具有轉(zhuǎn)子位置傳感器的內(nèi)轉(zhuǎn)子型永磁電機(jī)、轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)方法及伺服電機(jī)系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了具有轉(zhuǎn)子位置傳感器的內(nèi)轉(zhuǎn)子型永磁電機(jī)、轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)方法及伺服電機(jī)系統(tǒng)，該電機(jī)包括4N個(gè)作為位置檢測(cè)用的傳感器繞組，其中N為＞0的整數(shù)，所述定子中至少有4N個(gè)突極分別繞有傳感器繞組，所述4N個(gè)傳感器繞組分為2組，每組的傳感器繞組分為上段繞組和下段繞組，上段各繞組串聯(lián)連接，下段各繞組串聯(lián)連接，每組上段繞組串聯(lián)后的合成電感的基波相位與下段繞組串聯(lián)后的合成電感的基波相位相差180度彼此串聯(lián)，2組繞組的各上段繞組電感的基波相位彼此相差90度，2組傳感器繞組相并聯(lián)，其并聯(lián)接點(diǎn)為勵(lì)磁信號(hào)輸入端；2組繞組的各上段繞組與下端繞組的串聯(lián)接點(diǎn)為位置信號(hào)的輸出端。該伺服電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)高溫、高振動(dòng)環(huán)境下的轉(zhuǎn)角檢測(cè)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】具有轉(zhuǎn)子位置傳感器的內(nèi)轉(zhuǎn)子型永磁電機(jī)、轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)
方法及伺服電機(jī)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置角檢測(cè)技術(shù)，具體涉及內(nèi)轉(zhuǎn)子型永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的檢測(cè)技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前對(duì)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置角檢測(cè)主要利用光學(xué)編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器的方式進(jìn)行檢測(cè)，這兩種方式在實(shí)際的應(yīng)用中都存在缺陷和不足:
[0003]1、光學(xué)編碼器方式:該方式需要將光學(xué)編碼器安裝在電機(jī)的后面軸上，以便實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子角度檢測(cè)。但光學(xué)編碼器由于用光學(xué)器件和半導(dǎo)體器件等構(gòu)成，在高溫環(huán)境下使用時(shí)半導(dǎo)體元件壽命變短可靠性差。同時(shí)，在強(qiáng)振動(dòng)場(chǎng)合使用時(shí)，光學(xué)器件容易損壞、導(dǎo)致檢測(cè)功能失效。并且由于電機(jī)后端裝有編碼器，很難實(shí)現(xiàn)電機(jī)的薄型化。
[0004]2、旋轉(zhuǎn)變壓器方式:該方式需要將旋轉(zhuǎn)變壓器安裝在電機(jī)的后面軸上，以此實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子角度檢測(cè)。但旋轉(zhuǎn)變壓器有6條引線使接線增多，并且需要安裝在電機(jī)的后部，很難實(shí)現(xiàn)電機(jī)的薄型化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置角檢測(cè)所存在的問(wèn)題，而提供一種具有轉(zhuǎn)子位置傳感器的內(nèi)轉(zhuǎn)子型永磁電機(jī)。該伺服電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)高溫、高振動(dòng)環(huán)境下的轉(zhuǎn)角檢測(cè)，并減少接線數(shù)，可靠性更高。
[0006]同時(shí)基于該伺服電機(jī),本發(fā)明還提供一種內(nèi)轉(zhuǎn)子型永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的檢測(cè)方法和利用本發(fā)明電機(jī)轉(zhuǎn)角檢測(cè)原理構(gòu)成伺服電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0008]具有轉(zhuǎn)子位置傳感器的內(nèi)轉(zhuǎn)子型永磁電機(jī)，包括轉(zhuǎn)子以及定子，所述轉(zhuǎn)子安置在定子內(nèi)部，所述永磁電機(jī)還包括4N個(gè)作為位置檢測(cè)用的傳感器繞組，其中N為> O的整數(shù)，所述定子中至少有4N個(gè)突極分別繞有傳感器繞組，所述4N個(gè)傳感器繞組分為2組，每組的傳感器繞組分為上段繞組和下段繞組，上段各繞組串聯(lián)連接，下段各繞組串聯(lián)連接，每組上段繞組串聯(lián)后的合成電感的基波相位與下段繞組串聯(lián)后的合成電感的基波相位相差180度彼此串聯(lián)，2組繞組的各上段繞組電感的基波相位彼此相差90度，2組傳感器繞組相并聯(lián)，其并聯(lián)接點(diǎn)為勵(lì)磁信號(hào)輸入端；2組繞組的各上段繞組與下端繞組的串聯(lián)接點(diǎn)為位置信號(hào)的輸出端。
[0009]在永磁電機(jī)的優(yōu)選實(shí)例中，所述永磁電機(jī)還包括3K個(gè)作為產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩繞組，其中K為> O的整數(shù)，所述定子上未繞有傳感器繞組的突極中，至少3個(gè)突極上分別繞有轉(zhuǎn)矩繞組，所述3K個(gè)轉(zhuǎn)矩繞組分為3組，每組的繞組數(shù)> 1，3組轉(zhuǎn)矩繞組的反電勢(shì)彼此相差120度電角度，以三相星形或三角形相接。
[0010]進(jìn)一步的，所述轉(zhuǎn)子由永久磁鋼、軟磁材料磁軛及轉(zhuǎn)軸構(gòu)成，所述轉(zhuǎn)子磁極沿轉(zhuǎn)子外圓表面或嵌入轉(zhuǎn)子中均勻分布，極性交替排列，永磁極對(duì)數(shù)為P ^ 2的整數(shù)，所述磁鋼為瓦片型或環(huán)形。
[0011]進(jìn)一步的，所述定子上的突極沿定子內(nèi)圓放射狀分布，各突極形狀不一定相同。
[0012]基于上述內(nèi)轉(zhuǎn)子型永磁電機(jī)，本發(fā)明提供的內(nèi)轉(zhuǎn)子型永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的檢測(cè)方法，包括如下步驟:
[0013](I)將內(nèi)轉(zhuǎn)子型永磁電機(jī)中定子上的4N個(gè)傳感器繞組相互連接形成的勵(lì)磁信號(hào)輸入端接到高頻勵(lì)磁電源，傳感器繞組相互連接形成的位置信號(hào)輸出端輸出位置信號(hào)；
[0014](2)根據(jù)如下公式進(jìn)行反正切運(yùn)算處理后可得到轉(zhuǎn)子位置角θπ，
[0015]
【權(quán)利要求】
1.具有轉(zhuǎn)子位置傳感器的內(nèi)轉(zhuǎn)子型永磁電機(jī)，包括轉(zhuǎn)子以及定子，所述轉(zhuǎn)子安置在定子內(nèi)部，其特征在于，所述永磁電機(jī)還包括4N個(gè)作為位置檢測(cè)用的傳感器繞組，其中N為>O的整數(shù)，所述定子中至少有4N個(gè)突極分別繞有傳感器繞組，所述4N個(gè)傳感器繞組分為2組，每組的傳感器繞組分為上段繞組和下段繞組，上段各繞組串聯(lián)連接，下段各繞組串聯(lián)連接，每組上段繞組串聯(lián)后的合成電感的基波相位與下段繞組串聯(lián)后的合成電感的基波相位相差180度彼此串聯(lián)，2組繞組的各上段繞組電感的基波相位彼此相差90度，2組傳感器繞組相并聯(lián)，其并聯(lián)接點(diǎn)為勵(lì)磁信號(hào)輸入端；2組繞組的各上段繞組與下端繞組的串聯(lián)接點(diǎn)為位置信號(hào)的輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有轉(zhuǎn)子位置傳感器的內(nèi)轉(zhuǎn)子型永磁電機(jī)，其特征在于，所述永磁電機(jī)還包括3K個(gè)作為產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩繞組，其中K為> O的整數(shù)，所述定子上未繞有傳感器繞組的突極中，至少3個(gè)突極上分別繞有轉(zhuǎn)矩繞組，所述3K個(gè)轉(zhuǎn)矩繞組分為3組，每組的繞組數(shù)> 1，3組轉(zhuǎn)矩繞組的反電勢(shì)彼此相差120度電角度，以三相星形或三角形相接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有轉(zhuǎn)子位置傳感器的內(nèi)轉(zhuǎn)子型永磁電機(jī)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子由永久磁鋼、軟磁材料磁軛及轉(zhuǎn)軸構(gòu)成，所述轉(zhuǎn)子磁極沿轉(zhuǎn)子外圓表面或嵌入轉(zhuǎn)子中均勻分布，極性交替排列，永磁極對(duì)數(shù)為P ^ 2的整數(shù)，所述磁鋼為瓦片型或環(huán)形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有轉(zhuǎn)子位置傳感器的內(nèi)轉(zhuǎn)子型永磁電機(jī)，其特征在于，所述定子上的突極沿定子內(nèi)圓放射狀分布，各突極形狀不一定相同。
5.內(nèi)轉(zhuǎn)子型永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的檢測(cè)方法，其特征在于，所述檢測(cè)方法包括如下步驟: (1)將內(nèi)轉(zhuǎn)子型永磁電機(jī)中定子上的4N個(gè)傳感器繞組相互連接形成的勵(lì)磁信號(hào)輸入端接到高頻勵(lì)磁電源，傳感器繞組相互連接形成的位置信號(hào)輸出端輸出位置信號(hào)； (2)根據(jù)如下公式進(jìn)行反正切運(yùn)算處理后可得到轉(zhuǎn)子位置角Θm，

6.伺服電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括:權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的具有轉(zhuǎn)子位置傳感器的內(nèi)轉(zhuǎn)子型永磁電機(jī)、勵(lì)磁信號(hào)及位置信號(hào)處理單元、以及控制電路及功放電路單元，所述永磁電機(jī)輸出軸連接控制對(duì)象，勵(lì)磁信號(hào)及位置信號(hào)處理單元產(chǎn)生勵(lì)磁信號(hào)供給永磁電機(jī)的傳感器繞組的勵(lì)磁信號(hào)輸入端，傳感器繞組的位置信號(hào)輸出端輸出位置信號(hào)，并輸入到勵(lì)磁信號(hào)及位置信號(hào)處理單元； 勵(lì)磁信號(hào)及位置信號(hào)處理單元利用公式:
【文檔編號(hào)】H02K29/12GK103516167SQ201210224543
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月29日
【發(fā)明者】高翔, 李堅(jiān) 申請(qǐng)人:上海博建電子科技有限公司