专利名称：一种电机转速检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及工业控制与工业检测领域，特别是涉及一种电机转速检测装置。
背景技术：
在工业控制中，特别是在电机拖动应用中，转速的检测与控制常占很大比重，经常需要对电动机的转速进行检测，以便显示当前转速，或进行转速反馈、形成速度闭环控制。所以，提供一个在较大速度范围内具有高精度的、方便快捷、低成本的测速方法是极其必要的。传统的转速检测方法很多，应用较多有测速发电机等。测速发电机，即与电动机同轴机械连接一台测速发电机，利用电磁感应规律E 二 Ce(pη，来得到与电动机转速成正比的电压信号。这种方式在实际应用中被广泛采用，但存在着体积大、成本高等缺点。此外，传·统的模拟式测速仪，由于受非线性、温度变化和元件老化等因素的影响，使其在转速检测过程中很难满足快速性和准确性要求。
实用新型内容为克服上述现有技术存在的不足，本实用新型之目的在于提供一种电机转速检测装置，其可以很方便的和电压电流输入型的指针式、数字式电子式转速表或虚拟仪表等结合，构成完整的转速表，或直接送到电机调速控制器等控制装置中，用于相关的控制目的。为达上述及其它目的，本实用新型提供一种电机转速检测装置，至少包括转子位置检测器，该转子位置检测器包括多块磁钢及多个位置检测元件，该多块磁钢设置于电机转子或固定在电机轴上的旋转圆盘上，该多个位置检测元件设置于与磁钢对应的固定不动的电机外壳或端面上；该磁钢与转子位置检测器的数量和具体位置的设计根据电机电特性不同而不同；以及转速信号产生电路，连接于该多个位置检测元件，对转子位置检测器产生的转子位置信号进行处理，得到转速信号。进一步地，该转速信号产生装置包括滞后输入缓冲电路、数字边缘检测电路、综合电路、单稳态触发电路、充放电电路以及比较电路，其中该滞后输入缓冲电路连接于该多个位置检测元件以获得该转子位置信号，并将其滞后缓冲处理后送至该数字边缘检测电路；该综合电路连接于数字边缘检测电路，并与单稳态触发电路连接，其与单稳态触发电路将多路信号合而为一，形成门闩脉冲序列，该门闩脉冲序列将导致充放电电路的充放电，比较电路连接于该单稳态触发电路输出端，并连接一内部门限电平及该充放电电路，以输出脉冲序列。进一步地，该充放电电路包括串联于电源及地之间的电阻及电容，该电阻及该电容的中间节点连接于该比较电路。进一步地，以两极对的同步电机为例，其转子位置检测器包括两块磁钢，角度相距180。。[0011]进一步地，以两极对的同步电机为例，其转子位置检测器包括3个位置检测元件，依次相距60°。进一步地，该位置检测元件为光电脉冲发生器或霍尔传感器或接近开关或电磁感应式。与现有技术相比，本实用新型一种电机转速检测装置通过转子位置检测器获得转子位置信号，并通过转速信号产生电路对该转子位置信号进行处理以获得转速信号，实现了高精度、低成本地检测电机转速的目的，本实用新型可以很方便的和电压电流输入型的指针式、数字式电子式转速表，以及诸如NI公司的LabVIEW—类的虚拟仪表结合，构成完整的转速表，或直接送到电机调速控制器、PLC等控制装置中，用于相关的控制目的。
图I为本实用新型一种电机转速检测装置的电路原理图； 图2为本实用新型较佳实施例中针对两极对同步电机的转子位置检测器的示意图；图3为本实用新型较佳实施例中针对两极对同步电机的转子位置检测器的脉冲信号示意图；图4为本实用新型较佳实施例之两极对同步电机的输出转速信号形成示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本实用新型的其它优点与功效。本实用新型亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本实用新型的精神下进行各种修饰与变更。图I为本实用新型一种电机转速检测装置的原理图。如图I所示，本实用新型一种电机转速检测装置，至少包括转子位置检测器10及转速信号产生电路11。其中转子位置检测器10包括多块磁钢a及多个位置检测元件b，磁钢a可在电机转子或其固定在电机轴上的旋转圆盘上设置，位置检测元件b在与磁钢a对应的固定不动的电机外壳或端面上设置。图2为本实用新型较佳实施例中针对两极对同步电机的转子位置检测器的示意图，可在电机转子或其固定在电机轴上的旋转圆盘上设置(粘贴)两块磁钢a，角度相距180°，使其可随电机一起旋转，在与磁钢对应的固定不动的电机外壳或端面上设置3个位置检测元件b，相距60°。在此，位置检测元件b的种类较多，主要有以下几种①光电脉冲发生器；②霍尔元件；③接近开关；④电磁感应式(变压器式)等，其形式也有很大的不同。在中、小功率范围内较常采用的是前两种。在本实用新型较佳实施例中，选用霍尔元件，其具有体积小、价格便宜、易于安装等特点，精度和灵敏度也较高。对于两极对的同步电机而言，其每个机械角度对应于两个电角度，为此设计使用两块磁钢，角度相距180°，使得电机每转一周，每个转子位置检测元件输出2个脉冲。此夕卜，设计使用3个位置检测元件的原因有二 其一是对于纯粹的测速目的而言，可以提高测速精度，其二是对于调速控制目的而言，可以提供逆变桥的控制信号。[0023]如图2所示的转子位置检测器，电机每转一周，每个位置检测元件b可以产生2个脉冲信号，3个位置检测元件b可以产生6个脉冲信号，可以得到图3所示的3路脉冲信号。需特别指出的是，转子位置检测器的安装非常重要，必须精准到位，以保证其工作稳定可靠，并具有良好的抗干扰能力。尤其是要保证在电机高速运转及有允许范围以内的振动的情况下仍能可靠运行。转速信号 产生电路11连接于转子位置检测器，用于对转子位置检测器的信号进行处理，以得到转速信号，其至少包括滞后输入缓冲电路、数字边缘检测电路、综合电路、单稳态触发电路、充放电电路以及比较电路。其中滞后输入缓冲电路连接于位置检测元件以获得转子位置信号，并将其滞后缓冲处理后送入数字边缘检测电路，滞后输入缓冲电路和数字边缘检测电路的作用是对输入的转子位置信号码进行处理，在其每个上升沿和下降沿均可产生一个在时间上固定的脉冲；综合电路连接于数字边缘检测电路，并与单稳态触发电路连接，其与单稳态触发电路的作用是将多路信号合而为一，形成门闩脉冲序列，对应于图3所示的位置检测器，电机每转一周，可产生12个门H脉冲，这些脉冲序列将导致充放电电路的定时元件Rt及Ct的充、放电；充放电电路包括串联于电源Vc和地之间的电阻Rt及CT，经过单稳态触发电路产生的门闩脉冲序列将导致电容Ct的充、放电；比较电路连接于单稳态触发电路输出端，并连接一内部门限电平Vth及该充放电电路的电阻和电容之间，其作用是通过比较电容Ct上的电压和内部门限电平Vth，得到如图4所示的输出脉冲序列。如图4所示，该输出脉冲序列是一个幅值一定、宽度一定(由Rt及Ct的取值决定)的脉冲序列。但随着电机转速的不同，门闩脉冲的周期也随之发生变化，由此决定了输出脉冲的占空比也发生变化，其平均值正比于电机的转速。将此信号平滑，即可得到与电机转速成正比的转速电压信号ν_(Αν)。Rt及Ct的确定很大程度上决定了转速控制系统闭环控制的精度，其计算与转子位置检测器设计和额定转速Ned有关。转子位置检测器的设计决定了电机每旋转一周输出的门闩脉冲数，电机额定转速Ned又决定了门闩脉冲周期的最小极限。以Ned = 1500rpm的电机为例，相当于每秒25转，转子位置检测器每转可以产生12X25 = 300个门闩脉冲，亦即门闩脉冲的最小周期Tsmin = 1/300秒，约为3. 3ms。由此，就可以对Rt及Ct的值进行设计，使其满足相关要求。一般选T = 1/RTCT略小于Tsmin，可获得最佳的控制精度。如果T大于Tsmin，则在某个转速以上，输出脉冲序列合并，即在额定转速以下的某个转速范围内Vtjut0w)的值已不随转速的变化而改变，此时转速检测功能失效。综上所述，本实用新型一种电机转速检测装置通过转子位置检测器获得转子位置信号，并通过转速信号产生电路对该转子位置信号进行处理以获得转速信号，实现了高精度、低成本地检测电机转速的目的，本实用新型可以很方便的和电压电流输入型的指针式、数字式电子式转速表，以及诸如NI公司的LabVIEW—类的虚拟仪表结合，构成完整的转速表，或直接送到电机调速控制器、PLC等控制装置中，用于相关的控制目的。上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何相关领域技术人员均可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本实用新型的权利保护范围，应如权利要求书所列。
权利要求1.一种电机转速检测装置，至少包括 转子位置检测器，该转子位置检测器包括多块磁钢及多个位置检测元件，该多块磁钢设置于电机转子或固定在电机轴上的旋转圆盘上，该多个位置检测元件设置于与磁钢对应的固定不动的电机外壳或端面上；以及 转速信号产生电路，连接于该多个位置检测元件，对转子位置检测器产生的转子位置信< 号进行处理，得到转速信号。
2.如权利要求I所述的电机转速检测装置，其特征在于该转速信号产生电路包括滞后输入缓冲电路、数字边缘检测电路、综合电路、单稳态触发电路、充放电电路以及比较电路，其中该滞后输入缓冲电路连接于该多个位置检测元件以获得该转子位置信号，并将其滞后缓冲处理后送至该数字边缘检测电路；该综合电路连接于数字边缘检测电路，并与单稳态触发电路连接，其与单稳态触发电路将多路信号合而为一，形成门闩脉冲序列，该门闩脉冲序列将导致充放电电路的充放电，比较电路连接于该单稳态触发电路输出端，并连接一内部门限电平及该充放电电路，以输出脉冲序列。
3.如权利要求2所述的电机转速检测装置，其特征在于该充放电电路包括串联于电源及地之间的电阻及电容，该电阻及该电容的中间节点连接于该比较电路。
4.如权利要求I所述的电机转速检测装置，其特征在于该转子位置检测器的设计根据该电机电特性不同而不同。
5.如权利要求4所述的电机转速检测装置，其特征在于该电机为两极对的同步电机，其转子位置检测器包括两块磁钢，角度相距180°。
6.如权利要求5所述的电机转速检测装置，其特征在于该转子位置检测器包括3个位置检测元件，依次相距60°。
7.如权利要求6所述的电机转速检测装置，其特征在于该位置检测元件为光电脉冲发生器或霍尔传感器或接近开关或电磁感应式。
专利摘要本实用新型公开一种电机转速检测装置，包括转子位置检测器，该转子位置检测器包括多块磁钢及多个位置检测元件，该多块磁钢设置于电机转子或固定在电机轴上的旋转圆盘上，该多个位置检测元件设置于与磁钢对应的固定不动的电机外壳或端面上；以及转速信号产生电路，连接于该多个位置检测元件，对转子位置检测器产生的转子位置信号进行处理，得到转速信号；通过本实用新型发明，可以实现高精度、低成本检测电机转速的目的。
文档编号H02P6/16GK202798552SQ201220512768
公开日2013年3月13日 申请日期2012年9月28日 优先权日2012年9月28日
发明者李成, 谢卫, 富立友, 左哲清, 张炜 申请人:上海电机学院