编码器以及电机的制作方法

1.本技术涉及电机领域，特别是涉及一种编码器以及电机。


背景技术：

2.随着技术的不断发展，电机作为电能转换或者传递的电磁装置，具有越来越广泛的应用场景。其中，电机主要包括发电机、电动机等类型，发电机由水轮机、汽轮机、柴油机等动力机械进行驱动，将动能转化为电能，电动机用于将电能转化为机械能，从而驱动各种机械。而随着使用场景的复杂化和多样化，电机的功能、制造工艺、材料以及精度等方面的要求也不断提高。
3.在现有技术中，电机往往包括电机编码器，用于对电机的信号以及数据进行编制、转换，得到可用于通讯、传输和存储的信息。但是，现有技术中电机编码器往往只具有位置数据检测功能，其他的业务功能需要由电机控制器进行实现。由于电机编码器具有较高的运算能力，现有技术中无法充分利用编码器的计算资源，而电机控制器在对电机进行控制的同时还需要负责其他功能业务，使得电机编码器的功能单一，而电机控制器的任务过于繁重。
4.针对相关技术中存在电机编码器的功能单一，而电机控制器的任务过于繁重的技术问题，目前还没有提出有效的解决方案。


技术实现要素：

5.在本实施例中提供了一种编码器以及电机，以解决相关技术中电机编码器的功能单一，而电机控制器的任务过于繁重的问题。
6.第一个方面，在本实施例中提供了一种编码器，应用于电机，所述编码器包括磁芯片、微型计算机以及温度检测电路，所述磁芯片以及温度检测电路分别与所述微型计算机进行连接，其中：
7.所述磁芯片，用于获取转子的初始位置信息并发送至所述微型计算机；
8.所述温度检测电路，用于检测电机温度，根据所述电机温度输出温度传感信号至所述微型计算机处；
9.所述微型计算机，用于基于所述初始位置信息以及目标位置信息得到位置偏差信息，以及根据所述温度传感信号确定所述电机的温度信息，并将所述位置偏差信息以及温度信息发送至电机的控制器。
10.在其中的一些实施例中，所述编码器还包括第一spi通信接口，所述第一spi通信接口分别与所述磁芯片以及微型计算机进行连接，其中：
11.所述第一spi通信接口，用于接收所述磁芯片发送的初始位置信息，并发送至所述微型计算机。
12.在其中的一些实施例中，所述位置偏差信息包括角度偏差信息，所述微型计算机包括中央处理器以及flash闪存，所述中央处理器与所述flash闪存连接，其中：
13.所述flash闪存，用于保存所述角度偏差信息；
14.所述中央处理器，用于从所述flash闪存中获取所述角度偏差信息，并基于所述角度偏差信息得到实际角度信息。
15.在其中的一些实施例中，所述温度检测电路包括电源、第一电阻、第二电阻，所述第一电阻的一端与所述第二电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端与所述电源连接，所述第二电阻的另一端与所述微型计算机连接，其中：
16.所述电源，用于对所述温度检测电路进行供电；
17.所述第一电阻为定值电阻，用于对所述电源输入的电压进行分压；
18.所述第二电阻，用于根据所述电机的内部温度输出第一电压信号；
19.所述微型计算机，用于获取所述第一电压信号，并基于所述第一电压信号确定所述电机的温度信息。
20.在其中的一些实施例中，所述第二电阻为热敏电阻。
21.在其中的一些实施例中，所述温度检测电路还包括滤波电容，所述滤波电容的一端与所述第二电阻连接，另一端接地，其中：
22.所述滤波电容，用于对所述第一电压信号进行滤波。
23.第二个方面，在本实施例中提供了一种电机，所述电机还包括控制器，所述编码器与所述控制器连接，其中：
24.所述编码器，还用于根据所述位置偏差信息得到实际位置信息，并将所述实际位置信息发送至所述控制器；
25.所述控制器，用于接收所述编码器发送的所述实际位置信息以及温度信息，并基于所述实际位置信息以及温度信息对所述电机进行控制。
26.在其中的一些实施例中，所述电机还包括转子以及定子，所述编码器以及转子位于所述定子内部，其中：
27.所述定子固定于所述电机内，用于产生磁场；
28.所述转子，用于在磁场中旋转以实现能量转换。
29.在其中的一些实施例中，所述电机还包括报警装置，所述报警装置与所述控制器连接，其中：
30.所述控制器，用于判断所述电机的温度是否超过预设温度阈值，若超过，则输出报警指令至所述报警装置；
31.所述报警装置，用于在接收到报警指令时输出报警信号。
32.在其中的一些实施例中，所述电机包括磁钢，所述磁钢位于转子内部，其中：
33.所述磁钢，用于与所述电机的定子共同形成电机内部的磁场；
34.所述磁芯片，用于根据所述磁钢的磁场位置变化确定所述转子的初始位置信息。
35.与相关技术相比，在本实施例中提供的编码器以及电机，所述编码器包括磁芯片、微型计算机以及温度检测电路，所述磁芯片以及温度检测电路分别与所述微型计算机进行连接，其中：所述磁芯片，用于获取转子的初始位置信息并发送至所述微型计算机；所述温度检测电路，用于检测电机温度，根据所述电机温度输出温度传感信号至所述微型计算机处；所述微型计算机，用于基于所述初始位置信息以及目标位置信息得到位置偏差信息，以及根据所述温度传感信号确定所述电机的温度信息。通过将电机的温度检测功能以及位置
校正功能集成至编码器，以减少控制器的任务，解决了电机编码器的功能单一，而电机控制器的任务过于繁重的技术问题，提高了电机的工作效率和防护效果。
36.本技术的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本技术的其他特征、目的和优点更加简明易懂。
附图说明
37.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
38.图1是本实用新型一实施例的编码器的结构框图；
39.图2是本实用新型一实施例的温度检测电路的示意图；
40.图3是本实用新型一实施例的磁钢与磁芯片的示意图。
具体实施方式
41.为更清楚地理解本技术的目的、技术方案和优点，下面结合附图和实施例，对本技术进行了描述和说明。
42.除另作定义外，本技术所涉及的技术术语或者科学术语应具有本技术所属技术领域具备一般技能的人所理解的一般含义。在本技术中的“一”、“一个”、“一种”、“该”、“这些”等类似的词并不表示数量上的限制，它们可以是单数或者复数。在本技术中所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”及其任何变体，其目的是涵盖不排他的包含；例如，包含一系列模块(单元)的系统、产品或设备并未限定于列出的模块(单元)，而可包括未列出的模块(单元)，或者可包括这些产品或设备固有的其他模块(单元)。在本技术中所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并不限定于物理的或机械连接，而可以包括电气连接，无论是直接连接还是间接连接。在本技术中所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“a和/或b”可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。通常情况下，字符“/”表示前后关联的对象是一种“或”的关系。在本技术中所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等，只是对相似对象进行区分，并不代表针对对象的特定排序。
43.本实用新型提供了一种编码器以及电机，该装置用于实现以下实施例及优选实施方式。以下所使用的术语“模块”、“单元”、“子单元”等可以实现预定功能的硬件及其组合。
44.现有技术中使用的电机编码器往往只具有位置检测功能，即通过磁场获取编码器的位置信息，并通过通信协议对位置数据进行转换以发送至处理器，浪费了编码器中处理器的计算性能。同时，电机中的所有逻辑任务均由电机控制器实现，使得控制器的任务比较繁重。因此，为了更多的利用电机编码器的性能，降低控制器控制电机的复杂程度，本实用新型提供了一种新的编码器，以降低控制器的负荷，并且能更好的获悉电机的工作状态，并实现新的功能。
45.请参阅图1，图1是本实用新型一实施例的编码器的结构框图。在本实施例中，编码器包括磁芯片10、微型计算机20以及温度检测电路30，磁芯片10以及温度检测电路30分别与微型计算机20进行连接，其中：磁芯片10，用于获取转子的初始位置信息并发送至微型计算机20；温度检测电路30，用于检测电机温度，根据电机温度输出温度传感信号至微型计算
机20处；微型计算机20，用于基于初始位置信息以及目标位置信息得到位置偏差信息，以及根据温度传感信号确定电机的温度信息，并将位置偏差信息以及温度信息发送至电机的控制器。
46.示例性地，磁芯片10与微型计算机20进行连接，其中磁芯片10根据电机内部的磁场信息，读取转子的初始位置信息发送至微型计算机20；微型计算机20接收磁芯片10发送的初始位置信息，并通过初始位置信息以及目标位置信息确定位置偏差信息，其中目标位置信息为当前编码器标准的位置信息，也即当前转子实际的位置信息。可以理解的，当微型计算机输出位置数据时，由于安装工艺、环境温度、部件尺寸等因素的影响，转子往往无法到达该位置数据所要求的位置点，即转子到达的实际位置数据与微型计算机输出的位置数据往往存在偏差。因此，在使用电机前，通过转子的初始位置信息以及目标位置信息，得到转子的位置偏差信息，以在后续使用过程中基于该位置偏差信息对编码器输出的位置数据进行修正，使得编码器发送到控制器的位置数据与转子到达的实际位置数据一致。
47.在其中一个具体实施例中，初始位置信息为磁芯片10读取的旋转位置，目标位置信息为转子实际的旋转位置，此时位置偏差信息即为二者旋转位置的差值。电机在定位过程中通过变频控制器输出力矩，使得转子实际的旋转位置变为0，此时磁芯片10获取的旋转位置的数值即等于二者旋转位置的差值。
48.具体的，电机的自动定位功能一般由变频控制器实现，即每次更换电机或者变频控制器时，均需要通过变频控制器人工实现位置校正。对于不熟悉变频控制器的用户来说，往往需要通过技术支持以实现电机的定位操作。并且，电机在完成出厂测试后，到变频控制器适配时同样需要进行定位操作，进一步增加了工作流程，从而增加了电机的生产时间。而本实施例中，通过编码器实现了自动定位功能，在电机出厂测试时自动进行定位调零，可以任意更换电机或者变频控制器，不仅方便对电机进行操作，还减少了变频控制器在生产车间的生产工时。
49.示例性地，温度检测电路30与微型计算机20进行连接，其中温度检测电路30用于通过温感元器件对电机内部的温度进行检测，根据电机的温度生成温度传感信号并发送至微型计算机20。具体的，温感元器件包括但不限于正温度系数热敏电阻(ptc)、负温度系数热敏电阻(ntc)以及热电偶，温感元器件与被测对象可以是接触式或者非接触式连接；温度传感信号可以是电压信号，也可以是电流信号或者其他电信号，本实施例对此不作限制。
50.具体的，现有技术中电机的温度检测模块一般都是安装在电机机壳上，由热敏电阻获取温度信号并转换成电压、电流等温度电信号。热敏电阻通过线缆连接到控制器的接口，从而将温度电信号发送至控制器。现有技术的方案导致控制器的接口和线缆过多，增加了电机系统的复杂性，进而增加了电机的硬件成本。本实施例中热敏电阻位于编码器内，检测到的电机的温度电信号直接发送至编码器中的微型计算机20，使得电机内部的温度检测系统设计更加简单方便，从而降低电机的硬件成本。
51.本实施例中编码器包括磁芯片10、微型计算机20以及温度检测电路30，磁芯片10以及温度检测电路30分别与微型计算机20进行连接，其中：磁芯片10，用于获取转子的初始位置信息并发送至微型计算机20；温度检测电路30，用于检测电机温度，根据电机温度输出温度传感信号至微型计算机20处；微型计算机20，用于基于初始位置信息以及目标位置信息得到位置偏差信息，以及根据温度传感信号确定电机的温度信息，并将位置偏差信息以
及温度信息发送至电机的控制器。通过将电机的温度检测功能以及位置校正功能集成至编码器，以减少控制器的任务，解决了电机编码器的功能单一，而电机控制器的任务过于繁重的技术问题，提高了电机的工作效率和防护效果。
52.在另一个实施例中，编码器还包括第一spi通信接口，第一spi通信接口分别与磁芯片10以及微型计算机20进行连接，其中：第一spi通信接口，用于接收磁芯片10发送的初始位置信息，并发送至微型计算机20。
53.示例性地，编码器内部还包括第一spi通信接口，第一spi通信接口分别与磁芯片10以及微型计算机20进行连接，以实现磁芯片10与微型计算机20之间的数据交互。其中，第一spi通信接口用于获取磁芯片10发送的初始位置信息，并基于spi通信协议将初始位置信息转发至微型计算机20。
54.具体的，磁芯片10获取初始位置信息后，基于spi协议对初始位置信息进行加工，并通过第一spi通信接口发送至微型计算机20；微型计算机20基于spi协议对接收的数据包进行解析以及进一步处理，以获取初始位置信息。其中，spi协议通过串行外设接口实现数据的通信，在管脚上只占用四根线，从而节省了编码器的内部空间，并降低了通信的复杂程度。
55.在另一个实施例中，位置偏差信息包括角度偏差信息，微型计算机20包括中央处理器21以及flash闪存22，中央处理器21与flash闪存22连接，其中：flash闪存22，用于保存角度偏差信息；中央处理器21，用于从flash闪存22中获取角度偏差信息，并基于角度偏差信息得到实际角度信息。
56.示例性地，微型计算机20包括中央处理器21和flash闪存22，以分别实现运算和存储的功能，中央处理器21以及flash闪存22相互连接。其中，flash闪存22用于保存编码器的角度偏差信息，中央处理器21用于在flash闪存22中读取预先保存的角度偏差信息，并基于该角度偏差信息得到实际角度信息并发送至控制器，以使控制器基于该实际角度信息对转子的角度进行控制。可以理解的，由于发送到控制器的实际角度信息是经过校正的，因此转子最终到达的角度等于实际角度信息的数值。
57.在其中一个具体实施例中，初始位置信息为编码器检测的转子的电角度，目标位置信息为转子实际的机械角度，位置偏差信息即为电角度与机械角度的差值。在电机定位过程中，变频控制器输出力矩，使得转子的机械角度变为0，此时编码器读取的电角度即为电角度与机械角度的差值。将该差值作为角度偏差信息，保存至flash闪存22。在后续控制过程中，中央处理器21在输出角度数据到控制器前，先通过角度偏差信息对角度数据进行修正，得到实际角度信息，使得转子到达的角度等于该实际角度信息，以实现编码器的自动定位功能。
58.可选的，为防止flash闪存22中出现坏块等情形，在中央处理器21读取flash闪存22之前，通过异或校验的方式对flash闪存22进行校验。具体的，在每次将角度偏差信息存入flash闪存22时，通过异或校验方式将角度偏差信息的校验值存入flash闪存22，在中央处理器21每次读取角度偏差信息之前对角度偏差信息的校验值进行数据校验，从而确保角度偏差信息的准确性。若校验过程中出现错误，则输出错误提示信号，以提醒用户及时更换编码器芯片或者电机。
59.本实施例中位置偏差信息包括角度偏差信息，微型计算机20包括中央处理器21以
及flash闪存22，中央处理器21与flash闪存22连接，其中：flash闪存22，用于保存角度偏差信息；中央处理器21，用于从flash闪存22中获取角度偏差信息，并基于角度偏差信息得到实际角度信息。通过在flash闪存22中保存角度偏差信息，在后续过程中中央处理器21直接读取flash闪存22中的角度偏差信息，以对编码器输出的角度数据进行修正，从而实现编码器的自动定位功能，在后续更换电机或者编码器时无需通过人工进行位置校正，提高了电机的生产效率和工作效率。
60.在另一个实施例中，温度检测电路30包括电源、第一电阻、第二电阻，第一电阻的一端与第二电阻的一端连接，第一电阻的另一端与电源连接，第二电阻的另一端与微型计算机20连接，其中：电源，用于对温度检测电路30进行供电；第一电阻为定值电阻，用于对电源输入的电压进行分压；第二电阻，用于根据电机的内部温度获取第一电压信号；微型计算机20，用于获取第一电压信号，并基于第一电压信号确定电机的温度信息。
61.示例性地，温度检测电路30包括电源、第一电阻、第二电阻，其中第一电阻与第二电阻串联连接，第一电阻的另一端与电源进行连接，第二电阻的另一端与微型计算机20连接。其中，电源用于对温度检测电路30进行供电，在其中一个具体实施例中，电源为直流电源；第一电阻的阻值固定，用于对电源输入的电压进行分压；可以理解的，第一电阻与第二电阻电压的总和等于电源输入的电压；第二电阻可用于作为温度传感器，当电机内部温度发生变化时，第二电阻的阻值发生变化，第二电阻的电压也发生变化，其电压值即为温度传感信号；微型计算机20，用于获取第二电阻的温度传感信号，并根据第二电阻的电压与温度的预设关系，确定电机的内部温度。
62.可选的，当微型计算机20检测到电机温度超过75℃时，向控制器发送第一温度警示信号，以提示控制器当前电机温度已经超过75℃。具体的，可以以spi通信的方式发送温度警示信号。当微型计算机20检测到电机温度超过85℃时，向控制器发送第二温度警示信号，以提示控制器当前电机温度已超过最高值，以使控制器控制电机停止运行。
63.可选的，在部分特殊情况下，电机线圈温度上升过快，电机的壳体温度无法快速跟随线圈温度上升，而编码器检测温度为电机壳体温度，因此可能存在电机线圈温度已经超过160℃，而电机壳体温度低于75℃的情况。此时电机可能已经烧毁，但是编码器检测的壳体温度依然还没有达到预警值。因此，需要对电机温度的上升速率进行检测，并将上升速率与上升阈值进行比较。具体的，当电机壳体的温度上升速率超过1.5℃/min时，向控制器发送第三温度警示信号，以提示控制器电机温度上升过快，电机可能存在损毁风险，此时电机控制器可直接控制电机停止运行，以防止电机温度继续上升。当温度的上升速率低于1.0℃/min时，延时5分钟后尝试恢复运行。进一步，若每次上电后温度上升速度达到上升阈值的次数超过3次，则不再恢复运行，并提示用户对电机进行检测。
64.本实施例中温度检测电路30包括电源、第一电阻、第二电阻，通过在编码器中集成温度检测电路30并通过第二电阻获取电机内部的温度电信号，进而对电机的内部温度进行检测，保证电机内部的温度始终处于安全范围内，提高了电机的安全性，并降低了电机内部系统的复杂程度。
65.在另一个实施例中，第二电阻为热敏电阻。
66.示例性地，第二电阻可以是正温度系数热敏电阻(ptc)，也可以是负温度系数热敏电阻(ntc)。可以理解的，热敏电阻具有灵敏度高、温度检测范围宽、体积小、稳定性高等优
点，提高了温度检测电路的准确性并降低了硬件成本。
67.在另一个实施例中，温度检测电路30还包括滤波电容，滤波电容的一端与第二电阻连接，另一端接地，其中：滤波电容，用于对第一电压信号进行滤波。
68.示例性地，基于电容阻碍电压变化速率的特性，在温度检测电路中设置滤波电容。由于滤波电容两端的电压不能发生突变，因此可以对第一电压信号进行平滑滤波，使得微型计算机20采集到的第一电压信号不会出现过大的波动。
69.请参阅图2，图2是本实用新型一实施例的温度检测电路的示意图。示例性地，温度检测电路30包括电源vcc、第一电阻r1、第二电阻r2以及滤波电容c1，其中滤波电容c1的一端与第二电阻r2连接，另一端接地，以用于对第二电阻r2的电压信号进行滤波。可以理解的，滤波电容c1两端的电压与第二电阻r2相同。微型计算机20可直接获取滤波电容c1两端的电压，作为温度检测电路30输出的温度传感信号。
70.具体的，微型计算机20通过ad采样的方式获取温度传感信号。在其中一个具体实施例中，ad采样方式为每一秒采样一次，每10次采样结果的平均值作为一个有效的采样结果。可以理解的，随着电机温度的变化，第二电阻r2的阻值也发生变化，从而第二电阻r2两端的电压发生变化，第二电阻r2两端的电压直接输入到微型计算机20的ad采样接口，以实现温度采样。通过采样结果与温度的预设对应关系，将采样结果换算成温度信息。
71.在另一个实施例中，本实用新型还公开了一种电机，包括上述任一实施例中的编码器，并且电机还包括控制器，编码器与控制器连接，其中：编码器，还用于根据位置偏差信息得到实际位置信息，并将实际位置信息发送至控制器；控制器，用于接收编码器发送的实际位置信息以及温度信息，并基于实际位置信息以及温度信息对电机进行控制。
72.示例性地，编码器获取位置偏差信息后，根据位置偏差信息得到实际位置信息，其中该实际位置信息即为控制器需要控制转子到达的实际位置。将实际位置信息以及温度信息发送至控制器，控制器接收后对电机的转子位置以及内部温度进行调节和控制，从而实现电机的定位和温度控制功能。
73.在另一个实施例中，该电机还包括转子以及定子，编码器以及转子位于定子内部，其中：定子固定于电机内，用于产生磁场；转子用于在磁场中旋转以实现能量转换。
74.在另一个实施例中，电机还包括报警装置，报警装置与控制器连接，其中：控制器，用于判断电机的温度是否超过预设温度阈值，若超过，则输出报警指令至报警装置；报警装置，用于在接收到报警指令时输出报警信号。
75.示例性地，控制器获取电机的温度信息后，判断电机的温度是否超过预设温度阈值，若超过，则输出报警指令至电机中的报警装置，以控制报警装置及时向使用者输出报警信息。其中，预设温度阈值为人为预先进行设置的温度阈值，在其中一个具体实施例中，预设温度阈值为75℃。
76.在另一个实施例中，电机包括磁钢，磁钢位于转子内部，其中：磁钢，用于与电机的定子共同形成电机内部的磁场；磁芯片10，用于根据转子中磁钢的磁场位置变化确定转子的初始位置信息。
77.请参阅图3，图3是本实用新型一实施例的磁钢与磁芯片的示意图。示例性地，电机转子包括磁钢，与电机的定子共同形成电机内部磁路，并与磁芯片10进行连接。其中，磁芯片10用于获取转子磁钢在电机内部磁场中的磁场位置变化信息，并基于该磁场位置变化信
息确定转子的初始位置信息。其中，电机转子为电机中的旋转部分，磁钢为一种永磁材料，安装于电机转子内。
78.应该明白的是，这里描述的具体实施例只是用来解释这个应用，而不是用来对它进行限定。根据本技术提供的实施例，本领域普通技术人员在不进行创造性劳动的情况下得到的所有其它实施例，均属本技术保护范围。
79.显然，附图只是本技术的一些例子或实施例，对本领域的普通技术人员来说，也可以根据这些附图将本技术适用于其他类似情况，但无需付出创造性劳动。另外，可以理解的是，尽管在此开发过程中所做的工作可能是复杂和漫长的，但是，对于本领域的普通技术人员来说，根据本技术披露的技术内容进行的某些设计、制造或生产等更改仅是常规的技术手段，不应被视为本技术公开的内容不足。
[0080]“实施例”一词在本技术中指的是结合实施例描述的具体特征、结构或特性可以包括在本技术的至少一个实施例中。该短语出现在说明书中的各个位置并不一定意味着相同的实施例，也不意味着与其它实施例相互排斥而具有独立性或可供选择。本领域的普通技术人员能够清楚或隐含地理解的是，本技术中描述的实施例在没有冲突的情况下，可以与其它实施例结合。
[0081]
以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术的保护范围应以所附权利要求为准。