[发明专利]双磁路多信号模式位置传感器及其检测方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种双磁路多信号模式位置传感器及其检测方法。

背景技术：

在电机控制系统中，常用的位置传感器有旋转变压器和光电编码器。旋转变压器除了有体积大、精度不高的问题之外，还要求有激励信号，激励信号一般以转象差的形式出现。为保证反馈模拟信号精确性，必须精确调准激励信号的相位和振幅，并且要保证当随着温度和湿度的变化，出现振动和电子漂移时，保持激励信号不变，因此导致旋转变压器激励信号控制电路非常复杂，进而使成本大大增加。

光电编码器是一种集光、机、电一体的数字测角装置。因为其自身的缺点，还不能应用于振动剧烈、潮湿、有油污和灰尘的恶劣环境；由于光电器件使用寿命不长，限制了光电编码器的使用寿命；制造工艺复杂导致光电编码器的高成本。以上缺点，大大限制了光电编码器的应用范围，无法使用于恶劣环境和特殊环境，例如航天等领域。

发明内容：

本发明的目的是提供一种新型的位置传感器，可以提高电机控制系统抗恶劣环境的运行能力，减小了位置传感器的体积，降低了成本，极大限度地满足了控制系统对不同位置信号模式的要求，扩大了位置传感器的应用范围。

本发明的目的是这样实现的：

一种双磁路多信号模式位置传感器，其组成包括:外壳，所述的外壳安装支架上，所述的外壳端盖下端安装有电路板，所述的电路板下方安装有线性霍尔传感器和圆盘形铁芯，所述的外壳下端通过轴承安装有中空轴，所述的中空轴上方安装有两极圆柱形磁钢，所述的轴承上端安装有磁屏蔽装置，所述的磁屏蔽装置外侧的8极环形磁钢的外侧安装有环形铁芯，所述的8极环形磁钢与环形铁芯中间安装有开关霍尔传感器。

所述的双磁路多信号模式位置传感器，所述的外壳采用导磁材料，能够隔离外部环境的磁场干扰；所述的两极圆柱形磁钢平行充磁用于产生正弦波磁场；所述的径向充磁的8极环形磁钢用于产生4对极方波磁场，适用于4对极无刷直流电动机的位置检测；所述的电路板上空间相位差为120度电角度的三片垂直放置的开关霍尔传感器，用于感测8极环形磁钢产生的方波磁场；所述的线性霍尔传感器平行放置为4片空间相位差90度角，用于感测圆柱形磁钢产生的正弦波磁场。

所述的双磁路多信号模式位置传感器，所述的电路板设计有轴角变换电路，将平行焊接的4片线性霍尔传感器感测到的磁场信号，通过轴角变换转换为表示转轴位置的电压信号。

所述的双磁路多信号模式位置传感器，所述的磁屏蔽装置用于隔离圆柱形磁钢产生的正弦波磁场和环形磁钢产生的方波磁场，使两个独立的磁路互不干扰。

一种所述的双磁路多信号模式位置传感器进行的检测方法，磁钢连接轴为中空，安装时直接套接在电机转子轴上，并加以固定；轴的内端部设计一个外径略大于圆柱形磁钢外径、深度为磁钢高度三分之二的凹槽，圆柱形磁钢粘贴在凹槽之中；线性霍尔传感器焊接在圆形电路板的中心位置，以保证4个霍尔传感器的对称中心与圆柱形磁钢中心在同一轴线上；通过 A/D转换器将圆柱形磁钢产生的相位正交的正余弦电压模拟信号转换成数字信号，由XC164对信号进行误差补偿并计算角位置信息；磁屏蔽装置外侧套装一个8极环形磁钢，磁屏蔽装置的作用是避免内外两个磁场的互相干扰，同时起到对两极磁场的整定作用；开关霍尔传感器在电路板同一圆周上间隔120度电角度排列，感测8极磁环产生的磁场，输出相差120度电角度的三相无刷直流电机换相信号，开关霍尔传感器表面与磁环外表面法线垂直；两极磁钢与8极磁钢同轴旋转；双磁路多信号模式位置传感器设计成全封闭结构，外壳本身就是一个磁屏蔽装置，可以屏蔽掉外部磁场对位置传感器内部磁场的干扰。

所述的双磁路多信号模式位置传感器进行的检测方法，所述的8极环形磁钢采用在磁钢外侧放置环形铁芯的方案对产生的磁场进行整定，所述的霍尔传感器敏感磁场分量的误差会得到有效的控制。

所述的双磁路多信号模式位置传感器进行的检测方法，通过A/D转换器将圆柱形磁钢产生的相位正交的正余弦电压模拟信号转换成数字信号，由XC164对信号进行误差补偿并计算角位置信息；角位置信号以三种不同的模式输出：增量模式、PWM模式、同步串口模式；由开关霍尔传感器感测8极环形磁钢产生的方波磁场信号，并输出无刷直流电机换相信号。