[發明專利]一種磁電編碼器與軸承一體化集成裝置及其冗余解算方法

有效

• 申請號: 202211297447.0
• 申請日: 2022-10-21
• 公開（公告）號: CN115940519B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 王磊;李占斌
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: H02K11/215
• 分類號: H02K11/215;F16C19/16
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理有限公司 11562
• 代理人: 劉芳

1.一種磁電編碼器與軸承一體化集成裝置的冗余解算方法，該方法所使用的裝置由左編碼器信號解算板(1)、單對極磁鋼a(2)、左軸承(3)、電機主軸(4)、右軸承(5)、單對極磁鋼b(6)、右編碼器信號解算板(7)組成；所述的左編碼器信號解算板(1)，它包括單對極霍爾a1(1-1)、單對極霍爾a2(1-2)、單片機a3(1-3)，其中單對極霍爾a1(1-1)、單對極霍爾a2(1-2)、單片機a3(1-3)與左編碼器信號解算板(1)焊錫焊接，所述的左軸承(3)為深溝球軸承，它包括軸承外圈c1(3-1)、保持架c2(3-2)、滾動體c3(3-3)、軸承內圈c4(3-4)，其中左編碼器信號解算板(1)與軸承外圈c1(3-1)膠接，單對極磁鋼a(2)與軸承內圈c4(3-4)膠接，軸承內圈c4(3-4)與電機主軸(4)采用基孔制過渡配合；所述的右編碼器信號解算板(7)，它包括單對極霍爾b1(7-1)、單對極霍爾b2(7-2)、單片機b3(7-3)，其中單對極霍爾b1(7-1)、單對極霍爾b2(7-2)、單片機b3(7-3)與右編碼器信號解算板(7)焊錫焊接，所述的右軸承(5)為深溝球軸承，它包括軸承外圈d1(5-1)、保持架d2(5-2)、滾動體d3(5-3)、軸承內圈d4(5-4)，其中右編碼器信號解算板(7)與軸承外圈d1(5-1)膠接，單對極磁鋼b(6)與軸承內圈d4(5-4)膠接，軸承內圈d4(5-4)與電機主軸(4)采用基孔制過渡配合；

其特征在于，所述方法的具體實施過程為：

步驟一：將單對極磁鋼a與軸承內圈c4采用膠接的方式連接在一起，將左編碼器信號解算板相對于軸承內圈c4而言懸空式放置在左軸承左側，并且左編碼器信號解算板與軸承外圈c1用膠接的方式連接，在左編碼器信號解算板上焊錫焊接單對極霍爾a1、單對極霍爾a2和單片機a3，單對極霍爾a1與單對極霍爾a2在同一圓周上呈90°角放置，且位置正對于單對極磁鋼a，與單對極磁鋼a距離很近但不相碰；

將單對極磁鋼b與軸承內圈d4采用膠接的方式連接在一起，將右編碼器信

號解算板相對于軸承內圈d4而言懸空式放置在右軸承右側，并且右編碼器信號解算板與軸承外圈d1用膠接的方式連接，在右編碼器信號解算板上焊錫焊接單對極霍爾b1、單對極霍爾b2和單片機b3，單對極霍爾b1與單對極霍爾b2在同一圓周上呈90°角放置，且位置正對于單對極磁鋼b，與單對極磁鋼b距離很近但不相碰；

當電機主軸轉動時，軸承內圈c4與電機主軸采用基孔制過渡配合，從而單對極磁鋼a轉動，單對極磁鋼a會產生軸向磁場，單對極霍爾a1、單對極霍爾a2采集單對極角度值信號A+、A-，左編碼器信號解算板對角度值模擬信號A+、A-進行模數轉換，得到單對極角度值數字信號HA+、HA-，再通過單片機a3中內置的反正切算法進行解算，對得到的單對極角度值數字信號HA+、HA-進行解算，得到單對極角度值θ₁，解算公式為(1)：

與之相對稱的部分，當電機主軸轉動時，軸承內圈d4與電機主軸采用基孔制過渡配合，從而單對極磁鋼b轉動，單對極磁鋼b會產生軸向磁場，單對極霍爾b1、單對極霍爾b2采集單對極角度值信號B+、B-，右編碼器信號解算板對角度值模擬信號B+、B-進行模數轉換，得到單對極角度值數字信號HB+、HB-，再通過單片機b3中內置的反正切算法進行解算，對得到的單對極角度值數字信號HB+、HB-進行解算，得到單對極角度值θ₂，解算公式為(2)：

步驟二：將上述解出的兩組單對極角度值θ₁、θ₂進行求和，再將求和的結果平均得到角度值θ₃，θ₃定義為角度平均值，將θ₃作為最終的角度輸出，

解算公式為(3)：

步驟三：將所得的角度值θ₃分別與θ₁、θ₂進行作差得到角度偏差量θ_eer1、θ_eer2，將作差得到的角度值偏差量θ_eer1、θ_eer2與設定的范圍ε值作對比，若θ_eer1∈ε與θ_eer2∈ε都滿足，則說明兩個編碼器信號解算板都在正常的運行；否則，則說明編碼器信號解算板出現了故障，將上傳故障報警系統，偏差量的計算公式為(4)、(5)：

θ_err1＝θ₃-θ₁(4)

θ_err2＝θ₃-θ₂(5)

步驟四：當報警系統啟動后，立即對左編碼器信號解算板和右編碼器信號解算板進行校驗，對單對極角度值θ₁和單對極角度值θ₂同時進行差分計算，差分計算的解算公式為(6)(7)：

Δ₁(i)＝θ₁(i)-θ₁(i-1)(6)

Δ₂(i)＝θ₂(i)-θ₂(i-1)(7)

其中Δ₁為差分計算后的數列，θ₁(i)為第一組當前的單對極角度值，θ₁(i-1)為第一組上一個的單對極角度值，Δ₂為差分計算后的數列，θ₂(i)為第二組當前的單對極角度值，θ₂(i-1)為第二組上一個的單對極角度值，i為數據采樣點的個數；

對左編碼器信號解算板校驗時：若Δ₁中的0值數據點持續出現一個旋轉周期，則說明該編碼器處于損壞狀態，確定了該編碼器信號解算板出現故障后，將立刻終止收集編碼器解算板a解算出的單對極角度值θ₁，暫時將采用單對極角度值θ₂作為輸出值；對右編碼器信號解算板校驗時：若Δ₂中的0值數據點持續出現一個旋轉周期，則說明該編碼器處于損壞狀態，確定了該編碼器信號解算板出現故障后，將立刻終止收集編碼器解算板b解算出的單對極角度值θ₂，暫時將采用單對極角度值θ₁作為輸出值。