CN103944344A - 4极无刷直流电机位置传感器及其检测方法 - Google Patents

Abstract

4极无刷直流电机位置传感器及其检测方法。在无刷直流电机控制系统中，霍尔传感器体积小、安装困难，输出信号误差大。光电编码器不能应用于振动剧烈、潮湿、有油污和灰尘的恶劣环境。本发明方法包括：外壳（3），外壳顶部具有端盖（8），端盖下表面安装电路板（7），外壳的下口处穿入实心轴（1），外壳内表面与所述的实心轴之间安装轴承（2），实心轴上端套装4极环形磁钢（4），4极环形磁钢外部套装环形铁芯（5），4极环形磁钢与所述的环形铁芯之间安装开关霍尔传感器（6）；电路板上集成供电电路（9），供电电路连接开关霍尔传感器。本发明用于无刷直流电动机换相位置检测。

Description

4极无刷直流电机位置传感器及其检测方法

技术领域：

本发明涉及一种4极无刷直流电机位置传感器及其检测方法。

背景技术：

在无刷直流电机控制系统中，常用的位置传感器有霍尔传感器和光电编码器。霍尔传感器体积小、价格便宜，但是因为其安装困难，输出信号误差大，限制了其使用。光电编码器是一种集光、机、电一体的电机控制用传感器。因为其自身的缺点，还不能应用于振动剧烈、潮湿、有油污和灰尘的恶劣环境；由于光电器件使用寿命不长，限制了光电编码器的使用寿命；制造工艺复杂导致光电编码器的高成本。以上缺点，大大限制了光电编码器的应用范围，无法使用于恶劣环境和特殊环境，例如航天等领域。

发明内容：

本发明的目的是提供一种4极无刷直流电机位置传感器及其检测方法。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种4极无刷直流电机位置传感器，其组成包括：外壳，所述的外壳顶部具有端盖，所述的端盖下表面安装电路板，所述的外壳的下口处穿入实心轴，所述的外壳内表面与所述的实心轴之间安装轴承，所述的实心轴上端套装4极环形磁钢，所述的4极环形磁钢外部套装环形铁芯，所述的4极环形磁钢与所述的环形铁芯之间形成凹槽，所述的凹槽内安装三片开关霍尔传感器；其中，所述的电路板上集成供电电路，所述的供电电路连接所述的开关霍尔传感器。

所述的4极无刷直流电机位置传感器，所述的开关霍尔传感器垂直放置在所述的电路板上空间，三片所述的开关霍尔传感器之间的相位差为120度电角度，所述的开关霍尔传感器垂直焊接的机械角度相差60°。

一种4极无刷直流电机位置传感器的检测方法，

第一步，由于4极环形磁钢的连接轴为实心轴，将所述的实心轴的下端通过联轴器与电机的转子轴同轴连接；所述的实心轴的上端部靠近电路板一侧套装一个4极环形磁钢；

第二步，将开关霍尔传感器在电路板同一圆周上以间隔120度的电角度排列，开关霍尔传感器感测到4极环形磁钢产生的方波磁场，并将其转换为表示转子轴位置的电压信号，实现将相差120度电角度的三相无刷直流电机换相信号的输出；同时，所述的4极环形磁钢外部套装环形铁芯对其产生的磁场进行整定，以控制所述的开关霍尔传感器敏感磁场分量的误差。

所述的4极无刷直流电机位置传感器的检测方法，开关霍尔传感器表面与4极环形磁钢外表面法线垂直。

所述的4极无刷直流电机位置传感器的检测方法，所述的4极无刷直流电机位置传感器设计成全封闭结构，外壳本身就是一个磁屏蔽装置，屏蔽掉外部磁场对位置传感器内部磁场的干扰。

有益效果：

1.本发明是通过空心轴上端套装2极环形磁钢， 2极环形磁钢外部套装环形铁芯，以及2极环形磁钢与环形铁芯之间安装的三片开关霍尔传感器构成检测装置；由径向充磁的2极环形磁钢与产生一对极方波磁场，用于一对极无刷直流电动机的位置检测，并提供2极无刷直流电机换相信号。具有结构简单，安装方便的优点，大大降低位置传感器的成本，生产成本较同等精度光电编码器大约降低三分之一。

2. 本发明采用永磁体结构，省去了光电器件，与光电编码器相比，大大延长了使用寿命。且其适应恶劣环境能力强，由于采用永磁体结构，对振动剧烈、潮湿、有油污和灰尘的恶劣环境的适应能力强，扩大了位置传感器的应用范围。

附图说明：

附图1是本发明的结构示意图。

附图2是本发明外壳内部接线图。

附图3是本发明的涉及的铁芯与4极环形磁钢位置图。

附图4是本发明涉及的三相开关霍尔信号与A相绕组反电势的关系图。图中，15、16、17分别为A、B、C三相霍尔信号波形，18为A相反电势波形。

具体实施方式：

实施例1：

一种4极无刷直流电机位置传感器，其组成包括：外壳3，所述的外壳顶部具有端盖8，所述的端盖下表面安装电路板7，所述的外壳的下口处穿入实心轴1，所述的外壳内表面与所述的实心轴之间安装轴承2，所述的实心轴上端套装4极环形磁钢4，所述的4极环形磁钢外部套装环形铁芯5，所述的4极环形磁钢与所述的环形铁芯之间形成凹槽，所述的凹槽内安装三片开关霍尔传感器6；其中，所述的电路板上集成供电电路9，所述的供电电路连接所述的开关霍尔传感器。

所述的外壳内部的电路板上，所述的供电电路为5V电源，所述的5V电源连接所述的开关霍尔传感器和三片上拉电阻10，所述的上拉电阻连接所述的开关霍尔传感器，所述的上拉电阻还分别连接电机U相位置信号11、电机V相位置信号12和电机W相位置信号13，所述的外壳还连接电源地14。

所述的4极环形磁钢为径向充磁，用于产生二对极方波磁场，适用于二对极无刷直流电动机的位置检测。

所述的外壳采用导磁材料，隔离外部环境的磁场干扰。

实施例2：

根据实施例1所述的4极无刷直流电机位置传感器，所述的开关霍尔传感器垂直放置在所述的电路板上空间，三片所述的开关霍尔传感器之间的相位差为120度电角度，所述的开关霍尔传感器垂直焊接的机械角度相差60°。

实施例3：

一种利用上述4极无刷直流电机位置传感器的检测方法，

第一步，由于4极环形磁钢的连接轴为实心轴，将所述的实心轴的下端通过联轴器与电机的转子轴同轴连接；所述的实心轴的上端部靠近电路板一侧套装一个4极环形磁钢；

第二步，将开关霍尔传感器在电路板同一圆周上以间隔120度的电角度排列，开关霍尔传感器感测到4极环形磁钢产生的方波磁场，并将其转换为表示转子轴位置的电压信号，实现将相差120度电角度的三相无刷直流电机换相信号的输出；同时，所述的4极环形磁钢外部套装环形铁芯对其产生的磁场进行整定，以控制所述的开关霍尔传感器敏感磁场分量的误差。

实施例4：

根据实施例3所述的4极无刷直流电机位置传感器的检测方法，开关霍尔传感器表面与4极环形磁钢外表面法线垂直。

实施例5：

根据实施例3或4所述的4极无刷直流电机位置传感器的检测方法，所述的4极无刷直流电机位置传感器设计成全封闭结构，外壳本身就是一个磁屏蔽装置，屏蔽掉外部磁场对位置传感器内部磁场的干扰。

Claims (5)

1.一种4极无刷直流电机位置传感器，其组成包括：外壳，其特征是：所述的外壳顶部具有端盖，所述的端盖下表面安装电路板，所述的外壳的下口处穿入实心轴，所述的外壳内表面与所述的实心轴之间安装轴承，所述的实心轴上端套装4极环形磁钢，所述的4极环形磁钢外部套装环形铁芯，所述的4极环形磁钢与所述的环形铁芯之间形成凹槽，所述的凹槽内安装三片开关霍尔传感器；其中，所述的电路板上集成供电电路，所述的供电电路连接所述的开关霍尔传感器。

2.根据权利要求1所述的4极无刷直流电机位置传感器，其特征是：所述的开关霍尔传感器垂直放置在所述的电路板上空间，三片所述的开关霍尔传感器之间的相位差为120度电角度，所述的开关霍尔传感器垂直焊接的机械角度相差60°。

3.一种利用上述4极无刷直流电机位置传感器的检测方法，其特征是： 

第一步，由于4极环形磁钢的连接轴为实心轴，将所述的实心轴的下端通过联轴器与电机的转子轴同轴连接；所述的实心轴的上端部靠近电路板一侧套装一个4极环形磁钢；

第二步，将开关霍尔传感器在电路板同一圆周上以间隔120度的电角度排列，开关霍尔传感器感测到4极环形磁钢产生的方波磁场，并将其转换为表示转子轴位置的电压信号，实现将相差120度电角度的三相无刷直流电机换相信号的输出；同时，所述的4极环形磁钢外部套装环形铁芯对其产生的磁场进行整定，以控制所述的开关霍尔传感器敏感磁场分量的误差。

4.根据权利要求3所述的4极无刷直流电机位置传感器的检测方法，其特征是：开关霍尔传感器表面与4极环形磁钢外表面法线垂直。

5.根据权利要求3或4所述的4极无刷直流电机位置传感器的检测方法，其特征是：所述的4极无刷直流电机位置传感器设计成全封闭结构，外壳本身就是一个磁屏蔽装置，屏蔽掉外部磁场对位置传感器内部磁场的干扰。