CN207968359U - 电机位移传感器与运动控制器 - Google Patents

Abstract

一种电机位移传感器，包括：获取端，用于获取电机换向极的电流波动信号；变压器，用于放大所述电流波动信号；整形滤波模块，用于对经过放大的电流波动信号进行滤波整形，以得到所需的方波信号；运算模块，用于根据所述方波信号计算电机的运动位置。一种运动控制器，包括：指令输入模块，用于接收用户输入的控制指令；电机位移传感器，用于测量电机的运动位置；运算控制模块，用于根据所述控制指令与所述电机的运动位置的测量值计算所述电机所需的位移量，根据所述电机所需的位移量生成驱动指令并输出至所述电机。本实用新型提供的电机位移传感器与运动控制器无需改变普通电机的结构即可实现普通电机的位置感测，用途广泛、易于实现。

Description

电机位移传感器与运动控制器

技术领域

本实用新型属于电机位置测量技术领域，具体地来说，是一种电机位移传感器与运动控制器。

背景技术

随着现代工业的发展，电机的应用越来越广泛，成为各行各业不可或缺的动力输出装置。为了保证电机的运动精度，常需对电机进行位置控制。目前，常用的反馈控制电机包括步进电机、伺服电机等类型，满足不同的应用需要。

现有技术中，位移传感器是电机位置控制中常用的一种传感器，包括编码器、霍尔传感器等类型。其中，具有霍尔传感器的电机为霍尔电机。霍尔电机利用霍尔效应，当霍尔电机的转子经过霍尔传感器所在位置时，霍尔传感器会产生相应的信号，以便控制器进行记忆，从而确定霍尔电机转过的位移。

霍尔电机在实现位置感测的同时，也存在一些弊端。例如，霍尔电机需要增加霍尔传感器并改变电机结构，同时需要增加独立的供电与信号采集线，使霍尔电机的结构十分复杂，不易实现。而在未设置霍尔传感器的普通电机中，无法通过该方式实现位置感测。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种电机位移传感器与运动控制器，无需改变普通电机的结构即可实现普通电机的位置感测，用途广泛、易于实现。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：

一种电机位移传感器，包括：

获取端，用于获取电机换向极的电流波动信号；

变压器，用于放大所述电流波动信号；

整形滤波模块，用于对经过放大的电流波动信号进行滤波整形，以得到所需的方波信号；

运算模块，用于根据所述方波信号计算电机的运动位置。

作为上述技术方案的改进，所述变压器的初级线圈匝数小于次级线圈匝数，所述初级线圈与所述获取端电性连接，所述次级线圈与所述整形滤波模块的输入端电性连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述变压器与晶体管组成放大器，所述放大器的输入端与所述获取端电性连接，所述放大器的输出端与所述整形滤波模块的输入端电性连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述获取端与所述电机换向极电性连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述运算模块包括单片机、微处理器或运算电路。

一种运动控制器，包括：

指令输入模块，用于接收用户输入的控制指令；

以上任一项所述的电机位移传感器，用于测量电机的运动位置；

运算控制模块，用于根据所述控制指令与所述电机的运动位置的测量值计算所述电机所需的位移量，根据所述电机所需的位移量生成驱动指令并输出至所述电机。

作为上述技术方案的改进，所述指令输入模块包括操作按键或者触摸屏。

作为上述技术方案的进一步改进，所述运算控制模块包括单片机、微处理器或运算电路。

作为上述技术方案的进一步改进，所述运算模块的输出端与所述运算控制模块的输入端电性连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述控制指令包括由所述电机驱动的运动体的速度、加速度与位移。

本实用新型的有益效果是：

通过设置获取端、变压器、整形滤波模块与运算模块，根据电机换向极的微弱电流波动进行采集计算，即可确定普通电机的运动位置，实现普通电机的位置感测，进而进行反馈控制，提供具有高测量精度的电机位移传感器与高控制精度的运动控制器，无需改变普通电机的结构，用途广泛、易于实现。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实用新型实施例1提供的电机位移传感器的结构示意图；

图2是本实用新型实施例2提供的电机位移感测方法的步骤流程示意图；

图3是本实用新型实施例3提供的运动控制器的结构示意图；

图4是本实用新型实施例3提供的运动控制器的指令输入模块的结构示意图。

主要元件符号说明：

1000-运动控制器，0100-电机位移传感器，0110-获取端，0120-放大器， 0121-变压器，0122-晶体管，0130-整形滤波模块，0140-运算模块，0200- 指令输入模块，0210-操作器本体，0211-安装孔，0220-操作按键，0300-运算控制模块，2000-电机，2100-电机换向极。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对电机位移传感器与运动控制器进行更全面的描述。附图中给出了电机位移传感器与运动控制器的优选实施例。但是，电机位移传感器与运动控制器可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对电机位移传感器与运动控制器的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在电机位移传感器与运动控制器的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

请参阅图1，本实施例公开一种电机位移传感器0100，该电机位移传感器0100包括获取端0110、变压器0121、整形滤波模块0130与运算模块 0140，用于实现普通电机2000的位置感测，进而进行反馈控制，提供具有高控制精度的电机驱动系统。以下对该电机位移传感器0100的主要构造进行具体介绍。

获取端0110用于获取电机换向极2100的电流波动信号。示范性地，获取端0110与电机换向极2100电性连接。获取端0110可采用金属极、导线等方式实现，从而传递电流波动信号。

一般地，电机2000中设有多个电机换向极2100。电机换向极2100亦称“间极”、“整流极”或“附加极”，常由钢片叠成或由整块钢制成。其装在带有换向器的电机2000上，位于主磁极间的几何中心线上。示范性地，直流电机2000中多设有电机换向极2100。

电机换向极2100上装有绕组，并和电枢绕组串联，用以建立磁场，抵消中性区中的电枢磁场，并在被刷短路的换向元件中产生换向电势来尽量补偿电抗电势，从而减小火花以改善换向情况。电机换向极2100不仅可以避免烧损换向器和电刷，保证电机2000的长期安全运转，而且减弱对附近无线电接收机或其他通信线路的干扰。

当电机2000运转时，其转子转动地经过电机换向极2100。与此同时，电机换向极2100中将产生微弱的电动势，并引起其中电流信号的微弱波动。可见地，该电流信号波动即表征电机2000转过的位移。通过检测该电流信号，即可确定电机2000的位移及转速等相关参数，实现位置感测。

变压器0121用于放大所述电流波动信号，以使该微弱波动放大至可以观察的数值范围，亦即进入感测量程范围。换言之，变压器0121输出端的电流信号大小应位于整形滤波模块0130的处理范围内。

示范性地，变压器0121的初级线圈匝数小于次级线圈匝数，使初级线圈的电压小于次级线圈，实现电压放大。其中，初级线圈与获取端0110电性连接，次级线圈与整形滤波模块0130的输入端电性连接，使电流波动信号自获取端0110流向整形滤波模块0130。

示范性地，变压器0121可与晶体管0122组成放大器0120，进一步优化电流放大效果。其中，放大器0120的输入端与获取端0110电性连接，放大器0120的输出端与整形滤波模块0130的输入端电性连接，形成完整的电路连接。

整形滤波模块0130用于对经过放大的电流波动信号进行滤波整形，以得到所需的方波信号。所谓整形，是指使边沿变化缓慢的信号波形变为边沿陡峭的矩形波。所谓滤波，是指将信号中特定波段频率滤除，以排除噪声干扰。

经过整形滤波模块0130的处理，经过放大的电流波动信号被整形为较为理想的方波信号，满足运算模块0140的处理要求。可以理解，方波信号根据运算模块0140的要求决定。其中，整形滤波模块0130可通过整形滤波器(如施密特触发器与滤波器结合)实现。

运算模块0140用于根据所述方波信号计算电机2000的运动位置。由于电机换向极2100的位置在电机2000上是确定的，根据方波信号，运算模块0140即可确定电机2000的当前位置。进而，结合上一测量时刻的电机2000位置，即可确定电机2000的运动位移。

示范性地，运算模块0140可采用单片机、微处理器或运算电路等类型实现。

其中，单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器、随机存储器、只读存储器、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统。

其中，微处理器由一片或少数几片大规模集成电路组成的中央处理器。微处理器的基本组成部分有：寄存器堆、运算器、时序控制电路，以及数据和地址总线。

其中，运算电路可以是模拟电路，亦可是数字电路，具有相应的电路处理能力。

实施例2

请结合参阅图1～2，本实施例公开一种电机位移感测方法，该方法包括以下步骤：

A：获取电机换向极2100的电流波动信号；

B：放大所述电流波动信号；

C：对经过放大的电流波动信号进行整形滤波，以得到所需的方波信号。可以理解，方波信号根据运算模块0140的要求决定。

D：根据所述方波信号计算电机2000的运动位置。

实施例3

请结合参阅图1～4，本实施例公开一种运动控制器1000，该运动控制器1000包括指令输入模块0200、实施例1所介绍的电机位移传感器0100 与运算控制模块0300，用于实现对电机2000及运动体的高精度反馈控制。以下对该运动控制器1000的主要构造进行具体介绍。

其中，指令输入模块0200用于接收用户输入的控制指令，以便用户进行具体的动作控制。其中，指令输入模块0200可以采用实时手动输入方式 (即由用户手动操作)，亦可以通过接口方式自上位机接收系统预设的控制指令。

示范性地，指令输入模块0200采用接触式输入方式，用于接收用户输入的控制指令或查询信息。例如，指令输入模块0200包括操作按键0220/ 机械键盘、触控屏等类型，以机械接触实现信息输入。

进一步地，指令输入模块0200包括操作器本体0210与操作按键0220。操作器本体0210内部设有容纳腔，用于容纳运算控制模块0300。操作器本体0210的表面设有至少一个安装孔0211，用于对应安装操作按键0220，以实现不同的控制功能。

补充说明，所述控制指令包括由电机2000驱动的运动体的速度、加速度与位移等目标参数，以为运算控制模块0300提供必要的控制目标，实现对运动体的具体控制。

如前所述，电机位移传感器0100用于测量电机2000的运动位置，为运算控制模块0300的计算提供数值基础，实现对电机2000及由电机2000 驱动的运动体的实现控制，以反馈控制方式保证控制精度。

运算控制模块0300用于根据所述控制指令与电机2000的运动位置的测量值计算电机2000所需的位移量，根据电机2000所需的位移量生成驱动指令并输出至电机2000。

例如，根据用户输入或系统预设的速度、加速度与位移等目标参数，运算控制模块0300得到与电机2000对应的速度-位移曲线，并根据电机位移传感器0100的实时测量值，计算电机2000的实时位置、实时速度与实时加速度，进而进行匹配调节，直至电机2000的相关参数与速度-位移曲线匹配一致，即完成反馈控制。

示范性地，运算控制模块0300可采用单片机、微处理器或运算电路等类型实现。

示范性地，运算模块0140的输出端与运算控制模块0300的输入端电性连接，保证电机位移传感器0100的测量值快速可靠地输入至运算控制模块0300。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电机位移传感器，其特征在于，包括：

获取端，用于获取电机换向极的电流波动信号；

变压器，用于放大所述电流波动信号；

整形滤波模块，用于对经过放大的电流波动信号进行整形滤波，以得到所需的方波信号；

运算模块，用于根据所述方波信号计算电机的运动位置。

2.根据权利要求1所述的电机位移传感器，其特征在于，所述变压器的初级线圈匝数小于次级线圈匝数，所述初级线圈与所述获取端电性连接，所述次级线圈与所述整形滤波模块的输入端电性连接。

3.根据权利要求1所述的电机位移传感器，其特征在于，所述变压器与晶体管组成放大器，所述放大器的输入端与所述获取端电性连接，所述放大器的输出端与所述整形滤波模块的输入端电性连接。

4.根据权利要求1所述的电机位移传感器，其特征在于，所述获取端与所述电机换向极电性连接。

5.根据权利要求1所述的电机位移传感器，其特征在于，所述运算模块包括单片机、微处理器或运算电路。

6.一种运动控制器，其特征在于，包括：

指令输入模块，用于接收用户输入的控制指令；

权利要求1-5任一项所述的电机位移传感器，用于测量电机的运动位置；

运算控制模块，用于根据所述控制指令与所述电机的运动位置的测量值计算所述电机所需的位移量，根据所述电机所需的位移量生成驱动指令并输出至所述电机。

7.根据权利要求6所述的运动控制器，其特征在于，所述指令输入模块包括操作按键或触摸屏。

8.根据权利要求6所述的运动控制器，其特征在于，所述运算控制模块包括单片机、微处理器或运算电路。

9.根据权利要求6所述的运动控制器，其特征在于，所述运算模块的输出端与所述运算控制模块的输入端电性连接。

10.根据权利要求6所述的运动控制器，其特征在于，所述控制指令包括由所述电机驱动的运动体的速度、加速度与位移。