直驱式球磨机永磁同步电机转子位置采集方法及装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了直驱式球磨机永磁同步电机转子位置采集方法，包括1).采用光电检测单元将其采集到的转子位置信息转化为脉冲信号，并输出；2).采用位置信号处理单元对脉冲信号进行编码处理，输出位置信息编码信号；3).将位置信息编码信号输出给球磨机控制器。直驱式球磨机永磁同步电机转子位置采集装置包括光电检测单元，光电检测单元连接有位置信号处理单元，光电检测单元包括光电编码盘和光电位置检测器，其特征在于，光电编码盘边缘设有与光电位置检测器对应的编码环。本发明结构精巧、简单，成本低。
【专利说明】
直驱式球磨机永磁同步电机转子位置采集方法及装置
技术领域
[0001] 本发明涉及矿山选矿设备控制技术领域，特别涉及一种直驱式球磨机永磁同步电 机转子位置采集方法及装置。
【背景技术】
[0002] 球磨机是一种将物料粉碎的设备，其基本原理是利用旋转力将筒内的钢球提升， 通过钢球与物料之间的相互接触来将物料粉碎。传统的球磨机需要设置繁琐的传动机构， 由电机通过齿轮箱、开式齿轮等带动转.筒旋转，这些传动机构不仅占地面积大，而且存在 传动损耗，使球磨机效率降低。采用直接驱动方式，由电机转子直接带动转筒可以克服上述 缺点。
[0003] 考虑到球磨机旋转时的低转速和大惯量，采用永磁同步旋转电机方式是优选方 案，即将永磁体磁极通过连接支架沿圆周方向安装在转筒上，定子固定安装在永磁体磁极 外缘，与磁极之间有气隙，当定子通电产生旋转磁场与永磁体磁极磁场相互作用，产生电磁 力矩带动转筒旋转，电机的结构可以看作是转筒作为永磁同步电机转子的表贴式凸极永磁 同步电机。
[0004] 为了控制永磁同步电机高精度旋转，转子位置检测是一个关键环节。一般的普通 永磁同步电机采用的是旋转变压器。旋转变压器一般固定安装在电机轴的位置，但直驱式 球磨机永磁同步电机结构特殊，呈环状，不存在实际的电机转轴，转筒两边的支撑轴承虽然 存在，但轴的位置是用作进料的出进口，因此很难安装旋转变压器。
【发明内容】
[0005] 本发明的发明目的在于:解决直驱式球磨机永磁同步电机转子位置信息检测、信 息和转换问题的问题。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0007] 直驱式球磨机永磁同步电机转子位置采集方法，包括以下步骤：
[0008] 1).采用光电检测单元将其采集到的转子位置信息转化为脉冲信号，并输出；
[0009] 2).采用位置信号处理单元对脉冲信号进行编码处理，输出位置信息编码信号； [0010] 3).将位置信息编码信号输出给球磨机控制器。
[0011] 进一步地：所述位置信号处理单元还用于将位置信息编码信号进行正弦函数计 算，得到处理信号，并将处理信号输出给球磨机控制器。
[0012] 进一步地:所述脉冲信号包括第一脉冲信号MA、第二脉冲信号MB、第三脉冲信号MC 和第四脉冲信号MD;第一脉冲信号MA和第二脉冲信号MB为方波，第三脉冲信号MC和第四脉 冲信号MD为方波;第三脉冲信号MC和第四脉冲信号MD的周期T相同，第一脉冲信号MA和第二 脉冲信号MB的周期T1相同；周期T是周期T1的四倍;第一脉冲信号MA和第二脉冲信号MB的脉 冲波形相差1/4T1，第一脉冲信号MA和第二脉冲信号MB的脉冲波形相差1/4T;第一脉冲信号 Μ、第二脉冲信号MB、第三脉冲信号MC和第四脉冲信号MD为同步信号。
[0013] 进一步地:所述编码处理是将脉冲信号输入位置信号处理单元进行处理输出固定 编码，所述固定编码为："0101"、"0111"、"0110"、"0100"、"1101"、"1111"、"1110"、"1100" "1001"、"1011"、"1010"、"1000"、"0001"、"0011"、"0010"、"0000"。
[0014] 直驱式球磨机永磁同步电机转子位置采集装置，包括光电检测单元，光电检测单 元连接有位置信号处理单元，光电检测单元包括光电编码盘和光电位置检测器，光电位置 检测器安装于定子上，与光电位置检测器对应的光电编码盘安装于转子上，其特征在于，光 电编码盘边缘设有与光电位置检测器对应的编码环，编码环包括内编码环和外编码环；内 编码环包括第一扇环形虚部和第一扇环形实部，第一扇环形虚部和第一扇环形实部沿圆周 交替均匀分布，第一扇环形虚部和第一扇环形实部对应的弧度相同；外编码环包括第二扇 环形虚部和第二扇环形实部，第二扇环形虚部和第二扇环形实部对应的弧度相同，第二扇 环形虚部和第二扇环形实部沿圆周交替均匀分布;第二扇环形虚部对应的弧度是第一扇环 形虚部对应的弧度的四倍。所述虚部指转盘被镂空的部位，激光可穿透;所述实部指光电编 码盘本身材料构成，没有被镂空，激光不可穿透。
[0015] 进一步地:第二扇环形虚部内的内编码环上设有2个第一扇环形虚部和2个第一扇 环形实部，第一扇环形虚部对应的弧度为r;第二扇环形虚部第二环形虚部对应弧度为R;转 子磁极的极距τ对应弧长的弧度为R1;
[0016] Ri=R;R=4r。
[0017] 进一步地:光电位置检测器优选为U型光电传感器，U型光电传感器包括A光电传感 器、B光电传感器、C光电传感器和D光电传感器;A光电传感器和B光电传感器的安装位置与 内编码环匹配;C光电传感器和D光电传感器的安装位置与外编码环相匹配;A光电传感器和 D光电传感器的安装位置在B光电传感器和C光电传感器的安装位置之间;D光电传感器的安 装位置靠近C光电传感器的安装位置，A光电传感器的安装位置靠近B光电传感器的安装位 置;C光电传感器的安装位置和D光电传感器的安装位置相距弧度为2r，A光电传感器的安装 位置靠近B光电传感器的安装位置相距弧度为2.5r;A光电传感器和C光电传感器之间相距 弧度为8r。
[0018] 综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
[0019] 1.本发明在球磨机领域中首次使用，具有突破性进步；
[0020] 2.本发明克服了直驱式永磁同步电机球磨机在控制中普通旋转变压器无法安装 的问题；
[0021] 3.本发明利用了激光对射原理，利用光电编码盘隔形成脉冲的方式，并构建出正 交编码，在有限空间内，用较少的传感器完成了转子相对磁极位置的检测；
[0022] 4.本发明的位置信号处理单元将所检测的编码进行再处理，输出实际需要位置信 息编码。
【附图说明】
[0023]图1为光电编码盘的结构示意图。
[0024]图2为光电编码盘局部放大不意图。
[0025]图3为光电编码盘外缘展开后的相对位置比例示意图和光电传感器产生的脉冲波 形图
[0026] A1-第一脉冲信号MA，B1-第二脉冲信号MB，C1-第三脉冲信号MC，D1-第四脉冲信号 MD，
[0027] A代表A光电传感器，B代表B光电传感器，C代表C光电传感器，D代表和D光电传感 器;7为光电编码盘本体。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图，对本发明作详细的说明。
[0029]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不 用于限定本发明。
[0030] 实施例1
[0031] 直驱式球磨机永磁同步电机转子位置采集装置，包括光电检测单元，光电检测单 元连接有位置信号处理单元，位置信号处理单元优选于MCU，光电检测单元包括光电编码盘 和光电位置检测器，光电位置检测器安装于定子上，与光电位置检测器对应的光电编码盘 安装于转子上；图2和图3示出了光电编码盘边缘设有与光电位置检测器对应的编码环，编 码环包括内编码环2和外编码环1;内编码环2包括第一扇环形虚部5和第一扇环形实部，第 一扇环形虚部5和第一扇环形实部4沿圆周交替均匀分布，第一扇环形虚部5和第一扇环形 实部4对应的弧度相同；外编码环1包括第二扇环形虚部6和第二扇环形实部3,第二扇环形 虚部6和第二扇环形实3部对应的弧度相同，第二扇环形虚部6和第二扇环形实部3沿圆周交 替均匀分布;第二扇环形虚部6对应的弧度是第一扇环形虚部5对应的弧度的四倍。所述虚 部指转盘被镂空的部位，激光可穿透;所述实部指光电编码盘本身材料构成，没有被镂空， 激光不可穿透。
[0032] 进一步地:第二扇环形虚部内的内编码环上设有2个第一扇环形虚部和2个第一扇 环形实部，第一扇环形虚部对应的弧度为r;第二环形虚部6对应弧度为R;转子磁极的极距τ 对应弧长的弧度为R1;
[0033] R1 =R；R = 4r
[0034] 图3示出了：光电位置检测器优选为U型光电传感器，U型光电传感器包括A光电传 感器、B光电传感器、C光电传感器和D光电传感器;A光电传感器和B光电传感器的安装位置 与内编码环匹配;C光电传感器和D光电传感器的安装位置与外编码环相匹配;A光电传感器 和D光电传感器的安装位置在B光电传感器和C光电传感器的安装位置之间;D光电传感器的 安装位置靠近C光电传感器的安装位置，A光电传感器的安装位置靠近B光电传感器的安装 位置;C光电传感器的安装位置和D光电传感器的安装位置相距弧度为2r，A光电传感器的安 装位置靠近B光电传感器的安装位置相距弧度为2.5r;A光电传感器和C光电传感器之间相 距弧度为8r。
[0035] 直驱式球磨机永磁同步电机转子位置采集方法，包括以下步骤：
[0036] 1).采用光电检测单元将其采集到的转子位置信息转化为脉冲信号，并输出；
[0037] 2).采用位置信号处理单元对脉冲信号进行编码处理，输出位置信息编码信号；
[0038] 3).将位置信息编码信号输出给球磨机控制器。
[0039]进一步地：所述位置信号处理单元还用于将位置信息编码信号进行正弦函数计 算，得到处理信号，并将处理信号输出给球磨机控制器。
[0040]图3示出了 ：所述脉冲信号包括第一脉冲信号MA、第二脉冲信号MB、第三脉冲信号 MC和第四脉冲信号MD;第一脉冲信号MA和第二脉冲信号MB为方波，第三脉冲信号MC和第四 脉冲信号MD为方波;第三脉冲信号MC和第四脉冲信号MD的周期T相同，第一脉冲信号MA和第 二脉冲信号MB的周期T1相同；周期T是周期T1的四倍;第一脉冲信号MA和第二脉冲信号MB的 脉冲波形相差1/4T1，第一脉冲信号MA和第二脉冲信号MB的脉冲波形相差1/4T;第一脉冲信 号Μ、第二脉冲信号MB、第三脉冲信号MC和第四脉冲信号MD为同步信号。
[0041]进一步地:所述编码处理是将脉冲信号输入位置信号处理单元进行处理输出固定 编码，位置信号处理单元优选于MCU，MCU对四个同步脉冲信号进行采样编码，所述固定编码 为："0101"、"0111"、"0110"、"0100"、"1101"、"1111"、"1110"、"1100" "1001"、"1011"、 "1010"、"1000"、"0001"、"0011"、"0010"、"0000"。
[0042] C光电传感器和D光电传感器相距弧度为2r，对应R1/2,两者产生的脉冲相位相差 90度正交，A光电传感器靠近B光电传感器相距弧度为2.5r，物理意义等效相位差r/2,对应 R1/8,两者产生的脉冲相位相差90度正交;A光电传感器和C光电传感器之间相距弧度为8r， 物理意义上等效相位差为0。
[0043] 光电位置检测器采用U型结构，便于安装固定。两个对射点之间有空隙激光可对射 时，通过光感元件将光信号由检测器发出高电平，反之两对射点当中间空隙被遮挡，检测器 发出低电平。
[0044] 当以C为a相绕组与转子磁极相对位置为0,即转子位置在一个磁极内的电角度为0 度，若转子旋转时，就可以通过检测并读取编码值，得到转子的实时位置是处于一个磁极内 电角度;精度为360/16 = 22.5度。
[0045]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 直驱式球磨机永磁同步电机转子位置采集方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) .采用光电检测单元将其采集到的转子位置信息转化为脉冲信号，并输出； 2) .采用位置信号处理单元对脉冲信号进行编码处理，输出位置信息编码信号； 3) .将位置信息编码信号输出给球磨机控制器。2. 如权利要求1所述直驱式球磨机永磁同步电机转子位置采集方法，其特征在于，所述 位置信号处理单元还用于将位置信息编码信号进行正弦函数计算，得到处理信号，并将处 理信号输出给球磨机控制器。3. 如权利要求1所述直驱式球磨机永磁同步电机转子位置采集方法，其特征在于，所述 脉冲信号包括第一脉冲信号MA、第二脉冲信号MB、第三脉冲信号MC和第四脉冲信号MD;第一 脉冲信号MA和第二脉冲信号MB为方波，第三脉冲信号MC和第四脉冲信号MD为方波；第三脉 冲信号MC和第四脉冲信号MD的周期T相同，第一脉冲信号MA和第二脉冲信号MB的周期Tl相 同；周期T是周期Tl的四倍;第一脉冲信号MA和第二脉冲信号MB的脉冲波形相差第一脉 冲信号MA和第二脉冲信号MB的脉冲波形相差第一脉冲信号MA、第二脉冲信号MB、第三脉 4 冲信号MC和第四脉冲信号MD为同步信号。4. 如权利要求3所述直驱式球磨机永磁同步电机转子位置采集方法，其特征在于，所述 编码处理是将脉冲信号输入位置信号处理单元进行处理输出固定编码，所述固定编码为： "0101"、"0111"、"0110"、"0100"、"1101"、"1111"、"1110"、"1100" "1001"、"1011"、"1010"、 "1000"、"0001"、"0011"、"0010"、"0000"。5. 直驱式球磨机永磁同步电机转子位置采集装置，包括光电检测单元，光电检测单元 连接有位置信号处理单元，光电检测单元包括光电编码盘和光电位置检测器，光电位置检 测器安装于定子上，与光电位置检测器对应的光电编码盘安装于转子上，其特征在于，光电 编码盘边缘设有与光电位置检测器对应的编码环，编码环包括内编码环和外编码环；内编 码环包括第一扇环形虚部和第一扇环形实部，第一扇环形虚部和第一扇环形实部沿圆周交 替均匀分布，第一扇环形虚部和第一扇环形实部对应的弧度相同；外编码环包括第二扇环 形虚部和第二扇环形实部，第二扇环形虚部和第二扇环形实部对应的弧度相同，第二扇环 形虚部和第二扇环形实部沿圆周交替均匀分布;第二扇环形虚部对应的弧度是第一扇环形 虚部对应的弧度的四倍。6. 如权利要求5所述直驱式球磨机永磁同步电机转子位置采集装置，其特征在于，第二 扇环形虚部内的内编码环上设有2个第一扇环形虚部和2个第一扇环形实部，第一扇环形虚 部对应的弧度为r;第二环形虚部对应的弧度为R;转子磁极的极距T对应弧长的弧度为Rl; Rl = R; R=4r 〇7. 如权利要求6所述直驱式球磨机永磁同步电机转子位置采集装置，其特征在于，光电 位置检测器优选为U型光电传感器，U型光电传感器包括A光电传感器、B光电传感器、C光电 传感器和D光电传感器;A光电传感器和B光电传感器的安装位置与内编码环匹配;C光电传 感器和D光电传感器的安装位置与外编码环相匹配;A光电传感器和D光电传感器的安装位 置在B光电传感器和C光电传感器的安装位置之间;D光电传感器的安装位置靠近C光电传感 器的安装位置，A光电传感器的安装位置靠近B光电传感器的安装位置;C光电传感器的安装 位置和D光电传感器的安装位置相距弧度为2r，A光电传感器的安装位置靠近B光电传感器 的安装位置相距弧度为2.5r;A光电传感器和C光电传感器之间相距弧度为8r。
【文档编号】H02K11/22GK106026536SQ201610644330
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年8月8日
【发明人】王家璐, 陆可, 鞠林睿, 张霆, 郭冀岭
【申请人】成都茂源科技有限公司