CN205647188U - 永磁同步伺服电机用智能编码器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种永磁同步伺服电机用智能编码器，包括编码器、与编码器连接的传感器组件和用于接收编码器数据处理结果并数据通信的控制单元，编码器包括数据处理芯片和多路信号调理电路，多路信号调理电路包括第一信号采集放大电路、第二信号采集放大电路、第三信号采集放大电路、第四信号采集放大电路和第五信号采集放大电路，控制单元包括电机控制器、存储器和物联网系统，电机控制器的输入端通过防抖动接口电路与数据处理芯片相接。本实用新型设计新颖，能够同时处理永磁同步伺服电机多种状态参数，对各参数可进行数据预处理，通过物联网系统可实现实时监测电机工况状态，功能完备，使用效率高，实用性强。

Description

永磁同步伺服电机用智能编码器

技术领域

本实用新型属于电机编码器技术领域，具体涉及一种永磁同步伺服电机用智能编码器。

背景技术

永磁同步伺服电机在各种工业装备上已经大量使用，伺服电机的运行状态依靠安装在伺服电机上的编码器进行感知电机的转速和位置，达到伺服控制的目的。现有的永磁同步伺服电机使用的编码器仅仅只能感知电机的转速和位置两个状态参数，可是实际使用中，电机在运行过程中，由于受到负载和环境的影响，其实际运行中除转速和位置外的其他物理状态，比如振动、温度分布，应力分布等等状态信息也在不断变化，这些不断变化的物理信息，是评价电机实际运行状态的有力依据。因此，现如今缺少一种永磁同步伺服电机用智能编码器，能感知电机的转速和位置的同时增设环境监测，并对感知的多个状态参数均进行信号放大滤波调理，可以实时监控电机的工况状态，做到全面监控、快速响应、以及故障预测预报等等智能化动作；另外，物联网的发展为这种智能化的可实施性和可行性带来前所未有的机会。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种永磁同步伺服电机用智能编码器，其设计新颖合理，能够同时处理永磁同步伺服电机多种状态参数，对各参数可进行数据预处理，通过物联网系统可实现实时监测电机工况状态，功能完备，使用效率高，实用性强，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：永磁同步伺服电机用智能编码器，其特征在于：包括套装在所述永磁同步伺服电机中转轴尾端的编码器、与编码器连接且用于采集所述永磁同步伺服电机运行状态参数的传感器组件和用于接收编码器数据处理结果并数据通信的控制单元，所述编码器包括数据处理芯片和与数据处理芯片输入端相接且用于处理所述传感器组件输出信号的多路信号调理电路，所述多路信号调理电路包括第一信号采集放大电路、第二信号采集放大电路、第三信号采集放大电路、第四信号采集放大电路和第五信号采集放大电路，所述控制单元包括电机控制器以及与电机控制器相接的存储器和物联网系统，电机控制器的输入端通过防抖动接口电路与数据处理芯片相接。

上述的永磁同步伺服电机用智能编码器，其特征在于：所述传感器组件包括设置在所述永磁同步伺服电机中转轴前端的转速传感器，设置在所述永磁同步伺服电机中磁极前端的位置传感器，设置在所述永磁同步伺服电机中前轴承外侧、前法兰上、壳体内侧壁上、定子线包处、后法兰上或后轴承外侧的温度传感器，设置在所述永磁同步伺服电机中前轴承外侧、前法兰上、后法兰上或后轴承外侧的振动传感器，设置在所述永磁同步伺服电机中前轴承外侧或后轴承外侧的应力传感器，转速传感器的信号输出端与第一信号采集放大电路的信号输入端相接，位置传感器的信号输出端与第二信号采集放大电路的信号输入端相接，温度传感器的信号输出端与第三信号采集放大电路的信号输入端相接，振动传感器的信号输出端与第四信号采集放大电路的信号输入端相接，应力传感器的信号输出端与第五信号采集放大电路的信号输入端相接。

上述的永磁同步伺服电机用智能编码器，其特征在于：所述电机控制器通过通信模块与物联网系统连接。

上述的永磁同步伺服电机用智能编码器，其特征在于：所述通信模块为有线通信模块或无线通信模块。

上述的永磁同步伺服电机用智能编码器，其特征在于：所述第一信号采集放大电路包括运放U1，运放U1的同相输入端经可变电阻R4与电阻R3的一端相接，运放U1的同相输入端和可变电阻R4的连接端经电容C1接地，可变电阻R4和电阻R3的连接端经并联的电容C2和电阻R6接地；运放U1的反相输入端经电阻R2接地，运放U1的输出端分两路，一路与数据处理芯片相接，另一路经电位器R1与运放U1的反相输入端相接；

所述第二信号采集放大电路包括运放U2，运放U2的同相输入端经可变电阻R10与电阻R9的一端相接，运放U2的同相输入端和可变电阻R10的连接端经电容C3接地，可变电阻R10和电阻R9的连接端经并联的电容C4和电阻R12接地；运放U2的反相输入端经电阻R8接地，运放U2的输出端分两路，一路与数据处理芯片相接，另一路经电位器R7与运放U2的反相输入端相接；

所述第三信号采集放大电路包括运放U3，运放U3的同相输入端经可变电阻R16与电阻R15的一端相接，运放U3的同相输入端和可变电阻R16的连接端经电容C5接地，可变电阻R16和电阻R15的连接端经并联的电容C6和电阻R18接地；运放U3的反相输入端经电阻R14接地，运放U3的输出端分两路，一路与数据处理芯片相接，另一路经电位器R13与运放U3的反相输入端相接；

所述第四信号采集放大电路包括运放U4，运放U4的同相输入端经可变电阻R22与电阻R21的一端相接，运放U4的同相输入端和可变电阻R22的连接端经电容C7接地，可变电阻R22和电阻R21的连接端经并联的电容C8和电阻R24接地；运放U4的反相输入端经电阻R20接地，运放U4的输出端分两路，一路与数据处理芯片相接，另一路经电位器R19与运放U4的反相输入端相接；

所述第五信号采集放大电路包括运放U5，运放U5的同相输入端经可变电阻R28与电阻R27的一端相接，运放U5的同相输入端和可变电阻R28的连接端经电容C9接地，可变电阻R28和电阻R27的连接端经并联的电容C10和电阻R30接地；运放U5的反相输入端经电阻R26接地，运放U5的输出端分两路，一路与数据处理芯片相接，另一路经电位器R25与运放U5的反相输入端相接。

上述的永磁同步伺服电机用智能编码器，其特征在于：所述第一信号采集放大电路、第二信号采集放大电路、第三信号采集放大电路、第四信号采集放大电路和第五信号采集放大电路的数量均为多个。

上述的永磁同步伺服电机用智能编码器，其特征在于：所述防抖动接口电路为单稳态电路或双稳态电路。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型通过编码器中的数据处理芯片同时采集永磁同步伺服电机转速、位置、温度、震动和应力参数，并设置多路信号调理电路对每个参数分别进行信号放大以及信号滤波调理，每个信号采集放大电路结构相同，通过各个电路内集成的可变电阻和电位器调节每个参数所需放大倍数，调理效果好，便于推广使用。

2、本实用新型在永磁同步伺服电机内部前轴承、前法兰、壳体、定子线包、后法兰和后轴承处安装传感器组件，采集转子转速和位置的同时采集环境参数，功能完备，可靠稳定，使用效果好。

3、本实用新型设计新颖合理，采用物联网监测永磁同步伺服电机运行状态，综合多种参数预测电机检修时间，判断电机使用寿命，可合理安排工作计划，提高生产效率，实用性强，便于推广使用。

综上所述，本实用新型设计新颖合理，能够同时处理永磁同步伺服电机多种状态参数，对各参数可进行数据预处理，通过物联网系统可实现实时监测电机工况状态，功能完备，使用效率高，实用性强，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理框图。

图2为本实用新型永磁同步伺服电机和编码器的结构安装示意图。

图3为本实用新型多路信号调理电路的电路原理图。

附图标记说明:

1—转速传感器； 2—位置传感器； 3—温度传感器；

4—振动传感器； 5—应力传感器； 6—编码器；

6-1—第一信号采集放大电路； 6-2—第二信号采集放大电路；

6-3—第三信号采集放大电路； 6-4—第四信号采集放大电路；

6-5—第五信号采集放大电路； 6-6—数据处理芯片；

7—防抖动接口电路； 8—电机控制器； 9—存储器；

10—通信模块； 11—物联网系统； 12-1—转轴；

12-2—前轴承； 12-3—前法兰； 12-4—壳体；

12-5—定子； 12-6—后法兰； 12-7—后轴承。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型包括套装在所述永磁同步伺服电机中转轴12-1尾端的编码器6、与编码器6连接且用于采集所述永磁同步伺服电机运行状态参数的传感器组件和用于接收编码器6数据处理结果并数据通信的控制单元，所述编码器6包括数据处理芯片6-6和与数据处理芯片6-6输入端相接且用于处理所述传感器组件输出信号的多路信号调理电路，所述多路信号调理电路包括第一信号采集放大电路6-1、第二信号采集放大电路6-2、第三信号采集放大电路6-3、第四信号采集放大电路6-4和第五信号采集放大电路6-5，所述控制单元包括电机控制器8以及与电机控制器8相接的存储器9和物联网系统11，电机控制器8的输入端通过防抖动接口电路7与数据处理芯片6-6相接。

如图1和图2所示，本实施例中，所述传感器组件包括设置在所述永磁同步伺服电机中转轴12-1前端的转速传感器1，设置在所述永磁同步伺服电机中磁极前端的位置传感器2，设置在所述永磁同步伺服电机中前轴承12-2外侧、前法兰12-3上、壳体12-4内侧壁上、定子12-5线包处、后法兰12-6上或后轴承12-7外侧的温度传感器3，设置在所述永磁同步伺服电机中前轴承12-2外侧、前法兰12-3上、后法兰12-6上或后轴承12-7外侧的振动传感器4，设置在所述永磁同步伺服电机中前轴承12-2外侧或后轴承12-7外侧的应力传感器5，转速传感器1的信号输出端与第一信号采集放大电路6-1的信号输入端相接，位置传感器2的信号输出端与第二信号采集放大电路6-2的信号输入端相接，温度传感器3的信号输出端与第三信号采集放大电路6-3的信号输入端相接，振动传感器4的信号输出端与第四信号采集放大电路6-4的信号输入端相接，应力传感器5的信号输出端与第五信号采集放大电路6-5的信号输入端相接。

本实施例中，所述电机控制器8通过通信模块10与物联网系统11连接。

本实施例中，所述通信模块10为有线通信模块或无线通信模块。

实际使用中，有线通信模块包括串口或工业以太网通信模块，实现电机控制器8与物联网系统11的有线数据通信；无线通信模块包括GPRS或无线WIFI模块，实现电机控制器8与物联网系统11的无线数据通信。

如图3所示，本实施例中，所述第一信号采集放大电路6-1包括运放U1，运放U1的同相输入端经可变电阻R4与电阻R3的一端相接，运放U1的同相输入端和可变电阻R4的连接端经电容C1接地，可变电阻R4和电阻R3的连接端经并联的电容C2和电阻R6接地；运放U1的反相输入端经电阻R2接地，运放U1的输出端分两路，一路与数据处理芯片6-6相接，另一路经电位器R1与运放U1的反相输入端相接，根据实际需求可手动调节可变电阻R4和电位器R1的阻值，可变电阻R4可调理转速传感器1输入信号的尖峰毛刺起滤波作用，电位器R1可调理转速传感器1输入信号的放大倍数；

所述第二信号采集放大电路6-2包括运放U2，运放U2的同相输入端经可变电阻R10与电阻R9的一端相接，运放U2的同相输入端和可变电阻R10的连接端经电容C3接地，可变电阻R10和电阻R9的连接端经并联的电容C4和电阻R12接地；运放U2的反相输入端经电阻R8接地，运放U2的输出端分两路，一路与数据处理芯片6-6相接，另一路经电位器R7与运放U2的反相输入端相接，根据实际需求可手动调节可变电阻R10和电位器R7的阻值，可变电阻R10可调理位置传感器2输入信号的尖峰毛刺起滤波作用，电位器R10可调理位置传感器2输入信号的放大倍数；

所述第三信号采集放大电路6-3包括运放U3，运放U3的同相输入端经可变电阻R16与电阻R15的一端相接，运放U3的同相输入端和可变电阻R16的连接端经电容C5接地，可变电阻R16和电阻R15的连接端经并联的电容C6和电阻R18接地；运放U3的反相输入端经电阻R14接地，运放U3的输出端分两路，一路与数据处理芯片6-6相接，另一路经电位器R13与运放U3的反相输入端相接，根据实际需求可手动调节可变电阻R16和电位器R13的阻值，可变电阻R16可调理温度传感器3输入信号的尖峰毛刺起滤波作用，电位器R13可调理温度传感器3输入信号的放大倍数；

所述第四信号采集放大电路6-4包括运放U4，运放U4的同相输入端经可变电阻R22与电阻R21的一端相接，运放U4的同相输入端和可变电阻R22的连接端经电容C7接地，可变电阻R22和电阻R21的连接端经并联的电容C8和电阻R24接地；运放U4的反相输入端经电阻R20接地，运放U4的输出端分两路，一路与数据处理芯片6-6相接，另一路经电位器R19与运放U4的反相输入端相接，根据实际需求可手动调节可变电阻R22和电位器R19的阻值，可变电阻R22可调理振动传感器4输入信号的尖峰毛刺起滤波作用，电位器R19可调理振动传感器4输入信号的放大倍数；

所述第五信号采集放大电路6-5包括运放U5，运放U5的同相输入端经可变电阻R28与电阻R27的一端相接，运放U5的同相输入端和可变电阻R28的连接端经电容C9接地，可变电阻R28和电阻R27的连接端经并联的电容C10和电阻R30接地；运放U5的反相输入端经电阻R26接地，运放U5的输出端分两路，一路与数据处理芯片6-6相接，另一路经电位器R25与运放U5的反相输入端相接，根据实际需求可手动调节可变电阻R28和电位器R25的阻值，可变电阻R28可调理应力传感器5输入信号的尖峰毛刺起滤波作用，电位器R25可调理应力传感器5输入信号的放大倍数。

实际接线中，电阻R3的另一端为第一信号采集放大电路6-1的信号输入端，电阻R9的另一端为第二信号采集放大电路6-2的信号输入端，电阻R15的另一端为第三信号采集放大电路6-3的信号输入端，电阻R21的另一端为第四信号采集放大电路6-4的信号输入端，电阻R27的另一端为第五信号采集放大电路6-5的信号输入端；第一信号采集放大电路6-1的信号输入端、第二信号采集放大电路6-2的信号输入端、第三信号采集放大电路6-3的信号输入端、第四信号采集放大电路6-4的信号输入端和第五信号采集放大电路6-5的信号输入端分别通过导线连接在外接口P1的管脚上用于分别调理转速传感器1、位置传感器2、温度传感器3、振动传感器4和应力传感器5输入的信号。

本实施例中，所述第一信号采集放大电路6-1、第二信号采集放大电路6-2、第三信号采集放大电路6-3、第四信号采集放大电路6-4和第五信号采集放大电路6-5的数量均为多个。

实际使用中，可根据实际安装的传感器数量连接对应数量的信号采集放大电路，每类信号采集放大电路设置多个，没有使用的信号采集放大电路可作为预留接口，实现编码器8可扩展的功能，功能完备。

本实施例中，所述防抖动接口电路7为单稳态电路或双稳态电路，实现电机控制器8采集数据的稳定可靠性。

本实用新型使用时，前轴承12-2外侧位置处预埋温度传感器3、振动传感器4和应力传感器5采集该处环境参数对永磁同步伺服电机运行状态的影响；前法兰12-3位置处预埋温度传感器3和振动传感器4采集该处环境参数对永磁同步伺服电机运行状态的影响；壳体12-4内侧壁上预埋温度传感器3采集该处温度参数对永磁同步伺服电机运行状态的影响；定子12-5线包处采集该处温度参数对永磁同步伺服电机运行状态的影响；后法兰12-6位置处预埋温度传感器3和振动传感器4采集该处环境参数对永磁同步伺服电机运行状态的影响；后轴承12-7外侧位置处预埋温度传感器3、振动传感器4和应力传感器5采集该处环境参数对永磁同步伺服电机运行状态的影响；以上六个位置处各传感器采集到的数据分别通过与其连接的信号采集放大电路进行信号调理，汇总到数据处理芯片6-6，通过数据处理芯片6-6的内部电路进行处理，电机控制器8读取数据处理芯片6-6中处理的数据信息，数据处理芯片6-6与电机控制器8连接的接口上安装防抖动接口电路7，避免连接过程中干扰信号，加上转速传感器1和位置传感器2采集的永磁同步伺服电机的速度和位置信息，可以实时监控电机的工况状态，数据可通过存储器9保存供后续参考使用，做到全面监控、快速响应、以及故障预测预报等等智能化动作，通过物联网智能化的通讯方式，可随时掌握永磁同步伺服电机的运行状况；预测电机的检修时间；判断电机的寿命周期等，可以合理的安排工作计划，提高生产效率。

根据实际使用需要，可以增加永磁同步伺服电机上各处传感器的数量，使采集点更加密集，数据更加准确，所有的传感器保证埋设位置的合理性和采集数据的准确性，传感器的位置不能阻碍或降低电机的性能、安全等基本要求，实际使用效果好。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.永磁同步伺服电机用智能编码器，其特征在于：包括套装在所述永磁同步伺服电机中转轴(12-1)尾端的编码器(6)、与编码器(6)连接且用于采集所述永磁同步伺服电机运行状态参数的传感器组件和用于接收编码器(6)数据处理结果并数据通信的控制单元，所述编码器(6)包括数据处理芯片(6-6)和与数据处理芯片(6-6)输入端相接且用于处理所述传感器组件输出信号的多路信号调理电路，所述多路信号调理电路包括第一信号采集放大电路(6-1)、第二信号采集放大电路(6-2)、第三信号采集放大电路(6-3)、第四信号采集放大电路(6-4)和第五信号采集放大电路(6-5)，所述控制单元包括电机控制器(8)以及与电机控制器(8)相接的存储器(9)和物联网系统(11)，电机控制器(8)的输入端通过防抖动接口电路(7)与数据处理芯片(6-6)相接。

2.按照权利要求1所述的永磁同步伺服电机用智能编码器，其特征在于：所述传感器组件包括设置在所述永磁同步伺服电机中转轴(12-1)前端的转速传感器(1)，设置在所述永磁同步伺服电机中磁极前端的位置传感器(2)，设置在所述永磁同步伺服电机中前轴承(12-2)外侧、前法兰(12-3)上、壳体(12-4)内侧壁上、定子(12-5)线包处、后法兰(12-6)上或后轴承(12-7)外侧的温度传感器(3)，设置在所述永磁同步伺服电机中前轴承(12-2)外侧、前法兰(12-3)上、后法兰(12-6)上或后轴承(12-7)外侧的振动传感器(4)，设置在所述永磁同步伺服电机中前轴承(12-2)外侧或后轴承(12-7)外侧的应力传感器(5)，转速传感器(1)的信号输出端与第一信号采集放大电路(6-1)的信号输入端相接，位置传感器(2)的信号输出端与第二信号采集放大电路(6-2)的信号输入端相接，温度传感器(3)的信号输出端与第三信号采集放大电路(6-3)的信号输入端相接，振动传感器(4)的信号输出端与第四信号采集放大电路(6-4)的信号输入端相接，应力传感器(5)的信号输出端与第五信号采集放大电路(6-5)的信号输入端相接。

3.按照权利要求1或2所述的永磁同步伺服电机用智能编码器，其特征在于：所述电机控制器(8)通过通信模块(10)与物联网系统(11)连接。

4.按照权利要求3所述的永磁同步伺服电机用智能编码器，其特征在于：所述通信模块(10)为有线通信模块或无线通信模块。

5.按照权利要求2所述的永磁同步伺服电机用智能编码器，其特征在于：所述第一信号采集放大电路(6-1)包括运放U1，运放U1的同相输入端经可变电阻R4与电阻R3的一端相接，运放U1的同相输入端和可变电阻R4的连接端经电容C1接地，可变电阻R4和电阻R3的连接端经并联的电容C2和电阻R6接地；运放U1的反相输入端经电阻R2接地，运放U1的输出端分两路，一路与数据处理芯片(6-6)相接，另一路经电位器R1与运放U1的反相输入端相接；

所述第二信号采集放大电路(6-2)包括运放U2，运放U2的同相输入端经可变电阻R10与电阻R9的一端相接，运放U2的同相输入端和可变电阻R10的连接端经电容C3接地，可变电阻R10和电阻R9的连接端经并联的电容C4和电阻R12接地；运放U2的反相输入端经电阻R8接地，运放U2的输出端分两路，一路与数据处理芯片(6-6)相接，另一路经电位器R7与运放U2的反相输入端相接；

所述第三信号采集放大电路(6-3)包括运放U3，运放U3的同相输入端经可变电阻R16与电阻R15的一端相接，运放U3的同相输入端和可变电阻R16的连接端经电容C5接地，可变电阻R16和电阻R15的连接端经并联的电容C6和电阻R18接地；运放U3的反相输入端经电阻R14接地，运放U3的输出端分两路，一路与数据处理芯片(6-6)相接，另一路经电位器R13与运放U3的反相输入端相接；

所述第四信号采集放大电路(6-4)包括运放U4，运放U4的同相输入端经可变电阻R22与电阻R21的一端相接，运放U4的同相输入端和可变电阻R22的连接端经电容C7接地，可变电阻R22和电阻R21的连接端经并联的电容C8和电阻R24接地；运放U4的反相输入端经电阻R20接地，运放U4的输出端分两路，一路与数据处理芯片(6-6)相接，另一路经电位器R19与运放U4的反相输入端相接；

所述第五信号采集放大电路(6-5)包括运放U5，运放U5的同相输入端经可变电阻R28与电阻R27的一端相接，运放U5的同相输入端和可变电阻R28的连接端经电容C9接地，可变电阻R28和电阻R27的连接端经并联的电容C10和电阻R30接地；运放U5的反相输入端经电阻R26接地，运放U5的输出端分两路，一路与数据处理芯片(6-6)相接，另一路经电位器R25与运放U5的反相输入端相接。

6.按照权利要求5所述的永磁同步伺服电机用智能编码器，其特征在于：所述第一信号采集放大电路(6-1)、第二信号采集放大电路(6-2)、第三信号采集放大电路(6-3)、第四信号采集放大电路(6-4)和第五信号采集放大电路(6-5)的数量均为多个。

7.按照权利要求1所述的永磁同步伺服电机用智能编码器，其特征在于：所述防抖动接口电路(7)为单稳态电路或双稳态电路。