專利名稱：永磁電機的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種永磁電機，特別是一種永磁電機的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置。
背景技術(shù)：
表面貼裝式永磁電機由于具有制作成本較低以及工藝可靠的特點，已經(jīng)成為目前工業(yè)自動化及家電、汽車等行業(yè)的主要驅(qū)動電機之一。但是，無論是永磁無刷直流電機還是永磁同步電機，其都需要一個位置檢測裝置為驅(qū)動器提供轉(zhuǎn)子位置信號，因而位置檢測裝置的準確性和可靠性成為了系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵。 在不考慮成本或者需要極高精度的精密驅(qū)動場合，常常采用光電編碼器或者旋轉(zhuǎn)變壓器作為位置檢測裝置，但是，這兩種位置檢測裝置的成本較高，有時甚至超過了永磁電機本身的成本價格。因而在低成本應(yīng)用領(lǐng)域中常常采用霍爾位置傳感器作為位置檢測元件?，F(xiàn)有基于霍爾位置傳感器的檢測系統(tǒng)常常通過加長永磁體，如中國專利文獻號CN1856924A于2006年11月I日公開的一種電動機轉(zhuǎn)子，以及中國專利文獻號CN 201813240U于2010年09月22日公開的一種外轉(zhuǎn)子永磁電機殼體結(jié)構(gòu)；或者，檢測系統(tǒng)單獨安裝提供位置信號的磁環(huán)，如中國專利文獻號CN 101243598A于2008年8月13日公開的一種電動機，以及中國專利文獻號CN 201860242U于2011年06月08日公開的一種電機轉(zhuǎn)子位置及速度的檢測裝置，并使永磁體的充磁方向本身垂直于霍爾元件的檢測面。在永磁體價格高漲的今天，通過增加永磁體用量來提供位置檢測信號無疑會大幅增加成本，并且單獨安裝或增加永磁體長度將增加軸向空間，不利于電機結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的旨在提供一種結(jié)構(gòu)簡單合理、感應(yīng)能力強、適用范圍廣的永磁電機的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處。按此目的設(shè)計的一種永磁電機的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，包括霍爾位置傳感器以及構(gòu)成永磁電機的永磁體、轉(zhuǎn)子鐵芯和定子鐵芯，永磁體位于轉(zhuǎn)子鐵芯和定子鐵芯之間，永磁體與轉(zhuǎn)子鐵芯相接，其結(jié)構(gòu)特征是霍爾位置傳感器設(shè)置在永磁體的上表面的上方，霍爾位置傳感器與永磁體的上表面之間預(yù)留有一定的空間。所述霍爾位置傳感器的軸線與永磁體的上表面之間的夾角為0。所述霍爾位置傳感器的檢測面朝向永磁體的上表面。所述霍爾位置傳感器的背面設(shè)置有導(dǎo)磁襯板。所述霍爾位置傳感器通過不導(dǎo)磁支架與PCB板相接，PCB板通過PCB板支架與定子鐵芯相接。所述霍爾位置傳感器的信號線及電源線與PCB板上的前置處理電路電連接。所述定子鐵芯位于轉(zhuǎn)子鐵芯的內(nèi)側(cè)，永磁體與轉(zhuǎn)子鐵芯的內(nèi)壁相接；或者，轉(zhuǎn)子鐵芯位于定子鐵芯的內(nèi)側(cè)，永磁體與轉(zhuǎn)子鐵芯的外周相接。[0013]所述霍爾位置傳感器為鎖存型的單極性或雙極性霍爾位置傳感器。本實用新型采用上述的技術(shù)方案后，霍爾位置傳感器與永磁體的上表面及充磁方向(充磁方向與磁力線閉合方向不是同一個概念，但充磁方向在此處與磁力線閉合方向相同)呈夾角e設(shè)置，該夾角e可由有限元計算得出；設(shè)置在霍爾位置傳感器背面的導(dǎo)磁襯板用來進一步引導(dǎo)端部漏磁場的走向，可增強霍爾位置傳感器對漏磁場的感應(yīng)能力。當轉(zhuǎn)子鐵芯的位置變化時，霍爾位置傳感器感應(yīng)到永磁體的上表面的磁場的變化并將其轉(zhuǎn)化為電信號，通過PCB板上的前置處理電路放大和穩(wěn)相，然后提供給控制器進行相關(guān)操作。本實用新型既可以適用于外轉(zhuǎn)子表面貼裝式永磁電機，又可以適用于內(nèi)轉(zhuǎn)子表面貼裝式永磁電機，還可以適用于稀土類永磁電機或非稀土類永磁電機，其具有結(jié)構(gòu)簡單合
理、感應(yīng)能力強、適用范圍廣的特點。

圖I為本實用新型第一實施例的局部剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖I中的虛線處放大結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實用新型中的霍爾位置傳感器的安裝角度的設(shè)計流程圖。圖4為霍爾位置傳感器的軸視安裝位置示意圖圖5為簡化后的霍爾位置傳感器的軸視安裝位置示意圖。圖6為三相霍爾位置信號與三相反電動勢的關(guān)系不意圖圖7為簡化后的三相霍爾位置信號與三相反電動勢的相位關(guān)系示意圖。圖8為本實用新型第二實施例的局部剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖9為圖8中的虛線處放大結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1為永磁體，2為轉(zhuǎn)子鐵芯，3為定子鐵芯，4為霍爾位置傳感器，5為導(dǎo)磁襯板，6為不導(dǎo)磁支架，7為PCB板，71為PCB板支架，8為線圈繞組，41為A相霍爾位置傳感器，42為B相霍爾位置傳感器，43為C相霍爾位置傳感器，圖中的Hal 1_A為A相霍爾位置傳感器，Hal 1_B為B相霍爾位置傳感器，Hal 1_C為C相霍爾位置傳感器。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述。第一實施例參見圖I-圖7，本永磁電機的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，包括霍爾位置傳感器4以及構(gòu)成永磁電機的永磁體I、轉(zhuǎn)子鐵芯2和定子鐵芯3,永磁體I位于轉(zhuǎn)子鐵芯2和定子鐵芯3之間，永磁體I與轉(zhuǎn)子鐵芯2相接，霍爾位置傳感器4設(shè)置在永磁體I的上表面的上方，霍爾位置傳感器4與永磁體I的上表面之間預(yù)留有一定的空間。該空間的大小由霍爾位置傳感器4的信號強度以及實際工作中的安全距離決定。在本實施例中，永磁電機為外轉(zhuǎn)子表面貼裝式永磁電機，定子鐵芯3位于轉(zhuǎn)子鐵芯2的內(nèi)側(cè)，永磁體I與轉(zhuǎn)子鐵芯2的內(nèi)壁相接。在圖I-圖2中的永磁體I的上表面，也就是永磁體I的上端部的上表面，由于電機邊緣的邊緣效應(yīng)的作用將產(chǎn)生端部漏磁場，該漏磁場的磁力線通過空氣和轉(zhuǎn)子鐵芯2閉合形成閉合磁力線，該閉合磁力線與水平面之間的夾角為e，也就是說閉合磁力線與永磁體I的上表面之間的夾角為0，因此，霍爾位置傳感器4的軸線與永磁體I的上表面之間的夾角為0。夾角0通過有限元計算端部漏磁場分布得出?；魻栁恢脗鞲衅?的檢測面朝向永磁體I的上表面?；魻栁恢脗鞲衅?的背面，也就是檢測面的另一面，設(shè)置有導(dǎo)磁襯板5。霍爾位置傳感器4通過不導(dǎo)磁支架6與PCB板7相接，PCB板7通過PCB板支架71與定子鐵芯3相接。安裝時，霍爾位置傳感器4的安裝位置及角度由不導(dǎo)磁支架6保證，該不導(dǎo)磁支架6安裝在水平放置的PCB板7上。PCB板7通過PCB板支架71與定子鐵芯3相連接，進而保證整個轉(zhuǎn)子位置檢測裝置的位置?；魻栁恢脗鞲衅?的檢測面朝向永磁體I的上表面并保證夾角0的設(shè)置，在霍爾位置傳感器4的背面設(shè)置有導(dǎo)磁襯板5，用來進一步引導(dǎo)端部漏磁場的走向，使其更有利于霍爾位置傳感器4的位置檢測。
霍爾位置傳感器4的信號線及電源線與PCB板7上的前置處理電路電連接。前置處理電路主要包括信號跟隨與放大電路以及保護電路。當采用非稀土類的永磁材料制作永磁體時，常將永磁體I設(shè)計得比定子鐵芯3略長，但是否使用稀土類永磁材料并不影響本實用新型的應(yīng)用。本實施例中的霍爾位置傳感器4可采用鎖存型的單極性或雙極性霍爾位置傳感器，集到的位置信號通過PCB板7上的前置處理電路進行信號放大和跟隨，具體信號強度與大小應(yīng)該與所用控制器相匹配。霍爾位置傳感器4通過PCB板7進行供電，PCB板7由外接電源進行供電。當永磁體I產(chǎn)生的端部漏磁場發(fā)生變化時，霍爾位置傳感器4能夠及時感知相應(yīng)變化，并產(chǎn)生位置信號。該位置信號被位于PCB板7上的前置處理電路進行放大和穩(wěn)相，進而提供給控制器進行相關(guān)處理操作。夾角0由圖3中所示的設(shè)計流程予以計算出，對于不同的電機形式及磁鋼安裝方式、長短，該夾角0有所不同。因而在每種電機應(yīng)用中，應(yīng)提前進行有限元仿真確定該夾角e，并在安裝時盡量保證該夾角e的準確。如沒有條件進行有限元計算，應(yīng)當通過實驗方法確定最佳信號強度對應(yīng)的夾角Q。設(shè)計流程包括以下步驟第一步，建立電機端部有限元模型；根據(jù)圖I-圖2，這里應(yīng)當是建立電機上端部的有限元模型。第二步，進行有限元分析計算。第三步,分析端部漏磁場分布。第四步，找出漏磁密矢量最大值。第五步，設(shè)計霍爾位置傳感器的位置及安裝角度?；魻栁恢脗鞲衅鞯妮S視安裝位置如圖4所示，本圖4以三相12極18槽的永磁電機為例，圖4中陰影填充的部分為線圈繞組8。為了突出霍爾位置傳感器4的安裝位置，圖4中省略了導(dǎo)磁襯板5、不導(dǎo)磁支架6、PCB板7及PCB板支架71。三相霍爾位置傳感器4分別為A相霍爾位置傳感器41，B相霍爾位置傳感器42和C相霍爾位置傳感器43。當A相霍爾位置傳感器41的軸線與A相繞組的軸線相對齊時，B相霍爾位置傳感器42的軸線、C相霍爾位置傳感器43的軸線依次相差120°電角度分別與B相繞組的軸線和C相繞組的軸線相對齊。所謂霍爾位置傳感器的軸線就是霍爾位置傳感器的中心線(圖中的點劃線)，而B相霍爾位置傳感器42的軸線為B相繞組所在定子齒的中心對稱線，C相霍爾位置傳感器43的軸線為C相繞組所在定子齒的中心對稱線；所謂對齊即指的是安裝位置上兩條線是否重合，圖4為不重合，圖5為重合。120°電角度對應(yīng)的機械角度a，有a = 360/m/p ；其中m為相數(shù)，p為極對數(shù),在本例中，m = 3, p = 6,故a =20°。 為了減少霍爾位置傳感器4的分布角度，進而減小不導(dǎo)磁支架6、導(dǎo)磁襯板5以及PCB板7的體積和造價，可根據(jù)三相對稱原則將C相霍爾位置傳感器43安裝在A相霍爾位置傳感器41、B相霍爾位置傳感器42的幾何中心線上，并將霍爾位置傳感器上下反轉(zhuǎn)180°安裝。當霍爾位置傳感器未反轉(zhuǎn)安裝時，所得到C相位置信號剛好反相。霍爾位置傳感器是一個近似方形的元件，其幾何中心線就是從整個電機截面的中心點(軸心)過霍爾位置傳感器的中心點形成的線，如圖4和圖5中穿過霍爾位置傳感器的點劃線。 三相霍爾位置信號與三相反電動勢的關(guān)系如圖6所不,此時,各相霍爾位置信號的上升沿與三相相反電動勢的正向過零點相重合。為了控制器程序的簡化，可以在霍爾位置傳感器安裝時就是霍爾位置傳感器4的上升沿滯后反電動勢過零點30°電角度。正常的使用霍爾位置傳感器的方波無刷電機控制是使在反電動勢過零點后30°電角度對相應(yīng)的繞組進行開通，而通常情況下是使得霍爾位置傳感器的上升沿和反電動勢過零點重合。而在一般情況下，使用霍爾位置傳感器信號的上升沿作為相應(yīng)繞組的開通信號最為簡便，因此可以在安裝時保證霍爾位置傳感器的上升沿滯后反電動勢過零點30°電角度對應(yīng)的機械角度，就是后面的P角，這樣就無需在控制器中采用延時程序(這樣增加的復(fù)雜程度，有可能增加成本)。如圖7所示，進而根據(jù)上升沿直接控制開關(guān)電路導(dǎo)通而無需控制器延時觸發(fā)。此時安裝位置如圖5所示，30°電角度對應(yīng)的機械角度P，有P = 30/p。上述的夾角0為霍爾位置傳感器與定子鐵芯上表面(軸向切面)之間的角度，屬于霍爾位置傳感器的安裝角度，而a和0是從軸向投影方向的角度，機械角度a和@與夾角9不在同一個平面上，沒有直接關(guān)系。控制時，采用普通的無刷直流電機的控制方式，如果沒有滯后P角安裝的話，就在控制器中采用檢測到霍爾位置傳感器的信號上升沿后，根據(jù)現(xiàn)有轉(zhuǎn)速(也是從霍爾位置傳感器的信號計算得出的)延時30°電角度對應(yīng)的時間(這個時間是變的，所以轉(zhuǎn)速不同要不停的變，如果轉(zhuǎn)速檢測不準確了，這個計算就會有誤差，引起電流波動，惡化電機性能)。如果采用了滯后P角安裝，就可以直接按照霍爾位置傳感器的信號的上升沿進行相應(yīng)繞組的導(dǎo)通，控制方便準確。第二實施例參見圖8_圖9,在本實施例中,永磁電機為內(nèi)轉(zhuǎn)子表面貼裝式永磁電機,轉(zhuǎn)子鐵芯2位于定子鐵芯3的內(nèi)側(cè)，永磁體I與轉(zhuǎn)子鐵芯2的外周相接。 事實上，本實用新型的位置檢測原理主要針對端部漏磁場，因而對于何種永磁電機并無明顯區(qū)分。其余未述部分見第一實施例，不再重復(fù)。
權(quán)利要求1.一種永磁電機的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，包括霍爾位置傳感器(4)以及構(gòu)成永磁電機的永磁體(I)、轉(zhuǎn)子鐵芯(2)和定子鐵芯(3)，永磁體(I)位于轉(zhuǎn)子鐵芯(2)和定子鐵芯(3)之間，永磁體(I)與轉(zhuǎn)子鐵芯(2)相接，其特征是霍爾位置傳感器(4)設(shè)置在永磁體(I)的上表面的上方，霍爾位置傳感器(4)與永磁體(I)的上表面之間預(yù)留有一定的空間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的永磁電機的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，其特征是所述霍爾位置傳感器(4)的軸線與永磁體(I)的上表面之間的夾角為0。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的永磁電機的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，其特征是所述霍爾位置傳感器(4)的檢測面朝向永磁體(I)的上表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的永磁電機的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，其特征是所述霍爾位置傳感器(4)的背面設(shè)置有導(dǎo)磁襯板(5)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的永磁電機的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，其特征是所述霍爾位置傳感器⑷通過不導(dǎo)磁支架(6)與PCB板(7)相接，PCB板(7)通過PCB板支架(71)與定子鐵芯⑶相接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的永磁電機的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，其特征是所述霍爾位置傳感器⑷的信號線及電源線與PCB板(7)上的前置處理電路電連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6任一所述的永磁電機的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，其特征是所述定子鐵芯(3)位于轉(zhuǎn)子鐵芯(2)的內(nèi)側(cè)，永磁體(I)與轉(zhuǎn)子鐵芯(2)的內(nèi)壁相接；或者，轉(zhuǎn)子鐵芯⑵位于定子鐵芯⑶的內(nèi)側(cè)，永磁體(I)與轉(zhuǎn)子鐵芯⑵的外周相接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的永磁電機的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，其特征是所述霍爾位置傳感器(4)為鎖存型的單極性或雙極性霍爾位置傳感器。
專利摘要一種永磁電機的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，包括霍爾位置傳感器以及構(gòu)成永磁電機的永磁體、轉(zhuǎn)子鐵芯和定子鐵芯，永磁體位于轉(zhuǎn)子鐵芯和定子鐵芯之間，永磁體與轉(zhuǎn)子鐵芯相接，霍爾位置傳感器設(shè)置在永磁體的上表面的上方，霍爾位置傳感器與永磁體的上表面之間預(yù)留有一定的空間?；魻栁恢脗鞲衅鞯妮S線與永磁體的上表面之間的夾角為θ。霍爾位置傳感器的檢測面朝向永磁體的上表面?；魻栁恢脗鞲衅鞯谋趁嬖O(shè)置有導(dǎo)磁襯板?；魻栁恢脗鞲衅魍ㄟ^不導(dǎo)磁支架與PCB板相接，PCB板通過PCB板支架與定子鐵芯相接?；魻栁恢脗鞲衅鞯男盘柧€及電源線與PCB板上的前置處理電路電連接。本實用新型具有結(jié)構(gòu)簡單合理、感應(yīng)能力強、適用范圍廣的特點。
文檔編號H02K29/08GK202524270SQ201220047358
公開日2012年11月7日 申請日期2012年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月14日
發(fā)明者吳迪, 諸自強, 陳金濤 申請人:美的威靈電機技術(shù)(上海)有限公司