CN117674662A - 基于线性霍尔的轴向磁通电机转子角度检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开基于线性霍尔的轴向磁通电机转子角度检测方法，属于发电、变电或配电的技术领域。该方法：在轴向磁通电机3个定子槽口内等距安装三个线性霍尔元件为一组，霍尔元件的磁敏感面均与转子永磁面相对，输出三个电压信号。其中，第一电压信号超前于第二电压信号，第三电压信号滞后于第二电压信号，其中可以为60°或者120°。根据实际需求，首先确定线性霍尔元件安装方案：安装一组三个霍尔元件或两组六个线性霍尔元件；然后，对霍尔元件的原始输出信号进行谐波抑制处理，获得一组高正弦度的正交信号；最后，根据预处理之后的正交信号计算电机转子角度。本发明实现了高紧凑性、高精度角度检测，满足轴向磁通电机的测角、测速需求。

Description

基于线性霍尔的轴向磁通电机转子角度检测方法

技术领域

本发明涉及轴向磁通电机转子角度检测技术，具体公开基于线性霍尔的轴向磁通电机转子角度检测方法，属于发电、变电或配电的技术领域。

背景技术

对传统的交流轴向磁通电机进行矢量控制时，需要提供精确的转子角度和旋转速度。常规的转子角度测量方法是与转轴同轴连接一个外置的角度测量装置，外置的角度测量装置通常是光电编码器、旋转变压器或者磁编码器。轴向磁通电机的轴向长度短，具有显著的体积优势。然而上述外置测量装置不可避免地占用了轴向空间，削弱了轴向磁通电机的轴向空间优势。线性霍尔传感器具有体积小、灵敏度高等优点，常常将其安装于云台、油泵电机等紧凑型设备内部，通过检测电机内部永磁体的漏磁场来估算转子位置。

授权号为CN 216794766 U的中国专利公开了一种电机外壳及轴向磁通电机，为安装旋转变压器，电机外壳需要包括传感器容纳部、接线盒容纳部和引线部，增加了电机轴向长度。公开号为CN 110892619A的PCT国际专利公开一种具有内置光学编码器的轴向磁通电机，永磁体安装在转子的第一轴向面上，并且预定的编码器图案设置在转子的第二轴向面的表面上，定子位于转子的第一轴向面相邻的一侧，传感器安装在转子的第二轴向面相邻的另一侧，传感器输出与转子的第二轴向面的表面上的所述编码器图案相对应的信号，该编码器的尺寸跟随电机尺寸有较大变化，且编码器图案与传感器仍然占用了电机轴向空间。公开号为CN 115664062 A的中国专利公开一种分块拼接式轴向磁通定子结构，在定子铁芯端面开槽布置霍尔传感器，不增加电机的轴向长度。然而铁芯端面为主磁路，磁场强度远大于线性霍尔的线性检测区，因此当电机旋转时，霍尔工作在磁饱和区，输出电压为高低电平，无法提供正比于磁通密度的模拟信号，角度精度有限；此外，在定子端部开槽，对电机的原有结构造成了破坏，改变了电机的主磁路分布，对电机性能产生不良后果。

现有的基于线性霍尔传感器的转子位置检测技术涉及的检测对象均为传统的径向磁通电机，尚未有相关研究采用线性霍尔检测轴向磁通电机转子位置。相比较于传统的径向磁通电机，轴向磁通电机对轴向空间要求更为苛刻，外置式的位置传感器不可避免地增加了轴向空间占用和机械连接的复杂性，内置线性霍尔传感器的电机转子角度检测方法为轴向磁通电机的转子角度检测提供了新思路。然而，轴向磁通电机定子槽口检测到的霍尔信号中谐波含量较大，影响角度检测精度，有必要针对性地对信号进行相应的预处理。

发明内容

本发明的目的是针对上述背景技术的不足，提出基于线性霍尔的轴向磁通电机转子角度检测方法，在轴向磁通电机内部寻找合适的磁敏元件安装位置与安装模式，通过对不同安装模式下磁敏元件输出的信号进行处理获取转子角度信息。该方案具有节省空间、紧凑性好，精度高的优点，解决现有外置式位置传感器因轴向空间占用大、机械连接复杂难以在轴向磁通电机转子角度检测中得以应用的技术问题，实现轴向磁通电机高紧凑性、高精度角度检测的发明目的。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

本发明提出的基于线性霍尔的轴向磁通电机转子角度检测方法，包括如下步骤：

步骤1，沿周向在轴向磁通电机定子槽口内等间隔安装至少一组线性霍尔传感器，各霍尔传感器的磁敏感面与永磁转子表面相对；

步骤2，对线性霍尔传感器输出的电压信号进行包含模数转换、去直流分量、线性组合、坐标变换的预处理，获取一对正交信号；

步骤3，从步骤2获取的一对正交信号中估测相位和转子位置。

具体地，根据霍尔元件原始输出信号中的谐波分布情况，有如下两种霍尔元件安装及信号预处理方案。

方案一：安装一组线性霍尔元件并对线性霍尔元件的输出信号进行预处理

首先，在轴向磁通电机3个定子槽口内等距安装三个线性霍尔元件为一组，三个线性霍尔元件的磁敏感面均与永磁转子表面相对；其中，第一线性霍尔元件安装于定子的一个槽口内，沿统一方向依次相差N个齿距安装第二线性霍尔元件、第三线性霍尔元件。

数字信号处理器通过模拟数字转换器采集3个线性霍尔元件的输出信号，分别形成第一电压信号U₁、第二电压信号U₂和第三电压信号U₃。三个电压信号需满足：第一电压信号超前于第二电压信号第三电压信号滞后于第二电压信号/>对于具有P_s个定子槽和P_r对极的电机，此时N需要满足：360/P_s*P_r＝60N，其中，N为正整数且N≠3k，k＝1,2,3…，即可满足/>或者/>当线性霍尔检测点处磁场强度为零时，静态电压信号为U_Q。

将上述三个电压信号进行如下预处理：

分别将3个电压信号减去静态电压信号获得第四电压信号U₄、第五电压信号U₅和第六电压信号U₆：

当为60°时，由第四电压信号U₄与第六电压信号U₆作差获得第七电压信号U₇；由第六电压信号U₆与第五电压信号U₅作和获得第八电压信号U₈；由第五电压信号U₅与第四电压信号U₄作和并且取反获得第九电压信号U₉：

当为120°时，第四电压信号U₄与第五电压信号U₅作差获得第七电压信号U₇，由第五电压信号U₅与第六电压信号U₆作差获得第八电压信号U₈，由第六电压信号U₆与第四电压信号U₄作差获得第九电压信号U₉：

第七电压信号U₇、第八电压信号U₈和第九电压信号U₉经Clarke变换T_Clarke可获得一对正交信号其中：

上述预处理过程可有效降低正交信号U_αβ中的3次谐波含量，但对5、7次谐波无抑制作用。因此，当霍尔元件原始输出信号3次谐波含量高，5、7次谐波含量低时，可选择方案一安装霍尔元件并进行信号预处理，利用预处理后的正交信号U_αβ用作相位计算，可有效提升转子位置检测精度。

方案二：安装两组线性霍尔元件并对线性霍尔元件的输出信号进行预处理

数字信号处理器通过模拟数字转换器采集6个线性霍尔元件的输出信号，分别形成A组第一电压信号U_A1、A组第二电压信号U_A2、A组第三电压信号U_A3、B组第一电压信号U_B1、B组第二电压信号U_B2和B组第三电压信号U_B3。六个电压信号需满足：每一组线性霍尔元件中的第一电压信号均超前于第二电压信号第三电压信号均滞后于第二电压信号/>其中/>可以为60°或者120°；A组第一电压信号超前B组第一电压信号θ，其中θ可以为30°或者150°。当线性霍尔检测点处磁场强度为零时，静态电压信号为U_Q。

将上述6个电压信号进行如下预处理。

分别将6个电压信号减去静态电压信号获得A组第四电压信号U_A4、A组第五电压信号U_A5、A组第六电压信号U_A6、B组第四电压信号U_B4、B组第五电压信号U_B5和B组第六电压信号U_B6：

当为60°时，根据A、B两组线性霍尔的第四电压信号、第五电压信号、第六电压信号以及线性组合和坐标变换矩阵T_v可获得一对正交信号/>其中：

θ为30°，

θ为150°，

当为120°时，根据A、B两组线性霍尔的第四电压信号、第五电压信号、第六电压信号以及线性组合和坐标变换矩阵T_v可获得一对正交信号/>其中：

θ为30°，

θ为150°，

上述预处理过程可有效抑制正交信号U_αβ中的3、5、7次谐波。因此，当霍尔元件原始输出信号中3、5、7次谐波含量均较高时，可选择方案二安装霍尔元件并进行信号预处理，利用预处理后的正交信号U_αβ用作相位计算，可显著提升转子位置检测精度。

本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：

(1)本发明提出了一种新颖的轴向磁通电机转子角度检测方案：在定子槽口内安装三个或六个磁敏元件，对磁敏元件输出的信号进行数字计算获取转子位置，实现高紧凑、低成本的电机转子位置检测，相较于现有的轴向磁通电机转子角度检测方案而言，本发明无需额外的高成本硬件电路即可实现完全离轴式的转子位置检测，可靠性高，且具有非常显著的空间优势。

(2)本发明针对霍尔元件原始输出信号中的谐波含量，综合考虑成本和性能，提供两种霍尔元件安装和信号预处理方案，内置线性霍尔传感器输出信号预处理算法仅包含加减法与乘法，在不借助滤波器的情况下，可有效去除原始磁密中的3、5、7谐波，提升转子角度检测精度；对于数字信号处理器而言，运算量少，效率高。

(3)本发明只需要在定子槽口内安装三个或六个与转子永磁表面相对的线性霍尔元件，无需占用定子轴向空间和复杂的机械连接，也不需要在定子上开槽，安装限制少，满足高性能轴向磁通电机的测角测速需求。

附图说明

图1为本发明提出的一种基于线性霍尔的轴向磁通电机转子角度检测方法对应的模块连接图。

图2为本发明实施实例中轴向磁通电机与线性霍尔安装的结构示意图。

图3为本发明实施实例中轴向磁通电机与线性霍尔安装的局部示意图。

图4为本发明方案一的实施实例中三个线性霍尔安装的俯视图。

图5为本发明方案二的实施实例中六个线性霍尔安装的俯视图。

图6-图10为本发明实施实例1中时角度求解过程中的波形图，其中，图6为三个线性霍尔输出的电压信号；图7为去除直流分量之后的电压信号；图8为差分处理之后的电压信号；图9为Clarke变换后的正交电压信号；图10为反正切计算所得角度与实际角度的对比。

图11-图15为本发明实施实例2中时角度求解过程中的波形图，其中，图11为三个线性霍尔输出的电压信号；图12为去除直流分量之后的电压信号；图13为差分处理之后的电压信号；图14为Clarke变换后的正交电压信号；图15为反正切计算所得角度与实际角度的对比。

图16-图21为本发明实施实例3中θ＝150°时角度求解过程的波形图，其中，图16为A组三个线性霍尔输出的电压信号；图17为B组三个线性霍尔输出的电压信号；图18为A组去除直流分量之后的电压信号；图19为B组去除直流分量之后的电压信号；图20为坐标变换后的正交电压信号；图21为反正切计算所得角度与实际角度的对比。

图中标记说明：1、12槽5对极轴向磁通电机，2、数字信号处理器，3、第一线性霍尔元件，4、第二线性霍尔元件，5、第三线性霍尔元件，6、第四线性霍尔元件，7、第五线性霍尔元件，8、转子，9、永磁体，10、绕组，A1、A组第一线性霍尔元件，B1、B组第一线性霍尔元件，A2、A组第二线性霍尔元件，B2、B组第二线性霍尔元件，A3、A组第三线性霍尔元件，B3、B组第三线性霍尔元件。

具体实施方式

下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明。

基于线性霍尔检测轴向磁通电机转子角度的方法，如图1所示，在12槽5对极轴向磁通电机1、定子槽口内安装磁敏感面与转子永磁表面相对的霍尔传感器，例如，沿周向在轴向磁通电机定子槽口内等间隔安装第一线性霍尔元件3、第二线性霍尔元件4、第三线性霍尔元件5，通过数字信号处理器2对霍尔传感器的输出信号进行模数转换、去直流分量操作、线性组合、坐标变换、相位和频率计算，获取轴向磁通电机的角度和速度检测结果。根据霍尔传感器输出信号中包含的谐波分量，可以选择两种方案进行转子角度检测，两种方案在不同霍尔元件安装方式下实施并采用对应霍尔元件安装方式的预处理方式。

下面针对方案一和方案二分别进行介绍。

方案一、安装一组共三个线性霍尔元件

步骤1，选择三个线性霍尔元件分别安装在定子的三个槽口内，三个线性霍尔元件的磁敏感面均与转子永磁表面相对；如图2所示，轴向磁通电机由转子8、永磁体9、绕组10组成，三个线性霍尔元件中，第一线性霍尔元件3安装于定子的任意一个槽口内，沿统一方向，依次相差N个齿距安装第二线性霍尔元件4、第三线性霍尔元件5。数字信号处理器通过模拟数字转换器采集3个线性霍尔元件的输出信号，分别形成第一电压信号U₁、第二电压信号U₂和第三电压信号U₃，U₁超前于U₃滞后于/>N需要满足：360/P_s*P_r＝60N，其中N为正整数且N≠3k₁，k₁＝1，2，3…，P_s和P_r分别为电机定子槽数和转子极对数。此时三个线性霍尔输出的信号的相位差满足：/>或者/>当线性霍尔检测点处磁场强度为零时，静态电压信号为U_Q。

步骤2，对三个线性霍尔元件输出的电压信号进行“去除直流分量”操作：

步骤3，对无直流分量的电压信号进行线性组合，得到去除三次谐波的三相信号，该三相信号相位互差120°电角度。

1)当为60°时，由第四电压信号与第六电压信号作差获得第七电压信号U₇；由第六电压信号与第五电压信号作和获得第八电压信号U₈；由第五电压信号与第四电压信号作和并且取反获得第九电压信号U₉：

2)当为120°时，由第四电压信号U₄与第五电压信号U₅作差获得第七电压信号U₇，由第五电压信号U₅与第六电压信号U₆作差获得第八电压信号U₈，由第六电压信号U₆与第四电压信号U₄作差获得第九电压信号U₉：

步骤4，第七电压信号U₇、第八电压信号U₈和第九电压信号U₉经Clarke变换T_Clarke可获得一对正交信号其中：

步骤5，采用相位跟踪算法从上述正交信号中估测信号相位，得到电机转子位置，相位跟踪算法可以为反正切法或者锁相环。

以下根据权利要求所包含的内容举例说明。

实施例1

如图2所示，本实施例将本发明提出的一种基于线性霍尔的轴向磁通电机转子角度检测方法和***应用于一台三相12槽5对极轴向磁通电机1。定子有十二个槽，且槽口宽度至少为4.5mm，可以容纳SIP-3封装的线性霍尔元件。电机匀速转动时，永磁体旋转，使定子槽口处的空载气隙磁通密度出现波动。

如图3所示，每一个线性霍尔元件都安装于定子槽口的中线上，线性霍尔元件的磁敏感面与所述转子永磁表面相对，检测槽口的轴向磁密。如图4所示，三个线性霍尔元件中，第一线性霍尔元件3安装于任意一个定子槽口。沿逆时针方向，第二线性霍尔元件4距第一线性霍尔元件3相差N＝2个齿距；沿逆时针方向，第三线性霍尔元件5距第二线性霍尔元件4相差N＝2个齿距。

以逆时针方向为正向，当转子正向匀速旋转时：第二线性霍尔元件4和第一线性霍尔元件3输出电压信号的电角度相位差第三线性霍尔元件5和第二线性霍尔元件4输出电压信号的电角度相位差/>

三个线性霍尔元件的输出电压信号分别连接至数字信号处理器2，数字信号处理器2的供电电压为3.3伏特。在数字信号处理器内将三个线性霍尔元件的输出电压信号转化为三相原始数字信号：

其中：U₁为第一线性霍尔元件3的输出电压信号经模数转换后的数字信号，U₂为第二线性霍尔元件4的输出电压信号经模数转换后的数字信号，U₃为第三线性霍尔元件5的输出电压信号经模数转换后的数字信号。此时，U₃超前于U₂ U₁滞后于/>a_n是n次谐波幅值，/>是第一线性霍尔元件的输出电压信号中n次谐波的相位，/>是第二线性霍尔元件的输出电压信号中n次谐波的相位，/>是第三线性霍尔元件的输出电压信号中n次谐波的相位，U_Q为线性霍尔元件的输出电压信号的静态电压值。

数字信号处理器2中的角度求解过程如图6-图10所示。

数字信号处理器2对三个线性霍尔元件的输出电压信号进行去直流分量操作：

获得的U₄，U₅和U₆信号中不包含直流分量，对上述不包含直流分量的信号进行线性组合：由第六电压信号U₆与第四电压信号U₄作差获得第七电压信号U₇；由第四电压信号U₄与第五电压信号U₅作和获得第八电压信号U₈；由第五电压信号U₅与第四电压信号U₆作和并且取反获得第九电压信号U₉。

第七电压信号U₇，第八电压信号U₈，和第九电压信号U₉经Clarke变换T_Clarke可获得一对正交信号其中：

采用反切法从上述正交信号中估测信号相位，得到电机转子位置。

实施例2

如图2所示，本实施例提供的一种基于线性霍尔的轴向磁通电机转子角度检测方法和***应用于一台三相12槽5对极轴向磁通电机1。定子有十二个槽，且槽口宽度至少为4.5mm，可以容纳SIP-3封装的线性霍尔元件。电机匀速转动时，永磁体旋转，使定子槽口处的空载气隙磁通密度出现波动。

如图3所示，每一个线性霍尔元件都安装于定子槽口的中线上，线性霍尔元件的磁敏感面与所述转子永磁表面相对，检测槽口的轴向磁密。如图4所示，三个线性霍尔元件中，第四线性霍尔元件6安装于任意一个定子槽口。沿逆时针方向，第二线性霍尔元件4距第四线性霍尔元件6相差N＝4个齿距；沿逆时针方向，第五线性霍尔元件7距第二线性霍尔元件4相差N＝4个齿距。满足N与3相除的余数不为0，P_s和P_r分别为电机定子槽数12和转子极对数5，

以逆时针方向为正向，当转子正向匀速旋转时：第二线性霍尔元件4和第四线性霍尔元件6输出电压信号的电角度相位差第五线性霍尔元件7和第二线性霍尔元件4输出电压信号的电角度相位差/>

三个线性霍尔元件的输出电压信号分别连接至数字信号处理器2，数字信号处理器2的供电电压为3.3伏特。在数字信号处理器内将三个线性霍尔元件的输出电压信号转化为三相原始数字信号：

其中：U₁为第四线性霍尔元件6的输出电压信号经模数转换后的数字信号，U₂为第二线性霍尔元件4的输出电压信号经模数转换后的数字信号，U₃为第五线性霍尔元件7的输出电压信号经模数转换后的数字信号。此时，U₃超前于 U₁滞后于a_n是n次谐波幅值，/>是第四线性霍尔元件的输出电压信号中n次谐波的相位，/>是第二线性霍尔元件的输出电压信号中n次谐波的相位，/>是第五线性霍尔元件的输出电压信号中n次谐波的相位，U_Q为线性霍尔元件的输出电压信号的静态电压值。

数字信号处理器中的角度求解过程如图11-图15所示。

数字信号处理器2对三个线性霍尔元件的输出电压信号进行去直流分量操作：

获得的U₄，U₅和U₆信号中不包含直流分量，对上述不包含直流分量的信号进行线性组合：由第六电压信号U₆与第五电压信号U₅作差获得第七电压信号U₇；由第五电压信号U₅与第四电压信号U₄作差获得第八电压信号U₈；由第四电压信号U₄与第六电压信号U₆作差获得第九电压信号U₉。

第七电压信号U₇、第八电压信号U₈和第九电压信号U₉经Clarke变换T_Clarke可获得一对正交信号其中：

采用反切法从上述正交信号中估测信号相位，得到电机转子位置。

方案二、安装两组线性霍尔元件

步骤1，选择A、B两组线性霍尔元件，每组三个线性霍尔传感器，共六个线性霍尔元件分别安装在定子的六个槽口内，六个线性霍尔元件的磁敏感面均与永磁转子表面相对。如图5所示，安装规则如下：

1)A组第一线性霍尔元件A1安装于任意一个定子槽内，间距M个齿，安装B组第一线性霍尔元件B1；

2)沿统一方向，A、B两组的第二线性霍尔元件A2、B2分别与A、B两组的第一线性霍尔元件间距A1、B1 N个齿安装，A、B两组的第三线性霍尔元件A3、B3分别与A、B两组的第二线性霍尔元件A2、B2间距N个齿安装。

数字信号处理器通过模拟数字转换器采集6个线性霍尔元件的输出信号，分别形成A组第一电压信号U_A1、A组第二电压信号U_A2、A组第三电压信号U_A3、B组第一电压信号U_B1、B组第二电压信号U_B2、B组第三电压信号U_B3。U_A1超前于U_A3滞后于/>U_B1超前于U_B3滞后于/>U_A1超前于U_B1θ。N需要满足：360/P_s*P_r＝60N，其中N为正整数且N≠3k₁，k₁＝1，2，3…；M需要满足：360/P_s*P_r＝30M，其中M＝6k₂±1，k₂＝0，1，2…；P_s和P_r分别为电机定子槽数和转子极对数。此时同一组内的三个线性霍尔输出的信号的相位差满足：或者/>不同组对应的第一、第二、第三线性霍尔元件输出信号的相位差满足：θ为30°或者150°。当线性霍尔检测点处磁场强度为零时，静态电压信号为U_Q。

步骤2，对六个线性霍尔元件输出的电压信号进行“去除直流分量”操作：

步骤3，对无直流分量的电压信号进行线性组合和坐标变换，得到去除三次、五次、七次谐波之后的正交信号。

(1)当为60°时，根据A、B两组线性霍尔的第四电压信号、第五电压信号、第六电压信号和坐标变换矩阵T_v可获得一对正交信号/>其中：

1)θ为30°

2)θ为150°

(2)当为120°时，根据A、B两组线性霍尔的第四电压信号、第五电压信号、第六电压信号和坐标变换矩阵T_v可获得一对正交信号/>其中：

1)θ为30°

2)θ为150°

步骤4，采用相位跟踪算法从上述正交信号中估测信号相位，得到电机转子位置，相位跟踪算法可以为反正切法或者锁相环。

以下根据权利要求所包含的内容举例说明。

实施例3

如图5所示，本实施例将本发明提出的一种基于线性霍尔的轴向磁通电机转子角度检测方法和***应用于一台三相12槽5对极轴向磁通电机1。定子有十二个槽，且槽口宽度至少为4.5mm，可以容纳SIP-3封装的线性霍尔元件。电机匀速转动时，永磁体旋转，使定子槽口处的空载气隙磁通密度出现波动。

如图3所示，每一个线性霍尔元件都安装于定子槽口的中线上，线性霍尔元件的磁敏感面与所述转子永磁表面相对，检测槽口的轴向磁密。如图5所示，六个线性霍尔元件中，A组第一线性霍尔元件A1安装于任意一个定子槽口，沿逆时针方向，A组第二线性霍尔元件A2距第一线性霍尔元件A1相差N＝2个齿距；沿逆时针方向，A组第三线性霍尔元件A3距第二线性霍尔元件A2相差N＝2个齿距。沿逆时针方向，B组第一线性霍尔元件B1距A组第一线性霍尔元件A1相差M＝1个齿距；沿逆时针方向，B组第二线性霍尔元件B2距第一线性霍尔元件B1相差N＝2个齿距；沿逆时针方向，B组第三线性霍尔元件B3距第二线性霍尔元件B2相差N＝2个齿距。

以逆时针方向为正向，当转子正向匀速旋转时：同一个组内的三个线性霍尔输出电压信号相位差不同组对应的第一、第二、第三线性霍尔元件输出的电压信号的相位差θ＝150°。

六个线性霍尔元件的输出电压信号分别连接至数字信号处理器2，数字信号处理器2的供电电压为3.3伏特。在数字信号处理器内将三个线性霍尔元件的输出电压信号转化为三相原始数字信号：

其中：U_Ai为A组第i线性霍尔元件A_i的输出电压信号经模数转换后的数字信号，U_Bi为B组第i线性霍尔元件B_i的输出电压信号经模数转换后的数字信号。此时，U_A3超前于U_A1滞后于/>U_B3超前于/>U_B1滞后于/>U_A1超前于U_B1θ＝150°。a_n是n次谐波幅值，/>是A组第i线性霍尔元件A_i的输出电压信号中n次谐波的相位，/>是B组第i线性霍尔元件B_i的输出电压信号中n次谐波的相位，U_Q为线性霍尔元件的输出电压信号的静态电压值。

数字信号处理器2中的角度求解过程如图16-图21所示。

数字信号处理器2对三个线性霍尔元件的输出电压信号进行去直流分量操作：

获得的U_A4，U_A5，U_A6，U_B4，U_B5和U_B6信号中不包含直流分量，对上述不包含直流分量的信号进行线性组合和坐标变换T_v可获得一对正交信号其中：。

采用反切法从上述正交信号中估测信号相位，得到电机转子位置。

可以看到本发明实现了高精度的角度检测，满足高性能轴向磁通电机的测角测速需求。

以上所述仅为本发明的较佳具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在看到本发明揭露的技术方案后，根据本发明的发明构思对技术方案做出的等同替换或改变都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.基于线性霍尔的轴向磁通电机转子角度检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，沿周向在轴向磁通电机定子槽口内等间隔安装至少一组线性霍尔传感器，各霍尔传感器的磁敏感面与转子永磁表面相对；

步骤2，对线性霍尔传感器输出的电压信号进行包含模数转换、去直流分量、线性组合、坐标变换的预处理，获取一对正交信号；

步骤3，从步骤2获取的一对正交信号中估测相位和转子位置。

2.根据权利要求1所述基于线性霍尔的轴向磁通电机转子角度检测方法，其特征在于，在霍尔传感器输出的电压信号所包含的主要谐波信号为三次谐波时，所述步骤1沿周向在轴向磁通电机定子槽口内等间隔安装一组线性霍尔传感器，所述一组线性霍尔传感器包括：第一线性霍尔传感器、第二线性霍尔传感器和第三线性霍尔传感器，所述第一线性霍尔传感器安装于定子的任意一个槽口内，在周向沿统一方向依次间隔N个齿距安装第二线性霍尔传感器和第三线性霍尔传感器，N满足360/P_s*P_r＝60N这一表达式的约束，其中，N为正整数且N≠3k，k为正整数，P_s为定子槽数，P_r为极对数。

3.根据权利要求2所述基于线性霍尔的轴向磁通电机转子角度检测方法，其特征在于，所述步骤2对线性霍尔传感器输出的电压信号进行去直流分量的预处理的方式为：将第一线性线性霍尔传感器输出的第一电压信号U₁、第二线性霍尔传感器输出的第二电压信号U₂和第三线性霍尔传感器输出的第三电压信号U₃分别减去静态电压信号U_Q，获取第四电压信号U₄、第五电压信号U₅和第六电压信号U₆，

4.根据权利要求3所述基于线性霍尔的轴向磁通电机转子角度检测方法，其特征在于，所述步骤2对线性霍尔传感器输出的电压信号进行线性组合的预处理的方法为：

当第一电压信号超前于第二电压信号第三电压信号滞后于第二电压信号/>且/>为60°时，由第四电压信号U₄与第六电压信号U₆作差获得第七电压信号U₇，由第六电压信号U₆与第五电压信号U₅作和获得第八电压信号U₈，由第五电压信号U₅与第四电压信号U₄作和并且取反获得第九电压信号U₉，

当第一电压信号超前于第二电压信号第三电压信号滞后于第二电压信号/>且/>为120°时，由第四电压信号U₄与第五电压信号U₅作差获得第七电压信号U₇，由第五电压信号U₅与第六电压信号U₆作差获得第八电压信号U₈，由第六电压信号U₆与第四电压信号U₄作差获得第九电压信号U₉，/>

5.根据权利要求4所述基于线性霍尔的轴向磁通电机转子角度检测方法，其特征在于，所述步骤2对线性霍尔传感器输出的电压信号进行坐标变换的预处理的方法为：对第七电压信号U₇、第八电压信号U₈和第九电压信号U₉进行Clarke变换以获取一对正交信号U_αβ，T_Clarke为Clarke变换矩阵。

6.根据权利要求1所述基于线性霍尔的轴向磁通电机转子角度检测方法，其特征在于，在霍尔传感器输出的电压信号所包含的主要谐波信号为三次谐波、五次谐波、七次谐波时，所述步骤1沿周向在轴向磁通电机定子槽口内等间隔安装A、B两组线性霍尔传感器，所述A组线性霍尔传感器包括：A组第一线性霍尔传感器、A组第二线性霍尔传感器和A组第三线性霍尔传感器，B组线性霍尔传感器包括：B组第一线性霍尔传感器、B组第二线性霍尔传感器和B组第三线性霍尔传感器，所述A组第一线性霍尔传感器安装于定子的任意一个槽口内，B组第一线性霍尔传感器安装在距离A组第一线性霍尔传感器安装槽口M个齿距的定子槽口内，A组第二线性霍尔传感器和A组第三线性霍尔传感器在周向沿统一方向分别与A组第一线性霍尔传感器间隔N个齿距、2N个齿距安装，B组第二线性霍尔传感器和B组第三线性霍尔传感器在周向沿统一方向分别与B组第一线性霍尔传感器间隔N个齿距、2N个齿距安装，N满足360/P_s*P_r＝60N且N≠3k₁这一表达式的约束，M满足360/P_s*P_r＝30M且M＝6k₂±1这一表达式的约束，其中，P_s为定子槽数，k₁为正整数，k₂为大于或等于0的整数，P_r为极对数。

7.根据权利要求6所述基于线性霍尔的轴向磁通电机转子角度检测方法，其特征在于，所述步骤2对线性霍尔传感器输出的电压信号进行去直流分量的预处理的方式为：分别将A组第一线性霍尔传感器输出的电压信号U_A1、A组第二线性霍尔传感器输出的电压信号U_A2、A组第三线性霍尔传感器输出的电压信号U_A3、B组第一线性霍尔传感器输出的电压信号U_B1、B组第二线性霍尔传感器输出的电压信号U_B2和B组第三线性霍尔传感器输出的电压信号U_B3减去静态电压信号U_Q，获取A组第四电压信号U_A4、A组第五电压信号U_A5、A组第六电压信号U_A6、B组第四电压信号U_B4、B组第五电压信号U_B5和B组第六电压信号U_B6，

8.根据权利要求7所述基于线性霍尔的轴向磁通电机转子角度检测方法，其特征在于，所述步骤2对线性霍尔传感器输出的电压信号进行线性组合和坐标变换的预处理的方法为：

每组线性霍尔元件中的第一电压信号均超前于第二电压信号第三电压信号均滞后于第二电压信号/>其中/>为60°或者120°；A组第一电压信号超前B组第一电压信号θ，其中θ为30°或者150°；

当为60°且θ为30°时，根据A、B两组线性霍尔的第四电压信号、第五电压信号、第六电压信号以及线性组合和坐标变换矩阵T_v获取一对正交信号U_αβ，

当为60°且θ为150°时，根据A、B两组线性霍尔的第四电压信号、第五电压信号、第六电压信号以及线性组合和坐标变换矩阵T_v获取一对正交信号U_αβ，

当为120°且θ为30°时，根据A、B两组线性霍尔的第四电压信号、第五电压信号、第六电压信号以及线性组合和坐标变换矩阵T_v获取一对正交信号U_αβ，

当为120°且θ为150°时，根据A、B两组线性霍尔的第四电压信号、第五电压信号、第六电压信号以及线性组合和坐标变换矩阵T_v获取一对正交信号U_αβ，

9.根据权利要求1至8中任意一项所述基于线性霍尔的轴向磁通电机转子角度检测方法，其特征在于，所述步骤3通过反切法或锁相环从步骤2获取的一对正交信号中估测相位。