[實用新型]具有一體式磁位置傳感器的旋轉電機

有效

• 申請號: 201720528016.9
• 申請日: 2017-05-12
• 公開（公告）號: CN207166316U
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: W·迪布;L·法弗爾;D·貝托尼
• 申請（專利權）人: IFP新能源公司;馬維爾有限公司
• 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

技術領域

本實用新型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。

本實用新型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。

本實用新型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實用新型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；

-安裝方便。

另一方面，這種位置傳感器對于旋轉部分的磁體相對于包括磁傳感器的固定部分的徑向和軸向運動非常敏感。軸向運動是指在由軸線(X)限定的方向上的運動，轉子的軸圍繞該軸線旋轉，而徑向運動是指垂直于軸線(X)的運動。這些運動可以由例如累積的機械公差、熱效應(例如鐵的膨脹)、磁體支承件的機械公差(軸中孔的運動)產生。累積的機械公差與位置傳感器和常規采用的機械參考之間的中間部分(支撐旋轉軸的軸承)的存在，特別是旋轉的中間部分(諸如安裝在軸上以冷卻機器的風扇)的存在有關。在位置傳感器和支撐旋轉軸的軸承(在機器的后端)之間的任何中間部分使得難以對各種機械部件(特別是位置傳感器)保持嚴格的累積公差。現在，嚴格的公差對于通過磁位置傳感器保證轉子的精確測量非常重要。