一種平面電機動子位移的測量方法

2023-04-24 21:14:16 1

專利名稱：一種平面電機動子位移的測量方法
技術領域：
本發明涉及電機的位移測量方法，尤其是適用於處理平面電機磁場信號分析，實現平面電機精密位移檢測。
背景技術：
旋轉式電動機產生動力驅動，再由機械裝置，轉換為平面運動。由於機械裝置複雜，傳動精度和速度都受到限制，且需經常調校，造成成本高、可靠性差、體積較大。最初的平面電動機是由兩臺直接驅動的平面式電動機來實現的，這種結構增加了傳動系統的複雜性。而直接利用電磁能產生平面運動的平面電動機，具有出力密度高、低熱耗、高精度的特點，因省去了從旋轉運動到平面運動再到平面運動的中間轉換裝置，可把控制對象同電機做成一體化結構，具有反應快、靈敏度高、隨動性好及結構簡單等優點。信號細分技術在機械和電子等領域有著廣泛的應用。平面電機的磁場信號周期性分布，信號每變化一個周期就對應著空間上一個固定的位移量。測量電路通常採用對信號周期進行計數的方法實現對位移的測量，若單純對信號的周期進行計數，則儀器的分辨力就是一個信號周期所對應的位移量。為了提高儀器的分辨力，需採用細分技術。

發明內容
本發明的目的在於提供一種平面電機動子位移的測量方法，測量平面電機動子與定子在X、Y方向的相對位移，實現信號高度細分，並且使信號處理簡單快速。為了達到上述目的，本發明所採用的技術方案如下I)平面電機定子上的磁鋼陣列產生磁場，在平面電機動子上布置四個磁感應強度傳感器第一傳感器的坐標為(X1, Y1K第二傳感器的坐標為(x3，Y1)、第三傳感器的坐標為 (X2, Y2)、第四傳感器的坐標為(x4，Y2)，第一傳感器、第二傳感器、第三傳感器和第四傳感器的採樣信號分別為Ba、Bb、Bc和Bd，將採樣信號Ba、Bb、Bc和Bd在信號處理電路中進行處理， 其中X方向位置坐標Xp X2> X3和X4之間依次相距平面電機X方向磁場極距τ χ的四分之一，Y方向位置坐標I、Y2相距平面電機Y方向磁場極距的τ y的四分之一；2)設X方向位移解析度Λ χ、Y方向位移解析度Λ y,測量磁鋼陣列產生的磁場的磁感應強度幅值Bm,初始化X方向計數單元nx = 0、Υ方向計數單元ny = O,初始化X方向磁
場參考值= ^o-^o Bkcx =夂Y方向磁場參考值=式。;盡。Bkcy = Bc° +2Bd°
其中Ba(l、Bm、Bc0和Bdtl分別為平面電機動子在初始位置時第一傳感器、第二傳感器、第三傳感器和第四傳感器的採樣信號；3)測量開始，採樣得到第一傳感器、第二傳感器、第三傳感器和第四傳感器的採樣信號Ba、Bb、B。和BdJf Ba、Bb、B。和Bd在信號處理電路中分別處理成四路信號Bsx、Bex、Bsy和
Bcy，其中j8 =Wji =H』=Ba+Bb Β^=^ψ-
sxcxsy 2,
4)通過信號處理電路判斷是否產生X方向位移和Y方向位移a.若產生X方向位移，需要進一步判斷X方向位移的正負，如果產生的X方向位移為正，則X方向計數單元nx = nx+l,如果產生的X方向位移為負,則X方向計數單元nx = nx_l，更新X方向磁場參考值Bksx = Bsx, Bkcx = Bcx,完成X方向位移測量；若沒有產生X方向位移，則直接完成X方向位移測量；b.若產生Y方向位移，需要進一步判斷Y方向位移的正負，如果產生的Y方向位移為正，則Y方向計數單元ny = ny+l,如果產生的Y方向位移為負,則Y方向計數單元ny = ny_l，更新Y方向磁場參考值Bksy = Bsy, Bkcy = Bcy,完成Y方向位移測量；若沒有產生Y方向位移，則直接完成Y方向位移測量；5)X方向位移測量和Y方向位移測量均完成後，計算平面電機動子方向的相對位移為X = ηχ · Δχ，Y方向的相對位移為y = ny · Ay ；6)重複步驟3)至5)，實現實時測量平面電機動子的位移。上述技術方案中，其特徵在於，所述步驟4)中判斷是否產生X方向位移和判斷X 方向位移的正負採用如下方法若H H > Ax成立，則平面電機動子在X方向的相對位移為ΛΧ，若不成
Bm
立，則認為平面電機動子在X方向沒有產生相對位移；若BksxBex-BlraBsx彡O成立，則平面電機動子在X方向的相對位移為正，若不成立， 則平面電機動子在X方向的相對位移為負。上述技術方案中，其特徵在於，所述步驟4)中判斷是否產生Y方向位移和判斷Y 方向位移的正負採用如下方法
BB — Ββ若ksy> Ay成立，則平面電機動子在Y方向的相對位移為Ay，若不成立，則認為平面電機動子在Y方向沒有產生相對位移；若BksyBey-BkeyBsy彡O成立，則平面電機動子在Y方向的相對位移為正，若不成立， 則平面電機動子在Y方向的相對位移為負。採用以上技術方案可使得本發明取得突出性效果，即基於電機本身磁場作為位移檢測信號實現電機動子相對定子的位移測量，可以避免傳感器安裝困難等不利因素；並且能夠提高測量系統解析度，實現高度的細分；此外，由於避免超越函數的計算和解決象限判斷問題使計算簡單，而有利於實時高速運算，具有較高的工程價值。


圖I為本發明所述平面電機動子位移的測量方法應用於動圈式平面電機總體結構示意圖。圖2為在平面電機動子上安裝第一傳感器、第二傳感器、第三傳感器和第四傳感器位置示意圖。圖3為本發明所述平面電機動子位移的測量方法的流程圖。其中，I-平面電機定子；2_磁鋼陣列；3_平面電機動子；4_第一傳感器；5_第二傳感器；6_第三傳感器；7_第四傳感器；8_信號處理電路。
具體實施例方式下面以動圈式平面電機為例，結合附圖和實施例對本發明所述平面電機動子位移的測量方法進行說明。參考圖I和圖2，為所述平面電機動子位移的測量方法應用於動圈式平面電機的傳感器布置方案。平面電機定子I上的磁鋼陣列2產生磁場B = BM(sinX+siny)，其中Bm 為磁鋼陣列2產生的磁場B的磁感應強度幅值，χ為平面電機動子X方向位移，y為平面電機動子Y方向位移。在平面電機動子3上布置四個磁感應強度傳感器第一傳感器4的坐標為(X1, Y1)、第二傳感器5的坐標為(X3，Y1)、第三傳感器6的坐標為(X2，Y2)、第四傳感器 7的坐標為(X4，Y2)，第一傳感器、第二傳感器、第三傳感器和第四傳感器的採樣信號分別為 Ba、Bb、Bc和Bd，將採樣信號Ba、Bb、Bc和Bd在信號處理電路8中進行處理，其中X方向位置坐標Xp X2> X3和X4之間依次相距平面電機X方向磁場極距τ χ的四分之一，Y方向位置坐標I、Y2相距平面電機Y方向磁場極距的τ y的四分之一。圖3為本發明所述平面電機動子位移的測量方法的流程圖。因為按照上述傳感器布置方案，所以第一傳感器、第二傳感器、第三傳感器、第四傳感器的米樣信號Ba、Bb、B。和Bd 分別為Ba = BM(sinx+siny).....(I)Bb = BM(-sinx+siny).....(2)Bc = BM(cosx+cosy).....(3)Bd = BM(-cosx+cosy).....(4)將Ba、Bb、Bc和Bd分別處理成四路信號Bsx、Bcx, Bsy和Bey,其中
權利要求
1.一種平面電機動於位移的測量方法，其特徵在於所述方法包括.1)平面電機定子(I)上的磁鋼陣列(2)產生磁場，在平面電機動子(3)上布置四個磁感應強度傳感器第一傳感器(4)的坐標為(X1, Y1K第二傳感器(5)的坐標為(X3，Y1)、第三傳感器(6)的坐標為(X2，Y2)、第四傳感器(7)的坐標為(X4，Y2)，第一傳感器、第二傳感器、第三傳感器和第四傳感器的採樣信號分別為Ba、Bb、Bc和Bd，將採樣信號Ba、Bb、Bc和Bd 在信號處理電路(8)中進行處理，其中乂方向位置坐標&、&、&和\之間依次相距平面電機X方向磁場極距τ χ的四分之一，Y方向位置坐標YpY2相距平面電機Y方向磁場極距的 Ty的四分之一；.2)設X方向位移解析度Λχ、Y方向位移解析度Λ y，測量磁鋼陣列(2)產生的磁場的磁感應強度幅值Bm,初始化X方向計數單元nx = 0、Y方向計數單元ny = O,初始化X方向磁場參考值= ^o-^o Bkcx =夂Y方向磁場參考值= Β々θ Bkcy = Up其中Ba(l、Bm、Bc0和Bdtl分別為平面電機動子在初始位置時第一傳感器、第二傳感器、第三傳感器和第四傳感器的採樣信號；.3)測量開始，採樣得到第一傳感器(4)、第二傳感器(5)、第三傳感器(6)和第四傳感器(7)的採樣信號Ba、Bb、B。和Bd，將Ba、Bb、B。和Bd在信號處理電路⑶中分別處理成四路信號 ByBc^Bsy 和 Bey，其中BB=^Λ=^.4)通過信號處理電路(8)判斷是否產生X方向位移和Y方向位移a.若產生X方向位移，需要進一步判斷X方向位移的正負，如果產生的X方向位移為正，貝1J X方向計數單元nx = nx+l,如果產生的X方向位移為負,貝Ux方向計數單元nx = nx_l, 更新X方向磁場參考值Bksx = Bsx, Bkcx = Bcx,完成X方向位移測量；若沒有產生X方向位移，則直接完成X方向位移測量；b.若產生Y方向位移，需要進一步判斷Y方向位移的正負，如果產生的Y方向位移為正，貝1J Y方向計數單元ny = ny+l,如果產生的Y方向位移為負，貝1J Y方向計數單元ny = ny_l, 更新Y方向磁場參考值Bksy = Bsy, Bkcy = Bcy,完成Y方向位移測量；若沒有產生Y方向位移，則直接完成Y方向位移測量；.5)X方向位移測量和Y方向位移測量均完成後，計算平面電機動子方向的相對位移為χ =ηχ · Δχ，Y方向的相對位移為y = ny · Ay ；.6)重複步驟3)至5)，實現實時測量平面電機動子的位移。
2.根據權利要求I所述的一種平面電機動子位移的測量方法，其特徵在於，所述步驟 4)中判斷是否產生X方向位移和判斷X方向位移的正負採用如下方法若H —2 > AX成立，則平面電機動子在X方向的相對位移為Λ X，若不成立，則 Bm認為平面電機動子在X方向沒有產生相對位移；若BksxBc3-BtexBsx ^ O成立，則平面電機動子在X方向的相對位移為正，若不成立，則平面電機動子在X方向的相對位移為負。
3.根據權利要求I所述的一種平面電機動子位移的測量方法，其特徵在於，所述步驟.4)中判斷是否產生Y方向位移和判斷Y方向位移的正負採用如下方法BB — Ββ若-key ^ ~成立，則平面電機動子在Y方向的相對位移為△ y，若不成立，則認為平面電機動子在Y方向沒有產生相對位移；若BksyBey-BkeyBsy ^ O成立，則平面電機動子在Y方向的相對位移為正，若不成立，則平面電機動子在Y方向的相對位移為負。
全文摘要
一種平面電機動子位移的測量方法，所述測量方法包括在平面電機動子上布置四個磁感應強度傳感器，由所布置的四個傳感器的採樣信號處理後得到信號Bsx、Bcx、Bsy和Bcy，以及得到磁場參考值Bksx、Bkcx、Bksy和Bkcy。Δx、Δy分別為X、Y方向位移解析度，BM為平面電機本身磁場的磁感應強度幅值，根據不等式和進行判斷，可分別測量X方向位移和Y方向位移。本發明所述方法，計算簡單，可避免超越函數的計算和解決象限判斷問題，有利於實時高速運算，具有較高的工程價值。
文檔編號G01B7/02GK102607391SQ20121005216
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月1日 優先權日2012年3月1日
發明者孫玉婷, 尹文生, 張鳴, 徐登峰, 朱煜, 楊開明, 穆海華, 胡金春 申請人:清華大學