直驅(qū)式球磨機永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置采集方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了直驅(qū)式球磨機永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置采集方法，包括1).采用光電檢測單元將其采集到的轉(zhuǎn)子位置信息轉(zhuǎn)化為脈沖信號，并輸出；2).采用位置信號處理單元對脈沖信號進(jìn)行編碼處理，輸出位置信息編碼信號；3).將位置信息編碼信號輸出給球磨機控制器。直驅(qū)式球磨機永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置采集裝置包括光電檢測單元，光電檢測單元連接有位置信號處理單元，光電檢測單元包括光電編碼盤和光電位置檢測器，其特征在于，光電編碼盤邊緣設(shè)有與光電位置檢測器對應(yīng)的編碼環(huán)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)精巧、簡單，成本低。
【專利說明】
直驅(qū)式球磨機永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置采集方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及礦山選礦設(shè)備控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種直驅(qū)式球磨機永磁同步電 機轉(zhuǎn)子位置采集方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 球磨機是一種將物料粉碎的設(shè)備，其基本原理是利用旋轉(zhuǎn)力將筒內(nèi)的鋼球提升， 通過鋼球與物料之間的相互接觸來將物料粉碎。傳統(tǒng)的球磨機需要設(shè)置繁瑣的傳動機構(gòu)， 由電機通過齒輪箱、開式齒輪等帶動轉(zhuǎn).筒旋轉(zhuǎn)，這些傳動機構(gòu)不僅占地面積大，而且存在 傳動損耗，使球磨機效率降低。采用直接驅(qū)動方式，由電機轉(zhuǎn)子直接帶動轉(zhuǎn)筒可以克服上述 缺點。
[0003] 考慮到球磨機旋轉(zhuǎn)時的低轉(zhuǎn)速和大慣量，采用永磁同步旋轉(zhuǎn)電機方式是優(yōu)選方 案，即將永磁體磁極通過連接支架沿圓周方向安裝在轉(zhuǎn)筒上，定子固定安裝在永磁體磁極 外緣，與磁極之間有氣隙，當(dāng)定子通電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場與永磁體磁極磁場相互作用，產(chǎn)生電磁 力矩帶動轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)，電機的結(jié)構(gòu)可以看作是轉(zhuǎn)筒作為永磁同步電機轉(zhuǎn)子的表貼式凸極永磁 同步電機。
[0004] 為了控制永磁同步電機高精度旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子位置檢測是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。一般的普通 永磁同步電機采用的是旋轉(zhuǎn)變壓器。旋轉(zhuǎn)變壓器一般固定安裝在電機軸的位置，但直驅(qū)式 球磨機永磁同步電機結(jié)構(gòu)特殊，呈環(huán)狀，不存在實際的電機轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)筒兩邊的支撐軸承雖然 存在，但軸的位置是用作進(jìn)料的出進(jìn)口，因此很難安裝旋轉(zhuǎn)變壓器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的發(fā)明目的在于:解決直驅(qū)式球磨機永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置信息檢測、信 息和轉(zhuǎn)換問題的問題。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0007] 直驅(qū)式球磨機永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置采集方法，包括以下步驟：
[0008] 1).采用光電檢測單元將其采集到的轉(zhuǎn)子位置信息轉(zhuǎn)化為脈沖信號，并輸出；
[0009] 2).采用位置信號處理單元對脈沖信號進(jìn)行編碼處理，輸出位置信息編碼信號； [0010] 3).將位置信息編碼信號輸出給球磨機控制器。
[0011] 進(jìn)一步地：所述位置信號處理單元還用于將位置信息編碼信號進(jìn)行正弦函數(shù)計 算，得到處理信號，并將處理信號輸出給球磨機控制器。
[0012] 進(jìn)一步地:所述脈沖信號包括第一脈沖信號MA、第二脈沖信號MB、第三脈沖信號MC 和第四脈沖信號MD;第一脈沖信號MA和第二脈沖信號MB為方波，第三脈沖信號MC和第四脈 沖信號MD為方波;第三脈沖信號MC和第四脈沖信號MD的周期T相同，第一脈沖信號MA和第二 脈沖信號MB的周期T1相同；周期T是周期T1的四倍;第一脈沖信號MA和第二脈沖信號MB的脈 沖波形相差1/4T1，第一脈沖信號MA和第二脈沖信號MB的脈沖波形相差1/4T;第一脈沖信號 Μ、第二脈沖信號MB、第三脈沖信號MC和第四脈沖信號MD為同步信號。
[0013] 進(jìn)一步地:所述編碼處理是將脈沖信號輸入位置信號處理單元進(jìn)行處理輸出固定 編碼，所述固定編碼為："0101"、"0111"、"0110"、"0100"、"1101"、"1111"、"1110"、"1100" "1001"、"1011"、"1010"、"1000"、"0001"、"0011"、"0010"、"0000"。
[0014] 直驅(qū)式球磨機永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置采集裝置，包括光電檢測單元，光電檢測單 元連接有位置信號處理單元，光電檢測單元包括光電編碼盤和光電位置檢測器，光電位置 檢測器安裝于定子上，與光電位置檢測器對應(yīng)的光電編碼盤安裝于轉(zhuǎn)子上，其特征在于，光 電編碼盤邊緣設(shè)有與光電位置檢測器對應(yīng)的編碼環(huán)，編碼環(huán)包括內(nèi)編碼環(huán)和外編碼環(huán)；內(nèi) 編碼環(huán)包括第一扇環(huán)形虛部和第一扇環(huán)形實部，第一扇環(huán)形虛部和第一扇環(huán)形實部沿圓周 交替均勻分布，第一扇環(huán)形虛部和第一扇環(huán)形實部對應(yīng)的弧度相同；外編碼環(huán)包括第二扇 環(huán)形虛部和第二扇環(huán)形實部，第二扇環(huán)形虛部和第二扇環(huán)形實部對應(yīng)的弧度相同，第二扇 環(huán)形虛部和第二扇環(huán)形實部沿圓周交替均勻分布;第二扇環(huán)形虛部對應(yīng)的弧度是第一扇環(huán) 形虛部對應(yīng)的弧度的四倍。所述虛部指轉(zhuǎn)盤被鏤空的部位，激光可穿透;所述實部指光電編 碼盤本身材料構(gòu)成，沒有被鏤空，激光不可穿透。
[0015] 進(jìn)一步地:第二扇環(huán)形虛部內(nèi)的內(nèi)編碼環(huán)上設(shè)有2個第一扇環(huán)形虛部和2個第一扇 環(huán)形實部，第一扇環(huán)形虛部對應(yīng)的弧度為r;第二扇環(huán)形虛部第二環(huán)形虛部對應(yīng)弧度為R;轉(zhuǎn) 子磁極的極距τ對應(yīng)弧長的弧度為R1;
[0016] Ri=R;R=4r。
[0017] 進(jìn)一步地:光電位置檢測器優(yōu)選為U型光電傳感器，U型光電傳感器包括A光電傳感 器、B光電傳感器、C光電傳感器和D光電傳感器;A光電傳感器和B光電傳感器的安裝位置與 內(nèi)編碼環(huán)匹配;C光電傳感器和D光電傳感器的安裝位置與外編碼環(huán)相匹配;A光電傳感器和 D光電傳感器的安裝位置在B光電傳感器和C光電傳感器的安裝位置之間;D光電傳感器的安 裝位置靠近C光電傳感器的安裝位置，A光電傳感器的安裝位置靠近B光電傳感器的安裝位 置;C光電傳感器的安裝位置和D光電傳感器的安裝位置相距弧度為2r，A光電傳感器的安裝 位置靠近B光電傳感器的安裝位置相距弧度為2.5r;A光電傳感器和C光電傳感器之間相距 弧度為8r。
[0018] 綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：
[0019] 1.本發(fā)明在球磨機領(lǐng)域中首次使用，具有突破性進(jìn)步；
[0020] 2.本發(fā)明克服了直驅(qū)式永磁同步電機球磨機在控制中普通旋轉(zhuǎn)變壓器無法安裝 的問題；
[0021] 3.本發(fā)明利用了激光對射原理，利用光電編碼盤隔形成脈沖的方式，并構(gòu)建出正 交編碼，在有限空間內(nèi)，用較少的傳感器完成了轉(zhuǎn)子相對磁極位置的檢測；
[0022] 4.本發(fā)明的位置信號處理單元將所檢測的編碼進(jìn)行再處理，輸出實際需要位置信 息編碼。
【附圖說明】
[0023]圖1為光電編碼盤的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2為光電編碼盤局部放大不意圖。
[0025]圖3為光電編碼盤外緣展開后的相對位置比例示意圖和光電傳感器產(chǎn)生的脈沖波 形圖
[0026] A1-第一脈沖信號MA，B1-第二脈沖信號MB，C1-第三脈沖信號MC，D1-第四脈沖信號 MD，
[0027] A代表A光電傳感器，B代表B光電傳感器，C代表C光電傳感器，D代表和D光電傳感 器;7為光電編碼盤本體。
【具體實施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作詳細(xì)的說明。
[0029]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不 用于限定本發(fā)明。
[0030] 實施例1
[0031] 直驅(qū)式球磨機永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置采集裝置，包括光電檢測單元，光電檢測單 元連接有位置信號處理單元，位置信號處理單元優(yōu)選于MCU，光電檢測單元包括光電編碼盤 和光電位置檢測器，光電位置檢測器安裝于定子上，與光電位置檢測器對應(yīng)的光電編碼盤 安裝于轉(zhuǎn)子上；圖2和圖3示出了光電編碼盤邊緣設(shè)有與光電位置檢測器對應(yīng)的編碼環(huán)，編 碼環(huán)包括內(nèi)編碼環(huán)2和外編碼環(huán)1;內(nèi)編碼環(huán)2包括第一扇環(huán)形虛部5和第一扇環(huán)形實部，第 一扇環(huán)形虛部5和第一扇環(huán)形實部4沿圓周交替均勻分布，第一扇環(huán)形虛部5和第一扇環(huán)形 實部4對應(yīng)的弧度相同；外編碼環(huán)1包括第二扇環(huán)形虛部6和第二扇環(huán)形實部3,第二扇環(huán)形 虛部6和第二扇環(huán)形實3部對應(yīng)的弧度相同，第二扇環(huán)形虛部6和第二扇環(huán)形實部3沿圓周交 替均勻分布;第二扇環(huán)形虛部6對應(yīng)的弧度是第一扇環(huán)形虛部5對應(yīng)的弧度的四倍。所述虛 部指轉(zhuǎn)盤被鏤空的部位，激光可穿透;所述實部指光電編碼盤本身材料構(gòu)成，沒有被鏤空， 激光不可穿透。
[0032] 進(jìn)一步地:第二扇環(huán)形虛部內(nèi)的內(nèi)編碼環(huán)上設(shè)有2個第一扇環(huán)形虛部和2個第一扇 環(huán)形實部，第一扇環(huán)形虛部對應(yīng)的弧度為r;第二環(huán)形虛部6對應(yīng)弧度為R;轉(zhuǎn)子磁極的極距τ 對應(yīng)弧長的弧度為R1;
[0033] R1 =R；R = 4r
[0034] 圖3示出了：光電位置檢測器優(yōu)選為U型光電傳感器，U型光電傳感器包括A光電傳 感器、B光電傳感器、C光電傳感器和D光電傳感器;A光電傳感器和B光電傳感器的安裝位置 與內(nèi)編碼環(huán)匹配;C光電傳感器和D光電傳感器的安裝位置與外編碼環(huán)相匹配;A光電傳感器 和D光電傳感器的安裝位置在B光電傳感器和C光電傳感器的安裝位置之間;D光電傳感器的 安裝位置靠近C光電傳感器的安裝位置，A光電傳感器的安裝位置靠近B光電傳感器的安裝 位置;C光電傳感器的安裝位置和D光電傳感器的安裝位置相距弧度為2r，A光電傳感器的安 裝位置靠近B光電傳感器的安裝位置相距弧度為2.5r;A光電傳感器和C光電傳感器之間相 距弧度為8r。
[0035] 直驅(qū)式球磨機永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置采集方法，包括以下步驟：
[0036] 1).采用光電檢測單元將其采集到的轉(zhuǎn)子位置信息轉(zhuǎn)化為脈沖信號，并輸出；
[0037] 2).采用位置信號處理單元對脈沖信號進(jìn)行編碼處理，輸出位置信息編碼信號；
[0038] 3).將位置信息編碼信號輸出給球磨機控制器。
[0039]進(jìn)一步地：所述位置信號處理單元還用于將位置信息編碼信號進(jìn)行正弦函數(shù)計 算，得到處理信號，并將處理信號輸出給球磨機控制器。
[0040]圖3示出了 ：所述脈沖信號包括第一脈沖信號MA、第二脈沖信號MB、第三脈沖信號 MC和第四脈沖信號MD;第一脈沖信號MA和第二脈沖信號MB為方波，第三脈沖信號MC和第四 脈沖信號MD為方波;第三脈沖信號MC和第四脈沖信號MD的周期T相同，第一脈沖信號MA和第 二脈沖信號MB的周期T1相同；周期T是周期T1的四倍;第一脈沖信號MA和第二脈沖信號MB的 脈沖波形相差1/4T1，第一脈沖信號MA和第二脈沖信號MB的脈沖波形相差1/4T;第一脈沖信 號Μ、第二脈沖信號MB、第三脈沖信號MC和第四脈沖信號MD為同步信號。
[0041]進(jìn)一步地:所述編碼處理是將脈沖信號輸入位置信號處理單元進(jìn)行處理輸出固定 編碼，位置信號處理單元優(yōu)選于MCU，MCU對四個同步脈沖信號進(jìn)行采樣編碼，所述固定編碼 為："0101"、"0111"、"0110"、"0100"、"1101"、"1111"、"1110"、"1100" "1001"、"1011"、 "1010"、"1000"、"0001"、"0011"、"0010"、"0000"。
[0042] C光電傳感器和D光電傳感器相距弧度為2r，對應(yīng)R1/2,兩者產(chǎn)生的脈沖相位相差 90度正交，A光電傳感器靠近B光電傳感器相距弧度為2.5r，物理意義等效相位差r/2,對應(yīng) R1/8,兩者產(chǎn)生的脈沖相位相差90度正交;A光電傳感器和C光電傳感器之間相距弧度為8r， 物理意義上等效相位差為0。
[0043] 光電位置檢測器采用U型結(jié)構(gòu)，便于安裝固定。兩個對射點之間有空隙激光可對射 時，通過光感元件將光信號由檢測器發(fā)出高電平，反之兩對射點當(dāng)中間空隙被遮擋，檢測器 發(fā)出低電平。
[0044] 當(dāng)以C為a相繞組與轉(zhuǎn)子磁極相對位置為0,即轉(zhuǎn)子位置在一個磁極內(nèi)的電角度為0 度，若轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，就可以通過檢測并讀取編碼值，得到轉(zhuǎn)子的實時位置是處于一個磁極內(nèi) 電角度;精度為360/16 = 22.5度。
[0045]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 直驅(qū)式球磨機永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置采集方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) .采用光電檢測單元將其采集到的轉(zhuǎn)子位置信息轉(zhuǎn)化為脈沖信號，并輸出； 2) .采用位置信號處理單元對脈沖信號進(jìn)行編碼處理，輸出位置信息編碼信號； 3) .將位置信息編碼信號輸出給球磨機控制器。2. 如權(quán)利要求1所述直驅(qū)式球磨機永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置采集方法，其特征在于，所述 位置信號處理單元還用于將位置信息編碼信號進(jìn)行正弦函數(shù)計算，得到處理信號，并將處 理信號輸出給球磨機控制器。3. 如權(quán)利要求1所述直驅(qū)式球磨機永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置采集方法，其特征在于，所述 脈沖信號包括第一脈沖信號MA、第二脈沖信號MB、第三脈沖信號MC和第四脈沖信號MD;第一 脈沖信號MA和第二脈沖信號MB為方波，第三脈沖信號MC和第四脈沖信號MD為方波；第三脈 沖信號MC和第四脈沖信號MD的周期T相同，第一脈沖信號MA和第二脈沖信號MB的周期Tl相 同；周期T是周期Tl的四倍;第一脈沖信號MA和第二脈沖信號MB的脈沖波形相差第一脈 沖信號MA和第二脈沖信號MB的脈沖波形相差第一脈沖信號MA、第二脈沖信號MB、第三脈 4 沖信號MC和第四脈沖信號MD為同步信號。4. 如權(quán)利要求3所述直驅(qū)式球磨機永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置采集方法，其特征在于，所述 編碼處理是將脈沖信號輸入位置信號處理單元進(jìn)行處理輸出固定編碼，所述固定編碼為： "0101"、"0111"、"0110"、"0100"、"1101"、"1111"、"1110"、"1100" "1001"、"1011"、"1010"、 "1000"、"0001"、"0011"、"0010"、"0000"。5. 直驅(qū)式球磨機永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置采集裝置，包括光電檢測單元，光電檢測單元 連接有位置信號處理單元，光電檢測單元包括光電編碼盤和光電位置檢測器，光電位置檢 測器安裝于定子上，與光電位置檢測器對應(yīng)的光電編碼盤安裝于轉(zhuǎn)子上，其特征在于，光電 編碼盤邊緣設(shè)有與光電位置檢測器對應(yīng)的編碼環(huán)，編碼環(huán)包括內(nèi)編碼環(huán)和外編碼環(huán)；內(nèi)編 碼環(huán)包括第一扇環(huán)形虛部和第一扇環(huán)形實部，第一扇環(huán)形虛部和第一扇環(huán)形實部沿圓周交 替均勻分布，第一扇環(huán)形虛部和第一扇環(huán)形實部對應(yīng)的弧度相同；外編碼環(huán)包括第二扇環(huán) 形虛部和第二扇環(huán)形實部，第二扇環(huán)形虛部和第二扇環(huán)形實部對應(yīng)的弧度相同，第二扇環(huán) 形虛部和第二扇環(huán)形實部沿圓周交替均勻分布;第二扇環(huán)形虛部對應(yīng)的弧度是第一扇環(huán)形 虛部對應(yīng)的弧度的四倍。6. 如權(quán)利要求5所述直驅(qū)式球磨機永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置采集裝置，其特征在于，第二 扇環(huán)形虛部內(nèi)的內(nèi)編碼環(huán)上設(shè)有2個第一扇環(huán)形虛部和2個第一扇環(huán)形實部，第一扇環(huán)形虛 部對應(yīng)的弧度為r;第二環(huán)形虛部對應(yīng)的弧度為R;轉(zhuǎn)子磁極的極距T對應(yīng)弧長的弧度為Rl; Rl = R; R=4r 〇7. 如權(quán)利要求6所述直驅(qū)式球磨機永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置采集裝置，其特征在于，光電 位置檢測器優(yōu)選為U型光電傳感器，U型光電傳感器包括A光電傳感器、B光電傳感器、C光電 傳感器和D光電傳感器;A光電傳感器和B光電傳感器的安裝位置與內(nèi)編碼環(huán)匹配;C光電傳 感器和D光電傳感器的安裝位置與外編碼環(huán)相匹配;A光電傳感器和D光電傳感器的安裝位 置在B光電傳感器和C光電傳感器的安裝位置之間;D光電傳感器的安裝位置靠近C光電傳感 器的安裝位置，A光電傳感器的安裝位置靠近B光電傳感器的安裝位置;C光電傳感器的安裝 位置和D光電傳感器的安裝位置相距弧度為2r，A光電傳感器的安裝位置靠近B光電傳感器 的安裝位置相距弧度為2.5r;A光電傳感器和C光電傳感器之間相距弧度為8r。
【文檔編號】H02K11/22GK106026536SQ201610644330
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年8月8日
【發(fā)明人】王家璐, 陸可, 鞠林睿, 張霆, 郭冀嶺
【申請人】成都茂源科技有限公司