CN106849518B - 一种轮毂电机信号检测装置校准方法 - Google Patents

一种轮毂电机信号检测装置校准方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种应用位置检测装置的高精度轮毂电机，包括电机轴和套设在其上的定子，定子外套设有转子；信号检测装置用于检测磁环信号并计算磁环转动角度位置；所述信号检测装置校准方法包括如下步骤：设置可接受信号偏差误差范围；锁定转子到电角度零度并读取信号检测装置检测数值，此值即为需要的零点值；锁定转子在不同的电角度并读取信号检测装置检测数值，比较每两个电角度的偏差值与所述两个电角度对应信号检测装置的检测数值之间的实际偏差值；判断实际偏差是否在预期偏差的偏差误差范围内；如果是，则进行校准；如果否，则校准失败。设计简单，安装实现容易，精确度高，大大高了轮毂电机的适用范围。

Description

一种轮毂电机信号检测装置校准方法
技术领域
本发明涉及轮毂电机领域，尤其涉及一种应用位置检测装置的高精度轮毂电机。
背景技术
轮毂电机技术又称车轮内装电机技术，它的最大的特点就是将动力、传动和制动装置都整合到轮毂内，因此将电动车辆的机械部分大大简化。由于轮毂电机具备单个车轮独立驱动的特性，无论是前驱、后驱还是四驱形式，他都可以通过左右轮轻松地实现，全时四驱在轮毂电机驱动的车辆上实现起来非常容易；同时轮毂电机可以通过左右轮的不同转速甚至反转实现类似履带式车辆的差动转向，大大减小车辆的转弯半径，在特殊情况下几乎可以实现原地转向，对于特种车辆很有价值。
随着经济发展和人民生活水平的提高，城市交通中的诸如电动助力车、电动自行车、电动摩托车、小型电动车、电动轿车、电动大巴等电动车辆逐渐兴起。作为新一代电动汽车的电动轮汽车，需要对关键部件轮毂电机加以改进，以便改进性能并降低成本，并最大程度的提升轮毂电机的适用范围。
而对于轮毂电机的精确控制需要在轮毂电机中使用位置检测装置，由于其结构和使用环境等特点，实践中实现精确控制存在诸多困难，比如：光电式位置检测装置因为以玻璃为主要材质，抗震动和冲击能力不强，故不适用于做轮毂电机的位置检测装置。磁电式位置检测装置可以克服光电式位置检测装置的不足，然而传统磁电式位置检测装置测量精度比较低，且只能实现增量输出。
目前市面上有基于轮毂电机安装位置传感器的方案，但是都比较复杂不够实用。
专利201520254054.0一种具有高精度速度反馈的轮毂电机及其电动平衡车：由于安装复杂，破坏端面，检测IC极难达到温度范围。在端面一体化情况下不能实现；
专利200910137765.9一体化轮毂电机：由于安装复杂，端面也不能保证完整性，并且检测方法很复杂，而且位置检测信号线走线需要贯穿整个电机轴，工艺实现复杂及难度大；
专利201010175962.2一种具有编码器的直流无刷电机：安装在电机内部，工艺复杂，检测IC极难达到温度范围，实现难度非常大。
发明内容
本发明提出一种新颖、简单、实用的装配方法，可以适用于任何一种轮毂电机，大大提高了轮毂电机的适用范围，例如机器人行走、伺服控制。
本发明的内容为：
一种高精度轮毂电机，包括电机轴和套设在其上的定子，定子外套设有转子；所述转子的前后两端分别通过第一端盖、第二端盖、第一轴承、第二轴承旋转固定在电机轴上；所述电机轴伸出于第一端盖，形成长端；所述第一端盖外侧与电机轴接触处设置有凹槽，所述电机轴从凹槽中心线位置处穿过；所述凹槽内设置有磁环，所述磁环可随第一端盖围绕电机轴旋转，所述电机轴从所述磁环中心线位置处穿过；所述磁环对应设置有信号检测装置，所述信号检测装置与所述磁环非接触垂直或水平设置，所述信号检测装置用于检测磁环信号并计算磁环转动角度位置，所述信号检测装置的检测信号传输给信号处理装置进行处理，所述信号处理装置机械安装于所述轮毂电机上；
所述信号检测装置校准方法包括如下步骤：
设置可接受信号偏差误差范围；
锁定转子到电角度零度并读取信号检测装置检测数值，此值即为需要的零点值；
锁定转子在不同的电角度并读取信号检测装置检测数值，比较每两个电角度的偏差值与所述两个电角度对应信号检测装置的检测数值之间的实际偏差值；
判断实际偏差是否在预期偏差的偏差误差范围内；
如果是，则进行校准；
如果否，则校准失败。
优选地，所述磁环为多对磁环，所述电极为多对电机，则设定磁环极对数为MaPN(Magnet_Poles_Num)；电机极对数为MoPN(Motor_Poles_Num)；信号检测装置对磁环每对磁极的分辨率为ReN(Resolution_Num)；校准保存的数值为EP(Encode_Position)；上电时信号检测装置绝对值为PEP(Pre_Encode_Position)；
所述电角度为零时信号检测装置检测数值的绝对值为EZP(Encode_Zero_Position)，则校准的数值计算方法为：
EP＝EZP％((ReN*MaPN)/MoPN)
任意位置对应的电角度EA(Electric_Angle)计算方法为：
如果PEP％((ReN*MaPN)/MoPN)>＝EP；
EA＝PEP％((ReN*MaPN)/MoPN)-EP
如果PEP％((ReN*MaPN)/MoPN)<EP；
EA＝PEP％((ReN*MaPN)/MoPN)+((ReN*MaPN)/MoPN)-EP，则计算出对应电角度。
优选地，所述凹槽为分体式设置，与第一端盖机械固定连接。
优选地，所述信号检测装置与所述磁环内环侧边缘与外环侧边缘的中心线位置对应安装设置。
优选地，所述磁环内环套设于胶套上，所述胶套机械固定安装于电机轴上，所述电机轴从所述胶套中心线位置处穿过。
本高精度轮毂电机设计简单，安装实现容易，精确度高，简化了轮毂电机的精确控制实现难度，大大高了轮毂电机的适用范围。
附图说明
图1为高精度轮毂电机示意图；
图2为高精度轮毂电机磁环及信号检测装置示意图；
图3为高精度轮毂电机信号检测装置校准原理框图；
图4为高精度轮毂电机信号检测装置校准流程图。
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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1、2所示，一种高精度轮毂电机，包括电机轴01和套设在其上的定子02，定子02外套设有转子03；所述转子03的前后两端分别通过第一端盖07、第二端盖04、第一轴承06、第二轴承05旋转固定在电机轴01上；所述电机轴01伸出于第一端盖07，形成长端13；所述第一端盖07外侧与电机轴01接触处设置有凹槽08，所述电机轴01从凹槽08中心线位置处穿过；所述凹槽08内设置有磁环14，所述磁环14可随第一端盖07围绕电机轴01旋转，所述电机轴01从所述磁环14中心线位置处穿过；所述磁环14对应设置有信号检测装置10，所述信号检测装置10与所述磁环14非接触垂直或水平设置，所述信号检测装置10用于检测磁环14信号并计算磁环转动角度位置，所述信号检测装置14的检测信号传输与信号处理装置(图未示)进行处理，所述信号处理装置(图未示)机械安装于所述轮毂电机上。
所述第一端盖07与第二端盖04主要为了对轮毂电机定子和转子进行固定，第一轴承06、第二轴承05主要为了安装方便，利于转子围绕定子旋转；所述凹槽可以为第一端盖上一体工艺加工设置，或者也可以单独设置并机械固定在第一端盖07上；所述凹槽08的形状为圆形，对应内嵌在所述凹槽08中的磁环14也为圆形，所述磁环14分N、S级，所述磁环14内环套设于胶套09上，所述胶套09机械固定安装于电机轴01上，所述电机轴01从所述胶套09中心线位置处穿过，实际使用中胶套具体为塑胶套，这样设置的目的在于为了使磁环14稳定安装，并在使用中防止由于抖动或者运动等因素造成磁环14脱落或者位置发生变化；所述信号检测装置10与所述磁环14内环侧边缘与外环侧边缘的中心线位置对应安装设置，即所述磁环14内环侧边缘与外环侧边缘中心线位置为实际信号检测装置10信号检测位置，所述信号检测装置10的安装位置与该磁环14内环侧边缘与外环侧边缘中心线位置对应设置，实际使用中，所述信号检测装置的大小优选设置为5*5mm大小；所述长端13处机械设置有支架(图未示)或者压台11、12，所述信号检测装置10机械安装在支架(图未示)或者压台11、12上，所述支架(图未示)或者压台11、12为所述轮毂电机为了便于安装使用所需要的辅助配件；为便于信号检测装置10走线，所述电机轴01上开设有走线槽(图未示)，所述走线槽直径一般设置为3mm上下范围。所述第一端盖与第二端盖的材质为铝合金。
装配好后磁环将跟随第一端盖转动起来，进而与信号检测装置产生相对运动，这样信号检测装置就可以通过磁场感应出磁环磁场信号及轮毂电机转子转动角度的绝对位置(视信号检测装置的工作方式而定，如图2)，从而精准的控制轮毂电机。
如图3、4所示，所述信号检测装置校准方法包括如下步骤：
步骤41，设置可接受信号偏差误差范围；
根据实际需要设置可以被接受的信号偏差的误差范围；
步骤42，锁定转子到电角度零度并读取信号检测装置检测数值，此值即为需要的零点值；
锁定转子的电角度为零度，并读取该专利零度对应的信号检测装置的检测数值，此数值即为所需要的零值点；
步骤43，锁定转子在不同的电角度并读取信号检测装置检测数值，比较每两个电角度的偏差值与所述两个电角度对应信号检测装置的检测数值之间的实际偏差值；
分别选取不同的电角度值并锁定转子在该不同的电角度，并分别读取不同电角度所对应的信号检测装置的检测数值，比较每两个电角度的偏差值与所述两个选取的电角度所对应的信号检测装置的检测数值之间的实际偏差值；
步骤44，判断实际偏差值是否在预期偏差的偏差误差范围内；
判断步骤43中的每两个电角度的偏差值与所述两个选取的电角度所对应的信号检测装置的检测数值之间的实际偏差值是否在预期偏差的偏差误差范围内；
如果是，则进行校准；
如果否，则校准失败。
所述磁环为多对磁环，所述电极为多对电机，则设定磁环极对数为MaPN(Magnet_Poles_Num)；电机极对数为MoPN(Motor_Poles_Num)；信号检测装置对磁环每对磁极的分辨率为ReN(Resolution_Num),所述分辨率具体为一对磁极输出ReN个脉冲；校准保存的数值为EP(Encode_Position)；上电时信号检测装置绝对值为PEP(Pre_Encode_Position)；
所述电角度为零时信号检测装置检测数值的绝对值为EZP(Encode_Zero_Position)，则校准的数值计算方法为：
EP＝EZP％((ReN*MaPN)/MoPN)
此时，把EP保存到非易失性存储器中
任意位置对应的电角度EA(Electric_Angle)计算方法为：
如果PEP％((ReN*MaPN)/MoPN)>＝EP；
EA＝PEP％((ReN*MaPN)/MoPN)-EP
如果PEP％((ReN*MaPN)/MoPN)<EP；
EA＝PEP％((ReN*MaPN)/MoPN)+((ReN*MaPN)/MoPN)-EP，则计算出对应电角度；
以上计算方法中的*表示相乘,/表示相除，％表示求余；
通过以上方法计算出电角度后，信号处理装置使用FOC算法进行采集信号的计算并对轮毂电机进行精确控制，FOC算法在此不做详述。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变形，而且性能或用途相同，都应视为本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (4)

1.一种轮毂电机信号检测装置校准方法，其特征在于：包括电机轴和套设在其上的定子，定子外套设有转子；所述转子的前后两端分别通过第一端盖、第二端盖、第一轴承、第二轴承旋转固定在电机轴上；所述电机轴伸出于第一端盖，形成长端；所述第一端盖外侧与电机轴接触处设置有凹槽，所述电机轴从凹槽中心线位置处穿过；所述凹槽内设置有磁环，所述磁环可随第一端盖围绕电机轴旋转，所述电机轴从所述磁环中心线位置处穿过；所述磁环对应设置有信号检测装置，所述信号检测装置与所述磁环非接触垂直或水平设置，所述信号检测装置用于检测磁环信号并计算磁环转动角度位置，所述信号检测装置的检测信号传输给信号处理装置进行处理，所述信号处理装置机械安装于所述轮毂电机上；
所述信号检测装置校准方法包括如下步骤：
设置可接受信号偏差误差范围；
锁定转子到电角度零度并读取信号检测装置检测数值，此值即为需要的零点值；
锁定转子在不同的电角度并读取信号检测装置检测数值，比较每两个电角度的偏差值与所述两个电角度对应信号检测装置的检测数值之间的实际偏差值；
判断实际偏差是否在预期偏差的偏差误差范围内；
如果是，则进行校准；
如果否，则校准失败；
所述磁环为多对磁环，所述电机 为多对电机，则设定磁环极对数为MaPN；电机极对数为MoPN；信号检测装置对磁环每对磁极的分辨率为ReN；校准保存的数值为EP；上电时信号检测装置绝对值为PEP；
所述电角度为零时信号检测装置检测数值的绝对值为EZP，则校准的数值计算方法为：
EP＝EZP％((ReN*MaPN)/MoPN)
任意位置对应的电角度EA计算方法为：
如果PEP％((ReN*MaPN)/MoPN)>＝EP；
EA＝PEP％((ReN*MaPN)/MoPN)-EP
如果PEP％((ReN*MaPN)/MoPN)<EP；
EA＝PEP％((ReN*MaPN)/MoPN)+((ReN*MaPN)/MoPN)-EP，则计算出对应电角度；
以上计算方法中的*表示相乘,/表示相除，％表示求余；
通过以上方法计算出电角度后，信号处理装置进行采集信号的计算并对轮毂电机进行精确控制。
2.如权利要求1所述轮毂电机信号检测装置校准方法，其特征在于：所述凹槽为分体式设置，与第一端盖机械固定连接。
3.如权利要求1或2所述轮毂电机信号检测装置校准方法，其特征在于：所述信号检测装置与所述磁环内环侧边缘与外环侧边缘的中心线位置对应安装设置。
4.如权利要求1或2所述轮毂电机信号检测装置校准方法，其特征在于：所述磁环内环套设于胶套上，所述胶套机械固定安装于电机轴上，所述电机轴从所述胶套中心线位置处穿过。
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