專利名稱：減速裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種減速裝置。
背景技術(shù)：
減速器是一種動力傳達(dá)機構(gòu)，利用齒輪的速度轉(zhuǎn)換器，將馬達(dá)的回轉(zhuǎn)數(shù)減速到所要的回轉(zhuǎn)數(shù)，并得到較大轉(zhuǎn)矩的機構(gòu)。降速同時提高輸出扭矩，扭矩輸出比例按電機輸出乘減速比，但要注意不能超出減速器額定扭矩。速同時降低了負(fù)載的慣量，慣量的減少為減速比的平方。 一般電機都有一個慣量數(shù)值。 一般的減速器有斜齒輪減速器，包括平行軸斜齒輪減速器、蝸輪減速器、錐齒輪減速器、行星齒輪減速器、擺線針輪減速器、蝸輪蝸桿減速器、行星摩擦式機械無級變速機等等。
現(xiàn)有的減速器在傳動時存在傳動誤差，輸入與輸出的比并不完全等于減速比。普通的交流伺服系統(tǒng)驅(qū)動減速器時，只能進(jìn)行半閉環(huán)控帝U，即只能對電機進(jìn)行閉環(huán)控制，經(jīng)過減速器傳動后，存在傳動誤差，不適用于控制精度要求比較高的場合。為了實現(xiàn)全閉環(huán)控制，需要在減速器的輸出軸上裝傳感器， 一般為編碼器。高精度的編碼器(如光電編碼器)價格高，而且對使用環(huán)境要求高，否則達(dá)不到高的精度或者容易損壞。交流伺服系統(tǒng)的電機上也裝有編碼器，這樣全閉環(huán)的減速裝置至少需要兩個編碼器，造成了全閉環(huán)減速裝置成本高。申請?zhí)?br> 為200410068821.5的文獻(xiàn)，提出了一個全閉環(huán)的減速系統(tǒng)，采用了光電編碼器和電位器檢測角度。光電編碼器價格高，并且對使用環(huán)境要求高，振動、灰塵對其影響很大。電位器檢測角度的精度很低，為接觸式傳感器，可靠性低，使用也不方便。申請?zhí)枮?00620013049的文獻(xiàn)公開了一個全閉環(huán)的伺服旋轉(zhuǎn)工作臺，在工作軸上安裝編碼器，成本高。
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實用新型內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種減速裝置，該減速裝置成本低、控制精度高、響應(yīng)快；減速裝置的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速可控；方便實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、集成化控制；可以接受總控制器的指令，全閉環(huán)控制機械手臂動作。
本實用新型所要解決的技術(shù)問題是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種減速裝置，包括伺服電機和與其連接的減速機構(gòu)，該減速機構(gòu)由相互配合的主動件和從動件構(gòu)成，伺服電機通過聯(lián)軸器與主動件相連，主動件與從動件配合，將伺服電機的動力輸入并減速后輸出，所述的伺服電機輸入軸和減速機構(gòu)的輸出軸上分別設(shè)置有第一、第二位置檢測裝置，第一、第二位置檢測裝置輸入信號給伺服控制器，伺服控制器，控制伺服電機驅(qū)動減速機構(gòu)運轉(zhuǎn)，將伺服電機動力輸入減速后輸出。
所述的減速機構(gòu)可以采用多重結(jié)構(gòu)形式，可以為蝸輪蝸桿減速機構(gòu)或圓柱齒輪減速機構(gòu)或圓錐齒輪減速機構(gòu)或行星齒輪減速機構(gòu)或皮帶輪減速機構(gòu)或其組合。
根據(jù)實際需要，所述的伺服電機優(yōu)選為交流伺服電機。
另外，所述的第一位置檢測裝置、伺服控制器和伺服電機一體設(shè)置。
所述伺服控制器包括數(shù)據(jù)處理單元、電機驅(qū)動單元和電流傳感器，所述數(shù)據(jù)處理單元接收輸入的指令信號、電流傳感器采集的電機輸入電流信號和第一、第二位置檢測裝置輸出的代表電機角度的信息，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，輸出控制信號給所述的電機驅(qū)動單元，所述電機驅(qū)動單元根據(jù)所述的控制信號輸出合適的電壓給伺服電機，從而實現(xiàn)對伺服電機的精確控制。
所述數(shù)據(jù)處理單元包括機械環(huán)控制子單元、電流環(huán)控制子單元、PWM控制信號產(chǎn)生子單元和傳感器信號處理子單元；
所述傳感器信號處理子單元接收所述第一、第二位置檢測裝置輸出的代表電機角度的信息，將電機的角度傳輸給所述的機械環(huán)控制子單元；所述傳感器信號處理子單元還接收所述電流傳感器的檢測到的電流信號，經(jīng)過A/D采樣后輸出給所述的電流環(huán)控制子單元；
所述機械環(huán)控制子單元根據(jù)接收到的指令信號和電機軸的轉(zhuǎn)動角度，經(jīng)過運算得到電流指令，并輸出給所述的電流環(huán)控制子單元；
所述電流環(huán)控制子單元根據(jù)接收到的電流指令的電流傳感器輸出的電流信號，經(jīng)過運算得到三相電壓的占空比控制信號，并輸出給所述的PWM控制信號產(chǎn)生子單元；
所述PWM控制信號產(chǎn)生子單元根據(jù)接收到的三相電壓的占空比控制信號，生成具有一定順序的六路PWM信號，分別作用于電機驅(qū)動單元。
所述電機驅(qū)動單元包括六個功率開關(guān)管，所述開關(guān)管每兩個串聯(lián)成一組，三組并聯(lián)連接在直流供電線路之間，每一開關(guān)管的控制端受PWM控制信號產(chǎn)生子單元輸出的PWM信號的控制，每一組中的兩個開關(guān)管分時導(dǎo)通。
所述數(shù)據(jù)處理單元為MCU,所述電機驅(qū)動單元為IPM模塊。
所述的第一、第二位置檢測裝置，包括磁鋼環(huán)、導(dǎo)磁環(huán)和磁感應(yīng)元件，其特征在于，所述導(dǎo)磁環(huán)由兩段或多段同半徑、同圓心的弧段構(gòu)成，相鄰兩弧段留有縫隙，所述磁感應(yīng)元件置于該縫隙內(nèi)，當(dāng)磁鋼環(huán)與導(dǎo)磁環(huán)發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)運動時，所述磁感應(yīng)元件將感測到的磁信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，并將該電壓信號傳輸給相應(yīng)的信號處理裝置。
所述的導(dǎo)磁環(huán)由兩段同半徑、同圓心的弧段構(gòu)成，分別為1/4弧段和3/4弧段，對應(yīng)的磁感應(yīng)元件為2個；或者，所述的導(dǎo)磁環(huán)由三段同半徑的弧段構(gòu)成，分別為1/3弧段，對應(yīng)的磁感應(yīng)元件為3個；或者，所述的導(dǎo)磁環(huán)由四段同半徑的弧段構(gòu)成，分別為1/4弧段，對應(yīng)的磁感應(yīng)元件為4個；或者，所述的導(dǎo)磁環(huán)由六段同半徑的弧段構(gòu)成，分別為1/6弧段，對應(yīng)的磁感應(yīng)元件為6個。
所述的導(dǎo)磁環(huán)的弧段端部設(shè)有倒角，為沿軸向或徑向或同時沿軸向、徑向切削而形成的倒角。
所述的第一、第二位置檢測裝置，還包括骨架，用于固定所述導(dǎo)磁環(huán)；所述導(dǎo)磁環(huán)設(shè)置在骨架成型模具上，在所述骨架一體成型時與骨架固定在一起。
所述傳感器信號處理子單元或第一、第二位置檢測裝置中包括信號處理裝置，用于根據(jù)所述第一、第二位置檢測裝置的電壓信號得到電機軸的轉(zhuǎn)動角度，具體包括
A/D轉(zhuǎn)換電路，對第一、第二位置檢測裝置中磁感應(yīng)元件發(fā)送來的電壓信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號;
合成電路，對第一、第二位置檢測裝置發(fā)送來的經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的
多個電壓信號進(jìn)行處理得到基準(zhǔn)信號D;
角度獲取電路，根據(jù)該基準(zhǔn)信號D，在標(biāo)準(zhǔn)角度表中選擇與其相對的角度作為偏移角度^;以及
存儲電路，用于存儲標(biāo)準(zhǔn)角度表。
所述的第一、第二位置檢測裝置，包括轉(zhuǎn)子和將轉(zhuǎn)子套在內(nèi)部的定子，所述轉(zhuǎn)子包括第一磁鋼環(huán)、第二磁鋼環(huán)；
其中，所述第一磁鋼環(huán)和第二磁鋼環(huán)分別固定在電機軸上；在定子上，對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)，以第二磁鋼環(huán)的中心為圓心的同一圓周上設(shè)有n個均勻分布的磁感應(yīng)元件，n=l， 2…n，所述第二磁鋼環(huán)的磁極磁化順序使得n個磁感應(yīng)元件輸出呈格雷碼格式，相鄰兩個輸出只有一位變化;
對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)，以第一磁鋼環(huán)的中心為圓心的同一圓周上設(shè)有有m個呈一定角度分布的磁感應(yīng)元件，m為2或3的整數(shù)倍，所述第一磁鋼環(huán)的磁極總對數(shù)與第二磁鋼環(huán)的磁極總數(shù)相等，并且相鄰兩極的極性相反；
當(dāng)轉(zhuǎn)子相對于定子發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)運動時，所述磁感應(yīng)元件將感測到的磁信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枺⒃撾妷盒盘栞敵鼋o一信號處理裝置。
在定子上對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)的相鄰兩個磁感應(yīng)元件之間的夾角，當(dāng)m為2或4時，該夾角為90。 /g;當(dāng)m為3時，該夾角為120° /g;當(dāng)m為6時,該夾角為60° /g，其中，g為第二磁鋼環(huán)的磁極總數(shù)。所述的磁感應(yīng)元件直接表貼在定子的內(nèi)表面。所述的第一、第二位置檢測裝置，還包括兩個導(dǎo)磁環(huán)，每一所述導(dǎo)磁環(huán)是由多個同圓心、同半徑的弧段構(gòu)成，相鄰兩弧段留有空隙，對應(yīng)于兩個磁鋼環(huán)的磁感應(yīng)元件分別設(shè)在該空隙內(nèi)。
所述的導(dǎo)磁環(huán)的弧段端部設(shè)有倒角，為沿軸向或徑向或同時沿軸 向、徑向切削而形成的倒角。
所述的第一、第二位置檢測裝置，包括轉(zhuǎn)子和將轉(zhuǎn)子套在內(nèi)部的 定子，所述轉(zhuǎn)子包括第一磁鋼環(huán)、第二磁鋼環(huán)；
其中，所述第一磁鋼環(huán)和第二磁鋼環(huán)分別固定在電機軸上，所述 第一磁鋼環(huán)被均勻地磁化為N對磁極，N<=2n， n=0， 1, 2…n，并且 相鄰兩極的極性相反；所述第二磁鋼環(huán)的磁極總數(shù)為N，其磁序按照 磁序算法確定；
在定子上，對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)，以第一磁鋼環(huán)的中心為圓心的同 一圓周上設(shè)有m個呈一定角度分布的磁感應(yīng)元件，m為2或3的整數(shù) 倍；對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)，以第二磁鋼環(huán)的中心為圓心的同一圓周上設(shè) 有n個呈一定角度分布的磁感應(yīng)元件，n=0， 1， 2…n;
當(dāng)轉(zhuǎn)子相對于定子發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)運動時，所述磁感應(yīng)元件將感測 到的磁信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，并將該電壓信號輸出給一信號處理裝置。
在定子上對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)的相鄰兩個磁感應(yīng)元件之間的夾角為 360。 /N。
在定子上對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)相鄰兩個磁感應(yīng)元件之間的夾角，當(dāng) m為2或4時，每相鄰兩個磁感應(yīng)元件之間的夾角為9(f/N，當(dāng)m為3 時，每相鄰兩個磁感應(yīng)元件之間的夾角為1207N;當(dāng)m為6時，每相 鄰兩個磁感應(yīng)元件之間的夾角為607N。
所述磁感應(yīng)元件直接表貼在定子的內(nèi)表面。
所述的第一、第二位置檢測裝置，還包括兩個導(dǎo)磁環(huán)，每一所述 導(dǎo)磁環(huán)是由多個同圓心、同半徑的弧段構(gòu)成，相鄰兩弧段留有空隙， 對應(yīng)于兩個磁鋼環(huán)的磁感應(yīng)元件分別設(shè)在該空隙內(nèi)。
所述的導(dǎo)磁環(huán)的弧段端部設(shè)有倒角，為沿軸向或徑向或同時沿軸 向、徑向切削而形成的倒角。
所述的磁感應(yīng)元件為霍爾感應(yīng)元件。
所述傳感器信號處理子單元或第一、第二位置檢測裝置中包括信 號處理裝置，用于根據(jù)所述第一、第二位置檢測裝置的電壓信號得到
13電機軸的轉(zhuǎn)動角度，具體包括
A/D轉(zhuǎn)換電路，對第一、第二位置檢測裝置發(fā)送來的電壓信號進(jìn) 行A/D轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；
相對偏移角度《計算電路，用于計算第一、第二位置檢測裝置中 對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)的磁感應(yīng)元件發(fā)送來的第一電壓信號在所處信號周
期內(nèi)的相對偏移量《；
絕對偏移量《計算電路，根據(jù)第一、第二位置檢測裝置中對應(yīng)于
第二磁鋼環(huán)的磁感應(yīng)元件發(fā)送來的第二電壓信號，通過計算來確定第 一電壓信號所處的信號周期首位置的絕對偏移量《；
角度合成及輸出模塊，用于將上述相對偏移量《和絕對偏移量《 相加，合成所述第一電壓信號所代表的在該時刻的旋轉(zhuǎn)角度^
存儲模塊，用于存儲數(shù)據(jù)。
所述傳感器信號處理子單元或第一、第二位置檢測裝置中，還包
括
信號放大電路，用于在A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換之前，對來自 于磁電式傳感器的電壓信號進(jìn)行放大。
所述相對偏移角度《計算電路包括第一合成電路和第一角度獲取 電路，所述第一合成電路對第一、第二位置檢測裝置發(fā)送來的經(jīng)過A/D 轉(zhuǎn)換的多個電壓信號進(jìn)行處理，得到一基準(zhǔn)信號D;所述第一角度獲 取電路根據(jù)該基準(zhǔn)信號D，在第一標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)角度表中選擇一與其相對 的角度作為偏移角度《。
所述相對偏移角度《計算電路內(nèi)或在合成電路之前還包括溫度補 償電路，用于消除溫度對磁電式傳感器發(fā)送來的電壓信號的影響。
所述合成電路或所述第一合成電路的輸出還包括信號R;
所述溫度補償單元包括系數(shù)矯正器和乘法器，所述系數(shù)矯正器對 所述合成模塊的輸出的信號R和對應(yīng)該信號的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的信號Ro進(jìn)
行比較得到輸出信號K;所述乘法器為多個，每一所述乘法器將從位
置檢測裝置發(fā)送來的、經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的一個電壓信號與所述系數(shù)矯正 模塊的輸出信號K相乘，將相乘后的結(jié)果輸出給第一合成電路。
所述絕對偏移量《計算電路包括第二合成電路和第二角度獲取電路，所述第二合成電路用于對對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)的第一、第二位置檢 測裝置發(fā)送來的第二電壓信號進(jìn)行合成，得到一信號E;所述第二角度 獲取電路根據(jù)該信號E .在第二標(biāo)準(zhǔn)角度表中選擇一與其相對的角度作 為第一電壓信號所處的信號周期首位置的絕對偏移量《。
綜上所述，本實用新型具有以下優(yōu)點
1、 成本低。用霍爾感應(yīng)模塊取代了傳統(tǒng)的編碼器，霍爾感應(yīng)模塊 的成本非常低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的編碼器，并且精度高。 一體化伺服系 統(tǒng)將電機、控制器和霍爾感應(yīng)模塊集為一體，成本更低。
2、 對減速器的輸出軸進(jìn)行全閉環(huán)控制，包含兩個閉環(huán)控制減速 裝置閉環(huán)控制和交流伺服電機閉環(huán)控制，控制精度高，響應(yīng)快。
3、 可靠性高，使用壽命長。霍爾感應(yīng)模塊為非接觸式傳感器，防 塵、抗振、防水，即使在惡劣的使用環(huán)境下也能正常工作。交流伺服 電機沒有電刷，并且控制器對交流伺服電機具有多重保護，可靠性高， 使用壽命長。由于采用的是交流伺服系統(tǒng)，減速裝置的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速可 控。
4、 伺服控制器不僅能控制電機，而且可以和其他控制器通訊，接 受其他控制器的控制，方便實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、集成化控制。如本減速裝置 用于機械手臂時，可以接受總控制器的指令，全閉環(huán)控制機械手臂動 作。
5、 通過對輸出軸進(jìn)行位置控制，并將位置信息實時保存在MCU
的內(nèi)部存儲芯片中，可以輕易解決輸出軸多圈控制時，掉電后當(dāng)前位 置信息丟失的問題。


圖1是本實用新型實施例1的減速裝置的結(jié)構(gòu)示意圖2是本實用新型實施例1的第一位置檢測裝置的立體分解圖3是本實用新型實施例1的導(dǎo)磁環(huán)安裝于骨架上的立體圖4是本實用新型實施例1的將導(dǎo)磁環(huán)從骨架上取下后的立體圖5A 圖5D是本實用新型實施例1的導(dǎo)磁環(huán)的倒角設(shè)計示意圖； 圖6是本實用新型實施例1的第一位置檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7A和圖7B分別是本實用新型實施例1的另一種情況的第一位 置檢測裝置的立體分解圖、結(jié)構(gòu)示意圖8A和圖8B分別是本實用新型實施例1的又一種情況的第一位 置檢測裝置的立體分解圖、結(jié)構(gòu)示意圖9A和圖9B分別是本實用新型實施例1的又一種情況的第一位 置檢測裝置的立體分解圖、結(jié)構(gòu)示意圖10A 圖IOD是本實用新型實施例l第一位置檢測裝置的信號處 理裝置的框圖11是本實用新型實施例1的第二位置檢測裝置的立體分解圖 (連續(xù))；
圖12A 圖12D本實用新型實施例1的第二位置檢測裝置的第一磁 鋼環(huán)、導(dǎo)磁環(huán)和磁感應(yīng)元件的結(jié)構(gòu)圖13A 圖13D分別是本實用新型實施例1的第二位置檢測裝置的 第一磁鋼環(huán)充磁磁序圖14是本實用新型實施例1的第二位置檢測裝置的第二磁鋼環(huán)的 充磁磁序的算法流程圖15是本實用新型實施例1的第二位置檢測裝置的第二磁鋼環(huán)充 磁磁序圖16A 圖16D是本實用新型實施例l第二位置檢測裝置的信號處 理裝置的框圖17是本實用新型實施例1的另一種結(jié)構(gòu)第二位置檢測裝置的立 體分解圖(均勻)；
圖18是本實用新型實施例1的另一種結(jié)構(gòu)第二位置檢測裝置對應(yīng) 于第二磁鋼環(huán)設(shè)有3個磁感應(yīng)元件時得到的編碼；
圖19是實施例1的另一種結(jié)構(gòu)第二位置檢測裝置對應(yīng)于第二磁鋼 環(huán)設(shè)有3個磁感應(yīng)元件時第二磁鋼環(huán)的充磁順序；
圖20A 圖20D本實用新型實施例1的另一種結(jié)構(gòu)第二位置檢測裝 置的第一磁鋼環(huán)、導(dǎo)磁環(huán)和磁感應(yīng)元件的結(jié)構(gòu)圖21是本實用新型實施例1的另一種結(jié)構(gòu)第二位置檢測裝置的第 二磁鋼環(huán)充磁磁序圖;
16圖22是本實用新型實施例1的減速裝置的控制方法的結(jié)構(gòu)圖23是本實用新型實施例1的減速裝置的控制方法的結(jié)構(gòu)原理
圖24是本實用新型實施例2的減速裝置的結(jié)構(gòu)圖； 圖25是本實用新型實施例3的減速裝置的結(jié)構(gòu)圖； 圖26是本實用新型實施例4的減速裝置的結(jié)構(gòu)圖； 圖27是本實用新型實施例5的減速裝置的結(jié)構(gòu)圖； 圖28是本實用新型實施例6的減速裝置的結(jié)構(gòu)圖； 圖29是本實用新型實施例7的減速裝置的結(jié)構(gòu)圖； 圖30是本實用新型實施例8的減速裝置的結(jié)構(gòu)圖； 圖31是本實用新型實施例9的減速裝置的結(jié)構(gòu)圖；以及 圖32是本實用新型實施例10的減速裝置的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
下面參照附圖說明本實用新型的各實施例，各實施例中相同的元 件用相同的附圖標(biāo)記表示。 減速裝置實施例1
圖1是本實用新型實施例1的減速裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所 示，減速裝置包括伺服控制器1、伺服電機2和與其連接的減速機構(gòu)， 該減速機構(gòu)由相互配合的主動件和從動件構(gòu)成，本實施例中主動件指 蝸桿4，從動件為蝸輪8，伺服電機通過聯(lián)軸器3與蝸桿4相連，蝸桿 4與蝸輪8配合，將伺服電機2的動力輸入并減速后輸出，伺服電機2 輸入軸和減速機構(gòu)的輸出軸即蝸輪軸7上分別設(shè)置有第一位置檢測裝 置5和第二位置檢測裝置6，第一、第二位置檢測裝置5、 6通過信號 線9和信號線10輸入信號給伺服控制器1，伺服控制器1通過電機動 力線11將輸出電壓給伺服電機2，伺服電機2驅(qū)動減速機構(gòu)運轉(zhuǎn)，將 伺服電機動力輸入減速后輸出。
下面根據(jù)上述減速裝置詳述第一和第二位置檢測裝置5和6。圖2 是本實用新型實施例1的第一位置檢測裝置的立體分解圖。如圖2所 示，本實用新型的第一位置檢測裝置由磁感應(yīng)元件板102、磁鋼環(huán)103、導(dǎo)磁環(huán)104、骨架105組成；磁感應(yīng)元件板102由PCB板和磁感應(yīng)元 件106組成，磁感應(yīng)元件板102上還裝有接插件108。
磁鋼環(huán)103裝在軸(未圖示)上，導(dǎo)磁環(huán)104固定在骨架105上， 骨架105固定在電機的合適位置。當(dāng)軸轉(zhuǎn)動時，磁鋼環(huán)103轉(zhuǎn)動，產(chǎn) 生正弦磁場，而導(dǎo)磁環(huán)104起聚磁作用，磁鋼環(huán)103產(chǎn)生的磁通通過 導(dǎo)磁環(huán)104。PCB板上固定的磁感應(yīng)元件106把通過導(dǎo)磁環(huán)104的磁場 轉(zhuǎn)換成電壓信號并輸出，該電壓信號直接進(jìn)入主控板芯片。由主控板 上芯片對電壓信號進(jìn)行處理，最后得到位角位移。
其中，在制作所述的位置檢測裝置時，導(dǎo)磁環(huán)104設(shè)置在骨架成 型模具上，在所述骨架一體成型時與骨架105固定在一起。
圖3是本實用新型實施例1的導(dǎo)磁環(huán)安裝于骨架上的立體圖，圖 4是本實用新型實施例1的將導(dǎo)磁環(huán)從骨架上取下后的立體圖，圖5A 圖5D是本實用新型實施例1的導(dǎo)磁環(huán)的倒角設(shè)計示意圖。導(dǎo)磁環(huán)104 安裝于骨架105上，磁鋼環(huán)103安裝軸上，導(dǎo)磁環(huán)104與磁鋼環(huán)103 可以相對轉(zhuǎn)動。本實用新型通過合理安排各部件的布局，可以減少位置 檢測裝置的尺寸。
圖5A到圖5D以由1/4弧段和3/4弧段構(gòu)成的導(dǎo)磁環(huán)為例，圖示 了本實用新型的導(dǎo)磁環(huán)的倒角設(shè)計。如圖5A 圖5D所示，導(dǎo)磁環(huán)由兩 段或多段同半徑、同圓心的弧段構(gòu)成，圖5A所示的導(dǎo)磁環(huán)沒有設(shè)計倒 角，圖5B到圖5D所示的弧段端部設(shè)有倒角，所述倒角為沿軸向(圖 5B)或徑向(圖5C)或同時沿軸向、徑向(圖5D)切削而形成的倒 角，軸向切面151、 153，徑向切面152、 154。相鄰兩弧段間留有縫隙， 磁感應(yīng)元件置于該縫隙內(nèi)，當(dāng)磁鋼環(huán)與導(dǎo)磁環(huán)發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)運動時， 所述磁感應(yīng)元件將感測到的磁信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，并將該電壓信號 傳輸給相應(yīng)的控制器。
根據(jù)磁密公式B-^/S可以知道，當(dāng)^一定時候，可以通過減少S， 增加^。
圖6是本實用新型實施例1的第一位置檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。 如圖6所示，導(dǎo)磁環(huán)由兩段同半徑的弧段構(gòu)成，分別為1/4弧段111和 3/4弧段112,位置A和B相距角度為90° ，并開有狹縫，分別以兩個磁感應(yīng)元件109、 IIO放置于A和B處的狹縫中，采用此結(jié)構(gòu)有利于減 少磁場泄露，提高磁感應(yīng)元件感應(yīng)的磁通量，并且由于磁表面感應(yīng)的 磁通是磁場的積分，因此有利用降低信號噪聲以和信號中的高次諧波。 在電機軸上，由兩段同半徑的弧段111、 112構(gòu)成的導(dǎo)磁環(huán)與磁鋼環(huán)113 同心安裝。
圖7A和圖7B分別是本實用新型實施例1的另一種情況的第一位 置檢測裝置的立體分解圖、結(jié)構(gòu)示意圖。如圖7A和圖7B所示，導(dǎo)磁 環(huán)由四段同半徑的1/4弧段118、 119、 120和121構(gòu)成，A， B， C， D 四個位置角度依次相隔為90° ，并且都有一狹縫。分別以4個磁感應(yīng) 元件114、 115、 116和117放置于狹縫A、 B、 C和D處，采用此結(jié)構(gòu) 有利于減少磁場泄露，提高磁感應(yīng)元件感應(yīng)的磁通量，并且由于磁表 面感應(yīng)的磁通是磁場的積分，因此有利用降低信號噪聲以和信號中的 高次諧波。四段同半徑的1/4弧段118、 119、 120和121構(gòu)成的導(dǎo)磁環(huán) 和磁鋼環(huán)122同心安裝。
圖8A和圖8B分別是本實用新型實施例1的又一種情況的第一位 置檢測裝置的立體分解圖、結(jié)構(gòu)示意圖。如圖8A和圖8B所示，導(dǎo)磁 環(huán)由三段同半徑的1/3弧段126、 127和128構(gòu)成，A, B， C三個位置 依次相距120° ，并且開有一狹縫，3個磁感應(yīng)元件123、 124和125 分別放置狹縫A， B， C處，采用此結(jié)構(gòu)有利于減少磁場泄露，提高傳 感器感應(yīng)的磁通量，并且由于傳感器表面感應(yīng)的磁通是磁場的積分， 因此有利用降低信號噪聲以和信號中的高次諧波。三段同半徑的1/3弧 段126、 127和128構(gòu)成的導(dǎo)磁環(huán)和磁鋼環(huán)129同心安裝。
圖9A和圖9B分別是本實用新型實施例1的又一種情況的第一位 置檢測裝置的立體分解圖、結(jié)構(gòu)示意圖。如圖9A和圖9B所示，導(dǎo)磁 環(huán)由六段同半徑的1/6弧段136、 137、 138、 139、 140和141構(gòu)成，A， B， C， D， E， F六個位置依次相距60。，并且都開有一狹縫，6個 磁感應(yīng)元件130、 131、 132、 133、 134和135分別放置在狹縫A， B， C， D， E， F處，采用此結(jié)構(gòu)有利于減少磁場泄露，提高傳感器感應(yīng)的 磁通量，并且由于傳感器表面感應(yīng)的磁通是磁場的積分，因此有利用 降低信號噪聲以和信號中 的高次諧波。電機非負(fù)載輸出端軸上裝有永磁環(huán)，由六段同半徑的1/6弧段136、 137、 138、 139、 140和141構(gòu)成 的導(dǎo)磁環(huán)和磁鋼環(huán)142同心安裝。
圖10A 圖IOD分別是本實用新型實施例1的信號處理裝置的框 圖，如圖10A所示，磁感應(yīng)元件Hh和H2a的輸出信號接MCU的內(nèi)置 A/D轉(zhuǎn)換器模擬輸入口，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后得到輸出信號接乘法器20a、21a， 系數(shù)矯正器5a的輸出信號K接乘法器20a、21a的輸入端，乘法器20a、 21a的輸出信號接合成器3a的輸入端，合成器3a輸出信號D和R， 系數(shù)矯正器5a接收合成器3a輸出的信號D和R，通過運算得到信號K， 通過使磁感應(yīng)元件H^和H2a的信號與該信號K進(jìn)行相乘，以此來進(jìn)行 溫度補償，消除溫度對信號的影響。存儲器40a中存儲有一角度存儲 表，MCU根據(jù)信號D在角度存儲表中選擇與其相對的角度作為偏移角 度0。
《丄
關(guān)于角度存儲表，可以通過標(biāo)定得到。利用本施例的檢測裝置和 一高精度位置傳感器，將本施例中的磁感應(yīng)元件輸出的信號和該高精 度位置傳感器輸出的角度進(jìn)行一一對應(yīng)，以此建立出一磁感應(yīng)元件輸 出的信號與角度之間的關(guān)系表。
如圖IOB所示，信號處理裝置與圖IOA所示的相類似，不同在于， 圖10B中有4個互成90度的磁感應(yīng)元件，因此，在信號處理裝置上增 加了減法器模塊，通過該減法器模塊抑制溫度和零點漂移，以此來提 高數(shù)據(jù)精度，最終輸出給合成器的信號仍為2個。
如圖IOC所示，信號處理裝置與圖IOA所示的相類似，不同在于， 磁感應(yīng)元件有三個，輸出給合成器的信號為三個。
如圖IOD所示，信號處理裝置與圖IOC所示的相類似，不同在于， 磁感應(yīng)元件有六個，因此，在信號處理裝置上增加了減法器模塊，通 過該減法器模塊抑制溫度和零點漂移，以此來提高數(shù)據(jù)精度，最終輸 出給合成器的信號仍為3個。
圖11是本實用新型實施例1的第二位置檢測裝置的立體分解圖 (連續(xù))。如圖ll所示，本實用新型的位置檢測裝置由磁鋼環(huán)302、磁 鋼環(huán)3(B、導(dǎo)磁環(huán)304、導(dǎo)磁環(huán)305、支架306和多個磁感應(yīng)元件組成。
20具體地，磁鋼環(huán)302、 303的直徑小于導(dǎo)磁環(huán)304、 305的直徑，因而 導(dǎo)磁環(huán)304、 305分別套設(shè)在磁鋼環(huán)302、 303外側(cè)，磁鋼環(huán)302、 303 固定在轉(zhuǎn)軸301上，且導(dǎo)磁環(huán)304、 305與磁鋼環(huán)302、 303可以相對轉(zhuǎn) 動，從而使設(shè)置在支架306內(nèi)表面上的多個傳感器元件307處于磁鋼 環(huán)的空隙內(nèi)。為下文說明方便，將第一列磁感應(yīng)元件即對應(yīng)磁鋼環(huán)302 和導(dǎo)磁環(huán)304的多個磁感應(yīng)元件都用磁感應(yīng)元件307表示，而將第二 列磁感應(yīng)元件即對應(yīng)磁鋼環(huán)303和導(dǎo)磁環(huán)305的多個磁感應(yīng)元件都用 磁感應(yīng)元件307表示。為了說明方便，這里將磁鋼環(huán)302定義為第一 磁鋼環(huán)，將磁鋼環(huán)303定義為第二磁鋼環(huán)，將導(dǎo)磁環(huán)304限定為對應(yīng) 于第一磁鋼環(huán)302，將導(dǎo)磁環(huán)305限定為對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)303，然后 本實用新型不限于上述的限定。
第一磁鋼環(huán)302被均勻地磁化為N對磁極，N<=2n， n=0， 1， 2… n，并且相鄰兩極的極性相反，第二磁鋼環(huán)的磁極總數(shù)為N，其磁序按 照磁序算法確定；在支架306上，對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)302，以第一磁鋼 環(huán)302的中心為圓心的同一圓周上設(shè)有m個呈一定角度分布的磁感應(yīng) 元件30S， m為2或3的整數(shù)倍；對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)303，以第二磁鋼 環(huán)303的中心為圓心的同一圓周上設(shè)有n個呈360° /N角度分布的磁 感應(yīng)元件307， n=0, 1， 2".n。
圖12A 圖12D本實用新型實施例1的第二位置檢測裝置的第一磁 鋼環(huán)、導(dǎo)磁環(huán)和磁感應(yīng)元件的結(jié)構(gòu)圖。如圖12A所示，對應(yīng)于第一磁 鋼環(huán)302的第一列磁感應(yīng)元件307為2個，即m-2，用！^和112表示， 這兩個磁感應(yīng)元件1^和H2分別放置于對應(yīng)導(dǎo)磁環(huán)304的兩個夾縫中。 對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)303的第二列磁感應(yīng)元件307為3個，即11=3,用H3、 H4和Hs表示。取磁極數(shù)N-8，這樣，對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)303的相鄰兩 個磁感應(yīng)元件307之間的夾角為36(T /8。對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)302的相 鄰兩個磁感應(yīng)元件307之間的夾角為9078。
圖13A 圖13D分別是本實用新型實施例1的第二位置檢測裝置的 第一磁鋼環(huán)充磁磁序圖。從圖13A可以看出磁鋼環(huán)302的充磁順序以 及I^和H2的磁極排布。圖14是本實用新型實施例1的第二位置檢測 裝置的第二磁鋼環(huán)的充磁磁序的算法流程圖。如圖14所示，首先進(jìn)行初始化a[OKO……O";然后將當(dāng)前編碼入編碼集，即編碼集中有"O…… 0";接著檢驗入編碼集的集合元素是否達(dá)到2n，如果是則程序結(jié)束， 反之將當(dāng)前編碼左移一位，后面補O;然后檢驗當(dāng)前編碼是否已入編碼 集，如果未入編碼集則將當(dāng)前編碼入編碼集繼續(xù)進(jìn)行上述步驟，如果 已入編碼集則將當(dāng)前碼末位去O補1;接著檢驗當(dāng)前編碼是否已入編碼 集，如果未入編碼集則將當(dāng)前編碼入編碼集繼續(xù)進(jìn)行上述步驟，如果 已入編碼集則檢驗當(dāng)前碼是否為"0……0"，是則結(jié)束，否則將當(dāng)前編
碼的直接前去碼末位去O補1;接著檢驗當(dāng)前編碼是否已入編碼集，如 果未入編碼集則將當(dāng)前編碼入編碼集繼續(xù)進(jìn)行上述步驟，如果已入編 碼集則檢驗當(dāng)前碼是否為"0……0"，然后繼續(xù)進(jìn)行下面的程序。其中
O磁化為"N/S"， 1磁化為"S/N"。這樣得到了圖15所示的磁鋼環(huán)303 充磁結(jié)構(gòu)圖以及H3、 H4和H5的排布順序。
第二位置檢測裝置的信號處理裝置，其包括A/D轉(zhuǎn)換電路、相對 偏移角度《計算電路、絕對偏移量《計算電路、角度合成及輸出模塊和 存儲模塊，其中，所述A/D轉(zhuǎn)換電路對位置檢測裝置發(fā)送來的電壓信 號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；所述相對偏移角度《 計算電路用于計算位置檢測裝置中對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)的磁感應(yīng)元件發(fā) 送來的第一電壓信號在所處信號周期內(nèi)的相對偏移量《；所述絕對偏移 量&計算電路根據(jù)位置檢測裝置中對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)的磁感應(yīng)元件發(fā)
送來的第二電壓信號，通過計算來確定第一電壓信號所處的信號周期 首位置的絕對偏移量《；所述角度合成及輸出模塊用于將上述相對偏 移量《和絕對偏移量《相加，合成所述第一電壓信號所代表的在該時刻 的旋轉(zhuǎn)角度6>;所述存儲模塊用于存儲標(biāo)定過程中得到的角度和系數(shù)K 矯正用數(shù)據(jù)。
圖16A-圖16D中的傳感器即為磁感應(yīng)元件。
圖16A是本實用新型實施例1第二位置檢測裝置的信號處理裝置 的框圖，傳感器1—la、 1—2a的輸出信號接放大器2一la、 2—2a，放大器 2—la、 2一2a的輸出信號輸入給A/D轉(zhuǎn)換器模擬輸入口，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后 得到輸出信號接乘法器4一la、 5_la，系數(shù)矯正器10一la的輸出信號接 乘法器4—la、 5ja的輸入端，乘法器4—la、 5—la的輸出信號A， B接第一合成器6一la的輸入端，第一合成器6_la的輸出信號D作為存儲 器8Ja和存儲器9_la的輸入信號，存儲器9_la的輸出信號接系數(shù)矯 正器10_la，存儲器8一la的輸出信號《作為加法器12一la的輸入端。
傳感器1—3a、 1—4a、 ...1—na的輸出信號分別接三個放大器2—3a、 2_4a、 ...2一na進(jìn)行放大，然后接A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后通過第二 合成器7一la進(jìn)行合成，然后接存儲器11Ja得到^。《和《通過加法 器12一la得到測量的絕對角位移6輸出。
如圖12B所示，對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)302的第一列磁感應(yīng)元件307 為4個，即m=4，用Hi、 H2、 113和H4表示，這四個磁感應(yīng)元件307 分別放置于對應(yīng)第一導(dǎo)磁環(huán)304的四個夾縫中。對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)303 的第二列磁感應(yīng)元件307為3個，即n=3，用H5、 HU和117表示。取 N=8，這樣，對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)303的相鄰兩個磁感應(yīng)元件307之間的 夾角為360° /8。對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)302的相鄰兩個磁感應(yīng)元件307之 間的夾角為9078。
從圖13B可以看出磁鋼環(huán)302的充磁順序以及H2、 H3和H4 的磁極排布。第一磁鋼環(huán)302的充磁結(jié)構(gòu)及算法流程上述情況的相同， 在此省略對它們的說明。
如圖16B所示，信號處理裝置與圖16A所示的相類似，不同在于， 由于有4個磁感應(yīng)元件，第一磁鋼環(huán)磁感應(yīng)元件的輸出信號接放大電 路2-lc進(jìn)行差動放大，第二磁鋼環(huán)磁感應(yīng)元件的輸出信號接放大電路 2-2c進(jìn)行差動放大，最終輸出給合成器的信號仍為2個。
如圖12C所示，對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)302的第一列磁感應(yīng)元件308 為3個，即111=3，用Hi、 H2和H3表示，這三個磁感應(yīng)元件Ht、 112和 H3分別放置于對應(yīng)第一導(dǎo)磁環(huán)304的三個夾縫中。對應(yīng)于第二磁鋼環(huán) 303的第二列磁感應(yīng)元件307為3個，即11=3,用H4、 115和116表示。 取N=8，這樣，對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)303的相鄰兩個磁感應(yīng)元件307之 間的夾角為360。 /8。對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)302的相鄰兩個磁感應(yīng)元件307 之間的夾角為12078。
從圖13C可以看出磁鋼環(huán)302的充磁順序以及Hi、 H2和H3的磁 極排布。第一磁鋼環(huán)302的充磁結(jié)構(gòu)及算法流程與上述情況的相同，
23在此省略對它們的說明。
如圖16C所示，與圖16A所示的不同的是，磁感應(yīng)元件有三個， 輸出給合成器的信號為三個。
如圖12D所示，對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)302的第一列磁感應(yīng)元件307 為6個，即m=6，用Hi、 H2、 H3、 H4、 115和116表示，這六個磁感應(yīng) 元件Hi、 H2、 H3、 H4、 Hs和H6分別放置于對應(yīng)第一導(dǎo)磁環(huán)304的六 個夾縫中。對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)303的第二列磁感應(yīng)元件307為3個， 即n-3，用H7、 Hg和H9表示。取N-8，這樣，對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)303 的相鄰兩個磁感應(yīng)元件307之間的夾角為360。 /8。對應(yīng)于第一磁鋼環(huán) 302的相鄰兩個磁感應(yīng)元件307之間的夾角為6078。
從圖13D可以看出磁鋼環(huán)302的充磁順序以及H。 H2、 H3、 H4、 Hs和H6的排布。第一磁鋼環(huán)302的充磁結(jié)構(gòu)及算法流程與上述情況相 同，在此省略對它們的說明。
圖16D是本實用新型實施例4的信號處理裝置的框圖。與圖16C 所示的不同的是，磁感應(yīng)元件有六個，因此，第一磁鋼環(huán)磁感應(yīng)元件 的輸出信號接放大電路2-ld進(jìn)行差動放大，第一磁鋼環(huán)磁感應(yīng)元件的 輸出信號接放大電路2-2d進(jìn)行差動放大，第一磁鋼環(huán)磁感應(yīng)元件的輸 出信號接放大電路2-3d進(jìn)行差動放大，最終輸出給合成器的信號仍為 3個。
上述四種情況是在n-3的情況下，m值變化的各種實施例，本實 用新型不限于此，第二磁鋼環(huán)上的磁感應(yīng)元件11可以是任意整數(shù)，11=0， 1， 2…n。其各自的磁化順序及算法流程分別與圖14、 15類似，在此 省略對它們的詳細(xì)說明。
圖17是本實用新型實施例1的另一種結(jié)構(gòu)第二位置檢測裝置的立 體分解圖(均勻)。如圖17所示，該位置檢測裝置包括轉(zhuǎn)子和將轉(zhuǎn)子 套在內(nèi)部的定子，轉(zhuǎn)子包括第一磁鋼環(huán)201a和第二磁鋼環(huán)201b以及 第一導(dǎo)磁環(huán)205a和第二導(dǎo)磁環(huán)205b，第一磁鋼環(huán)201a和第二磁鋼環(huán) 201b分別固定在電機軸200上，其中定子為支M 203。第一導(dǎo)磁環(huán)205a 和第二導(dǎo)磁環(huán)205b分別由多個同圓心、同半徑的弧段構(gòu)成，相鄰兩個 弧段之間留有空隙，對應(yīng)于兩個磁鋼環(huán)的磁感應(yīng)元件204分別設(shè)在該空隙內(nèi)。
如圖17結(jié)合圖18、 19所示，對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)201b，以第二磁 鋼環(huán)201b的中心為圓心的同一圓周上設(shè)有n個均勻分布的磁感應(yīng)元 件，n=l， 2…n，第二磁鋼環(huán)的磁極磁化順序使得n個磁感應(yīng)原件輸出 呈格雷碼形式。磁極的極性為格雷碼的首位為"0"對應(yīng)于"N/S"極， 首位為"1"對應(yīng)于"S/N"極。
第一磁鋼環(huán)201a均勻的磁化為g (g的取值等于第二磁鋼環(huán)中的 磁極總數(shù))對極(N極和S極交替排列)，當(dāng)?shù)诙配摥h(huán)中的磁極總數(shù) 為6時，第一磁鋼環(huán)201a的極對數(shù)為6對。以第一磁鋼環(huán)201a的中心 為圓心的同一圓周上，設(shè)置有m個磁感應(yīng)元件，如2個，如圖17所示， 支架203的內(nèi)側(cè)對應(yīng)第一磁鋼環(huán)201a布置的二個磁感應(yīng)元件204之間 的夾角為90° /6。當(dāng)轉(zhuǎn)子相對于定子發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)運動時，所述磁感 應(yīng)元件將感測到的磁信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，并將該電壓信號輸出給一 信號處理裝置。
定義第一磁鋼環(huán)中相鄰一對"N-S"為一個信號周期，因此，任一 "N-S"對應(yīng)的機械角度為360。 /g (g為"N-S"個數(shù))，假定轉(zhuǎn)子在^ 時刻旋轉(zhuǎn)角度e位于第""言號周期內(nèi)，則此時刻角位移^可認(rèn)為由兩部 分構(gòu)成1.在第""言號周期內(nèi)的相對偏移量，磁感應(yīng)元件K^和H2感 應(yīng)第一磁鋼環(huán)的磁場來確定在此"N-S"信號周期內(nèi)的偏移量《(值大 于0小于36(T /g); 2.第""言號周期首位置的絕對偏移量《，用傳感 器Hb， H4，…Hn感應(yīng)磁環(huán)2的磁場來確定此時轉(zhuǎn)子究竟是處于哪一個 "N-S"來得到《。
基于該位置檢測裝置及原理的信號處理裝置包括A/D轉(zhuǎn)換電路、 相對偏移量《計算電路、絕對偏移量《計算電路和存儲模塊。其信號處 理流程如圖16A-圖16D所示，對位置檢測裝置中第一磁鋼環(huán)和第二磁 鋼環(huán)發(fā)送來的電壓信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號； 由相對偏移量《計算電路對位置檢測裝置發(fā)送來的對應(yīng)于第一磁鋼環(huán) 的第一電壓信號進(jìn)行角度《求解，計算對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)的信號在所處 信號周期內(nèi)的相對偏移量《；由絕對偏移量《計算電路對位置檢測裝置 發(fā)送來的對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)的第一電壓信號進(jìn)行角度《求解，來確定第一電壓信號所處的信號周期首位置的絕對偏移量^;通過角度合成 及輸出模塊，如加法器用于將上述相對偏移量《和絕對偏移量《相加， 合成所述第一電壓信號所代表的在該時刻的旋轉(zhuǎn)角度e。如圖20A所示，由于第二磁鋼環(huán)的磁極磁化順序使得n個磁感應(yīng)原件輸出呈格雷碼形式。磁極的極性為格雷碼的首位為"o"對應(yīng)于"N/S"極，首位為"1"對應(yīng)于"S/N"極。因此，在本實施例中，由 于n為3時，得到如圖18所示的編碼，得到6個碼，即得到6個極， 充磁順序如圖19所示，個磁感應(yīng)元件均布周圍進(jìn)行讀數(shù)。第二磁鋼環(huán) 205b、支架203和磁感應(yīng)元件204的位置關(guān)系如圖21所示。如圖20B所示，與圖20A所示的不同的是對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)設(shè)置 有4個磁感應(yīng)元件，四個磁感應(yīng)元件204之間的夾角為卯° /6。如圖20C所示，與圖20A所示的不同的是對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)設(shè)置 有3個磁感應(yīng)元件，三個磁感應(yīng)元件204之間的夾角為120° /6。如圖20D所示，與圖20C所示的不同的是對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)設(shè)置 有6個磁感應(yīng)元件，六個磁感應(yīng)元件之間的夾角為60° /6。在圖17所示的第二位置檢測裝置的結(jié)構(gòu)下，四種情況的第二位置 檢測裝置的信號處理裝置的框圖如圖16A-圖16D所示的第二位置檢測 裝置的信號處理裝置的框圖完全相同，在此不做具體的描述。然而上述第一、第二位置檢測裝置的順序不限于此，可使用這三 種位置檢測裝置的任意組合。圖22是本實用新型實施例1的減速裝置的控制方法的結(jié)構(gòu)圖。如 圖23所示，該方法包括如下步驟步驟l:檢測減速機構(gòu)的輸出軸的角度位置，并將感應(yīng)的電壓信號傳遞給MCU;步驟2:檢測伺服電機 輸入軸的角度位置，并將感應(yīng)的電壓信號傳遞給MCU;步驟3: MCU 運行角度求解算法和控制程序；步驟4:根據(jù)步驟3所述的控制程序， 產(chǎn)生六路PWM信號控制IPM， IPM根據(jù)六路PWM信號，產(chǎn)生三相電壓給伺服電機，控制伺服電機運行。步驟1和步驟2中檢測的具體步驟為所述的伺服控制器每隔一個固定周期，讀取第一、第二位置檢測裝置的電壓信號。步驟4具體為CPU接收第一、第二位置檢測裝置的電壓信號和26電流傳感器感應(yīng)的電機三相電流信號，并運行角度求解算法和進(jìn)行相 應(yīng)控制計算，計算出PWM信號給智能功率模塊，控制智能功率模塊輸 出三相電壓的占空比，智能功率模塊接受CPU的控制，輸出三相電壓 給電機，驅(qū)動電機運動。圖24是本實用新型實施例2的減速裝置的結(jié)構(gòu)圖，與實施例1的 相類似，不同在于，所用的減速器為圓柱齒輪減速器，該圓柱齒輪減 速器的主動輪主要包括齒輪12、 13，齒輪軸14、 15，齒輪12與齒輪 13配合，將伺服電機2的動力輸入并減速后輸出。本實用新型實施例 2的減速裝置的工作方式及減速裝置的控制方法與實施例1的相同，因 此，不予贅述。圖25是本實用新型實施例3的減速裝置的結(jié)構(gòu)圖，與實施例1的 相類似，不同在于，所用的減速器為圓錐齒輪減速器，該圓錐齒輪減 速器的主要包括錐齒輪16、 17，錐齒輪軸18、 19，其中錐齒輪18與 錐齒輪19配合，將伺服電機2的動力輸入并減速后輸出。本實用新型 實施例3的減速裝置的工作方式及減速裝置的控制方法與實施例1的 相同，因此，不予贅述。圖26是本實用新型實施例4的減速裝置的結(jié)構(gòu)圖，與實施例1的 相類似，不同在于，所用的減速器為行星齒輪減速器，該行星齒輪減 速器的主要包括中心輪軸20、行星齒輪21、中心齒輪22、外齒輪23 和輸出軸24，其中行星齒輪21與中心齒輪22配合，將伺服電機2的 動力輸入并減速后輸出。本實用新型實施例4的減速裝置的工作方式 及減速裝置的控制方法與實施例1的相同，因此，不予贅述。圖27是本實用新型實施例5的減速裝置的結(jié)構(gòu)圖，與實施例1的 相類似，不同在于，所用的減速器為帶輪減速器，該帶輪減速器主要 包括帶輪25、帶輪26、皮帶27、電機軸28和帶輪26的軸29，其中 通過皮帶27使帶輪25與帶輪26相互配合，將伺服電機2的動力輸入 并減速后輸出。本實用新型實施例5的減速裝置的工作方式及減速裝 置的控制方法與實施例1的相同，因此，不予贅述。圖28是本實用新型實施例6的減速裝置的結(jié)構(gòu)圖，與實施例1的 相類似，不同在于，所用的減速器為圓錐齒輪減速器和圓柱齒輪減速器，該圓錐齒輪減速器和圓柱齒輪減速器主要包括齒輪12、 13，分別與各齒輪12、 13對應(yīng)的齒輪軸19、 15、錐齒輪16、 17和分別與各錐 齒輪16、 17對應(yīng)的錐齒輪軸18、 19。本實用新型實施例6的減速裝置 的工作方式及減速裝置的控制方法與實施例1的相同，因此，不予贅 述。除上述除了實施例1~6提到的這些減速器外，減速器也可以為這 些減速器的組合或者其它的減速器。圖29是本實用新型實施例7的減速裝置的結(jié)構(gòu)圖，與實施例1的 相類似，不同在于，所用的伺服控制系統(tǒng)為一體化系統(tǒng)，因此信號線 只有一條即信號線30，伺服控制器2、交流伺服電機和霍爾感應(yīng)模塊 為一體結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步降低了成本。本實用新型實施例7的減速裝置的工作方式及減速裝置的控制方法與實施例1的相同，因此，不予贅述。 圖30是本實用新型實施例8的減速裝置的結(jié)構(gòu)圖，與實施例7的相類似，不同在于，所用的減速器為圓柱齒輪減速器，本實用新型實施例8的減速裝置的工作方式及減速裝置的控制方法與實施例2的相同，因此，不予贅述。圖31是本實用新型實施例9的減速裝置的結(jié)構(gòu)圖，與實施例7的相類似，不同在于，所用的減速器為圓錐齒輪減速器。本實用新型實施例9的減速裝置的工作方式及減速裝置的控制方法與實施例3的相同，因此，不予贅述。圖32是本實用新型實施例10的減速裝置的結(jié)構(gòu)圖，與實施例7的相類似，不同在于，所用的減速器為帶輪減速器和圓柱齒輪減速器，本實用新型實施例10的減速裝置的工作方式及減速裝置的控制方法與實施例l的相同，因此，不予贅述。以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非限制。盡管參 照上述實施例對本實用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 應(yīng)當(dāng)理解，依然可以對本實用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改和等同替換， 而不脫離本技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利 要求范圍當(dāng)中。28
權(quán)利要求1、一種減速裝置，包括伺服電機和與其連接的減速機構(gòu)，該減速機構(gòu)由相互配合的主動件和從動件構(gòu)成，伺服電機通過聯(lián)軸器與主動件相連，主動件與從動件配合，將伺服電機的動力輸入并減速后輸出，其特征在于，所述的伺服電機輸入軸和減速機構(gòu)的輸出軸上分別設(shè)置有第一、第二位置檢測裝置，第一、第二位置檢測裝置輸入信號給伺服控制器，伺服控制器控制伺服電機驅(qū)動減速機構(gòu)運轉(zhuǎn)，將伺服電機動力輸入減速后輸出。
2、 如權(quán)利要求l所述的減速裝置，其特征在于，所述的減速機構(gòu)為蝸輪蝸桿減速機構(gòu)或圓柱齒輪減速機構(gòu)或圓錐齒輪減速機構(gòu)或行星 齒輪減速機構(gòu)或皮帶輪減速機構(gòu)或其組合。
3、 如權(quán)利要求l所述的減速裝置，其特征在于，所述的伺服電機 優(yōu)選為交流伺服電機。
4、 如權(quán)利要求1所述的減速裝置，其特征在于，所述的第一位置 檢測裝置、伺服控制器和伺服電機一體設(shè)置。
5、 如權(quán)利要求l所述的減速裝置，其特征在于，所述伺服控制器 包括數(shù)據(jù)處理單元、電機驅(qū)動單元和電流傳感器，所述數(shù)據(jù)處理單元 接收輸入的指令信號、電流傳感器采集的電機輸入電流信號和第一、 第二位置檢測裝置輸出的代表電機角度的信息，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，輸出 控制信號給所述的電機驅(qū)動單元，所述電機驅(qū)動單元根據(jù)所述的控制 信號輸出合適的電壓給伺服電機，從而實現(xiàn)對伺服電機的精確控制。
6、 如權(quán)利要求5所述的減速裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理單 元包括機械環(huán)控制子單元、電流環(huán)控制子單元、PWM控制信號產(chǎn)生子 單元和傳感器信號處理子單元；所述傳感器信號處理子單元接收所述第一、第二位置檢測裝置輸出的代表電機角度的信息，將電機的角度傳輸給所述的機械環(huán)控制子 單元；所述傳感器信號處理子單元還接收所述電流傳感器的檢測到的 電流信號，經(jīng)過A/D采樣后輸出給所述的電流環(huán)控制子單元；所述機械環(huán)控制子單元根據(jù)接收到的指令信號和電機軸的轉(zhuǎn)動角 度，經(jīng)過運算得到電流指令，并輸出給所述的電流環(huán)控制子單元；所述電流環(huán)控制子單元根據(jù)接收到的電流指令的電流傳感器輸出 的電流信號，經(jīng)過運算得到三相電壓的占空比控制信號，并輸出給所 述的PWM控制信號產(chǎn)生子單元；所述PWM控制信號產(chǎn)生子單元根據(jù)接收到的三相電壓的占空比 控制信號，生成具有一定順序的六路PWM信號，分別作用于電機驅(qū)動 單元。
7、 如權(quán)利要求5所述的減速裝置，其特征在于，所述電機驅(qū)動單 元包括六個功率開關(guān)管，所述開關(guān)管每兩個串聯(lián)成一組，三組并聯(lián)連 接在直流供電線路之間，每一開關(guān)管的控制端受PWM控制信號產(chǎn)生子 單元輸出的PWM信號的控制，每一組中的兩個開關(guān)管分時導(dǎo)通。
8、 如權(quán)利要求5所述的減速裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理單 元為MCU，所述電機驅(qū)動單元為IPM模塊。
9、 如權(quán)利要求6所述的減速裝置，其特征在于，所述的第一、第 二位置檢測裝置，包括磁鋼環(huán)、導(dǎo)磁環(huán)和磁感應(yīng)元件，其特征在于， 所述導(dǎo)磁環(huán)由兩段或多段同半徑、同圓心的弧段構(gòu)成，相鄰兩弧段留 有縫隙，所述磁感應(yīng)元件置于該縫隙內(nèi)，當(dāng)磁鋼環(huán)與導(dǎo)磁環(huán)發(fā)生相對 旋轉(zhuǎn)運動時，所述磁感應(yīng)元件將感測到的磁信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，并 將該電壓信號傳輸給相應(yīng)的信號處理裝置。
10、 如權(quán)利要求9所述的減速裝置，其特征在于，所述的導(dǎo)磁環(huán) 由兩段同半徑、同圓心的弧段構(gòu)成，分別為1/4弧段和3/4弧段，對應(yīng) 的磁感應(yīng)元件為2個；或者，所述的導(dǎo)磁環(huán)由三段同半徑的弧段構(gòu)成，分別為l/3弧段，對應(yīng)的磁感應(yīng)元件為3個；或者，所述的導(dǎo)磁環(huán)由四 段同半徑的弧段構(gòu)成，分別為l/4弧段，對應(yīng)的磁感應(yīng)元件為4個；或 者，所述的導(dǎo)磁環(huán)由六段同半徑的弧段構(gòu)成，分別為l/6弧段，對應(yīng)的磁感應(yīng)元件為6個。
11、 如權(quán)利要求IO所述的減速裝置，其特征在于，所述的導(dǎo)磁環(huán)的弧段端部設(shè)有倒角，為沿軸向或徑向或同時沿軸向、徑向切削而形 成的倒角。
12、 如權(quán)利要求9所述的減速裝置，其特征在于，所述的第一、 第二位置檢測裝置還包括骨架，用于固定所述導(dǎo)磁環(huán)；所述導(dǎo)磁環(huán)設(shè) 置在骨架成型模具上，在所述骨架一體成型時與骨架固定在一起。
13、 如權(quán)利要求9所述的減速裝置，其特征在于，所述傳感器信 號處理子單元或第一、第二位置檢測裝置中包括信號處理裝置，用于 根據(jù)所述第一、第二位置檢測裝置的電壓信號得到電機軸的轉(zhuǎn)動角度，具體包括A/D轉(zhuǎn)換電路，對第一、第二位置檢測裝置中磁感應(yīng)元件發(fā)送來 的電壓信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；合成電路，對第一、第二位置檢測裝置發(fā)送來的經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的 多個電壓信號進(jìn)行處理得到基準(zhǔn)信號D;角度獲取電路，根據(jù)該基準(zhǔn)信號D，在標(biāo)準(zhǔn)角度表中選擇與其相 對的角度作為偏移角度e;以及存儲電路，用于存儲標(biāo)準(zhǔn)角度表。
14、 如權(quán)利要求6所述的減速裝置，其特征在于，所述的第一、 第二位置檢測裝置，包括轉(zhuǎn)子和將轉(zhuǎn)子套在內(nèi)部的定子，所述轉(zhuǎn)子包 括第一磁鋼環(huán)、第二磁鋼環(huán)；其中，所述第一磁鋼環(huán)和第二磁鋼環(huán)分別固定在電機軸上；在定子上，對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)，以第二磁鋼環(huán)的中心為圓心的同一圓周上設(shè)有n個均勻分布的磁感應(yīng)元件，n=l， 2…n，所述第二磁鋼環(huán)的 磁極磁化順序使得n個磁感應(yīng)元件輸出呈格雷碼格式，相鄰兩個輸出只 有一位變化；對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)，以第一磁鋼環(huán)的中心為圓心的同一圓周上設(shè)有 有m個呈一定角度分布的磁感應(yīng)元件，m為2或3的整數(shù)倍，所述第一 磁鋼環(huán)的磁極總對數(shù)與第二磁鋼環(huán)的磁極總數(shù)相等，并且相鄰兩極的極 性相反；當(dāng)轉(zhuǎn)子相對于定子發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)運動時，所述磁感應(yīng)元件將感測到 的磁信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，并將該電壓信號輸出給一信號處理裝置。
15、 如權(quán)利要求14所述的減速裝置，其特征在于，在定子上對應(yīng) 于第一磁鋼環(huán)的相鄰兩個磁感應(yīng)元件之間的夾角，當(dāng)m為2或4時， 該夾角為90° /g;當(dāng)m為3時，該夾角為120° /g;當(dāng)m為6時，該 夾角為60° /g，其中，g為第二磁鋼環(huán)的磁極總數(shù)。
16、 如權(quán)利要求14所述的減速裝置，其特征在于，所述磁感應(yīng)元 件直接表貼在定子的內(nèi)表面。
17、 如權(quán)利要求14所述的減速裝置，其特征在于，所述的第一、 第二位置檢測裝置還包括兩個導(dǎo)磁環(huán)，每一所述導(dǎo)磁環(huán)是由多個同圓 心、同半徑的弧段構(gòu)成，相鄰兩弧段留有空隙，對應(yīng)于兩個磁鋼環(huán)的 磁感應(yīng)元件分別設(shè)在該空隙內(nèi)。
18、 如權(quán)利要求17所述的減速裝置，其特征在于，所述的導(dǎo)磁環(huán) 的弧段端部設(shè)有倒角，為沿軸向或徑向或同時沿軸向、徑向切削而形 成的倒角。
19、 如權(quán)利要求6所述的減速裝置，其特征在于，所述的第一、 第二位置檢測裝置，包括轉(zhuǎn)子和將轉(zhuǎn)子套在內(nèi)部的定子，所述轉(zhuǎn)子包 括第一磁鋼環(huán)、第二磁鋼環(huán)；其中，所述第一磁鋼環(huán)和第二磁鋼環(huán)分別固定在電機軸上，所述第一磁鋼環(huán)被均勻地磁化為N對磁極，N<=2n， n=0， 1， 2…n，并且 相鄰兩極的極性相反；所述第二磁鋼環(huán)的磁極總數(shù)為N，其磁序按照 磁序算法確定；在定子上，對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)，以第一磁鋼環(huán)的中心為圓心的同 一圓周上設(shè)有m個呈一定角度分布的磁感應(yīng)元件，m為2或3的整數(shù) 倍；對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)，以第二磁鋼環(huán)的中心為圓心的同一圓周上設(shè) 有n個呈一定角度分布的磁感應(yīng)元件，n=0， 1， 2…n;當(dāng)轉(zhuǎn)子相對于定子發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)運動時，所述磁感應(yīng)元件將感測 到的磁信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枺⒃撾妷盒盘栞敵鼋o一信號處理裝置。
20、 如權(quán)利要求19所述的減速裝置，其特征在于，在定子上對應(yīng) 于第二磁鋼環(huán)的相鄰兩個磁感應(yīng)元件之間的夾龜為360° /N。
21、 如權(quán)利要求19所述的減速裝置，其特征在于，在定子上對應(yīng) 于第一磁鋼環(huán)相鄰兩個磁感應(yīng)元件之間的夾角，當(dāng)m為2或4時，每 相鄰兩個磁感應(yīng)元件之間的夾角為卯。/N，當(dāng)m為3時，每相鄰兩個磁 感應(yīng)元件之間的夾角為1207N;當(dāng)m為6時，每相鄰兩個磁感應(yīng)元件 之間的夾角為607N。
22、 如權(quán)利要求19所述的位置檢測裝置，其特征在于，所述磁感 應(yīng)元件直接表貼在定子的內(nèi)表面。
23、 如權(quán)利要求19所述的減速裝置，其特征在于，所述的第一、 第二位置檢測裝置還包括兩個導(dǎo)磁環(huán)，每一所述導(dǎo)磁環(huán)是由多個同圓 心、同半徑的弧段構(gòu)成，相鄰兩弧段留有空隙，對應(yīng)于兩個磁鋼環(huán)的 磁感應(yīng)元伴分別設(shè)在該空隙內(nèi)。
24、 如權(quán)利要求23所述的減速裝置，其特征在于，所述的導(dǎo)磁環(huán) 的弧段端部設(shè)有倒角，為沿軸向或徑向或同時沿軸詢、徑向切削而形成的倒角。
25、 如權(quán)利要求9、 14或19任一項所述的減速裝置，其特征在于， 所述的磁感應(yīng)元件為霍爾感應(yīng)元件。
26、 如權(quán)利要求14或19任一項所述的減速裝置，所述傳感器信 號處理子單元或第一、第二位置檢測裝置中包括信號處理裝置，用于 根據(jù)所述第一、第二位置檢測裝置的電壓信號得到電機軸的轉(zhuǎn)動角度， 具體包括A/D轉(zhuǎn)換電路，對位置檢測裝置發(fā)送來的電壓信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換， 將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；相對偏移角度《計算電路，用于計算位置檢測裝置中對應(yīng)于第一 磁鋼環(huán)的磁感應(yīng)元件發(fā)送來的第一電壓信號在所處信號周期內(nèi)的相對 偏移量《；絕對偏移量^計算電路，根據(jù)位置檢測裝置中對應(yīng)于第二磁鋼環(huán) 的磁感應(yīng)元件發(fā)送來的第二電壓信號，通過計算來確定第一電壓信號 所處的信號周期首位置的絕對偏移量《；角度合成及輸出模塊，用于將上述相對偏移量《和絕對偏移量《 相加，合成所述第一電壓信號所代表的在該時刻的旋轉(zhuǎn)角度^存儲模塊，用于存儲數(shù)據(jù)。
27、 如權(quán)利要求26所述的減速裝置，其特征在于，還包括-信號放大電路，用于在A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換之前，對來自于磁電式傳感器的電壓信號進(jìn)行放大。
28、 如權(quán)利要求26所述的減速裝置，其特征在于， 所述相對偏移角度《計算電路包括第一合成電路和第一角度獲取電路，所述第一合成電路對位置檢測裝置發(fā)送來的經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的多 個電壓信號進(jìn)行處理，得到一基準(zhǔn)信號D;所述第一角度獲取電路根 據(jù)該基準(zhǔn)信號D，在第一標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)角度表中選擇一與其相對的角度作為偏移角度^。
29、 如權(quán)利要求26所述的減速裝置，其特征在于，所述相對偏移 角度《計算電路內(nèi)或在合成電路之前還包括溫度補償電路，用于消除溫 度對磁電式傳感器發(fā)送來的電壓信號的影響。
30、 如權(quán)利要求28所述的減速裝置，其特征在于，所述合成電路 或所述第一合成電路的輸出還包括信號R;所述溫度補償單元包括系數(shù)矯正器和乘法器，所述系數(shù)矯正器對 所述合成模塊的輸出的信號R和對應(yīng)該信號的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的信號Ro進(jìn) 行比較得到輸出信號K;所述乘法器為多個，每一所述乘法器將從位 置檢測裝置發(fā)送來的、經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的一個電壓信號與所述系數(shù)矯正 模塊的輸出信號K相乘，將相乘后的結(jié)果輸出給第一合成電路。
31、 如權(quán)利要求26所述的減速裝置，其特征在于，所述絕對偏移 量《計算電路包括第二合成電路和第二角度獲取電路，所述第二合成 電路用于對對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)的位置檢測裝置發(fā)送來的第二電壓信號 進(jìn)行合成，得到一信號E;所述第二角度獲取電路根據(jù)該信號E在第 二標(biāo)準(zhǔn)角度表中選擇一與其相對的角度作為第一電壓信號所處的信號 周期首位置的絕對偏移量《。
專利摘要一種減速裝置，該減速裝置包括伺服電機和與其連接的減速機構(gòu)，該減速機構(gòu)由相互配合的主動件和從動件構(gòu)成，伺服電機通過聯(lián)軸器與主動件相連，主動件與從動件配合，將伺服電機的動力輸入并減速后輸出，所述的伺服電機輸入軸和減速機構(gòu)的輸出軸上分別設(shè)置有第一、第二位置檢測裝置，第一、第二位置檢測裝置輸入信號給伺服控制器，伺服控制器控制伺服電機驅(qū)動減速機構(gòu)運轉(zhuǎn)，將伺服電機動力輸入減速后輸出。本實用新型減速裝置成本低、控制精度高、響應(yīng)快；減速裝置的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速可控；方便實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、集成化控制；可以接受總控制器的指令，全閉環(huán)控制機械手臂動作。
文檔編號G05B19/04GK201410664SQ200920150038
公開日2010年2月24日 申請日期2009年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者郝雙暉, 郝明暉 申請人:浙江關(guān)西電機有限公司