專利名稱：測量電機速度的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種檢測繞線轉子電機速度的方法，特別是PMDC電機，還涉及用于執(zhí)行該方法的裝置。
背景技術：
有許多方法用于檢測電機的旋轉速度?；魻栃獋鞲衅骺梢詸z測附加在軸或轉子鐵芯上的磁體的旋轉，光傳感器可以檢測圓盤或轉子鐵芯的亮和暗的部分的旋轉。這些選項比較昂貴，但是通常較可靠。
其它選項包括監(jiān)視電機電流中的換向尖峰，以及由于轉子在定子磁場內(nèi)旋轉而造成的磁場強度變化。盡管較便宜，而且在清潔的環(huán)境下能夠成功，但是這些方法在電氣噪聲環(huán)境下往往會有錯誤的讀數(shù)，并且在接近電機壽命終點時，由于電刷所產(chǎn)生的電噪聲的增加而常常變得不能使用。
因此，需要一種便宜且可靠的方法，用于檢測電機的速度。
發(fā)明概述因此，本發(fā)明提供一種方法，用于生成表示具有繞線轉子的PMDC電機轉速的信號，包括以下步驟通過測量轉子的電磁發(fā)射來制造一個生信號；通過對該生信號濾波，隔離所述繞線轉子的電磁作用，從而產(chǎn)生第二信號，包括與換向相關的尖峰；通過處理該第二信號，將所述尖峰變?yōu)榉讲?，從而產(chǎn)生輸出信號。
根據(jù)第二方面，本發(fā)明提供一種PMDC電機，包括一個永磁定子；與該定子對應的繞線轉子；一個速度傳感器，包括一個傳感器線圈，該線圈的位置與轉子隔開，但是在該轉子產(chǎn)生的電磁場中，并且當電機工作時產(chǎn)生一個生的輸入信號，還包括一個信號處理電路，連接到所述線圈，用于接收所述生輸入信號，并產(chǎn)生一個速度指示輸出信號，所述電路包括一個濾波器，用于對所述輸入信號濾波，和一個信號整形器，以便將經(jīng)過濾波的信號轉換為輸出信號，其中，該信號整形器包括一個方波脈沖發(fā)生器，由經(jīng)濾波的信號中的尖峰觸發(fā)，產(chǎn)生脈沖序列輸出信號。
優(yōu)選的和/或可選的特征在從屬權利要求中定義。
附圖簡述下面通過舉例，結合附圖描述本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，其中

圖1是一種優(yōu)選的信號處理方法的框圖；圖2是說明用于執(zhí)行圖1所示方法的優(yōu)選電路實施例的簡化電路圖；以及圖3是說明當通過圖2的電路時信號的形狀的信號波形。
優(yōu)選實施例詳述本發(fā)明采用拾波線圈20檢測電機的旋轉。其操作原理與采用拾波線圈的現(xiàn)有技術傳感器具有根本性區(qū)別。本發(fā)明采用一種拾波線圈，該線圈是導體線圈，最好，但不必，用絕緣銅導線繞在鋼芯上形成螺旋線圈。該線圈放置在靠近電機的繞線轉子。確切的位置不是關鍵的，但是越靠近電機的線圈信號越強。但是至少在一些應用中，該線圈可以位于電機外面。
線圈20拾取由于換向所導致的由轉子產(chǎn)生的磁場變化。在實踐中，該線圈將在其所處位置拾取磁場的任何變化。該磁場變化在線圈端子上產(chǎn)生變化的電壓形式的電信號。這就是生傳感器信號21(如圖3A所示)。
該生傳感器信號被傳遞到圖1中的框圖所表示的電子濾波和整形電路。通過將傳感器線圈放置在靠近轉子線圈的地方，當轉子旋轉使得線圈接通和關斷時造成的流過轉子線圈的電流變化引起的變化被線圈拾取。因為每個通過電流的導體產(chǎn)生磁場，所以，通過轉子繞組的線圈的變化的電流產(chǎn)生變化的磁場，該磁場被作為空氣耦合變壓器的傳感器線圈拾取，盡管該傳感器線圈有鋼芯，但該鋼芯與轉子鐵芯被空氣隙分開。
該變化的磁場正是我們期望監(jiān)視的。但是，傳感器線圈還拾取由于轉子鐵芯在定子磁場中旋轉所造成的定子磁場的變化。該附加的變化磁場和其它因素產(chǎn)生不期望的信號，該信號構成低頻動態(tài)噪聲，上述電子電路從生信號中消除該噪聲。
因此，生信號21被傳遞到小信號微分放大器22，以增加該信號的強度。盡管該放大器也增加噪聲的強度，但是其高增益能夠限制從傳感器21傳導的EMI(電磁干擾)。然后，經(jīng)放大的生信號23通過一個高通濾波器24來消除噪聲分量，其尖峰被轉換為觸發(fā)信號25。該信號25可以用于通過測量尖峰之間的時間來確定電機的速度。
但是，測量方波脈沖之間的時間差更容易，因此，用觸發(fā)信號25觸發(fā)方波脈沖發(fā)生器，以產(chǎn)生一系列預定脈寬且在時間上對應于所述尖峰的方波脈沖。其幅度與TTL兼容，脈寬被選擇為在電機最高速度下不重疊。
因此，輸出信號27是脈沖序列，從而通過測量相鄰脈沖前沿(或后沿)之間的時間間隔并考慮被監(jiān)視電機每轉一圈的脈沖個數(shù)，可以確定電機的瞬時速度。
圖2說明用于執(zhí)行圖1中的框圖步驟的低價版本的電路。如圖所示，該電路可以簡單到只有3個運算放大器和一個集成電路加上幾個分立元件。方波發(fā)生器26采用555芯片40，用0.1μ電容(CT)41和20K整形器(RT)42來設定由1.1RTCT確定的脈沖寬度。
圖3示出從上述電路中的三個級提取的三個波形，來顯示當信號通過該電路時如何被改變。波形(A)是生信號21，波形(B)是觸發(fā)信號25，波形(C)是輸出信號27。這些波形具有共同的時間軸，但是因為電壓能夠隨線圈位置、電機類型和放大器設定而變化，所以它們的y軸不同。
可以看出，在生信號21中，在尖峰上疊加了低頻磁場噪聲分量，且尖峰與方波脈沖序列的前沿對齊。
而且，生信號21的信號強度很低。但是通過放大該信號，然后利用高通濾波器，觸發(fā)信號25就變得非常干凈，且信號強度提高。整形處理產(chǎn)生一個強壯、干凈和穩(wěn)定的輸出信號27，適合于可靠、簡單的速度控制電路。
上述實施例只是通過舉例描述的，對于本領域的普通技術人員，在不脫離由所附權利要求定義的本發(fā)明的范疇的情況下，各種改動將是顯然的。
權利要求
1.一種方法，用于產(chǎn)生表示PMDC電機轉速的信號，該電機包括一個繞線式轉子，所述方法包括以下步驟通過測量所述電機的電磁發(fā)射來產(chǎn)生生信號(21)；和通過對該生信號濾波以隔離所述繞線轉子的作用來產(chǎn)生第二信號(25)，所述繞線轉子的作用包括與換向有關的尖峰；其特征在于通過處理所述第二信號(25)，將尖峰改變?yōu)榉矫}沖，從而產(chǎn)生輸出信號(27)。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其中所述方脈沖具有預定的恒定脈寬。
3.根據(jù)權利要求1的方法，其中所述輸出信號被放大以產(chǎn)生具有預定輸出電壓的一個脈沖序列。
4.根據(jù)權利要求1的方法，其中所述生信號(21)是通過將線圈(20)放置在所述轉子附近并且在該轉子的電磁場內(nèi)而產(chǎn)生的。
5.根據(jù)權利要求4的方法，其中用鋼棒作為所述線圈(20)的鐵芯。
6.根據(jù)權利要求1的方法，其中所述第二信號是通過使生信號通過一個高通濾波器(24)而產(chǎn)生的。
7.根據(jù)權利要求6的方法，其中所述生信號(21)在通過所述高通濾波器(24)之前被放大器(22)放大。
8.一種PMDC電機，包括一個永磁定子；與所述定子對應的繞線轉子；一個速度傳感器，包括一個傳感器線圈(20)，該線圈的位置與轉子隔開，但是在該轉子產(chǎn)生的電磁場中，并且當電機工作時產(chǎn)生一個生的輸入信號；以及一個信號處理電路，連接到所述線圈(20)，用于接收所述生輸入信號(21)，并產(chǎn)生一個指示電機速度的輸出信號(27)，所述電路包括一個濾波器，用于對所述輸入信號(21)濾波，和一個信號整形器，以便將經(jīng)過濾波的信號(25)轉換為輸出信號(27)。其特征在于，該信號整形器包括一個方波脈沖發(fā)生器(26)，由所述經(jīng)濾波的信號(25)中的尖峰觸發(fā)，產(chǎn)生脈沖序列作為輸出信號(27)。
9.根據(jù)權利要求8的電機，其中所述濾波器包括放大器(22)，用于放大所述生信號(21)，還包括一個高通濾波器(24)，用于消除低頻噪聲。
10.根據(jù)權利要求8的電機，其中所述方波脈沖發(fā)生器(26)產(chǎn)生預定恒定脈寬的脈沖。
11.根據(jù)權利要求8的電機，其中所述輸出信號(27)與TTL兼容。
12.根據(jù)權利要求8的電機，其中所述線圈(20)具有鐵氧體鐵芯。
13.根據(jù)權利要求8-12中任一項的電機，其中所述線圈(20)是芯片式線圈。
全文摘要
一種電機的速度傳感器，檢測由換向引起的電樞磁場中的變化，以產(chǎn)生表示電機轉速的輸出信號。
文檔編號H02P7/06GK1427263SQ0215636
公開日2003年7月2日 申請日期2002年12月18日 優(yōu)先權日2001年12月18日
發(fā)明者劉清式 申請人:德昌電機股份有限公司