電機轉子位置和轉速的檢測裝置及方法
2023-05-01 15:43:16
電機轉子位置和轉速的檢測裝置及方法
【專利摘要】本發明提供了一種電機轉子位置和轉速的檢測裝置，包括固定設置於電機轉子的轉軸上的位置傳感器轉子，所述位置傳感器轉子包括能夠產生正弦空間磁場的永磁體，所述檢測裝置還包括設置於電機定子上的用於檢測所述正弦空間磁場的3個線性霍爾元件，各所述線性霍爾元件以互差120度電角度的方式分布在與所述轉軸垂直的平面上的以所述轉軸為圓心的圓周上。本發明還提供了一種電機轉子位置和轉速的檢測方法，根據3個線性霍爾元件輸出的電壓值的大小關係判斷當前處於電角度周期中的哪個電角度區間，再根據所述電壓值和所述電角度區間計算所述電機轉子的位置。本發明能夠低成本且高精度、高可靠性地實現電機轉子的位置和速度檢測。
【專利說明】電機轉子位置和轉速的檢測裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電機檢測領域，特別涉及一種電機轉子位置和轉速的檢測裝置及方法。
【背景技術】
[0002]目前，電動自行車、自平衡電動兩輪車、具有平衡功能的獨輪車和電動汽車等都以電動機作為主要動力輸出裝置，這些應用領域的成本較低，但是對電動機轉子位置傳感器的精度及可靠性的要求比較高。
[0003]現有技術中，永磁無刷直流電動機的位置檢測裝置有:離散霍爾傳感器、光電編碼器和旋轉變壓器。離散霍爾傳感器在一個電角度周期提供六個位置，位置精度低，採用此位置檢測裝置，電機轉矩脈動大、速度計算精度低。光電編碼器雖然位置精度高，但價格昂貴，且受應用環境影響較大，不合適對可靠性要求高且成本低的電動車領域。旋轉變壓器可靠性及位置檢測精度都很高，但其同樣價格昂貴，且解碼算法複雜，需要採用硬體晶片解碼，雖然電路簡單，但解碼晶片價格昂貴。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於，提供一種低成本且精度和可靠性高的電機轉子位置和轉速的檢測裝置及方法。
[0005]為此，本發明提供了一種電機轉子位置和轉速的檢測裝置，包括固定設置於電機轉子的轉軸上的位置傳感器轉子，所述位置傳感器轉子包括能夠產生正弦空間磁場的永磁體，所述檢測裝置還包括設置於電機定子上的用於檢測所述正弦空間磁場的3個線性霍爾元件，各所述線性霍爾元件以互差120度電角度的方式分布在與所述轉軸垂直的平面上的以所述轉軸為圓心的圓周上。
[0006]進一步地，所述圓周的半徑為能夠使得所述線性霍爾元件檢測到的磁場強度小於其能夠感應的最大磁場強度的數值並且大於預定值。
[0007]優選地，所述永磁體具有兩個對極。
[0008]優選地，所述永磁體為磁極交替分布的四片瓦片式釹鐵硼磁鋼。
[0009]本發明還提供了一種基於所述電機轉子位置和轉速的檢測裝置的電機轉子位置和轉速的檢測方法，根據所述3個線性霍爾元件中依次相鄰布置的第一線性霍爾元件、第二線性霍爾元件和第三線性霍爾元件分別輸出的第一電壓值、第二電壓值和第三電壓值之間的大小關係判斷當前處於電角度周期中的哪個電角度區間，再根據所述電壓值和所述電角度區間計算所述電機轉子的位置。
[0010]進一步地，所述判斷當前處於電角度周期中的哪個電角度區間具體包括:當第二電壓值小於或等於第一電壓值且第一電壓值小於第三電壓值時，所述電角度區間為第一區間；當第二電壓值小於或等於第三電壓值且第三電壓值小於第一電壓值時，所述電角度區間為第二區間；當第三電壓值小於或等於第二電壓值且第二電壓值小於第一電壓值時，所述電角度區間為第三區間；當第三電壓值小於或等於第一電壓值且第一電壓值小於第二電壓值時，所述電角度區間為第四區間；當第一電壓值小於或等於第三電壓值且第三電壓值小於第二電壓值時，所述電角度區間為第五區間；當第一電壓值小於或等於第二電壓值且第二電壓值小於第三電壓值時，所述電角度區間為第六區間。
[0011]優選地，根據如下公式計算所述電機轉子的位置Θ…
[0012]Θ e= θ χ+Κ.Ve，其中，θ χ為所述電角度區間的初始位置，其取值如下:
[0013]
【權利要求】
1.一種電機轉子位置和轉速的檢測裝置，包括固定設置於電機轉子的轉軸上的位置傳感器轉子，其特徵在於，所述位置傳感器轉子包括能夠產生正弦空間磁場的永磁體，所述檢測裝置還包括設置於電機定子上的用於檢測所述正弦空間磁場的3個線性霍爾元件，各所述線性霍爾元件以互差120度電角度的方式分布在與所述轉軸垂直的平面上的以所述轉軸為圓心的圓周上。
2.根據權利要求1所述的電機轉子位置和轉速的檢測裝置，其特徵在於，所述圓周的半徑為能夠使得所述線性霍爾元件檢測到的磁場強度小於其能夠感應的最大磁場強度的數值並且大於預定值。
3.根據權利要求1所述的電機轉子位置和轉速的檢測裝置，其特徵在於，所述永磁體具有兩個對極。
4.根據權利要求3所述的電機轉子位置和轉速的檢測裝置，其特徵在於，所述永磁體為磁極交替分布的四片瓦片式釹鐵硼磁鋼。
5.一種基於權利要求1所述的電機轉子位置和轉速的檢測裝置的電機轉子位置和轉速的檢測方法，其特徵在於，根據所述3個線性霍爾元件中依次相鄰布置的第一線性霍爾元件、第二線性霍 爾元件和第三線性霍爾元件分別輸出的第一電壓值、第二電壓值和第三電壓值之間的大小關係判斷當前處於電角度周期中的哪個電角度區間，再根據所述電壓值和所述電角度區間計算所述電機轉子的位置。
6.根據權利要求5所述的電機轉子位置和轉速的檢測方法，其特徵在於，所述判斷當前處於電角度周期中的哪個電角度區間具體包括: 當第二電壓值小於或等於第一電壓值且第一電壓值小於第三電壓值時，所述電角度區間為第一區間； 當第二電壓值小於或等於第三電壓值且第三電壓值小於第一電壓值時，所述電角度區間為第二區間； 當第三電壓值小於或等於第二電壓值且第二電壓值小於第一電壓值時，所述電角度區間為第三區間； 當第三電壓值小於或等於第一電壓值且第一電壓值小於第二電壓值時，所述電角度區間為第四區間； 當第一電壓值小於或等於第三電壓值且第三電壓值小於第二電壓值時，所述電角度區間為第五區間； 當第一電壓值小於或等於第二電壓值且第二電壓值小於第三電壓值時，所述電角度區間為第六區間。
7.根據權利要求6所述的電機轉子位置和轉速的檢測方法，其特徵在於，根據如下公式計算所述電機轉子的位置K..θ e= θ χ+Κ.Ve, 其中， θ χ為所述電角度區間的初始位置，其取值如下:
8.根據權利要求6所述的電機轉子位置和轉速的檢測方法，其特徵在於，根據如下公式計算所述電機轉子的位置
Θ e= Θ x+arcsin (K.Ve), 其中， θ χ為所述電角度區間的初始位置，其取值如下:
9.根據權利要求5所述的電機轉子位置和轉速的檢測方法，其特徵在於，還包括根據兩個以上所述電機轉子的位置計算所述電機轉子的轉速。
10.根據權利要求9所述的電機轉子位置和轉速的檢測方法，其特徵在於，計算得到k-Ι時刻的轉子位置Θ 6 ^和k時刻的轉子位置Θ e；k, k-1時刻和k時刻之間的時間差為τ，根據如下公式計算所述電機轉子的轉速nk:
. 60 χ (H 丨) Hk =- k2ρπΤ 其中，P為所述位置傳感器轉子的永磁體的極對數。
【文檔編號】H02P6/16GK103731077SQ201410027236
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月21日 優先權日:2014年1月21日
【發明者】王建寬, 方繼勇, 陳養彬 申請人:上海新世紀機器人有限公司