CN111327233B - 一种用于永磁电机位置检测的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的一种用于永磁电机位置检测的方法，包括：S11.采集永磁电机中动子在运动时2组霍尔元件输出的电压信号；S12.将所述采集到的2组霍尔元件输出的电压信号通过计算得到与2组霍尔元件输出电压信号相对应的2个正弦或余弦波形的幅值；S13.读取与所述时刻相对应的2组霍尔元件输出电压信号的数值，再经过计算得到与所述读取的数值相对应的数个角度，根据每个角度处于上升或下降的趋势得到2组霍尔元件输出电压信号的相位差；S21.实时采集永磁电机中动子在运动时2组霍尔元件输出的1对电压信号；S22.根据所述步骤S12、步骤S13得到的幅值、相位差以及步骤S21实时采集的1对电压信号的值，通过角度解算算法计算得到永磁电机动子的位置。

Description

一种用于永磁电机位置检测的方法及系统

技术领域

本发明涉及电机位置检测技术领域，尤其涉及一种用于永磁电机位置检测的方法及系统。

背景技术

永磁电机具有体积小、重量轻、效率高、转矩脉动小等一系列优点，因此在现代交流运动控制系统中应用越来越广泛。准确可靠的转子位置直接影响到永磁同步电机(PMSM)的控制效果，如何确定转子或者动子的位置，是工程实际中非常重要的一环。

目前主要有以下几种位置检测方法：

1)基于光栅编码器的位置检测：光栅编码器是一种集光、机、电于一体化的数字化检测装置，在电机转子的位置检测方面应用广泛。它最突出的特点就是能实时反映当前转子的位置和速度，且检测范围广、检测精度较高。现有技术在利用光栅编码器测量12/8开关磁阻电机的转子位置时，提出了一种利用速度脉冲倍频来对转子位置进行校正的方法，解决了光栅编码器在位置安装时引发的系列问题。但光栅编码器依然存在成本过高，安装复杂等缺点。

2)基于无位置传感器的位置检测：针对一些特殊的情况，当速度和位置传感器无法安装或安装难度过大时，可以采用无传感器检测的方法。比如较为常用的磁链－电流法、电流波形检测法和现在较为热门的信号调制法和附加电元件法。现有技术中所采用的一种基于PWM电流微分的转子位置检测方法，是将逆变器自身的载波频率信号当成高频输入信号。有效地改善了现有初始位置检测方法中存在算法复杂和运行时间长等缺点。但采用无位置传感器检测方法时，在低速、超高速等情况下很难满足工程上的需求。

3)基于图像的位置检测：这种方法主要是利用高速相机对运动的转子进行实时的图像采集，然后在经过处理，得到定子的位置。现有技术中利用高速面阵ccd相机连续拍摄转动状态的电机转子的端面图像帧序列，然后对采集的相邻两幅灰度图像进行极坐标变换和相位相关运算，得出转子的旋转角度值。但工业相机的价格昂贵，存在局限性。

4)基于霍尔传感器的位置检测：线性霍尔传感器是一种基于霍尔效应，并可以在一定的磁场范围内随磁密的大小线性输出电压信号的磁敏式传感器。转子的转动会使气隙发生变化，霍尔元件检测到的电压信号也会随之变化，以此来确定转子的位置。利用霍尔元件来检测转子位置是工程上比较常用的方法，现有技术公开一种基于霍尔元件的圆筒型永磁直线同步电机位置检测，将两个霍尔元件安装在气隙中，霍尔元件输出电压与磁通密度成线性关系，能够准确地跟踪磁通密度的变化。

但霍尔元件的安装必须遵守两个原则：(1)确保两个传感器在y轴上水平，(2)确保两个传感器之间有半极距，以此保证输出的电压信号形成90度的相位差，方便用正切余切方法来求角度。但在实际检测过程中，所测得的信号会受多方面的影响，并不是标准的正弦。

现有技术还研究了在冶金炼焦等工业场合，当位置检测装置常常被某些焦状物附着，传统的位置检测装置无法正常使用时的一种解决方法。这些方法采用反馈控制回路对霍尔元件工作环境进行恒温控制，利用差动平衡补偿原理对杂散磁场影响进行补偿。还有利用了两个相差半个极距的霍尔元件来测量转子位置，并分析了霍尔元件的安装位置对输出性能的影响，最终确定了霍尔元件的最佳安装位置。

上述研究在转子位置检测领域做了很多开创性的工作，也取得了很多成果，但也有很多问题未待决：A、目前的检测方法都要求两个霍尔元件在水平位置上相差半个极距，实际上安装到90度电角度相位差或者半个极距对工艺的要求相对较高，不同的工艺水平下实际达到的性能会有差异，增加了检测误差。在另外一些情况下，由于电机的结构部件互相干涉等原因也可能无法在相差半个极距的情况下安装。B、传统的通过霍尔元件测量永磁体磁场测位置的方法，需要将霍尔元件之间的相位差一般固定在90度电角度即半个极距距离。当极距改变时，也要对应的改变霍尔元件的距离才能使用，不同的极距的产品需要选配不同的检测组件，增加了产品的种类和复杂性。针对实际需求和以上方案的不足，本发明提出了一种基于双霍尔元件的位置检测方法，可以使用同一组件通过预学习确定幅值和相位差，再在实时检测时通过本发明算法来进行计算出位置信息。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种用于永磁电机位置检测的方法及系统，对霍尔元件的安装没有相差半个极距的要求，也不要求幅值相同，并且在动子极距改变的情况下也可以使用，大大增加了适用性。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于永磁电机位置检测的方法，包括步骤：

S1.通过离线训练确定信号的幅值与相位差；

S2.通过在线计算得到永磁电机动子的位置；

所述步骤S1包括：

S11.采集横跨数个永磁体极距周期的永磁电机中动子在运动时2组霍尔元件输出的第一电压信号；

S12.将所述采集到的2组霍尔元件输出的第一电压信号通过计算得到与2组霍尔元件输出第一电压信号相对应的2个正弦或余弦波形的幅值；

S13.读取与所述时刻相对应的2组霍尔元件输出第一电压信号的数值，再经过计算得到与所述读取的数值相对应的数个角度，根据每个角度处于上升或下降的趋势得到2组霍尔元件输出第一电压信号的相位差；

所述步骤S2包括：

S21.实时采集永磁电机中动子在运动时2组霍尔元件输出的1对第二电压信号；

S22.根据所述步骤S12、步骤S13得到的幅值、相位差以及步骤S21实时采集的1对第二电压信号的值，通过角度解算算法计算得到永磁电机动子的位置。

进一步的，所述步骤S11中，所述2组霍尔元件包括霍尔元件A、霍尔元件B，所述采集的第一电压信号包括霍尔元件A正转和反转的第一电压信号U_A1、U_A2、霍尔元件B正转和反转的第一电压信号U_B1、U_B2。

进一步的，所述步骤S12中，计算得到的2个幅值具体为通过筛选分别得到霍尔元件A正转和反转的第一电压信号U_A1、U_A2中的数值，再将所述筛选出的数值求平均，得到霍尔元件A输出正弦信号的幅值；

通过筛选分别得到霍尔元件B正转和反转的第一电压信号U_B1、U_B2中的数值，再将所述筛选出的数值求平均，得到霍尔元件B输出正弦信号的幅值。

进一步的，所述步骤S13中，根据公式U_A＝asinθ、

计算得到第一电压信号的相位差；

其中，U_A表示霍尔元件A输出的第一电压信号；U_B表示霍尔元件B输出的第一电压信号；a表示霍尔元件A输出正弦信号的幅值；b表示霍尔元件B输出正弦信号的幅值；θ表示读取的数值相对应的角度；

表示霍尔元件A输出正弦信号与霍尔元件B输出正弦信号的相位差。

进一步的，所述步骤S22具体为选取任意时刻，读取所述与任意时刻相对应的霍尔元件输出第二电压信号的数值，并将所述数值代入所述公式U_A＝asinθ、

中，再通过筛选得到永磁电机动子的位置。

相应的，还提供一种用于永磁电机位置检测的系统，包括：离线模块、在线模块；

所述离线模块，用于通过离线训练确定信号的幅值与相位差；

所述在线模块，用于通过在线计算得到永磁电机动子的位置；

所述离线模块包括：

第一采集模块，用于采集横跨数个永磁体极距周期的永磁电机中动子在运动时2组霍尔元件输出的第一电压信号；

第一计算模块，用于将所述采集到的2组霍尔元件输出的第一电压信号通过计算得到与2组霍尔元件输出第一电压信号相对应的2个正弦或余弦波形的幅值；

第二计算模块，用于读取与所述时刻相对应的2组霍尔元件输出第一电压信号的数值，再经过计算得到与所述读取的数值相对应的数个角度，根据每个角度处于上升或下降的趋势得到2组霍尔元件输出第一电压信号的相位差；

所述在线模块包括：

第二采集模块，用于实时采集永磁电机中动子在运动时2组霍尔元件输出的1对第二电压信号；

第三计算模块，用于根据所述第一计算模块、第二计算模块得到的幅值、相位差以及第二采集模块实时采集的1对第二电压信号，通过角度解算算法计算得到永磁电机动子的位置。

进一步的，所述第一采集模块中，所述2组霍尔元件包括霍尔元件A、霍尔元件B，所述采集的第一电压信号包括霍尔元件A正转和反转的第一电压信号U_A1、U_A2、霍尔元件B正转和反转的第一电压信号U_B1、U_B2。

进一步的，所述第一计算模块中，计算得到的2个幅值具体为通过筛选分别得到霍尔元件A正转和反转的第一电压信号U_A1、U_A2中的数值，再将所述筛选出的数值求平均，得到霍尔元件A输出正弦信号的幅值；

通过筛选分别得到霍尔元件B正转和反转的第一电压信号U_B1、U_B2中的数值，再将所述筛选出的数值求平均，得到霍尔元件B输出正弦信号的幅值。

进一步的，所述第二计算模块中，根据公式U_A＝asinθ、

计算得到第一电压信号的相位差；

其中，U_A表示霍尔元件A输出的第一电压信号；U_B表示霍尔元件B输出的第一电压信号；a表示霍尔元件A输出正弦信号的幅值；b表示霍尔元件B输出正弦信号的幅值；θ表示读取的数值相对应的角度；

表示霍尔元件A输出正弦信号与霍尔元件B输出正弦信号的相位差。

进一步的，所述第三计算模块具体为选取任意时刻，读取所述与任意时刻相对应的霍尔元件输出第二电压信号的数值，并将所述数值代入所述公式U_A＝asinθ、

中，再通过筛选得到永磁电机动子的位置。

与现有技术相比，本发明不再要求霍尔元件在水平上必须相差半个极距，也不要求幅值相同，增加了适用性；同时也不需要光栅，靠简单的硬件设施和方法就能求得电机动子的位置。能适应更多工程上的情况，大大提升了效率。

附图说明

图1是实施例一提供的一种用于永磁电机位置检测的方法流程图；

图2是实施例一提供的一种用于永磁电机位置检测示意图；

图3是实施例一提供t时刻霍尔元件输出的电压信号的变化趋势示意图；

图4是实施例一提供P时刻霍尔元件输出的电压信号的变化趋势示意图；

图5是实施例一提供P时刻霍尔元件输出的电压信号的变化趋势示意图；

图6是实施例一提供P时刻霍尔元件输出的电压信号的变化趋势示意图；

图7是实施例一提供幅值、相位差检测的流程图；

图8是实施例一提供解算角度的流程图；

图9是实施例二提供一种用于永磁电机位置检测的系统结构图；

其中，1.电机；2.动子；3.定子；A.霍尔元件A；B.霍尔元件B。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种用于永磁电机位置检测的方法及系统。

(1)首先确定两个霍尔元件输出信号的幅值和相位差：由另一个电机对被测电机进行牵引，使电机动子正反转动两个极距，用单片机来采集霍尔元件检测的信号。先求出两组霍尔元件输出信号中的最大值，即可确认两组信号的幅值。再选取一个时刻，读取对应时刻霍尔元件信号的大小，经过反正弦公式求出每组信号对应的角度，再根据每个角度处于上升/下降趋势，来确定角度的具体值，从而确定两组信号的相位差。

(2)然后对电机转子位置进行实时解算：在已知两组信号的表达式之后，要实时检测转子转过的角度，只需要将任意时刻的两个霍尔元件信号值代入反正弦函数，在求出的四个角度中，筛选相等的两个角度，其值就是转子转过的角度，即可求出电机转子的位置。

具体为：选择合适的高度，将两个霍尔元件安装在气隙中，霍尔元件是一种磁敏式的传感器(它将磁场信号转化为电压信号)，理想状态下，两个霍尔元件会得到两组具有相位差的正弦波信号U_α、U_β。先通过数据确定两组信号的幅值，再通过正弦函数的性质求得两组信号的相位差，从而确定两组信号的具体表达式。在此基础上假设t时刻转子的位置为θ₅(θ₅为未知量)，θ₅处对应于A、B的值分为U_α、U_β，根据反正弦函数可求得U_α值对应的角度有两个，为θ₆、θ₇。同理可求得U_β值对应的两个角度为θ₈、θ₉。在θ₆、θ₇、θ₈、θ₉中，必有两个值是相等的，相等的值就是电动机转子的角度，即可求出电机转子的位置。

需要说明的是，本发明将传统电机中的转子和直线电机中的动子统称为动子，即本发明所述的动子包括传统电子的转子和直线电机的动子两种。

在本发明中，选取两个霍尔元件来检测永磁电机动子的位置，但是需要说明的是，可根据实际情况选择霍尔元件的数量。其中，霍尔元件即霍尔传感器。

由于霍尔元件安装间隔的不确定性，需要先确定两组霍尔元件输出信号的幅值和相位差。实施例一

本实施例提供一种用于永磁电机位置检测的方法，如图1所示，包括步骤：

S1.通过离线训练确定信号的幅值与相位差；

S2.通过在线计算得到永磁电机动子的位置；

步骤S1包括：

S11.采集横跨数个永磁体极距周期的永磁电机中动子在运动时2组霍尔元件输出的第一电压信号；

S12.将所述采集到的2组霍尔元件输出的第一电压信号通过计算得到与2组霍尔元件输出第一电压信号相对应的2个正弦或余弦波形的幅值；

S13.读取与所述时刻相对应的2组霍尔元件输出第一电压信号的数值，再经过计算得到与所述读取的数值相对应的数个角度，根据每个角度处于上升或下降的趋势得到2组霍尔元件输出第一电压信号的相位差；

步骤S2包括：

S21.实时采集永磁电机中动子在运动时2组霍尔元件输出的1对第二电压信号；

S22.根据所述步骤S12、步骤S13得到的幅值、相位差以及步骤S21实时采集的1对第二电压信号的值，通过角度解算算法计算得到永磁电机动子的位置。

在步骤S11中，采集横跨数个永磁体极距周期的永磁电机中动子在运动时2组霍尔元件输出的第一电压信号。

具体为采集横跨数个永磁体极距周期的一批，永磁电机中动子在运动时2组霍尔元件输出的电压信号。

如图2所示，本实施例以直线电机为例具体说明。在距离定子3一定水平高度上安装2个霍尔元件A、B。先用一台电机1拖动电机动子2正反转动两个极距，随着动子2的转动，动子2在运动时所处的磁场发生变化，霍尔元件检测磁场的变化并将其转换为电压信号。在本实施例中，霍尔元件每隔1ms进行一次数据采集，并将检测到的场强信号转化为电压信号，从而得到霍尔元件A正、反转的数据U_A1、U_A2和霍尔元件B正、反转的数据U_B1、U_B2。

需要说明的是，在理想情况下，两个霍尔元件输出的数据是呈正弦变化的，只是幅值与两组信号的相位差是未知的。接下来的分析，可以根据正弦函数的性质进行。

在步骤S12中，将所述采集到的2组霍尔元件输出的第一电压信号通过计算得到与2组霍尔元件输出第一电压信号相对应的2个正弦或余弦波形的幅值；

具体为将这一批采集到的2组霍尔元件输出的电压信号通过计算得到与这2组霍尔元件输出电压信号相对应的2个正弦或者余弦波型的幅值

在步骤S13中，读取与所述时刻相对应的2组霍尔元件输出第一电压信号的数值，再经过计算得到与所述读取的数值相对应的数个角度，根据每个角度处于上升或下降的趋势得到2组霍尔元件输出第一电压信号的相位差。

通过筛选可以求出U_A1、U_A2中的最大值，再将两个最大值求平均，即为霍尔元件A输出正弦信号的幅值；同理通过筛选求出U_B1、U_B2中的最大值，再将两个最大值求平均，即为霍尔元件B输出正弦信号的幅值。此时霍尔元件A、B输出正弦信号表达式为：

U_A＝asinθ (1)

其中，U_A表示霍尔元件A输出的电压信号；U_B表示霍尔元件B输出的电压信号；a表示霍尔元件A输出正弦信号的幅值；b表示霍尔元件B输出正弦信号的幅值；θ表示读取的数值相对应的角度；

表示霍尔元件A输出正弦信号与霍尔元件B输出正弦信号的相位差；U_A和U_B是两组幅值和相位不同的正弦信号。

在公式(1)和公式(2)中，a和b为已知值。

在本实施例中，选取一时刻t，此时霍尔元件A、B的输出信号为m、n；将m、n带入公式(1)中，可得出t时刻对应的动子转过的角度为θ，即为：

asinθ＝m

得：θ₁、θ₂＝arcsin(m/a)

其中，m为已知数值；θ₁、θ₂表示t时刻霍尔元件输出m值时对应的两个角度。

需要说明的是，对正弦信号来说，每个电压值对应两个角度，可以通过该角度处电压的上升下降趋势对这两个角度进行区分。

根据图3可知，θ₁处的电压值呈上升趋势，θ₂处的电压值呈下降趋势。此时再读取t时刻后面的多个数值，进行比较，从而确认t时刻霍尔元件A输出的电压值大小的变化趋势。当t时刻霍尔元件A输出的电压呈上升趋势时，将θ₁带入公式(2)中，当t时刻电压呈下降趋势时，将θ₂带入公式(2)中。因为这里θ值包括θ₁和θ₂，因此该θ值不确定，故将公式(2)式中θ用θ_x代替，即在本实施例中，θ_x为θ₁或θ₂。最后可通过计算得到两个角度：

得θ₃、θ₄＝arcsin(n/b)

其中

或

其中，定义角度θ₃处的电压值呈上升趋势，定义角度θ₄处的电压值呈下降趋势。此时再读取t时刻后面多个数值，进行比较，从而确认t时刻霍尔元件B输出的电压值大小的变化趋势。

当t时刻霍尔元件B输出的电压呈上升趋势时：

当t时刻霍尔元件B输出的电压呈下降趋势时：

最终可确定相位差

的值，从而确定U_A、U_B的表达式。

在本实施例中，公式(3)(4)中的θ_x可能为θ₁，也可能为θ₂。由t时刻霍尔元件A输出的电压的变化趋势来确定。

如图7所示，为幅值、相位差检测的流程图。

在步骤S21中，实时采集永磁电机中动子在运动时2组霍尔元件输出的1对第二电压信号；

具体为实时采集永磁电机中动子在运动时2组霍尔元件输出的1对电压信号。

在步骤S22中，根据所述步骤S12、步骤S13得到的幅值、相位差以及实时采集的1对第二电压信号的值，通过角度解算算法计算得到永磁电机动子的位置。

具体为根据得到的幅值、相位差以及实时获得的1对电压信号值，通过角度解算算法计算得到永磁电机动子的位置。

选取任意时刻，读取与任意时刻相对应的霍尔元件输出电压信号的数值，并将数值代入所述公式中，根据正弦函数的性质求出对应的角度，再通过筛选得到永磁电机动子的位置。

在本实施例中，霍尔元件安装间隔非90°情况下，提出一种新的解算位置的方法。

在已知霍尔元件A、B输出的电压信号的表达式的基础上，要解算出任意时刻电机动子转过的角度。假定在p时刻，电机动子转过的角度为θ₅(图未示出)，θ₅处对应的霍尔元件输出数据U_A1、U_B1的值为U_α、U_β。

如下所述，第(1)种、第(2)种是特殊情况，即选取的是电压信号中的最大值；第(3)种是普遍情况，即选取的是电压信号中除了最大值的任一数值，具体为：

(1)如图4所示，U_A1为霍尔元件A输出的电压信号，此时根据筛选得到U_α为电压信号U_A1中的最大值，即θ₅处对应的U_α为U_A1中的最大值。

在P时刻，如果θ₅处对应的U_α为U_A1中的最大值时，根据公式U_α＝asinθ就可求出两个角度θ₆、θ₇。此时会有θ₆＝θ₇。同时，可确定θ₅＝θ₆＝θ₇，动子转过的角度θ₅也可求出。

(2)如图5所示，U_B1为霍尔元件B输出的电压信号，此时根据筛选得到U_β为电压信号U_B1中的最大值，即θ₅处对应的U_β为U_B1中的最大值。

在P时刻，如果θ₅处对应的U_β为U_B1中的最大值时，根据公式

就可求出两个角度θ₈、θ₉。此时会有θ₈＝θ₉。同时，可确定θ₅＝θ₈＝θ₉，动子转过的角度θ₅也可求出。

(3)如图6所示，U_A1为霍尔元件A输出的电压信号，U_B1为霍尔元件B输出的电压信号。U_α为电压信号U_A1中的某一数值，U_β为电压信号U _B1中的某一数值。

当U_α、U_β均不是U_A1、U_B1中的最大值，则在P时刻，根据U_α＝asinθ，可求出两个角度θ₆、θ₇，此时θ₆≠θ₇；根据

可求出两个角度θ₈、θ₉，此时θ₈≠θ₉。而在这四个角度中必有两个角度是相等的，相等的两个角度与电机动子转过的角度相等。如图6所示，θ₆与θ₈在t时刻相等，即电机动子在t时刻转过的角度θ₅＝θ₆＝θ₈。

如图8所示，为解算角度的流程图。

注：本方法主要考虑霍尔元件安装在非90°相位差的情况，但通过实际的计算，此方法在霍尔原件相位差相差180°的时候无法使用，所以安装时应避免两个霍尔元件相位差相差180°。

需要说明的是，本实施例的流程为：

前期预学习，确定幅值和相位差的数据。在第一次安装或者需要重新修正确定时运行，平时正常工作时是不需要运行的；

平常运行时，根据已有的相位差、幅值，通过本实施例的位置解算方法进行计算。值得注意的是，在平常运行时不需要计算幅值和相位差，可直接采用已得到的幅值和相位差。

在本实施例提出的位置检测方案中，基于双霍尔元件的解算方法，具有以下优点：

1)在安装上不需要强制两组线性霍尔元件相差90度电角度，安装位置更具灵活性，可以适用于更多结构种类，且降低了对安装时定位的工艺要求。

2)当电机的极距改变时，因不必要约束霍尔元件在90度电角度相位差的位置，不需要改变霍尔元件的位置，仅需在软件中根据实际电角度相位差做调整就可以适用于新极距的电机，可以减少检测模块的种类，大幅度降低成本，提升性价比。

实施例二

本实施例提供一种用于永磁电机位置检测的系统，如图9所示，包括：

离线模块、在线模块；

所述离线模块，用于通过离线训练确定信号的幅值与相位差；

所述在线模块，用于通过在线计算得到永磁电机动子的位置；

所述离线模块包括：

第一采集模块，用于采集永磁电机中动子在运动时数个霍尔元件输出的第一电压信号；

第一计算模块，用于将所述采集到的数个霍尔元件输出的第一电压信号通过计算得到与数个霍尔元件输出第一电压信号相对应的幅值；

第二计算模块，用于读取与所述时刻相对应的数个霍尔元件输出第一电压信号的数值，再经过计算得到与所述读取的数值相对应的数个角度，根据每个角度处于上升或下降的趋势得到数个霍尔元件输出第一电压信号的相位差；

所述在线模块包括：

第二采集模块，用于实时采集永磁电机中动子在运动时数个霍尔元件输出的第二电压信号；

第三计算模块，用于根据所述得到的幅值、相位差以及第二采集模块实时采集的第二电压信号，通过角度解算算法计算得到永磁电机动子的位置。

进一步的，所述第一采集模块中，所述数个霍尔元件包括霍尔元件A、霍尔元件B，所述采集的第一电压信号包括霍尔元件A正转和反转的第一电压信号U_A1、U_A2、霍尔元件B正转和反转的第一电压信号U_B1、U_B2。

进一步的，所述第一计算模块中，计算得到的幅值具体为通过筛选分别得到霍尔元件A正转和反转的第一电压信号U_A1、U_A2中的数值，再将所述筛选出的数值求平均，得到霍尔元件A输出正弦信号的幅值；

通过筛选分别得到霍尔元件B正转和反转的第一电压信号U_B1、U_B2中的数值，再将所述筛选出的数值求平均，得到霍尔元件B输出正弦信号的幅值。

进一步的，所述第二计算模块中，根据公式U_A＝asinθ、

计算得到第一电压信号的相位差；

其中，U_A表示霍尔元件A输出的第一电压信号；U_B表示霍尔元件B输出的第一电压信号；a表示霍尔元件A输出正弦信号的幅值；b表示霍尔元件B输出正弦信号的幅值；θ表示读取的数值相对应的角度；

表示霍尔元件A输出正弦信号与霍尔元件B输出正弦信号的相位差。

进一步的，所述第三计算模块具体为选取任意时刻，读取所述与任意时刻相对应的霍尔元件输出第二电压信号的数值，并将所述数值代入所述公式U_A＝asinθ、

中，再通过筛选得到永磁电机动子的位置。

需要说明的是，本实施例提供的一种用于永磁电机位置检测的系统与实施例一类似，在此不多做赘述。

目前类似的检测方法都是基于两个相差半个极距的霍尔元件产生相位差为90°的正弦信号来解算。但实际中，可能出现空间很小不足以使两个霍尔元件相差半个极距的情况。目前类似的检测方法都需要两组测量出的图像幅值相等，但幅值会受到安装位置、谐波的影响，若要使其相等，会加大工作量。针对实际的需求以及以上方案的不足，本实施例提出一种基于双霍尔元件的位置检测系统，当霍尔元件的安装很难使电角度相差90°时，可以选择随意位置安装霍尔元件(电角度相差180°、360°除外)，最终求出电机动子的位置。同时，不需要霍尔元件检测出的图像幅值相等，有更好的适用性并且更加简便。

与现有技术相比，本实施例具有以下优点：

1)在安装上不需要强制两组线性霍尔元件相差90度电角度，安装位置更具灵活性，可以适用于更多结构种类，且降低了对安装时定位的工艺要求。

2)当电机的极距改变时，因不必要约束霍尔元件在90度电角度相位差的位置，不需要改变霍尔元件的位置，仅需在软件中根据实际电角度相位差做调整就可以适用于新极距的电机，可以减少检测模块的种类，大幅度降低成本，提升性价比。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (6)

1.一种用于永磁电机位置检测的方法，其特征在于，包括步骤：

S1.通过离线训练确定信号的幅值与相位差；

S2.通过在线计算得到永磁电机动子的位置；

所述步骤S1包括：

S11.采集横跨数个永磁体极距周期的永磁电机中动子在运动时2组霍尔元件输出的第一电压信号；

S12.将所述采集到的2组霍尔元件输出的第一电压信号通过计算得到与2组霍尔元件输出第一电压信号相对应的2个正弦或余弦波形的幅值；

S13.读取与时刻相对应的2组霍尔元件输出第一电压信号的数值，再经过计算得到与所述读取的数值相对应的数个角度，根据每个角度处于上升或下降的趋势得到2组霍尔元件输出第一电压信号的相位差；

所述步骤S13中，根据公式U_A=asinθ、U_B=bsin(θ＋φ)计算得到第一电压信号的相位差；

其中，U_A表示霍尔元件A输出的第一电压信号；U_B表示霍尔元件B输出的第一电压信号；a表示霍尔元件A输出正弦信号的幅值；b表示霍尔元件B输出正弦信号的幅值；θ表示读取的数值相对应的角度；φ表示霍尔元件A输出正弦信号与霍尔元件B输出正弦信号的相位差；所述步骤S2包括：

S21.实时采集永磁电机中动子在运动时2组霍尔元件输出的1对第二电压信号；

S22.根据所述步骤S12、步骤S13得到的幅值、相位差以及步骤S21实时采集的1对第二电压信号的值，通过角度解算算法计算得到永磁电机动子的位置；

所述步骤S22具体为选取任意时刻，读取与任意时刻相对应的霍尔元件输出第二电压信号的数值，并将数值代入公式U_A=asinθ、U_B=bsin(θ＋φ)中，再通过筛选得到永磁电机动子的位置。

2.根据权利要求1所述的一种用于永磁电机位置检测的方法，其特征在于，所述步骤S11中，所述2组霍尔元件包括霍尔元件A、霍尔元件B，所述采集的第一电压信号包括霍尔元件A正转和反转的第一电压信号U_A1、U_A2、霍尔元件B正转和反转的第一电压信号U_B1、U_B2。

3.根据权利要求2所述的一种用于永磁电机位置检测的方法，其特征在于，所述步骤S12中，计算得到的2个幅值具体为通过筛选分别得到霍尔元件A正转和反转的第一电压信号U_A1、U_A2中的数值，再将所述筛选出的数值求平均，得到霍尔元件A输出正弦信号的幅值；

通过筛选分别得到霍尔元件B正转和反转的第一电压信号U_B1、U_B2中的数值，再将所述筛选出的数值求平均，得到霍尔元件B输出正弦信号的幅值。

4.一种用于永磁电机位置检测的系统，其特征在于，包括：离线模块、在线模块；

所述离线模块，用于通过离线训练确定信号的幅值与相位差；

所述在线模块，用于通过在线计算得到永磁电机动子的位置；

所述离线模块包括：

第一采集模块，用于采集横跨数个永磁体极距周期的永磁电机中动子在运动时2组霍尔元件输出的第一电压信号；

第一计算模块，用于将所述采集到的2组霍尔元件输出的第一电压信号通过计算得到与2组霍尔元件输出第一电压信号相对应的2个正弦或余弦波形的幅值；

第二计算模块，用于读取与时刻相对应的2组霍尔元件输出第一电压信号的数值，再经过计算得到与所述读取的数值相对应的数个角度，根据每个角度处于上升或下降的趋势得到2组霍尔元件输出第一电压信号的相位差；

所述第二计算模块中，根据公式U_A=asinθ、U_B=bsin(θ＋φ)计算得到第一电压信号的相位差；

其中，U_A表示霍尔元件A输出的第一电压信号；U_B表示霍尔元件B输出的第一电压信号；a表示霍尔元件A输出正弦信号的幅值；b表示霍尔元件B输出正弦信号的幅值；θ表示读取的数值相对应的角度；φ表示霍尔元件A输出正弦信号与霍尔元件B输出正弦信号的相位差

所述在线模块包括：

第二采集模块，用于实时采集永磁电机中动子在运动时2组霍尔元件输出的1对第二电压信号；

第三计算模块，用于根据所述第一计算模块、第二计算模块得到的幅值、相位差以及第二采集模块实时采集的1对第二电压信号，通过角度解算算法计算得到永磁电机动子的位置；

所述第三计算模块具体为选取任意时刻，读取与任意时刻相对应的霍尔元件输出第二电压信号的数值，并将数值代入公式U_A=asinθ、U_B=bsin(θ＋φ)中，再通过筛选得到永磁电机动子的位置。

5.根据权利要求4所述的一种用于永磁电机位置检测的系统，其特征在于，所述第一采集模块中，所述2组霍尔元件包括霍尔元件A、霍尔元件B，所述采集的第一电压信号包括霍尔元件A正转和反转的第一电压信号U_A1、U_A2、霍尔元件B正转和反转的第一电压信号U_B1、U_B2。

6.根据权利要求5所述的一种用于永磁电机位置检测的系统，其特征在于，所述第一计算模块中，计算得到的2个幅值具体为通过筛选分别得到霍尔元件A正转和反转的第一电压信号U_A1、U_A2中的数值，再将所述筛选出的数值求平均，得到霍尔元件A输出正弦信号的幅值；

通过筛选分别得到霍尔元件B正转和反转的第一电压信号U_B1、U_B2中的数值，再将所述筛选出的数值求平均，得到霍尔元件B输出正弦信号的幅值。

Images