CN113008131A - 一种电机位置检测系统和电机 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种电机位置检测系统和电机，包括：电机模组、固定在所述电机模组的电机输出轴的磁性组件，与所述磁性组件连接的伺服模组，与所述电机模组连接的三级传动组件，安装在所述电机模组和所述三级传动组件上的光耦组件；所述电机模组带动所述三级传动组件进行转动；所述磁性组件检测所述电机输出轴的转动角度信息，并将所述转动角度信息发送至所述伺服模组；所述光耦组件检测所述三级传动组件中每级从动轮的位置信息，并将所述位置信息发送至所述伺服模组；所述伺服模组根据所述转动角度信息与所述位置信息，确定电机转动位置。通过本发明实施例所述电机位置检测系统可以提高检测电机转动位置的精度。

Description

一种电机位置检测系统和电机
技术领域
本发明涉及电机技术领域，特别是涉及一种电机位置检测系统和一种电机。
背景技术
目前现有的电机控制策略中，控制的方法有两种，分别为开环控制和闭环控制。其中，开环控制是对输出结果没有检测的控制方式，不对输出结果进行修正，对使用者技术水平和电机力矩、效率等要求较高，一般用于要求控制精度要求不高的场合。因此在高精度的电机控制场景之下常采用闭环控制，闭环控制是对输出结果进行检测，并且根据输出结果与理论要求的差异对输出结果进行修正的控制方式。因此，在闭环控制下对电机的位置检测精度直接影响电机的转动控制。
而现有的对电机的位置检测，是通过高精度光栅尺编码器对电机进行位置检测，但高精度的光栅尺编码器由于制造要求高，导致价格高，且需要配套单独的控制器，导致电机的尺寸大，占用安装空间。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明实施例以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种电机位置检测系统和相应的一种电机。
本发明实施例公开了一种电机位置检测系统，包括：电机模组、固定在所述电机模组的电机输出轴的磁性组件，与所述磁性组件连接的伺服模组，与所述电机模组连接的三级传动组件，安装在所述电机模组和所述三级传动组件上的光耦组件；
所述电机模组带动所述三级传动组件进行转动；
所述磁性组件检测所述电机输出轴的转动角度信息，并将所述转动角度信息发送至所述伺服模组；
所述光耦组件检测所述三级传动组件中每级从动轮的位置信息，并将所述位置信息发送至所述伺服模组；
所述伺服模组根据所述转动角度信息与所述位置信息，确定电机转动位置。
可选地，所述伺服模组根据所述转动角度信息与所述位置信息，确定电机转动位置包括：
所述伺服模组在判断所述转动角度信息对应的电机位置与所述位置信息对应的电机位置相同时，确定电机转动位置为所述转动角度信息对应的电机位置。
可选地，所述三级传动组件包括：与所述电机模组连接的第一减速组件，与所述第一减速组件连接的第二减速组件，与所述第二减速组件连接的第三减速组件，所述第一减速组件的从动轮上设置有第一编码盘光栅，第二减速组件的从动轮上设置有第二编码盘光栅，第三减速组件的从动轮上设置有第三编码盘光栅；
所述光耦组件检测所述三级传动组件中每级从动轮的位置信息包括：
所述光耦组件获取针对所述第一编码盘光栅的第一光检测信息；
所述光耦组件获取针对所述第二编码盘光栅的第二光检测信息；
所述光耦组件获取针对所述第三编码盘光栅的第三光检测信息；
结合第一光检测信息、第二光检测信息以及第三光检测信息确定所述三级传动组件中每级从动轮的位置信息。
可选地，所述光耦组件包括发射光耦组件和接收光耦组件；
所述发射光耦组件安装在所述电机模组上；
所述接收光耦组件安装在所述伺服模组上。
可选地，所述发射光耦组件包括第一发射光耦、第二发射光耦以及第三发射光耦；所述接收光耦组件包括第一接收光耦、第二接收光耦以及第三接收光耦；
所述第一编码盘光栅位于所述第一发射光耦和所述第一接收光耦之间；
所述第二编码盘光栅位于所述第二发射光耦和所述第二接收光耦之间；
所述第三编码盘光栅位于所述第三发射光耦和所述第三接收光耦之间。
可选地，所述三级传动组件的总传动比为64，
所述第一减速组件与所述电机模组之间的传动比为4；
所述第二减速组件与所述第一减速组件之间的传动比为4；
所述第三减速组件与所述第二减速组件之间的传动比为4。
可选地，所述电机输出轴上固定有主动轮，所述主动轮用于带动所述三级传动组件转动。
可选地，所述伺服模组包括至少两个惠斯通电桥，所述惠斯通电桥包括至少四个穿隧磁阻效应TMR电阻，所述TMR电阻位于不同桥臂。
可选地，所述磁性组件为环形永磁体。
本发明实施例还公开了一种电机，包括：如上所述的电机位置检测系统。
本发明实施例包括以下优点：
在本发明实施例中，当电机模组转动时，固定在电机输出轴上的磁性组件检测电机输出轴的转动角度信息，并将所述转动角度信息发送至伺服模组；所述电机模组带动三级传动组件转动，光耦组件检测三级传动组件中每级从动轮的位置信息，并将所述位置信息发送至伺服模组；所述伺服模组根据所述转动角度信息与所述位置信息，确定电机转动位置。由于所述转动角度信息与电机转动角度匹配，所述位置信息与电机转动位置匹配，使得可以在有限的安装位置内提高针对电机的转动位置的检测精度。
附图说明
图1是本发明的一种电机位置检测系统的结构示意图；
图2是本发明的一种电机位置检测系统中编码盘光栅的结构示意图。
附图标记说明：1-电机模组、101-电机输出轴、2-磁性组件、3-伺服模组、4-三级传动组件、401-第一减速组件、402-第二减速组件、403-第三减速组件、404-第一编码盘光栅、405-第二编码盘光栅、406-第三编码盘光栅、5-光耦组件、501-发射光耦组件、502-接收光耦组件、主动轮6。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1，示出了本发明的一种电机位置检测系统的结构示意图，所述电机位置检测系统具体包括：
电机模组1、固定在所述电机模组1的电机输出轴101的磁性组件2，与所述磁性组件2连接的伺服模组3，与所述电机模组连接的三级传动组件4，安装在所述电机模组1和所述三级传动组件4上的光耦组件5；
具体实现中，电机模组1可以是伺服电机、步进电机等，本发明实施例对此不作限定。为了保证磁性组件2的检测精度，磁性组件2可以固定在电机输出轴101的末端。
所述电机模组1带动所述三级传动组件4进行转动；
所述磁性组件2检测所述电机输出轴101的转动角度信息，并将所述转动角度信息发送至所述伺服模组3；
所述光耦组件5检测所述三级传动组件2中每级从动轮的位置信息，并将所述位置信息发送至所述伺服模组3；
所述伺服模组3根据所述转动角度信息与所述位置信息，确定电机转动位置。
在本发明实施例中，电机模组1的输入端流入电流时，电机模组1开始转动，此时，固定在电机输出轴上的磁性组件随之转动，此时磁性组件2检测电机输出轴的转动角度信息，并将转动角度信息发送至伺服模组3；电机模组1转动的同时，带动三级传动组件4转动；安装在所述伺服模组3和所述三级传动组件4上光耦组件5检测三级传动组件4中每级从动轮的位置信息，并将位置信息发送至伺服模组3；伺服模组3根据接收到的转动角度信息与位置信息，确定电机转动位置。
在本发明的一优选实施例中，所述伺服模组3根据所述转动角度信息与所述位置信息，确定电机转动位置包括：
所述伺服模组3接收到判断所述转动角度信息对应的电机位置与所述位置信息对应的电机位置相同时，确定电机转动位置为所述转动角度信息对应的电机位置。
伺服模组3接收到磁性组件2发送的转动角度信息以及光耦组件5发送的位置信息后，首先会判断所述转动角度信息对应的电机位置与所述位置信息对应的电机位置是否相同，当伺服模组3判断转动角度信息对应的电机位置与位置信息对应的电机位置相同时，代表电机位置检测系统中的全部结构正常运作，对电机转动位置的检测并不存在故障点；因此，可以根据转动角度信息与位置信息确定电机转动位置。由于磁性组件2是直接固定在电机输出轴上，磁性组件2转动角度与电机模组1的转动角度是一致的，因此，采用转动角度信息对应的电机位置作为电机转动位置。
进一步来说，当伺服模组3判断所述转动角度信息对应的电机位置与所述位置信息对应的电机位置不相同时，代表电机位置检测系统中的存在检测故障点，需要对系统进行角度校正，才可以重新检测电机的转动位置。
参照图2，示出了本发明的一种电机位置检测系统中编码盘光栅的结构示意图。
在本发明的一优选实施例中，所述三级传动组件4包括：与所述电机模组1连接的第一减速组件401，与所述第一减速组件401连接的第二减速组件402，与所述第二减速组件402连接的第三减速组件403，所述第一减速组件401的从动轮上设置有第一编码盘光栅404，第二减速组件402的从动轮上设置有第二编码盘光栅405，第三减速组件403的从动轮上设置有第三编码盘光栅406；
所述光耦组件5检测所述三级传动组件4中每级从动轮的位置信息包括：
所述光耦组件5获取针对所述第一编码盘光栅404的第一光检测信息；
所述光耦组件5获取针对所述第二编码盘光栅405的第二光检测信息；
所述光耦组件5获取针对所述第三编码盘光栅406的第三光检测信息；
结合第一光检测信息、第二光检测信息以及第三光检测信息确定所述三级传动组件中每级从动轮的位置信息。
三级传动组件4为三级减速机构，包括第一减速组件401、第二减速组件402以及第三减速组件403，三个减速组件依次连接传动。其中，第一减速组件401与电机模组1连接为三级传动组件4接入动力，从而带动第二减速组件402以及第三减速组件403转动。因此，通过光耦组件5检测第一减速组件401从动轮上的第一编码盘光栅404得到第一光检测信息获知第一减速组件401的转动位置，检测第二减速组件402从动轮上的第二编码盘光栅405得到第二光检测信息获知第二减速组件402的转动位置，检测第三减速组件403从动轮上的第三编码盘光栅406得到第三光检测信息获知第三减速组件403的转动位置。
结合第一光检测信息、第二光检测信息以及第三光检测信息确定所述三级传动组件中每级从动轮的位置信息，由于三个从动轮的位置信息结合可以得到一个具体的三级传动组件4的位置，可以根据三级传动组件4的位置确定唯一对应的电机转动的位置。
在具体实现中，可以采用六组光耦组件5对三级传动组件4中每级从动轮的位置信息进行检测，即每个从动轮采用两组光耦组件5进行检测。
在本发明的一优选实施例中，所述光耦组件5包括发射光耦组件501和接收光耦组件502；
所述发射光耦组件501安装在所述电机模组1上；
所述接收光耦组件502安装在所述伺服模组3上。
光耦组件5包括发射光耦组件501和接收光耦组件502，发射光耦组件501安装在电机模组1上，接收光耦组件502安装在伺服模组3上。发射光耦组件501用于发射光线，接收光耦组件502用于接收发射光耦组件501发出的光线，通过将发射光耦组件501发送的光线强度与接收光耦组件502接收到的光线强度对比得到光检测信息。
在本发明的一优选实施例中，所述发射光耦组件501包括第一发射光耦、第二发射光耦以及第三发射光耦；所述接收光耦组件502包括第一接收光耦、第二接收光耦以及第三接收光耦；
所述第一编码盘光栅404位于所述第一发射光耦和所述第一接收光耦之间；
所述第二编码盘光栅405位于所述第二发射光耦和所述第二接收光耦之间；
所述第三编码盘光栅406位于所述第三发射光耦和所述第三接收光耦之间。
第一编码盘光栅404位于第一发射光耦和第一接收光耦之间，第一发射光耦发出光线后，光线经过第一编码盘光栅404，部分光线会被第一编码盘光栅404遮挡，第一接收光耦通过接收到光线确定第一光检测信息。第二编码盘光栅405位于第二发射光耦和第二接收光耦之间，第二发射光耦发出光线后，光线经过第二编码盘光栅405，部分光线会被第二编码盘光栅405遮挡，第二接收光耦通过接收到光线确定第二光检测信息。第三编码盘光栅406位于第三发射光耦和第三接收光耦之间，第三发射光耦发出光线后，光线经过第三编码盘光栅406，部分光线会被第三编码盘光栅406遮挡，第三接收光耦通过接收到光线确定第三光检测信息。
在本发明的一优选实施例中，所述三级传动组件4的总传动比为64，
所述第一减速组件401与所述电机模组1之间的传动比为4；
所述第二减速组件402与所述第一减速组件401之间的传动比为4；
所述第三减速组件403与所述第二减速组件402之间的传动比为4。
三级传动组件4的总传动比为64，即电机输出轴的转动速度为三级传动组件的输出速度的64倍。其中，第一减速组件401与电机模组1之间的传动比为4，即电机输出轴101的转动速度为第一减速组件401输出速度的4倍。第二减速组件402与第一减速组件401之间的传动比为4，即第一减速组件401输出速度为第二减速组件402输出速度的4倍，电机输出轴101的转动速度为第二减速组件402输出速度的16倍。第三减速组件403与第二减速组件402之间的传动比为4，即第二减速组件402输出速度为第三减速组件403输出速度的4倍，电机输出轴101的转动速度为第三减速组件402输出速度的64倍。
在本发明的一优选实施例中，所述电机输出轴101上固定有主动轮6，所述主动轮6用于带动所述三级传动组件转动4。
电机输出轴101在远离所述磁性组件2的一端上固定有主动轮6，当电机输出轴101转动时，主动轮6随着电机输出轴一起转动，主动轮6与三级传动组件4连接，因此，可以带动传动组件4转动。其中，主动轮6可以是齿轮或是带轮，当主动轮6为齿轮时，代表三级传动组件4是齿轮传动的减速结构；当主动轮6为带轮时，三级传动组件4是带传动的减速结构。本领域技术人员可以根据实际需求选择，本发明实施例对此不作限定。
在本发明的优选示例中，主动轮6为主动齿轮，一级减速组件401与主动齿轮啮合传动，一级减速组件401、二级减速组件402和三级减速组件都为齿轮结构，通过齿轮啮合传动。
在本发明的一优选实施例中，所述伺服模组3包括至少两个惠斯通电桥，所述惠斯通电桥包括至少四个穿隧磁阻效应TMR电阻，所述TMR电阻位于不同桥臂。
由于磁性组件2固定在电机输出轴上，因此电机输出轴转动时磁性组件2也会随之转动，在一个固定位置点中的磁场方向和磁场强度也会随着磁性组件2的转动而改变，因此磁场强度和磁场方向的结合即可得到唯一对应的电机输出轴的转动角度。
伺服模组3里面可以设置有两个由TMR电阻构成的惠斯通电桥电路，0～180度1个桥，180～360度另一个桥。每个桥包含4个TMR电阻。伺服模组3能够采用惠斯通电桥电路将磁场强度和磁场方向的信号转变为电阻信息，从而确定电机输出轴的当前角度。
具体的，惠斯通电桥自由层会随着外界磁场的变化而变化TMR电阻会随着自由层和钉扎层的夹角变化而变化通过反正切可以在0～360°里得到每一个绝对角度，从而得到磁性组件2的绝对转动角度。
在本发明的一优选实施例中，所述磁性组件2为环形永磁体。
磁性组件2可以为环形永磁体，提高检测的灵敏度。
在本发明实施例中，当电机模组1转动时，固定在电机输出轴上的磁性组件2检测电机输出轴101的转动角度信息，并将所述转动角度信息发送至伺服模组3；所述电机模组1带动三级传动组件转动4，光耦组件检测三级传动组件中每级从动轮的位置信息，并将所述位置信息发送至伺服模组3；所述伺服模组3根据所述转动角度信息与所述位置信息，确定电机转动位置。由于所述转动角度信息与电机转动角度匹配，所述位置信息与电机转动位置匹配，使得可以在有限的安装位置内提高针对电机的转动位置的检测精度。
本发明实施例还公开了一种电机，包括：如上所述的电机位置检测系统。
需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种电机位置检测系统和电机，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种电机位置检测系统，其特征在于，包括：电机模组、固定在所述电机模组的电机输出轴的磁性组件，与所述磁性组件连接的伺服模组，与所述电机模组连接的三级传动组件，安装在所述电机模组和所述三级传动组件上的光耦组件；
所述电机模组带动所述三级传动组件进行转动；
所述磁性组件检测所述电机输出轴的转动角度信息，并将所述转动角度信息发送至所述伺服模组；
所述光耦组件检测所述三级传动组件中每级从动轮的位置信息，并将所述位置信息发送至所述伺服模组；
所述伺服模组根据所述转动角度信息与所述位置信息，确定电机转动位置。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述伺服模组根据所述转动角度信息与所述位置信息，确定电机转动位置包括：
所述伺服模组在判断所述转动角度信息对应的电机位置与所述位置信息对应的电机位置相同时，确定电机转动位置为所述转动角度信息对应的电机位置。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述三级传动组件包括：与所述电机模组连接的第一减速组件，与所述第一减速组件连接的第二减速组件，与所述第二减速组件连接的第三减速组件，所述第一减速组件的从动轮上设置有第一编码盘光栅，第二减速组件的从动轮上设置有第二编码盘光栅，第三减速组件的从动轮上设置有第三编码盘光栅；
所述光耦组件检测所述三级传动组件中每级从动轮的位置信息包括：
所述光耦组件获取针对所述第一编码盘光栅的第一光检测信息；
所述光耦组件获取针对所述第二编码盘光栅的第二光检测信息；
所述光耦组件获取针对所述第三编码盘光栅的第三光检测信息；
结合第一光检测信息、第二光检测信息以及第三光检测信息确定所述三级传动组件中每级从动轮的位置信息。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述光耦组件包括发射光耦组件和接收光耦组件；
所述发射光耦组件安装在所述电机模组上；
所述接收光耦组件安装在所述伺服模组上。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述发射光耦组件包括第一发射光耦、第二发射光耦以及第三发射光耦；所述接收光耦组件包括第一接收光耦、第二接收光耦以及第三接收光耦；
所述第一编码盘光栅位于所述第一发射光耦和所述第一接收光耦之间；
所述第二编码盘光栅位于所述第二发射光耦和所述第二接收光耦之间；
所述第三编码盘光栅位于所述第三发射光耦和所述第三接收光耦之间。
6.根据权利要求3或4或5所述的系统，其特征在于，所述三级传动组件的总传动比为64，
所述第一减速组件与所述电机模组之间的传动比为4；
所述第二减速组件与所述第一减速组件之间的传动比为4；
所述第三减速组件与所述第二减速组件之间的传动比为4。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电机输出轴上固定有主动轮，所述主动轮用于带动所述三级传动组件转动。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述伺服模组包括至少两个惠斯通电桥，所述惠斯通电桥包括至少四个穿隧磁阻效应TMR电阻，所述TMR电阻位于不同桥臂。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述磁性组件为环形永磁体。
10.一种电机，其特征在于，包括：如权利要求1-9中任一项所述的电机位置检测系统。
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