正弦输出型位置测算器与速度变送器的制作方法

本发明涉及一种正弦输出型位置测算器与速度变送器，特别是采用霍尔元件或光耦元件的正弦输出型位置测算器及其基于正弦输出型位置测算器的速度变送器，属于角度位置测量和速度测量装置。

背景技术：

1、随着社会与技术的高速发展，电机控制系统的应用日益普遍，但同时电机控制系统也变得日益复杂。

2、常见的电机有直流电机、同步电机、异步电机，特别是直流无刷电机和永磁同步电机的出现，使得电机在交通、机器人、机械装置驱动等各个方面得到大规模应用。

3、直流无刷电机和永磁同步电机的控制较为复杂，精确控制则高度依赖转子位置传感器。目前转子位置传感器大都采用光电编码器，但光电编码器的信号需要进行较为复杂的处理，并且光电编码器的成本较高、生产工艺复杂、可靠性特别是抗冲击能力较弱，在强烈震动、高加速度运动和恶劣环境下工作状态会受到很大影响。

4、通过简单传感器与信号处理电路的结合，既可简化位置与速度的测量过程、提高测量的响应速度、提高可靠性，又可降低成本、简化生产工艺，具有工程应用价值。信号处理电路所采用的电路模型的元件图形符号如图1所示，电路模型的元块图形符号如图2所示。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：

2、1、构建一种正弦输出型位置测算器；

3、2、基于正弦输出型位置测算器构建速度变送器。

4、本发明提供了一种正弦输出型位置测算器与速度变送器。

5、本发明所要解决的技术问题是通过下述技术方案实现的。

6、一种正弦输出型霍尔位置测算器，有一组正弦型位置信号输出端口；正弦输出型霍尔位置测算器由霍尔型正弦位置传感器与调理放大电路构成；霍尔型正弦位置传感器的信号输出端连接调理放大电路的信号输入端，调理放大电路的信号输出端输出正弦型位置信号；霍尔型正弦位置传感器由转子与定子构成，转子是由圆盘状永磁体与转轴构成一体的固定结构，定子是由霍尔元件与导磁圆环构成的固定结构，霍尔元件紧贴在导磁圆环的内侧，永磁体位于导磁圆环的内部，永磁体外侧与霍尔元件的内侧具有一定的间隙；永磁转子表面磁感应强度周向呈正弦周期性变化，周波数与极对数相同；霍尔元件的数量与相数相同或为相数的整数倍，以第一个霍尔元件的位置为基准位置，其它霍尔元件相对于基准位置依次相隔电气角度二分一周除以相数商的整数倍，并可电气半周期角整数倍延展；调理放大电路由差模分离电路与零位调整电路构成，差模分离电路的输入端连接霍尔元件的输出端，差模分离电路的零位调整端连接零位调整电路的输出端。

7、一种正弦输出型光耦位置测算器，有一组正弦型位置信号输出端口；正弦输出型光耦位置测算器由光耦型正弦位置传感器与调理放大电路构成；光耦型正弦位置传感器的信号输出端连接调理放大电路的信号输入端，调理放大电路的信号输出端输出正弦型位置信号；光耦型正弦位置传感器由转子与定子构成，转子是由圆片状透光盘与转轴构成一体的固定结构，定子是由光耦元件与固定支架构成的固定结构，光耦元件的发光二极管与光敏元件置于透光盘的两侧，光耦元件的光路穿透透光盘，透光盘与发光二极管和光敏元件之间具有一定的间隙，透光盘的透光度周向呈正弦周期性变化，周波数与极对数相同；光耦元件的数量与相数相同或为相数的整数倍，以第一个光耦元件的位置为基准位置，其它光耦元件相对于基准位置依次相隔电气角度二分一周除以相数商的整数倍，并可电气半周期角整数倍延展；调理放大电路由差模分离电路与零位调整电路构成，差模分离电路的输入端连接光耦元件的输出端，差模分离电路的零位调整端连接零位调整电路的输出端。

8、一种采用正弦输出型霍尔位置测算器或正弦输出型光耦位置测算器的模拟量速度变送器，有一个模拟量速度信号输出端；模拟量速度变送器由正弦输出型位置测算器与模拟运算电路构成，正弦输出型位置测算器采用所述的正弦输出型霍尔位置测算器或正弦输出型光耦位置测算器，模拟运算电路的输入端连接正弦输出型位置测算器的输出端，模拟运算电路的输出端输出模拟量速度信号；模拟运算电路有两相模拟运算电路和三相模拟运算电路两种形式分别与两相正弦输出型位置测算器和三相正弦输出型位置测算器匹配；两相模拟运算电路由微分电路、乘法器和差模分离电路及零位调整电路构成，差模分离电路的零位调整端连接零位调整电路的输出端，两相正弦位置信号分别经微分电路与原信号经乘法器交叉相乘后再经差模分离电路输出模拟量速度信号；三相模拟运算电路由微分电路、乘法器和加法电路及零位调整电路构成，三相正弦位置信号分别经微分电路与原信号经乘法器循环相乘后与零位调整电路输出一起再经加法电路输出模拟量速度信号。

9、一种采用正弦输出型霍尔位置测算器或正弦输出型光耦位置测算器的脉冲量速度变送器，有一个脉冲量速度信号输出端；脉冲量速度变送器由正弦输出型位置测算器与脉冲运算电路构成，正弦输出型位置测算器采用所述的正弦输出型霍尔位置测算器或正弦输出型光耦位置测算器，脉冲运算电路的输入端连接正弦输出型位置测算器的输出端，脉冲运算电路的输出端输出脉冲量速度信号；脉冲运算电路有两相脉冲运算电路和三相脉冲运算电路两种形式分别与两相正弦输出型位置测算器和三相正弦输出型位置测算器匹配；两相脉冲运算电路由滞环比较器和异或逻辑门构成，两相正弦位置信号分别经滞环比较器整形后再经异或逻辑门输出模脉冲量速度信号；三相脉冲运算电路由滞环比较器和模拟加法器构成，三相正弦位置信号分别经滞环比较器整形经模拟加法器叠加后输出脉冲量速度信号。

10、一种采用模拟量速度变送器与脉冲量速度变送器的模拟脉冲双模速度变送器，有一个模拟量速度信号输出端和一个脉冲量速度信号输出端；模拟脉冲双模速度变送器由所述的模拟量速度变送器与所述的脉冲量速度变送器复合构成，模拟脉冲双模速度变送器由所述的正弦输出型位置测算器与模拟运算电路、脉冲运算电路构成，模拟运算电路和脉冲运算电路分别连接正弦输出型位置测算器的位置信号输出端，并分别输出模拟量速度信号与脉冲量速度信号。

11、正弦输出型霍尔位置测算器由霍尔型正弦位置传感器与调理放大电路构成；霍尔型正弦位置传感器的永磁转子与导磁圆环形成的均匀环状气隙的磁场周向呈正弦周期性分布；霍尔元件紧贴并固定在导磁圆环的内侧，霍尔元件相互之间相隔为电气角度二分一周除以相数商的整数倍，常采用间隔电气角度二分一周的两个霍尔元件为一组，而组与组之间相隔电气角度二分一周除以相数商的整数倍。采用间隔电气角度二分一周的两个霍尔元件为一组时信号输出正负半周对称性更好，可有效避免霍尔元件特性的非线性引起的正负不对称。

12、正弦输出型光耦位置测算器由光耦型正弦位置传感器与调理放大电路构成；光耦型正弦位置传感器透光盘的透光度周向呈正弦周期性变化，从而形成光极；光耦元件的发光二极管与光敏元件分别安置于透光盘的两侧，光耦元件的光路穿透透光盘；光耦元件相互之间相隔为电气角度二分一周除以相数商的整数倍。采用间隔电气角度二分一周的两个光耦元件为一组时信号输出正负半周对称性更好，可有效避免光耦元件特性的非线性引起的正负不对称。

13、电气角度二分一周除以相数商的整数倍等于机械角度二分一周除以相数再除以极对数商的整数倍，电气半周期角整数倍延展也就是机械半周期角除以极对数商的整数倍周期延展。

14、正弦输出型光耦位置测算器的光耦型正弦位置传感器也可以采用反光盘的形式，反光盘的反光度周向呈正弦周期性变化；光耦元件的发光二极管与光敏元件安置于反光盘的一侧，光耦元件的光路通过反光盘反射。光敏元件可采用光敏二极管、光敏三极管、光敏mos管或光敏电阻等器件。透光盘的透光度或反光盘的反光度还可配合光敏元件进行非线性修正或补偿，使得正弦输出型光耦位置测算器输出的位置信号更加接近正弦波。

15、正弦输出型位置测算器结构简单可靠、精度高稳定性好，在需要正弦函数直接驱动指令的控制系统中可使控制系统得到极度简化，这对减低系统的成本、提高系统的可靠性都具有很大裨益，同时对产品的涉设计、生产制造、使用维护都具有重大意义。

16、模拟量速度变送器由正弦输出型位置测算器与模拟运算电路构成，正弦输出型位置测算器采用正弦输出型霍尔位置测算器或正弦输出型光耦位置测算器；两相正弦位置信号分别经微分电路与原信号经乘法器交叉相乘后再经差模分离电路输出模拟量速度信号三相正弦位置信号分别经微分电路与原信号经乘法器循环相乘后再经加法电路输出模拟量速度信号模拟量速度变送器经过简单的运算即可得到非常平稳的模拟量速度信号，在低速应用时依然可以平稳地测出转速。

17、脉冲量速度变送器由正弦输出型位置测算器与脉冲运算电路构成，正弦输出型位置测算器采用正弦输出型霍尔位置测算器或正弦输出型光耦位置测算器；两相正弦位置信号分别经滞环比较器整形后再经异或逻辑门输出脉冲量速度信号；三相正弦位置信号分别经滞环比较器整形再经模拟加法器叠加后输出脉冲量速度信号。两相脉冲量速度变送器可得到每电气周两个脉冲的周期信号，三相脉冲量速度变送器可得到每电气周三个脉冲的周期信号，由于正负脉宽相等，因此可作为两倍脉冲使用，在高速应用时可以非常快速地测出转速。

18、模拟脉冲双模速度变送器由模拟量速度变送器与脉冲量速度变送器复合构成，模拟脉冲双模速度变送器由正弦输出型位置测算器与模拟运算电路、脉冲运算电路构成。两种模式相结合，取长补短，可以达到更好的测速效果。

19、正弦输出型位置测算器与速度变送器简单、可靠、响应速度快、使用非常方便，大大提高了相关电机控制系统的性能，对电机控制系统的设计与应用等工程实践有着重要的意义。