[發明專利]具有轉子位置傳感器的外轉子型永磁電機、轉子位置檢測方法及伺服電機系統

有效

• 申請號: 201210224542.8
• 申請日: 2012-06-29
• 公開（公告）號: CN103516166A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 高翔;李堅
• 申請（專利權）人: 上海博建電子科技有限公司
• 主分類號: H02K29/06
• 分類號: H02K29/06;H02K1/14;H02K3/28;H02K1/27
• 代理公司: 上海天翔知識產權代理有限公司 31224
• 代理人: 劉粉寶

技術領域

本發明涉及伺服電機的轉子位置角檢測技術，具體涉及外轉子型永磁電機轉子位置的檢測技術。

背景技術

目前對伺服電機的轉子位置角檢測主要利用光學編碼器或旋轉變壓器的方式進行檢測，這兩種方式在實際的應用中都存在缺陷和不足：

1、光學編碼器方式:該方式需要將光學編碼器安裝在電機的后面軸上，以便實現轉子角度檢測。但光學編碼器由于用光學器件和半導體器件等構成，在高溫環境下使用時半導體元件壽命變短可靠性差。同時，在強振動場合使用時，光學器件容易損壞、導致檢測功能失效。并且由于電機后端裝有編碼器，很難實現電機的薄型化。

2、旋轉變壓器方式:該方式需要將旋轉變壓器安裝在電機的后面軸上，以此實現轉子角度檢測。但旋轉變壓器有6條引線使接線增多，并且需要安裝在電機的后部，很難實現電機的薄型化。

發明內容

本發明針對現有伺服電機的轉子位置角檢測所存在的問題，而提供一種具有轉子位置傳感器的外轉子型永磁電機。該伺服電機能夠實現高溫、高振動環境下的轉角檢測，并減少接線數，可靠性更高。

同時基于該伺服電機，本發明還提供一種外轉子型永磁電機轉子位置的檢測方法和利用本發明電機轉角檢測原理構成伺服電動機系統。

為了達到上述目的，本發明采用如下的技術方案：

具有轉子位置傳感器的外轉子型永磁電機，包括轉子以及定子，所述轉子安置在定子外部，所述永磁電機還包括4N個作為位置檢測用的傳感器繞組，其中N為＞0的整數，所述定子中至少有4N個突極分別繞有傳感器繞組，所述4N個傳感器繞組分為2組，每組的傳感器繞組分為上段繞組和下段繞組，上段各繞組串聯連接，下段各繞組串聯連接，每組上段繞組串聯后的合成電感的基波相位與下段繞組串聯后的合成電感的基波相位相差180度彼此串聯，2組繞組的各上段繞組電感的基波相位彼此相差90度，2組傳感器繞組相并聯，其并聯接點為勵磁信號輸入端；2組繞組的各上段繞組與下端繞組的串聯接點為位置信號的輸出端。

在永磁電機的優選實例中，所述永磁電機還包括3K個作為產生電磁轉矩的轉矩繞組，其中K為＞0的整數，所述定子上未繞有傳感器繞組的突極中，至少3個突極上分別繞有轉矩繞組，所述3K個轉矩繞組分為3組，每組的繞組數≥1，3組轉矩繞組的反電勢彼此相差120度電角度，以三相星形或三角形相接。

進一步的，所述轉子由永久磁鋼、軟磁材料磁軛及轉軸構成，所述轉子磁極沿轉子外圓表面或嵌入轉子中均勻分布，極性交替排列，永磁極對數為P≥2的整數，所述磁鋼為瓦片型或環形。

進一步的，所述定子上的突極沿定子內圓放射狀分布，各突極形狀不一定相同。

基于上述外轉子型永磁電機，本發明提供的外轉子型永磁電機轉子位置的檢測方法，包括如下步驟：

（1）將外轉子型永磁電機中定子上的4N個傳感器繞組相互連接形成的勵磁信號輸入端接到高頻勵磁電源，傳感器繞組相互連接形成的位置信號輸出端輸出位置信號；

（2）根據如下公式進行反正切運算處理后可得到轉子位置角θ_m，

其中V₁₂和V₃₄為傳感器繞組輸出的位置信號。

利用本發明電機轉角檢測原理構成伺服電動機系統，其包括：

基于上述方案形成的具有轉子位置傳感器的外轉子型永磁電機、勵磁信號及位置信號處理單元、以及控制電路及功放電路單元，所述永磁電機輸出軸連接控制對象，勵磁信號及位置信號處理單元產生勵磁信號供給永磁電機的傳感器繞組的勵磁信號輸入端,傳感器繞組的位置信號輸出端輸出位置信號，并輸入到勵磁信號及位置信號處理單元；

勵磁信號及位置信號處理單元利用公式：

θm=110·tg-1(V12V34)]]>