[发明专利]一种磁电编码器与轴承一体化集成装置及其冗余解算方法

权利要求书

1.一种磁电编码器与轴承一体化集成装置的冗余解算方法，该方法所使用的装置由左编码器信号解算板(1)、单对极磁钢a(2)、左轴承(3)、电机主轴(4)、右轴承(5)、单对极磁钢b(6)、右编码器信号解算板(7)组成；所述的左编码器信号解算板(1)，它包括单对极霍尔a1(1-1)、单对极霍尔a2(1-2)、单片机a3(1-3)，其中单对极霍尔a1(1-1)、单对极霍尔a2(1-2)、单片机a3(1-3)与左编码器信号解算板(1)焊锡焊接，所述的左轴承(3)为深沟球轴承，它包括轴承外圈c1(3-1)、保持架c2(3-2)、滚动体c3(3-3)、轴承内圈c4(3-4)，其中左编码器信号解算板(1)与轴承外圈c1(3-1)胶接，单对极磁钢a(2)与轴承内圈c4(3-4)胶接，轴承内圈c4(3-4)与电机主轴(4)采用基孔制过渡配合；所述的右编码器信号解算板(7)，它包括单对极霍尔b1(7-1)、单对极霍尔b2(7-2)、单片机b3(7-3)，其中单对极霍尔b1(7-1)、单对极霍尔b2(7-2)、单片机b3(7-3)与右编码器信号解算板(7)焊锡焊接，所述的右轴承(5)为深沟球轴承，它包括轴承外圈d1(5-1)、保持架d2(5-2)、滚动体d3(5-3)、轴承内圈d4(5-4)，其中右编码器信号解算板(7)与轴承外圈d1(5-1)胶接，单对极磁钢b(6)与轴承内圈d4(5-4)胶接，轴承内圈d4(5-4)与电机主轴(4)采用基孔制过渡配合；

其特征在于，所述方法的具体实施过程为：

步骤一：将单对极磁钢a与轴承内圈c4采用胶接的方式连接在一起，将左编码器信号解算板相对于轴承内圈c4而言悬空式放置在左轴承左侧，并且左编码器信号解算板与轴承外圈c1用胶接的方式连接，在左编码器信号解算板上焊锡焊接单对极霍尔a1、单对极霍尔a2和单片机a3，单对极霍尔a1与单对极霍尔a2在同一圆周上呈90°角放置，且位置正对于单对极磁钢a，与单对极磁钢a距离很近但不相碰；

将单对极磁钢b与轴承内圈d4采用胶接的方式连接在一起，将右编码器信

号解算板相对于轴承内圈d4而言悬空式放置在右轴承右侧，并且右编码器信号解算板与轴承外圈d1用胶接的方式连接，在右编码器信号解算板上焊锡焊接单对极霍尔b1、单对极霍尔b2和单片机b3，单对极霍尔b1与单对极霍尔b2在同一圆周上呈90°角放置，且位置正对于单对极磁钢b，与单对极磁钢b距离很近但不相碰；

当电机主轴转动时，轴承内圈c4与电机主轴采用基孔制过渡配合，从而单对极磁钢a转动，单对极磁钢a会产生轴向磁场，单对极霍尔a1、单对极霍尔a2采集单对极角度值信号A+、A-，左编码器信号解算板对角度值模拟信号A+、A-进行模数转换，得到单对极角度值数字信号HA+、HA-，再通过单片机a3中内置的反正切算法进行解算，对得到的单对极角度值数字信号HA+、HA-进行解算，得到单对极角度值θ₁，解算公式为(1)：

与之相对称的部分，当电机主轴转动时，轴承内圈d4与电机主轴采用基孔制过渡配合，从而单对极磁钢b转动，单对极磁钢b会产生轴向磁场，单对极霍尔b1、单对极霍尔b2采集单对极角度值信号B+、B-，右编码器信号解算板对角度值模拟信号B+、B-进行模数转换，得到单对极角度值数字信号HB+、HB-，再通过单片机b3中内置的反正切算法进行解算，对得到的单对极角度值数字信号HB+、HB-进行解算，得到单对极角度值θ₂，解算公式为(2)：

步骤二：将上述解出的两组单对极角度值θ₁、θ₂进行求和，再将求和的结果平均得到角度值θ₃，θ₃定义为角度平均值，将θ₃作为最终的角度输出，

解算公式为(3)：

步骤三：将所得的角度值θ₃分别与θ₁、θ₂进行作差得到角度偏差量θ_eer1、θ_eer2，将作差得到的角度值偏差量θ_eer1、θ_eer2与设定的范围ε值作对比，若θ_eer1∈ε与θ_eer2∈ε都满足，则说明两个编码器信号解算板都在正常的运行；否则，则说明编码器信号解算板出现了故障，将上传故障报警系统，偏差量的计算公式为(4)、(5)：

θ_err1＝θ₃-θ₁(4)

θ_err2＝θ₃-θ₂(5)

步骤四：当报警系统启动后，立即对左编码器信号解算板和右编码器信号解算板进行校验，对单对极角度值θ₁和单对极角度值θ₂同时进行差分计算，差分计算的解算公式为(6)(7)：

Δ₁(i)＝θ₁(i)-θ₁(i-1)(6)

Δ₂(i)＝θ₂(i)-θ₂(i-1)(7)

其中Δ₁为差分计算后的数列，θ₁(i)为第一组当前的单对极角度值，θ₁(i-1)为第一组上一个的单对极角度值，Δ₂为差分计算后的数列，θ₂(i)为第二组当前的单对极角度值，θ₂(i-1)为第二组上一个的单对极角度值，i为数据采样点的个数；

对左编码器信号解算板校验时：若Δ₁中的0值数据点持续出现一个旋转周期，则说明该编码器处于损坏状态，确定了该编码器信号解算板出现故障后，将立刻终止收集编码器解算板a解算出的单对极角度值θ₁，暂时将采用单对极角度值θ₂作为输出值；对右编码器信号解算板校验时：若Δ₂中的0值数据点持续出现一个旋转周期，则说明该编码器处于损坏状态，确定了该编码器信号解算板出现故障后，将立刻终止收集编码器解算板b解算出的单对极角度值θ₂，暂时将采用单对极角度值θ₁作为输出值。