伺服電動閥及其控制方法

專利名稱：伺服電動閥及其控制方法
技術領域：
本發明涉及一種電動閥及其控制方法，尤其是一種用伺服電機控制閥門開度的伺 服電動閥及其控制方法。
背景技術：
電動閥在化工、鋼鐵、石油等領域有廣泛的應用。目前用于電動閥的電動機有異步 電機、步進電機和變頻器驅動電機等，電機通過減速器與閥桿相連，控制閥的開啟與閉合。異步電機一般和限位器同時使用，通過限位器的限位信號，來開啟或切斷電動機 的控制電路，這種方式只能控制閥門的全開或全閉，并且限位器容易損壞，另外不能對異步 電機的扭矩進行控制，扭矩超限可能會造成閥門或設備的損壞。申請號為200820031710.0 的文獻，針對異步電機轉矩不受控問題設計了閥門轉矩控制電動裝置。步進電機驅動閥門時不需要限位器，控制器通過給步進電機脈沖信號來控制閥的 開度，可以對閥的開度進行任意調節。但是步進電機為開環控制，控制精度低，而且容易失 步，造成控制失效。申請號為200720125094. 0的文獻，提出了一種改進的步進電機驅動的 電動閥，雖然作了一些改進，但是仍采用的是步進電機，控制方式仍為開環，精度低。變頻式電動閥采用變頻器驅動異步電機，并且在閥上裝有位置傳感器，返回閥的 開度信號，構成閉環控制，控制精度較高，申請號為200710072541的文獻，提出了一種變頻 式電動閥。變頻式電動閥需要用到編碼器，編碼器的成本高，特別是對于使用環境惡劣的情 況(如粉塵、風沙大，振動大)，所需要的編碼器價格更高，而且與交流伺服系統相比，變頻 器控制的響應慢，精度較低。目前還有永磁無刷直流電機驅動的電動閥，和變頻式電動閥一樣，要進行閉環控 制，需要用到編碼器。申請號為200710036766的文獻，針對電動閥，提出了一種改進的編碼 器，但是結構復雜，成本高，且光電編碼器對使用環境的要求高。

發明內容
本發明所要解決的技術問題在于針對現有技術的不足，提供一種伺服電動閥及其 控制方法，其控制精度高、可靠性高、響應快且成本低。本發明所要解決的技術問題是通過如下技術方案實現的一種伺服電動閥，包括閥體，閥體中設有閥桿，伺服電機的輸出通過聯軸器與減速 器輸入相連，減速器的輸出與閥桿相連，閥桿與閥孔相連并控制閥孔的開度，其特征在于， 所述的伺服電機的電機軸上設有位置檢測裝置，位置檢測裝置輸入信號給伺服控制器控制 伺服電機驅動減速器并通過閥桿控制閥孔的開度。在另一實施例中，所述的閥桿上也可以設有位置檢測裝置，位置檢測裝置輸入信 號給伺服控制器，伺服控制器控制伺服電機驅動減速器并通過閥桿控制閥孔的開度。在又一實施例中，所述的閥桿上還設有傳動機構，該傳動機構的主動件設置在閥 桿上，從動件的轉軸上設有位置檢測裝置，位置檢測裝置輸入信號給伺服控制器，伺服控制器控制伺服電機驅動減速器并通過閥桿控制閥孔的開度。所述的減速器為蝸輪蝸桿減速器或圓柱齒輪減速器或圓錐齒輪減速器或行星齒 輪減速器或其組合。
所述的伺服電機優選為交流伺服電機。所述的位置檢測裝置、伺服控制器和伺服電機可以一體設置。所述伺服控制器包括數據處理單元、電機驅動單元和電流傳感器，所述數據處理 單元接收輸入的指令信號、電流傳感器采集的電機輸入電流信號和位置檢測裝置輸出的代 表電機角度的信息，經過數據處理，輸出控制信號給所述的電機驅動單元，所述電機驅動單 元根據所述的控制信號輸出合適的電壓給伺服電機，從而實現對伺服電機的精確控制。所述數據處理單元包括機械環控制子單元、電流環控制子單元、PWM控制信號產生 子單元和傳感器信號處理子單元；所述傳感器信號處理子單元接收所述位置檢測裝置輸出的代表電機角度的信息， 將電機的角度傳輸給所述的機械環控制子單元；所述傳感器信號處理子單元還接收所述電 流傳感器的檢測到的電流信號，經過A/D采樣后輸出給所述的電流環控制子單元；所述機械環控制子單元根據接收到的指令信號和電機軸的轉動角度，經過運算得 到電流指令，并輸出給所述的電流環控制子單元；所述電流環控制子單元根據接收到的電流指令的電流傳感器輸出的電流信號，經 過運算得到三相電壓的占空比控制信號，并輸出給所述的PWM控制信號產生子單元；所述PWM控制信號產生子單元根據接收到的三相電壓的占空比控制信號，生成具 有一定順序的六路PWM信號，分別作用于電機驅動單元。所述電機驅動單元包括六個功率開關管，所述開關管每兩個串聯成一組，三組并 聯連接在直流供電線路之間，每一開關管的控制端受PWM控制信號產生子單元輸出的PWM 信號的控制，每一組中的兩個開關管分時導通。優選地，所述數據處理單元為MCU，所述電機驅動單元為IPM模塊所述的位置檢測裝置，包括磁鋼環、導磁環和磁感應元件，所述導磁環由兩段或多 段同半徑、同圓心的弧段構成，相鄰兩弧段留有縫隙，所述磁感應元件置于該縫隙內，當磁 鋼環與導磁環發生相對旋轉運動時，所述磁感應元件將感測到的磁信號轉換為電壓信號， 并將該電壓信號傳輸給相應的信號處理裝置。所述的導磁環由兩段同半徑、同圓心的弧段構成，分別為1/4弧段和3/4弧段，對 應的磁感應元件為2個；或者，所述的導磁環由三段同半徑的弧段構成，分別為1/3弧段，對 應的磁感應元件為3個；或者，所述的導磁環由四段同半徑的弧段構成，分別為1/4弧段，對 應的磁感應元件為4個；或者，所述的導磁環由六段同半徑的弧段構成，分別為1/6弧段，對 應的磁感應元件為6個。所述的導磁環的弧段端部可以設有倒角，為沿軸向或徑向或同時沿軸向、徑向切 削而形成的倒角。進一步地，所述的位置檢測裝置還包括骨架，用于固定所述導磁環；所述導磁環設 置在骨架成型模具上，在所述骨架一體成型時與骨架固定在一起。所述傳感器信號處理子單元或位置檢測裝置中包括位置檢測裝置的信號處理電 路，用于根據所述位置檢測裝置的電壓信號得到電機軸的轉動角度，具體包括
A/D轉換電路，對位置檢測裝置中磁感應元件發送來的電壓信號進行A/D轉換，將 模擬信號轉換為數字信號；合成電路，對位置檢測裝置發送來的經過A/D轉換的多個電壓信號進行處理得到 基準信號D ；角度獲取電路，根據該基準信號D，在標準角度表中選擇與其相對的角度作為偏移 角度9 ；以及 存儲電路，用于存儲標準角度表。此外，所述的位置檢測裝置包括轉子和將轉子套在內部的定子，所述轉子包括第 一磁鋼環、第二磁鋼環；其中，所述第一磁鋼環和第二磁鋼環分別固定在電機軸上；在定子上，對應于第二磁鋼環，以第二磁鋼環的中心為圓心的同一圓周上設有n(n =1，2…n)個均勻分布的磁感應元件，所述第二磁鋼環的磁極磁化順序使得n個磁感應元 件輸出呈格雷碼格式，相鄰兩個輸出只有一位變化；在定子上，對應于第一磁鋼環，以第一磁鋼環的中心為圓心的同一圓周上設有有 m(m為2或3的整數倍)個呈一定角度分布的磁感應元件，所述第一磁鋼環的磁極總對數與 第二磁鋼環的磁極總數相等，并且相鄰兩極的極性相反；當轉子相對于定子發生相對旋轉運動時，所述磁感應元件將感測到的磁信號轉變 為電壓信號，并將該電壓信號輸出給信號處理裝置。具體地，在定子上對應于第一磁鋼環的相鄰兩個磁感應元件之間的夾角，當m為2 或4時，該夾角為90° /g;當m為3時，該夾角為120° /g ；當m為6時，該夾角為60° /g， 其中，g為第二磁鋼環的磁極總數。此外，所述的位置檢測裝置包括轉子和將轉子套在內部的定子，所述轉子包括第 一磁鋼環、第二磁鋼環；其中，所述第一磁鋼環和第二磁鋼環分別固定在轉軸上，所述第一磁鋼環被均勻 地磁化為N[N<= 2n(n = 0，1，2丨11)]對磁極，并且相鄰兩極的極性相反；所述第二磁鋼環 的磁極總數為N，其磁序按照特定磁序算法確定；在定子上，對應于第一磁鋼環，以第一磁鋼環的中心為圓心的同一圓周上設有m(m 為2或3的整數倍)個呈一定角度分布的磁感應元件；對應于第二磁鋼環，以第二磁鋼環的 中心為圓心的同一圓周上設有n(n = 0，1，2丨11)個呈一定角度分布的磁感應元件；當轉子相對于定子發生相對旋轉運動時，所述磁感應元件將感測到的磁信號轉變 為電壓信號，并將該電壓信號輸出給信號處理裝置。在定子上對應于第二磁鋼環的相鄰兩個磁感應元件之間的夾角為360° /2n。具體地，在定子上對應于第一磁鋼環相鄰兩個磁感應元件之間的夾角，當m為2或 4時，每相鄰兩個磁感應元件之間的夾角為90° /2n，當m為3時，每相鄰兩個磁感應元件之 間的夾角為120°為6時，每相鄰兩個磁感應元件之間的夾角為60° /2n。所述磁感應元件直接表貼在定子的內表面。所述的位置檢測裝置還包括兩個導磁環，每一所述導磁環是由多個同圓心、同半 徑的弧段構成，相鄰兩弧段留有空隙，對應于兩個磁鋼環的磁感應元件分別設在該空隙內。所述的導磁環的弧段端部可以設有倒角，為沿軸向或徑向或同時沿軸向、徑向切削而形成的倒角。所述的磁感應元件為霍爾感應元件。所述傳感器信號處理子單元或位置檢測裝置中包括位置檢測裝置的信號處理電 路，用于根據所述位置檢測裝置的電壓信號得到電機軸的轉動角度，具體包括A/D轉換電路，對位置檢測裝置發送來的電壓信號進行A/D轉換，將模擬信號轉換 為數字信號；相對偏移角度e工計算電路，用于計算位置檢測裝置中對應于第一磁鋼環的磁感 應元件發送來的第一電壓信號在所處信號周期內的相對偏移量e工；絕對偏移量e 2計算電路，根據位置檢測裝置中對應于第二磁鋼環的磁感應元件 發送來的第二電壓信號，通過計算來確定第一電壓信號所處的信號周期首位置的絕對偏移
量角度合成及輸出模塊，用于將上述相對偏移量e i和絕對偏移量e 2相加，合成所 述第一電壓信號所代表的在該時刻的旋轉角度0 ；存儲模塊，用于存儲數據。所述的位置檢測裝置還包括信號放大電路，用于在A/D轉換電路進行A/D轉換之 前，對來自于磁電式傳感器的電壓信號進行放大。所述相對偏移角度e i計算電路包括第一合成電路和第一角度獲取電路，所述第 一合成電路對位置檢測裝置發送來的經過A/D轉換的多個電壓信號進行處理，得到一基準 信號D ；所述第一角度獲取電路根據該基準信號D，在第一標準標準角度表中選擇一與其相 對的角度作為偏移角度elt)所述相對偏移角度e i計算電路內或在合成電路之前還包括溫度補償電路，用于 消除溫度對磁電式傳感器發送來的電壓信號的影響。所述合成電路或所述第一合成電路的輸出還包括信號R ；所述溫度補償單元包括系數矯正器和乘法器，所述系數矯正器對所述合成模塊的 輸出的信號R和對應該信號的標準狀態下的信號R。進行比較得到輸出信號K ；所述乘法器 為多個，每一所述乘法器將從位置檢測裝置發送來的、經過A/D轉換的一個電壓信號與所 述系數矯正模塊的輸出信號K相乘，將相乘后的結果輸出給第一合成電路。所述絕對偏移量e 2計算電路包括第二合成電路和第二角度獲取電路，所述第二 合成電路用于對對應于第二磁鋼環的位置檢測裝置發送來的第二電壓信號進行合成，得到 一信號E ；所述第二角度獲取電路根據該信號E在第二標準角度表中選擇一與其相對的角 度作為第一電壓信號所處的信號周期首位置的絕對偏移量e 2。本發明還提供一種伺服電動閥的控制方法，該方法包括如下步驟步驟1 設定電動閥閥門開度值，并將該數值預存在伺服控制器的MCU中；步驟2 根據電動閥閥門開度值的大小，計算出閥桿的位移量，伺服控制器根據減 速器的傳動比，計算轉軸的驅動角度；步驟3 檢測電機軸的實際角度，對伺服電機的驅動角度進行控制，使其達到預存 數值，實現電動閥的閥門開度控制。所述的步驟3中檢測的具體步驟為所述的伺服控制器每隔一個固定周期，讀取 位置檢測裝置的電壓信號，并將所述的電壓信號通過角度求解算法轉換成電機軸的角度位
9置。本發明還提供另一種伺服電動閥的控制方法，該方法包括如下步驟步驟1 檢測閥桿的角度位置，將感應電壓信號傳遞給伺服控制器的MCU，伺服控 制器經過計算，獲得閥桿的角度位置信息；步驟2:檢測伺服電機軸的角度位置，將感應電壓信號傳遞給伺服控制器的MCU， 伺服控制器經過計算，獲得轉軸的角度位置信息；步驟3 :MCU接收位置檢測裝置的電壓信號和電流傳感器感應的電機三相電流信 號，并運行角度求解算法和進行相應控制計算，計算出PWM信號給電機控制模塊，控制電機 控制模塊輸出三相電壓的占空比，電機控制模塊接受MCU的控制，輸出三相電壓給伺服電 機，驅動伺服電機運動，實現電動閥的閥門開度控制。選擇地，所述的步驟1的具體方法包括在閥桿上設置位置檢測裝置，通過該位置 檢測裝置直接檢測、計算并獲得閥桿的角度位置信息。選擇地，所述的步驟1的具體方法包括，在閥桿上設置傳動機構，該傳動機構的主 動件設置在閥桿上，從動件的轉軸上設有位置檢測裝置，通過傳動比大小的設定，使傳動機 構位移的大小與閥門的開度一一對應，通過位置檢測裝置檢測傳動機構位移的大小，直接 獲得閥門的開度。所述的傳動比大小的設定，使閥門從全開到全閉或從全閉到全開，傳動機構中從 動件的轉軸轉動角度不到360°。與現有技術相比，本發明的有益效果在于1.可以根據需要任意控制閥的開度，而且控制精度非常高。交流伺服系統的控 制精度高，并且有位置檢測裝置感應角度位置，構成閉環控制，所以整個電動閥的控制精度
尚o2.成本低。用位置檢測裝置取代了傳統的編碼器，位置檢測裝置的成本非常低，遠 遠低于傳統的編碼器。3.可靠性高。位置檢測裝置為非接觸式傳感器，防塵、抗振，即使在惡劣的使用環 境下也能正常工作。目前永磁材料技術得到了很大的發展，位置檢測裝置中的磁鋼在一般 使用環境下不會退磁。閥桿和電機軸上都裝有位置檢測裝置，即提高了控制精度，又增強了
可靠性。4.可以控制轉矩、轉速。交流伺服系統有電流傳感器和位置傳感器，可以根據需要 對轉矩和轉速進行任意的控制，避免閥在開啟和關閉時因轉矩或轉速過大造成的閥門或設 備損壞問題。5.響應快。這主要是由交流伺服系統的快速響應決定的，滿足需要快速響應的電 動閥的需要。6.可以實現閥門的自動控制。伺服控制器內有MCU，可以方便地與其他設備進行 通訊，接收或發出控制指令，實現閥門的自動控制。下面結合附圖和具體實施例對本發明的技術方案進行詳細地說明。


圖1為本發明伺服電動閥的實施例一的整體結構示意圖2為本發明伺服電動閥的剖面示意圖；圖3為本發明伺服電動閥的控制結構簡圖；圖4為本發明伺服電動閥的控制結構實施例一的簡圖；圖5為伺服電動閥的控制系統的機械環框圖； 圖6為本發明伺服電動閥的控制結構實施例二的簡圖；圖7為本發明伺服電動閥的實施例二的整體結構示意圖；圖8為本發明伺服電動閥的實施例二的控制結構簡圖；圖9為本發明伺服電動閥的實施例三的整體結構示意圖；圖10為單極位置檢測裝置安裝于軸上的結構示意圖；圖11為單極位置檢測裝置的立體分解圖；圖12 圖13為單極位置檢測裝置安裝于軸上的立體圖；圖14 圖17為導磁環的倒角設計圖；圖18為單極位置檢測裝置實施例一的結構示意圖；圖19為單極位置檢測裝置實施例一的信號處理裝置的框圖；圖20為單極位置檢測裝置實施例二的結構示意圖；圖21為單極位置檢測裝置實施例二的信號處理裝置的框圖；圖22為單極位置檢測裝置實施例三的結構示意圖；圖23為單極位置檢測裝置實施例三的信號處理裝置的框圖；圖24為單極位置檢測裝置實施例四的結構示意圖；圖25為單極位置檢測裝置實施例四的信號處理裝置的框圖；圖26為多極位置檢測裝置的立體分解圖；圖27為將設有兩個導磁環的位置檢測裝置的各元件組合到一起的結構示意圖；圖28為順序設置的多極位置檢測裝置的信號處理方法的流程圖之一；圖29為順序設置的位置檢測裝置的信號處理方法的流程圖之二 ；圖30為順序設置的位置檢測裝置的信號處理方法的流程圖之三；圖31為順序設置的位置檢測裝置的信號處理方法的流程圖之四；圖32為順序設置的位置檢測裝置的實施例一的第一磁鋼環、導磁環和磁感應元 件的結構圖；圖33為順序設置的位置檢測裝置的實施例一的第一磁鋼環充磁磁序及與磁感應 元件的位置關系圖；圖34為磁鋼環303的算法流程圖；圖35為順序設置的位置檢測裝置的實施例一的信號處理裝置的框圖；圖36為順序設置方式的位置檢測裝置的實施例二的第一磁鋼環霍爾元件和導磁 環、磁感應元件的結構示意圖；圖37為順序設置方式的位置檢測裝置的實施例二的第一磁鋼環充磁磁序及與磁 感應元件的位置關系圖；圖38為順序設置方式的位置檢測裝置的實施例二的信號處理裝置的框圖；圖39為順序設置方式的位置檢測裝置的實施例三的第一磁鋼環霍爾元件和導磁 環、磁感應元件的結構示意11
圖40為順序設置方式的位置檢測裝置的實施例三的第一磁鋼環充磁磁序及與磁 感應元件的位置關系圖；圖41為順序設置方式的位置檢測裝置的實施例三的信號處理裝置的框圖；圖42為順序設置的位置檢測裝置的實施例四的第一磁鋼環霍爾元件和導磁環、 磁感應元件的結構示意圖；圖43為順序設置的位置檢測裝置的實施例四的第一磁鋼環充磁磁序及與磁感應 元件的位置關系圖；圖44為順序設置的位置檢測裝置的實施例四的信號處理裝置的框圖；圖45為磁感應元件直接表貼于位置檢測裝置上的位置檢測裝置結構的立體分解 圖；圖46 圖49分別是對應于第一磁鋼環的磁感應元件直接表貼于位置檢測裝置上 的結構示意圖；圖50為均勻設置的位置檢測裝置的實施例一對應于第二磁鋼環設有3個磁感應 元件時得到的編碼；圖51為均勻設置的位置檢測裝置的實施例一對應于第二磁鋼環設有3個磁感應 元件時第二磁鋼環的充磁順序；圖52為均勻設置的位置檢測裝置的實施例一的第二磁鋼環、導磁環和磁感應元 件的結構53為均勻設置的位置檢測裝置的實施例一的第一磁鋼環均勻磁化為6對極時 對應2個磁感應元件的布置圖；圖54為均勻設置的位置檢測裝置的實施例一的第一磁鋼環、導磁環和磁感應元 件的結構圖；圖55為均勻設置的位置檢測裝置的實施例二的第一磁鋼環、導磁環和磁感應元 件的結構56為均勻設置的位置檢測裝置的實施例三的第一磁鋼環、導磁環和磁感應元 件的結構圖；圖57為均勻設置的位置檢測裝置的實施例四的第一磁鋼環、導磁環和磁感應元 件的結構圖；圖58是均勻設置的位置檢測裝置的實施例一至實施例四的另一種結構的立體分 解圖；圖59為另一種減速裝置的結構示意圖；圖60為另一種減速裝置的結構示意圖；以及圖61為一體機的分解圖。
具體實施例方式實施例一圖1為本發明伺服電動閥的實施例一的整體結構示意圖。如圖1所示，本發明提 供一種伺服電動閥，包括閥體1，閥體1的兩端分別為出液腔41和進液腔40。閥體1中設 有閥桿2，伺服電機10的輸出通過聯軸器3與減速器輸入端蝸桿24相連，減速器的輸出端渦輪25與閥桿2相連，閥桿2與閥孔5相連并控制閥孔5的開度。伺服電機10的電機軸 上設有位置檢測裝置7，位置檢測裝置7輸入信號給伺服控制器9控制伺服電機10驅動減 速器并通過閥桿2控制閥孔5的開度。如圖1結合圖2所示，本發明的伺服電動閥可以通過手動和電動兩種方式控制閥 孔5的開度，因為在一些特殊的情況，如電動控制閥孔5失效時需要手動控制閥孔5。當轉 動手輪30時，通過聯軸器6帶動蝸桿24旋轉，蝸桿24帶動蝸輪25旋轉，蝸輪25被限制了 軸向移動，只能轉動。閥桿24上端有螺紋，蝸輪25通過螺紋與閥桿2連接，閥桿2被限制 了旋轉，只能沿軸向上下運動。蝸輪25在旋轉時，在螺紋的作用下使閥桿2上升或下降，從 而實現閥孔5的開啟或閉合。另一種電動控制方式是通過伺服控制器9控制伺服電機10 運行。伺服電機10通過聯軸器3帶動蝸桿24旋轉，蝸桿24帶動蝸輪25旋轉。與手動控 制相同，蝸輪25在旋轉時，在螺紋的作用下使閥桿2上升或下降，從而實現閥孔5的開啟或 閉合。在電機軸上裝有位置檢測裝置7，用于檢測電機軸的角度位置，通過信號線8傳遞給 伺服控制器9，伺服控制器9通過控制線31對伺服電機10進行閉環控制，從而精確控制閥 孔5的開度。圖3為本發明伺服電動閥的控制結構簡圖。如圖3所示，電動閥的控制系統包括 伺服控制器9、伺服電機10和位置檢測裝置7。伺服控制器9包括數據處理單元、電機驅動單元和電流傳感器，數據處理單元接 收輸入的指令信號、電流傳感器采集的電機輸入電流信號和位置檢測裝置7輸出的代表電 機角度的信息，經過數據處理，輸出控制信號給電機驅動單元，所述電機驅動單元根據控制 信號輸出合適的電壓給伺服電機10，從而實現對伺服電機10的精確控制。數據處理單元包括機械環控制子單元、電流環控制子單元、PWM控制信號產生子單 元和傳感器信號處理子單元；傳感器信號處理子單元接收位置檢測裝置輸出的代表電機角度的信息，將電機的 角度傳輸給所述的機械環控制子單元；所述傳感器信號處理子單元還接收所述電流傳感器 的檢測到的電流信號，經過A/D采樣后輸出給所述的電流環控制子單元；所述機械環控制子單元根據接收到的指令信號和電機軸的轉動角度，經過運算得 到電流指令，并輸出給所述的電流環控制子單元；電流環控制子單元根據接收到的電流指令的電流傳感器輸出的電流信號，經過運 算得到三相電壓的占空比控制信號，并輸出給PWM控制信號產生子單元；PWM控制信號產生子單元根據接收到的三相電壓的占空比控制信號，生成具有一 定順序的六路PWM信號，分別作用于電機驅動單元。電機驅動單元包括六個功率開關管，所述開關管每兩個串聯成一組，三組并聯連 接在直流供電線路之間，每一開關管的控制端受PWM控制信號產生子單元輸出的PWM信號 的控制，每一組中的兩個開關管分時導通。電機驅動單元根據PWM信號，產生三相電壓給伺 服電機10，控制伺服電機10運行。伺服電機10通過聯軸器3驅動蝸桿24轉動，從而使閥 桿2載渦輪25的帶動下作上下運動，控制閥孔5的開度。圖4為本發明伺服電動閥的控制結構實施例一的簡圖。如圖4所示，數據處理單 元為MCU，電機驅動單元為IPM模塊。在該實施例中，從位置檢測裝置7中輸出電壓信號，因 此在伺服控制器9的數據處理單元中設有角度計算單元，將位置檢測裝置7中輸出的電壓信號轉換成角度信息。具體而言，MCU根據設定的閥的開度，計算出閥桿上升或下降的位移，再通過螺距 計算出蝸輪軸的角度位置，然后通過減速器的傳動比，計算出電機軸的角度位置，即角度指 令，通過控制電機轉動到指定的角度來控制閥的開度。結合圖5所示，機械環根據角度指令和角度求解算法得到的角度反饋，經過控制 計算，計算出電流指令，傳遞給電流環。機械環包括蝸輪位置環、電機位置環和速度環，蝸輪 位置環輸出電機角度指令，電機位置環輸出速度指令，速度環輸出電流指令。根據設定閥門開度計算出蝸輪角度指令。位置檢測裝置7感應電機軸的角度位 置，并將感應的電壓信號傳遞給MCU，經過A/D采樣得到包含角度信息的數字信號，傳遞給 MCU內的CPU，CPU運行角度求解算法，得到電機角度反饋。電機角度指令減去電機角度反 饋，得到電機角度誤差，通過PID控制器對電機角度進行PID控制，得到速度指令，電機角度 的PID控制叫做電機位置環，電機位置環輸出的是速度指令，傳遞給速度環。電機角度反饋通過微分器得到速度反饋，速度指令減去速度反饋，得到速度誤差， 通過PID控制器對速度進行PID控制，得到電流指令Iq ref。速度的PID控制叫做速度環。 電流指令為速度環的輸出，也為機械環的輸出，機械環輸出電流指令I^rf給電流環。圖6為本發明伺服電動閥的控制結構實施例二的簡圖。如圖6所示，與圖4所示 的控制結構不同之處在于，在該實施例中，位置檢測裝置7集成有角度計算單元，因此在位 置檢測裝置7內完成了將電壓信號轉換成角度信號。直接輸出的角度信號通過同步口通訊 輸入機械環子單元中。結合上述伺服電動閥的控制結構簡圖，來說明本發明伺服電動閥的控制方法。設 定電動閥閥門開度值，并將該數值預存在伺服控制器的MCU中；根據電動閥閥門開度值的 大小，計算出閥桿的位移量，伺服控制器根據減速器的傳動比，計算電機軸的驅動角度；伺 服控制器每隔一個固定周期，讀取位置檢測裝置的電壓信號，并將所述的電壓信號通過角 度求解算法轉換成電機軸的角度位置。檢測電機軸的實際角度，對伺服電機的驅動角度進 行控制，使其達到預存數值，實現電動閥的閥門開度控制。實施例二圖7為本發明伺服電動閥的實施例二的整體結構示意圖。如圖7所示，渦輪軸32 上也設有位置檢測裝置7，位置檢測裝置7檢測閥桿2的角度信息，輸入信號給伺服控制器 9，伺服控制器9控制伺服電機10驅動減速器并通過閥桿2控制閥孔5的開度。圖8為本發明伺服電動閥的實施例二的控制結構簡圖。如圖8所示，與實施例一 不同之處在于，在蝸桿2和電機軸上分別裝有位置檢測裝置7，分別用于檢測蝸桿2的角度 位置和電機軸的角度位置，并傳遞給伺服控制器9，伺服控制器9對蝸桿和伺服電機10進行 閉環控制，從而控制閥的開度。本發明伺服電動閥的實施例二的控制方法如下在閥桿上設置位置檢測裝置，通 過該位置檢測裝置直接檢測、計算并獲得閥桿的角度位置信息，將感應電壓信號傳遞給伺 服控制器的MCU，伺服控制器經過計算，獲得閥桿的角度位置信息；檢測伺服電機軸的角度 位置，將感應電壓信號傳遞給伺服控制器的MCU，伺服控制器經過計算，獲得電機軸的角度 位置信息；MCU接收位置檢測裝置的電壓信號和電流傳感器感應的電機三相電流信號，并 運行角度求解算法和進行相應控制計算，計算出PWM信號給電機控制模塊，控制電機控制模塊輸出三相電壓的占空比，電機控制模塊接受MCU的控制，輸出三相電壓給伺服電機，驅 動伺服電機運動，實現電動閥的閥門開度控制。實施例三圖9為本發明伺服電動閥的實施例三的整體結構示意圖。如圖9所示，與實施例 二不同之處在于，在閥桿2上另設有傳動機構，該傳動機構的主動件設置在閥桿2上，從動 件的轉軸上設有位置檢測裝置7，在該實施例中，傳動機構的主動件為齒輪43，從動件為齒 輪44，即齒輪傳動機構。齒輪44設置在齒輪軸42上。位置檢測裝置7輸入信號給伺服控 制器9，伺服控制器9控制伺服電機10驅動減速器并通過閥桿2控制閥孔5的開度。圖2結合圖9所示，當閥桿2在最底部時，將閥孔5堵住，進液腔40和出液腔41 不連通，實現了閥的閉合。閥桿2從最底部向上運動時，閥孔5逐漸打開，進液腔和出液腔 連通，實現了閥的開啟。密封填料36的作用是防止閥體1中的液體從閥蓋33流出。本發明伺服電動閥的實施例三的控制方法如下在閥桿上設置傳動機構，該傳動 機構的主動件設置在閥桿上，從動件的轉軸上設有位置檢測裝置，通過傳動比大小的設定， 使傳動機構位移的大小與閥門的開度一一對應，通過位置檢測裝置檢測傳動機構位移的大 小，直接獲得閥門的開度。其中，傳動比大小的設定，使閥門從全開到全閉或從全閉到全開， 傳動機構中從動件的轉軸轉動角度不到360° ；檢測伺服電機軸的角度位置，將感應電壓信 號傳遞給伺服控制器的MCU，伺服控制器經過計算，獲得電機軸的角度位置信息；MCU接收 位置檢測裝置的電壓信號和電流傳感器感應的電機三相電流信號，并運行角度求解算法和 進行相應控制計算，計算出PWM信號給電機控制模塊，控制電機控制模塊輸出三相電壓的 占空比，電機控制模塊接受MCU的控制，輸出三相電壓給伺服電機，驅動伺服電機運動，實 現電動閥的閥門開度控制。本發明的位置檢測裝置設有1個磁鋼環和1個導磁環，被稱為單極位置檢測裝置。 然而，在本發明的位置檢測裝置中可以設有多個磁鋼環和相應的多個導磁環，被稱為多極 位置檢測裝置。無論采用單級或者多級的位置檢測裝置，都是將1個或多個磁鋼環設置在 轉軸上，磁鋼環的外部套設導磁環，并將磁感應元件插設在導磁環的間隙中，為了便于固定 導磁環，還設置有骨架，使導磁環和骨架一體成型。當轉軸發生轉動時，磁感應元件感測到 轉軸的轉動輸入信號給伺服控制器，伺服控制器控制伺服電機驅動閥桿進而控制閥孔的開 度。單極位置檢測裝置圖10為單極位置檢測裝置安裝于軸上的結構示意圖；圖11為單極位置檢測裝置 的立體分解圖；圖12和圖13是單極位置檢測裝置安裝于軸上的立體圖；如圖10 圖13所 示，本發明的位置檢測裝置由磁感應元件板102、磁鋼環103、導磁環104、骨架105組成；磁 感應元件板102由PCB板和磁感應元件106組成，磁感應元件板102上還裝有接插件108。 磁感應元件106通常采用霍爾感應元件。磁鋼環103裝在軸107上，軸107就是上述電動閥的各個實施例中的包括閥桿、電 機軸、傳動裝置的從動件軸在內的各種轉軸，導磁環104固定在骨架105上，骨架105固定 在電機的合適位置。當軸107轉動時，磁鋼環103轉動，產生正弦磁場，而導磁環104起聚 磁作用，磁鋼環103產生的磁通通過導磁環104。PCB板上固定的磁感應元件106把通過導 磁環104的磁場轉換成電壓信號并輸出，該電壓信號直接進入主控板芯片。由主控板上芯片對電壓信號進行處理，最后得到位角位移。其中，在制作所述的位置檢測裝置時，導磁環104設置在骨架成型模具上，在所述 骨架一體成型時與骨架105固定在一起。圖14 圖17以由1/4弧段和3/4弧段構成的導磁環為例，圖示了本發明的導磁 環的倒角設計。如圖14 圖17所示，導磁環由兩段或多段同半徑、同圓心的弧段構成，圖 14所示的導磁環沒有設計倒角，圖15 圖17所示的弧段端部設有倒角，所述倒角為沿軸向 (圖15)或徑向(圖16)或同時沿軸向、徑向(圖17)切削而形成的倒角，151、153表示軸 向切面，152、154表示徑向切面。相鄰兩弧段間留有縫隙，磁感應元件置于該縫隙內，當磁鋼 環與導磁環發生相對旋轉運動時，所述磁感應元件將感測到的磁信號轉換為電壓信號，并 將該電壓信號傳輸給相應的控制器。根據磁密公式B 二$可以知道，當 一定時候，可以通過減少S，增加B。因為永磁體產生的磁通是一定的，在導磁環中S較大，所以B比較小，因此可以減 少因為磁場交變而導致的發熱。而通過減少導磁環端部面積能夠增大端部的磁場強度，使 得磁感應元件的輸出信號增強。本發明還提供了一種基于上述結構的位置檢測裝置的信號處理裝置，包括A/D 轉換電路、合成模塊、角度獲取模塊和存儲模塊，其中，A/D轉換電路對位置檢測裝置中磁 感應元件發送來的電壓信號進行A/D轉換，將模擬信號轉換為數字信號，對應于磁感應元 件的個數，該模塊中具有多個A/D轉換器，分別用于對每個磁感應元件發送來的電壓信號 進行A/D轉換；所述合成模塊對經過A/D轉換的多個電壓信號進行處理，得到基準信號D ； 所述角度獲取模塊，根據該基準信號D，在角度存儲表中選擇與其相對的角度作為偏移角度 0 ；所述存儲模塊用于存儲數據。上述各個模塊可以構成一 MCU。以下通過實施例詳細描述本發明的位置檢測裝置 及其信號處理裝置。實施例一在單極位置檢測裝置中設有兩個磁感應元件。圖18為單極位置檢測裝置實施例一的結構示意圖。如圖18所示，導磁環由兩段 同半徑的弧段構成，分別為1/4弧段111和3/4弧段112，位置A和B相距角度為90°，并 開有狹縫，分別以109和110表示的兩個磁感應元件Hi、H2放置于A和B處的狹縫中。在電 機軸上，導磁環104與磁鋼環113同心安裝。圖19為單極位置檢測裝置實施例一的信號處理裝置的框圖，磁感應元件氏和H2 的輸出信號接MCU的內置A/D轉換器模擬輸入口，經模數轉換后得到輸出信號接乘法器1、 2，系數矯正器7的輸出信號K接乘法器1、2的輸入端，乘法器1、2的輸出信號接合成器3 的輸入端，合成器3輸出信號D和R，系數矯正器7接收合成器3輸出的信號D和R，通過運 算得到信號K，通過使磁感應元件&和H2的信號與該信號K進行相乘，以此來進行溫度補 償，消除溫度對信號的影響。存儲器4中存儲有一角度存儲表，MCU根據信號D在角度存儲 表中選擇與其相對的角度作為偏移角度0。其中對信號的處理，即合成器3對信號的處理原則是比較兩個信號的數值的大 小，數值小的用于輸出的信號D，信號D的結構為{第一個信號的符合位，第二個信號的符合位，較小數值的信號的數值位}。以本實施例為例，說明如下約定當數據X為有符號數時，數據X的第0位(二進制左起第1位)為符號位，X_0 = 1表示數據X為負，X_0 = 0表示數據X為正。X_D表示數據X的數值位(數據的絕對值)，即去除符號位剩下數據位。如果 A_D>=B_DD = {A_0 ;B_0 ;B_D}R=y/A2+B2 ；否則D = {A_0 ;B_0 ;A_D}ylA2+B2。在存儲模塊中存儲有一標準角度表，其中存儲了對應于一系列的碼，每一個碼對 應于一個角度。該表是通過標定得到的，標定方法是，利用本施例的檢測裝置和一高精度 位置傳感器，將本施例中的磁感應元件輸出的信號和該高精度位置傳感器輸出的角度進行 一一對應，以此建立出一磁感應元件輸出的信號與角度之間的關系表。另外，在存儲模塊中還存儲了一些數據修正表，這些表中包括一個信號R與其標 準狀態下的信號Ro的對應表，通過合成模塊，即合成器3得到的信號R，通過查表可以得到 一信號禮，通過將信號禮和信號R進行比較，如除法運算，得到信號K。實施例二在單極位置檢測裝置的實施例二中設有四個磁感應元件。圖20為單極位置檢測裝置實施例二的結構示意圖。如圖20所示，與設有兩個磁 感應元件的位置檢測裝置不同之處在于，導磁環由四段同半徑的1/4弧段118、119、120和 121構成，A，B，C，D四個位置角度依次相隔為90°。分別以114、115、116和117表示的4 個磁感應元件&、H2、H3、H4分別放置于狹縫A、B、C和D處。圖21為單極位置檢測裝置實施例二的信號處理裝置的框圖。如圖21所示，信號 處理裝置與處理方法與實施例一相類似，不同在于，由于本實施例二中有4個互成90度的 磁感應元件，因此，在信號處理裝置上增加了減法器，即數字差分模塊，通過該減法器模塊 抑制溫度和零點漂移，以此來提高數據精度，最終輸出給合成器的信號仍為2個，處理過程 及方法與實施例一相同。因此，在此不再贅述。實施例三圖22為單極位置檢測裝置實施例三的結構示意圖。如圖22所示，與設有四個磁 感應元件的位置檢測裝置不同之處在于，導磁環由三段同半徑的1/3弧段126、127和128 構成，A，B, C三個位置依次相距120°。分別以123、124和125表示的3個傳感器氏、H2、 H3分別放置狹縫處。圖23為單極位置檢測裝置實施例三的信號處理裝置的框圖。與實施例一不同的 是，磁感應元件有三個，輸出給合成器的信號為三個，合成器在處理信號時與實施例一不 同，其余與實施例一相同。在這里，僅說明合成器如何處理信號。在本實施例中，對信號的處理，即合成器4對信號的處理原則是先判斷三個信號 的符合位，并比較符合位相同的信號的數值的大小，數值小的用于輸出的信號D，信號D的
17結構為{第一個信號的符合位，第二個信號的符合位，第三個信號的符合位，較小數值的信 號的數值位}。以本實施例為例約定當數據X為有符號數時，數據X的第0位(二進制左起第1位)為符號位，X_0 = 1表示數據X為負，X_0 = 0表示數據X為正。X_D表示數據X的數值位(數據的絕對值)，即去除符號位剩下數據位。如果{A_0;B_0 ；C_0} = 010 并且 A_D >= C_DD = {A_0 ;B_0 ；C_0 ;C_D}如果{A_0;B_0 ；C_0} = 010 并且 A_D < C_DD = {A_0 ;B_0 ；C_0 ;A_D}如果{A_0;B_0 ；C_0} = 101 并且 A_D >= C_DD = {A_0 ；B—0 ；C_0 ;C_D}如果{A_0;B_0 ；C_0} = 101 并且 A_D < C_DD = {A_0 ;B_0 ； C_0 ;A_D}如果{A_0;B_0 ；C_0} = Oil 并且 B_D >= C_DD = {A_0 ;B_0 ；C_0 ;C_D}如果{A_0;B_0 ；C_0} = Oil 并且 B_D < C_DD = {A_0 ；B—0 ；C_0 ;B_D}如果{A_0;B_0 ；C_0} = 100 并且 B_D >= C_DD = {A_0 ；B—0 ；C_0 ;C_D}如果{A_0;B_0 ；C_0} = 100 并且 B_D < C_DD = {A_0 ;B_0 ；C_0 ;B_D}如果{A_0;B_0 ；C_0} = 001 并且 B_D >= A_DD = {A_0 ;B_0 ；C_0 ;A_D}如果{A_0;B_0 ；C_0} = 001 并且 B_D < A_DD = {A_0 ；B—0 ；C_0 ;B_D}如果{A_0;B_0 ;C_0} = 110 并且 B—D >= A_DD = {A_0 ;B_0 ；C_0 ;A_D}如果{A_0;B_0 ；C_0} = 110 并且 B_D < A_DD = {A_0 ;B_0 ；C_0 ;B_D}a = A-Bx cos(y) - C x cos(y)J3 = Bx sin( j) - c X sin( j)R = ^ja2 + J32實施例四圖24為單極位置檢測裝置實施例四的結構示意圖。如圖24所示，導磁環由六段 同半徑的1/6弧段136、137、138、139、140和141構成，A，B, C，D，E，F六個位置依次相距 60°，分別以130、131、132、133、134和135表示的6個傳感器H” H2、H3、H4、H5、H6分別放置狹縫內。圖25為單極位置檢測裝置實施例四的信號處理裝置的框圖。與設有三個磁感應 元件的位置檢測裝置不同之處在于，磁感應元件有六個，因此，在信號處理裝置上增加了減 法器模塊，通過該減法器模塊抑制溫度和零點漂移，以此來提高數據精度，最終輸出給合成 器的信號仍為3個，處理過程及方法與設有三個磁感應元件的位置檢測裝置相同。多極位置檢測裝置圖26為多極位置檢測裝置的立體分解圖。如圖26所示，該位置檢測裝置包括轉 子和將轉子套在內部的定子，具體地，轉子包括第一磁鋼環302和第二磁鋼環303，磁鋼環 302,303的直徑小于導磁環304、305的直徑，因而導磁環304、305分別套設在磁鋼環302、 303外側，磁鋼環302、303固定在轉軸301上，且導磁環304、305與磁鋼環302、303可以相 對轉動，從而使設置在支架306內表面上的多個傳感器元件307處于磁鋼環的空隙內。圖27為將設有兩個導磁環的位置檢測裝置的各元件組合到一起的結構示意圖。 從圖27可以看出，磁鋼環302、磁鋼環303平行布置在軸301上，對應于磁鋼環302、磁鋼環 303分別設有兩列磁感應元件308和309。這里為下文說明方便，將第一列磁感應元件即對 應磁鋼環302和導磁環304的多個磁感應元件都用磁感應元件308表示，而將第二列磁感 應元件即對應磁鋼環303和導磁環305的多個磁感應元件都用磁感應元件309表示。為了 說明方便，這里將磁鋼環302定義為第一磁鋼環，將磁鋼環303定義為第二磁鋼環，將導磁 環304限定為對應于第一磁鋼環302，將導磁環305限定為對應于第二磁鋼環305，然后本 發明不限于上述的限定。其中，導磁環304、305上也可以設有倒角，其結構與單極位置檢測裝置的導磁環 相同，具體參照圖14 圖17。對于多極位置檢測裝置而言，其磁感應元件的布置方式，磁鋼環的磁化方式可以 不同。順序設置方式第一磁鋼環302被順序地磁化為N(N <=2n(n = 0,1,2-n))對磁極，并且相鄰兩 極的極性相反，第二磁鋼環的磁極總數為N，其磁序按照磁序算法確定；在支架306上，對應 于第一磁鋼環302，以第一磁鋼環302的中心為圓心的同一圓周上設有m(m為2或3的整數 倍)個呈一定角度分布的磁感應元件308 ；對應于第二磁鋼環303，以第二磁鋼環303的中 心為圓心的同一圓周上設有n(n = 0，1，2…n)個呈360° /N角度分布的磁感應元件309。本發明還提供了一種上述位置檢測裝置的信號處理裝置，其包括A/D轉換電路、 相對偏移角度9工計算電路、絕對偏移量92計算電路、角度合成及輸出模塊和存儲模塊，其 中，所述A/D轉換電路對位置檢測裝置發送來的電壓信號進行A/D轉換，并將模擬信號轉換 為數字信號；所述相對偏移角度e工計算電路用于計算位置檢測裝置中對應于第一磁鋼環 的磁感應元件發送來的第一電壓信號在所處信號周期內的相對偏移量；所述絕對偏移 量e 2計算電路根據位置檢測裝置中對應于第二磁鋼環的磁感應元件發送來的第二電壓信 號，通過計算來確定第一電壓信號所處的信號周期首位置的絕對偏移量e2 ；所述角度合成 及輸出模塊用于將上述相對偏移量和絕對偏移量e2相加，合成所述第一電壓信號所代 表的在該時刻的旋轉角度e ；所述存儲模塊用于存儲標定過程中得到的角度和系數K矯正 用數據。
圖28為順序設置的多極位置檢測裝置的信號處理方法的流程圖之一。如圖28所 示，對位置檢測裝置中第一磁鋼環和第二磁鋼環發送來的電壓信號進行A/D轉換，將模擬 信號轉換為數字信號；由相對偏移量e i計算電路對位置檢測裝置發送來的對應于第一磁 鋼環的第一電壓信號進行角度9 i求解，計算對應于第一磁鋼環的信號在所處信號周期內 的相對偏移量9,；由絕對偏移量e 2計算電路對位置檢測裝置發送來的對應于第二磁鋼環 的第一電壓信號進行角度0 2求解，來確定第一電壓信號所處的信號周期首位置的絕對偏 移量e2;通過角度合成及輸出模塊，如加法器用于將上述相對偏移量和絕對偏移量e2 相加，合成所述第一電壓信號所代表的在該時刻的旋轉角度0。圖29為順序設置的位置檢測裝置的信號處理方法的流程圖之二。在圖29的基礎 上增加了信號放大模塊，如放大器，用于在A/D轉換電路進行A/D轉換之前，對來自于位置 檢測裝置的電壓信號進行放大。圖30為順序設置的位置檢測裝置的信號處理方法的流程圖之三。如圖30所示， 在進行角度9工求解之前，還包括溫度補償的過程。圖31為順序設置的位置檢測裝置的信號處理方法的流程圖之四。如圖31所示， 為基于圖5的溫度補償的具體過程，即進行溫度補償時，要先進行系數矯正，而后再將A/D 轉換器輸出的信號與系數矯正的輸出通過乘法器進行相乘的具體方式來進行溫度補償。當 然，溫度補償的具體方式還有很多種，在些就不一一介紹。以下通過實施例詳細說明順序設置方式的位置檢測裝置及其信號處理裝置與方 法。實施例一順序設置的位置檢測裝置的實施例一提供了第一列磁感應元件設有兩個磁感應 元件308，第二列感應元件設有三個磁感應元件309的位置檢測裝置。圖32為順序設置的位置檢測裝置的實施例一的第一磁鋼環、導磁環和磁感應元 件的結構圖；圖33為順序設置的位置檢測裝置的實施例一的第一磁鋼環充磁磁序及與磁 感應元件的位置關系圖。對應于第一磁鋼環302的第一列磁感應元件308為2個，即m = 2， 用氏和H2表示，這兩個磁感應元件&和H2分別放置于對應導磁環304的兩個夾縫中。對應 于第二磁鋼環303的第二列磁感應元件309為3個，即n = 3，用H3、H4和H5表示。取磁極 數N = 8，這樣，對應于第二磁鋼環303的相鄰兩個磁感應元件309之間的夾角為360° /8。 對應于第一磁鋼環302的相鄰兩個磁感應元件308之間的夾角為90° /8。從圖33可以看出，磁鋼環302的充磁順序以及扎和H2的磁極排布；圖34為磁鋼 環303的算法流程圖。如圖34所示，首先進行初始化a
=“0……0”;然后將當前編碼入 編碼集，即編碼集中有“0……0”;接著檢驗入編碼集的集合元素是否達到8，如果是則程序 結束，反之將當前編碼左移一位，后面補0 ；然后檢驗當前編碼是否已入編碼集，如果未入 編碼集則將當前編碼入編碼集繼續進行上述步驟，如果已入編碼集則將當前碼末位去0補 1 ；接著檢驗當前編碼是否已入編碼集，如果未入編碼集則將當前編碼入編碼集繼續進行上 述步驟，如果已入編碼集則檢驗當前碼是否為“0……0”，是則結束，否則將當前編碼的直接 前去碼末位去0補1 ；接著檢驗當前編碼是否已入編碼集，如果未入編碼集則將當前編碼入 編碼集繼續進行上述步驟，如果已入編碼集則檢驗當前碼是否為“0……0”，然后繼續進行 下面的程序。其中0磁化為“N/S”，1磁化為“S/N”。這樣得到了圖10所示的磁鋼環303充磁結構圖以及H3、H4和H5的排布順序。圖35為順序設置的位置檢測裝置的實施例一的信號處理裝置的框圖。如圖35所 示，磁感應元件&和H2的輸出信號接放大器，放大器的輸出信號輸入給A/D轉換器模擬輸 入口，經模數轉換后得到輸出信號接乘法器4、5，系數矯正器10的輸出信號接乘法器4、5的 輸入端，乘法器4、5的輸出信號A，B接合成器6的輸入端，第一合成器6的輸出信號D作為 存儲器8和存儲器9的輸入信號，存儲器9的輸出信號接系數矯正器10，存儲器8的輸出信 號作為加法器12的輸入端。傳感器H3、H4和H5的輸出信號分別接三個放大器2_3、2_4和2_5進行放大，然后 接AD轉換器進行模數轉換后通過第二器7進行譯碼，然后接存儲器11得到02。9工和e2 通過加法器12得到測量的絕對角位移e輸出。其中，在信號的處理過程中，第一合成器6的輸出按以下方式進行約定當數據X為有符號數時，數據X的第0位(二進制左起第1位)為符號位，X_0 = 1表示數據X為負，X_0 = 0表示數據X為正。X_D表示數據X的數值位(數據的絕對值)，即去除符號位剩下數據位。比較兩個信號的數值的大小，數值小的用于輸出的信號D，信號D的結構為{第一 個信號的符合位，第二個信號的符合位，較小數值的信號的數值位}。具體如下如果 A_D>=B_DD = {A_0 ；B_0 ;B_D}R= y/A2+B2 ；否則D = {A_0 ；B_0 ;A_D}R= ^A2+B2。第二合成器7的輸出按以下方式進行E = {C3_0 ；C4_0 ；. . . Cn_0}信號K 一般是通過將信號禮和R進行除法運算得到。對于第一、二標準角度表，在存儲器中存儲了兩個表，每個表對應于一系列的碼， 每一個碼對應于一個角度。該表是通過標定得到的，標定方法是，利用本施例的檢測裝置和 一高精度位置傳感器，將本施例中的磁感應元件輸出的信號和該高精度位置傳感器輸出的 角度進行一一對應，以此建立出一磁感應元件輸出的信號與角度之間的關系表。也就是，對 應于信號D存儲了一個第一標準角度表，每一個信號D代表一個相對偏移量0lt)對應于信 號E，存儲了一個第二標準角度表，每一個信號E代表一個絕對偏移量e 2。實施例二順序設置的位置檢測裝置的實施例二提供了對應于第一磁鋼環302設有四個磁 感應元件的示意圖。圖36為順序設置方式的位置檢測裝置的實施例二的第一磁鋼環霍爾元件和導磁 環、磁感應元件的結構示意圖；圖37為順序設置方式的位置檢測裝置的實施例二的第一磁 鋼環充磁磁序及與磁感應元件的位置關系圖。如圖36所示，對應于第一磁鋼環302的第一列磁感應元件308為4個，即m = 4，用HpHyH3和H4表示，這兩個磁感應元件HpHyH3和H4分別放置于對應第一導磁環304的 四個夾縫中。對應于第二磁鋼環303的第二列磁感應元件309為3個，即η = 3，用H5、H6 和H7表示。取N = 8，這樣，對應于第二磁鋼環303的相鄰兩個磁感應元件309之間的夾角 為360° /8。對應于第一磁鋼環302的相鄰兩個磁感應元件308之間的夾角為90° /8。從圖37可以看出，磁鋼環302的充磁順序以及 H1, H2, H3和H4的磁極排布。第一 磁鋼環302的充磁結構及算法流程與實施例一的相同，在此省略對它們的說明。圖38為順序設置方式的位置檢測裝置的實施例二的信號處理裝置的框圖。信號 處理裝置與處理方法與實施例一相類似，不同在于，由于本實施例二中有4個磁感應元件， 磁感應元件H1和H2的輸出信號接放大電路2-1進行差動放大，磁感應元件H3和H4的輸出 信號接放大電路2-2進行差動放大，最終輸出給合成器的信號仍為2個，處理過程及方法與 實施例一相同。因此，在此不再贅述。實施例三為順序設置方式的位置檢測裝置的實施例三提供了對應于第一磁鋼環設有三個 磁感應元件的結構圖。圖39為順序設置方式的位置檢測裝置的實施例三的第一磁鋼環霍爾元件和導磁 環、磁感應元件的結構示意圖；圖40為順序設置方式的位置檢測裝置的實施例三的第一磁 鋼環充磁磁序及與磁感應元件的位置關系圖；如圖39所示，對應于第一磁鋼環302的第一列磁感應元件308為3個，即m = 3， 用Hp H2和H3表示，這兩個磁感應元件Hp H2和H3分別放置于對應第一導磁環304的三個 夾縫中。對應于第二磁鋼環303的第二列磁感應元件309為3個，即η = 3，用H4、H5和H6 表示。取N = 8，這樣，對應于第二磁鋼環303的相鄰兩個磁感應元件309之間的夾角為 360° /8。對應于第一磁鋼環302的相鄰兩個磁感應元件308之間的夾角為120° /8。從圖40可以看出，磁鋼環302的充磁順序以及HpH2和H3的磁極排布。第一磁鋼 環302的充磁結構及算法流程與實施例一的相同，在此省略對它們的說明。圖41為順序設置方式的位置檢測裝置的實施例三的信號處理裝置的框圖。與實 施例一不同的是，磁感應元件有三個，輸出給合成器的信號為三個，合成器在處理信號時與 實施例一不同，其余與實施例一相同。在這里，僅說明合成器如何進行處理得到D和R。在本實施例中，對信號的處理，即第一合成器7的輸出原則是先判斷三個信號的 符合位，并比較符合位相同的信號的數值的大小，數值小的用于輸出的信號D，信號D的結 構為{第一個信號的符合位，第二個信號的符合位，第三個信號的符合位，較小數值的信號 的數值位}。以本實施例為例約定當數據X為有符號數時，數據X的第0位(二進制左起第1位)為符號位，Χ_0 = 1表示數據X為負，χ_0 = 0表示數據X為正。X_D表示數據X的數值位(數據的絕對值)，即去除符號位剩下數據位。如果{A_0；B_0 ；C_0} = 010 并且 A_D >= C_DD = {A_0 ；B_0 ；C_0 ;C_D}如果{A_0;B_0 ;C_0} = 010 并且 A_D < C_DD = {A_0 ；B_0 ；C_0 ;A_D}；
如果{A_0；B_0 ；C_0} = 101 并且 A_D >= C_DD = {A_0 ；B_0 ；C_0 ;C_D}；如果{A_0;B_0 ;C_0} = 101 并且 A_D < C_DD = {A_0 ；B_0 ；C_0 ;A_D}；如果{A_0；B_0 ；C_0} = Oil 并且 B_D >= C_DD = {A_0 ；B_0 ；C_0 ;C_D}；如果{A_0；B_0 ；C_0} = Oil 并且 B_D < C_DD = {A_0 ；B_0 ；C_0 ;B_D}；如果{A_0；B_0 ；C_0} = 100 并且 B_D >= C_DD = {A_0 ；B_0 ；C_0 ;C_D}；如果{A_0；B_0 ；C_0} = 100 并且 B_D < C_DD = {A_0 ；B_0 ；C_0 ;B_D}；如果{A_0；B_0 ；C_0} = 001 并且 B_D >= A_DD = {A_0 ；B_0 ；C_0 ;A_D}；如果{A_0；B_0 ；C_0} = 001 并且 B_D < A_DD = {A_0 ；B_0 ；C_0 ;B_D}；如果{A_0；B_0 ；C_0} = 110 并且 B_D >= A_DD = {A_0 ；B_0 ；C_0 ;A_D}；如果{A_0；B_0 ；C_0} = 110 并且 B_D < A_DD = {A_0 ；B_0 ；C_0 ;B_D}；
TT71a - A-Bxcos(-j)-Cxcos(-^-)P = Bx sin(—) -Cx sin(y) 。R = y/a2 + p2實施例四順序設置的位置檢測裝置的實施例四提供了對應于第一磁鋼環設有六個磁感應 元件的結構圖。圖42為順序設置的位置檢測裝置的實施例四的第一磁鋼環霍爾元件和導磁環、 磁感應元件的結構示意圖；圖43為順序設置的位置檢測裝置的實施例四的第一磁鋼環充 磁磁序及與磁感應元件的位置關系圖。如圖42所示，對應于第一磁鋼環302的第一列磁感應元件308為6個，即m = 6， 用&、H2、H3、H4、H5和H6表示，這兩個磁感應元件Hp H2、H3、H4、H5和H6分別放置于對應第一 導磁環304的六個夾縫中。對應于第二磁鋼環303的第二列磁感應元件309為3個，即n = 3，用H7、H8和H9表示。取N = 8，這樣，對應于第二磁鋼環303的相鄰兩個磁感應元件309 之間的夾角為360° /8。對應于第一磁鋼環302的相鄰兩個磁感應元件308之間的夾角為 60° /8。從圖43可以看出，磁鋼環302的充磁順序以及氏為為為為和H6的排布。第一 磁鋼環302的充磁結構及算法流程與實施例一的相同，在此省略對它們的說明。
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圖44為順序設置的位置檢測裝置的實施例四的信號處理裝置的框圖。與實施例 三不同的是，磁感應元件有六個，因此，磁感應元件&和吐的輸出信號接放大電路2-1進行 差動放大，磁感應元件H3和H4的輸出信號接放大電路2-2進行差動放大，磁感應元件H5和 H6的輸出信號接放大電路2-3進行差動放大，最終輸出給合成器的信號仍為3個，處理過程 及方法與實施例三相同。上述四個實施例是在n = 3的情況下，m值變化的各種實施例，本發明不限于此， 第二磁鋼環上的磁感應元件n可以是任意整數(n = 0，1,2-n)，如圖40所示，分別為當n =3、4、5時的第二磁鋼環、導磁環和磁感應元件的分布分。圖45為磁感應元件直接表貼于位置檢測裝置上的位置檢測裝置結構的立體分解 圖。圖46 圖49分別是對應于第一磁鋼環的磁感應元件直接表貼于位置檢測裝置上的結 構示意圖。在磁感應元件直接表貼于位置檢測裝置上的情況下，磁感應元件的排布順序與 上述帶有導磁環的順序相同，且信號處理裝置及方法也相同，在此省略詳細說明。均勻設置的位置檢測裝置與順序設置的多極位置檢測裝置不同的是，對應于第二磁鋼環，以第二磁鋼環的 中心為圓心的同一圓周上設有n(n = 1，2…n)個順序分布的磁感應元件，第二磁鋼環的磁 極磁化順序使得n個磁感應原件輸出呈格雷碼形式。磁極的極性為格雷碼的首位為“0”對 應于“N/S”極，首位為“ 1 ”對應于“S/N”極。第一磁鋼環順序磁化為g(g的取值等于第二磁鋼環中的磁極總數)對極(N極和 S極交替排列)，當第二磁鋼環中的磁極總數為6時，第一磁鋼環的極對數為6對。以第一 磁鋼環的中心為圓心的同一圓周上，設置有m個磁感應元件，如2個，二個磁感應元件Hi、H2 之間的夾角為90° /6。定義第一磁鋼環中相鄰一對“N-S”為一個信號周期，因此，任一“N-S”對應的機械 角度為360° /g(g為“N-S”個數)，假定轉子在t時刻旋轉角度e位于第nth信號周期內， 則此時刻角位移e可認為由兩部分構成1.在第nth信號周期內的相對偏移量，磁感應元 件氏和H2感應第一磁鋼環的磁場來確定在此“N-S”信號周期內的偏移量0 ！(值大于0小 于360° /g) ;2.第nth信號周期首位置的絕對偏移量02，用傳感器H3，H4，…扎感應磁環 2的磁場來確定此時轉子究竟是處于哪一個“N-S”來得到e2。均勻設置的位置檢測裝置的信號處理裝置與順序設置的相同，在此不再做詳細說 明。實施例一在實施例一中，對應于第二磁鋼環設有3磁感應元件，對應于第一磁鋼環設有2磁 感應元件。圖50為均勻設置的位置檢測裝置的實施例一對應于第二磁鋼環設有3個磁感應 元件時得到的編碼。圖51為均勻設置的位置檢測裝置的實施例一對應于第二磁鋼環設有 3個磁感應元件時第二磁鋼環的充磁順序；圖52為均勻設置的位置檢測裝置的實施例一的 第二磁鋼環、導磁環和磁感應元件的結構圖。如圖所示，由于第二磁鋼環的磁極磁化順序 使得n個磁感應原件輸出呈格雷碼形式。磁極的極性為格雷碼的首位為“0”對應于“N/S” 極，首位為“1”對應于“S/N”極。因此，在本實施例中，由于n為3時，得到如圖46所示的 編碼，得到6個碼，即得到6個極，充磁順序如圖47所示，磁感應元件均布周圍進行讀數。
圖53為均勻設置的位置檢測裝置的實施例一的第一磁鋼環均勻磁化為6對極時 對應2個磁感應元件的布置圖；圖54為均勻設置的位置檢測裝置的實施例一的第一磁鋼 環、導磁環和磁感應元件的結構圖。如圖所示，由于第二磁鋼環的磁極總數為6，因此，第一 磁鋼環被順序的磁化為6對極，其與2個磁感應元件的布置圖及磁序如圖53所示，第一磁 鋼環、導磁環和磁感應元件的位置關系如圖50所示。實施例二圖55為均勻設置的位置檢測裝置的實施例二的第一磁鋼環、導磁環和磁感應元 件的結構圖。如圖55所示，與實施例一不同的，在本實施例中，對應于第一磁鋼環設置有4 個磁感應元件，四個磁感應元件！^！^！^扎之間的夾角為90° /6。實施例三圖56為均勻設置的位置檢測裝置的實施例三的第一磁鋼環、導磁環和磁感應元 件的結構圖。如圖56所示，本實施例與實施例一和二不同的是對應于第一磁鋼環設置有3 個磁感應元件，三個磁感應元件&、H2、H3之間的夾角為120° /6。實施例四圖57為均勻設置的位置檢測裝置的實施例四的第一磁鋼環、導磁環和磁感應元 件的結構圖。如圖57所示，本實施例與實施例三的不同在于，對應于第一磁鋼環設置有6 個磁感應元件，六個磁感應元件之間的夾角為60° /6。圖58是均勻設置的位置檢測裝置的實施例一至實施例四的另一種結構的立體分 解圖。該位置檢測裝置包括轉子和將轉子套在內部的定子，轉子包括第一磁鋼環201a和第 二磁鋼環201b，第一磁鋼環201a和第二磁鋼環201b分別固定在電機軸200上，其中定子為 支架203。磁感應元件204直接表貼在支架203的內表面。與實施例一至四類似，圖57中的位置檢測裝置中的第一磁鋼環可以設置有2、4、 3、6個磁感應元件。基于不同數目的磁感應元件的位置檢測裝置的信號處理裝置和信號處 理方法分別與實施例一至四的方法相同。在本發明的伺服電動閥中，伺服電機10優選為交流伺服電機。再參照圖1，減速器為蝸輪蝸桿減速器。減速器與伺服控制器9、伺服電機10、位置 檢測裝置7等構成減速裝置。伺服電機10在伺服控制器9的控制下，通過聯軸器帶動蝸桿 24轉動，蝸桿24再帶動蝸輪25轉動。渦輪25設置在閥桿2上，在閥桿2和電機軸上分別 裝有位置檢測裝置7，用于感應閥桿2和電機軸的角度位置。位置檢測裝置7輸出的是其內 部的霍爾元件感應的電壓信號，位置檢測裝置7通過信號線8將感應的電壓信號傳遞給伺 服控制器9，伺服控制器9經過A/D采樣并運行角度求解算法獲得閥桿2和電機軸的角度位 置，然后運行控制程序對減速裝置進行全閉環控制。圖59為另一種減速裝置及閥的結構示意圖。如圖59所示，減速器可以是圓柱齒 輪減速器，值得注意的是，閥的結構可以變化，在該實施例中，擋板35的中心線為閥桿2，閥 桿2的轉動直接帶動擋板35轉動，實現對閥孔的開閉控制。從圖59中可以看出，位置檢測 裝置設置在電機軸上，因此，該實施例的控制與圖1相似，不再贅述。圖60為另一種減速裝置的結構示意圖。如圖60所示，與圖59的實施例不同的是， 在閥桿2上設有位置檢測裝置7，其控制方法與圖5的實施例相似，不再贅述。此外，在實際的應用中，還可以根據需要采用本領域已知的其它類型減速器，如圓錐齒輪減速器、行星齒輪減速器，或者是上述類型減速器的組合。伺服電機10優選為交流伺服電機10。圖61為一體機的分解圖，如圖61所示，位置檢測裝置7、伺服控制器9和伺服電機 10 一體設置。在該實施例中，位置檢測裝置7是單磁極結構，并位于伺服控制器9之后，而 伺服控制器9通過連接件與伺服電機10固定在一起。然而，應理解的是，位置檢測裝置7 也可以是多磁極結構。此外，位置檢測裝置7可以位于伺服電機10和伺服控制器9之間。綜上所述，本發明的伺服電動閥可以根據需要任意控制閥的開度，而且控制精度 非常高，還可以控制轉矩、轉速且可以實現閥門的自動控制，此外，本發明的伺服電動閥可 靠性高、響應快、成本低。最后應說明的是以上實施方案僅用以說明本發明的技術方案而非限制。盡管參 照上述實施方案對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，依然可以對 本發明的技術方案進行修改和等同替換，而不脫離本技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋 在本發明的權利要求范圍當中。
權利要求
一種伺服電動閥，包括閥體，閥體中設有閥桿，伺服電機的輸出通過聯軸器與減速器輸入相連，減速器的輸出與閥桿相連，閥桿與閥孔相連并控制閥孔的開度，其特征在于，所述的伺服電機的電機軸上設有位置檢測裝置，位置檢測裝置輸入信號給伺服控制器控制伺服電機驅動減速器并通過閥桿控制閥孔的開度。
2.如權利要求1所述的伺服電動閥，其特征在于，所述的閥桿上也設有位置檢測裝置， 位置檢測裝置輸入信號給伺服控制器，伺服控制器控制伺服電機驅動減速器并通過閥桿控 制閥孔的開度；所述的閥桿上設有傳動機構，該傳動機構的主動件設置在閥桿上，從動件的轉軸上設 有位置檢測裝置，位置檢測裝置輸入信號給伺服控制器，伺服控制器控制伺服電機驅動減 速器并通過閥桿控制閥孔的開度；所述的減速器為蝸輪蝸桿減速器或圓柱齒輪減速器或圓錐齒輪減速器或行星齒輪減 速器或其組合；所述的伺服電機優選為交流伺服電機；所述的位置檢測裝置、伺服控制器和伺服電機一體設置。
3.根據權利要求1所述的伺服電動閥，其特征在于，所述伺服控制器包括數據處理單 元、電機驅動單元和電流傳感器，所述數據處理單元接收輸入的指令信號、電流傳感器采集 的電機輸入電流信號和位置檢測裝置輸出的代表電機角度的信息，經過數據處理，輸出控 制信號給所述的電機驅動單元，所述電機驅動單元根據所述的控制信號輸出合適的電壓給 伺服電機，從而實現對伺服電機的精確控制；所述數據處理單元包括機械環控制子單元、電流環控制子單元、PWM控制信號產生子單 元和傳感器信號處理子單元；所述傳感器信號處理子單元接收所述位置檢測裝置輸出的代表電機角度的信息，將電 機的角度傳輸給所述的機械環控制子單元；所述傳感器信號處理子單元還接收所述電流傳 感器的檢測到的電流信號，經過A/D采樣后輸出給所述的電流環控制子單元；所述機械環控制子單元根據接收到的指令信號和電機軸的轉動角度，經過運算得到電 流指令，并輸出給所述的電流環控制子單元；所述電流環控制子單元根據接收到的電流指令的電流傳感器輸出的電流信號，經過運 算得到三相電壓的占空比控制信號，并輸出給所述的PWM控制信號產生子單元；所述PWM控制信號產生子單元根據接收到的三相電壓的占空比控制信號，生成具有一 定順序的六路PWM信號，分別作用于電機驅動單元；所述電機驅動單元包括六個功率開關管，所述開關管每兩個串聯成一組，三組并聯連 接在直流供電線路之間，每一開關管的控制端受PWM控制信號產生子單元輸出的PWM信號 的控制，每一組中的兩個開關管分時導通；所述數據處理單元為MCU，所述電機驅動單元為IPM模塊。
4.根據權利要求2所述的伺服電動閥，其特征在于，所述的位置檢測裝置，包括磁鋼 環、導磁環和磁感應元件，所述導磁環由兩段或多段同半徑、同圓心的弧段構成，相鄰兩弧 段留有縫隙，所述磁感應元件置于該縫隙內，當磁鋼環與導磁環發生相對旋轉運動時，所述 磁感應元件將感測到的磁信號轉換為電壓信號，并將該電壓信號傳輸給相應的信號處理裝 置；所述的導磁環由兩段同半徑、同圓心的弧段構成，分別為1/4弧段和3/4弧段，對應的 磁感應元件為2個；或者，所述的導磁環由三段同半徑的弧段構成，分別為1/3弧段，對應的 磁感應元件為3個；或者，所述的導磁環由四段同半徑的弧段構成，分別為1/4弧段，對應的 磁感應元件為4個；或者，所述的導磁環由六段同半徑的弧段構成，分別為1/6弧段，對應的 磁感應元件為6個；所述的導磁環的弧段端部設有倒角，為沿軸向或徑向或同時沿軸向、徑向切削而形成 的倒角；還包括骨架，用于固定所述導磁環；所述導磁環設置在骨架成型模具上，在所述骨架一 體成型時與骨架固定在一起；所述的磁感應元件為霍爾感應元件。
5.如權利要求3所述的伺服電動閥，其特征在于，所述傳感器信號處理子單元或位置 檢測裝置中包括位置檢測裝置的信號處理電路，用于根據所述位置檢測裝置的電壓信號得 到電機軸的轉動角度，具體包括A/D轉換電路，對位置檢測裝置中磁感應元件發送來的電壓信號進行A/D轉換，將模擬 信號轉換為數字信號；合成電路，對位置檢測裝置發送來的經過A/D轉換的多個電壓信號進行處理得到基準 信號D;角度獲取電路，根據該基準信號D，在標準角度表中選擇與其相對的角度作為偏移角度 9 ；以及存儲電路，用于存儲標準角度表。
6.如權利要求2所述的伺服電動閥，其特征在于，所述的位置檢測裝置，包括轉子和將 轉子套在內部的定子，所述轉子包括第一磁鋼環、第二磁鋼環；其中，所述第一磁鋼環和第二磁鋼環分別固定在電機軸上；在定子上，對應于第二磁鋼環，以第二磁鋼環的中心為圓心的同一圓周上設有n(n = 1，2…n)個均勻分布的磁感應元件，所述第二磁鋼環的磁極磁化順序使得n個磁感應元件 輸出呈格雷碼格式，相鄰兩個輸出只有一位變化；在定子上，對應于第一磁鋼環，以第一磁鋼環的中心為圓心的同一圓周上設有有m(m 為2或3的整數倍)個呈一定角度分布的磁感應元件，所述第一磁鋼環的磁極總對數與第 二磁鋼環的磁極總數相等，并且相鄰兩極的極性相反；當轉子相對于定子發生相對旋轉運動時，所述磁感應元件將感測到的磁信號轉變為電 壓信號，并將該電壓信號輸出給信號處理裝置；在定子上對應于第一磁鋼環的相鄰兩個磁感應元件之間的夾角，當m為2或4時，該夾 角為90° /g;當m為3時，該夾角為120° /g;當m為6時，該夾角為60° /g，其中，g為第 二磁鋼環的磁極總數；所述的磁感應元件為霍爾感應元件。或者，所述的位置檢測裝置，包括轉子和將轉子套在內部的定子，所述轉子包括第一磁 鋼環、第二磁鋼環；其中，所述第一磁鋼環和第二磁鋼環分別固定在轉軸上，所述第一磁鋼環被均勻地磁 化為N[N<= 2n(n = 0，1，2丨11)]對磁極，并且相鄰兩極的極性相反；所述第二磁鋼環的磁極總數為N，其磁序按照特定磁序算法確定；在定子上，對應于第一磁鋼環，以第一磁鋼環的中心為圓心的同一圓周上設有m(m為2 或3的整數倍)個呈一定角度分布的磁感應元件；對應于第二磁鋼環，以第二磁鋼環的中心 為圓心的同一圓周上設有n(n = 0，1，2丨11)個呈一定角度分布的磁感應元件；當轉子相對于定子發生相對旋轉運動時，所述磁感應元件將感測到的磁信號轉變為電 壓信號，并將該電壓信號輸出給信號處理裝置；在定子上對應于第二磁鋼環的相鄰兩個磁感應元件之間的夾角為360° /2n ； 在定子上對應于第一磁鋼環相鄰兩個磁感應元件之間的夾角，當m為2或4時，每相鄰 兩個磁感應元件之間的夾角為90° IT,當m為3時，每相鄰兩個磁感應元件之間的夾角為 120°為6時，每相鄰兩個磁感應元件之間的夾角為60° /2n;所述磁感應元件直接表貼在定子的內表面；還包括兩個導磁環，每一所述導磁環是由多個同圓心、同半徑的弧段構成，相鄰兩弧段 留有空隙，對應于兩個磁鋼環的磁感應元件分別設在該空隙內；所述的導磁環的弧段端部設有倒角，為沿軸向或徑向或同時沿軸向、徑向切削而形成 的倒角；所述的磁感應元件為霍爾感應元件。
7.如權利要求6所述的伺服電動閥，其特征在于，所述傳感器信號處理子單元或位置 檢測裝置中包括位置檢測裝置的信號處理電路，用于根據所述位置檢測裝置的電壓信號得 到電機軸的轉動角度，具體包括A/D轉換電路，對位置檢測裝置發送來的電壓信號進行A/D轉換，將模擬信號轉換為數字信號；相對偏移角度9工計算電路，用于計算位置檢測裝置中對應于第一磁鋼環的磁感應元 件發送來的第一電壓信號在所處信號周期內的相對偏移量e工；絕對偏移量9 2計算電路，根據位置檢測裝置中對應于第二磁鋼環的磁感應元件發送來的第二電壓信號，通過計算來確定第一電壓信號所處的信號周期首位置的絕對偏移量 02；角度合成及輸出模塊，用于將上述相對偏移量和絕對偏移量e2相加，合成所述第 一電壓信號所代表的在該時刻的旋轉角度e ； 存儲模塊，用于存儲數據； 還包括信號放大電路，用于在A/D轉換電路進行A/D轉換之前，對來自于磁電式傳感器的電壓 信號進行放大；所述相對偏移角度9工計算電路包括第一合成電路和第一角度獲取電路，所述第一合 成電路對位置檢測裝置發送來的經過A/D轉換的多個電壓信號進行處理，得到一基準信號 D ；所述第一角度獲取電路根據該基準信號D，在第一標準標準角度表中選擇一與其相對的 角度作為偏移角度9 ！；所述相對偏移角度9工計算電路內或在合成電路之前還包括溫度補償電路，用于消除 溫度對磁電式傳感器發送來的電壓信號的影響；所述合成電路或所述第一合成電路的輸出還包括信號R ；所述溫度補償單元包括系數矯正器和乘法器，所述系數矯正器對所述合成模塊的輸出 的信號R和對應該信號的標準狀態下的信號Ro進行比較得到輸出信號K ；所述乘法器為多 個，每一所述乘法器將從位置檢測裝置發送來的、經過A/D轉換的一個電壓信號與所述系 數矯正模塊的輸出信號K相乘，將相乘后的結果輸出給第一合成電路；所述絕對偏移量e 2計算電路包括第二合成電路和第二角度獲取電路，所述第二合成 電路用于對對應于第二磁鋼環的位置檢測裝置發送來的第二電壓信號進行合成，得到一信 號E ；所述第二角度獲取電路根據該信號E在第二標準角度表中選擇一與其相對的角度作 為第一電壓信號所處的信號周期首位置的絕對偏移量02。
8.一種伺服電動閥的控制方法，其特征在于，該方法包括如下步驟步驟1 設定電動閥閥門開度值，并將該數值預存在伺服控制器的MCU中；步驟2 根據電動閥閥門開度值的大小，計算出閥桿的位移量，伺服控制器根據減速器 的傳動比，計算轉軸的驅動角度；步驟3 檢測電機軸的實際角度，對伺服電機的驅動角度進行控制，使其達到預存數 值，實現電動閥的閥門開度控制；所述的步驟3中檢測的具體步驟為所述的伺服控制器每隔一個固定周期，讀取位置 檢測裝置的電壓信號，并將所述的電壓信號通過角度求解算法轉換成電機軸的角度位置。
9.一種伺服電動閥的控制方法，其特征在于，該方法包括如下步驟步驟1 檢測閥桿的角度位置，將感應電壓信號傳遞給伺服控制器的MCU，伺服控制器 經過計算，獲得閥桿的角度位置信息；步驟2 檢測伺服電機軸的角度位置，將感應電壓信號傳遞給伺服控制器的MCU，伺服 控制器經過計算，獲得轉軸的角度位置信息；步驟3 :MCU接收位置檢測裝置的電壓信號和電流傳感器感應的電機三相電流信號，并 運行角度求解算法和進行相應控制計算，計算出PWM信號給電機控制模塊，控制電機控制 模塊輸出三相電壓的占空比，電機控制模塊接受MCU的控制，輸出三相電壓給伺服電機，驅 動伺服電機運動，實現電動閥的閥門開度控制。
10.根據權利要求9所述的伺服電動閥的控制方法，其特征在于，所述的步驟1的具體 方法包括，在閥桿上設置位置檢測裝置，通過該位置檢測裝置直接檢測、計算并獲得閥桿的 角度位置信息；或者，所述的步驟1的具體方法包括，在閥桿上設置傳動機構，該傳動機構的主動件設 置在閥桿上，從動件的轉軸上設有位置檢測裝置，通過傳動比大小的設定，使傳動機構位移 的大小與閥門的開度一一對應，通過位置檢測裝置檢測傳動機構位移的大小，直接獲得閥 門的開度；所述的傳動比大小的設定，使閥門從全開到全閉或從全閉到全開，傳動機構中從動件 的轉軸轉動角度不到360°。
全文摘要
本發明提供一種伺服電動閥及其控制方法，該伺服電動閥包括閥體，閥體中設有閥桿，伺服電機的輸出通過聯軸器與減速器輸入相連，減速器的輸出與閥桿相連，閥桿與閥孔相連并控制閥孔的開度，所述的伺服電機的電機軸上設有位置檢測裝置，位置檢測裝置輸入信號給伺服控制器控制伺服電機驅動減速器并通過閥桿控制閥孔的開度；所述的控制方法包括設定閥門開度值、計算角度、檢測角度等步驟。本發明控制精度高、可靠性高、響應快、可以控制轉矩、轉速并且可以實現閥門的自動控制。
文檔編號F16K31/04GK101876381SQ20091013777
公開日2010年11月3日 申請日期2009年4月30日 優先權日2009年4月30日
發明者郝雙暉, 郝明暉 申請人:浙江關西電機有限公司