基於無線電能傳輸和電磁感應的角度測量方法

2023-06-04 03:07:06 1

基於無線電能傳輸和電磁感應的角度測量方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於無線電能傳輸和電磁感應的角度測量方法。單片機產生高頻方波信號，通過信號高頻方波信號放大電路和高頻方波信號濾波電路處理，以電磁波形式輻射到轉子電路上；轉子電路接收供能量為電路中的晶片供電，並產生低頻正弦信號，低頻正弦信號經處理產生發射交流信號，並輻射到定子電路上；定子電路產生初階角度信息信號，並經整流得到角度直流信號，角度直流信號傳入單片機經過處理後，得到轉子和定子之間的角度信息。本發明方法測量精度高，成本低，安裝方便，便於維護和管理，對環境的要求不苛刻，只要不在強磁環境下工作，便可以精確地、穩定地、快速地完成任務,解決了角度測量方法的可靠性，精度，以及成本等諸多問題。
【專利說明】基於無線電能傳輸和電磁感應的角度測量方法
【技術領域】
[0001]本發明專利涉及角度傳感器的角度測量方法，尤其涉及一種基於無線電能傳輸和電磁感應的角度測量方法。
【背景技術】
[0002]角度傳感器作為電機中的一個重要的基礎元件，在許多具有重大戰略意義的產業中都佔有重要地位。在高效節能產業中，高效內燃機的實現的一個重要方式就是精確控制燃油與空氣輸入的節氣閥；在高端裝備製造產業中，航空渦輪發動機與控制系統需要對電機轉角的精確控制，智能製造裝備產業中更是將新型傳感技術作為發展重點在第一條列出，多維精密工具機的實現都之有關；新能源汽車產業中實現汽車的均勻高效加速也需要對電機轉角有個精確的檢測。
[0003]相對於低壽命、難維護的接觸式角度傳感器，非接觸式的角度傳感器可以避免摩擦，進而避免影響測量精度以及關鍵部件上的不可靠性。
[0004]主要的非接觸角度傳感器有光電式角度傳感器。但是，該傳感器一般對使用的環境要求比較的苛刻，有少許的灰塵進入光柵都會給傳感器帶來致命的破壞，抗振性也較差，對於安裝的要求非常的高，有少許的偏差就會使傳感器不能正常工作，而且價格昂貴，非一般人和企業能用。
[0005]為了解決角度傳感器的可靠性，精度，以及成本等諸多問題，在此提出一種基於無線電能傳輸和電磁感應的角度測量方法。這種角度測量方法不僅測量精度高，而且成本低，安裝方便，便於維護和管理，對環境的要求也沒有光電式那樣苛刻，只要不在強磁環境下工作，便可以精確地、穩定地、快速地完成任務。

【發明內容】

[0006]本發明從電磁式角度傳感器入手，開發一種滿足工程需要的小型化、低成本、高精度的基於無線電能傳輸和電磁感應的角度測量方法。
[0007]本發明的技術方案如下:
基於無線電能傳輸和電磁感應的角度測量方法，適用於靜止角度測量和高速轉動裝置的角度測量，包含如下步驟:
1)定子電路中的單片機產生高頻方波信號，所述的高頻方波信號通過信號高頻方波信號放大電路和高頻方波信號濾波電路產生高頻正弦信號；
2)所述的高頻正弦信號通過供能交流信號諧振電路產生供能交流信號，所述的供能交流信號的能量通過能量發射線圈以電磁波形式輻射到轉子電路上；
3)轉子電路中的能量接收線圈接收定子電路中的能量發射線圈輻射出來的供能交流信號，並通過整流電路，產生直流電，為轉子電路中的晶片供電；
4)轉子電路中的振蕩電路在供電後，產生振蕩信號，所述的振蕩信號通過低頻正弦信號濾波電路，產生低頻正弦信號；5)所述的低頻正弦信號經過轉子電路中發射交流信號諧振電路處理後，產生發射交流信號，所述的發射交流信號通過發射線圈以電磁波形式輻射到定子電路上；
6)定子電路中的角度信號接收線圈接收轉子電路中發射線圈發射出來的發射交流信號，並在通過角度信號放大電路後產生初階角度信息信號；
7)所述的初階角度信息信號為正弦交流信號，並且該初階角度信息信號的幅值大小Vp與轉子和定子之間的角度Θ有如下關係:
【權利要求】
1.一種基於無線電能傳輸和電磁感應的角度測量方法，適用於靜止角度測量和高速轉動裝置的角度測量，其特徵在於，包含如下步驟: 1)定子電路中的單片機(4)產生高頻方波信號，所述的高頻方波信號通過信號高頻方波信號放大電路(5)和高頻方波信號濾波電路(6)產生高頻正弦信號； 2)所述的高頻正弦信號通過供能交流信號諧振電路(7)產生供能交流信號，所述的供能交流信號的能量通過能量發射線圈(8)以電磁波形式輻射到轉子電路上； 3)轉子電路中的能量接收線圈(9)接收定子電路中的能量發射線圈(8)輻射出來的供能交流信號，並通過整流電路(10)，產生直流電，為轉子電路中的晶片供電； 4)轉子電路中的振蕩電路(11)在供電後，產生振蕩信號，所述的振蕩信號通過低頻正弦信號濾波電路(12)，產生低頻正弦信號； 5)所述的低頻正弦信號經過轉子電路中發射交流信號諧振電路(13)處理後，產生發射交流信號，所述的發射交流信號通過發射線圈(14)以電磁波形式輻射到定子電路上； 6)定子電路中的角度信號接收線圈(I)接收轉子電路中發射線圈(14)發射出來的發射交流信號，並在通過角度信號放大電路(2)後產生初階角度信息信號； 7)所述的初階角度信息信號為正弦交流信號，並且該初階角度信息信號的幅值大小Vp與轉子和定子之間的角度Θ有如下關係:￥p = k sin θ 其中，k為常數； 8)所述的初階角度信息信號經過角度信號整流電路(3)處理後，得到角度直流信號，所述角度直流信號傳入單片機(4)並且經過處理後，即可以得到轉子和定子之間的角度信息； 9)單片機(4)以每秒A次的速度採樣轉子和定子之間的角度Θ，並根據兩次採樣的角度差計算出轉子相對於定子轉動的角速度ω，計算公式如下:ω = A* (O1 — ΘΞ) 其中，θ1、θ2為連續兩次採樣的角度值。
2.根據權利要求1所述的基於無線電能傳輸和電磁感應的角度測量方法，其特徵在於，所述的定子電路包括: 單片機(4)，用來產生和處理電信號，並且根據接受到的電信號，對電信號進行處理得到角度值，並且輸出到顯示屏上； 高頻方波信號放大電路(5)，對單片機輸出的供能高頻方波信號進行功率放大；高頻方波信號濾波電路(6)，對輸出或者輸入的電信號進行濾波，減小外部雜波的幹擾； 供能交流信號諧振電路(7)，對輸出的供能交流信號進行電流放大； 能量發射線圈(8)，將具有功率的電信號以電磁波的形式向外輻射； 角度信號接收線圈(1)，接收由轉子電路中發射線圈發射出來的發射交流信號； 角度信號放大電路(2 )，對角度信號接收線圈(I)接收到的信號進行放大； 角度信號整流電路(3)，對接收到的初階角度信息信號進行處理，得到該信號與角度有關的量而剔除與角度無關的量，即取初階角度信息信號的峰值；基準電壓VREF產生電路，為電路中的信號提供一定的直流偏置。
3.根據權利要求1所述的所述的基於無線電能傳輸和電磁感應的角度測量方法，其特徵在於所述的轉子電路包括: 能量接收線圈(9)，接收定子電路發射出來的由供能交流信號產生的電磁波； 整流電路(10)，對接收到的供能交流信號進行整流，產生能為轉子電路提供的直流電源； 振蕩電路(11)，用於產生低頻正弦信號，提供發射線圈輻射電磁波的載體； 低頻正弦信號濾波電路(12)，對振蕩電路(11)產生的低頻正弦信號進行濾波，減少因為幹擾產生的高頻噪聲信號； 發射交流信號諧振電路(13)，對輸出的發射交流信號進行電流放大； 發射線圈(14 )，向定子電路發射發射交流信號。
【文檔編號】G01B7/30GK103925869SQ201410124951
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年3月31日 優先權日:2014年3月31日
【發明者】林逸銘, 鄭翰, 李霄霄 申請人:浙江大學