電路連接于位置檢測(cè)元件以獲得轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，并將其滯后緩沖處理后送入數(shù)字邊緣檢測(cè)電路，滯后輸入緩沖電路和數(shù)字邊緣檢測(cè)電路的作用是對(duì)輸入的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)碼進(jìn)行處理，在其每個(gè)上升沿和下降沿均可產(chǎn)生一個(gè)在時(shí)間上固定的脈沖；綜合電路連接于數(shù)字邊緣檢測(cè)電路，并與單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路連接，其與單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的作用是將多路信號(hào)合而為一，形成門(mén)閂脈沖序列，對(duì)應(yīng)于圖3所示的位置檢測(cè)器，電機(jī)每轉(zhuǎn)一周，可產(chǎn)生12個(gè)門(mén)H脈沖，這些脈沖序列將導(dǎo)致充放電電路的定時(shí)元件Rt及Ct的充、放電；充放電電路包括串聯(lián)于電源Vc和地之間的電阻Rt及CT，經(jīng)過(guò)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路產(chǎn)生的門(mén)閂脈沖序列將導(dǎo)致電容Ct的充、放電；比較電路連接于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路輸出端，并連接一內(nèi)部門(mén)限電平Vth及該充放電電路的電阻和電容之間，其作用是通過(guò)比較電容Ct上的電壓和內(nèi)部門(mén)限電平Vth，得到如圖4所示的輸出脈沖序列。如圖4所示，該輸出脈沖序列是一個(gè)幅值一定、寬度一定(由Rt及Ct的取值決定)的脈沖序列。但隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的不同，門(mén)閂脈沖的周期也隨之發(fā)生變化，由此決定了輸出脈沖的占空比也發(fā)生變化，其平均值正比于電機(jī)的轉(zhuǎn)速。將此信號(hào)平滑，即可得到與電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比的轉(zhuǎn)速電壓信號(hào)ν_(Αν)。Rt及Ct的確定很大程度上決定了轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)閉環(huán)控制的精度，其計(jì)算與轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器設(shè)計(jì)和額定轉(zhuǎn)速Ned有關(guān)。轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器的設(shè)計(jì)決定了電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一周輸出的門(mén)閂脈沖數(shù)，電機(jī)額定轉(zhuǎn)速Ned又決定了門(mén)閂脈沖周期的最小極限。以Ned = 1500rpm的電機(jī)為例，相當(dāng)于每秒25轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器每轉(zhuǎn)可以產(chǎn)生12X25 = 300個(gè)門(mén)閂脈沖，亦即門(mén)閂脈沖的最小周期Tsmin = 1/300秒，約為3. 3ms。由此，就可以對(duì)Rt及Ct的值進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其滿(mǎn)足相關(guān)要求。一般選T = 1/RTCT略小于Tsmin，可獲得最佳的控制精度。如果T大于Tsmin，則在某個(gè)轉(zhuǎn)速以上，輸出脈沖序列合并，即在額定轉(zhuǎn)速以下的某個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)Vtjut0w)的值已不隨轉(zhuǎn)速的變化而改變，此時(shí)轉(zhuǎn)速檢測(cè)功能失效。綜上所述，本實(shí)用新型一種電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置通過(guò)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器獲得轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，并通過(guò)轉(zhuǎn)速信號(hào)產(chǎn)生電路對(duì)該轉(zhuǎn)子位置信號(hào)進(jìn)行處理以獲得轉(zhuǎn)速信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了高精度、低成本地檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，本實(shí)用新型可以很方便的和電壓電流輸入型的指針式、數(shù)字式電子式轉(zhuǎn)速表，以及諸如NI公司的LabVIEW—類(lèi)的虛擬儀表結(jié)合，構(gòu)成完整的轉(zhuǎn)速表，或直接送到電機(jī)調(diào)速控制器、PLC等控制裝置中，用于相關(guān)的控制目的。上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本實(shí)用新型的原理及其功效，而非用于限制本實(shí)用新型。任何相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員均可在不違背本實(shí)用新型的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾與改變。因此，本實(shí)用新型的權(quán)利保護(hù)范圍，應(yīng)如權(quán)利要求書(shū)所列。
權(quán)利要求1.一種電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置，至少包括 轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器，該轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器包括多塊磁鋼及多個(gè)位置檢測(cè)元件，該多塊磁鋼設(shè)置于電機(jī)轉(zhuǎn)子或固定在電機(jī)軸上的旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)上，該多個(gè)位置檢測(cè)元件設(shè)置于與磁鋼對(duì)應(yīng)的固定不動(dòng)的電機(jī)外殼或端面上；以及 轉(zhuǎn)速信號(hào)產(chǎn)生電路，連接于該多個(gè)位置檢測(cè)元件，對(duì)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子位置信< 號(hào)進(jìn)行處理，得到轉(zhuǎn)速信號(hào)。
2.如權(quán)利要求I所述的電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置，其特征在于該轉(zhuǎn)速信號(hào)產(chǎn)生電路包括滯后輸入緩沖電路、數(shù)字邊緣檢測(cè)電路、綜合電路、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路、充放電電路以及比較電路，其中該滯后輸入緩沖電路連接于該多個(gè)位置檢測(cè)元件以獲得該轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，并將其滯后緩沖處理后送至該數(shù)字邊緣檢測(cè)電路；該綜合電路連接于數(shù)字邊緣檢測(cè)電路，并與單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路連接，其與單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路將多路信號(hào)合而為一，形成門(mén)閂脈沖序列，該門(mén)閂脈沖序列將導(dǎo)致充放電電路的充放電，比較電路連接于該單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路輸出端，并連接一內(nèi)部門(mén)限電平及該充放電電路，以輸出脈沖序列。
3.如權(quán)利要求2所述的電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置，其特征在于該充放電電路包括串聯(lián)于電源及地之間的電阻及電容，該電阻及該電容的中間節(jié)點(diǎn)連接于該比較電路。
4.如權(quán)利要求I所述的電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置，其特征在于該轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器的設(shè)計(jì)根據(jù)該電機(jī)電特性不同而不同。
5.如權(quán)利要求4所述的電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置，其特征在于該電機(jī)為兩極對(duì)的同步電機(jī)，其轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器包括兩塊磁鋼，角度相距180°。
6.如權(quán)利要求5所述的電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置，其特征在于該轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器包括3個(gè)位置檢測(cè)元件，依次相距60°。
7.如權(quán)利要求6所述的電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置，其特征在于該位置檢測(cè)元件為光電脈沖發(fā)生器或霍爾傳感器或接近開(kāi)關(guān)或電磁感應(yīng)式。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)一種電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置，包括轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器，該轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器包括多塊磁鋼及多個(gè)位置檢測(cè)元件，該多塊磁鋼設(shè)置于電機(jī)轉(zhuǎn)子或固定在電機(jī)軸上的旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)上，該多個(gè)位置檢測(cè)元件設(shè)置于與磁鋼對(duì)應(yīng)的固定不動(dòng)的電機(jī)外殼或端面上；以及轉(zhuǎn)速信號(hào)產(chǎn)生電路，連接于該多個(gè)位置檢測(cè)元件，對(duì)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)進(jìn)行處理，得到轉(zhuǎn)速信號(hào)；通過(guò)本實(shí)用新型發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)高精度、低成本檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。
文檔編號(hào)H02P6/16GK202798552SQ201220512768
公開(kāi)日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)明者李成, 謝衛(wèi), 富立友, 左哲清, 張煒 申請(qǐng)人:上海電機(jī)學(xué)院