一種電機內部均值濾波觸發測速裝置的製作方法

2023-06-03 04:02:11 3

專利名稱：一種電機內部均值濾波觸發測速裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種測速裝置，尤其涉及一種電機內部低成本高精度均值濾波觸發測速裝置。
背景技術：
採用霍爾傳感器作為信號檢測元件，在電動機、發電機電控系統等方面以及在其它工業領域已經得到了廣泛的應用。但現有的測速裝置是在電機的轉軸上安裝一個圓形的磁鋼，N、S極均勻的間隔分布在磁鋼的圓周上，兩個霍爾傳感器並列安裝在與磁鋼軸心平行的平面上，當電機運行的時候，磁鋼的N、S極交替作用在霍爾傳感器的感應面上，傳感器輸出的正弦信號經過信號處理電路變成頻率方波信號。但是由於國內加工水平的限制，磁鋼的磁極充磁不均勻，造成霍爾傳感器輸出的正弦信號不規則，使得最後的方波信號出現相位抖動現象，加上後續的信號處理電路直接採用固定電平觸發，造成轉速測量誤差大。當然也有設計人對霍爾傳感器作出了相應的改變，如專利文件「霍爾轉速傳感器(CN87216697)」，其公開了一種採用一對磁極，一個霍爾開關，一個非磁性材料的框架和一個帶通孔的導磁體。但是這種結構的傳感器採用的是開關霍爾元件，而目前市場上的開關霍爾元件不論是單極霍爾元件，還是雙極霍爾元件，其門檻磁通Bop為固定值，當磁通高於該Bop值時則輸出為低，而高於該Bop值時為高。通過試驗，如果採用開關霍爾元件來測量該中軸波動的正弦磁通時，則會使輸出的脈衝的周期偏差很大。而且採用這種原理的傳感器在汽車電機軸轉速的測量中還沒用應用，因為其輸出信號為不規則的正弦信號。

發明內容
本發明主要是提供了一種成本低，高精度，工作原理簡單，輸出信號波形均勻，避免了相位抖動現象的電機內部低成本高精度均值濾波觸發測速裝置；解決現有技術所存在的成本高，轉速測量誤差大，不能保證精度的技術問題。
同時，本發明還提供了一種結構簡單，實時採集精度高的電機內部低成本高精度均值濾波觸發測速裝置；解決了現有技術中存在的充磁複雜，技術要求高的技術問題。
本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的一種電機內部均值濾波觸發測速裝置，包括信號採集裝置，所述的信號採集裝置包括信號齒輪，信號齒輪設置在電機軸的一端，信號齒輪的一側設有永久磁鐵，在信號齒輪和永久磁鐵間設有線形霍爾傳感器；霍爾傳感器連接著至少兩列的均值濾波信號處理電路。當齒輪旋轉時，齒輪切割閉合磁路，由於鋼鐵和空氣的磁阻不同，使得閉合磁路的磁強發生大小交替變化，線形霍爾傳感器就會輸出原始正弦信號，再由均值濾波信號處理電路輸出方波信號。由於電機的參數有兩個，方向和轉速，因此在信號輸出端也分為了兩路，使得輸出的參數更確切。本發明的電機測速裝置，尤其適用於汽車等用的小型直流電機的電機轉速測量。其原材料、器件的成本低，工作原理簡單，精度可保證5％，一般可達到3％以內。
均值濾波信號處理電路只需要由霍爾元件採集的不規則正弦波信號轉化為規則的矩形波信號，因此，其可以為已知的任何形式的電路，作為優選，所述均值濾波信號處理電路包括連接著霍爾傳感器輸出端的輸入濾波單元，輸入濾波單元連接著對稱濾波單元和動態求均值單元，對稱濾波單元和動態求均值單元分別連接在比較器的兩個輸入端，比較器連接著輸出信號端。均值濾波信號處理電路利用動態求均值的輸出作為比較器的參考電平，使得該測速裝置不受正弦信號波動的影響，從而能比一般比較器電路獲得更低周期偏差的矩形波信號；而且這種形式的電路結構簡單，成本低，實時採集精度高，輸出信號波形均勻。比較器由U1和R4組成，該比較器件能夠有效的防止低頻幹擾所引發的比較器誤動作。
作為優選，所述的輸入濾波單元為RC電路組成的無源濾波器或者RC與運算放大器構成的有源濾波器。R1，C1組成濾波器的截止頻率為兩倍正弦信號的上限頻率，其能在幾乎不削弱正弦信號幅值的同時有效的濾除信號中的毛刺幹擾。當然，在空間和成本要求比較低時可以採用有源濾波來取得更好的濾波效果。
作為優選，所述的動態求均值單元是由連接在輸入濾波單元的輸出端的電阻R3，以及連接在R3另一端的並聯的R3′、C3構成；R3′、C3的另一端均接地，R3的另一端連接在比較器的反向輸入端。由R3、R3和C3組成，通過調節其參數，能夠動態的求取正弦波形的平均值，使得均值可以隨著正弦波中軸線的波動而波動。再以該均值電路的輸出值作為比較器的參考電壓，可以進一步減少輸出矩形波由於輸入正弦波的波動而產生周期偏差。
作為優選，所述的對稱濾波單元是由連接在輸入濾波單元的輸出端的電阻R2，以及連接在R2的另一端的C2構成；C2的另一端接地，R2的另一端也連接在比較器的同向輸入端。R2，C2組成的濾波器除了能夠對輸入信號作進一步的濾波處理之外，主要用來平衡比較器的正負端的輸入阻抗，能有效的降低比較器的輸出反饋信號對霍爾元件輸入信號產生的不良影響。
作為優選，所述的均值濾波信號處理電路包括連接著霍爾傳感器輸出端的信號放大單元，信號放大單元連接著輸入濾波單元，輸入濾波單元的一端連接著動態求均值單元，另一端連接在比較器的同向輸入端，動態求均值單元的另一端連接在比較器的反向輸入端。通過了信號放大單元，使得信號處理更加準確。
作為優選，信號齒輪的齒寬和齒間距的比例範圍為1∶1～2.5。作為更優選，其比例可以選擇在1∶2，這樣輸出的信號採集更易分析處理，使得精度更高。
作為優選，均值濾波信號處理電路有兩路，分別為方向信號處理電路和轉速信號處理電路；速度信號直接由其中一路輸出，而方向信號是由兩路信號通過邏輯處理之後輸出，輸出為集電極開路。
作為優選，所述的霍爾傳感器的感應面與磁力線垂直，所述的永久磁鐵是由兩塊磁鋼的N、S極順序連接構成封閉的磁路。兩塊方形的永久磁鋼2並行安裝在與齒輪軸線平行的一塊薄鋼板上，安裝時這兩塊磁鋼的N、S極要相反，這樣通過薄鋼板和空氣，這兩塊磁鋼的磁力線構成了一個閉合的磁路。
因此，本發明的電機內部均值濾波觸發測速裝置具有下述優點1、成本低，精度高；2、原理簡單，很好的避免了相位的抖動現象；3、實時採集精度高，生產工藝簡單，原材料、器件成本低；4、輸出信號波形均勻，測量誤差小。


圖1是本發明的一種電機內部均值濾波觸發測速裝置的原理圖。
圖2是圖1的信號處理框圖。
圖3是圖2的具體電路圖。
圖4是圖1的另一種信號處理框圖。
圖5是圖4的具體電路圖。
具體實施事例下面通過實施例，並結合附圖，對發明的技術方案作進一步具體的說明。
實施例1如附圖1和2和3所示，一種電機內部均值濾波觸發測速裝置，包括信號採集裝置和兩路均值濾波信號處理電路1。其中信號採集裝置包括信號齒輪4，信號齒輪4的齒寬與齒間距的比例為1∶2，信號齒輪4設置在電機軸的一端，信號齒輪4的一側設有永久磁鐵2，兩塊方形的永久磁鐵2並行安裝在與齒輪軸線平行的一塊薄鋼板上，安裝時這兩塊磁鋼的N、S極要相反，這樣通過薄鋼板和空氣，這兩塊磁鋼的磁力線構成了一個閉合的磁路；在信號齒輪4和永久磁鐵2間設有線形霍爾傳感器3，霍爾傳感器3的感應面與磁力線垂直。當齒輪4旋轉時，齒輪4切割閉合磁路，由於鋼鐵和空氣的磁阻不同，使得閉合磁路的磁強發生大小交替變化，線形霍爾傳感器3就會輸出原始正弦信號，再由均值濾波信號處理電路1輸出方波信號。兩路均值濾波信號處理電路1包括轉速信號處理電路5和方向信號處理電路6，兩路矩形波的相位相差90°，速度信號是由其中的一路輸出得到，而方向信號則是由兩路信號通過邏輯處理之後輸出，輸出都是集電極開路。均值濾波信號處理電路1，包括連接著霍爾傳感器3輸出端A的輸入濾波單元7，輸入濾波單元7連接著對稱濾波單元8和動態求均值單元9，對稱濾波單元8和動態求均值單元9分別連接在比較器10的兩個輸入端，比較器10連接著輸出信號端B。
霍爾傳感器3輸出端連接著輸入濾波單元7的電阻R1，R1的另一端分別連接有電容C1、對稱濾波單元7的電阻R2和動態求均值單元9的電阻R3。C1的另一端接地，R2的另一端分別連接著C2和比較器LM2903的同向輸入端，R3的另一端分別連接著並列的R3′、C3，還有比較器LM2903的反向輸入端。C2的另一端接地，R3′、C3的另一端同時接地。在比較器LM2903的同向輸入端與輸出端之間連接有電阻R4。
實施例2如附圖1和4和5所示，一種電機內部均值濾波觸發測速裝置，包括信號採集裝置和兩路均值濾波信號處理電路1。其中均值濾波信號處理電路1包括連接著霍爾傳感器3輸出端的信號放大單元11，信號放大單元11連接著輸入濾波單元7，輸入濾波單元7的一端連接著動態求均值單元9，另一端連接在比較器10的同向輸入端，動態求均值單元9的另一端連接在比較器10的反向輸入端。其中輸入濾波單元7採用了有源濾波器。
霍爾傳感器3輸出端A連接著信號放大單元11的電阻R6，R6連接著放大器TL072的同向輸入端，放大器的反向輸入端連接著電阻R5，R5的另一端接地；在放大器的反向輸入端和輸出端間連接有電阻R7。信號放大單元11的輸出端連接著電阻R8，R8的另一端連接著輸入濾波單元7的電容C4和電阻R10，C4的另一端連接在輸入濾波單元7中的放大器TL072的輸出端，R10的另一端連接著電容C5和輸入濾波單元7的放大器TL072的同向輸入端，C5的另一端接地，輸入濾波單元7的放大器TL072的反向端連接著電阻R9的一端，其另一端接地，在輸入濾波單元7的放大器TL072的反向端與輸出端間連接有電阻R11。輸入濾波單元的放大器TL072的輸出端連接在比較器LM2903的同向輸入端，其反向輸入端連接著動態求均值單元9。動態求均值單元9、比較器10、還有信號採集裝置與實施例1同。
本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發明的構思作舉例說明。本發明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或採用類似的方式替代，但並不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的範圍。
權利要求
1.一種電機內部均值濾波觸發測速裝置，包括信號採集裝置，其特徵在於所述的信號採集裝置包括信號齒輪(4)，信號齒輪(4)設置在電機軸的一端，信號齒輪(4)的一側設有永久磁鐵(2)，在信號齒輪(4)和永久磁鐵(2)間設有線形霍爾傳感器(3)；霍爾傳感器(3)連接著至少兩路的均值濾波信號處理電路(1)。
2.根據權利要求1所述的一種電機內部均值濾波觸發測速裝置，其特徵在於所述均值濾波信號處理電路(1)包括連接著霍爾傳感器(3)輸出端的輸入濾波單元(7)，輸入濾波單元(7)連接著對稱濾波單元(8)和動態求均值單元(9)，對稱濾波單元(8)和動態求均值單元(9)分別連接在比較器(10)的兩個輸入端，比較器(10)連接著輸出信號端。
3.根據權利要求2所述的一種電機內部均值濾波觸發測速裝置，其特徵在於所述的輸入濾波單元(7)為RC電路組成的無源濾波器或者RC與運算放大器構成的有源濾波器。
4.根據權利要求3所述的一種電機內部均值濾波觸發測速裝置，其特徵在於所述的動態求均值單元是由連接在輸入濾波單元(7)的輸出端的電阻R3，以及連接在R3另一端的並聯的R3′、C3構成；R3′、C3的另一端均接地，R3的另一端連接在比較器(10)的反向輸入端。
5.根據權利要求4所述的一種電機內部均值濾波觸發測速裝置，其特徵在於所述的對稱濾波單元(8)是由連接在輸入濾波單元(7)的輸出端的電阻R2，以及連接在R2的另一端的C2構成；C2的另一端接地，R2的另一端也連接在比較器(10)的同向輸入端。
6.根據權利要求1所述的一種電機內部均值濾波觸發測速裝置，其特徵在於所述的均值濾波信號處理電路包括連接著霍爾傳感器(3)輸出端的信號放大單元(11)，信號放大單元(11)連接著輸入濾波單元(7)，輸入濾波單元(7)的一端連接著動態求均值單元(9)，另一端連接在比較器(10)的同向輸入端，動態求均值單元(9)的另一端連接在比較器(10)的反向輸入端。
7.根據根據權利要求1或2或3或4或5或6所述的一種電機內部均值濾波觸發測速裝置，其特徵在於信號齒輪(4)的齒寬和齒間距的比例範圍為1∶1～2.5。
8.根據根據權利要求1或2或3或4或5或6所述的一種電機內部均值濾波觸發測速裝置，其特徵在於均值濾波信號處理電路(1)有兩路，分別為方向信號處理電路和轉速信號處理電路；速度信號直接由其中一路輸出，而方向信號是由兩路信號通過邏輯處理之後輸出，輸出為集電極開路。
9.根據權利要求7所述的一種電機內部均值濾波觸發測速裝置，其特徵在於均值濾波信號處理電路(1)有兩路，分別為方向信號處理電路(6)和轉速信號處理電路(5)；速度信號直接由其中一路輸出，而方向信號是由兩路信號通過邏輯處理之後輸出，輸出為集電極開路。
10.根據權利要求1所述的一種電機內部均值濾波觸發測速裝置，其特徵在於所述的霍爾傳感器(3)的感應面與磁力線垂直，所述的永久磁鐵(2)是由兩塊磁鋼的N、S極順序連接構成封閉的磁路。
全文摘要
本發明涉及一種測速裝置，尤其涉及一種電機內部低成本高精度均值濾波觸發測速裝置。其包括信號採集裝置，所述的信號採集裝置包括信號齒輪，信號齒輪設置在電機軸的一端，信號齒輪的一側設有永久磁鐵，在信號齒輪和永久磁鐵間設有線形霍爾傳感器；霍爾傳感器連接著至少兩列的均值濾波信號處理電路。本發明主要是提供了一種成本低，高精度，工作原理簡單，輸出信號波形均勻，避免了相位抖動現象的電機內部低成本高精度均值濾波觸發測速裝置；解決現有技術所存在的成本高，轉速測量誤差大，不能保證精度的技術問題。
文檔編號H02P6/14GK1932523SQ200610050608
公開日2007年3月21日 申請日期2006年7月21日 優先權日2006年7月21日
發明者宋開臣, 劉曉偉, 張宇鵬 申請人:杭州術通高端儀器有限公司, 中國第一汽車集團公司