CN1427263A - 测量电机速度的方法 - Google Patents

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Abstract

一种电机的速度传感器，检测由换向引起的电枢磁场中的变化，以产生表示电机转速的输出信号。

Description

测量电机速度的方法
发明领域
本发明涉及一种检测绕线转子电机速度的方法，特别是PMDC电机，还涉及用于执行该方法的装置。
背景技术
有许多方法用于检测电机的旋转速度。霍尔效应传感器可以检测附加在轴或转子铁芯上的磁体的旋转，光传感器可以检测圆盘或转子铁芯的亮和暗的部分的旋转。这些选项比较昂贵，但是通常较可靠。
其它选项包括监视电机电流中的换向尖峰，以及由于转子在定子磁场内旋转而造成的磁场强度变化。尽管较便宜，而且在清洁的环境下能够成功，但是这些方法在电气噪声环境下往往会有错误的读数，并且在接近电机寿命终点时，由于电刷所产生的电噪声的增加而常常变得不能使用。
因此，需要一种便宜且可靠的方法，用于检测电机的速度。
发明概述
因此，本发明提供一种方法，用于生成表示具有绕线转子的PMDC电机转速的信号，包括以下步骤：
通过测量转子的电磁发射来制造一个生信号；
通过对该生信号滤波，隔离所述绕线转子的电磁作用，从而产生第二信号，包括与换向相关的尖峰；
通过处理该第二信号，将所述尖峰变为方波，从而产生输出信号。
根据第二方面，本发明提供一种PMDC电机，包括：一个永磁定子；与该定子对应的绕线转子；一个速度传感器，包括一个传感器线圈，该线圈的位置与转子隔开，但是在该转子产生的电磁场中，并且当电机工作时产生一个生的输入信号，还包括一个信号处理电路，连接到所述线圈，用于接收所述生输入信号，并产生一个速度指示输出信号，所述电路包括一个滤波器，用于对所述输入信号滤波，和一个信号整形器，以便将经过滤波的信号转换为输出信号，其中，该信号整形器包括一个方波脉冲发生器，由经滤波的信号中的尖峰触发，产生脉冲序列输出信号。
优选的和/或可选的特征在从属权利要求中定义。
附图简述
下面通过举例，结合附图描述本发明的一个优选实施例，其中：
图1是一种优选的信号处理方法的框图；
图2是说明用于执行图1所示方法的优选电路实施例的简化电路图；以及
图3是说明当通过图2的电路时信号的形状的信号波形。
优选实施例详述
本发明采用拾波线圈20检测电机的旋转。其操作原理与采用拾波线圈的现有技术传感器具有根本性区别。本发明采用一种拾波线圈，该线圈是导体线圈，最好，但不必，用绝缘铜导线绕在钢芯上形成螺旋线圈。该线圈放置在靠近电机的绕线转子。确切的位置不是关键的，但是越靠近电机的线圈信号越强。但是至少在一些应用中，该线圈可以位于电机外面。
线圈20拾取由于换向所导致的由转子产生的磁场变化。在实践中，该线圈将在其所处位置拾取磁场的任何变化。该磁场变化在线圈端子上产生变化的电压形式的电信号。这就是生传感器信号21(如图3A所示)。
该生传感器信号被传递到图1中的框图所表示的电子滤波和整形电路。通过将传感器线圈放置在靠近转子线圈的地方，当转子旋转使得线圈接通和关断时造成的流过转子线圈的电流变化引起的变化被线圈拾取。因为每个通过电流的导体产生磁场，所以，通过转子绕组的线圈的变化的电流产生变化的磁场，该磁场被作为空气耦合变压器的传感器线圈拾取，尽管该传感器线圈有钢芯，但该钢芯与转子铁芯被空气隙分开。
该变化的磁场正是我们期望监视的。但是，传感器线圈还拾取由于转子铁芯在定子磁场中旋转所造成的定子磁场的变化。该附加的变化磁场和其它因素产生不期望的信号，该信号构成低频动态噪声，上述电子电路从生信号中消除该噪声。
因此，生信号21被传递到小信号微分放大器22，以增加该信号的强度。尽管该放大器也增加噪声的强度，但是其高增益能够限制从传感器21传导的EMI(电磁干扰)。然后，经放大的生信号23通过一个高通滤波器24来消除噪声分量，其尖峰被转换为触发信号25。该信号25可以用于通过测量尖峰之间的时间来确定电机的速度。
但是，测量方波脉冲之间的时间差更容易，因此，用触发信号25触发方波脉冲发生器，以产生一系列预定脉宽且在时间上对应于所述尖峰的方波脉冲。其幅度与TTL兼容，脉宽被选择为在电机最高速度下不重叠。
因此，输出信号27是脉冲序列，从而通过测量相邻脉冲前沿(或后沿)之间的时间间隔并考虑被监视电机每转一圈的脉冲个数，可以确定电机的瞬时速度。
图2说明用于执行图1中的框图步骤的低价版本的电路。如图所示，该电路可以简单到只有3个运算放大器和一个集成电路加上几个分立元件。方波发生器26采用555芯片40，用0.1μ电容(CT)41和20K整形器(RT)42来设定由1.1RTCT确定的脉冲宽度。
图3示出从上述电路中的三个级提取的三个波形，来显示当信号通过该电路时如何被改变。波形(A)是生信号21，波形(B)是触发信号25，波形(C)是输出信号27。这些波形具有共同的时间轴，但是因为电压能够随线圈位置、电机类型和放大器设定而变化，所以它们的y轴不同。
可以看出，在生信号21中，在尖峰上叠加了低频磁场噪声分量，且尖峰与方波脉冲序列的前沿对齐。
而且，生信号21的信号强度很低。但是通过放大该信号，然后利用高通滤波器，触发信号25就变得非常干净，且信号强度提高。整形处理产生一个强壮、干净和稳定的输出信号27，适合于可靠、简单的速度控制电路。
上述实施例只是通过举例描述的，对于本领域的普通技术人员，在不脱离由所附权利要求定义的本发明的范畴的情况下，各种改动将是显然的。

Claims (13)

1.一种方法，用于产生表示PMDC电机转速的信号，该电机包括一个绕线式转子，所述方法包括以下步骤：
通过测量所述电机的电磁发射来产生生信号(21)；和
通过对该生信号滤波以隔离所述绕线转子的作用来产生第二信号(25)，所述绕线转子的作用包括与换向有关的尖峰；其特征在于
通过处理所述第二信号(25)，将尖峰改变为方脉冲，从而产生输出信号(27)。
2.根据权利要求1的方法，其中所述方脉冲具有预定的恒定脉宽。
3.根据权利要求1的方法，其中所述输出信号被放大以产生具有预定输出电压的一个脉冲序列。
4.根据权利要求1的方法，其中所述生信号(21)是通过将线圈(20)放置在所述转子附近并且在该转子的电磁场内而产生的。
5.根据权利要求4的方法，其中用钢棒作为所述线圈(20)的铁芯。
6.根据权利要求1的方法，其中所述第二信号是通过使生信号通过一个高通滤波器(24)而产生的。
7.根据权利要求6的方法，其中所述生信号(21)在通过所述高通滤波器(24)之前被放大器(22)放大。
8.一种PMDC电机，包括：
一个永磁定子；
与所述定子对应的绕线转子；
一个速度传感器，包括一个传感器线圈(20)，该线圈的位置与转子隔开，但是在该转子产生的电磁场中，并且当电机工作时产生一个生的输入信号；以及
一个信号处理电路，连接到所述线圈(20)，用于接收所述生输入信号(21)，并产生一个指示电机速度的输出信号(27)，所述电路包括一个滤波器，用于对所述输入信号(21)滤波，和一个信号整形器，以便将经过滤波的信号(25)转换为输出信号(27)。
其特征在于，该信号整形器包括一个方波脉冲发生器(26)，由所述经滤波的信号(25)中的尖峰触发，产生脉冲序列作为输出信号(27)。
9.根据权利要求8的电机，其中所述滤波器包括放大器(22)，用于放大所述生信号(21)，还包括一个高通滤波器(24)，用于消除低频噪声。
10.根据权利要求8的电机，其中所述方波脉冲发生器(26)产生预定恒定脉宽的脉冲。
11.根据权利要求8的电机，其中所述输出信号(27)与TTL兼容。
12.根据权利要求8的电机，其中所述线圈(20)具有铁氧体铁芯。
13.根据权利要求8-12中任一项的电机，其中所述线圈(20)是芯片式线圈。
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