CN108063522A - 用于旋转电机的磁传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于旋转电机的磁传感器(1)，其适于固定地安装在旋转电机(2)的旋转轴(3)上，且包括：旋转部分(5)，该旋转部分可在轴(3)本身的确定的轴向位置牢固地固定到轴(3)，适于从旋转部分(5)的外部侧表面(5a)径向地产生磁通量；和定子部分(10)，其适于固定到电机(2)的框架(4)上并且包括用于在轴(3)的旋转(R)期间径向地检测磁通量变化的装置。

Description

用于旋转电机的磁传感器

技术领域

本发明涉及用于例如电机的旋转电机的磁传感器。

而且，本发明涉及包括所述传感器自身的旋转电机。

背景技术

已知，在旋转电机中，尤其是在无刷同步电机中，通过电子控制器使电机同步是很重要的。

这种类型的电机例如用于安装在例如AGV上的驱动轮。

在AGV的情况下，由于搬运的负荷大，所以需要以高转矩低速移动。因此，保持高转矩是重要的，并且在通过使用施加到电机轴端部的电制动器进行制动期间，车辆必须在短的空间内制动。

因此，旋转电机需要非常精确的控制。

目前，为了控制，有时使用传感器来返回数字信号，这由于电子器件返回正弦波而是有问题的。

目前，实际上，功率控制制造商越来越多地为两个模拟正弦通道提供控制器，这些通道当然与数字传感器不兼容。

目前，使用磁传感器解决这个问题是已知的，因为磁场的读取以模拟信号的形式检测马达角度和用于控制目的的其他有用参数。

特别地，在该领域中，磁传感器已知为具有连接到轴的前端的双N和S极性的磁体，并被设计用于轴向读取。随着在与磁体相对设置的电子电路附近旋转，可以在电子终端的端部获得两个正弦波。

不利的是，这些传感器的安装在电动制动器的定位方面造成两个问题，不能再在电机轴的端部正面插入电动制动器。因此，电动制动器的安装是有问题的，并且需要使用支架和其他手段来解决在前端存在传感器的问题。这个解决方案意味着高成本和技术复杂性。

此外，由于公差的原因，很难检测到磁场，这与磁体距离读取器的距离有关，由于磁力小，也必须考虑公差，导致读数不准确。

而且，由于电机齿轮，轴经受轴向位移，导致输出信号的不稳定性，并因此导致读数不准确。

更为不利的是，当制动器被致动时，其产生大量的热量，这是因为制动必须使得电机轴停止并且不滑动。

这个缺点导致轴的热膨胀，这会转化成更多的公差问题，导致传感器读取参数更加不准确。

因此，上述问题导致无刷电机的同步问题

发明内容

本发明的目的是提供一种用于旋转电机的磁传感器和一种包括该传感器本身的旋转电机，其可以克服现有技术中出现的问题。本发明的目的尤其在于提供一种磁传感器，该磁传感器能够避免大的尺寸，并且即使在热膨胀的情况下也能够实现高准确度，并提供具有不存在同步问题的电机本身的电机。

通过用于旋转电机的磁传感器和包括传感器自身的旋转电机基本上实现限定的技术任务和特定目的，所述传感器包括在所附权利要求中的一个或多个中阐述的技术特征。

本发明的附加特征和优点将从用于旋转电机的磁传感器和包括该传感器自身的旋转电机的优选但非排他的实施例的近似且因此非限制性的描述中变得更加明显。

附图说明

下文将参照仅为说明性并且因此而非限制性目的而提供的附图进行说明，其中：

图1是根据一般旋转电机的透视图的示意图；

图2是根据用于旋转电机的磁传感器的第一部件的实施例的透视图的示意图；

图3是根据已经应用了根据本发明的磁传感器的旋转电机的部件的分解图的示意图；

图4是根据用于旋转电机的磁传感器的第一部件的实施例的分解图的示意图；

图5是用于旋转电机的磁传感器的第二部件的实施例的示意图；

图6是反馈控制系统的示意图；和

图7是示出由本发明设想的模拟霍尔传感器产生的信号的图。

具体实施方式

参考附图，1总体上表示用于旋转电机2的磁传感器。

旋转电机2已经在图1中示出。

为了说明本发明，示出了电机2的电机轴3及其框架4。

轴3构造成以旋转运动“R”旋转，并且所示的框架4构造成容纳电机2的所有部件，如前所述，这些部件对于描述本发明的元件并不重要。

如图2和图3所示，根据本发明的传感器1牢固地安装在轴3上。

特别地，传感器1包括旋转部分5，该旋转部分5在使用中被固定到轴3的侧表面3a上。优选地，传感器的旋转部分5在沿轴3的中间点处固定到侧表面3a上。中间点是指框架4内部或外部的任何点，优选是不包括轴3本身的端部3b的前表面的点，该表面不是侧表面3a的一部分。

因此，旋转部分5在确定的轴向位置上牢固地限制在轴3上，并适于从外部侧表面5a径向地产生磁通量。特别地，旋转部分5相对于轴3从其外侧表面5a沿径向方向产生磁通量。

旋转部分5包括衬套6，在图4中更详细地示出，衬套6适于装配在之前描述的轴3上的径向外部位置中。衬套6包括紧固装置7，该紧固装置7构造成使其在前述的中间位置中牢固地限制到轴3。紧固装置7可以包括至少两个螺纹元件7a、7b(未示出)，所述螺纹元件7a、7b相对于衬套6径向布置并且被容纳在衬套6自身的相应径向座7c、7d中。

优选地，螺纹元件7a和7b以螺钉的形式制成，该螺钉被构造成固定衬套6并且使其牢固地限制到轴3。

衬套6还包括环形座8，该环形座8优选朝向衬套自身的前部开口。

如此描述的衬套6可以由非磁性材料制成，并且优选由铝或塑料材料制成。

如果提供的话，旋转部分5包括至少两个磁体9a、9b，优选地容纳在衬套6的环形座8中。磁体9a和9b被布置成产生具有不连续性的磁场，该磁场在轴3的旋转期间导致磁通量本身的变化。

详细而言，磁体9a和9b被适当地定向以允许期望的读取。例如，其中一个磁体可以北极朝外且南极朝内，并且对于其他磁体反之亦然；其他配置是可能的，其中，北极布置在纵向端部，并且南极布置在相对端部等。

优选地，为了获得这个结果，每个磁体9a和9b被制成圆形半冠9c或半圆环的形式。

更确切地说，插入磁体9a、9b以在衬套6的环形座8中测量，因此大体与磁体自身形状相反。

每个磁体9a、9b的每个纵向端部可以面对并且优选地与另一个磁体的相应端部接触(直接或通过连接手段)。

或者，为了增加不连续点，可以使用更多数量的磁体，例如四个，这些磁体将以四分之一圆形冠的形式实现(未示出磁体的该实施例)。

传感器1还包括定子部分10，该定子部分10在使用中固定在电机2的框架4上。

定子部分10包括用于径向检测在轴3的旋转“R”期间的磁通量变化的装置。具体地，定子部分10包括至少两个相对于轴3成角度地布置的装置11a、11b。

更特别的是，两个装置11a和11b是两个模拟霍尔传感器11c和11d，并相互以90°布置。霍尔传感器11c和11d布置成连续地检测磁体9a和9b，以便在轴的旋转期间不断地检测转子部分5的外侧表面5a上的磁通量变化。

准确地说，两个模拟霍尔传感器产生两个正弦波形，一个正弦波/旋转轴旋转一圈总是正极性错开90°。

这样的正弦波优选总是正的，具有中间值、偏移、电源电压的一半。

图7示出用两个模拟霍尔单元获得的两个正弦波Va、Vb，用所提到的90°的电交错表示。另一个有利的特征是轴旋转360°，即一个正弦/圈就具有一个完整的正弦曲线。

由于传感器和磁性部分的机械准确度，通过耦合固定以创建具有两个极性的单个磁环，从而获得了这种准确度。完美的机械对准意味着所产生的电信号具有完美的正弦值，没有波纹或信号真空。磁体的高感应值使得本发明免受其它连续部件(例如电制动器)的磁性影响。

定子部分10包括电路板12，在图5中详细示出，该电路板12被配置为电连接到霍尔传感器11c和11d。电路板12具有适于相对于轴3同轴布置的环形构造。特别地，电路板12被布置成允许霍尔传感器11c和11d测量电机2的识别参数。识别参数意指可以从磁场通量变化的测量中识别的所有参数，诸如磁体9a和9b的角速度或角位置。

优选地，如图2和图3所示，定子部分10可以包括保护壳13以保护电路板12。保护壳13被配置为允许霍尔传感器11c和11d测量电机2的识别参数。

优选地，霍尔传感器11c和11d布置在定子部分10上，以便在传感器1在轴3上的组装构造中定位在相对于转子部分5的径向外部位置。

如图6所示，电机2还包括控制器14。传感器1被配置为将关于电机2的识别参数的输出信号14a发送到控制器14。

特别地，控制器14用于电机2的反馈同步。

根据本发明的控制器14是适于控制两个模拟正弦通道的类型，例如由根据本发明的模拟霍尔传感器产生的通道。

由于模拟传感器和被设计为接收模拟正弦信号的控制器14的组合，可以获得模拟无刷同步电机。

更特别地，传感器1通过将输出信号14a发送到控制器14来测量与电机2的识别参数相关的输出信号14a。控制器14将电机2的这个输出信号14a与识别参数14c进行比较。识别参数14c与电机2的识别参数中的一个或多个识别参数的标称值相关，为了其正确同步将获得该标称参数。根据两个参数14a和14c的比较，控制器14将输入信号14b发送到电机2，该输入信号被特别修改以获得等于识别参数14c的输出信号14a。

更特别的是，传感器1的定子部分10测量由于轴3的旋转而产生的转子部分5的磁通量变化。根据该磁通量变化，传感器1识别关于电机2的识别参数的输出信号14a。

如前所述的用于旋转电机2的磁传感器1能够克服现有技术中出现的缺点。特别地，传感器1构造成在其任何中间部分中在径向外部位置上装配到轴3上。磁体9a和9c的这种布置允许传感器1的更高准确度，并且限定具有小尺寸的构造。

更详细地说，由于测量是径向的，本发明无论轴向间隙如何都能产生稳定的信号。在导频电路中，可能会增加两个上述正弦信号的校准和调节调整器。这使兼容性能够扩展到最重要的电机电力电子控制和指令制造商。

申请人已经在各种使用条件下，以不同的同步速度，在具有不同功率的电机上的不同安装以及在高达150℃的热阈值极限的热条件下对建议的传感器进行了测试。

Claims (12)

1.一种用于旋转电机的磁传感器(1)，其能牢固地安装在旋转电机(2)的旋转轴(3)上，其特征在于，所述磁传感器包括：

-旋转部分(5)，其能够在所述轴(3)的给定的轴向位置中牢固地固定到所述轴(3)，并且能从所述旋转部分(5)的外侧表面(5a)径向地产生磁通量；和

-定子部分(10)，其能固定到电机(2)的框架(4)，并且包括用于在轴(3)的旋转(R)期间径向地检测磁通量的变化的装置。

2.根据权利要求1所述的磁传感器(1)，其特征在于，所述旋转部分(5)包括：

-衬套(6)，其能装配在所述轴(3)上的径向外部位置中，并且包括紧固装置(7)，所述紧固装置构造成使所述衬套(6)在所述轴(3)的给定的轴向位置中被牢固地约束到轴(3)；

-至少两个磁体(9a，9b)，其插入在所述衬套(6)中并布置成产生磁场，该磁场本身具有不连续性，从而导致在轴(3)的旋转(R)期间磁通量的变化。

3.根据权利要求1或2所述的磁传感器(1)，其特征在于，用于检测磁通量变化的装置包括相对于所述轴(3)成角度地布置的至少两个装置(11a，11b)。

4.根据权利要求3所述的磁传感器(1)，其特征在于，所述两个装置(11a，11b)相对于彼此成90°布置。

5.根据权利要求3或4所述的磁传感器(1)，其特征在于，所述两个装置(11a，11b)是模拟霍尔传感器(11c，11d)。

6.根据权利要求2-5中的一项或多项所述的磁传感器(1)，其特征在于，所述磁体(9a，9b)被容纳在所述衬套(6)的环形座(8)中。

7.根据权利要求2-6中的一项或多项所述的磁传感器(1)，其特征在于，所述衬套(6)由铝或塑料材料制成。

8.根据权利要求2-7中的一项或多项所述的磁传感器(1)，其特征在于，每个磁体(9a，9b)被实现为半圆形(9c，9d)的形状。

9.根据权利要求3-8中一项或多项所述的磁传感器(1)，其特征在于，所述定子部分(10)包括印刷电路板(12)，该印刷电路板电连接到所述装置(11a，11b)并具有能相对于所述轴(3)同轴地布置的环形。

10.根据权利要求9所述的磁传感器(1)，其特征在于，所述印刷电路板(12)覆盖有保护壳(13)，所述保护壳被构造成使得所述装置(11a，11b)能够测量识别旋转电机(2)的识别参数。

11.一种旋转电机(2)，其包括：

电机轴(3)，其构造成以旋转运动(R)旋转；

根据权利要求1-10中的一项或多项所述的磁传感器(1)，其中所述定子部分(10)固定到所述电机(2)的框架(4)，并且其中所述旋转部分(5)固定到轴(3)的中间点的侧表面(3a)。

12.根据权利要求11所述的旋转电机(2)，其特征在于，所述旋转电机包括控制器(14)，并且其中所述磁传感器(1)被配置为将与识别所述旋转电机(2)的识别参数有关的输出信号(14a)发送到所述控制器(14)，用于所述旋转电机(2)的反馈同步。