本發(fā)明涉及電機(jī)制造領(lǐng)域，特別是涉及一種磁性編碼器及永磁電機(jī)。

背景技術(shù)：

隨著電力的迅速發(fā)展，電機(jī)(電動(dòng)機(jī))制造行業(yè)呈現(xiàn)勃勃生機(jī)。電動(dòng)機(jī)是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的一種設(shè)備。它是利用通電線(xiàn)圈(也就是定子繞組)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)并作用于轉(zhuǎn)子形成磁電動(dòng)力旋轉(zhuǎn)扭矩。電力系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)為同步電機(jī)或者是異步電機(jī)(電機(jī)定子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速不保持同步速)。

永磁式同步電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、損耗小、效率高、動(dòng)態(tài)特性好的特點(diǎn)。和直流電機(jī)相比，它沒(méi)有直流電機(jī)的換向器和電刷等需要更多維護(hù)給應(yīng)用帶來(lái)不便的缺點(diǎn)；相對(duì)異步電動(dòng)機(jī)而言,結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，定子電流和定子電阻損耗減小，且轉(zhuǎn)子參數(shù)可測(cè)、控制性能好；與普通同步電動(dòng)機(jī)相比，它省去了勵(lì)磁裝置，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，提高了效率。永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、高動(dòng)態(tài)性能、大范圍的調(diào)速或定位控制，因此永磁同步電機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越廣。

同步電機(jī)的控制需要編碼器測(cè)量電機(jī)的速度和位置，來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)控制。編碼器是將信號(hào)(如比特流)或數(shù)據(jù)進(jìn)行編制、轉(zhuǎn)換為可用以通訊、傳輸和存儲(chǔ)的信號(hào)形式的設(shè)備，通常編碼器把角位移或直線(xiàn)位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。而磁性編碼器具有體積小、低成本、超強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)力(抗灰塵、抗震動(dòng))在同步電機(jī)中應(yīng)用較為廣泛。由于磁性編碼器安裝后，無(wú)法保證Z信號(hào)與轉(zhuǎn)子磁極的關(guān)系，為了通過(guò)編碼器的發(fā)出的信號(hào)得到當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)子的運(yùn)行位置，電機(jī)需要進(jìn)行磁極學(xué)習(xí)或電機(jī)出廠時(shí)，進(jìn)行編碼器調(diào)零。

電機(jī)進(jìn)行磁極學(xué)習(xí)時(shí)要求電機(jī)有轉(zhuǎn)動(dòng)空間，且與負(fù)載脫開(kāi)，現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)，由于這些要求有時(shí)無(wú)法達(dá)到，就會(huì)導(dǎo)致自學(xué)習(xí)結(jié)果得到的角位置有偏差甚至錯(cuò)誤，從而導(dǎo)致電機(jī)工作電流變大，從而引起電機(jī)老化加速、電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩下降，故而引起安全隱患，增加售后服務(wù)工作量和服務(wù)難度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例的目的是提供一種磁性編碼器及永磁電機(jī)，以解決由于磁極學(xué)習(xí)環(huán)境的不準(zhǔn)確，造成現(xiàn)有磁性編碼器通過(guò)磁極學(xué)習(xí)確定不準(zhǔn)確甚至是錯(cuò)誤的磁極位置的問(wèn)題。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供一種磁性編碼器，包括：

讀取位置端口、寫(xiě)入位置端口以及寄存器；

其中，所述讀取位置端口與編程控制器相連，用于向所述編程控制器在磁場(chǎng)定向后，讀取磁性編碼器當(dāng)前指示值時(shí)提供端口；

所述寫(xiě)入位置端口與所述編程控制器相連，用于向所述編程控制器將根據(jù)所述磁性編碼器當(dāng)前指示值計(jì)算得到偏差值寫(xiě)入所述寄存器時(shí)提供端口，所述偏差值為磁性編碼器Z信號(hào)與電機(jī)反電勢(shì)的角度差值；

所述寄存器與所述寫(xiě)入位置端口相連，用于保存所述編程控制器寫(xiě)入的偏差值。

可選地，所述讀取位置端口與所述寫(xiě)入位置端口為同一個(gè)端口。

可選地，當(dāng)磁性編碼器為SSI型編碼器時(shí)，所述讀取位置端口為：CS、CLK、DAT的組合或PWM；所述寫(xiě)入位置端口為：CS、CLK、PROG。

可選地，當(dāng)所述磁性編碼器為SPI型編碼器時(shí)，所述讀取位置端口為：CS、MCLK、MISO；所述寫(xiě)入位置端口為：CS、MCLK、MOSI?？蛇x地，所述寄存器為一次性編程寄存器。

可選地，還包括：

電源變化器，用于將供電電壓輸出為所述磁性編碼器的工作電壓。

可選地，還包括：

輸出信號(hào)端口，用于輸出所述磁性編碼器的位置信息。

可選地，所述輸出信號(hào)端口的輸出信號(hào)類(lèi)型為以下任意一項(xiàng)：

SSI、ABZ、或ABPWM。

可選地，所述輸出信號(hào)端口的輸出電平類(lèi)型為以下任意一項(xiàng)：

TTL輸出、差分5V輸出、或單端24V輸出；

其中，所述TTL輸出為5V或3V的TTL輸出。

本發(fā)明實(shí)施例還公開(kāi)了一種永磁電機(jī)，包括前述的磁性編碼器。

本發(fā)明實(shí)施例所提供的磁性編碼器，包括：讀取位置端口、寫(xiě)入位置端口以及寄存器；讀取位置端口、寫(xiě)入位置端口分別與編程控制器相連，寄存器與寫(xiě)入位置端口相連；讀取位置端口向編程控制器在讀取磁性編碼器當(dāng)前指示值時(shí)提供端口；寫(xiě)入位置端口用于向編程控制器將根據(jù)磁性編碼器當(dāng)前指示值計(jì)算得到偏差值寫(xiě)入寄存器時(shí)提供端口，然后將其偏差值存儲(chǔ)到寄存器中。

本申請(qǐng)技術(shù)方案使得磁性編碼器Z信號(hào)與轉(zhuǎn)子磁極位置保持固定的關(guān)系，通過(guò)實(shí)時(shí)獲取磁性編碼器Z信號(hào)與電機(jī)反電勢(shì)的角度值，從而得到電機(jī)的磁極位置。避免了傳統(tǒng)通過(guò)電機(jī)磁極學(xué)習(xí)獲取磁極位置，提高了磁極位置定位的準(zhǔn)確性，從而保證電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，避免了由于電機(jī)異常工作而造成的安全隱患；一定程度上延長(zhǎng)了電機(jī)的壽命，節(jié)省了客戶(hù)的使用成本。此外，本申請(qǐng)還公開(kāi)了一種包括上述磁性編碼器的永磁電機(jī)，所述電機(jī)具有相應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

為了更清楚的說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單的介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例所提供的磁性編碼器的一種具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例所提供的磁性編碼器的工作原理示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例所提供的磁性編碼器的另一種具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本申請(qǐng)的說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)及上述附圖中的術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”、“第三”“第四”等是用于區(qū)別不同的對(duì)象，而不是用于描述特定的順序。此外術(shù)語(yǔ)“包括”和“具有”以及他們?nèi)魏巫冃危鈭D在于覆蓋不排他的包含。例如包含了一系列步驟或單元的過(guò)程、方法、系統(tǒng)、產(chǎn)品或設(shè)備沒(méi)有限定于已列出的步驟或單元，而是可包括沒(méi)有列出的步驟或單元。

本發(fā)明實(shí)施例所提供的磁性編碼器的一種具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例可包括以下內(nèi)容：

磁性編碼器可包括讀取位置端口1、寫(xiě)入位置端口2以及寄存器3。

磁性編碼器的工作原理請(qǐng)參見(jiàn)圖2，讀取位置端口1、寫(xiě)入位置端口2分別與編程控制器相連，用于向編程控制器在磁場(chǎng)定向后，讀取磁性編碼器當(dāng)前指示值時(shí)以及編程控制器將根據(jù)磁性編碼器當(dāng)前指示值計(jì)算得到偏差值寫(xiě)入寄存器時(shí)提供端口，偏差值為磁性編碼器Z信號(hào)與電機(jī)反電勢(shì)的角度值。寄存器3與寫(xiě)入位置端口2相連，用于保存編程控制器寫(xiě)入的偏差值。

編碼器磁鐵安裝后，其N(xiāo)極相對(duì)于電機(jī)轉(zhuǎn)子位置已經(jīng)固定，使用中需要電機(jī)編碼器輸出的Z信號(hào)與電機(jī)反電勢(shì)之間存在固定的相位關(guān)系。為了使編碼器的輸出信號(hào)與電機(jī)轉(zhuǎn)軸協(xié)同，需要獲取零點(diǎn)的相對(duì)位置，作為工作起點(diǎn)；在將編碼器裝配到電機(jī)上時(shí)，需要先將電機(jī)轉(zhuǎn)子的零點(diǎn)位置與編碼器的零點(diǎn)位置對(duì)準(zhǔn)，控制器在對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制時(shí)，能通過(guò)編碼器發(fā)出的信號(hào)知道當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)子的運(yùn)行位置。

讀取位置端口1與寫(xiě)入位置端口2用來(lái)與外部編程控制器進(jìn)行相連，磁性編碼器通過(guò)讀取位置端口1向外部編程控制器發(fā)送去獲取零點(diǎn)信息的指令，本發(fā)明實(shí)施例中所述的零點(diǎn)信息即為當(dāng)磁極固定時(shí)(轉(zhuǎn)子定向)，磁性編碼器當(dāng)前指示值，編程控制器獲取當(dāng)前指示值后經(jīng)過(guò)換算，得到一個(gè)偏差值，偏差值為磁性編碼器Z信號(hào)與電機(jī)反電勢(shì)的角度差值。換算過(guò)程根據(jù)定向磁場(chǎng)的方向、電機(jī)對(duì)數(shù)、Z信號(hào)以及電機(jī)反電勢(shì)來(lái)計(jì)算。

可通過(guò)給磁極通入固定電角度的電流，磁極鎖定在相應(yīng)的位置，編程控制器讀取此時(shí)編碼器的位置，根據(jù)此位置可以計(jì)算出零點(diǎn)位置。

編程控制器的零位編程是一種能夠簡(jiǎn)化系統(tǒng)裝配，磁鐵無(wú)需手工調(diào)節(jié)至機(jī)械零位。裝配完成后，機(jī)械和電氣零位可以通過(guò)軟件進(jìn)行匹配。整圈內(nèi)的任何位置均可以設(shè)定為永久的新零位。需要說(shuō)明的是，零位數(shù)值也可以在編程前進(jìn)行修改。例如，要將與機(jī)械零位成180°(半圈)的角度位置編程為電氣零位時(shí)，只需在機(jī)械零位的讀數(shù)上增加2048，然后將此新數(shù)值編程至OTP寄存器即可。

作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，寄存器3可為一次性編程寄存器，即OTP寄存器。

讀取位置端口1與寫(xiě)入位置端口2可共用一個(gè)端口，也可分別為兩個(gè)不同的端口。對(duì)于端口具體采用哪種情況，用戶(hù)可根據(jù)實(shí)際需要選擇不同類(lèi)型的芯片和芯片上的端口來(lái)確定。當(dāng)然，端口也可為插件、測(cè)試焊盤(pán)等可實(shí)現(xiàn)電器連接部件或接口，這均不影響本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)。

本申請(qǐng)技術(shù)方案使得磁性編碼器Z信號(hào)與轉(zhuǎn)子磁極位置保持固定的關(guān)系，通過(guò)實(shí)時(shí)獲取磁性編碼器Z信號(hào)與電機(jī)反電勢(shì)的角度值，從而得到電機(jī)的磁極位置。避免了傳統(tǒng)通過(guò)電機(jī)磁極學(xué)習(xí)獲取磁極位置，提高了磁極位置定位的準(zhǔn)確性，從而保證電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，避免了由于電機(jī)異常工作而造成的安全隱患；一定程度上延長(zhǎng)了電機(jī)的壽命，節(jié)省了客戶(hù)的使用成本。

在一種具體的實(shí)施方式中，當(dāng)所述磁性編碼器為SSI型編碼器時(shí)，例如AS5045或AS5145，讀取位置端1為：

(CS、CLK、DAT)的組合或PWM；

寫(xiě)入位置端口2為：

CS、CLK、PROG。

對(duì)于SSI型編碼器，讀取位置端口1可為(CS、CLK、DAT)的組合或PWM；寫(xiě)入位置端口2為PROG。

對(duì)于，有PROG引腳的芯片，通常PROG管腳接下拉電阻保證正常工作時(shí)，不會(huì)進(jìn)入到寫(xiě)OTP寄存器狀態(tài)。

在另一種具體的實(shí)施方式中，當(dāng)所述磁性編碼器為SPI型編碼器時(shí)，所述讀取位置端口1為：

CS、MCLK、MISO；

所述寫(xiě)入位置端口2為：

CS、MCLK、MOSI。

三個(gè)信號(hào)線(xiàn)同時(shí)使用，才能實(shí)現(xiàn)通信

需要說(shuō)明的是，對(duì)于固定類(lèi)型的編碼器和固定的芯片，集成電路的端口是固定的，可以根據(jù)需要選擇某組端口作為讀操作端口，某組作為寫(xiě)操作端口，本發(fā)明實(shí)施例并不對(duì)此做任何限定。優(yōu)選的，對(duì)于確定類(lèi)型的確定類(lèi)型的芯片，根據(jù)此編碼器的引出線(xiàn)來(lái)選擇讀操作端口和寫(xiě)操作端口。在這種實(shí)施方式下，一定程度下，可簡(jiǎn)化整個(gè)磁性編碼器的結(jié)構(gòu)，有利于降低磁性編碼器的成本，同時(shí)節(jié)省客戶(hù)使用成本。

在一種具體的實(shí)施方式中，請(qǐng)參閱圖3，所述磁性編碼器還包括：

輸出信號(hào)端口4，通過(guò)對(duì)外接口進(jìn)行輸出，用于輸出磁性編碼器的位置信息。編碼器把角位移或直線(xiàn)位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，可有下面兩種形式的電信號(hào)：

增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號(hào)，再把這個(gè)電信號(hào)轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖，用脈沖的個(gè)數(shù)表示位移的大小。絕對(duì)式編碼器的每一個(gè)位置對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測(cè)量的起始和終止位置有關(guān)，而與測(cè)量的中間過(guò)程無(wú)關(guān)。

本發(fā)明實(shí)施例中所述的磁性編碼器的輸出信號(hào)端口4可以輸出脈沖信號(hào)，也可輸出確定的數(shù)字碼信號(hào)，可根據(jù)用戶(hù)的需求進(jìn)行選擇，這均不影響本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)。

輸出信號(hào)端口4的輸出信號(hào)類(lèi)型可為以下任意一項(xiàng)：

SSI、ABZ、或ABPWM。

SSI(Synchronous Serial Interface，同步串行接口)是一個(gè)全雙工的串行接口，允許芯片與多種串行設(shè)備通信。它是高精度絕對(duì)值角度編碼器中一種較常用的接口方式。SSI接口輸出兩對(duì)差分信號(hào)，即時(shí)鐘信號(hào)與數(shù)據(jù)信號(hào)。

AB信號(hào)只有基本的脈沖，能用于轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向計(jì)算，但是因?yàn)闆](méi)有一個(gè)絕對(duì)的參考點(diǎn)，計(jì)算中可能存在累積誤差。ABZ信號(hào)中的“AB”和普通AB沒(méi)有任何區(qū)別，只不過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一圈，可以額外給出一個(gè)Z脈沖信號(hào)，可以用于消除累積誤差時(shí)使用。

輸出信號(hào)端口4的輸出電平類(lèi)型可為以下任意一項(xiàng)：

TTL輸出、差分5V輸出、或單端24V輸出；

其中，TTL輸出為5V或3V的TTL輸出。

需要說(shuō)明的是，除了上述列舉的信號(hào)類(lèi)型和電平類(lèi)型，本發(fā)明實(shí)施例還可輸出其他類(lèi)型的信號(hào)。

本發(fā)明實(shí)施例所述的磁性編碼器的輸出信號(hào)的類(lèi)型較多，輸出形式也較多，故通用性好，適合與多個(gè)不同控制器生產(chǎn)者進(jìn)行匹配。

作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，請(qǐng)參閱圖3，本申請(qǐng)還可以進(jìn)一步包括：

電源變化器5，用于將供電電壓輸出為所述磁性編碼器的工作電壓。外界的供電電壓可能與磁性編碼器的工作電壓不一致，故需要增加電源變化器，用來(lái)將供電電壓轉(zhuǎn)化為可供磁性編碼器正常工作的電壓。例如供電電壓為24V，而磁性編碼器的工作電壓為5V，因此需要一個(gè)降壓電路來(lái)完成將24V降到5V使得磁性編碼器可正常工作。

本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)添加電源變化器可以通過(guò)改變外界供電電壓，使其變?yōu)檫m合磁性編碼器的工作電壓。這樣，就可避免由于供電電壓的限制，導(dǎo)致磁性編碼器的應(yīng)用場(chǎng)合和運(yùn)用受到限制，同樣避免客戶(hù)通過(guò)外接變壓器來(lái)得到適合磁性編碼器工作的電壓，節(jié)省客戶(hù)操作成本和使用成本，有利于提高客戶(hù)使用體驗(yàn)。

本說(shuō)明書(shū)中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其它實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同或相似部分互相參見(jiàn)即可。對(duì)于實(shí)施例公開(kāi)的裝置而言，由于其與實(shí)施例公開(kāi)的方法相對(duì)應(yīng)，所以描述的比較簡(jiǎn)單，相關(guān)之處參見(jiàn)方法部分說(shuō)明即可。

專(zhuān)業(yè)人員還可以進(jìn)一步意識(shí)到，結(jié)合本文中所公開(kāi)的實(shí)施例描述的各示例的單元及算法步驟，能夠以電子硬件、計(jì)算機(jī)軟件或者二者的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)，為了清楚地說(shuō)明硬件和軟件的可互換性，在上述說(shuō)明中已經(jīng)按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。這些功能究竟以硬件還是軟件方式來(lái)執(zhí)行，取決于技術(shù)方案的特定應(yīng)用和設(shè)計(jì)約束條件。專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員可以對(duì)每個(gè)特定的應(yīng)用來(lái)使用不同方法來(lái)實(shí)現(xiàn)所描述的功能，但是這種實(shí)現(xiàn)不應(yīng)認(rèn)為超出本發(fā)明的范圍。

結(jié)合本文中所公開(kāi)的實(shí)施例描述的方法或算法的步驟可以直接用硬件、處理器執(zhí)行的軟件模塊，或者二者的結(jié)合來(lái)實(shí)施。軟件模塊可以置于隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)、內(nèi)存、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、電可編程ROM、電可擦除可編程ROM、寄存器、硬盤(pán)、可移動(dòng)磁盤(pán)、CD-ROM、或技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)所公知的任意其它形式的存儲(chǔ)介質(zhì)中。

以上對(duì)本發(fā)明所提供的一種磁性編碼器及永磁電機(jī)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。