CN112438014B - 马达 - Google Patents

Abstract

根据本发明，提供了一种马达，其控制器在从第一时间点延迟的第二时间点生成指引信号，在该第一时间点在由第二霍尔传感器检测到的脉冲宽度调制(PWM)信号的脉冲之中感测到由于指引磁体引起的脉冲，通过比较基于所述马达的恒定速度条件预先输入的第二时间点和检测到的第二时间点来获得第一误差，通过比较基于所述马达的恒定速度条件预先输入的PWM信号的占空比值和检测到的PWM信号的占空比值以获得第二误差，并且基于第一误差和第二误差来控制所述马达的速度。

Description

马达

技术领域

本发明涉及一种马达。

背景技术

马达可包括转子、定子和轴。轴联接到转子。转子可以设置在定子外部。转子由于转子与定子之间的电磁相互作用而旋转，并且当转子旋转时，轴旋转。

马达可以用作使传感器装置旋转的驱动源(例如，光检测和测距(LiDAR))。马达的轴连接到传感器装置。在这种情况下，马达的恒定速度驱动可能是确保传感器装置性能的重要因素。可以通过检测旋转的转子的位置来确定马达的恒定速度驱动。为了检测转子的位置，马达可包括霍尔传感器，该霍尔传感器被构造为检测设置在转子上的驱动磁体的磁通量变化。然而，在使用传感器装置的马达需要高恒定速度条件的情况下，存在的问题是，仅通过检测由于一般驱动磁体引起的磁通量变化来满足马达的恒定速度条件是有限的。

发明内容

技术目的

本发明旨在提供一种满足高恒定速度驱动条件的马达。

要通过本发明解决的目标不限于上述目标，本领域技术人员将通过下面的说明书清楚地理解上面未提及的其它目标。

技术方案

本发明的一个方面提供了一种马达，其包括轴、联接到轴的磁轭、设置在轴与磁轭之间的定子、设置在磁轭中的第一磁体和第二磁体、以及电路板，该电路板包括被设置为对应于第一磁体的第一霍尔传感器、被设置为对应于第二磁体的第二霍尔传感器、以及控制器，其中，第二磁体包括多个分离磁体和一指引磁体(index magnet，指示磁体)，控制器在从第一时间点延迟的第二时间点生成指引信号，在第一时间点在由第二霍尔传感器检测到的脉冲宽度调制(PWM)信号的脉冲之中检测到由于指引磁体引起的脉冲，比较基于马达的恒定速度条件预先输入的第二时间点和检测到的第二时间点以获得第一误差，比较基于马达的恒定速度条件预先输入的PWM信号的占空比值和检测到的PWM信号的占空比值以获得第二误差，并且基于第一误差和第二误差来控制马达的速度。

分离磁体的宽度和指引磁体的宽度可以相同，分离磁体和指引磁体中的每一个可以以N极和S极的组合形成，在分离磁体中N极的宽度和S极的宽度可以相同，在指引磁体中N极的宽度和S极的宽度可以不同。

第一时间点可以对应于检测到PWM信号的占空比改变的脉冲的下降沿的时间点。

第二时间点可以对应于在PWM信号处于关断状态时检测到指引信号的脉冲的上升沿的时间点。

控制器可以检测并比较PWM信号的脉冲的上升沿以获得第二误差。

控制器可以执行反馈控制，使得预先输入的第二时间点与检测到的第二时间点相同，并且预先输入的PWM信号的占空比值与检测到的PWM信号的占空比值相同。

PWM信号的脉冲宽度可以与指引信号的脉冲宽度相同。

在除了如下工作周期之外的工作周期中，占空比可以为50％，在该工作周期中第一时间点存在于PWM信号的占空比区段之中。

在第一时间点存在于PWM信号的工作周期之中的工作周期中，占空比可以大于50％。

有益效果

根据实施例，提供了满足高恒定速度驱动条件的有利效果。

附图说明

图1为示出根据一实施例的马达的透视图。

图2为示出在图1中所示的马达的分解透视图。

图3为示出在图2中所示的磁轭的视图。

图4为示出在图1中所示的电极的侧剖视图。

图5为示出包括第一霍尔传感器和第二霍尔传感器的电路板的视图。

图6为示出控制器、第一霍尔传感器和第二霍尔传感器的视图。

图7为示出第二磁体的视图。

图8为示出传感信号的视图。

图9为示出脉冲宽度调制(PWM)信号和指引信号的视图。

图10为示出指引信号与第一基准点之间的比较以及PWM信号与第二基准点之间的比较的视图。

具体实施方式

发明模式

在下文中，将参考附图详细描述本发明的示例性实施例。

然而，本发明的技术精神不限于将要描述的一些实施例，并且可使用各种其它实施例来实现，并且实施例的一个或多个组件可以被选择性地组合和替换以用于在技术精神范围内实现该技术精神。

此外，除非由上下文明确和具体地限定，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)可以以本领域技术人员通常可以理解的含义来解释，并且通常使用的术语(诸如那些在词典中定义的术语)的含义将在考虑相关技术的上下文含义的情况下进行解释。

此外，在本发明的实施例中使用的术语是在描述性意义上考虑的，并且不限制本发明。

在本说明书中，除非由上下文另有明确说明，否则单数形式包括其复数形式，并且在描述“A、B、C之中的至少一个(或者一个或多个)”的情况下，它可包括A、B和C的所有可能组合之中的至少一个组合。

在描述本发明的组件时，可以使用诸如“第一”、“第二”、“A”、“B”、“(a)”、“(b)”等术语。

这些术语仅用于将一个元件与另一元件区分开，并且元件的本质、顺序等不受这些术语限制。

应该理解的是，当元件被称为“连接或联接”到另一元件时，这种描述可包括元件直接连接或联接到另一元件的情况以及元件连接或联接到另一元件且又一元件设置在他们之间的情况这两种情况。

在任一元件被描述为形成或设置在另一元件的“上或下”的情况下，这种描述包括两个元件被形成或设置为彼此直接接触的情况以及在两个元件之间插设一个或多个其它元件的情况这两种情况。此外，当一个元件被描述为形成在另一元件“上或下”时，这种描述可包括一个元件相对于另一元件形成在上侧或下侧的情况。

图1为示出根据一实施例的马达的透视图，图2为示出在图1中所示的马达的分解透视图，图3为示出在图2中所示的磁轭的视图。

参照图1至图3，根据该实施例的马达包括轴100、定子200、磁轭300、第一磁体400、第二磁体500、电路板600、基座700、支架壳体800和支架900。

轴100用作磁轭300的旋转轴线。轴100不旋转并被固定到基座700。轴100的前端可以连接到被构造为获得距离信息的传感器装置。

定子200设置在轴100外部。定子200包括芯210。芯210包括多个齿。线圈缠绕在齿周围。定子200可包括绝缘体220。绝缘体220联接到芯210。

磁轭300设置在定子200外部。此外，磁轭300联接到轴100。轴100定位在磁轭300的中心处。轴100也由于磁轭300的旋转而旋转。

第一磁体400可以设置在磁轭300内部。第一磁体400用于驱动磁轭300。磁轭300由于第一磁体400与缠绕在定子200周围的线圈之间的电磁相互作用而旋转。第一磁体400可以是一环形构件。替换地，第一磁体400可以是组合的多个分离磁体。

第二磁体500可以设置在磁轭300的圆周上。第二磁体500用于检测磁轭300的位置，并且可以用于通过检测马达的一次旋转来实现马达的恒定速度驱动。第二磁体500可具有环形形状。第二磁体500可以形成为多个分离磁体。

电路板600设置在定子200下方。电路板600可包括第一霍尔传感器610和第二霍尔传感器620。第一霍尔传感器610检测第一磁体400的磁通量。第二霍尔传感器620检测第二磁体500的磁通量。第一霍尔传感器610可以设置在第一磁体400下方。此外，第二霍尔传感器620可设置在第二磁体500下方。支架壳体800穿过的孔可以设置在电路板600中。

基座700设置在电路板600下方。电路板600可以设置在基座700的上表面上。用于联接基座700和电路板600的粘合膜710可以定位在基座700与电路板600之间。支架壳体800穿过的孔可以设置在基座700中。

支架壳体800中包括支架900。支架900可旋转地支撑轴100。支架900可以设置在支架壳体800的上部和下部。

支架壳体800可包括第一容纳部810和第二容纳部820。支架900设置在第一容纳部810中。支架900也设置在第二容纳部820中。分隔壁830可以设置在第一容纳部810与第二容纳部820之间。分隔壁830(见图4)在支架壳体800中突出以将第一容纳部810与第二容纳部820分开，并且沿轴向支撑支架900的外圈。

同时，支架壳体800固定到基座700，并且支架壳体800联接到定子200的芯210的中心。

图4为在图1中所示的马达的侧剖视图。

参照图3和图4，磁轭300包括具有圆柱形形状的主体310和凸缘320。主体310具有上侧被上表面封闭且下侧敞开的形状。凸缘320具有从主体310的下端横向延伸的形状。轴100联接到主体310的上表面，并且轴100和磁轭300共同旋转。孔301设置在主体310的上表面的中心处。轴100的端部可以被压配合到孔301中并与之联接。

第一磁体400联接到主体310的内周向表面。此外，第二磁体500联接到凸缘320的下表面。

图5为示出包括第一霍尔传感器和第二霍尔传感器的电路板的视图，以及图6为示出控制器、第一霍尔传感器和第二霍尔传感器的视图。

参照图4至图6，第一霍尔传感器610定位在第一磁体400下方。第一霍尔传感器610可沿着第一磁体400的围绕磁轭300的旋转中心C的旋转轨道O1设置。可以设置三个第一霍尔传感器610。这三个第一霍尔传感器610生成三个传感信号。马达的控制器1000基于由第一霍尔传感器610生成的传感信号确定磁轭300的位置。例如，在第一磁体400具有八个磁极并且设有三个第一霍尔传感器610的情况下，基于磁轭300的一次旋转(360°)，用于测量旋转的角度单位为15°。由三个第一霍尔传感器610生成的传感信号S1对于每个15°的旋转角具有脉冲波形。然而，在用于测量旋转的角度单位为15°的情况下，难以精确地测量马达的速度是否恒定。相应地，使用第二磁体500和第二霍尔传感器620更精确地确定马达的速度是否恒定。

第二霍尔传感器620设置在第二磁体500下方。第二霍尔传感器620可沿着第二磁体500的围绕第二磁体500的旋转中心的旋转轨道O2设置。第二霍尔传感器620可相对于磁轭300的旋转中心沿径向设置在第一霍尔传感器610外部。第二霍尔传感器620可被设置为多个第二霍尔传感器620。由于第二磁体500被设置为多个分离磁体，所以第二霍尔传感器620生成具有脉冲波形的传感信号S2，该脉冲波形的周期比由第一霍尔传感器610生成的传感信号的周期更短。马达的控制器1000可基于由第二霍尔传感器620生成的传感信号来检测马达的转速是否恒定。例如，在第二磁体500具有72个磁极并且设有两个第二霍尔传感器620的情况下，基于磁轭300的一次旋转(360°)，用于测量旋转的角度单位为2.5°。相应地，由于由两个第二霍尔传感器620生成的传感信号S2对于每个2.5°的旋转角具有脉冲波形，所以可以更精确地检查马达的每分钟转数。

图7为示出第二磁体的视图。

参照图7，第二磁体500可包括多个分离磁体510，所述多个分离磁体沿周向方向以第一角度Θ分离和区分。所述分离磁体510中的每个可以沿周向方向被划分成N极和S极。分离磁体510的N极可以沿周向方向以第二角度Θ1分离和区分。此外，分离磁体510的S极可以沿周向方向以第三角度Θ2分离和区分。在这种情况下，第二角度Θ1等于第三角度Θ2。

此外，第二磁体500可包括一指引磁体520。指引磁体520以第一角度Θ划分并与多个分离磁体510相区分。指引磁体520可沿周向方向分被划分成N极和S极。指引磁体520的N极可以以第四角度Θ3分离和区分。此外，指引磁体520的S极可以沿周向方向以第五角度Θ4分离和区分。在这种情况下，与分离磁体510不同，在指引磁体520中，第四角度Θ3大于第五角度Θ4。即，增加指引磁体520的N极的宽度，以便生成作为检测马达的磁轭300的一次旋转(360°)的基准的脉冲。

图8为示出传感信号的视图。

参照图7和图8，由第二霍尔传感器620检测到的传感信号是脉冲宽度调制(PWM)信号S3。控制器1000可以输出由第二霍尔传感器620检测到的信号作为PWM信号S3，在该信号中高信号和低信号周期性地重复。

例如，在第二磁体500具有72个磁极并且设有两个第二霍尔传感器620的情况下，当磁轭旋转一次时，在PWM信号S3中生成146个脉冲，并且在这146个脉冲之中，生成144个第一脉冲10和两个第二脉冲20。第一脉冲10由于分离磁体510而生成，第二脉冲20由于指引磁体520而生成。第一脉冲10的占空比值D和第二脉冲20的占空比值D相同。第一脉冲10的宽度W1可以相同，并且其占空比可以为50％。

当指引磁体520经过第二霍尔传感器620时，生成第二脉冲20。第二脉冲20的宽度W2大于第一脉冲10的宽度W1。这是由于指引磁体520的N极的宽度大于分离磁体510的N极的宽度。在生成第二脉冲20的工作周期中，占空比大于50％。

图9为示出PWM信号和指引信号的图示。

参照图9，控制器1000(见图6)指示在第一时间点生成指引信号I，该第一时间点是检测到第二脉冲20的下降沿22的时间点。在这种情况下，由于控制器1000的操作过程，在晚于第一时间点的第二时间点生成指引信号I。相应地，在检测到第二脉冲20的下降沿22的时间点与生成指引信号I的时间点之间生成图9的值D，其是延迟值。在这种情况下，生成指引信号I的时间点的基准可以是指引信号I的脉冲30的上升沿31。

控制器1000具有预设的第一时间点和基于马达的恒定速度条件的延迟值D。此外，控制器1000具有通过反映在预设的第一时间点的延迟值而获得的预设的第二时间点。在下文中，将预设的第二时间点称为第一基准点P。第一基准点P是用于计算通过驱动马达所检测到的指引信号I的第一误差B(见图10)的基准。

在这种情况下，指引信号I的脉冲宽度可以与PWM信号的第一脉冲10的宽度W1相同。

图10为示出指引信号与第一基准点之间的比较以及PWM信号与第二基准点之间的比较的视图。

参照图10，图10的点P是如上所述的指引信号I的第一基准点P。当马达旋转并且检测到第二脉冲20的下降沿22时，控制器1000对于每次旋转生成指引信号I。控制器1000通过比较检测到指引信号I的脉冲30的上升沿31的时间点和第一基准点P来获得第一误差B。

控制器1000对马达的速度执行初级反馈控制，以将指引信号I的脉冲30的上升沿31与第一基准点P对准。

然后，控制器1000将基于马达的恒定速度预先输入的PWM信号的占空比值与PWM信号S3的占空比值进行比较，以在指引信号I的脉冲30的上升沿31与第一基准点P对准的状态下获得第二误差A1、A2、A3和A4。PWM信号的脉冲的上升沿可以是第二基准点L1、L2、L3、L4等，以基于预先输入的PWM信号的占空比值获得第二误差A1、A2、A3和A4。

马达旋转，并且控制器1000检测第一脉冲10和第二脉冲20的上升沿。此外，控制器1000将检测到的脉冲的上升沿与第二基准点L1、L2、L3、L4等进行比较，以获得第二误差A1、A2、A3和A4。

控制器1000对马达的速度执行次级反馈控制，以将检测到的PWM信号10和20的脉冲的上升沿与第二基准点L1、L2、L3和L4对准。

如上所述，在基于PWM信号S3生成指引信号I的情况下，当使用指引信号I被延迟的点来控制马达的速度时，根据本实施例的马达具有除了设定第二基准点L1、L2、L3、L4等之外还额外设定第一基准点P的优点。由于基于第一基准点P添加了反馈控制，所以存在这样的优点，即，当与第二磁体500具有相同数量磁极的情况相比时，可以显著地提高马达的速度控制的精度。

如上所述，已经参照附图具体描述了根据本发明的一示例性实施例的马达。

上述实施例应该被理解为仅描述性意义，而非用于限制性目的，并且本发明的范围并不是通过详细描述来限定，而是由所附权利要求来限定。此外，应该理解的是，本发明的范围包括从所附权利要求的含义和范围以及等同物得到的所有修改和改变。

Claims (7)

1.一种马达，包括：

轴；

联接到所述轴的磁轭；

设置在所述轴与所述磁轭之间的定子；

设置在所述磁轭中的第一磁体和第二磁体；以及

电路板，包括被设置为对应于所述第一磁体的第一霍尔传感器、被设置为对应于所述第二磁体的第二霍尔传感器、以及控制器，

其中，所述第二磁体包括多个分离磁体和一指引磁体，并且

其中，所述分离磁体的宽度与所述指引磁体的宽度相同；所述分离磁体和所述指引磁体中的每一个以N极和S极的组合形成；在所述分离磁体中N极的宽度和S极的宽度相同；并且在所述指引磁体中N极的宽度和S极的宽度不同，并且

其中，所述控制器被配置用于在从第一时间点延迟的第二时间点生成指引信号，在所述第一时间点在由第二霍尔传感器检测到的脉冲宽度调制PWM信号的脉冲之中检测由于所述指引磁体引起的脉冲，用以比较基于所述马达的恒定速度条件预先输入的第二时间点和检测到的第二时间点以获得第一误差，比较基于所述马达的恒定速度条件预先输入的PWM信号的占空比值和检测到的PWM信号的占空比值以获得第二误差，并且基于所述第一误差和所述第二误差来控制所述马达的速度，

其中，所述控制器执行反馈控制，使得：

基于所述马达的恒定速度条件预先输入的第二时间点与检测到的第二时间点相同；并且

基于所述马达的恒定速度条件预先输入的PWM信号的占空比值与检测到的PWM信号的占空比值相同。

2.根据权利要求1所述的马达，其中，所述第一时间点对应于检测到PWM信号的占空比改变的脉冲的下降沿的时间点。

3.根据权利要求1所述的马达，其中，所述第二时间点对应于在所述PWM信号处于关断状态时检测到所述指引信号的脉冲的上升沿的时间点。

4.根据权利要求1所述的马达，其中，所述控制器检测并比较所述PWM信号的脉冲的上升沿以获得所述第二误差。

5.根据权利要求1所述的马达，其中，所述PWM信号的脉冲宽度与所述指引信号的脉冲宽度相同。

6.根据权利要求1所述的马达，其中，在除了第一时间点存在于所述PWM信号的占空比区段之中的工作周期之外的工作周期中，占空比为50％。

7.根据权利要求6所述的马达，其中，在第一时间点存在于所述PWM信号的工作周期之中的工作周期中，占空比大于50％。