CN109842245A - 一种永磁电机转子位置测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种永磁电机转子位置测量装置及方法，装置包括环形永磁体和霍尔传感器，其特征在于，所述环形永磁体安装在电机的电机轴上，所述环形永磁体能够随着电机的转动与电机轴同步旋转；所述环形永磁体交替径向充磁，使得环形永磁体的极对数与所述电机的极对数相等；所述环形永磁体的环面的一侧设置有霍尔传感器，所述霍尔传感器与环形永磁体之间留有气隙；所述霍尔传感器通过线缆与数据处理装置相连；所述霍尔传感器用于采集环形永磁体的磁场角度，所述数据处理装置将采集到的环形永磁体的磁场角度转换为永磁同步电机的转子位置。本发明确保测量数据高可靠性的同时降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及电机转子位置测量技术领域，特别是涉及一种永磁电机转子位置测量装置及方法。
背景技术
现有技术中，永磁电机控制方式多采用矢量控制、直接转矩控制、PI控制、滑模控制等，但无论使用哪一种控制方式都需要确定永磁电机转子位置作为控制***的输入变量。传统的转子位置测量方法有光栅编码器检测、旋转变压器检测、反电动势检测技术等。
然而在实际使用中光栅编码器检测装置价格昂贵且高精度光栅编码器尺寸较大，旋转变压器检测需要外部励磁绕组及旋转变压器转子和外部解码电路成本较高，反电动势测量技术在电机低速时对定子电压和电流值的变化十分敏感检测难度大。
由上所述，如何寻求一种新的永磁电机转子位置测量方法，以实现电机转子位置快速精确、强抗扰度、简单安装、低廉成本的检测方法及装置，成为了本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种永磁电机转子位置测量装置及方法，确保测量数据高可靠性的同时降低成本。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种永磁电机转子位置测量装置，包括环形永磁体和霍尔传感器，所述环形永磁体安装在电机的电机轴上，所述环形永磁体能够随着电机的转动与电机轴同步旋转；所述环形永磁体交替径向充磁，使得环形永磁体的极对数与所述电机的极对数相等；所述环形永磁体的环面的一侧设置有霍尔传感器，所述霍尔传感器与环形永磁体之间留有气隙；所述霍尔传感器通过线缆与数据处理装置相连；所述霍尔传感器用于采集环形永磁体的磁场角度，所述数据处理装置将采集到的环形永磁体的磁场角度转换为永磁同步电机的转子位置。
所述霍尔传感器通过安装在电机端盖上的安装装置设置在所述环形永磁体的环面的一侧。
所述霍尔传感器的测量感应面与所述环形永磁体的径向垂直。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：还提供一种永磁电机转子位置测量方法，包括以下步骤：
(1)对环形永磁体进行充磁，充磁极对数与待测电机的极对数相同，充磁方式为交替径向充磁并保证环形永磁体外面磁场强度大于环形永磁体内部的磁场强度；
(2)将充磁完毕的环形永磁铁安装在待测电机的电机轴上；
(3)将霍尔传感器固定在待测电机的端盖上，端盖与电机本体安装后使得霍尔传感器刚好位于圆形永磁体的环面一侧，且霍尔传感器与环形永磁体之间留有气隙；
(4)将霍尔传感器的输出端与数据处理装置相连，数据处理装置读取霍尔传感器的电信号输出，并将获取的电信号转换为电机的转子位置。
所述步骤(3)中的霍尔传感器通过安装装置固定在待测电机的端盖上。
所述步骤(3)中端盖与电机本体安装后霍尔传感器的测量感应面与所述环形永磁体的径向垂直。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明通过霍尔传感器测量同轴安装于电机轴上永磁铁的磁场角度，使用数据处理模块即可测得永磁电机的转子位置。较传统的旋转变压器测量方法，本发明降低了检测装置成本，使检测更加简易，简化了传统的测量方法，并提高了检测装置抗干扰能力。
附图说明
图1是本发明的测量原理示意图；
图2是本发明中环形永磁体和霍尔传感器的位置关系图；
图3是本发明中霍尔传感器的磁场方向示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种永磁电机转子位置测量装置，采用环形永磁铁径向充磁，将其安装固定于电机轴上与其同步旋转，环形永磁铁磁场角度随电机旋转循环变化；使用霍尔传感器测量环形永磁铁磁场角度，通过数据处理装置对霍尔传感器输出电信号进行数据转换，得到环形永磁铁角度数值，该值即可间接测量永磁电机转子位置。
如图1所示，该永磁电机转子位置测量装置包括环形永磁铁4和霍尔传感器3，所述环形永磁铁4安装在电机1的电机轴6上，所述环形永磁铁4能够随着电机1的转动与电机轴6同步旋转；所述环形永磁铁4交替径向充磁，使得环形永磁铁4的极对数与所述电机1的极对数相等；所述环形永磁铁4的环面的一侧设置有霍尔传感器3，所述霍尔传感器3与环形永磁铁4之间留有气隙；所述霍尔传感器3通过线缆7与数据处理装置5相连；所述霍尔传感器3用于采集环形永磁铁的磁场角度，所述数据处理装置5将采集到的环形永磁铁的磁场角度转换为永磁同步电机的转子位置。其中，所述霍尔传感器3通过安装在电机端盖2上的安装装置8设置在所述环形永磁铁4的环面的一侧，并且霍尔传感器3的测量感应面与所述环形永磁铁4的径向垂直，如图2和图3所示，其中，霍尔传感器3安装时保证其Bx与Bz轴所在平面垂直于环状永磁铁4的径向By方向，如此设置可以保证霍尔传感器3能够准确采集到环状永磁铁4的磁场角度。当霍尔传感器3采集到数据后，会输出PWM电信号，不同的PWM电信号表示了不同的环状永磁铁4的磁场角度，数据处理装置5能够接收霍尔传感器3输出PWM占空比信号，根据如下公式计算得出永磁电机转子位置，PWM信号与永磁电机转子位置对应关系公式如下：
θ＝θ0+2π/(K·P)·(D-D0)
θ：永磁电机转子位置；
θ0：永磁电机转子初始位置；
K：霍尔传感器PWM占空比输出最大变化范围；
P：待测永磁电机极对数；
D：霍尔传感器输出占空比信号；
D0：霍尔传感器输出初始占空比信号
当其接收到霍尔传感器3传输的PWM电信号D后，根据预先存储的电机初始位置θ0、霍尔传感器可输出的最大占空比范围K、待测永磁电机的电机极对数P、霍尔传感器输出初始占空比信号D0，计算得出当前永磁电机转子位置信息。具体检测时如下：
A对圆环永磁铁充磁，充磁极对数与安装使用电机极对数相同，充磁方式为南极(S)北极(N)级交替径向充磁并保证外面磁场强度较大；
B将充磁完毕的环状永磁铁安装在电机轴上，并将其联接于电机轴；
C霍尔传感器固定在电机后端盖，电机端盖与电机本体安装后使得霍尔传感器刚好位于圆环永磁铁环面一侧，霍尔传感器与永磁铁之间的气隙根据永磁铁充磁强度决定，传感器位置磁场强度满足芯片磁场强度要求；
D通过线缆将霍尔传感器与数据处理装置相连；
E数据处理装置读取霍尔传感器电信号输出，根据得到的电信号使用计算公式将PWM电信号转换为永磁电机转子位置信息。
不难发现，本发明通过霍尔传感器测量同轴安装于电机轴上永磁铁的磁场角度，使用数据处理装置即可测得永磁电机的转子位置。相比于传统的旋转变压器测量方法，本发明降低了检测装置成本，使检测更加简易，简化了传统的测量方法，并使用PWM数字信号传输位置信息，从而提高了检测装置抗干扰能力。
Claims (6)
1.一种永磁电机转子位置测量装置，包括环形永磁体和霍尔传感器，其特征在于，所述环形永磁体安装在电机的电机轴上，所述环形永磁体能够随着电机的转动与电机轴同步旋转；所述环形永磁体交替径向充磁，使得环形永磁体的极对数与所述电机的极对数相等；所述环形永磁体的环面的一侧设置有霍尔传感器，所述霍尔传感器与环形永磁体之间留有气隙；所述霍尔传感器通过线缆与数据处理装置相连；所述霍尔传感器用于采集环形永磁体的磁场角度，所述数据处理装置将采集到的环形永磁体的磁场角度转换为永磁同步电机的转子位置。
2.根据权利要求1所述的永磁电机转子位置测量装置，其特征在于，所述霍尔传感器通过安装在电机端盖上的安装装置设置在所述环形永磁体的环面的一侧。
3.根据权利要求1所述的永磁电机转子位置测量装置，其特征在于，所述霍尔传感器的测量感应面与所述环形永磁体的径向垂直。
4.一种永磁电机转子位置测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对环形永磁体进行充磁，充磁极对数与待测电机的极对数相同，充磁方式为交替径向充磁并保证环形永磁体外面磁场强度大于环形永磁体内部的磁场强度；
(2)将充磁完毕的环形永磁铁安装在待测电机的电机轴上；
(3)将霍尔传感器固定在待测电机的端盖上，端盖与电机本体安装后使得霍尔传感器刚好位于圆形永磁体的环面一侧，且霍尔传感器与环形永磁体之间留有气隙；
(4)将霍尔传感器的输出端与数据处理装置相连，数据处理装置读取霍尔传感器的电信号输出，并将获取的电信号转换为电机的转子位置。
5.根据权利要求4所述的永磁电机转子位置测量方法，其特征在于，所述步骤(3)中的霍尔传感器通过安装装置固定在待测电机的端盖上。
6.根据权利要求4所述的永磁电机转子位置测量方法，其特征在于，所述步骤(3)中端盖与电机本体安装后霍尔传感器的测量感应面与所述环形永磁体的径向垂直。
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