专利名称：位置检测装置及其信号处理装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种位置检测装置及其信号处理装置，具体地涉及一种用于电机
的精确位置控制的位置检测装置及其信号处理装置。
背景技术：
在电机控制领域中应用的位置检测装置主要是编码器，所述编码器一种是将电机 旋转角位置、角速度等物理量转换为电信号的位置传感器，编码器的制造以及信号处理水 平直接影响到自动化水平。 目前，在工程技术领域中应用的主要是光电式编码器，有增量式和绝对式两种。增 量式编码器轴旋转时候带动光栅盘旋转，发光元件发出的光被光栅盘、指示光栅的狭缝切 割成断续光线从而被接收元件接收，输出相应的脉冲信号，其旋转方向和脉冲数量需要借 助判向电路和计数器来实现。计数起点可任意设定，旋转增量编码器转动时输出脉冲，通过 计数设备的内部记忆来记住位置，并且工作过程中也不能有干扰从而丢失脉冲，否则，记数 设备记忆的零点就会偏移，并且无从知道。 为了解决上述问题，出现了绝对式编码器。绝对式编码器输出与位置一一对应的 代码，从代码的大小变化能判别出旋转方向和转子当前位置。这样大大提高了抗干扰性以 及数据的可靠性，绝对式编码器已经越来越多地应用于各种工业系统的角度测量、长度测 量以及位置控制。 然而，光电式编码器存在一些难以克服的缺点光电式编码器由玻璃物质通过刻 线而成，其抗震动和冲击能力不强，不适用于尘埃、结露等恶劣环境，并且结构和定位组装 复杂；刻线间距有极限，要提高分辨率必须增大码盘，从而难以做到小型化；在生产中必须 保证很高的装配精度，直接影响到生产效率，最终影响产品成本。 磁电式编码器可以解决这些不足。传统磁电传感器的定子和转子由纯铁制成，定 子上固定有永久磁铁，形成磁路系统。定子和转子相对的环形端面上均匀地设有数目相等 的齿和槽，转子与主轴固紧，主轴与被测量的转轴连接，主轴带动转子转动，当转子齿和定 子齿相对时，气隙最�。磐ㄗ畲螅弊映莺投ㄗ硬巯喽允保蹲畲螅磐ㄗ钚�。可以通 过例如磁感应传感器的检测磁通的变化，并将该变化转化成电信号脉冲。此类编码器比较 多，但测量精度比较低，且只能实现增量输出。 例如，专利号为200410024190. 7、200410024191. 1、200410024192. 6的专利分 别提出了一种磁电编码器，专利号为200410024195. X、200410024194. 5、200410024193. 0 的专利也分别提出了 一种编码器，专利号为200410024198. 3、200410024197. 9和 200410024196. 4的专利分别提出了一种编码器的存储器写入器。 上述实现了绝对式位置检测，其原理相同，以200410024190. 7为例，如图1所示， 在该磁电编码器的结构中，磁感应元件采用表面贴的方式，即在圆环形定子内侧壁布置磁 感应元件，进行旋转磁场的感应，然后根据传感器电压值求出旋转角度值。 所述磁电编码器在物理结构上具有以下缺点[0010] 定子内侧一般呈圆弧形且光滑，传感器不易安装固定，容易引起定位误差，进而引
起信号的相位偏差，使得信号中高次谐波分量大；加工制造工艺复杂，不利于产业化； 可靠性低，传感器均布于内侧壁，传感器的支持基体必须为柔性体如FPC等，其与
处理本体接触处其抗拉强度不高，容易破裂，增加了加工难度，影响产品的寿命； 传感器感应的磁场泄露大，磁场不能得到充分应用，使得信号中噪声大，影响测量
精度； 要求传感器体积�。沟貌烦杀颈冉细�。[0014] 所述磁电编码器在信号处理上具有以下缺点 从磁感应元件得到的A相模拟信号va和B相模拟信号vb， 一般都含有高次谐波和噪声，利用上述求反正切值的方法就要受到高次谐波的影响，若不能减小或消除高次谐波的影响，则不易得出精确的位置信号e ; 模拟器件导致温度漂移和零点漂移，降低了电路的可靠性和稳定性；模拟电路的产品成本较高。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提出了一种位置检测
装置及其信号处理装置，简化生产工艺，提高检测精度，减少产品成本，提高性价比。 为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种位置检测装置，其包括转子和将转
子套在内部的定子，转子包括第一磁钢环和第二磁钢环，其中，第一磁钢环和第二磁钢环分
别固定在转轴上，第一磁钢环被均匀地磁化为N(N〈二 2n(n = 0，1，2…n))对磁极，并且相
邻两极的极性相反；第二磁钢环的磁极总数为N，其磁序按照特定磁序算法确定；而在定子
上，对应于第一磁钢环，以第一磁钢环的中心为圆心的同一圆周上设有m(m为2或3的整数
倍)个呈一定角度分布的磁感应元件；对应于第二磁钢环，以第二磁钢环的中心为圆心的
同一圆周上设有n(n = 0，1，2…n)个呈一定角度分布的磁感应元件；当转子相对于定子发
生相对旋转运动时，磁感应元件将感测到的磁信号转变为电压信号，并将该电压信号输出
给一信号处理装置。 根据不同的使用需要，对于位置检测装置来说，在定子上对应于第二磁钢环的相邻两个磁感应元件之间的夹角为360。 /N。 另外，在定子上对应于第一磁钢环相邻两个磁感应元件之间的夹角，当m为2或4
时，每相邻两个磁感应元件之间的夹角为90° /N，当m为3时，每相邻两个磁感应元件之间
的夹角为120° /N ;当m为6时，每相邻两个磁感应元件之间的夹角为60° /N。 在位置检测装置中的磁感应元件可直接表贴在定子的内表面。 本实用新型的位置检测装置还可包括两个内置于定子内表面的、分别对应于第一
磁钢环和第二磁钢环的导磁环，每一所述导磁环是由多个同圆心、同半径的弧段构成，相邻
两弧段留有空隙，对应于两个磁钢环的磁感应元件分别设在该空隙内。 对于设有导磁环的位置检测装置来说，所述的导磁环的弧段端部设有倒角。 所述倒角为沿轴向或径向或同时沿轴向、径向切削而形成的倒角。 本实用新型的位置检测装置中所述的磁感应元件为霍尔感应元件。 本实用新型还提供了一种基于上述各种位置检测装置的信号处理装置，包括A/D转换�？�、相对偏移角度ej十算�？�、绝对偏移量92计算�？�、角度合成及输出�？楹痛�
储�？�。所述A/D转换�？椋晕恢眉觳庾爸弥写鸥杏υ⑺屠吹牡缪剐藕沤蠥/D转换，将模拟信号转换为数字信号；所述相对偏移角度9 i计算�？椋糜诩扑阄恢眉觳庾爸弥卸杂τ诘谝淮鸥只返拇鸥杏υ⑺屠吹牡谝坏缪剐藕旁谒π藕胖芷谀诘南喽云屏�91;所述绝对偏移量92计算�？椋菸恢眉觳庾爸弥卸杂τ诘诙鸥只返拇鸥杏υ⑺屠吹牡诙缪剐藕牛ü扑憷慈范ǖ谝坏缪剐藕潘Φ男藕胖芷谑孜恢玫木云�
移量92;所述角度合成及输出�？椋糜诮鲜鱿喽云屏縠工和绝对偏移量92相加，合
成所述第一电压信号所代表的在该时刻的旋转角度e ;所述存储�？椋糜诖娲⑹�。[0027] 进一步地，还包括信号放大�？椋糜谠贏/D转换�？榻蠥/D转换之前，对来自于位置检测装置的电压信号进行放大。 进一步地，所述相对偏移角度9工计算�？榘ǖ谝缓铣傻ピ偷谝唤嵌然袢〉ピ龅谝缓铣傻ピ晕恢眉觳庾爸梅⑺屠吹木鼳/D转换的多个电压信号进行处理，得到一基准信号D ;所述第一角度获取单元根据该基准信号D，在第一标准角度表中选择一与其相对的角度作为偏移角度^。
进一步地，所述相对偏移角度e工计算模块还包括温度补偿单元，用于消除温度对
位置检测装置发送来的电压信号的影响。 进一步地，所述第一合成单元的输出还包括信号R，在此基础上，所述温度补偿单元包括系数矫正器和乘法器，所述系数矫正�？槎运龊铣赡？榈氖涑龅男藕臨和对应该
信号的标准状态下的信号Ro进行比较得到输出信号K ;所述乘法器为多个，每一所述乘法器将从位置检测装置发送来的、经过A/D转换的一个电压信号与所述系数矫正�？榈氖涑鲂藕臟相乘，将相乘后的结果输出给第一合成单元。
此外，所述绝对偏移量e2计算�？榘ǖ诙铣傻ピ偷诙嵌然袢〉ピ�
第二合成单元用于对对应于第二磁钢环的位置检测装置发送来的第二电压信号进行合成，
得到一信号E ;所述第二角度获取单元根据该信号E在第二标准角度表中选择一与其相对
的角度作为第一电压信号所处的信号周期首位置的绝对偏移量e 2。 第二合成单元将与第二磁环对应的磁传感元件的输出信号的符号位综合起来得到信号E。
本实用新型提供的位置检测装置及其信号处理电路，具有以下优点 a)通过增加导磁环，使得导磁环内部磁场分布均匀，泄露�。⑶掖鸥杏υ杏�
的信号为积分型，信号噪声�。叽涡巢ǚ至砍煞中。欣谔岣咴夹藕胖柿浚岣�
信号信噪比。 b)采用导磁环，并且通过增加倒角来縮小有效面积，有利于提高磁感应元件表面感应的磁场强度，在一定程度上能减小对永磁体尺寸要求，能减小整个编码器的机械尺寸。[0036] c)采用此改进型结构，对磁感应元件的机械尺寸没有苛刻要求，可选用型号范围宽，甚至不用采用后续放大电路，有利于减少产品成本，提高性价比。 d)采用此结构形式，磁感应元件可直接固定在电路板上，无需转接件，有利于提高产品的可靠性。 e)生产制造工艺简单，导磁环可用定子保持架，如一骨架，固定一起形成一个整体，一次成型，信号感应器，即磁感应元件直接放于狭缝(定位槽)处，能最大程度上保证信号之间相位差，定子保持架直接固定在电机上，安装工艺方便，有利于提高生产效率。[0039] f)采用两具磁钢环和导磁环，增加了检测精度，使位置检测装置的处理精度更高，并且具有成本低、制造工艺简单的优点。 g)采用本实用新型的磁放置方式，磁感应元件输出的信号幅值大，无需采用模拟放大电路，磁感应元件的输出信号直接输入到A/D转换器进行模数转换，根据需要再进行数字差分处理，这样使得整个电路非常简单，并在很大程度上减少了因为模拟器件导致的温度和零点漂移，且磁感应元件可直接固定在电路板上，无需转接件，提高了电路的可靠性和稳定性，并且大幅降低了产品的成本。进行数字差分处理的优点是能够消除由安装不对心引起的信号偏差，与模拟差分处理相比，采用数字信号进行处理，效果更好，不受温度、零点漂移等外界因素影响；能扩大信号输入量的幅值，在效果上相当于A/D转换器的精度增加了一位，能够提高编码器测量的精度。
图1A、1B和1C分别是本实用新型设置有导磁环的位置检测装置结构的立体分解图、示意图和结构图； 图2A-图2D是本实用新型的导磁环的倒角设计图；[0043] 图3为本实用新型所述位置检测装置的信号处理方法的流程图之一[0044] 图4为本实用新型所述位置检测装置的信号处理方法的流程图之二[0045] 图5为本实用新型所述位置检测装置的信号处理方法的流程图之三[0046] 图6为本实用新型所述位置检测装置的信号处理方法的流程图之四[0047] 图7本实用新型的实施例1的第一磁钢环、导磁环和磁感应元件的结构图；[0048] 图8是本实用新型的实施例1的第一磁钢环充磁磁序及与磁感应元件的位置关系 图9是第二磁钢环的充磁磁序的算法流程图； 图10A-图10B是本实用新型的实施例1的第二磁钢环充磁磁序及与磁感应元件的位置关系图； 图11是本实用新型实施例1的信号处理装置的框图； 图12是本实用新型实施例2的位置检测装置中的第一磁钢环霍尔元件和导磁环、磁感应元件的结构示意图； 图13是本实用新型实施例2的第一磁钢环充磁磁序及与磁感应元件的位置关系
示意图[0056]
图14是本实用新型实施例2的信号处理装置的框图15是本实用新型实施例3的第一磁钢环霍尔元件和导磁环、磁感应元件的结构图16是本实用新型实施例3的第一磁钢环充磁磁序及与磁感应元件的位置关系
示意图
图17是本实用新型实施例3的信号处理装置的框图18是本实用新型实施例4的第一磁钢环霍尔元件和导磁环、磁感应元件的结构[0059] 图19是本实用新型实施例4的第一磁钢环充磁磁序及与磁感应元件的位置关系图； 图20是本实用新型实施例4的信号处理装置的框图； 图21A-图21B为本实用新型对应于第二磁钢环的磁感应元件与导磁环、定子的分布图； 图22是本实用新型磁感应元件直接表贴于位置检测装置上的位置检测装置结构的立体分解图；以及 图23A-图23D分别是对就于第一磁钢环的磁感应元件直接表贴于位置检测装置上的结构示意图。
具体实施方式图1A、1B和1C分别是本实用新型设置有导磁环的位置检测装置结构的立体分解图、示意图和结构图。如图1A、1B和1C所示，本实用新型的位置检测装置由磁钢环302、磁钢环303、导磁环304、导磁环305、支架306和多个磁感应元件307组成。具体地，磁钢环302、303的直径小于导磁环304、305的直径，因而导磁环304、305分别套设在磁钢环302、303外侧，磁钢环302、303固定在转轴301上，且导磁环304、305与磁钢环302、303可以相对转动，从而使设置在支架306内表面上的多个传感器元件307处于磁钢环的空隙内。[0065] 图1C是将本实用新型设置有导磁环的位置检测装置的各元件组合到一起后的平面结构图，从图1C可以看出磁钢环302、磁钢环303平行布置在轴301上，对应于磁钢环302、磁钢环303分别设有两列磁感应元件308和309。这里为下文说明方便，将第一列磁感应元件即对应磁钢环302和导磁环304的多个磁感应元件都用磁感应元件308表示，而将第二列磁感应元件即对应磁钢环303和导磁环305的多个磁感应元件都用磁感应元件309表示。为了说明方便，这里将磁钢环302定义为第一磁钢环，将磁钢环303定义为第二磁钢环，将导磁环304限定为对应于第一磁钢环302，将导磁环305限定为对应于第二磁钢环305，然后本实用新型不限于上述的限定。 如图2A-图2D所示，导磁环由两段或多段同半径、同圆心的弧段构成，弧段端部设有倒角，所述倒角为沿轴向或径向或同时沿轴向、径向切削而形成的倒角。所述倒角为沿轴向351或径向352或同时沿轴向354、径向353切削而形成的倒角。 根据磁密公式5 = ^可以知道，当小 一定时候，可以通过减少S，增加B。 因为永磁体产生的磁通是一定的，在导磁环中S较大，所以B比较�。虼丝梢约跎僖蛭懦〗槐涠贾碌姆⑷�。而通过减少导磁环端部面积能够增大端部的磁场强度，使得磁感应元件的输出信号增强。这样的信号拾取结构制造工艺简单，拾取的信号噪声�。杀镜停煽啃愿撸页叽缧�。 相邻两弧段间留有缝隙，磁感应元件置于该缝隙内，当磁钢环与导磁环发生相对旋转运动时，所述磁感应元件将感测到的磁信号转换为电压信号，并将该电压信号传输给相应的控制器。这样的信号拾取结构制造工艺简单，拾取的信号噪声�。杀镜停煽啃愿撸页叽缧�。 第一磁钢环302被均匀地磁化为N(N < = 2n(n = 0， 1， 2…n))对磁极，并且相邻两极的极性相反，第二磁钢环的磁极总数为N，其磁序按照磁序算法确定；在支架306上，对应于第一磁钢环302，以第一磁钢环302的中心为圆心的同一圆周上设有m(m为2或3的整数倍)个呈一定角度分布的磁感应元件308 ;对应于第二磁钢环303，以第二磁钢环303的中心为圆心的同一圆周上设有n(n = 0，1，2…n)个呈360° /N角度分布的磁感应元件309。[0071] 本实用新型还提供了一种上述位置检测装置的信号处理装置，其包括A/D转换模块、相对偏移角度ej十算�？�、绝对偏移量92计算�？�、角度合成及输出�？楹痛娲⒛？椋渲校鯝/D转换�？槎晕恢眉觳庾爸弥写鸥杏υ⑺屠吹牡缪剐藕沤蠥/D转换，并将模拟信号转换为数字信号；所述相对偏移角度e J十算�？橛糜诩扑阄恢眉觳庾爸弥卸杂τ诘谝淮鸥只返拇鸥杏υ⑺屠吹牡谝坏缪剐藕旁谒π藕胖芷谀诘南喽云屏�91;所述绝对偏移量92计算模块根据位置检测装置中对应于第二磁钢环的磁感应元件发送来的第二电压信号，通过计算来确定第一电压信号所处的信号周期首位置的绝对偏移
量e 2 ;所述角度合成及输出�？橛糜诮鲜鱿喽云屏縠 i和绝对偏移量e 2相加，合成所述第一电压信号所代表的在该时刻的旋转角度e ;所述存储模块用于存储标定过程中得到的角度和系数K矫正用数据。 对应上述处理装置的流程如图3-6所示，如图3所示，对位置检测装置中第一磁钢环和第二磁钢环发送来的电压信号进行A/D转换，将模拟信号转换为数字信号；由相对
偏移量e J十算�？槎晕恢眉觳庾爸弥械拇鸥杏υ⑺屠吹亩杂τ诘谝淮鸥只返牡谝坏缪剐藕沤薪嵌萫 i求解，计算对应于第一磁钢环的信号在所处信号周期内的相对偏移量e i ;由绝对偏移量e 2计算�？槎晕恢眉觳庾爸梅⑺屠吹亩杂τ诘诙鸥只返牡谝坏缪剐�
号进行角度92求解，来确定第一电压信号所处的信号周期首位置的绝对偏移量92;通过
角度合成及输出�？椋缂臃ㄆ饔糜诮鲜鱿喽云屏縠工和绝对偏移量92相加，合成所述第一电压信号所代表的在该时刻的旋转角度e 。对于图4，为在图3的基础上增加的信
号放大�？椋咛迦绶糯笃鳎糜谠贏/D转换�？榻蠥/D转换之前，对来自于位置检测装
置的电压信号进行放大。图5是包括温度补偿的信号处理流程图，在进行角度e工求解之
前，还包括温度补偿的过程；图6为基于图5的温度补偿的具体过程，即进行温度补偿时，要先进行系数矫正，而后再将A/D转换器输出的信号与系数矫正的输出通过乘法器进行相乘的具体方式来进行温度补偿。当然，温度补偿的具体方式还有很多种，在些就不一一介绍。[0073] 以下通过实施例详细说明本实用新型的位置检测装置及其信号处理装置与方法。[0074] 实施例1 本实用新型的实施例1提供了第一列磁感应元件设有两个磁感应元件308，第二列感应元件设有三个磁感应元件309的位置检测装置。 图7为本实用新型的实施例1的第一磁钢环、导磁环和磁感应元件的结构图；图8为本实用新型的实施例1的第一磁钢环充磁磁序及与磁感应元件的位置关系图。对应于第一磁钢环302的第一列磁感应元件308为2个，即m = 2，用&和H2表示，这两个磁感应元件&和H2分别放置于对应导磁环304的两个夹缝中。对应于第二磁钢环303的第二列磁感应元件309为3个，S卩n = 3，用H3、 H4和H5表示。取磁极数N = 8，这样，对应于第二磁钢环303的相邻两个磁感应元件309之间的夹角为360° /8。对应于第一磁钢环302的相邻两个磁感应元件308之间的夹角为90° /8。 从图8可以看出磁钢环302的充磁顺序以及&和H2的磁极排布。图9是磁钢环303的算法流程图。如图9所示，首先进行初始化a[0] ="0……O";然后将当前编码入编码集，即编码集中有"O……0";接着检验入编码集的集合元素是否达到8，如果是则程序结束，反之将当前编码左移一位，后面补0 ;然后检验当前编码是否已入编码集，如果未入编
码集则将当前编码入编码集继续进行上述步骤，如果已入编码集则将当前码末位去O补1 ;
接着检验当前编码是否已入编码集，如果未入编码集则将当前编码入编码集继续进行上述
步骤，如果已入编码集则检验当前码是否为"o……0"，是则结束，否则将当前编码的直接前
去码末位去O补1 ;接着检验当前编码是否已入编码集，如果未入编码集则将当前编码入编
码集继续进行上述步骤，如果已入编码集则检验当前码是否为"o……o"，然后继续进行下
面的程序。其中0磁化为"N/S"， 1磁化为"S/N"。这样得到了图10所示的磁钢环303充磁结构图以及H3、H4和H5的排布顺序。 图11是本实用新型实施例1的信号处理装置的框图，传感器(即前面所述的磁感应元件)lla和12a的输出信号接放大器21a和22a，放大器21a和22a的输出信号输入给A/D转换器31a和32a模拟输入口 ，经模数转换后得到输出信号接乘法器41a、42a，矫正器7a的输出信号接乘法器41a、42a的输入端，乘法器41a、42a的输出信号A， B接第一合成器51a的输入端，第一合成器51a的输出信号D作为存储器61a和存储器62a的输入信号，存储器62a的输出信号接矫正器7a，存储器61a的输出信号9工作为加法器9a的输入端。[0079] 传感器13a、14a和lna的输出信号分别接三个放大器23a、24a和25a进行放大，然后接AD转换器进行模数转换后通过第二合成器52a进行译码，然后接存储器8a得到e 2。
e工和e 2通过加法器9a得到测量的绝对角位移e输出。 其中，在信号的处理过程中，第一合成器51a的输出按以下方式进行[0081] 约定 当数据X为有符号数时，数据X的第0位(二进制左起第1位)为符号位，XJ)=1表示数据X为负，X_0 = 0表示数据X为正。 X_D表示数据X的数值位(数据的绝对值)，即去除符号位剩下数据位。 比较两个信号的数值的大小，数值小的用于输出的信号D，信号D的结构为{第一
个信号的符合位，第二个信号的符合位，较小数值的信号的数值位}。具体如下 如果A—D〉二B—D D = {A_0 ;B_0 ;B_D} R= 否则 D = {A_0 ;B_0 ;A_D} R= VZTF。 第二合成器52a的输出按以下方式进行 E = {C3_0 ;C4_0 ; Cn_0} 信号K 一般是通过将信号R。和R进行除法运算得到。 实施例2 本实用新型的实施例2提供了对应于第一磁钢环302设有四个磁感应元件的示意图。[0096] 图12是本实用新型实施例2的位置检测装置中的第一磁钢环霍尔元件和导磁环、磁感应元件的结构示意图；图13是本实用新型实施例2的第一磁钢环充磁磁序及与磁感应元件的位置关系图。 如图12所示，对应于第一磁钢环302的第一列磁感应元件308为4个，即m = 4，用HpH^Hg和H4表示，这两个磁感应元件HpH^Hg和H4分别放置于对应第一导磁环304的四个夹缝中。对应于第二磁钢环303的第二列磁感应元件309为3个，即n = 3，用H5、 H6和H7表示。取N = 8，这样，对应于第二磁钢环303的相邻两个磁感应元件309之间的夹角为360° /8。对应于第一磁钢环302的相邻两个磁感应元件308之间的夹角为90° /8。[0098] 从图13可以看出磁钢环302的充磁顺序以及&、112、113和H4的磁极排布。第一磁钢环302的充磁结构及算法流程与实施例1的相同，在此省略对它们的说明。[0099] 图14是本实用新型实施例2的信号处理装置的框图。信号处理装置与处理方法与实施例1相类似，不同在于，由于本实施例2中有4个传感器，传感器lib和12b的输出信号接放大电路21b进行差动放大，传感器13b和14b的输出信号接放大电路22b进行差动放大，最终输出给合成器的信号仍为2个，处理过程及方法与实施例1相同。因此，在此不再赘述。[0100] 实施例3 本实用新型的实施例3提供了对应于第一磁钢环设有三个磁感应元件的结构图。[0102] 图15是本实用新型实施例3的第一磁钢环霍尔元件和导磁环、磁感应元件的结构示意图；图16是本实用新型实施例3的第一磁钢环充磁磁序及与磁感应元件的位置关系图； 如图15所示，对应于第一磁钢环302的第一列磁感应元件308为3个，即m = 3，用Hp H2和H3表示，这两个磁感应元件Hp H2和H3分别放置于对应第一导磁环304的三个夹缝中。对应于第二磁钢环303的第二列磁感应元件309为3个，即n = 3，用H4、 H5和H6表示。取N二 8，这样，对应于第二磁钢环303的相邻两个磁感应元件309之间的夹角为360° /8。对应于第一磁钢环302的相邻两个磁感应元件308之间的夹角为120° /8。[0104] 从图16可以看出磁钢环302的充磁顺序以及&、 H2和H3的磁极排布。第一磁钢环302的充磁结构及算法流程与实施例1的相同，在此省略对它们的说明。[0105] 图17是本实用新型实施例3的信号处理装置的框图。与实施例1不同的是，磁感应元件有三个，输出给合成器的信号为三个，合成器在处理信号时与实施例1不同，其余与实施例1相同。在这里，仅说明合成器如何进行处理得到D和R。 在本实施例中，对信号的处理，即第一合成器51c的输出原则是先判断三个信号的符合位，并比较符合位相同的信号的数值的大�。敌〉挠糜谑涑龅男藕臘，信号D的结构为{第一个信号的符合位，第二个信号的符合位，第三个信号的符合位，较小数值的信号的数值位K以本实施例为例[0107] 约定 当数据X为有符号数时，数据X的第0位(二进制左起第1位)为符号位，XJ)=1表示数据X为负，X_0 = 0表示数据X为正。 X_D表示数据X的数值位(数据的绝对值)，即去除符号位剩下数据位。[0110] 如果{A_0 ;B_0 ;C_0} = 010并且A_D >= C_D[01111 D一{A 0；B 0；C 0；C D}[0112] 如果{A 0；B 0；C 0}一010并且A D<C D[0113] D一{A 0；B 0；C 0；A D}；[0114] 如果{A 0；B 0；C 0}一10l并且A D>一C D[0115] D一{A 0；B 0；C 0；C D}；[0116] 如果{A 0；B 0；C 0}一10l并且A D<C D[0117] D一{A 0；B 0；C 0；A D}；[0118] 如果{A 0；B 0；C 0}一0l l并且B D>一C D[0119] D一{A 0；B 0；C 0；C D}；[0120] 如果{A 0；B 0；C 0}一0l l并且B D<C D[0]211 D一{A 0；B 0；C 0；B D}；[0122] 如果{A 0；B 0；C 0}一100并且B D>一C D[0123] D一{A 0；B 0；C 0；C D}；[0124] 如果{A 0；B 0；C 0}一100并且B D<C D[0125] D一{A 0；B 0；C 0；B D}；[0126] 如果{A 0；B 0；C 0}一00l并且B D>一A D[0127] D一{A 0；B 0；C 0；A D}；[0128] 如果{A 0；B 0；C 0}一00l并且B D<A D[0129] D一{A 0；B 0；C 0；B D}；[0130] 如果{A 0；B 0；C 0}一l lo并且B D>一A D[0]311 D一{A 0；B 0；C 0；A D}；[0132] 如果{A 0；B 0；C 0}一l lo并且B D<A D[0133] D一{A 0；B 0；C 0；B D}；[0134] 0=止一刀xcos(~)一Cxcos(~)√√[0135] 夕Bxsin‘兰，一CXSin‘兰， 。J3r01361只√0’+芦’[0137] 实施例4[0138] 根据本实用新型的实施例4，提供了对应于第一磁钢环设有六个磁感应元件的结构图。[0139] 图18是本实用新型实施例4的第一磁钢环霍尔元件和导磁环、磁感应元件的结构示意图；图19是本实用新型实施例4的第一磁钢环充磁磁序及与磁感应元件的位置关系图。[0140] 如图18所示，对应于第一磁钢环302的第一列磁感应元件308为6个，即m一6，用H、、H，、H，、H+、H。和H。表示，这两个磁感应元件H、、H，、H，、H+、H。和H。分别放置于对应第一导磁环304的六个夹缝中。对应于第二磁钢环303的第二列磁感应元件309为3个，即n一3，用H，、H一和几表示。取N一8，这样，对应于第二磁钢环303的相邻两个磁感应元件309之间的夹角为360° /8。对应于第一磁钢环302的相邻两个磁感应元件308之间的夹角为60° /8。 从图19可以看出磁钢环302的充磁顺序以及HpH2、H3、H4、Hs和H6的排布。第一
磁钢环302的充磁结构及算法流程与实施例1的相同，在此省略对它们的说明。 图20是本实用新型实施例4的信号处理装置的框图。与实施例3不同的是，磁感
应元件有六个，因此，传感器lld和12d的输出信号接放大电路21d进行差动放大，传感器
13d和14d的输出信号接放大电路22d进行差动放大，传感器15d和16d的输出信号接放大
电路23d进行差动放大，最终输出给合成器的信号仍为3个，处理过程及方法与实施例3相同。 上述四个实施例是在n = 3的情况下，m值变化的各种实施例，本实用新型不限于此，第二磁钢环上的传感器n可以是任意整数(n = 0，1，2…n)，如图21所示，分别为当n=3、4、5时的第二磁钢环、导磁环和磁感应元件的分布。其各自的磁化顺序及算法流程分别与图8、9类似，在此省略对它们的详细说明。 图22是本实用新型磁感应元件直接表贴于位置检测装置上的位置检测装置结构的立体分解图。图23A-图23D分别是对应于第一磁钢环的磁感应元件直接表贴于位置检测装置上的结构示意图。在磁感应元件直接表贴于位置检测装置上的情况下，磁感应元件的排布顺序与上述带有导磁环的顺序相同，且信号处理装置及方法也相同，在此省略详细说明。 以上参照附图详细描述了本实用新型的各个实施例，然而本实用新型并不局限于所述实施例，而是在不脱离权利要求书的范围的情况下，可以做出各种变化和改进。
权利要求一种位置检测装置，其特征在于，包括转子和将转子套在内部的定子，所述转子包括第一磁钢环、第二磁钢环；其中，所述第一磁钢环和第二磁钢环分别固定在转轴上，所述第一磁钢环被均匀地磁化为N对磁极，其中，N＜＝2n，n＝0，1，2…n，并且相邻两极的极性相反；所述第二磁钢环的磁极总数为N，其磁序按照特定磁序算法确定；在定子上，对应于第一磁钢环，以第一磁钢环的中心为圆心的同一圆周上设有m个呈一定角度分布的磁感应元件，其中，m为2或3的整数倍；对应于第二磁钢环，以第二磁钢环的中心为圆心的同一圆周上设有n个呈一定角度分布的磁感应元件，其中，n＝0，1，2…n；当转子相对于定子发生相对旋转运动时，所述磁感应元件将感测到的磁信号转变为电压信号，并将该电压信号输出给信号处理装置。
2. 如权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于，在定子上对应于第二磁钢环的相 邻两个磁感应元件之间的夹角为360。 /N。
3. 如权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于，在定子上对应于第一磁钢环相邻 两个磁感应元件之间的夹角，当m为2或4时，每相邻两个磁感应元件之间的夹角为90° / N，当m为3时，每相邻两个磁感应元件之间的夹角为120° /N ;当m为6时，每相邻两个磁 感应元件之间的夹角为60。 /N。
4. 如权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于，所述磁感应元件直接表贴在定子 的内表面。
5. 如权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于，还包括两个内置于定子内表面的、 分别对应于第一磁钢环和第二磁钢环的导磁环，每一所述导磁环是由多个同圆心、同半径 的弧段构成，相邻两弧段留有空隙，对应于两个磁钢环的磁感应元件分别设在该空隙内。
6. 如权利要求5所述的位置检测装置，其特征在于，所述的导磁环的弧段端部设有倒角。
7. 如权利要求6所述的位置检测装置，其特征在于，所述倒角为沿轴向或径向或同时 沿轴向、径向切削而形成的倒角。
8. 如权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于，所述的磁感应元件为霍尔感应元件。
9. 一种基于上述权利要求l-8任一所述位置检测装置的信号处理装置，其特征在于， 包括A/D转换�？椋晕恢眉觳庾爸弥写鸥杏υ⑺屠吹牡缪剐藕沤蠥/D转换，将模拟 信号转换为数字信号；相对偏移角度9 i计算�？椋糜诩扑阄恢眉觳庾爸弥卸杂τ诘谝淮鸥只返拇鸥杏υ� 件发送来的第一电压信号在所处信号周期内的相对偏移量9 i ;绝对偏移量e 2计算�？椋菸恢眉觳庾爸弥卸杂τ诘诙鸥只返拇鸥杏υ⑺屠吹牡诙缪剐藕牛ü扑憷慈范ǖ谝坏缪剐藕潘Φ男藕胖芷谑孜恢玫木云屏�9 2 ;角度合成及输出模块，用于将上述相对偏移量e工和绝对偏移量02相加，合成所述第 一电压信号所代表的在该时刻的旋转角度e ;存储�？椋糜诖娲⑹�。
10. 根据权利要求9所述的位置检测装置的信号处理装置，其特征在于，还包括用于在A/D转换�？榻蠥/D转换之前，对来自于位置检测装置的电压信号进行放大 的信号放大�？�。
11. 根据权利要求9或10所述的位置检测装置的信号处理装置，其特征在于， 所述相对偏移角度9 i计算�？榘ǖ谝缓铣傻ピ偷谝唤嵌然袢〉ピ龅谝缓铣傻ピ晕恢眉觳庾爸梅⑺屠吹木鼳/D转换的多个电压信号进行处理，得到基准信号D; 所述第一角度获取单元根据该基准信号D，在第一标准角度表中选择与其相对的角度作为 偏移角度^。
12. 如权利要求11所述的位置检测装置的信号处理装置，其特征在于，所述相对偏移角度e i计算�？榛拱ㄓ糜谙露榷晕恢眉觳庾爸梅⑺屠吹牡缪剐藕诺挠跋斓奈露炔钩サピ�
13. 如权利要求12所述的位置检测装置的信号处理装置，其特征在于，所述第一合成 单元的输出还包括信号R。
14. 如权利要求13所述的位置检测装置的信号处理装置，其特征在于，所述温度补偿 单元包括系数矫正器和乘法器，所述系数矫正�？槎运龊铣赡？榈氖涑龅男藕臨和对应 该信号的标准状态下的信号Ro进行比较得到输出信号K ;所述乘法器为多个，每一所述乘 法器将从位置检测装置发送来的、经过A/D转换的一个电压信号与所述系数矫正�？榈氖� 出信号K相乘，将相乘后的结果输出给第一合成单元。
15. 根据权利要求9或10所述的位置检测装置的信号处理装置，其特征在于，所述绝对 偏移量9 2计算模块包括第二合成单元和第二角度获取单元，所述第二合成单元用于对对 应于第二磁钢环的位置检测装置发送来的第二电压信号进行合成，得到信号E ;所述第二 角度获取单元根据该信号E在第二标准角度表中选择与其相对的角度作为第一电压信号 所处的信号周期首位置的绝对偏移量e2。
专利摘要本实用新型公开了一种位置检测装置及其信号处理装置，位置检测装置包括转子和将转子套在内部的定子，其中，所述转子包括第一磁钢环、第二磁钢环，所述第一磁钢环和第二磁钢环分别固定在转子轴上，所述第一磁钢环被均匀地磁化为N(N＜＝2n)对磁极，并且相邻两极的极性相反；所述第二磁钢环的磁极总数为N，其磁序按照特定磁序算法确定；在定子上，对应于第一磁钢环，以第一磁钢环的中心为圆心的同一圆周上设有m个呈一定角度分布的磁感应元件；对应于第二磁钢环，以第二磁钢环的中心为圆心的同一圆周上设有n个呈一定角度分布的磁感应元件通过本实用新型所述的装置，可以简化生产工艺，提高测量精度，减少产品成本，提高性价比。
文档编号G01D5/12GK201488742SQ20092015004
公开日2010年5月26日 申请日期2009年4月30日 优先权日2009年4月30日
发明者郝双晖, 郝明晖 申请人:浙江关西电机有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
