CN114552897B - 一种不受电枢反应影响的线性霍尔传感器的安装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开针对双层分数槽集中绕组永磁同步电机(DLFSCW‑PMSM)，提出了一种有效避免电枢反应影响的内嵌式线性霍尔传感器的安装方法，属于电机转子角度检测技术领域。本发明的技术方案首先将DLFSCW‑PMSM的定子槽分为同相槽和反相槽两类，然后将线性霍尔元件安装在同相槽槽口内且位于槽口中心，检测径向磁密，输出电压信号，用于计算电机转子角度。本发明提出的内嵌式线性霍尔的安装方法能够有效避免电枢反应对线性霍尔输出信号的影响，从而显著提高基于内嵌线性霍尔的角度检测***的转子位置解算精度。

Description

一种不受电枢反应影响的线性霍尔传感器的安装方法
技术领域
本发明涉及电机技术领域，具体是一种不受电枢反应影响的线性霍尔传感器的安装方法。
背景技术
内嵌式线性霍尔传感器位置检测***因成本低、节省安装空间、结构简单、精度高等优势而具有较高的研究价值和应用前景。其利用安装在电机内部的一组线性霍尔元件去检测电机永磁磁场的变化，来解算转子位置和速度信息。根据线性霍尔的安装位置的不同，可将现有的内置线性霍尔传感器位置检测***分为三种：置于定子端部以检测轴向漏磁场；置于定子齿上以检测径向磁场；置于定子槽口内以检测径向磁场。
中国专利号CN108063523A公开的一种云台电机及其转子位置角检测方法中，采用一对线性霍尔传感器正交放置于永磁体轴向正上方以检测轴向漏磁场；但是，由于轴向漏磁场数量级较小，一定程度上限制了角度解算的精度，此外，该检测方法需要额外的轴向空间来放置霍尔元件。中国专利号CN05811828B公开了一种基于线性霍尔传感器的飞轮转速控制方法，在飞轮直流无刷电机的定子上安装空间上120度对称的三相线性霍尔传感器，以获得与飞轮气隙磁密成比例的三相模拟正弦电压信号。然而，该方案将对定子齿部开槽用来安装线性霍尔，这对电机的原有结构造成了破坏，对电机性能产生不良的影响。中国专利公开号CN111740672A公开了一种基于线性霍尔传感器的永磁同步电机角度检测方法和***，将三个线性霍尔元件安装在定子的三个槽口内，根据霍尔元件的电压信号输出来实现电机转子的角度检测。
由于霍尔元件内嵌，电枢反应会对霍尔元件的输出信号造成影响，负载时霍尔输出信号与空载时霍尔输出的信号相比，幅值和相位均发生了偏差，而上述发明的内容均未考虑电机负载运行时电枢反应的影响，从而降低了内嵌式线性霍尔传感器角度检测***的位置解算精度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不受电枢反应影响的线性霍尔传感器的安装方法，有效的解决了上述技术问题，能有效避免电枢反应对霍尔输出信号的影响，提高内嵌式霍尔传感器***的解码精度。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种不受电枢反应影响的线性霍尔传感器的安装方法，包括以下步骤：
S1、按照定子槽内两层绕组所属相的异同对双层分数槽集中绕组永磁同步电机(DLFSCW-PMSM)的定子槽进行分类：槽内两层绕组属于同一相的定义为同相槽；槽内两层绕组不属于同一相的定义为异相槽；
S2、对于拥有同相槽的DLFSCW-PMSM，将线性霍尔元件安装在同相槽口的中心，霍尔元件的磁敏感面与转子表面相对，在所述的安装位置，电枢反应趋近于0，霍尔元件检测到的仅为包含转子位置信息的永磁磁场，有效规避电枢反应对霍尔输出信号的干扰，进而提高了内嵌式线性霍尔角度检测***的计算精度。
进一步地，极、槽数目满足2p＝Qs±1的DLFSCW-PMSM，拥有Qs-3个电枢反应趋近于零的同相槽；其中，p为电机极对数，Qs为电机定子槽数。
进一步地，极、槽数目满足2p＝Qs±2的DLFSCW-PMSM，拥有Qs-6个电枢反应趋近于零的同相槽；其中，p为电机极对数，Qs为电机定子槽数。
进一步地，所述拥有同相槽的DLFSCW-PMSM，电机为外转子内定子电机或内转子外定子电机中的一种。
进一步地，所述极、槽数目满足2p＝Qs±1的DLFSCW-PMSM，电机为表贴式永磁电机或内嵌式永磁电机中的一种。
进一步地，所述极、槽数目满足2p＝Qs±2的DLFSCW-PMSM，电机为表贴式永磁电机或内嵌式永磁电机中的一种。
进一步地，所述满足2p＝Qs±1DLFSCW-PMSM的Qs-3个同相槽，Qs-3个同相槽分为(Qs-3)/3组，每一组的3个同相槽在空间上互差120度电角度，将霍尔元件安装在这3个同相槽口的中心，获得三相对称的不受电枢反应影响的霍尔输出信号。
进一步地，所述满足2p＝Qs±2DLFSCW-PMSM的Qs-6个同相槽，Qs-6个同相槽分为(Qs-6)/3组，每一组的3个同相槽在空间上互差120度电角度，将霍尔元件安装在这3个同相槽口的中心，获得三相对称的不受电枢反应影响的霍尔输出信号。
进一步地，为降低霍尔输出信号的谐波含量，在保证检测点处磁密的大小的情况下，选择将霍尔元件安装在槽口深处。
本发明的有益效果：
本发明提出的内嵌式线性霍尔传感器的安装方法，能有效避免电枢反应对霍尔输出信号的影响，进而提高内嵌式线性霍尔角度检测***的解码精度
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明不受电枢反应影响的内嵌式线性霍尔传感器的安装方案；
图2为电枢反应对霍尔输出信号的影响；
图3为本发明实施实例中9s/8p FSCW-SPMSM的结构示意图；
图4为本发明实施实例中12s/10p FSCW-SPMSM的结构示意图；
图5中图5(a)为本发明实例中9s/8p FSCW-SPMSM同相槽口和反相槽口的霍尔信号检测点处电枢磁密波形，图5(b)为本发明实例中12s/10p FSCW-SPMSM的同相槽口和反相槽口霍尔信号检测点处电枢磁密波形；
图6中图6(a)为本发明实例中9s/8p FSCW-SPMSM同相槽口霍尔信号检测点处的径向磁密波形，图6(b)为本发明实例中12s/10p FSCW-SPMSM同相槽口霍尔信号检测点处的径向磁密波形；
图7中图7(a)为本发明实例中9s/8p FSCW-SPMSM反相槽口霍尔信号检测点处径向磁密波形，图7(b)为本发明实例中12s/10p FSCW-SPMSM反相槽口霍尔信号检测点处径向磁密波形；
图3和图4中的附图标记：1-霍尔元件1，2-转子，3-定子，4-霍尔元件2， 5-永磁体，6-霍尔元件3，7-绕组，8-霍尔信号检测点。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
图1是本发明不受电枢反应影响的内嵌式线性霍尔传感器的安装方案；
图2为电枢反应对霍尔输出信号的影响；图2中的图示：1-空载时霍尔输出信号；2-负载时霍尔输出信号。
实施例1
满足2p＝Qs±1的DLFSCW-PMSM的定子槽中，同相槽的数目为Qs-3，异相槽的数目为3，其槽口中心的角位置分别表示如下：
其中，r＝1,2…(Qs-3)/6,k＝0,1,2，Φ＝0表示A相绕组的轴线。
如图3所示，以一台9槽8极(9s/8p)FSCW-SPMSM为例阐述本发明所提出的线性霍尔的安装方法在满足2p＝Qs±1的这一类FSCW-SPMSM中的应用。当线性霍尔元件安装在定子槽口，这些信号检测点处的径向电枢磁密表示为：
其中，表示定子槽中心的机械角，Rs是信号检测点到圆心的径向距离，ω是转子的电角速度，Λ0是气隙磁导，f()和λr()分别表示电枢磁动势和相对磁导函数。
由图3可知，9s/8p FSCW-SPMSM的同相槽有：S1，S2，S4，S5，S7，S8，其角位置可由(1)获得；异相槽有：S3，S6，S9，其角位置可由(2)获得。进一步地，同相槽口和异相槽口的信号检测点处电枢磁密分别表示为(4)和(5)。
其中，Nt为相绕组的匝数，Im为三相电流的幅值，MQs是由定子槽数和对应绕组函数的傅里叶分解系数所决定的常系数。
由(4)和图5(a)的仿真结果可知，9s/8p FSCW-SPMSM在同相槽口的信号检测点处电枢磁密的大小几乎为零。如图6(a)和图7(a)所示，同相槽口信号检测点处径向磁密的波形在空载和负载时基本重合，而反相槽口信号检测点处负载时径向磁密的波形与空载时相比，其幅值和相位均发生较大的偏差。因此，当把线性霍尔安装在同相槽口的中心时，可以有效规避电枢反应对内嵌式霍尔输出信号的影响，进而提高角度检测***的位置解算精度。
进一步地，由图6(a)可知，9s/8p FSCW-SPMSM的6个同相槽中，存在两组空间上相差120度电角度的三个同相槽(图_中的S1，S4，S7；S2，S5，S8)，当将线性霍尔安装在这样一组同相槽口时，可以获得三相对称的模拟电压信号，适合用于转子角度解算。
进一步地，由(4)可知，对于满足2p＝Qs±1的DLFSCW-SPMSM，上述不受电枢反应影响的内嵌式霍尔传感器的安装方案均适用。
实施例2
满足2p＝Qs±2的DLFSCW-PMSM的定子槽中，同相槽的数目为Qs-6，异相槽的数目为6，其槽口中心的角位置分别表示如下：
Φin2＝±2rπ/Qs+2n1π/3 (6)
Φanti2＝n2π/3 (7)
其中，r＝1，2...Qs/6-1，n1＝0，1，2，n2＝0，1，2，3，4，5。
如图4所示，以一台12s/10p FSCW-SPMSM为例阐述本发明所提出的线性霍尔的安装方案在满足2p＝Qs±2的这一类FSCW-SPMSM中的应用。
由图4可知，12s/10p FSCW-SPMSM的同相槽有：S2，S4，S6，S8，S10， S12，其角位置可由(6)获得；异相槽有：S1，S3， S5，S7，S9，S11，其角位置/>可由(7)获得。进一步地，同相槽口和异相槽口的这些信号检测点处电枢磁密可以分别表示为(8)和 (9)。
由(8)和图5(b)的仿真结果可知，12s/10p FSCW-SPMSM在同相槽口的信号检测点处电枢磁密的大小几乎为零。当把线性霍尔安装在同相槽口的中心时，可以有效规避电枢反应对内嵌式霍尔输出信号的影响，进而提高角度检测***的位置解算精度。
进一步地，由图6(b)可知，12s/10p FSCW-SPMSM的6个同相槽中，存在两组空间上相差120度电角度的三个同相槽(图_中的S2,S6,S10；S4,S8,S12)，当将线性霍尔安装在这样一组同相槽口时，可以获得三相对称的模拟电压信号，适合用于转子角度解算。
进一步地，对于满足2p＝Qs±2的DLFSCW-SPMSM，上述不受电枢反应影响的内嵌式霍尔传感器的安装方案均适用。
本发明提出的不受电枢反应影响的线性霍尔的安装方法同样适用于满足 2p＝Qs±1，2p＝Qs±2的DLFSCW-IPMSM。
本发明提出的不受电枢反应影响的内嵌式线性霍尔的安装方法，可以应用到外转子内定子DLFSCW-PMSM或内转子外定子DLFSCW-PMSM。
本发明提出的不受电枢反应影响的内嵌式线性霍尔的安装方法，可以在双层分数槽集中绕组表贴式永磁同步电机(DLFSCW-SPMSM)、双层分数槽集中绕组内嵌式永磁同步电机(DLFSCW-IPMSM)中应用。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (4)

1.一种不受电枢反应影响的线性霍尔传感器的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、按照定子槽内两层绕组所属相的异同对双层分数槽集中绕组永磁同步电机(DLFSCW-PMSM)的定子槽进行分类：槽内两层绕组属于同一相的定义为同相槽；槽内两层绕组不属于同一相的定义为异相槽；
S2、对于拥有同相槽的DLFSCW-PMSM，将线性霍尔元件安装在同相槽口的中心，霍尔元件的磁敏感面与转子表面相对；
当拥有同相槽的DLFSCW-PMSM为极、槽数目满足2p＝Qs ±1的DLFSCW-PMSM时，则拥有Qs-3个电枢反应趋近于零的同相槽；其中，p为电机极对数，Qs为电机定子槽数；
Qs-3个同相槽分为(Qs -3)/3组，每一组的3个同相槽在空间上互差120度电角度，将霍尔元件安装在这3个同相槽口的中心，获得三相对称的不受电枢反应影响的霍尔输出信号；
当拥有同相槽的DLFSCW-PMSM为极、槽数目满足2p＝Qs ±2的DLFSCW-PMSM时，则拥有Qs-6个电枢反应趋近于零的同相槽；
Qs-6个同相槽分为(Qs -6)/3组，每一组的3个同相槽在空间上互差120度电角度，将霍尔元件安装在这3个同相槽口的中心，获得三相对称的不受电枢反应影响的霍尔输出信号。
2.根据权利要求1所述的一种不受电枢反应影响的线性霍尔传感器的安装方法，其特征在于，拥有同相槽的电机是外转子内定子电机或内转子外定子电机中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种不受电枢反应影响的线性霍尔传感器的安装方法，其特征在于，极、槽数目满足2p＝Qs ±1的电机为表贴式永磁电机或内嵌式永磁电机中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种不受电枢反应影响的线性霍尔传感器的安装方法，其特征在于，极、槽数目满足2p＝Qs ±2的电机为表贴式永磁电机或内嵌式永磁电机中的一种。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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