[实用新型]一种高速角位置检测系统

说明书

技术领域

本实用新型属于角位置传感器技术领域，具体涉及一种高速角位置检测系统。

背景技术

高速电机或电主轴在工业、军事等领域中有特殊的应用。用高速电机或电主轴直接驱动高速负载可以省去机械传动装置，避免了传动装置引起的损耗、机械振动与噪声，从而减小设备体积，提高运行效率和运行精度。采用矢量控制的高速电机或电主轴具有效率高、运行可靠、功率因数高、力能指标好、控制特性好等优点。

然而，采用矢量控制难实现对高速电机或电主轴的控制的原因在于，其高转速对应高频电流波形，这要求控制系统具有优越的电流控制性能。对电流的控制性能一方面取决于电流控制频率，另一方面取决于电压矢量的精度。矢量控制需要电机或电主轴转子磁场的精确角度，精确的位置控制也需要转子的高精度位置反馈。当前的位置反馈器件都不能在高速情况下正常输出位置信号，很难实现对转子位置的检测，甚至无法正常工作。因此，对高速电机或电主轴很难采取真正的伺服控制，多采用无位置传感控制或变频控制等方式，结果控制特性不佳。

自动化领域中，高转速一般是指每分钟数万转到每分钟数十万转的转速范围。增量式角位置传感器输出的位置信号是方波信号，高转速下，信号频率相对较高，信号传输可靠性会随频率升高而降低，很多高转速应用情况下，要降低增量式角位置传感器分辨率(单圈信号数量)来降低信号频率。一般在每分钟一万转以上，能够应用的增量式角位置传感器的分辨率一般只有数千线每圈。以目前普遍采用的光电编码器为例，要实现较高精度的位置控制，一般需要16位(每转65536线)的分辨率。光电编码器以脉冲信号形式实时输出转子位移信号，电机转速为10000r/min时，对于65536线编码器输出信号的频率约为10.92MHz，一般光敏器件的响应频率只有250kHz，即使采用特殊光敏器件和其他电子器件来保证光电编码器可以输出如此高频的位置反馈信号，伺服控制器也很难采集到。从目前高速电机的发展情况来看，转速远远不止10000r/min。因此光电编码器从信号频率的角度来看已经不适合高速控制场合。对于光电编码器和同步感应器，传感器结构、敏感元件响应时间等方面的局限也制约了在高速场合的运用。

绝对式角位置传感器是以某种数据协议输出绝对位置数据，其输出的位置数据所对应的时刻是在通信开始之前的某一个时刻，两个时刻之间的时间一般为数微秒，高转速情况下，这短短数微秒所对应的角度值有可能会导致控制精度降低甚至控制失效。一般的磁电编码器只是解决的耐冲击和耐粉尘等问题，也同样存在信号频率问题。而同步感应原理的位置检测器件，其产生的感应电动势会随着速度增加而增加，变化太大就会影响位置反馈精度，因此也不适合在高速控制中使用。

综上所述，现有角位置检测方法有以下缺陷：1.不能在高速下准确检测转子角度位置；2.角度反馈信号频率会随速度发生变化；3.结构复杂，安装要求高，高速下容易产生磨损；4.高速下由于信号传输过程和采样滞后的问题而导致输出角度分辨率和精度不高。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术存在的高速时角位置传感器检测到的角度容易有偏差，精度低的问题，而提出一种高速角位置检测系统。

为解决技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种高速角位置检测系统，其特征在于，包括：信号发生单元、信号处理单元，通信模块和控制器，所述信号处理单元包括A/D转换模块和运算模块，所述信号发生单元将变化的磁场信号转化成模拟电压信号后通过A/D转换模块转化成数字信号，数字信号通过运算模块转化成对应的角度值θ_k后通过通信模块发送给控制器，所述控制器接收到θ_k值后通过定时同步串口通信协议与通信模块通信，所述通信模块触发A/D转换模块再次采样。

进一步地，所述信号发生单元包括霍尔磁感应元件和转子磁钢环，高速旋转的转子同步带动转子磁钢环在周围产生变化的磁场信号，霍尔磁感应元件感应磁场信号并转化成模拟电压信号输出。

进一步地，所述信号发生单元安装在高速电主轴上，所述信号发生单元包括转子磁钢环和定子组合体，所述转子磁钢环套装在所述高速电主轴上，所述定子组合体定位安装在所述高速电主轴的轴承座上。

进一步地，所述转子磁钢环和定子组合体为两个分离部件。