CN101877521A - 多节伺服潜油电机 - Google Patents

Abstract

一种多节伺服潜油电机，主要包括电机本体，电机本体头部的电机壳与头部法兰相连，电机轴的头部凸伸于头部法兰之外，电机轴固定在头部法兰内并通过所述的头部法兰与其他装置相连，所述的电机本体内包括有多节电机，每节电机的电机壳内主要包括定子和转子，转子为永磁铁，定子铁芯中设有绕组，相邻的两节电机的转子轴通过联轴器连接；相邻的两节电机的电机壳通过连接装置连接；相邻的两节电机上设置的电机转子的N极对应在一条直线上，S极对应在一条直线上；电机定子的U、V、W三相绕组分别对应在一条直线上。本发明的所接伺服潜油电机安装结构简单，易于操作，能够提供更大的功率。

Description

多节伺服潜油电机

技术领域

本实用新型涉及一种伺服电机，尤其涉及一种改进了电机结构的多节伺服潜油电机。

背景技术

目前我国和世界其它产油国家，油田上都广泛使用潜油电机来驱动潜油电泵来汲取原油，传统的潜油电泵系统，其动力源主要是二极三相异步电动机，现有的采油系统在采油工艺配套中存在三个问题：

一是与离心潜油泵配套时因电机转速低于同步转速，电机效率和功率因数偏低；

二是与潜油螺杆泵配套上时，转速过高很难经过转速器将速度降低到与螺杆泵相适应的转速，即使采用减速器也大大的提高了采油成本和降低了系统的效率，若采用变频调速装置，使电机长期处于低频工作状态又容易引起电机的温升加快，引起电机故障。系统不能实现灵活控制，效率低。

三是传统的潜油电泵系统即使采用变频控制，其电机控制柜往往置于地面其交流电在传输至电机时由于是远距离传输，能量损耗严重，进一步降低了系统的效率。

随着新技术的发展，伺服技术的逐渐成熟，伺服潜油抽油系统成为潜油抽油系统的一种发展趋势。公开号为CN228745Y的文献提出了一种稀土永磁潜油电动机，但它总得来说只是在原有异步潜油电机的基础上通过在转子上嵌入永磁体来改善同步转速的问题，极限于电机本体，没有解决转速可调，在低速场合的应用仍然很困难，效率也不是很高。公开号为CN2627715Y的文献也公开了一种稀土永磁同步潜油电机，不足依然是在其节能，以及速度可调上的缺乏。虽然结合变频控制器使用仍然存在节能率低的问题。

给予上述现有技术中的潜油电机存在的缺陷，有必要提供一种效率更高，功率更大，更加节约成本的多节伺服潜油电机以满足工业生产的需要。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种多节伺服潜油电机，安装结构简单，易于操作，能够提供较大的功率，较好的解决了在井下潜油伺服系统中的应用问题。

本发明所解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：

一种多节伺服潜油电机，主要包括电机本体，电机本体头部的电机壳与头部法兰相连，电机轴的头部凸伸于头部法兰之外，电机轴固定在头部法兰内并通过所述的头部法兰与其他装置相连，所述的电机本体内包括有多节电机，每节电机的电机壳内主要包括定子和转子，转子为永磁铁，定子铁芯中设有绕组，相邻的两节电机的转子轴通过联轴器连接；相邻的两节电机的电机壳通过连接装置连接；相邻的两节电机上设置的电机转子的N极对应在一条直线上，S极对应在一条直线上；电机定子的U、V、W三相绕组分别对应在一条直线上。

为了对电机进行支撑，所述的多节伺服电机相邻的两节电机之间还设有扶正轴承。

根据不同需要，所述的连接装置为螺纹法兰或法兰或双螺纹法兰。

所述的电机轴的尾部通过密封装置与编码器相连。

所述的编码器可以采用多种结构规格，比如：可以为旋转变压器或磁敏式电阻编码器或位置检测装置。

所述的位置检测装置，主要包括传感器本体、不锈钢罩、密封装置和外壳，传感器本体包括磁钢环、导磁环和磁感应元件；导磁环设置在不锈钢罩的外壁上，由两段或多段同半径、同圆心的弧段构成，相邻两弧段留有缝隙；磁感应元件置于该缝隙内；磁钢环设置在不锈钢罩的内腔中，固定在电机转轴上；不锈钢罩外部通过密封装置与外壳密封并固定；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信号处理装置。

所述的导磁环由两段同半径、同圆心的弧段构成，分别为1/4弧段和3/4弧段，对应的磁感应元件为2个；或者，所述的导磁环由三段同半径的弧段构成，分别为1/3弧段，对应的磁感应元件为3个；或者，所述的导磁环由四段同半径的弧段构成，分别为1/4弧段，对应的磁感应元件为4个；或者，所述的导磁环由六段同半径的弧段构成，分别为1/6弧段，对应的磁感应元件为6个。

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。

所述的位置检测装置，还包括骨架，用于固定所述导磁环；所述导磁环设置在骨架成型模具上，在所述骨架一体成型时与骨架固定在一起。

所述的磁感应元件为霍尔感应元件。

一种上述的位置检测装置的信号处理装置，包括：

A/D转换模块，对位置检测装置中磁感应元件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；

合成模块，对位置检测装置发送来的经过A/D转换的多个电压信号进行处理得到基准信号D；

角度获取模块，根据该基准信号D，在标准角度表中选择与其相对的角度作为偏移角度θ；以及

存储模块，用于存储标准角度表和修正数据表。

在A/D转换模块和合成模块之间还包括温度补偿模块，用于消除温度对位置检测装置发送来的电压信号的影响；所述合成模块的输出信号还包括信号R；所述温度补偿模块包括系数矫正模块和乘法器，所述系数矫正模块对所述合成模块的输出的信号R和对应该信号的标准状态下的信号R₀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模块的输出信号K相乘，将相乘后的结果输出给合成模块。

如果位置检测装置发送来的一个电压信号为2或3的倍数，则在所述温度补偿模块之前还包括差分模块，对用于抑制温度和零点漂移，并提高数据精度。

所述的位置检测装置，主要包括传感器本体、不锈钢罩、密封装置和外壳，

传感器本体包括转子，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电机轴上，设置在不锈钢罩的内腔中，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＝1，2…n)个均匀分布的磁感应元件，所述第二磁钢环的磁极磁化顺序使得n个磁感应元件输出呈格雷码格式，相邻两个输出只有一位变化；

在不锈钢罩上，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，所述第一磁钢环的磁极总对数与第二磁钢环的磁极总数相等，并且相邻两极的极性相反；磁感应元件设置在不锈钢罩的外壁上；

不锈钢罩外部通过密封装置与外壳密封并固定；

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一信号处理装置。

关于对应于第一磁钢环的相邻两个磁感应元件之间的夹角，当m为2或4时，该夹角为90°/g；当m为3时，该夹角为120°/g；当m为6时，该夹角为60°/g，其中，g为第二磁钢环的磁极总数。

所述磁感应元件直接表贴在不锈钢罩的外表面。

所述的位置检测装置，还包括两个导磁环，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。

所述的导磁环的弧段端部设有倒角，为沿轴向或径向或同时沿轴向、径向切削而形成的倒角。

所述的磁感应元件为霍尔感应元件。

所述的位置检测装置，主要包括传感器本体、不锈钢罩、密封装置和外壳，

传感器本体包括转子，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[N＜＝2ⁿ(n＝0，1，2…n)]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；

在不锈钢罩上，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；磁感应元件设置在不锈钢罩的外壁上；

不锈钢罩外部通过密封装置与外壳密封并固定；

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一信号处理装置。

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。

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。

所述磁感应元件直接表贴在不锈钢罩的外表面上。

所述的位置检测装置还包括两个导磁环，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。

所述的导磁环的弧段端部设有倒角，为沿轴向或径向或同时沿轴向、径向切削而成的倒角。

所述的磁感应元件为霍尔感应元件。

上述的位置检测装置的信号处理装置，包括：

A/D转换模块，对位置检测装置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；

相对偏移角度θ₁计算模块，用于计算位置检测装置中对应于第一磁钢环的磁感应元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θ₁；

绝对偏移量θ₂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θ₂；

角度合成及输出模块，用于将上述相对偏移量θ₁和绝对偏移量θ₂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θ；

存储模块，用于存储数据。

还包括：

信号放大模块，用于在A/D转换模块进行A/D转换之前，对来自于位置检测装置的电压信号进行放大。

所述的位置检测装置的信号处理装置，

所述相对偏移角度θ₁计算模块包括第一合成单元和第一角度获取单元，所述第一合成单元对位置检测装置发送来的经过A/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，在第一标准标准角度表中选择一与其相对的角度作为偏移角度θ₁。

所述相对偏移角度θ₁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。

所述第一合成单元的输出还包括信号R。

所述温度补偿单元包括系数矫正器和乘法器，所述系数矫正器对所述合成模块的输出的信号R和对应该信号的标准状态下的信号R₀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模块的输出信号K相乘，将相乘后的结果输出给第一合成单元。

所述绝对偏移量θ₂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θ₂。

所述的密封装置包括密封装置本体和穿设在其中的导线，所述的不锈钢罩和密封连接法兰、密封壳体组成密封装置本体，密封连接法兰与密封壳体相连，不锈钢罩穿设在两者之间，密封壳体内设有第一绝缘挡板，第一绝缘挡板、不锈钢罩和密封壳体围设成密封空间；第一绝缘挡板和密封壳体上分别开设有出线口，导线从密封连接法兰穿入该密封装置本体的密封空间中，从出线口穿出；密封空间中充满密封填充物。

所述的密封空间内还设有第二绝缘挡板，其上开设有出线口；所述的第二绝缘挡板的设置数量为一个以上，将密封空间分割为多级密封空间。

所述的密封装置包括密封装置本体，该密封装置本体由连接法兰、密封壳体和所述的不锈钢罩组成，连接法兰与密封壳体相连，不锈钢罩穿设在两者之间，密封壳体内腔的两端分别设有密封块和第一绝缘板，密封块、第一绝缘板、不锈钢罩和密封壳体围设成密封空间，密封块与连接法兰之间设有压紧块；密封块、第一绝缘板和密封壳体上分别开设有通孔，第一铜棒从密封壳体的通孔穿入该密封装置本体的密封空间中，从第一绝缘板穿出；密封空间中充满密封填充物。

所述的第一铜棒为阶梯状，设置在其中部的台阶柱外径大于两端的铜棒外径，该台阶柱的下台阶面与第一绝缘板抵顶接触；所述的第一铜棒的末端设有连接插头。

所述的第一绝缘板和密封块之间还设有第二绝缘板，第二绝缘板与密封块围设的密封空间内穿设第二铜棒；第一铜棒从密封壳体的通孔穿入该密封装置本体的密封空间中，从第一绝缘板穿出，并穿过第二绝缘板与第二铜棒首尾相接；第二铜棒从密封块的通孔穿出。

所述的第一绝缘板和第二绝缘板之间还设有支承板，其上开设有通孔；所述的密封壳体的内腔上设有凸台，支承板固设在凸台上。

所述的第二绝缘板和第二铜棒的设置数量为一个以上，将密封空间分割为多级密封空间。

所述的第二铜棒为阶梯状，一端设置为台阶柱，柱体外径大于另一端的第二铜棒外径，该台阶柱的下台阶面与第二绝缘板抵顶接触；所述的第二铜棒的末端设有连接插头。

综上所述，本发明具有以下优点：

1、安装结构简单，易于操作，能够提供较大的功率，较好的解决了在井下潜油伺服系统中的应用问题。

2、磁电式位置检测装置非接触式测量方式，满足了潜油伺服系统中井下控制箱中伺服系统的密封要求。

3、磁电式位置检测装置抗振动，抗油污，尘埃能力极强，可靠性高。适用于恶劣环境下电机转子位置的高精度检测。这些特点使得磁电式位置检测装置成为潜油伺服电机传感系统的较好选择。

4、与光电式位置检测装置相比，工作温度范围宽。

5、本发明的安装结构简单，易于操作，较好的解决了磁电式位置检测装置在井下潜油伺服系统当中的应用问题。

附图说明

图1是本发明首节的内部结构示意图；

图2是本发明末节的内部结构示意图；

图3是根据本发明的第一实施例四节电机采用螺纹和法兰连接安装示意图；

图4是图3的立体结构图；

图5是根据本发明的第二实施例四节电机采用螺栓连接安装示意图；

图6是图5的立体结构图；

图7是根据本发明的第三实施例四节电机采用双螺纹法兰连接安装示意图；

图8是图7的立体结构图；

图9A是两节潜油电机转子对正图；

图9B是两节潜油电机定子对正图；

图10是磁电式位置检测装置在潜油伺服电机上的整体安装结构示意图；

图11是磁电式位置检测装置安装结构分解图；

图12是磁电式位置检测装置中的磁钢环的示意图；

图13A与图13B是磁感应元件与导磁环的布置示意图；

图14是根据本发明的第一实施例的安装有两个磁感应元件的位置检测装置方案的分解示意图；

图15是根据本发明的第一实施例的安装有两个磁感应元件的位置检测装置方案的信号处理装置的框图；

图16是根据本发明的第一实施例的安装有三个磁感应元件的位置检测装置方案的分解示意图；

图17是根据本发明的第一实施例的安装有三个磁感应元件的位置检测装置方案的信号处理装置的框图；

图18是根据本发明的第一实施例的安装有四个磁感应元件的位置检测装置方案的分解示意图；

图19是根据本发明的第一实施例的安装有四个磁感应元件的位置检测装置方案的信号处理装置的框图；

图20是根据本发明的第一实施例的安装有六个磁感应元件的位置检测装置方案的分解示意图；

图21是根据本发明的第一实施例的安装有六个磁感应元件的位置检测装置方案的信号处理装置的框图；

图22A-图22D是导磁环的倒角设计的示意图；

图23是第一实施例的位置检测装置的信号处理方法的流程图；

图24是根据本发明的第二实施例的位置检测装置方案的关键部件的分解立体图；

图25是根据本发明的第二实施例的位置检测装置方案的安装示意图；

图26是第二实施例中的与第一磁钢环对应的两个磁感应元件的布置示意图；

图27是第二实施例中的第一磁钢环均匀磁化为六对极时磁感应元件的布置示意图；

图28是第二实施例中的第二磁钢环所对应的磁感应元件个数为三个时所得到的编码；

图29是第二实施例中的第二磁钢环的充磁顺序；

图30是第二实施例中的第二磁钢环所对应的磁感应元件布置示意图；

图31-图34是第二实施例的位置检测装置信号处理流程图；

图35是第二实施例的位置检测装置的一个信号处理装置的框图；

图36是磁感应元件采用表贴式安装的位置检测装置的结构示意图；

图37是根据第三实施例的位置检测装置的分解立体图；

图38是确定磁钢环303的磁序的算法流程图；

图39是由图38得到的磁钢环的充磁结构图以及磁感应元件的排布顺序的一个示例；

图40是根据第三实施例的位置检测装置的信号处理装置的框图；

图41是本发明的一种密封装置的剖视图；

图42是本发明的另一种密封装置的剖视图；

图43为一种密封装置中第一铜棒的结构示意图；

图44为一种密封装置中第二铜棒的结构示意图；

图45为一种密封装置的安装整体结构示意图；

图46为旋转变压器安装在轴端的结构示意图；

图47为磁敏式电阻编码器安装在轴端的结构示意图。

具体实施方式

以下参照附图，结合本发明的优选实施例对本发明进行描述，以使本领域的技术人员更加明白和容易实现本发明。

实施例一

图1、图2分别是本发明首节、末节的内部结构示意图。结合图3所示，为了解决上述问题，本发明提供了一种永磁同步伺服电机采用多节形式，目的是为了提供更大的功率。图3是永磁同步伺服潜油电机四节电机采用螺纹和法兰连接安装示意图。图4为永磁同步伺服潜油电机的立体结构图。首节电机801处于整个伺服电机的顶端，有用于与保护器连接的电机头(图中未示出)；末节电机803是伺服电机的最后一节，尾部安装有电机尾轴，用于安装磁钢环，下法兰810与密封装置链接。每两节中间节电机802通过法兰螺纹和螺栓连接相结合的形式；转子轴用花间联轴器连接。螺纹法兰与电机壳800通过螺纹连接，上法兰809、下法兰810之间通过螺栓(图中未示出)连接。这种形式主要是适合于电机壳较薄时的情况。

实施例二：

参照图5、图6是本发明第二实施例的永磁同步伺服潜油电机装配结构示意图。在本实施例中，大部分结构与实施例一相同，相同的结构不再赘述。不同的是，在本实施例中每两节电机中间通过螺栓连接，上法兰、下法兰与电机壳体通过螺栓连接。这种形式适合于电机壳较厚，足够可以拧上螺栓时的情况。

实施例三：

参照图7、图8是本发明第三实施例的永磁同步伺服潜油电机装配结构示意图。在本实施例中，大部分结构与实施例一相同，相同的结构不再赘述。不同的是，在本实施例中每两节点击中间通过螺栓连接的形式。上螺纹法兰811、下螺纹法兰812与电机壳体800通过螺纹连接；上螺纹法兰811、下螺纹法兰812之间通过螺栓连接，同时在上螺纹法兰上安装有宽螺母814、窄螺母815两个可动的螺母，装配时调整好各节电机的位置后，通过拧紧两个螺母814、815完成电机的总装，这样可以防止每节电机之间的转动。

本发明的两节潜油电机之间通过联轴器804连接，联轴器804可以使用花键联轴器等。如图9A为电机转子的装配图，装配时相邻的两节电机上设置的电机转子磁钢808的N极对应在一条直线上，S极对应在一条直线上。如图9B所示为电机定子的装配图，两节电机上设置的电机定子816的U相绕组817-1、V相绕组818-1、W相绕组819-1三相绕组分别对应在一条直线上。这样两节电机组合成一个整体，使转子和定子的长度相对加长，变成原单节电机时的两倍，加强了定子和转子的磁场，增大了电机的功率。本发明的多节伺服电机相邻的两节电机之间还设有扶正轴承，不仅对电机起支撑的作用，而且其摩擦系数小，耐磨性能好，耐冲击性强。

以下通过实施例详细说明本伺服潜油电机的位置检测装置及其信号处理装置与方法。

图10是磁电式位置检测装置在潜油伺服电机上的整体安装结构示意图。磁电式位置检测装置系统由磁电式位置检测装置电路板701、磁感应元件702、磁钢环703、导磁环704、密封装置705、位置检测装置线706、不锈钢罩708及外壳(未图示)等组成，磁电式位置检测装置电路板701由电路板和磁感应元件702组成，磁感应元件例如是霍尔元件。磁钢环安装703在潜油伺服电机的尾轴707上，它的位置要同不锈钢罩708外的导磁环704对应，跟随电机转子一起旋转，从而产生正弦磁场。导磁环704被分成几个磁环块，导磁环704的方案要根据整个位置检测装置磁感应元件个数方案来确定。导磁环704安装在不锈钢罩708的台阶上，构成一周，每两个导磁环之间留有狭缝，磁感应元件702处在两个导磁环的狭缝当中。磁感应元件702的管脚直接接在磁电式位置检测装置的电路板701上，由电路板伸出，使得磁感应元件到达两个导磁环之间，电路板701上有CPU等电子元器件，电路板701用于处理磁感应元件702产生的信号，反馈信号经过位置检测装置线706传入井下控制箱709中的伺服控制器。图1中以第一实施例为例，其中磁钢环、导磁环以及磁感应元件只有一套，磁钢环为单对磁极，然而本发明不限于此，磁钢环、导磁环以及磁感应元件可以有两套，磁钢环可以有多对极，后面将会结合实施例对多对极的情况加以描述。

磁电式位置检测装置系统分两处安装，产生正弦磁场的磁钢环703安装在电机尾轴707上，剩下的部分与高压穿线密封件705构成一体，成组件化安装。安装磁电式位置检测装置的高压穿线密封件705的钢罩，材料要选为不导磁材料，所以可以采用不锈钢材料，也就是不锈钢罩708，既满足了密封强度要求，又满足了磁电式位置检测装置系统对磁路的要求。需要说明的是除了不锈钢罩，其它不导磁、强度满足密封强度要求的材料也可以选用。

磁钢环主要是产生正弦磁场；导磁环起聚磁作用，磁钢环产生的磁通通过导磁环。电路板是固定磁感应元件并且输出六路信号线。磁感应元件把通过导磁环的磁场转换成电压信号，电压信号直接进入主控板芯片。由主控板上芯片对电压信号进行处理，最后得到角位移。

磁电式位置检测装置是利用霍尔效应来检测电机转速、转子位置等信息的位置检测装置，磁感应元件能感应磁场的变化，把通过导磁环的磁场转换成电压信号，磁钢环转动一周产生一个或多个周期的正弦磁场，在不同的角度产生不同的磁场，磁感应元件感应出不同的电压信号，电路板通过接插件，将每个磁感应元件的电压信号传递给CPU，CPU根据电压信号计算出转轴的角度位置。磁感应元件优选地为霍尔感应元件。霍尔感应元件模块的成本低，因为磁感应元件、磁钢环、导磁环成本低，电路板只是将磁感应元件的感应电压传递给CPU，因此总成本也低。

这种位置检测装置的安装结构既达到了位置检测装置密封性的要求，要使得磁电式位置检测装置在在恶劣的潜油伺服电机环境中得以正常工作。电机旋转时带动磁钢环旋转，从而产生旋转磁场，在不锈钢罩外表面上的导磁环导通磁场，在两个导磁环间隙之间磁感应元件感应磁场的变化，产生电压信号，这些变化的信号在磁电式位置检测装置电路板上被处理，并将处理后的信号传递给控制箱，从而获得电机的转子位置、速度等信号。

图11是磁电式位置检测装置安装结构的立体分解示意图，其中以与图10相同的附图标记表示相同的部件。由图11可以看到，整个安装结构成组件化设计，位置检测装置电路板701、磁感应元件702、导磁环704与高压密封组件705安装为一体可以单独成立为一个组件。这使得这种磁电式位置检测装置在潜油伺服电机中的应用安装方便可靠。

图12是磁电式位置检测装置中的磁钢环的示意图。磁钢环安装在电机的尾轴上，随着电机转子一起旋转，形成磁电式位置检测装置系统所需的旋转变化的正弦磁场，磁钢环的充磁方式和方向与相应的磁电式位置检测装置系统的要求对应。在第一实施例中，磁钢环为一对磁极；在第二实施例中，磁钢环为多对磁极，该多对磁极均匀排列；在第三实施例中，磁钢环为多对磁极，该多对磁极按一定角度排列。

图13A与图13B是以两个磁感应元件的方案为例解释磁感应元件与导磁环的布置的示意图。如图13A所示，磁感应元件100、101采用表面贴的方式，即在圆环形定子102内侧壁布置，103为磁钢环，在两个磁感应元件的方案中，两个磁感应元件100、101相隔90°布置。在图13B中，两个磁感应元件109、110夹于导磁环的两个或多个同心安装的弧段(此处为两个弧段111、112)之间，113为磁钢环。尽管此处以两个磁感应元件的方案为例加以解释，然而本发明不限于此，每列磁感应元件的数目可以是三个、四个、六个，对应的导磁环的弧段也相应地为三个、四个、六个。而且可以采用两列磁感应元件和两个磁钢环的方案，此时第二个导磁环的弧段也相应地有所变化，而不局限于1/4弧段与3/4弧段的方案或均匀分段的方案。

本发明还提供了一种基于上述结构的位置检测装置的信号处理装置，包括：A/D转换模块、合成模块、角度获取模块和存储模块，其中，A/D转换模块对位置检测装置中磁感应元件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，对应于磁感应元件的个数，该模块中具有多个A/D转换器，分别用于对每个磁感应元件发送来的电压信号进行A/D转换；所述合成模块对经过A/D转换的多个电压信号进行处理，得到基准信号D；所述角度获取模块，根据该基准信号D，在角度存储表中选择与其相对的角度作为偏移角度θ；所述存储模块用于存储数据。

上述各个模块可以构成一MCU。以下通过实施例详细描述本发明的位置检测装置及其信号处理装置与方法。

第一实施例

图14是根据本发明的第一实施例的安装有两个磁感应元件的位置检测装置方案的分解示意图。位置检测装置包括感应元件710、电路板711、导磁环712、不锈钢罩713、磁钢环715及外壳(未图示)等部分，磁钢环715安装于电机尾轴716上，其余部分可安装于密封装置714的不锈钢罩713上。本方案的特征之处在于，位置检测装置有两个磁感应元件，导磁环712也由两部分组成，一个是1/4的磁环，一个是3/4的磁环。两个不完整的磁环形成两个狭缝，用于同两个磁感应元件配合使用。

图15是根据本发明的第一实施例的安装有两个磁感应元件的位置检测装置方案的信号处理装置的框图。磁感应元件H₁和H₂的输出信号接MCU的内置A/D转换器模拟输入口，经模数转换后得到输出信号接乘法器1、2，系数矫正器7的输出信号K接乘法器1、2的输入端，乘法器1、2的输出信号接合成器3的输入端，合成器3输出信号D和R，系数矫正器7接收合成器3输出的信号D和R，通过运算得到信号K，通过使磁感应元件H₁和H₂的信号与该信号K进行相乘，以此来进行温度补偿，消除温度对信号的影响。存储器4中存储有一角度存储表，MCU根据信号D在角度存储表中选择与其相对的角度作为偏移角度θ。

在存储模块中存储有一标准角度表，其中存储了对应于一系列的码，每一个码对应于一个角度。该表是通过标定得到的，标定方法是，利用本施例的检测装置和一高精度位置传感器，将本施例中的磁感应元件输出的信号和该高精度位置传感器输出的角度进行一一对应，以此建立出一磁感应元件输出的信号与角度之间的关系表。

另外，在存储模块中还存储了一些数据修正表，这些表中包括一个信号R与其标准状态下的信号R₀的对应表，通过合成模块，即合成器3得到的信号R，通过查表可以得到一信号R₀，通过将信号R₀和信号R进行比较，如除法运算，得到信号K。

其中对信号的处理，即合成器3对信号的处理原则是：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}。以本实施例为例，说明如下：

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，X_0＝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。

如果A_D＞＝B_D

       D＝{A_0；B_0；B_D}

$R=\sqrt{A^2+B^2};$

否则：

       D＝{A_0；B_0；A_D}

$R=\sqrt{A^2+B^2}.$

图16是根据本发明的第一实施例的安装有三个磁感应元件的位置检测装置方案的分解示意图。其各部分组件的安装方式与两个磁感应元件的方案的相似，故在此不再重复。本方案的特征之处在于，位置检测装置有三个磁感应元件，导磁环也由三部分组成，每两个不完整的磁环形成狭缝，总共形成三个狭缝，用于同三个磁感应元件配合使用。

图17是根据本发明的第一实施例的安装有三个磁感应元件的位置检测装置方案的信号处理装置的框图。位置检测装置包括感应元件717、电路板718、导磁环719、不锈钢罩720、磁钢环722及外壳(未图示)等部分，721是密封装置，723是电机尾轴。本方案的信号处理装置与两个磁感应元件的方案中的相似，不同之处在于，磁感应元件有三个，输出给合成器的信号为三个，合成器在取舍信号时与上述方案中的有所不同。在这里，仅说明合成器如何取舍信号。

合成器4对信号的处理原则是：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，第三个信号的符合位，较小数值的信号的数值位}。以本实施例为例：

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，X_0＝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。

如果{A_0；B_0；C_0}＝010并且A_D＞＝C_D

       D＝{A_0；B_0；C_0；C_D}

如果{A_0；B_0；C_0}＝010并且A_D＜C_D

      D＝{A_0；B_0；C_0；A_D}

如果{A_0；B_0；C_0}＝101并且A_D＞＝C_D

      D＝{A_0；B_0；C_0；C_D}

如果{A_0；B_0；C_0}＝101并且A_D＜C_D

      D＝{A_0；B_0；C_0；A_D}

如果{A_0；B_0；C_0}＝011并且B_D＞＝C_D

      D＝{A_0；B_0；C_0；C_D}

如果{A_0；B_0；C_0}＝011并且B_D＜C_D

      D＝{A_0；B_0；C_0；B_D}

如果{A_0；B_0；C_0}＝100并且B_D＞＝C_D

      D＝{A_0；B_0；C_0；C_D}

如果{A_0；B_0；C_0}＝100并且B_D＜C_D

      D＝{A_0；B_0；C_0；B_D}

如果{A_0；B_0；C_0}＝001并且B_D＞＝A_D

      D＝{A_0；B_0；C_0；A_D}

如果{A_0；B_0；C_0}＝001并且B_D＜A_D

      D＝{A_0；B_0；C_0；B_D}

如果{A_0；B_0；C_0}＝110并且B_D＞＝A_D

      D＝{A_0；B_0；C_0；A_D}

如果{A_0；B_0；C_0}＝110并且B_D＜A_D

       D＝{A_0；B_0；C_0；B_D}

$\mathrm{\α}=A-B\×\cos \left(\frac{\mathrm{\π}}{3}\right)-C\×\cos \left(\frac{\mathrm{\π}}{3}\right)$

$\mathrm{\β}=B\×\sin \left(\frac{\mathrm{\π}}{3}\right)-C\×\sin \left(\frac{\mathrm{\π}}{3}\right)$

$R=\sqrt{{\mathrm{\α}}^2+{\mathrm{\β}}^2}$

图18是根据本发明的第一实施例的安装有四个磁感应元件的位置检测装置方案的分解示意图。位置检测装置包括感应元件724、电路板725、导磁环726、不锈钢罩727、磁钢环729及外壳(未图示)等部分，密封装置728，电机尾轴730。其各部分组件的安装方式与两个磁感应元件的方案的相似，故在此不再重复。本方案的特征之处在于，位置检测装置有四个磁感应元件，导磁环也由四部分组成，每两个不完整的磁环形成狭缝，总共形成四个狭缝，用于同四个磁感应元件配合使用。

图19是根据本发明的第一实施例的安装有四个磁感应元件的位置检测装置方案的信号处理装置的框图。方案的信号处理装置与两个磁感应元件的方案中的相似，不同之处在于，增加了差动放大模块，通过该差动放大模块抑制温度和零点漂移，以此来提高数据精度，最终输出给合成器的信号仍为两个，处理过程及方法与两个传感器的方案的相同，在此不再重复。

图20是根据本发明的第一实施例的安装有六个磁感应元件的位置检测装置方案的分解示意图。位置检测装置包括感应元件731、电路板732、导磁环733、不锈钢罩734、磁钢环736及外壳(未图示)等部分，735是密封装置，737是电机尾轴。其各部分组件的安装方式与两个磁感应元件的方案的相似，故在此不再重复。本方案的特征之处在于，位置检测装置有六个磁感应元件，导磁环也由六部分组成，每两个不完整的磁环形成狭缝，总共形成六个狭缝，用于同六个磁感应元件配合使用。

图21是根据本发明的第一实施例的安装有六个磁感应元件的位置检测装置方案的信号处理装置的框图。方案的信号处理装置与三个磁感应元件的方案中的相似，不同之处在于，增加了差动放大模块，通过该差动放大模块抑制温度和零点漂移，以此来提高数据精度，最终输出给合成器的信号仍为三个，处理过程及方法与三个传感器的方案的相同，在此不再重复。

图22A-图22D以由1/4弧段和3/4弧段构成的导磁环为例，图示了本发明的导磁环的倒角设计。如图22A到图22D所示，导磁环由两段或多段同半径、同圆心的弧段构成，图22A所示的导磁环没有设计倒角，图22B到图22D所示的弧段端部设有倒角，所述倒角为沿轴向(图22B)或径向(图22C)或同时沿轴向、径向(图22D)切削而形成的倒角，151、153表示轴向切面，152、154表示径向切面。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。根据磁密公式

可以知道，当φ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比较小，因此可以减少因为磁场交变而导致的发热。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，拾取的信号噪声小，生产成本低，可靠性高，而且尺寸小。虽然以两个弧段的方案为例描述了导磁环的倒角设计，然而本发明不限于此，导磁环为三弧段、四弧段、六弧段的方案都可以采用类似的倒角设计，在此不再详细描述。

图23是第一实施例的位置检测装置的信号处理方法的流程图。如图23所示，根据本实施例的位置检测装置的信号处理方法包括以下步骤：

S100，对位置检测装置发送来的多个电压信号进行A/D转换；S101，对位置检测装置发送来的经过A/D转换的多个电压信号进行处理得到基准信号D；S102，根据该基准信号D，在角度存储表中选择与其相对的角度作为偏移角度θ。

优选地，所述方法还包括：在步骤S101中，对经过A/D转换的多个电压信号进行处理时，得到基准信号D的同时得到信号R；步骤S103，根据得到的基准信号R₀和R进行运算，得到信号K；在对位置检测装置发送来的经过A/D转换的多个电压信号进行处理之前，将所述多个电压信号分别与信号K相乘，从而实现对电压信号的温度补偿。

以上以采用导磁环的方案为例描述了本发明的位置检测装置的安装方案，而本发明还可以采用表贴的方式安装磁感应元件。由于除了磁感应元件的安装方式之外的其余部分的安装方式与上述实施例中的类似，故在此不再赘述。

第二实施例

在第二实施例中，磁钢环、导磁环各为两个，磁感应元件也相应地有两列，这些是位置检测装置的关键部件，除此之外的其它部件的安装与结构与第一实施例中的相似，在此不再赘述。

图24是根据本发明的第二实施例的位置检测装置方案的关键部件的分解立体图。图25是根据本发明的第二实施例的位置检测装置方案的安装示意图。本实施例的位置检测装置包括转子和将转子套在内部的定子，转子包括第一磁钢环201a和第二磁钢环201b以及第一导磁环205a和第二导磁环205b，第一磁钢环201a和第二磁钢环201b分别固定在电机轴200上，其中定子为支架203。第一导磁环205a和第二导磁环205b分别由多个同圆心、同半径的弧段构成，相邻两个弧段之间留有空隙，对应于两个磁钢环的磁感应元件204分别设在该空隙内。磁感应元件设置在不锈钢罩的外壁上，不锈钢罩外部通过密封装置与外壳密封并固定，当转子旋转运动时，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一信号处理装置。

第一磁钢环201a均匀的磁化为g(g的取值等于第二磁钢环中的磁极总数)对极(N极和S极交替排列)，当第二磁钢环中的磁极总数为6时，第一磁钢环201a的极对数为6对。以第一磁钢环201a的中心为圆心的同一圆周上，设置有m个磁感应元件，如2个，如图26所示，二个磁感应元件H₁、H₂之间的夹角为90°/6。第一磁钢环均匀地磁化为6对极时磁感应元件的布置如图27所示。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一信号处理装置。

定义第一磁钢环中相邻一对“N-S”为一个信号周期，因此，任一“N-S”对应的机械角度为360°/g(g为“N-S”个数)，假定转子在t时刻旋转角度θ位于第n^th信号周期内，则此时刻角位移θ可认为由两部分构成：1.在第n^th信号周期内的相对偏移量，磁感应元件H₁和H₂感应第一磁钢环的磁场来确定在此“N-S”信号周期内的偏移量θ₁(值大于0小于360°/g)；2.第n^th信号周期首位置的绝对偏移量θ₂，用传感器H₃，H₄，...H_n感应磁环2的磁场来确定此时转子究竟是处于哪一个“N-S”来得到θ₂。

对应于第二磁钢环201b，以第二磁钢环201b的中心为圆心的同一圆周上设有n(n＝1，2…n)个均匀分布的磁感应元件，第二磁钢环的磁极磁化顺序使得n个磁感应原件输出呈格雷码形式。磁极的极性为格雷码的首位为“0”对应于“N/S”极，首位为“1”对应于“S/N”极。例如，当n为3时，得到如图28所示的编码，得到如图29所示的第二磁钢环的充磁顺序，如图30所示，三个磁感应元件均布周围进行读数。

本发明还提供了一种基于该位置检测装置及其原理的信号处理装置，其包括：A/D转换模块、相对偏移量θ₁计算模块、绝对偏移量θ₂计算模块和存储模块。其信号处理流程如图31-图34所示，对传感器本体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θ₁计算模块对位置检测装置发送来的对应于第一磁钢环的第一电压信号进行角度θ₁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θ₁；由绝对偏移量θ₂计算模块对位置检测装置发送来的对应于第二磁钢环的第一电压信号进行角度θ₂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θ₂；通过角度合成及输出模块，如加法器用于将上述相对偏移量θ₁和绝对偏移量θ₂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θ。对于图32，为在图31的基础上增加的信号放大模块，具体如放大器，用于在A/D转换模块进行A/D转换之前，对来自于传感器本体的电压信号进行放大。图33是包括温度补偿的信号处理流程图，在进行角度θ₁求解之前，还包括温度补偿的过程；图34为基于图33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。

相对偏移量θ₁计算模块包括信号合成单元、第一角度获取单元和温度补偿单元，信号合成单元对不同位置检测装置发送来的经过A/D转换的电压信号进行处理，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θ₁；其中，在得到基准信号D之前，先对输入给信号合成单元的信号由温度补偿单元进行温度补偿，再将温度补偿后的信号进行处理得到信号D。这里所述的处理将在后面详细说明。绝对偏移量θ₂计算模块包括第二合成器和所述第二角度获取单元，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，得到轴转过信号周期数，从而确定第一电压信号所处的信号周期首位置的绝对偏移量θ₂，具体实现方式是所述第二合成器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θ₂。

图35是本实施例的位置检测装置的一个信号处理装置的框图。本示例中，第一磁钢环设有两个磁感应元件，传感器1_1和1_2的输出信号接放大器2_1、2_2进行放大，然后接A/D转换器3_1、3_2，经模数转换后得到输出信号接乘法器4、5，系数矫正器10输出信号接乘法器4、5的输入端，乘法器4、5的输出信号A、B接合成器6的输入端，第一合成器6对信号A、B进行处理，得到信号D、R，根据信号D从存储器8中存储的标准角度表中选择一与其相对的角度作为偏移角度θ₁。其中，第五合成器6的输出信号R输送给系数矫正器10，系数矫正器10根据信号R和从存储器9中查表得到信号R₀得到信号K，该信号K作为乘法器4、5的另一输入端，与从放大器2_1、2_2输出的信号C1、C2分虽相乘得到信号A、B作为第一合成器6的输入。

传感器1_3、1_4、...1_n的输出信号分别接放大器2_3、2_4、...2_n进行放大，然后接A/D转换器进行模数转换后通过第二合成器7进行合成，得到一信号E；根据该信号E在存储器11中的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θ₂，θ₁和θ₂通过加法器12得到测量的绝对角位移输出θ。

第二合成器7的功能是，通过对传感器H₃、H₄、...H_n的信号进行合成，得到此时刻转子处于哪一个“N-S”信号周期内。第二合成器7的处理是：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，X_0＝1表示数据X为负，X_0＝0表示数据X为正。也即当感应的磁场为N时，输出为X_0＝0，否则为X_0＝1。

则对于本实施例，E＝{C3_0；C4_0；Cn_0}。

其中，第一合成器6对信号的处理是：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：

这里约定(后文各合成器均使用该约定)，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，X_0＝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)，即去除符号位剩下的数据位。

如果A_D＞＝B_D

       D＝{A_0；B_0；B_D}

$R=\sqrt{A^2+B^2};$

否则：

       D＝{A_0；B_0；A_D}

$R=\sqrt{A^2+B^2};$

信号K一般是通过将信号R₀和R进行除法运算得到。

对于第一、二标准角度表，在存储器中存储了两个表，每个表对应于一系列的码，每一个码对应于一个角度。该表是通过标定得到的，标定方法是，利用本施例的检测装置和一高精度位置传感器，将本施例中的磁感应元件输出的信号和该高精度位置传感器输出的角度进行一一对应，以此建立出一磁感应元件输出的信号与角度之间的关系表。也就是，对应于信号D存储了一个第一标准角度表，每一个信号D代表一个相对偏移量θ₁。对应于信号E，存储了一个第二标准角度表，每一个信号E代表一个绝对偏移量θ₂。

本发明不限于上述示例，第一磁钢环还可以设有三个、四个、六个磁感应元件，相应的导磁环和信号处理电路也要做相应变化，然而其变化与第一实施例中所述的类似，故在此不再赘述。

当设有导磁环时，导磁环的弧段端部设有倒角，为沿轴向或径向或同时沿轴向、径向切削而形成的倒角。

作为替代，磁感应元件可以直接表贴在不锈钢罩的外表面上，即不设有导磁环，如图36所示。其它部件以及其信号处理装置与有导磁环的类似，在此不再赘述。

第三实施例

第三实施例中，各个部件的个数及其安装方案与第二实施例中的类似，所不同的是磁钢环的充磁方式及磁感应元件的布置位置。

图37是根据第三实施例的位置检测装置的分解立体图。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。为了说明方便，这里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，然而本发明不限于上述的限定。

第一磁钢环302被均匀地磁化为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2ⁿ，其磁序按照磁序算法确定；在轴301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°/2ⁿ角度分布的磁感应元件309。第二磁钢环303的磁极总数与以n为位数排成的、相邻两位只有一位不同的格雷码的个数相同，磁极的极性为格雷码的首位为“0”对应于“N”极，首位为“1”对应于“S”极。第二磁钢环的磁极总对数与第一磁钢环的磁极总数相等，并且相邻两极的极性相反。

图38是磁钢环303的磁序算法流程图。如图38所示，以三个磁感应元件的情况为例，首先进行初始化a[3]＝“0，0，0”；然后将当前编码入编码集，即编码集中有“0，0，0”；接着检验入编码集的集合元素是否达到2ⁿ，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0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“0……0”，是则结束，否则将当前编码的直接前去码末位去0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“0……0”，然后继续进行下面的程序。其中0磁化为“N”，1磁化为“S”。这样得到了图39所示的磁钢环303充磁结构图以及H₃、H₄和H₅的排布顺序。

本实施例中，对应于所述的第二磁钢环的相邻两个磁感应元件之间的夹角为360°/2ⁿ。关于对应于所述的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°/2ⁿ，当m为3时，每相邻两个磁感应元件之间的夹角为120°/2ⁿ；当m为6时，每相邻两个磁感应元件之间的夹角为60°/2ⁿ。

图40是根据第三实施例的位置检测装置的信号处理装置的框图。由于其信号处理方式与第二实施例的类似，故在此不再赘述。

第一磁钢环可以设有两个、三个、四个、六个磁感应元件，相应的导磁环和信号处理电路也要做相应变化，然而其变化与第一实施例中所述的类似，故在此不再赘述。

当设有导磁环时，导磁环的弧段端部设有倒角，为沿轴向或径向或同时沿轴向、径向切削而形成的倒角。

作为替代，磁感应元件可以直接表贴在不锈钢罩的外表面上，即不设有导磁环，其它部件以及其信号处理装置与有导磁环的类似，在此不再赘述。

本实施例的位置检测装置的信号处理方法与第二实施例中的类似，故在此省略对其重复描述。

图41为本发明的一种密封装置的整体剖面示意图。如图41所示，本实施例提供一种密封装置901，该密封装置901包括密封装置本体和穿设在其中的导线910。该密封装置本体由密封连接法兰911、密封壳体912和不锈钢罩913组成。密封连接法兰911与密封壳体912相连，而不锈钢罩913穿设在两者之间。本实施例中为了满足潜油伺服电机的需要，不锈钢罩913的材质为不锈钢，而选定的材质。应理解地是，在特定的使用场合下，为保证结构不变，可以根据实际情况来选择不锈钢罩913的材质。密封壳体912是整个密封装置901的支承件。在密封壳体912内设有第一绝缘挡板914。第一绝缘挡板914、不锈钢罩913外壁和密封壳体912内壁围设成密封空间。在第一绝缘挡板914和密封壳体912上分别开设有出线口915，导线910从密封连接法兰911穿入该密封装置本体的密封空间中，在密封空间中缠绕，然后从出线口915穿出。密封壳体912在其出线口915端与不锈钢罩913螺纹连接，并涂有螺纹密封胶，从而使密封壳体912与不锈钢罩913之间密封。密封空间中充满密封填充物916，例如环氧胶。当然，根据实际需要也可以采用耐高温、粘性好的粘接胶，同样可以达到良好的密封效果。

此外，在由第一绝缘挡板914、不锈钢罩913和密封壳体912围成的密封空间中，还可以设有第二绝缘挡板917。在第二绝缘挡板917上也开设有出线口(图未示)，以便导线910穿出。

密封空间内还设有第二绝缘挡板，其上开设有出线口；所述的第二绝缘挡板的设置数量为一个以上，将密封空间分割为多级密封空间。

图42为本发明的另一种密封装置的剖视图。如图42所示，第一绝缘板957和密封块956之间还可以设有第二绝缘板960，绝缘板可以采用高强度绝缘板，并且其上开设有用于通过铜棒的孔，第二绝缘板960与密封块956围设的密封空间内穿设第二铜棒961；第一铜棒954从密封壳体952的通孔穿入该密封装置本体的密封空间中，从第一绝缘板957穿出，并穿过第二绝缘板960与第二铜棒961首尾相接；第二铜棒961从密封块956的通孔穿出。

此外，在第一绝缘板957和第二绝缘板960之间可以设有支承板962，支承板962上开设有通孔。应注意的是，支承板962上开设的通孔的内径大于第一铜棒954或第二铜棒961的外径，以防止支承板962与第一铜棒954或第二铜棒961之间导通。此外，密封壳体952的内腔上设有凸台965，可以将支承板962固设在凸台965上。

图43为密封装置中第一铜棒的结构示意图。如图43所示，第一铜棒954为阶梯状，即采用中间粗，两头细的阶梯轴形式，设置在其中部的台阶柱963外径大于两端的铜棒外径，该台阶柱963的下台阶面与第一绝缘板957抵顶接触。通过这个台阶来防止第一铜棒954因承受压力过大而压穿，同时将压力传递给第一绝缘板957，使得压力均匀，再通过第一绝缘板957将压力传递到密封壳体952的底端。此外，第一铜棒954的末端均设有连接插头955。

图44为密封装置中第二铜棒的结构示意图。如图44所示，第二铜棒961也为阶梯状，即阶梯轴形式。其底端为粗台阶柱964，柱体外径大于另一端的外径，该台阶柱964的下台阶面与第二绝缘板960抵顶接触。由于第二铜棒961的下端较粗且与第二绝缘板960接触，因此将第二铜棒961受到的压力均匀分配给第二绝缘板960后，再传递给下面的支承板962，最后传递到密封壳体952上。铜棒采用阶梯轴形式，能避免导线在灌封的环氧树脂层中因压力过大而直接被压出密封装置导致密封失效。此外，在较粗的台阶柱964上设有螺纹孔，用于与第一铜棒954连接，从而实现密封装置内第一铜棒954与第二铜棒961之间导通。第二铜棒961的较小外径的末端设有连接插头955。

作为替代，第一绝缘板和第二绝缘板之间还设有支承板，其上开设有通孔；所述的密封壳体的内腔上设有凸台，支承板固设在凸台上。

第二绝缘板960和第二铜棒961的数量可以根据具体情况和需要而设置为多个，从而将密封空间分割为多级密封空间。相邻两个第二绝缘板960之间可以设有支承板962，支承板962上开设有通孔。

图45为密封装置的安装整体结构示意图。如图45所示，密封装置971介于潜油伺服电机972和控制箱973之间，并且与潜油伺服电机972和控制箱973相连接。具体来说，密封装置971的密封壳体952在第一铜棒954穿出的一端与控制箱973连接，例如可以通过螺纹进行连接。密封装置971的密封连接法兰951与潜油伺服电机972连接，例如可以通过螺栓进行连接。

尽管以上各图中以潜油编码器为例进行说明，然而潜油伺服拖动系统中的传感器本体还可以是旋转变压器或磁敏式电阻编码器。图46和图47分别是旋转变压器和磁敏式电阻编码器的剖面图。图中的附图标记表示：密封套91，密封件外壁92，隔板93，密封胶94，接线柱95，旋转变压器定子96，电机尾轴97，旋转变压器转子98，旋转变压器电路板99，磁敏元件90，磁钢环88，编码器电路板89。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的技术方案进行修改和等同替换，而不脱离本技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种多节伺服潜油电机，主要包括电机本体，电机本体头部的电机壳与头部法兰相连，电机轴的头部凸伸于头部法兰之外，电机轴固定在头部法兰内并通过所述的头部法兰与其他装置相连，其特征在于，所述的电机本体内包括有多节电机，每节电机的电机壳内主要包括定子和转子，转子为永磁铁，定子铁芯中设有绕组，相邻的两节电机的转子轴通过联轴器连接；相邻的两节电机的电机壳通过连接装置连接；相邻的两节电机上设置的电机转子的N极对应在一条直线上，S极对应在一条直线上；电机定子的U、V、W三相绕组分别对应在一条直线上。

2.如权利要求1所述的多节伺服潜油电机，其特征在于，所述的多节伺服电机相邻的两节电机之间还设有扶正轴承，对电机本体进行支撑；

所述的电机轴的尾部通过密封装置与编码器相连；

所述的编码器为旋转变压器或磁敏式电阻编码器或位置检测装置。

3.如权利要求2所述的多节伺服潜油电机，其特征在于，所述的位置检测装置，其特征在于，该位置检测装置主要包括传感器本体、不锈钢罩、密封装置和外壳，传感器本体包括磁钢环、导磁环和磁感应元件；导磁环设置在不锈钢罩的外壁上，由两段或多段同半径、同圆心的弧段构成，相邻两弧段留有缝隙；磁感应元件置于该缝隙内；磁钢环设置在不锈钢罩的内腔中，固定在电机转轴上；不锈钢罩外部通过密封装置与外壳密封并固定；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信号处理装置；

所述的导磁环由两段同半径、同圆心的弧段构成，分别为1/4弧段和3/4弧段，对应的磁感应元件为2个；或者，所述的导磁环由三段同半径的弧段构成，分别为1/3弧段，对应的磁感应元件为3个；或者，所述的导磁环由四段同半径的弧段构成，分别为1/4弧段，对应的磁感应元件为4个；或者，所述的导磁环由六段同半径的弧段构成，分别为1/6弧段，对应的磁感应元件为6个；

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；

还包括骨架，用于固定所述导磁环；所述导磁环设置在骨架成型模具上，在所述骨架一体成型时与骨架固定在一起；

所述的磁感应元件为霍尔感应元件。

4.一种基于权利要求3所述的多节伺服潜油电机，其特征在于，所述的位置检测装置的信号处理装置，包括：

A/D转换模块，对位置检测装置中磁感应元件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；

合成模块，对位置检测装置发送来的经过A/D转换的多个电压信号进行处理得到基准信号D；

角度获取模块，根据该基准信号D，在标准角度表中选择与其相对的角度作为偏移角度θ；以及

存储模块，用于存储标准角度表和修正数据表；

在A/D转换模块和合成模块之间还包括温度补偿模块，用于消除温度对位置检测装置发送来的电压信号的影响；所述合成模块的输出信号还包括信号R；所述温度补偿模块包括系数矫正模块和乘法器，所述系数矫正模块对所述合成模块的输出的信号R和对应该信号的标准状态下的信号R₀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模块的输出信号K相乘，将相乘后的结果输出给合成模块；

如果位置检测装置发送来的一个电压信号为2或3的倍数，则在所述温度补偿模块之前还包括差分模块，对用于抑制温度和零点漂移，并提高数据精度。

5.如权利要求2所述的多节伺服潜油电机，其特征在于，所述的位置检测装置，主要包括传感器本体、不锈钢罩、密封装置和外壳，

传感器本体包括转子，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电机轴上，设置在不锈钢罩的内腔中，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＝1，2…n)个均匀分布的磁感应元件，所述第二磁钢环的磁极磁化顺序使得n个磁感应元件输出呈格雷码格式，相邻两个输出只有一位变化；

在不锈钢罩上，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，所述第一磁钢环的磁极总对数与第二磁钢环的磁极总数相等，并且相邻两极的极性相反；磁感应元件设置在不锈钢罩的外壁上；

不锈钢罩外部通过密封装置与外壳密封并固定；

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一信号处理装置；

关于对应于第一磁钢环的相邻两个磁感应元件之间的夹角，当m为2或4时，该夹角为90°/g；当m为3时，该夹角为120°/g；当m为6时，该夹角为60°/g，其中，g为第二磁钢环的磁极总数；

所述磁感应元件直接表贴在不锈钢罩的外表面；

还包括两个导磁环，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；

所述的导磁环的弧段端部设有倒角，为沿轴向或径向或同时沿轴向、径向切削而形成的倒角；

所述的磁感应元件为霍尔感应元件；

或者，所述的位置检测装置，主要包括传感器本体、不锈钢罩、密封装置和外壳，

传感器本体包括转子，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[N＜＝2ⁿ(n＝0，1，2…n)]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；

在不锈钢罩上，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；磁感应元件设置在不锈钢罩的外壁上；

不锈钢罩外部通过密封装置与外壳密封并固定；

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一信号处理装置；

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；

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；

所述磁感应元件直接表贴在不锈钢罩的外表面上；

还包括两个导磁环，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；

所述的导磁环的弧段端部设有倒角，为沿轴向或径向或同时沿轴向、径向切削而成的倒角；

所述的磁感应元件为霍尔感应元件。

6.一种基于上述权利要求5所述的多节伺服潜油电机，其特征在于，所述的位置检测装置的信号处理装置，其特征在于，包括：

A/D转换模块，对位置检测装置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；

相对偏移角度θ₁计算模块，用于计算位置检测装置中对应于第一磁钢环的磁感应元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θ₁；

绝对偏移量θ₂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θ₂；

角度合成及输出模块，用于将上述相对偏移量θ₁和绝对偏移量θ₂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θ；

存储模块，用于存储数据；

还包括：信号放大模块，用于在A/D转换模块进行A/D转换之前，对来自于位置检测装置的电压信号进行放大；

所述相对偏移角度θ₁计算模块包括第一合成单元和第一角度获取单元，所述第一合成单元对位置检测装置发送来的经过A/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，在第一标准标准角度表中选择一与其相对的角度作为偏移角度θ₁；

所述相对偏移角度θ₁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；

所述第一合成单元的输出还包括信号R；

所述温度补偿单元包括系数矫正器和乘法器，所述系数矫正器对所述合成模块的输出的信号R和对应该信号的标准状态下的信号R₀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模块的输出信号K相乘，将相乘后的结果输出给第一合成单元；

所述绝对偏移量θ₂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θ₂。

7.如权利要求3或5任一项所述的多节伺服潜油电机，其特征在于，所述的密封装置包括密封装置本体和穿设在其中的导线，所述的不锈钢罩和密封连接法兰、密封壳体组成密封装置本体，密封连接法兰与密封壳体相连，不锈钢罩穿设在两者之间，密封壳体内设有第一绝缘挡板，第一绝缘挡板、不锈钢罩和密封壳体围设成密封空间；第一绝缘挡板和密封壳体上分别开设有出线口，导线从密封连接法兰穿入该密封装置本体的密封空间中，从出线口穿出；密封空间中充满密封填充物；

所述的密封空间内还设有第二绝缘挡板，其上开设有出线口；所述的第二绝缘挡板的设置数量为一个以上，将密封空间分割为多级密封空间。

8.如权利要求3或5任一项所述的多节伺服潜油电机，其特征在于，所述的密封装置包括密封装置本体，该密封装置本体由连接法兰、密封壳体和所述的不锈钢罩组成，连接法兰与密封壳体相连，不锈钢罩穿设在两者之间，密封壳体内腔的两端分别设有密封块和第一绝缘板，密封块、第一绝缘板、不锈钢罩和密封壳体围设成密封空间，密封块与连接法兰之间设有压紧块；密封块、第一绝缘板和密封壳体上分别开设有通孔，第一铜棒从密封壳体的通孔穿入该密封装置本体的密封空间中，从第一绝缘板穿出；密封空间中充满密封填充物；

所述的第一铜棒为阶梯状，设置在其中部的台阶柱外径大于两端的铜棒外径，该台阶柱的下台阶面与第一绝缘板抵顶接触；所述的第一铜棒的末端设有连接插头；

所述的第一绝缘板和密封块之间还设有第二绝缘板，第二绝缘板与密封块围设的密封空间内穿设第二铜棒；第一铜棒从密封壳体的通孔穿入该密封装置本体的密封空间中，从第一绝缘板穿出，并穿过第二绝缘板与第二铜棒首尾相接；第二铜棒从密封块的通孔穿出；

所述的第一绝缘板和第二绝缘板之间还设有支承板，其上开设有通孔；所述的密封壳体的内腔上设有凸台，支承板固设在凸台上。

9.根据权利要求8所述的多节伺服潜油电机，其特征在于，所述的第二绝缘板和第二铜棒的设置数量为一个以上，将密封空间分割为多级密封空间；

所述的第二铜棒为阶梯状，一端设置为台阶柱，柱体外径大于另一端的第二铜棒外径，该台阶柱的下台阶面与第二绝缘板抵顶接触；所述的第二铜棒的末端设有连接插头。

10.根据权利要求1所述的多节伺服潜油电机，其特征在于，所述的连接装置为螺纹法兰或法兰或双螺纹法兰。

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