[發明專利]具有一體式磁位置傳感器的旋轉電機

有效

• 申請號: 201710334650.3
• 申請日: 2017-05-12
• 公開（公告）號: CN108134485B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: W·迪布;L·法弗爾;D·貝托尼
• 申請（專利權）人: 馬威動力控制技術（上海）有限公司
• 主分類號: H02K11/215
• 分類號: H02K11/215;H02K9/06
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 江漪

本發明涉及一種具有轉子(150)的角位置的一體式磁傳感器(101)的旋轉電機(100)。該傳感器包括旋轉部分(108)，旋轉部分(108)具有在機器的后部處固定于旋轉軸(160)的端部(160b)的磁體(102)，并且面向固定部分(103)，固定部分包括霍爾效應傳感器并且安裝在連接到機器的框架的固定支承件(106)上。機器包括軸承(104)，軸承定心于軸線(X)上，從而將傳感器的旋轉部分和固定部分分開。固定于軸并固定于傳感器的固定部分的金屬支承件并且優選地與旋轉部分接觸的該軸承構成接近于傳感器的新的機械參考。本發明獨立于軸會受到的機械的和磁性的干擾而提供精確且魯棒的位置信息。

技術領域

本發明涉及旋轉電機的領域，具體地涉及旋轉電機的轉子的角位置的測量。

本發明更具體地涉及包括集成磁位置傳感器的同步磁阻旋轉電機。

背景技術

旋轉電機通常包括固定部分、即定子以及旋轉可動的部分，即轉子，它們相對彼此同軸設置。轉子通常容納在定子內部，定子承載產生用于驅動轉子旋轉的磁場的電繞組。轉子通常由一堆疊層組成的主體構成并放置在旋轉軸上。這些疊層在轉子的周界處包括形成磁極的繞組或永磁體。磁體可能在轉子的表面上可見或完全集成在轉子內部。

關于轉子位置的精確信息對于控制這些機器而言是必不可少的，尤其是在高速度下。圖1示出操作的原理以及電機4、控制機器扭矩的算法3以及由電壓U_m、電流I_m和機器轉子位置p_m的傳感器獲得的信息2之間的關系。關于機器4的轉子的位置p_m的精確信息通常由算法3用于機器扭矩的矢量控制。這通常稱為矢量控制，因為為了使機器4產生目標應用所需的扭矩，所以在其中循環的電流必須保持同相并與轉子的位置同步。為了實現這一點，集成到控制機器的逆變器中的、機器的微控制器1通過向機器4的端子施加電壓U_a來控制機器，那些電壓由扭矩控制算法3提供。

已知用于獲得旋轉電機的轉子的角位置的各種方式。第一種方式在于完全通過軟件估算該位置，第二種方式在于使用位置傳感器確定該位置。使用位置傳感器提供更精確的信息。一些旋轉電機，例如包括很少磁體的同步磁阻機器，需要關于轉子位置的非常精確的信息。考慮到一個電度等于一個機械度乘以極對數，測量通常必須精確到小于一個電度，尤其是在高速下。更通常地，最高的可能的精確度通常旨在實現對機器的魯棒(穩固)且可靠的控制。

可以使用許多已知類型的位置傳感器，包括通常提供精確測量但昂貴的“解析器”型傳感器，并且可能需要適應逆變器的控制方式。可以使用其它類型的傳感器，諸如成本較低的磁傳感器或增量傳感器。

本發明涉及包括用于確定轉子的角位置的磁位置傳感器的旋轉電機。

圖2示出標準的磁位置傳感器，其工作原理與根據本發明的機器中使用的原理相同。位置傳感器10包括兩部分：包括磁體的旋轉部分11，該部分11的旋轉運動由箭頭示出；以及包括多個霍爾效應磁傳感器的固定部分12。旋轉部分固定在機器的轉子的軸上，磁體通常集成在軸上。固定部分12的霍爾效應磁傳感器檢測由隨著軸旋轉的磁體產生的旋轉磁場的幅值，這使得可以產生給出磁體位置的輸出信號，從而產生轉子的角位置。電纜13用于發送由位置傳感器10產生的電信號。這種傳感器由DC(直流)電壓、例如5伏特±5％的DC(直流)電壓Vdd供電。傳感器產生兩個輸出信號：轉子角位置的正弦和余弦。這些信號V_A和V_B通常是正弦形式并被偏移90°。因此，為了控制電機，這兩個信號在用于控制機器的微控制器中被使用和調節。

固定在軸上的磁體和固定部分的磁傳感器之間的徑向距離會大大影響輸出信號的幅值和測量的精確性。

上述位置傳感器拓撲具有以下若干優點：

-與傳感器可以產生的位置測量的精確性相關的低成本；

-根據標準EN?60529的高“IP”保護指數，通常為保護指數IP67；