WO2010124595A1

WO2010124595A1 - 多节伺服潜油电机

Info

Publication number: WO2010124595A1
Application number: PCT/CN2010/072136
Authority: WO
Inventors: 郝双晖; 郝明晖
Original assignee: 浙江关西电机有限公司
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2010-04-23
Publication date: 2010-11-04
Also published as: CN101877521B; CN101877521A

Description

多节伺服潜油电机技术领域

本发明涉及一种伺服电机，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。

基于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传感器。

所述的位置检测传感器，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。

所述的位置检测传感器，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传感器的信号处理装置，包括：

A/D转换模块，对位置检测传感器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，对位置检测传感器发送来的经过 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 ; 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传感器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 R_Q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传感器发送来的、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。

如果位置检测传感器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。

所述的位置检测传感器，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个均匀分布的磁感应元件， n= l， 2…！ 1，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 m个呈一定角度分布的磁感应元件， m为 2或 3的整数倍，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。

所述的位置检测传感器，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。

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 对磁极，其中？<=2°且11=0， 1， 2…！ 1，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个呈一定角度分布的磁感应元件， m为 2或 3的整数倍；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个呈一定角度分布的磁感应元件， n=0， 1，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；

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。

所述的位置检测传感器还包括两个导磁环，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。

上述的位置检测传感器的信号处理装置，包括：

A/D转换模块，对位置检测传感器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；相对偏移角度计算模块，用于计算位置检测传感器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；

绝对偏移量计算模块，根据位置检测传感器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；

角度合成及输出模块，用于将上述相对偏移量和绝对偏移量相加，合成所述第一电压信号所代表的在该时刻的旋转角度；

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，对来自于位置检测传感器的电压信号进行放大。

所述的位置检测传感器的信号处理装置，

所述相对偏移角度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传感器发送来的经过 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0，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。

所述相对偏移角度计算模块还包括温度补偿单元，用于消除温度对位置检测传感器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 R。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传感器发送来的、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传感器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。

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、磁电式位置检测传感器非接触式测量方式，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、磁电式位置检测传感器抗振动，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传感器成为潜油伺服电机传感系统的较好选择。

4、与光电式位置检测传感器相比，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传感器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是磁电式位置检测传感器在潜油伺服电机上的整体安装结构示意图；

图 11是磁电式位置检测传感器安装结构分解图；

图 12是磁电式位置检测传感器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传感器方案的分解示意图；图 15 是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传感器方案的信号处理装置的框图；

图 16是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传感器方案的分解示意图；图 17 是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传感器方案的信号处理装置的框图；

图 18是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传感器方案的分解示意图；图 19 是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传感器方案的信号处理装置的框图；

图 20是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传感器方案的分解示意图；图 21 是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传感器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传感器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传感器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传感器方案的安装示意图；

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传感器信号处理流程图；

图 35是第二实施例的位置检测传感器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传感器的结构示意图；

图 37是根据第三实施例的位置检测传感器的分解立体图；

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传感器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 805用联轴器 804连接。螺纹法兰 813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 (如图 5所示）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 806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 807，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传感器及其信号处理装置与方法。

图 10是磁电式位置检测传感器在潜油伺服电机 700上的整体安装结构示意图。磁电式位置检测传感器系统由磁电式位置检测传感器电路板 701、磁感应元件 702、磁钢环 703、导磁环 704、密封件 705、位置检测传感器线 706、不锈钢罩 708及外壳（未图示）等组成，磁电式位置检测传感器电路板 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 703安装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传感器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传感器的电路板 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传感器线 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。磁电式位置检测传感器系统分两处安装，产生正弦磁场的磁钢环 703安装在潜油伺服电机的尾轴 707上，剩下的部分与密封件 705构成一体，成组件化安装。安装磁电式位置检测传感器的密封件 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传感器系统对磁路的要求。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。

磁电式位置检测传感器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传感器，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。

这种位置检测传感器的安装结构既达到了位置检测传感器密封性的要求，要使得磁电式位置检测传感器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传感器电路板上被处理，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是磁电式位置检测传感器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，位置检测传感器电路板 701、磁感应元件 702、导磁环 704与密封件 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传感器在潜油伺服电机中的应用安装方便可靠。

图 12是磁电式位置检测传感器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传感器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传感器系统的要求对应。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传感器的信号处理装置，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传感器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 ; 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传感器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传感器方案的分解示意图。位置检测传感器包括感应元件 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，位置检测传感器有两个磁感应元件，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传感器方案的信号处理装置的框图。磁感应元件 H_la和 H_2a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 20a、 21 a, 系数矫正器 7的输出信号 K接乘法器 20a、 21 a的输入端，乘法器 20a、 21 a的输出信号接合成器 3a的输入端，合成器 3a输出信号 D和 R，系数矫正器 5a接收合成器 3a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 H_la和 H_2a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 40a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。

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 D与信号 R。的对应表，其中信号 R。为信号 R在标准状态下的信号，通过合成模块，即合成器 3a得到的信号 D，通过査表可以得到一信号 R。，通过将信号 R。和信号 R进行比较，如除法运算，得到信号1^。

其中对信号的处理，即合成器 3a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。

_0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

否则：

D={ A_0 ; B_0 ; A_D }

R= lA² + B² 。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传感器方案的分解示意图。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，位置检测传感器有三个磁感应元件，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传感器方案的信号处理装置的框图。位置检测传感器包括感应元件 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 3c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。

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. _o; C- -0} = 101 并且 A— — D< C_D

D={ A— — 0; B_ — 0; C_0 ; A— — D }

如果 { A. — 0; B. _o; C- -0} =011 并且 B_ — D>=C_D

D={ A— — 0; B_ — 0; C_0 ; c— — D }

如果 { A. — 0; B. _o; C- -0} =011 并且 B_ — D<C_D

D={ A— — 0; B_ — 0; C_0 ; B— — D }

如果 { A. — 0; B. _o; C- -0} = 100 并且 B_ — D>=C_D

D={ A— — 0; B_ — 0; C_0 ; c— — D }

如果 { A. — 0; B. _o; C- -0} = 100 并且 B_ — D<C_D

D={ A— — 0; B_ — 0; C_0 ; B— — D }

如果 { A. — 0; B. _o; C- -0} =001 并且 B_ — D>=A_D

D={ A— — 0; B_ — 0; C_0 ; A— — D }

如果 { A. — 0; B. _o; C- -0} =001 并且 B_ _D<A_D

D={ A— — 0; B_ — 0; C_0 ; B— — D }

如果 { A. — 0; B. _o; C- -0} = 110 并且 B_ — D>=A_D

D={ A— — 0; B_ — 0; C_0 ; A— — D }

如果 { A. — 0; B. _o; C- -0} = 110 并且 B_ — D<A_D D={ A_0 ; B_0 ; C_0 ; B_D }

π π

a = A - B xcos (―) - Cxcos (―)

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传感器方案的分解示意图。位置检测传感器包括感应元件 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，位置检测传感器有四个磁感应元件，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传感器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传感器方案的分解示意图。位置检测传感器包括感应元件 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，位置检测传感器有六个磁感应元件，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传感器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 22Α-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 22Α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 22Α所示的导磁环没有设计倒角，图 22Β到图 22D所示的弧段端部设有倒角，所述倒角为沿轴向（图 22Β ) 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。

β₌ Φ

根据磁密公式 S可以知道，当 ^一定时候，可以通过减少 ^，增加 β。因为永磁体产生的磁通是一定的，在导磁环中较大，所以 Β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传感器的信号处理方法的流程图。如图 23所示，图中的 "位置检测装置"就是"位置检测传感器"。本实施例中位置检测传感器的信号处理方法包括以下步骤：

S 100, 对位置检测传感器发送来的多个电压信号进行 A/D转换； S 101 , 对位置检测传感器发送来的经过 A/D转换的多个电压信号进行处理得到基准信号 D ; S 102, 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。

优选地，所述方法还包括：在步骤 S 101 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 S 103 , 根据得到的基准信号 R。和 R进行运算，得到信号 K; 在对位置检测传感器发送来的经过 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传感器的安装方案，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，这些是位置检测传感器的关键部件，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传感器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传感器方案的安装示意图。本实施例的位置检测传感器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 204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），假定转子在时刻旋转角度位于第" ^ί¾信号周期内，则此时刻角位移可认为由两部分构成： 1. 在第信号周期内的相对偏移量，磁感应元件和 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 (值大于 0小于 360° /g ) ; 2. 第" 信号周期首位置的绝对偏移量，用传感器 H₃， H₄， ...¾>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。

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个均匀分布的磁感应元件， n=l， 2…！ 1，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传感器及其原理的信号处理装置，其包括： A/D 转换模块、相对偏移量计算模块、绝对偏移量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；由相对偏移量计算模块对位置检测传感器发送来的对应于第一磁钢环的第一电压信号进行角度求解，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；由绝对偏移量计算模块对位置检测传感器发送来的对应于第二磁钢环的第一电压信号进行角度求解，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；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和绝对偏移量相加，合成所述第一电压信号所代表的在该时刻的旋转角度。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传感器发送来的经过 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；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传感器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，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传感器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。

图 35是本实施例的位置检测传感器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_1、 5_1，系数矫正器 10_1输出信号接乘法器 4_1、 5_1的输入端，乘法器 4_1、 5_1的输出信号 A、 B接合成器 6_1的输入端，第一合成器 6_1对信号 A、 B进行处理，得到信号0、 R，根据信号 D从存储器 8_1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。其中，第五合成器 6_1 的输出信号 R输送给系数矫正器 10_1，系数矫正器 10_1根据信号 R和从存储器 9_1中査表得到信号 R。得到信号 K，该信号 Κ作为乘法器 4_1、 5_1 的另一输入端，与从放大器 2_1、 2_2输出的信号 Cl、 C2分虽相乘得到信号 A、 B作为第一合成器 6_1的输入。

传感器 1_3、 1_4、 ... l_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 3_3、 3_4、 ...3_n进行模数转换后通过第二合成器 7_1进行合成，得到一信号 E; 根据该信号 E在存储器 11_1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，和通过加法器 12_1得到测量的绝对角位移输出。第二合成器 7_1的功能是，通过对传感器 H_3e、 H_4e、 ...H_ne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_1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_1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

否则：

信号 K一般是通过将信号 R。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。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。

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传感器的分解立体图。在骨架 306上对应于磁钢环 302、磁钢环 303分别设有两列磁感应元件 307。图中只示出一列磁感应元件，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 307表示，而将第二列磁感应元件即对应磁钢环 303和导磁环 305的多个磁感应元件也用磁感应元件 307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，将导磁环 305限定为对应于第二磁钢环，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 N对磁极，？ 2°且11=0， 1， 2…！ 1，当 N = 2ⁿ时为本发明的最佳实施例，当 N 2ⁿ的时候，也可以实现本发明的发明目的，并且相邻两极的极性相反，第二磁钢环的磁极总数为 N，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个呈一定角度分布的磁感应元件 307， m为 2或 3 的整数倍；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个呈 360° /N角度分布的磁感应元件 307， n=0， 1， 2…！ ι。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° /N。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° /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。

图 40是根据第三实施例的位置检测传感器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。

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传感器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

权利要求书

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，对电机进行支撑。

3、如权利要求 1 所述的多节伺服潜油电机，其特征在于，所述的电机轴的尾部通过密封装置与编码器相连。

4、如权利要求 3 所述的多节伺服潜油电机，其特征在于，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传感器。

5、如权利要求 4所述的多节伺服潜油电机，其特征在于，所述的位置检测传感器，其特征在于，该位置检测传感器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。

6、如权利要求 5 所述的多节伺服潜油电机，其特征在于，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。

7、如权利要求 6所述的多节伺服潜油电机，其特征在于，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。

8、如权利要求 6所述的多节伺服潜油电机，其特征在于，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。

9、如权利要求 5 所述的多节伺服潜油电机，其特征在于，所述的位置检测传感器包括信号处理装置，该信号处理装置包括：

合成模块，对位置检测传感器发送来的经过 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0，在标准角度表中选择与其相对的角度作为偏移角度 ; 以及

存储模块，用于存储标准角度表和修正数据表。

10、如权利要求 9所述的多节伺服潜油电机，其特征在于，所述的信号处理装置还包括温度补偿模块，设置在 A/D转换模块和合成模块之间，用于消除温度对位置检测传感器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 R。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传感器发送来的、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。

11、如权利要求 10所述的多节伺服潜油电机，其特征在于，所述温度补偿模块之前还包括差分模块，当位置检测传感器发送来的一个电压信号为 2或 3的倍数时，用于抑制温度和零点漂移，并提高数据精度。

12、如权利要求 4所述的多节伺服潜油电机，其特征在于，所述的位置检测传感器，主要包括传感器本体、不锈钢罩、密封装置和外壳，

不锈钢罩外部通过密封装置与外壳密封并固定；

13、如权利要求 12所述的多节伺服潜油电机，其特征在于，在所述的不锈钢罩上，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。

14、如权利要求 12所述的多节伺服潜油电机，其特征在于，所述磁感应元件直接表贴在不锈钢罩的外表面。

15、如权利要求 12所述的多节伺服潜油电机，其特征在于，所述的位置检测传感器还包括两个导磁环，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。

16、如权利要求 15所述的多节伺服潜油电机，其特征在于，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。

17、如权利要求 4所述的多节伺服潜油电机，其特征在于，所述的位置检测传感器，主要包括传感器本体、不锈钢罩、密封装置和外壳，

不锈钢罩外部通过密封装置与外壳密封并固定；

18、如权利要求 17所述的多节伺服潜油电机，其特征在于，在所述的不锈钢罩上，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。

19、如权利要求 17所述的多节伺服潜油电机，其特征在于，在所述的不锈钢罩上，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。

20、如权利要求 17所述的多节伺服潜油电机，其特征在于，所述磁感应元件直接表贴在不锈钢罩的外表面上。

21、如权利要求 12或 17任一项所述的多节伺服潜油电机，其特征在于，所述的位置检测传感器还包括两个导磁环，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。

22、如权利要求 21 所述的多节伺服潜油电机，其特征在于，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。

23、如权利要求 17所述的多节伺服潜油电机，其特征在于，所述的位置检测传感器包括信号处理装置，该信号处理装置包括：

A/D转换模块，对位置检测传感器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；

相对偏移角度计算模块，用于计算位置检测传感器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；

存储模块，用于存储数据。

24、根据权利要求 23所述的多节伺服潜油电机，其特征在于，所述的信号处理装置包括：信号放大模块，用于在 A/D转换模块进行 A/D转换之前，对来自于位置检测传感器的电压信号进行放大。

25、根据权利要求 23所述的多节伺服潜油电机，其特征在于，所述相对偏移角度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传感器发送来的经过

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，在第一标准角度表中选择一与其相对的角度作为偏移角度。

26、如权利要求 25所述的多节伺服潜油电机，其特征在于，所述相对偏移角度计算模块还包括温度补偿单元，用于消除温度对位置检测传感器发送来的电压信号的影响。

27、如权利要求 25所述的多节伺服潜油电机，其特征在于，所述第一合成单元的输出还包括信号 R。

28、如权利要求 26所述的位置检测传感器的信号处理装置，其特征在于，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 R。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传感器发送来的、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。

29、根据权利要求 23所述的多节伺服潜油电机，其特征在于，所述绝对偏移量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传感器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。

30、如权利要求 5、 12或 17任一项所述的多节伺服潜油电机，其特征在于，所述的磁感应元件为霍尔感应元件。

31、如权利要求 5、 12或 17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。

32、如权利要求 31 所述的多节伺服潜油电机，其特征在于，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。

33、如权利要求 5、 12或 17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。

34、根据权利要求 33 所述的多节伺服潜油电机，其特征在于，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。

35、根据权利要求 33 所述的多节伺服潜油电机，其特征在于，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。

36、根据权利要求 33 所述的多节伺服潜油电机，其特征在于，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。

37、根据权利要求 35 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。

38、根据权利要求 35 所述的多节伺服潜油电机，其特征在于，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。

39、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。