电机转角检测装置与检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明专利属于分析及测量控制技术领域，尤其设及一种基于电机结构特点而设 计的电机转角估计装置，特别适用于直流有刷电机转角检测，实现低成本、高集成度的电机 转角检测，具体为电机转角检测装置与检测方法。
【背景技术】
[0002] 随着电子技术的发展，电机在工业上的应用越来越多，在电机使用过程中关屯、最 多的是电机的转速和电机转角，对电机的转角位置精度和电机转速计算精度要求也逐渐变 高。与本专利相关专利主要有：专利号化200880117106.2，授权公开号CN101868696A，所公 开的转角检测传感器方案，主要是用于直流无刷电机，并且增加了用于转角检测的附加装 置，结构与检测程序较为复杂。而专利号化201320413074.9，授权公开号CN203427881U，所 公开的转角检测装置，主要是用于转向盘轴的转角测量，并且仅仅是在检测结构上创新，而 转角的读取全靠现有转角传感器。因此，现阶段对于转角位置检测基本都使用传感器，检测 较为准确但是增大了结构尺寸，增加了零件数和使用成本，同时随着控制系统中传感器的 增多也会造成信息冗余。所W近年来，电机转角检测一直是国内外的研究热点，国外也早在 二十世纪末开始进行该方向的研究，常见的检测方法有反电动势法、定子电感法、续流二极 管法等。而运些检测方法都适用于永磁同步电机，而较少设及到直流有刷电机的转角检测 方法。有刷直流电机由于较为低廉的成本，使用范围很广，若能很好估计电机转角转速将会 得到很好的实用价值和广阔的市场。为了保持直流有刷电机低廉使用成本的特性W及获得 较为精确的转角和转速，本发明提供了解决此问题的一套技术方案。
【发明内容】
[0003] 本发明专利是为了提高电机转角检测模块的集成度、缩减模块成本，W提供一种 在保证精度的情况下通过应用电机本身属性特征检测直流有刷电机的转角和转速装置，除 此之外还填补了直流有刷电机转角估计方法的空白。
[0004] 本发明改进的关键技术在于电流信号处理W及软件矫正方法，W保证信号处理效 果、提高转角和转速检测精度。本发明的具体内容是：
[0005] 电机转角检测装置，包括电流传感器3、前置放大模块4、自适应带通滤波模块5、正 弦波脉冲转换模块6、电压转换模块8。其中，电流传感器3、前置放大模块4、自适应带通滤波 模块5、正弦波脉冲转换模块6依次相连。
[0006] 电压转换模块8的供电端分别与前置放大模块4的取点端、自适应带通滤波模块5 的取点端相连接。
[0007] 所述电流传感器3用于检测电机转动过程中通过的电流信号。
[000引所述前置放大模块4负责将电流传感器3检测到的电流信号进行放大，获得交流电 信号。
[0009]所述自适应带通滤波模块5负责将经过前置放大模块4输出的交流电信号进行自 适应带通滤波，获得正弦波形电流信号。
[0010] 所述正弦波脉冲转换模块6负责将自适应带通滤波模块5输出的正弦波形电流信 号转化为脉冲波信号。
[0011] 所述电压转换模块8负责向前置放大模块4和自适应带通滤波模块5提供±5V的电 压。
[0012] 进一步说，设有一个工控机。电流传感器3的信号输出端、自适应带通滤波模块5的 信号输入端、正弦波脉冲转换模块6的信号输出端分别与工控机相连接。
[0013] 通过工控机对自适应带通滤波模块5进行参数设置。
[0014] 通过工控机结合电流传感器3反馈的信号、正弦波脉冲转换模块6反馈的信号计算 获得电机的转角数值。
[0015] 进一步说，所述电流传感器3用的是单电阻电流传感器，并通过AD8206进行差分放 大，差分放大后的信号即为电流信号。电流传感器是安装在Η桥的中间，用于检测电机转动 过程中通过的电流。
[0016] 进一步说，所述前置放大模块(4)为两级放大，其中，第一级放大的放大倍数为201 倍。第二级放大的放大倍数为3倍.
[0017] 进一步说，所述前置放大模块（4)包括电容(：1、〔2、〔3、〔4，电阻則、1?2、1?3、1?4、尺5、 尺6、37、1?8^及忍片化〔2272。
[0018] 其中，由电容(：1^3、〔4，电阻1?1、1?3、1?4、1?5^及忍片化〔2272实现第一级放大的功 能，由电容C2、C4,电阻32、1?6、1?7、1?8和忍片化〔2272内部的放大器实现第二级放大的功能。 进一步说，忍片化C2272的引脚1与电阻R1的一端、电阻R3的一端、电容C2的一端相连接。忍 片化C2272的引脚2与电阻R1的另一端、电阻R4的一端相连接。忍片化C2272的引脚3与电容 C1的一端、电阻R5的一端相连接。电阻R4的另一端与电容C3的一端相连接。电阻R3的另一 端、电容C3的另一端、电阻R5的另一端共同接地。忍片化C2272的引脚5与电阻R6的一端、电 容C2的另一端相连接。忍片化C2272的引脚6与电阻R2的一端、电阻R7的一端相连接。忍片 TLC2272的引脚7与电阻R2的另一端、电阻R8的一端相连接。电阻R7的另一端与电容C4的一 端相连接。电容C4的另一端、电阻R6的另一端、电阻R8的另一端共同接地。
[0019] 电容C1的另一端接电流传感器3的信号输出端、正弦波脉冲转换模块6。忍片 TLC2272的引脚4与电压转换模块8的负压输出端相连。忍片化C2272的引脚8与电压转换模 块8的正向输出端相连。忍片化C2272的引脚7与自适应带通滤波模块5相连接。
[0020] 进一步说，所述自适应带通滤波模块5是用于将放大后的交流信号进行自适应带 通滤波，过滤出理想的正弦波形。自适应带通滤波模块5包含1块开关电容滤波忍片。
[0021] 进一步说，自适应带通滤波模块5中的开关电容滤波忍片为滤波忍片LTC1068-200。自适应带通滤波模块5内含有电阻R9、R10、R11、R12、R15、R16、R17、R19、R20、R21、R22、 R23,电容口、C8。滤波忍片LTC1068-200的引脚1与电阻R9的一端、电阻R16的一端、电阻R11 的一端连接在一起。滤波忍片LTC1068-200的引脚1与电阻R12的另一端连接在一起。滤波忍 片LTC1068-200的引脚1与电阻R16的另一端电阻R10的一端连接在一起。滤波忍片LTC1068-200的引脚4与滤波忍片LTC1068-200的引脚5相连。滤波忍片LTC1068-200的引脚6与滤波忍 片LTC1068-200的引脚8、电容C7的一端相连接。滤波忍片LTC1068-200的引脚7与电阻R19的 一端共同接地。滤波忍片LTC1068-200的引脚9与电容C7的另一端共同接地。滤波忍片 LTC1068-200的引脚10与滤波忍片LTC1068-200的引脚11、电阻R21的一端相连接。滤波忍片 LTC1068-200的引脚12与电阻R22的一端相连接。滤波忍片LTC1068-200的引脚13与电阻R23 的一端相连接。滤波忍片LTC1068-200的引脚14与电阻R21的另一端、电阻R22的另一端、电 阻R23的另一端、电阻R9的另一端连接在一起。滤波忍片LTC1068-200的引脚15与滤波忍片 LTC1068-200的引脚16相连接。滤波忍片LTC1068-200的引脚19、引脚20、引脚22、电容C8的 一端共同接地。滤波忍片LTC1068-200的引脚23与电容C8的另一端、电阻R19的一端相连接。 滤波忍片LTC1068-200的引脚24与电阻R19的另一端、电阻R20的一端相连接。滤波忍片 LTC1068-200的引脚25与电阻R20的另一端相连接。滤波忍片LTC1068-200的引脚26与电阻 R17的一端、电阻R9的一端相连接。滤波忍片LTC1068-200的引脚27与电阻R15的一端相连 接。滤波忍