電機轉子位置檢測裝置的製作方法
2023-10-06 17:49:34
本發明涉及電機領域，特別涉及一種電機轉子位置檢測裝置。
背景技術：
現有的車用電機轉子位置檢測裝置主要是一種旋轉變壓器，見圖1。旋轉變壓器主要由轉子和定子兩部分組成，其原理是將旋轉變壓器的轉子安裝在電機主軸上，繞在定子上的正弦線圈和餘弦線圈分別感應激勵線圈與轉子之間形成的變化磁場，在輸入載波的共同激勵下產生正餘弦電壓包絡線，電機控制器通過計算正餘弦電壓的關係，得到電機轉子位置的角度值。旋轉變壓器的繞線方式和轉子設計是影響旋轉變壓器輸出表現的主要因素。
現有的電機轉子位置傳感器有以下缺陷：(1)現有的旋轉變壓器價格高，體積較大。旋轉變壓器信號的採集是通過一系列線圈感應變化磁場完成的，而不是集成晶片。由於線圈有一定的體積，導致旋轉變壓器整體的體積較大。(2)對電機控制器要求高，控制器裡需要信號處理晶片解碼信號。旋轉變壓器採集的信號是模擬信號，電機控制器需要對旋轉變壓器輸出的信號進行解碼後才能計算角度，因此需要增加解碼晶片以及信號處理電路，從而增加電機控制器成本(3)安裝困難。旋轉變壓器的總成結構複雜，安裝過程中定子和轉子相對位置關係要求高，一般要求在5°以內。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種電機轉子位置檢測裝置，以解決現有電機轉子位置檢測裝置檢測過程複雜，安裝困難，體積大的問題。
為解決上述技術問題，本發明提供一種電機轉子位置檢測裝置，所述電機包括電機外殼和設置於所述電機外殼內的電機主軸，所述轉子設置於所述電機主軸上，其特徵在於，所述電機轉子位置檢測裝置包括：傳感器和磁性輪；所述磁性輪設置於所述電機主軸上，並與所述電機主軸同軸；所述磁性輪包括輪子本體和設置於所述輪子本體上的磁性層，所述磁性層有若干磁極，所述若干磁極沿所述輪子本體的周向等間距分布，且相鄰的磁極極性相反；所述傳感器設置於所述電機外殼上，用於檢測所述磁性輪轉動時所述若干磁極產生的磁場方向變化，並根據磁場方向變化的次數計算轉子所轉過的角度以確定轉子位置。
可選的，所述磁性層由磁性材料製備而成，並通過給所述磁性材料充磁的方式使所述磁性層呈現出所述若干磁極。
可選的，所述磁性層包括若干磁鐵，所述若干磁鐵繞所述輪子本體的周向等間距分布。
可選的，所述電機轉子位置檢測裝置還包括一缺極位置，用於記錄所述轉子的起始位置；所述缺極位置位於所述若干磁極中的兩個相鄰磁極之間。
可選的，所述若干磁極的數量為至少2000個。
可選的，所述電機轉子所轉過的角度按以下公式計式：
式中：為電機轉子所轉過的角度，α為每個磁極對應的角度，n為傳感器檢測到磁場方向變化的次數，m為所述磁性層上用於感應所述傳感器的磁極數量，R為所述磁性輪所轉過的圈數，R為整數。
可選的，所述電機轉子所轉過的角度的精度為：
式中：Accuracy為電機轉子所轉過的角度的精確度，m為所述磁性層上用於感應所述傳感器的磁極數量。
可選的，所述傳感器為GMR傳感器或者AMR傳感器。
可選的，所述GMR傳感器包括晶片，所述晶片為單GMR晶片或者差分GMR晶片；所述AMR傳感器包括晶片，所述晶片為單AMR晶片或者差分AMR晶片。
可選的，所述電機外殼上設置有槽口，所述傳感器設置於所述槽口內。
在本發明提供的電機轉子位置檢測裝置中，具有以下有益效果：(1)結構簡單體積小，價格低，檢測精度高。(2)輸出信號為數位訊號，電機控制器不需要進行複雜的信號處理，可以簡化上層系統。(3)安裝精度要求比旋轉變壓器要求更低，易安裝。
附圖說明
圖1是現有技術的電機轉子位置檢測裝置剖面示意圖；
圖2和圖3分別是本申請一實施例的電機轉子位置檢測裝置主視圖和等軸測圖；
圖4是本申請一實施例的電機轉子位置檢測裝置的信號邏輯及檢測原理圖；
圖5分別是本申請一實施例的電機轉子位置檢測裝置電機外殼開設槽口的主視圖；
圖6是本申請一實施例的設置了缺極位置的電機轉子位置檢測裝置。
圖中：
1-線圈；2-轉子；3-定子；4-傳感器；5-磁性輪；51-輪子本體；52-磁性層；521-磁極；522-缺極位置；6-電機主軸；7-電機外殼；71-槽口；8-感應磁場變化曲線；9-輸出信號變化曲線。
具體實施方式
本發明的核心思想在於提供一種電機轉子位置檢測裝置，在電機主軸6上安裝一磁性輪5，磁性輪5的外沿等間距的分布著若干磁極521，磁性輪5隨電機主軸6的旋轉而旋轉，在電機外殼7上設置一傳感器4，用於檢測所述磁極521極性的變化情況，並據此計算出電機轉子所轉過的角度從而確定電機轉子的位置。
以下結合附圖和具體實施例對本發明提出的電機轉子位置檢測裝置作進一步詳細說明。根據下面說明和權利要求書，本發明的優點和特徵將更清楚。需說明的是，附圖均採用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。
參閱圖2和圖3，其示出的分別是本實施例電機轉子位置檢測裝置主視圖和等軸測圖。從圖中可以看出，電機轉子位置檢測裝置主要由磁性輪5和傳感器4組成。磁性輪5包括輪子本體51和磁性層52組成，所述輪子本體51主要用於承載所述磁性層52，磁性層52有磁性，且磁性層52上有若干個磁極521，這些磁極521繞所述輪子本體51等間距的分布，並且相鄰的磁極的極性相反。
磁性層52可以由磁性材料製備形成，具體的，將磁性材料均勻的設置在所述輪子本體51的圓周面上，等磁性材料固定在輪子本體51後，即形成了磁性層52，但這時候磁性層52還沒有磁性，需要對這些磁性材料充磁，使這些磁性材料具有磁性，並且使磁性層52表現出多個磁極521，這些磁極521等間距的分布在所述輪子本體51上，並使相鄰的磁極521極性相反。
磁性層52還可以由若干磁鐵組成，所述若干磁鐵繞所述輪子本體51的周向等間距分布，從而使磁性層52表現出若干個磁極521。
傳感器4安裝在電機外殼7上。因為轉子設置於電機主軸6上，磁性輪5也設置於電機主軸6上，所以電機轉子和磁性輪5在電機運轉時是同步旋轉的，所以只需計算磁性輪5所轉過的角度，即可確定電機轉子所轉過的角度，也就可以確定電機轉子的位置了。
優選的，傳感器4可選用GMR傳感器或AMR傳感器，GMR傳感器內部有晶片，其晶片可為單GMR晶片或者差分GMR晶片；AMR傳感器內部有晶片，其晶片可為單AMR晶片或者差分AMR晶片。
所述磁極521的數量為偶數，為了保證計算精度，磁極521的數量至少2000個。傳感器4安裝在電機外殼7上，並位於磁性層52的一側，兩者之間保持一定的距離。所述傳感器4和磁性層52之間的距離以能感應到磁極521的磁場為準，兩者之間的距離越近，傳感器4感應的磁場變化越明顯。在磁性輪5轉動過程中，由於傳感器4固定在電機外殼7上，所以每個磁極521相對傳感器的位置在不停變化，又因為相鄰磁極521的極性相反，所以傳感器4感應到的磁場在不停變化，每個磁極521引起的磁場變化，輸出脈衝信號，且每個脈衝對應一個磁鐵51。電機控制器根據輸出脈衝信號的個數，計算得到電機主軸6轉過的磁極數量，從而計算得到電機主軸6轉過的角度，即電機轉子的位置，其信號邏輯及檢測原理請參閱圖4。
優選的，為了便於記錄電機轉子的起始位置，所述電機轉子位置檢測裝置還包括一缺極位置522，用於記錄所述轉子的起始位置；所述缺極位置522位於所述若干磁極521中的兩個相鄰磁極521之間，具體請參閱圖6。從圖6中可以看出在磁性層52的圓周面上有一個位置沒有磁極521，這裡就是缺極位置53，磁極521在其他位置上等間距分布，所以傳感器4可以將缺極位置522作為起始位置，從而便於檢測電機轉子的相對位置。
較佳的，傳感器4固定在所述電機外殼7上，固定方式可以但不限於用膠水粘結，螺栓連接。進一步，為了增加傳感器4的安裝穩定性，可先在所述支撐體52上開設槽口71，然後將所述傳感器4嵌入槽口71中，具體請參閱圖5。圖5中的感應磁場變化曲線8和輸出信號變化曲線9為虛擬的，主要是為了便於理解本實施例。
具體的，電機主軸6轉過的角度的計算過程如下，設磁性層52上共設置了m個用於感應傳感器4的磁級，以缺極位置522作為絕對位置零點，需要說明的是這裡的磁極的數量僅指用於感應傳感器4的磁極，本領域技術人員應當認為磁極都是成對出現的，其中不能感應傳感器4的磁極不計算在內。當電機主軸6轉動，n個磁極521轉過傳感器4後，傳感器4會檢測到n次磁場方向的變化，便會對應的輸出0.5n個脈衝信號，即可得到轉過的磁鐵數為n。n的值取決於磁性輪5所轉過的圈數，例如，若磁性輪5轉過兩圈，則n＝2m。而每個磁鐵51所對應角度α可以根據支撐體51上的磁鐵51的數量得到，最後根據脈衝信號的個數n和每個磁鐵51對應的角度α計算得到轉子的角度位置。計算公式見式(1)。
式中：為電機轉子所轉過的角度，α為每個磁極對應的角度，n為傳感器檢測到磁場方向變化的次數，m為所述磁性層上用於感應傳感器4的磁極數量，R為所述磁性輪5所轉過的圈數，R為整數。若磁性輪轉過不足一圈，則不計算圈數，例如若磁性輪轉過2.5圈，則R輸出2。
其中，磁鐵51的數量決定了位置信號的精度，磁鐵51的數量越多，位置信號精度越高。精度計算方法參照公式(2)。當磁性論充磁滿足600對極，即可滿足0.3°機械角度要求。
式中：Accuracy為電機轉子所轉過的角度的精確度，m為所述磁性層上用於感應傳感器4的磁極數量。
本申請提供的電機轉子位置檢測裝置具有以下有益效果：(1)結構簡單體積小，價格低，檢測精度高。(2)輸出信號為數位訊號，電機控制器不需要進行複雜的信號處理，可以簡化上層系統。(3)安裝精度要求比旋轉變壓器要求更低，易安裝。
上述描述僅是對本發明較佳實施例的描述，並非對本發明範圍的任何限定，本發明領域的普通技術人員根據上述揭示內容做的任何變更、修飾，均屬於權利要求書的保護範圍。