1.一種磁電式編碼器,其特征在于,其包括若干個線性霍爾元件繞轉子軸線均勻排列組成的環(huán)形結構和信號處理模塊;其中:
所述環(huán)形結構包括嵌在電機定子齒中的各線性霍爾元件,其數量及安裝位置與電機定子鐵芯齒對應;各線性霍爾元件結構與材料相同,用于檢測電機轉子與定子之間氣隙磁場;各線性霍爾元件按電機繞組分相原理分成三組,各組交叉間隔,連接信號處理模塊;
所述信號處理模塊安裝在所述環(huán)形結構上,用于實現轉子位置解算;該模塊包括數據采集模塊、Clark變換模塊、溫漂校正模塊、查表模塊和基準表模塊;其中:
所述數據采集模塊、Clark變換模塊、溫漂校正模塊和查表模塊依序串接;所述數據采集模塊用于采集、合成三組霍爾元件傳來的三路對稱的正弦信號;所述Clark變換模塊用于對數據采集模塊輸出的三路信號進行Clark變換后送入溫漂校正模塊;所述溫漂校正模塊用于校正溫度變化引起的誤差;所述基準表模塊用存儲預選標定的三路對稱正弦信號與轉子角度一一對應關系的基準表;所述查表模塊用于將溫漂校正模塊輸出信號映射到基準表,從而確定轉子角度。
2.根據權利要求1所述的磁電式編碼器,其特征在于:工作時,所述數據采集模塊將線性霍爾器件采集的信號合成為三路正弦信號,分別經過Clark模塊、溫漂校正模塊處理后,送入查表模塊;查表模塊查詢基準表得到-30°-30°之間的轉子角度,通過查表相映射和角度區(qū)間轉換,得到0°-360°的轉子位置角。
3.根據權利要求1或2所述的磁電式編碼器,其特征在于,所述數據采集模塊進行以下操作:
(1)將所述的三組霍爾元件采集到的電信號經信號處理模塊采樣數據 后,按下式求合成后的相磁感應強度BA標定、BB標定、BC標定:
其中,BAi標定、BXi標定、BBj標定、BYj標定、BCk標定、BZk標定表示中每個定子槽中霍爾元件感應到的磁感應強度,A與X,B與Y及C與Z分別表明三個繞組的兩端,i,j,k表示槽號;
(2)將BA標定、BB標定、BC標定三個相磁感應強度轉化為三個線磁感應強度BAB標定、BBC標定、BCA標定,用于消除信號三次諧波分量和直流偏移,提高磁電式編碼器的精度和分辨率:
其中,BAB標定、BBC標定、BCA標定表示標定過程中的線磁感應強度;
(3)將BAB標定、BBC標定、BCA標定進行三相歸零重構,從而將個別角度區(qū)間較大的解算誤差由各角度區(qū)間共同分擔,減小最大解算誤差;
其中,Bx標定、By標定、Bz標定表示標定過程中經三相歸零重構后的線磁感應強度。
4.根據權利要求1或2所述的磁電式編碼器,其特征在于,所述Clark模塊進行以下操作:
將Bx標定、By標定、Bz標定信號經Clark變換求得Bα標定、Bβ標定:
其中,Bα標定、Bβ標定表示經Clark變換后的線磁感應強度;
由Bα標定、Bβ標定求得標定正弦信號幅值為:
其中,B1是Bx標定、By標定、Bz標定的幅值。
5.根據權利要求1或2所述的磁電式編碼器,其特征在于,所述溫漂模塊進行以下操作:
在工作時,設通過Clark模塊信號幅值B2,用其除標定時通過Clark模塊信號幅值B1,即得溫漂系數K;將Clark模塊輸出的三路對稱正弦信號Bx實際、By實際、Bz實際進行溫漂校正,即得到消除溫漂后的待查表信號Bx、By、Bz;
。
6.根據權利要求1或2所述的磁電式編碼器,其特征在于,所述查表模塊進行以下操作:
區(qū)間劃分:將轉子角度與下述區(qū)間一一對應:
0°~60°為區(qū)間Ⅲ,60°~120°為區(qū)間Ⅱ,120°~180°為區(qū)間Ⅵ,180°~240°為區(qū)間Ⅳ,240°~300°為區(qū)間Ⅴ,300°~360°為區(qū)間Ⅰ;
角度轉換合成:在各區(qū)間中,選擇三路信號中對角度斜率最大的一路作為查表相,分區(qū)間查標準表,求得分布在角度區(qū)間-30°-30°之間的轉子角度,將該角度向0°-360°的絕對角度進行轉換合成;所述轉換合成是通過在不同的角度區(qū)間加一個固定的角度來實現;其中:區(qū)間Ⅲ加30°,區(qū)間Ⅱ加90°,區(qū)間Ⅵ加150°,區(qū)間Ⅳ加210°,區(qū)間Ⅴ加270°,區(qū)間Ⅰ加330°,得到最終的位置角。
7.根據權利要求1或2所述的磁電式編碼器,其特征在于,所述基準表是用一個高精度基準編碼器對所述的磁電式編碼器進行標定而成。
8.根據權利要求1或2所述的磁電式編碼器,其特征在于,所述基準表是用磁電式編碼器與一個高精度的基準光電編碼器同軸連接,旋轉一圈后,得到Bx標定、By標定、Bz標定與轉子角度一一對應的表。