CN103762813A - 一种双极性励磁三相开关磁阻电机霍尔位置检测装置 - Google Patents

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赵桂书
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Abstract

本发明公开了一种双极性励磁三相开关磁阻电机霍尔位置检测装置，该装置针对采用三相全桥电路双极性励磁的三相开关磁阻电机，包括霍尔元件、磁环等元件。与传统装置不同，本发明中提出的装置中霍尔检测元件数量为3个，而磁环磁极对数只有转子极数的一半。本专利以一台定子12槽/转子16齿电动自行车轮毂电机为例，传统霍尔位置传感器装置磁环需要16对NS磁极，本专利提出的双极性励磁开关磁阻电机位置检测装置磁环只需要8对NS磁极。该检测装置能够提高位置检测的精度、误差更小；对磁环的加工精度的要求降低，降低了工业加工的难度；位置检测装置的成本大幅降低。

Description

一种双极性励磁三相开关磁阻电机霍尔位置检测装置
技术领域
本发明涉及一种双极性励磁三相开关磁阻电机的霍尔位置检测装置，属于电机制造与控制的技术领域。
背景技术
开关磁阻电机具有结构简单、坚固、等特点，***控制灵活、调速性能好、运行效率高、温升低等诸多优点。并且转子上没有永磁体，适用于恶劣环境中。对于电动自行车、电动汽车为代表的应用领域，由于道路变化以及道路车况复杂，驱动电机常处于恶劣的运行环境。开关磁阻电机无疑是一种很好的选择。开关磁阻电机运行需要可靠的位置检测装置，霍尔检测元件凭借其在抗震动、抗污染等良好特性及成本优势成为电动自行车的首选检测装置。
电动自行车用开关磁阻轮毂电机为外转子结构，为了降低转矩脉动，外转子的齿数一般较多。本发明以一台三相定子12槽/转子16齿结构的开关磁阻电机为例，阐述本发明装置的原理及实现方法。对于转子上有16个齿的开关磁阻电机，传统的霍尔位置检测装置中跟随转子同步转动的磁环由16对NS极组成。为了节省成本，磁环制作体形一般比较小，并且小磁环是由16对NS磁极组成。这样对加工精度要求比较高，制作的误差会被放大16倍；其次磁环有16对磁极，制作成本较高。
因此，本发明从解决这一问题出发，对双极性励磁开关磁阻电机的位置检测装置进行改进，磁环只需要有8对NS磁极，即磁极对数为转子数的一半。与传统位置检测装置相比，该检测装置能够提高位置检测的精度、误差更小；对磁环的加工精度的要求降低，降低了工业加工的难度；位置检测装置的成本大幅降低。
发明内容
技术问题：本发明所要解决的技术问题是提出一种双极性励磁三相开关磁阻电机霍尔位置检测装置。该装置结构更加简单，位置检测的磁环磁极对数减少一半，能够提高位置检测的精度、误差更小；对磁环的加工精度的要求降低，降低了工业加工的难度；位置检测装置的成本大幅降低。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
本发明的双极性励磁三相开关磁阻电机霍尔位置检测装置，包括磁环和霍尔检测元件，适用于主电路为三相全桥拓扑双极性励磁的开关磁阻电机，所述的磁环固定在转子上并与转子同步旋转，磁环上的NS磁极对数为电机转子极数的一半，每个磁极N或磁极S跨过一个电周期，N、S极依次交替排列；霍尔检测元件固定在开关磁阻电机的定子上，电角度β=720°，即2个电周期，3个霍尔元件在这两个电周期内均匀分布，相邻两个霍尔元件之间的电角度为2/3个电周期。
该装置还适用于双极性励磁的三相开关磁阻发电机。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.该检测装置能够提高位置检测的精度、误差更小。本发明的转子位置检测装置中磁环所包含的磁极对数是电机转子齿数的一半，即传统装置磁环中磁极对数的一半，这样可以降低转子位置的误差，提高位置检测的精度。
2.对磁环加工精度的要求降低，降低了工业加工的难度。本发明的位置检测装置中磁环包含的磁极对数减少一半，加工难度降低。
3.位置检测装置的成本大幅降低。本发明的位置检测装置磁环包含的磁极对数减少，制作更加容易，成本降低。
附图说明
图1是本发明提出的用于12/16外转子开关磁阻电机转子位置检测装置的示意图。
图2是用于12/16外转子开关磁阻电机传统位置检测装置，
图3是双极性励磁的功率拓扑结构，
图4在不同转子位置下三相绕组电感波形与电流波形。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细的说明。
本发明的一种双极性励磁三相开关磁阻电机霍尔位置检测装置，包括磁环1和霍尔检测元件2。适用于主电路为三相全桥拓扑双极性励磁的开关磁阻电机，所述的磁环1固定在转子上并与转子同步旋转，NS磁极对数为电机转子极数的一半，每个磁极N或S极跨过一个电周期，N、S极依次排列；霍尔检测元件2固定在开关磁阻电机的定子上，电角度β=720°，即2个电周期，3个霍尔元件在这两个点周期内均匀分布，相邻两个霍尔元件之间的电角度为2/3个电周期。
以12/16开关磁阻外转子轮毂电机为例，图1为本发明的位置检测装置，图1所示位置检测装置中磁环2包含8对NS磁极在圆周上均匀分布，3个霍尔元件在1对NS磁极范围内均匀分布，相邻两个霍尔元件之间的电角度为2/3个电周期，机械角度为15度。图2所示传统位置检测装置中磁环2包含16对NS磁极在圆周上均匀分布，3个霍尔元件在1对NS磁极范围内均匀分布，相邻两个霍尔元件之间的电角度为1/3个电周期，机械角度为7.5度。两个位置检测装置都是用于12/16开关磁阻电机上的，本发明提出的装置比传统装置更加简单，磁环只需要包含8个磁极对，加工更容易，误差更小。
图3为双极性励磁的功率拓扑，采用三相全桥电路。位置检测装置的霍尔元件每转过1对NS磁极，输出六个状态，在不同位置状态下三相绕组的电感波形以及绕组电流波形如图4。使用本发明中位置检测装置，能够为开关磁阻电机运行提供可靠的位置信号。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (2)

1.一种双极性励磁三相开关磁阻电机霍尔位置检测装置，包括磁环（1）和霍尔检测元件（2）,其特征在于，适用于主电路为三相全桥拓扑双极性励磁的开关磁阻电机，所述的磁环（1）固定在转子上并与转子同步旋转，磁环（1）上的NS磁极对数为电机转子极数的一半，每个磁极N或磁极S跨过一个电周期，N、S极依次交替排列；霍尔检测元件（2）固定在开关磁阻电机的定子上，电角度β=720°，即2个电周期，3个霍尔元件在这两个电周期内均匀分布，相邻两个霍尔元件之间的电角度为2/3个电周期。
2.按照权利要求1所述的三相开关磁阻电机的霍尔位置检测装置，其特征在于，该装置还适用于双极性励磁的三相开关磁阻发电机。
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