[實用新型]旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)速和位移測量系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220684882.4
• 申請日: 2012-12-12
• 公開（公告）號: CN202940701U
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張馳;喬海;廖有用;舒鑫東;周杰;劉強
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
• 主分類號: H02K11/00
• 分類號: H02K11/00
• 代理公司: 上海一平知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31266
• 代理人: 祝蓮君;雷芳

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及旋轉(zhuǎn)電機，具體涉及電機的轉(zhuǎn)速和位移測量技術(shù)。

背景技術(shù)

在高精度機床和數(shù)控轉(zhuǎn)臺等需要精確控制的旋轉(zhuǎn)設(shè)備中，需要對旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)速和位移進行精確控制。一般來說，對于旋轉(zhuǎn)電機轉(zhuǎn)速和位移的精確測量，需要使用特定尺寸的圓形光柵或者磁柵貼于轉(zhuǎn)子表面，并通過一個讀頭來讀取磁柵信號，然后將該信號傳送給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)該信號對旋轉(zhuǎn)電機進行控制。然而，對于轉(zhuǎn)子直徑0.5米以上的電機，由于直徑在0.5米以上的大直徑的圓形光柵或磁柵制造和安裝上很困難且成本高，目前市場上尚無大直徑的圓形光柵或磁柵。因此，對于轉(zhuǎn)子直徑達到0.5米以上的電機，可以使用光柵尺或者磁柵尺圍成圓形貼于轉(zhuǎn)子表面。然而，因為光柵尺或磁柵尺的兩端接口處不能無縫銜接而存在一定缺口，造成此處的位移無法測量或測量不準(zhǔn)確，進而導(dǎo)致電機轉(zhuǎn)速和位移測量不準(zhǔn)確。因此，使用現(xiàn)有技術(shù)難以準(zhǔn)確測量大轉(zhuǎn)子直徑電機的轉(zhuǎn)速和位移，大直徑轉(zhuǎn)子電機的高精度定位控制成為難題。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的是提供一種能夠精確測量電機的轉(zhuǎn)速和位移且成本低的雙讀頭測量系統(tǒng)。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)速和位移測量系統(tǒng)，所述旋轉(zhuǎn)電機包括轉(zhuǎn)子、定子，以及用于控制旋轉(zhuǎn)電機的驅(qū)動器，其特征在于：

所述測量系統(tǒng)包括條形磁柵尺、兩個磁柵讀頭，以及測量電路板；

所述磁柵尺設(shè)置在轉(zhuǎn)子的外周上，所述兩個磁柵讀頭置于所述磁柵尺外側(cè)方，且所述兩個磁柵讀頭分別通過磁柵讀頭線與測量電路板相連；以及

所述測量電路板與旋轉(zhuǎn)電機的驅(qū)動器電連接，由此通過切換兩個磁柵讀頭，利用磁柵讀頭與磁柵尺的磁作用對電機進行轉(zhuǎn)速和位移測量。

較佳地，所述轉(zhuǎn)子外周上設(shè)有磁柵槽，所述條形磁柵尺貼于所述磁柵槽中，所述磁柵讀頭設(shè)置在電機機殼上。

較佳地，所述兩個磁柵讀頭置于轉(zhuǎn)子外側(cè)方，與磁柵尺相距不超過2mm。

較佳地，貼在轉(zhuǎn)子外周上的條形磁柵尺的長度L與所述兩個磁柵讀頭之間的間隔角度α滿足公式

2πR＞L＞2πR-απR/180+Y

其中R為電機轉(zhuǎn)子的半徑，Y大于磁柵讀頭的寬度。

較佳地，所述的測量系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)計有一個計時可調(diào)的時鐘，能夠計出電機運行時間，并通過數(shù)碼管顯示電機正反轉(zhuǎn)和運行路程。

較佳地，所述的測量系統(tǒng)還包括濾波器，用于對電機停止運行以及所述兩個磁柵讀頭不在磁柵尺上方時讀頭采集到的雜波信號進行濾波。

較佳地，雙讀頭測量系統(tǒng)包括分頻模塊、辨向細(xì)分模塊、電機運行方向判斷模塊、讀頭狀態(tài)判斷模塊、切換信號發(fā)生模塊、電機單向運行切換模塊、雙讀頭切換模塊、讀頭切換位置選擇模塊、雙讀頭數(shù)據(jù)讀取模塊、雙讀頭數(shù)據(jù)辨向細(xì)分模塊、計數(shù)模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、時鐘模塊、以及數(shù)碼管顯示模塊。

較佳地，所述測量電路板的核心采用CPLD芯片，所述兩個磁柵讀頭的信號與CPLD芯片之間分別采用兩組三路輸入差分芯片，CPLD芯片中讀頭信號由系統(tǒng)狀態(tài)機進行實現(xiàn)測量系統(tǒng)的辨向檢測，判斷磁柵讀頭的工作狀態(tài)，生成讀頭切換信號，自動切換讀頭。

較佳地，CPLD芯片將輸入磁柵信號存入高速寄存器對其進行保存，然后輸入由兩個讀頭信號和寄存器保存的信號組成Mealy型狀態(tài)機進行實現(xiàn)系統(tǒng)的辨向檢測，由此判斷兩個讀頭是否在磁柵尺上，產(chǎn)生電機單向運行時讀頭切換信號，并通過兩個讀頭磁柵信號的辨向細(xì)分，判斷電機的正反轉(zhuǎn)運行情況。

較佳地，測量系統(tǒng)通過CPLD芯片內(nèi)部的切換信號判斷系統(tǒng)實時所需要切換的磁柵讀頭，輸出切換的讀頭信號。

較佳地，磁柵讀頭采用相同分辨率、相同型號。

較佳地，貼于電機轉(zhuǎn)子的磁柵尺長度大于電機轉(zhuǎn)子的半個周長。

較佳地，兩個磁柵讀頭安裝位置相對電機轉(zhuǎn)子直徑對稱。

較佳地，測量系統(tǒng)的核心芯片為CPLD，利用VHDL及Verilog?HDL進行系統(tǒng)的硬件模塊設(shè)計。

較佳地，兩個讀頭信號通過Mealy型狀態(tài)機進行辨向檢測。

較佳地，信號濾波是通過Verilog硬件描述語言應(yīng)用系統(tǒng)時鐘信號進行有效處理。

較佳地，電機方向判斷是通過芯片內(nèi)部對讀頭信號處理進行判斷。

較佳地，電機切換信號是系統(tǒng)芯片內(nèi)部產(chǎn)生。

較佳地，顯示的電機轉(zhuǎn)動的位移可在電機運行或電機停止運行時，通過按鍵復(fù)位清零。

較佳地，顯示的電機運行時間，可通過按鍵復(fù)位，以及調(diào)整當(dāng)前起始時間。