电动车用电机转子转速检测装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种电动车用电机转子转速检测装置，其主要由电压干扰信号抑制单元、电流干扰信号抑制单元、脉冲边沿处理单元、高速时基单元、转向判断与控制单元、转速检测与计算单元及数字滤波单元组成；电压干扰信号抑制单元一端电连接电流干扰信号抑制单元；电流干扰信号抑制单元一端电连接脉冲边沿处理单元；高速时基单元一端电连接转向判断与控制单元，另一端电连接电压干扰信号抑制单元、电流干扰信号抑制单元和脉冲边沿处理单元的集成体；转向判断与控制单元一端电连接转速检测与计算单元；转速检测与计算单元一端电连接数字滤波单元。本实用新型结构设计简单，抗干扰性强、通用性好、精度高,能够满足电机控制中对转速的技术要求。
【专利说明】
电动车用电机转子转速检测装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及电动车技术领域，尤其涉及一种电动车用电机转子转速检测装置。
【背景技术】
[0002]三相异步电动机对转速或者转差率进行控制时，由于定子磁场形成的同步转速在稳定运行时总是大于转子转速，因此就必须对转子的转速进行检测，目前三相异步电机的转速信号是通过旋转编码器输出，该旋转编码器输出的信号为频率变化的一组脉冲信号，在电机驱动装置中，通常要求具有较高的功率密度，因此该转速脉冲信号非常容易受到电机定子绕组驱动信号的干扰，从而导致转速检测产生较大的误差。
[0003]电机转速信号通常通过旋转编码器输出，旋转编码器是转速或者转角检测元件，旋转编码器与电机同轴相连，当电机转动时带动编码器转动，编码器便发出转速或者转角信号，旋转编码器可以分为绝对式和增量式两种，绝对式编码器在码盘上分层刻上表示角度的二进制数码或者循环码，通过预处理电路将其信号送入接受机;增量式编码器在码盘上有一定数量的光栅，当电机旋转时，码盘随之一起转动，记录下脉冲编码器在一定时间间隔内发出的脉冲数，利用该脉冲数就可以计算这段时间内电机转子的转速。
[0004]通常为了鉴别转向，在编码器中形成两组脉冲序列，这两组脉冲序列的相位相差90度，正转时A组超前B组90度，反转时B组超前A组90度，一般来说采用旋转编码器的数字测速的方法有以下几种:
[0005]—是在一个采样周期内数出脉冲数的方法，称之为测频法。这种方法就是在固定的采样周期内通过软件的算法数出脉冲数就可以计算转子的转速，这种方法计算转速的精度与脉冲数的大小有关，脉冲数越大精度越高，同时还受到脉冲质量的影响较大。
[0006]二是直接测量编码器输出的两个脉冲的间隔时间，通过时间来计算转子的转速，又称为测周法测转速。这种方法测量的转速的精度与以下两个因素有关，第一个因素是频率的高低，频率越低，测量的精度越高，频率越高测量的精度越低;第二个因素是脉冲的质量，主要体现在脉冲上升沿、下降沿以及是否有干扰脉冲信号产生，如果脉冲产生畸变，那么这种方法测量的转速的精度将无法保证。
[0007]三是将测频和测周相结合的方法。这种方法充分利用上述两种方法的优点，克服其缺点，无论在高速还是低速都能保持较强的分辨能力和检测精度。但是这种方法需要较高的测速时基，并且对控制器的计算能力有较高的要求，同样这种方法也依赖于脉冲信号的质量，只有具有较高质量的脉冲信号才能保证采样精度。
【发明内容】
[0008]针对以上问题，本实用新型提出了一种结构设计简单、合理，抗干扰性强、通用性好、精度高，能够满足电机控制中对转速的技术要求的电动车用电机转子转速检测装置。
[0009]本实用新型是通过以下技术方案实现的:
[0010]上述的电动车用电机转子转速检测装置，主要由电压干扰信号抑制单元、电流干扰信号抑制单元、脉冲边沿处理单元、高速时基单元、转向判断与控制单元、转速检测与计算单元以及数字滤波单元组成;所述电压干扰信号抑制单元、电流干扰信号抑制单元和脉冲边沿处理单元集成为一体;所述电压干扰信号抑制单元一端电连接所述电流干扰信号抑制单元;所述电流干扰信号抑制单元一端电连接所述脉冲边沿处理单元;所述高速时基单元一端电连接所述转向判断与控制单元，另一端电连接所述电压干扰信号抑制单元、电流干扰信号抑制单元和脉冲边沿处理单元的集成体;所述转向判断与控制单元一端电连接所述转速检测与计算单元;所述转速检测与计算单元一端电连接所述数字滤波单元。
[0011]所述电动车用电机转子转速检测装置，其中:所述电压干扰信号抑制单元、电流干扰信号抑制单元和脉冲边沿处理单元共同组成转子转速检测硬件处理电路，所述转子转速检测硬件处理电路是由电阻Rl?R8、电容Cl?C6、共模抑制电感T、电压比较器Ql、光电耦合器Ul和施密特触发器U2连接组成;所述电阻Rl—端连接+12V电源，另一端通过所述电阻R2连接所述共模抑制电感T其中一个输入端，所述电阻Rl与电阻R2的连接点还连接有端子BM_B并通过所述端子BM_B连接在电机的正交编码器的转速脉冲输出端;所述电容Cl并联于所述共模抑制电感T的两个输入端之间且一端还接地;所述电容C2并联于所述共模抑制电感T的两个输出端之间且一端还接地;所述电压比较器Ql的电源正极端连接+12V电源，电源负极端接地，同相输入端连接所述共模抑制电感T其中一个输出端，反相输入端连接所述电阻R3并通过所述电阻R3连接+6V的电源;所述电阻R4—端接地，另一端连接所述电压比较器Ql的输出端;所述光电耦合器Ul的阴极端接地，阳极端通过所述电阻R5连接至所述电压比较器Ql的输出端，基极连接+3.3V电源，发射极接地，集电极通过所述电阻R7连接至所述施密特触发器U2的端口 A;所述电阻R6—端连接+3.3V电源，另一端连接所述光电耦合器UI的集电极;所述电容C3—端连接于所述光电耦合器Ul的集电极与所述电阻R6、R7的连接点，另一端接地;所述电容C4 一端接地，另一端连接于所述电阻R6、光电耦合器Ul的基极与+3.3V电源的连接点；所述施密特触发器U2通过端子GND接地，通过端子VCC连接+3.3V电源;所述电容C5—端连接+3.3V电源，另一端接地;所述电容C6—端连接所述施密特触发器U2的端子Y，另一端接地;所述电阻R8—端连接于所述电容C6与所述施密特触发器U2的端子Y之间的连接点，所述电阻R8另一端连接有输出端子CAP2并通过所述输出端子CAP2连接到DSP的速度捕捉口。
[0012]所述电动车用电机转子转速检测装置，其中:所述转向判断与控制单元包括前进开关信号判断电路和后退开关信号判断电路;所述前进开关信号判断电路是由连接端子J10、电容C33和C82、电阻R57、R71、R73和芯片Ul I连接组成;所述连接端子JlO的I号端子通过所述电阻R71连接于所述芯片Ull的引脚DAl;所述电容C33—端连接于所述连接端子JlO的I号端子，另一端接地;所述电阻R57—端连接于所述连接端子JlO的I号端子，另一端接地;所述芯片Ull通过引脚DKl接地，通过端子TCl连接所述电阻R73并通过所述电阻R73连接+3.3V电源，通过引脚TE I接地;所述电容C82—端接地，另一端连接所述芯片Ul I的引脚TCl ；所述后退开关信号判断电路是由连接端子J15、电容C36和C96、电阻R60、R72、R74和芯片U13连接组成;所述连接端子J15的I号端子通过所述电阻R72连接于所述芯片U13的引脚DAl;所述电容C36—端连接于所述连接端子J15的I号端子，另一端接地;所述电阻R60—端连接于所述连接端子JlO的I号端子，另一端接地;所述芯片U13通过引脚DKl接地，通过端子TCl连接所述电阻R74并通过所述电阻R74连接+3.3V电源，通过引脚TEl接地;所述电容C96—端接地，另一端连接所述芯片Ul 3的引脚TCl。
[0013]有益效果:
[0014]本实用新型结构设计简单、合理，其通过电压干扰信号抑制单元、电流干扰信号抑制单元和脉冲边沿处理单元，能对旋转编码器输出的两组脉冲信号进行电压干扰信号抑制、电流干扰信号抑制以及脉冲的上升沿和下降沿进行整形，整形后的脉冲信号进入控制器DSP的速度捕捉口后得出转速，转速通过数字滤波单元进行中值滤波、插值算法和滑动平均滤波，保证了转速计算的精度和实时性，抗干扰性强、通用性好、精度高，能够满足电机控制中对转速的技术要求。
[0015]同时，本实用新型首先通过电压干扰信号抑制单元对旋转编码器输出的脉冲信号进行第一整形，确保幅值较小电压干扰信号被屏蔽，然后由电流干扰信号抑制单元经过第二次整形保证电流较小的电压干扰信号再次被屏蔽，经过两次处理的脉冲信号经过后续脉冲上升沿和下降沿处理后进入核心控制器由脉冲边沿处理单元对速度进行计算，通过对整形后的脉冲信号进行倍频，并且由数字滤波单元对测量的转速信号进行多种数字滤波，能够准确的测量转子转素，精度在5%。以内。
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型电动车用电机转子转速检测装置的结构原理图；
[0017]图2为本实用新型电动车用电机转子转速检测装置的转子转速检测硬件处理电路图；
[0018]图3为本实用新型电动车用电机转子转速检测装置的转向判断与控制单元的前进开关信号判断电路图；
[0019]图4为本实用新型电动车用电机转子转速检测装置的转向判断与控制单元的后退开关信号判断电路图。
【具体实施方式】
[0020]如图1至4所示，本发明电动车用电机转子转速检测装置，主要由电压干扰信号抑制单元1、电流干扰信号抑制单元2、脉冲边沿处理单元3、高速时基单元4、转向判断与控制单元5、转速检测与计算单元6以及数字滤波单元7组成。其中，该电压干扰信号抑制单元1、电流干扰信号抑制单元2和脉冲边沿处理单元3集成为一体。
[0021]该电压干扰信号抑制单元I一端电连接电流干扰信号抑制单元2，其主要功能是抑制编码器输出的脉冲信号的电压干扰信号，由于受到电机驱动电路和电源信号的影响，转速脉冲信号的低电平上容易产生具有一定副值的电压干扰信号，该电压干扰信号抑制单元I主要是抑制副值在6V以下的电压干扰信号和共模干扰信号。
[0022]该电流干扰信号抑制单元2—端电连接脉冲边沿处理单元3，其主要功能是抑制编码器输出的脉冲信号的电压幅值在6V以上但电流小于5mA的电压干扰信号，进一步提高转速脉冲信号的抗干扰性。
[0023]该脉冲边沿处理单元3的主要功能是对电流干扰信号抑制单元2输出的转速脉冲信号进一步修形，减小脉冲的上升沿河下降沿，提高脉冲的陡度。
[0024]该高速时基单元4一端电连接电压干扰信号抑制单元1、电流干扰信号抑制单元2和脉冲边沿处理单元3的集成体，另一端电连接转向判断与控制单元5，其主要功能是产生高速时基，并且要保证该高速脉冲计数器与编码器输出脉冲计数器同时开启或者关闭。
[0025]该转向判断与控制单元5—端电连接转速检测与计算单元6，其主要功能为根据编码器的A组合B组脉冲信号判断电机的转向，同时根据转向将计算的速度值赋值给控制量。其中，该转向判断与控制单元5包括前进开关信号判断电路和后退开关信号判断电路;如图3所示，该前进开关信号判断电路是由连接端子J10、电容C33和C82、电阻R57、R71、R73和芯片U11连接组成;其中，该连接端子JlO的I号端子通过电阻R71连接于芯片Ul I的引脚DAI ；该电容C33—端连接于连接端子JlO的I号端子，另一端接地;该电阻R57—端连接于连接端子JlO的I号端子，另一端接地;该芯片Ull通过引脚DKl接地，通过端子TCl连接电阻R73并通过电阻R73连接+3.3V电源，通过引脚TEl接地;该电容C82—端接地，另一端连接芯片Ul I的引脚TCl。如图4所示，该后退开关信号判断电路是由连接端子J15、电容C36和C96、电阻R60、R72、R74和芯片U13连接组成；其中，该连接端子J15的I号端子通过电阻R72连接于芯片U13的引脚DAl ；该电容C36—端连接于连接端子Jl5的I号端子，另一端接地;该电阻R60—端连接于连接端子JlO的I号端子，另一端接地;该芯片U13通过引脚DKl接地，通过端子TCl连接电阻R74并通过电阻R74连接+3.3V电源，通过引脚TE I接地;该电容C96—端接地，另一端连接芯片U13的引脚TC1。
[0026]该转速检测与计算单元6—端电连接数字滤波单元7，其主要功能为计算转子的转速，以实现Μ/T法测量转子转速。
[0027]该数字滤波单元7的主要功能是对转速检测与计算单元6得到的转速值进行中值滤波、插值排序滤波以及滑动平均滤波，进一步提高转速测量的精度和提高其抗干扰性。
[0028]如图2所示，该电压干扰信号抑制单元1、电流干扰信号抑制单元2以及“脉冲边沿处理单元3共同组成转子转速检测硬件处理电路，该转子转速检测硬件处理电路由电阻Rl?R8、电容Cl?C6、共模抑制电感T、电压比较器Ql、光电耦合器Ul和施密特触发器U2连接组成;该电阻Rl—端连接+12V电源，另一端通过电阻R2连接共模抑制电感T其中一个输入端，该电阻Rl与电阻R2的连接点还连接有端子BM_B并通过端子BM_B连接在电机的正交编码器的转速脉冲输出端；电容Cl并联于共模抑制电感T的两个输入端之间且一端还接地;电容C2并联于共模抑制电感T的两个输出端之间且一端还接地;该电压比较器Ql的电源正极端连接+12V电源，电源负极端接地，同相输入端连接共模抑制电感T其中一个输出端，反相输入端连接电阻R3并通过电阻R3连接+6V的电源；电阻R4—端接地，另一端连接电压比较器Ql的输出端;该光电耦合器Ul的阴极端接地，阳极端通过电阻R5连接至电压比较器Ql的输出端，基极连接+3.3V电源，发射极接地，集电极通过电阻R7连接至施密特触发器U2的端口A;电阻R6—端连接+3.3V电源，另一端连接光电耦合器Ul的集电极；电容C3—端连接于光电耦合器Ul的集电极与电阻R6、R7的连接点，另一端接地；电容C4一端接地，另一端连接于电阻R6、光电耦合器Ul的基极与+3.3V电源的连接点；该施密特触发器U2通过端子GND接地，通过端子VCC连接+3.3V电源；电容C5—端连接+3.3V电源，另一端接地；电容C6—端连接施密特触发器U2的端子Y，另一端接地；电阻R8—端连接于电容C6与施密特触发器U2的端子Y之间的连接点，另一端连接有输出端子CAP2并通过输出端子CAP2连接到DSP的速度捕捉口。
[0029]本实用新型结构设计简单、合理，抗干扰性强、通用性好、精度高，能够满足电机控制中对转速的技术要求，适于推广与应用。
【主权项】
1.一种电动车用电机转子转速检测装置，其特征在于:所述检测装置主要由电压干扰信号抑制单元、电流干扰信号抑制单元、脉冲边沿处理单元、高速时基单元、转向判断与控制单元、转速检测与计算单元以及数字滤波单元组成;所述电压干扰信号抑制单元、电流干扰信号抑制单元和脉冲边沿处理单元集成为一体； 所述电压干扰信号抑制单元一端电连接所述电流干扰信号抑制单元； 所述电流干扰信号抑制单元一端电连接所述脉冲边沿处理单元； 所述高速时基单元一端电连接所述转向判断与控制单元，另一端电连接所述电压干扰信号抑制单元、电流干扰信号抑制单元和脉冲边沿处理单元的集成体； 所述转向判断与控制单元一端电连接所述转速检测与计算单元； 所述转速检测与计算单元一端电连接所述数字滤波单元。2.如权利要求1所述的电动车用电机转子转速检测装置，其特征在于:所述电压干扰信号抑制单元、电流干扰信号抑制单元和脉冲边沿处理单元共同组成转子转速检测硬件处理电路，所述转子转速检测硬件处理电路是由电阻Rl ~R8、电容Cl ~C6、共模抑制电感T、电压比较器Ql、光电耦合器Ul和施密特触发器U2连接组成； 所述电阻Rl —端连接+12V电源，另一端通过所述电阻R2连接所述共模抑制电感T其中一个输入端，所述电阻Rl与电阻R2的连接点还连接有端子BMB并通过所述端子BMB连接在电机的正交编码器的转速脉冲输出端;所述电容Cl并联于所述共模抑制电感T的两个输入端之间且一端还接地;所述电容C2并联于所述共模抑制电感T的两个输出端之间且一端还接地;所述电压比较器Ql的电源正极端连接+12V电源，电源负极端接地，同相输入端连接所述共模抑制电感T其中一个输出端，反相输入端连接所述电阻R3并通过所述电阻R3连接+6V的电源;所述电阻R4—端接地，另一端连接所述电压比较器Ql的输出端;所述光电耦合器Ul的阴极端接地，阳极端通过所述电阻R5连接至所述电压比较器Ql的输出端，基极连接+3.3V电源，发射极接地，集电极通过所述电阻R7连接至所述施密特触发器U2的端口 A;所述电阻R6一端连接+3.3V电源，另一端连接所述光电耦合器Ul的集电极;所述电容C3—端连接于所述光电耦合器UI的集电极与所述电阻R6、R7的连接点，另一端接地;所述电容C4一端接地，另一端连接于所述电阻R6、光电耦合器Ul的基极与+3.3V电源的连接点;所述施密特触发器U2通过端子GND接地，通过端子VCC连接+3.3V电源;所述电容C5—端连接+3.3V电源，另一端接地;所述电容C6—端连接所述施密特触发器U2的端子Y，另一端接地;所述电阻R8—端连接于所述电容C6与所述施密特触发器U2的端子Y之间的连接点，所述电阻R8另一端连接有输出端子CAP2并通过所述输出端子CAP2连接到DSP的速度捕捉口。3.如权利要求1所述的电动车用电机转子转速检测装置，其特征在于:所述转向判断与控制单元包括前进开关信号判断电路和后退开关信号判断电路； 所述前进开关信号判断电路是由连接端子J10、电容C33和C82、电阻R57、R71、R73和芯片Ull连接组成;所述连接端子JlO的I号端子通过所述电阻R71连接于所述芯片Ull的引脚DAl;所述电容C33—端连接于所述连接端子JlO的I号端子，另一端接地;所述电阻R57—端连接于所述连接端子JlO的I号端子，另一端接地;所述芯片Ull通过引脚DKl接地，通过端子TCl连接所述电阻R73并通过所述电阻R73连接+3.3V电源，通过引脚TEl接地;所述电容C82一端接地，另一端连接所述芯片Ul I的引脚TCl; 所述后退开关信号判断电路是由连接端子Jl 5、电容C36和C96、电阻R60、R72、R74和芯片U13连接组成;所述连接端子J15的I号端子通过所述电阻R72连接于所述芯片U13的引脚DAl;所述电容C36—端连接于所述连接端子J15的I号端子，另一端接地;所述电阻R60—端连接于所述连接端子JlO的I号端子，另一端接地;所述芯片U13通过引脚DKl接地，通过端子TCl连接所述电阻R74并通过所述电阻R74连接+3.3V电源，通过引脚TEl接地;所述电容C96一端接地，另一端连接所述芯片Ul 3的引脚TCl。
【文档编号】G01P3/42GK205450016SQ201521066706
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年12月21日
【发明人】梅建伟, 周海鹰, 刘杰, 毕栋, 魏海波
【申请人】上唐投资有限公司