[發(fā)明專利]集成磁編碼器和霍爾開關(guān)確定位置的外轉(zhuǎn)子永磁同步電機

在審

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• 申請日: 2017-05-22
• 公開（公告）號: CN107026539A
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊凱;索超;王曉光;湯立勛;姜峰;孫宋君
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02K11/215
• 分類號: H02K11/215;H02K21/22
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務所(普通合伙)42224
• 代理人: 方可

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電機技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種集成磁編碼器和霍爾開關(guān)確定位置的外轉(zhuǎn)子永磁同步電機。

背景技術(shù)

外轉(zhuǎn)子永磁同步電機獲取位置的方式一般采用高分辨率的位置傳感器，比如旋轉(zhuǎn)變壓器、絕對式光電編碼器或者增量型光電編碼器，這些傳感器的性能容易受到高溫、潮濕、油污等惡劣環(huán)境的影響，并且光電編碼器易碎容易受到振動的影響。旋轉(zhuǎn)變壓器尺寸較大，從而增加電機體積，影響電機運行的穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供了一種集成磁編碼器和霍爾開關(guān)確定位置的外轉(zhuǎn)子永磁同步電機，旨在解決旋轉(zhuǎn)變壓器、絕對式光電編碼器或者增量型光電編碼器性能容易受到高溫、潮濕、油污等惡劣環(huán)境的影響，并且光電編碼器易碎容易受到振動的影響，旋轉(zhuǎn)變壓器尺寸較大，從而增加電機體積，影響電機運行的穩(wěn)定性的問題；本發(fā)明提供的外轉(zhuǎn)子永磁同步電機具有位置精度高，占用安裝空間小，抗沖擊、抗振動、抗油污的優(yōu)點。

本發(fā)明提供了一種集成磁編碼器和霍爾開關(guān)確定位置的外轉(zhuǎn)子永磁同步電機，包括：電機旋轉(zhuǎn)模塊、電機靜止模塊以及用于連接電機旋轉(zhuǎn)模塊和電機靜止模塊的連接部件；電機旋轉(zhuǎn)模塊包括：電機轉(zhuǎn)子和傳感器旋轉(zhuǎn)模塊；其中，電機轉(zhuǎn)子包括：相互連接的機殼和永磁體；所述傳感器旋轉(zhuǎn)模塊包括：永磁壓塊、磁環(huán)放置盤、霍爾磁體和多對極磁環(huán)，所述永磁壓塊外側(cè)和所述機殼固定連接，所述永磁壓塊內(nèi)側(cè)和所述磁環(huán)放置盤固定連接，所述磁環(huán)放置盤隨所述機殼同步旋轉(zhuǎn)；在所述磁環(huán)放置盤內(nèi)固定有所述霍爾磁體和所述多對極磁環(huán)，使得所述霍爾磁體和所述多對極磁環(huán)隨電機轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)；所述電機靜止模塊包括：電機定子和傳感器靜止模塊；所述電機定子包括：相互固定連接的定子和軸，在所述定子上設(shè)置有繞組；所述傳感器靜止模塊包括：編碼器艙體和控制電路板，所述編碼器艙體和所述軸固定連接，所述控制電路板放置在所述編碼器艙體內(nèi)且與所述編碼器艙體固定連接；所述控制電路板用于將直流電逆變成三相交流電并供給定子繞組，使得電機正常工作。

更進一步地，所述控制電路板包括：編碼器和霍爾開關(guān)，所述編碼器用來感應磁環(huán)產(chǎn)生轉(zhuǎn)子位置A方波信號和B方波信號；所述霍爾開關(guān)用于感應所述霍爾磁體產(chǎn)生轉(zhuǎn)子位置零點信號。

更進一步地，連接部件包括：后軸承和前軸承，所述后軸承用于連接所述機殼和所述軸；所述前軸承用于連接所述軸和所述永磁壓塊。

更進一步地，定子為斜槽結(jié)構(gòu)，斜槽角度為15°。

更進一步地，霍爾磁體放置在磁環(huán)放置盤內(nèi)，霍爾開關(guān)放置在控制板上，霍爾磁體的充磁方向沿電機軸向，霍爾磁體放置在正對霍爾開關(guān)的位置上，每當霍爾磁體轉(zhuǎn)到霍爾開關(guān)的正下方，霍爾開關(guān)輸出高電平，當霍爾磁體遠離霍爾開關(guān)，霍爾開關(guān)輸出低電平，霍爾開關(guān)的輸出信號接至單片機，每當單片機收到霍爾開關(guān)的上升沿信號，表明霍爾磁體旋轉(zhuǎn)至霍爾開關(guān)的正下方，把此位置作為電機位置信號原點。

更進一步地，磁編碼器產(chǎn)生互差90°的A方波信號和B方波信號，多極磁環(huán)旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生3520個周期的方波信號，單片機讀取霍爾開關(guān)下降沿的位置作為電機旋轉(zhuǎn)的零點，單片機寄存器開始記錄A信號和B信號的個數(shù)，每次單片機讀到3520個A信號和B信號的時刻，電機再次旋轉(zhuǎn)至零點，同時單片機讀取霍爾開關(guān)下降沿然后將存放A信號和B信號的單片機寄存器清零，該寄存器再次從零開始計數(shù)，如此往復；通過讀取一個機械周期內(nèi)A信號或B信號的個數(shù)確定電機的絕對位置，通過一段時間內(nèi)讀取霍爾開關(guān)低電平下降沿的個數(shù)可以得到電機的轉(zhuǎn)速。電機順時針旋轉(zhuǎn)，A信號超前B信號90°，電機逆時針旋轉(zhuǎn)，則B信號超前A信號90°，通過讀取A、B信號的超前滯后關(guān)系確定電機的轉(zhuǎn)向。

通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于采用霍爾磁體、霍爾傳感器、霍爾磁環(huán)和磁編碼器獲取轉(zhuǎn)子位置的方式，使得獲取的電機轉(zhuǎn)子位置更精確，相比光電編碼器靠紅外線獲取轉(zhuǎn)子位置，因而光電編碼器易碎以及容易受到潮濕、油污等惡劣環(huán)境的影響，本發(fā)明專利所構(gòu)思的方案依靠磁場獲取電機轉(zhuǎn)子位置，因而不受到潮濕、油污等惡劣環(huán)境影響，并且結(jié)構(gòu)堅固，可靠性高；相比旋轉(zhuǎn)變壓器，本發(fā)明專利采用的方案體積小。重量輕，可以將磁編碼器和霍爾磁體集成在外轉(zhuǎn)子永磁同步電機內(nèi)，使得外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)更緊湊，可靠性更高，綜上，本發(fā)明提供的外轉(zhuǎn)子永磁同步電機具有位置精度高，占用安裝空間小，抗沖擊、抗振動、抗油污的優(yōu)點。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的多對極磁環(huán)示意圖；

圖3是本發(fā)明的多對極磁環(huán)放置在磁環(huán)放置環(huán)的示意圖。