CN111682706B - 霍尔传感装置、永磁电机及foc控制角的检测方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种霍尔传感装置、永磁电机及FOC控制角的检测方法，霍尔传感装置应用于永磁电机中，包括：霍尔板，包括相对的第一面和第二面；多个线性霍尔传感器中的第一线性霍尔和第二线性霍尔设置在第一面上，第一线性霍尔和第二线性霍尔位于同一圆的圆弧上，多个线性霍尔传感器中的第三线性霍尔和第四线性霍尔设置在第二面，且分别与第一线性霍尔和第二线性霍尔关于霍尔板镜像对称。采用此种方式将线性霍尔设置在霍尔板上，安装简单方便，且有利于校准安装偏差，从而能够保证对永磁电机的转子位置的精准检测。

Description

霍尔传感装置、永磁电机及FOC控制角的检测方法
技术领域
本申请涉及电机技术领域，具体而言，涉及一种霍尔传感装置、永磁电机及FOC控制角的检测方法。
背景技术
基于永磁同步电机的特性，适合对其采用FOC(Field-Oriented Control，磁场定向控制)技术进行控制。而电机的转子位置和旋转方向的准确性，是精准实现对电机的FOC控制的要素。而目前确定电机的转子位置和旋转方向的普遍方式为：在转子上加装旋转变压器。但是旋转变压器结构复杂，不同电机转轴要配备不同的旋转变压器，安装难度较大，且对转子位置的检测还需要价格昂贵的解码芯片，成本很高。
基于此，在一些专利文献中记载了通过采用线性霍尔传感器以实现对电机的转子位置的检测，具体的：将第三线性霍尔与第一线性霍尔相差n×360°+180°的电角度进行安装，将第四线性霍尔与第二线性霍尔相差n×360°+180°的电角度进行安装，从而实现转子位置的检测。然而两个线性霍尔在机械安装上很难实现准确的电角度差，因此在安装时存在很大的难度。由于安装误差的存在，此种方式在实际应用中较难实现对电机的转子位置的准确检测，且安装不便。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种霍尔传感装置、永磁电机及FOC控制角的检测方法，以简便的方式实现对电机的转子位置的准确检测。
为了实现上述目的，本申请的实施例通过如下方式实现：
第一方面，本申请实施例提供一种霍尔传感装置，应用于永磁电机中，包括：霍尔板，包括相对的第一面和第二面；多个线性霍尔传感器中的第一线性霍尔和第二线性霍尔设置在所述第一面上，所述第一线性霍尔和所述第二线性霍尔位于同一圆的圆弧上，多个线性霍尔传感器中的第三线性霍尔和第四线性霍尔设置在所述第二面，且分别与所述第一线性霍尔和所述第二线性霍尔关于所述霍尔板镜像对称。
在本申请实施例中，通过将第一线性霍尔和第二线性霍尔设置在霍尔板的第一面上，第三线性霍尔和第四线性霍尔设置在霍尔板的第二面上，第一线性霍尔和第二线性霍尔位于同一圆的圆弧上，第三线性霍尔与第一线性霍尔关于霍尔板镜像对称，第四线性霍尔和第二线性霍尔关于霍尔板镜像对称。采用此种方式将线性霍尔设置在霍尔板上，安装简单方便，且有利于校准安装偏差，从而能够保证对永磁电机的转子位置的精准检测。
结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述第一线性霍尔和所述第二线性霍尔之间的中心线机械夹角为
Figure BDA0002558540510000021
其中，N表示欲安装所述霍尔传感装置的永磁电机的极对数。
在该实现方式中，通过将第一线性霍尔和第二线性霍尔之间的中心线机械夹角设定为
Figure BDA0002558540510000022
N表示欲安装霍尔传感装置的永磁电机的极对数。霍尔传感装置通过设定不同的中心线机械夹角，从而使得霍尔传感装置能够应用在多种不同极对数的永磁电机中。而通过设定第一线性霍尔和第二线性霍尔之间的中心线机械夹角设定为
Figure BDA0002558540510000023
有利于使线性霍尔输出的电压信号分别为角度偏移180°的正弦信号和余弦信号，有利于校正偏差，从而实现对永磁电机的转子位置和旋转方向的精准检测。
结合第一方面，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述霍尔板的中心与所述圆弧所在的圆心重合。
在该实现方式中，将霍尔板的中心与圆弧(即第一线性霍尔和第二线性霍尔的圆弧，也可以为第三线性霍尔和第四线性霍尔的圆弧)所对应的圆心重合，从而能够尽可能减小安装偏差，且有利于简单地获取准确的电压信号，从而精准地实现对电机转子位置的检测。
第二方面，本申请实施例提供一种永磁电机，包括：定子；转子，设置于所述定子包绕的范围内；第一方面或第一方面的可能的实现方式中任一项所述的霍尔传感装置，设置在所述定子上，且所述霍尔板与所述转子同心设置，所述转子的轴线垂直于所述霍尔板所在平面。
在本申请实施例中，通过将霍尔传感装置设置在定子上，所述霍尔板与转子同心设置，转子的轴线垂直于霍尔板所在平面。这样的永磁电机在实际的组装过程中，在安装霍尔传感装置时非常方便，且能够尽可能减小误差，并有利于实现偏差校正和电机的转子位置检测。
结合第二方面，在第二方面的第一种可能的实现方式中，所述永磁电机还包括：感应磁环，环绕设置于所述转子上。
在该实现方式中，将感应磁环环绕设置于转子上，可以保证线性霍尔输出的电压信号为正弦信号和余弦信号，从而便于实现对电机的转子位置的准确检测。
结合第二方面的第一种可能的实现方式，在第二方面的第二种可能的实现方式中，所述感应磁环的极对数与所述转子的极对数一致。
在该实现方式中，感应磁环的极对数设置为与转子的极对数一致，可以作为线性霍尔输出角度偏移180°的正弦信号和余弦信号的实现基础，从而有利于校正偏差，实现对永磁电机的转子位置和旋转方向的精准检测。
第三方面，本申请实施例提供一种霍尔传感装置的设置方法，包括：确定出第一方面或第一方面的可能的实现方式中任一项所述的霍尔传感装置中所述霍尔板的中心，以及，确定出永磁电机中转子的轴线；将所述霍尔板设置在所述永磁电机中的定子上，以使所述霍尔板的中心位于所述转子的轴线上，所述转子的轴线垂直于所述霍尔板所在平面。
在本申请实施例中，通过这种方式将霍尔传感装置安装在永磁电机中，可以通过霍尔传感装置中每个线性霍尔输出的电压信号实现偏差校正、直流偏置的误差校正等，从而准确检测永磁电机的转子位置。
第四方面，本申请实施例提供一种FOC控制角的检测方法，用于对第二方面的第一种可能的实现方式或第二方面的第二种可能的实现方式所述的永磁电机的FOC控制角检测，包括：获得每个所述线性霍尔传感器输出的模拟信号，其中，所述第一线性霍尔的第一模拟信号为正弦信号，所述第二线性霍尔的第二模拟信号为余弦信号，所述第三线性霍尔的第三模拟信号为与所述第一模拟信号相差180°的正弦信号，所述第四线性霍尔的第四模拟信号为与所述第二模拟信号相差180°的余弦信号；根据所述第一模拟信号、所述第二模拟信号、所述第三模拟信号和所述第四模拟信号，确定出所述永磁电机中所述转子相对于所述霍尔传感装置的角度，以实现对所述永磁电机的FOC控制角检测。
在本申请实施例中，通过获取每个线性霍尔传感器输出的模拟信号(分别为相差180°的正弦信号和相差180°的余弦信号)，确定出永磁电机中转子相对于霍尔传感装置的角度，这样有利于采取较为简单的方式消除安装误差，且便于准确实现对永磁电机的FOC控制角检测。
结合第四方面，在第四方面的第一种可能的实现方式中，所述根据所述第一模拟信号、所述第二模拟信号、所述第三模拟信号和所述第四模拟信号，确定出所述永磁电机中所述转子相对于所述霍尔传感装置的角度，包括：根据所述第一模拟信号、所述第二模拟信号、所述第三模拟信号和所述第四模拟信号，确定出所述霍尔传感装置的直流偏置；根据所述第一模拟信号、所述第二模拟信号和所述直流偏置，确定出所述转子相对于所述霍尔传感装置的角度，或者，根据所述第三模拟信号、所述第四模拟信号和所述直流偏置，确定出所述转子相对于所述霍尔传感装置的角度。
在该实现方式中，通过确定出霍尔传感装置的直流偏置，可以进一步结合第一模拟信号、第二模拟信号及直流偏置确定出转子相对于霍尔传感装置的角度，从而得到转子位置，或者结合第三模拟信号、第四模拟信号及直流偏置确定出转子相对于霍尔传感装置的角度。这样的方式可以简单准确地确定出转子相对于霍尔传感装置的角度，实现对永磁电机的FOC控制角检测。
结合第四方面，在第四方面的第二种可能的实现方式中，在所述根据所述第一模拟信号、所述第二模拟信号、所述第三模拟信号和所述第四模拟信号，确定出所述永磁电机中所述转子相对于所述霍尔传感装置的角度之前，所述方法还包括：获取所述定子与所述霍尔传感装置之间的角度偏差，其中，所述角度偏差为基于预设的全桥逆变电路对所述永磁电机进行测试而确定出；对应的，所述根据所述第一模拟信号、所述第二模拟信号、所述第三模拟信号和所述第四模拟信号，确定出所述永磁电机中所述转子相对于所述霍尔传感装置的角度，包括：根据所述第一模拟信号、所述第二模拟信号、所述第三模拟信号和所述第四模拟信号，确定出所述转子相对于所述霍尔传感装置的待定角度；根据所述待定角度和所述角度偏差，确定出所述转子相对于所述霍尔传感装置的角度。
在该实现方式中，通过在获取定子与霍尔传感装置之间的角度偏差，而后对确定出地转子相对于霍尔传感装置的待定角度进行偏差校准，从而可以进一步提升确定的转子相对于霍尔传感装置的角度的准确性，保证对永磁电机的FOC控制角检测的准确性。
第五方面，本申请实施例提供一种FOC控制角的检测装置，用于对第二方面的第一种可能的实现方式或第二方面的第二种可能的实现方式所述的永磁电机的FOC控制角检测，包括：模拟信号获得模块，用于获得每个所述线性霍尔传感器输出的模拟信号，其中，所述第一线性霍尔的第一模拟信号为正弦信号，所述第二线性霍尔的第二模拟信号为余弦信号，所述第三线性霍尔的第三模拟信号为与所述第一模拟信号相差180°的正弦信号，所述第四线性霍尔的第四模拟信号为与所述第二模拟信号相差180°的余弦信号；FOC控制角检测模块，用于根据所述第一模拟信号、所述第二模拟信号、所述第三模拟信号和所述第四模拟信号，确定出所述永磁电机中所述转子相对于所述霍尔传感装置的角度，以实现对所述永磁电机的FOC控制角检测。
第六方面，本申请实施例提供一种存储介质，所述存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如第四方面或第四方面的可能的实现方式中任一项所述的FOC控制角的检测方法。
第七方面，本申请实施例提供一种主控设备，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储包括程序指令的信息，所述处理器用于控制程序指令的执行，所述程序指令被处理器加载并执行时，实现第四方面或第四方面的可能的实现方式中任一项所述的FOC控制角的检测方法。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的一种霍尔传感装置的结构示意图。
图2为本申请实施例提供的一种霍尔传感装置的设置方法的流程图。
图3为本申请实施例提供的一种安装霍尔传感装置的永磁电机的示意图。
图4为本申请实施例提供的一种霍尔传感装置与定子相对位置关系的示意图。
图5为本申请实施例提供的一种永磁电机中霍尔传感装置输出的电压信号的示意图。
图6为本申请实施例提供的一种FOC控制角的检测方法的流程图。
图7为本申请实施例提供的一种全桥逆变电路的示意图。
图8为本申请实施例提供的一种FOC控制角的检测装置的结构框图。
图9为本申请实施例提供的一种主控设备的结构框图。
图标：100-霍尔传感装置；110-霍尔板；120-线性霍尔传感器；121-第一线性霍尔；122-第二线性霍尔；123-第三线性霍尔；124-第四线性霍尔；200-永磁电机；210-定子；220-转子；230-感应磁环；300-FOC控制角的检测装置；310-模拟信号获得模块；320-FOC控制角检测模块；400-主控设备；410-存储器；420-通信模块；430-总线；440-处理器。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
为了实现对永磁电机的FOC控制，本申请实施例提供一种应用于永磁电机的霍尔传感装置，实现对永磁电机的FOC控制角的准确检测，从而保证对永磁电机的FOC控制的准确性。
请参阅图1，图1为本申请实施例提供的一种霍尔传感装置100的结构示意图。霍尔传感装置100可以包括：霍尔板110和多个线性霍尔传感器120。
在本实施例中，霍尔板110可以包括相对的第一面和第二面，霍尔板110(即一种基于霍尔效应制作的磁场传感器)的形状不作限定，例如可以为圆形、方形等，可以根据实际需要中的安装需求而选取，此处不作限定。
在本实施例中，为了便于线性霍尔传感器120的安装，使得霍尔传感装置100能够便捷地校正安装偏差(由线性霍尔传感器120的安装引起)，以实现对应用了霍尔传感装置100的永磁电机的FOC控制角的准确检测，多个线性霍尔传感器120可以采用以下方式安装在霍尔板110上：
示例性的，多个线性霍尔传感器120可以包括第一线性霍尔121、第二线性霍尔122、第三线性霍尔123和第四线性霍尔124。第一线性霍尔121和第二线性霍尔122可以设置在霍尔板110的第一面上，并且，第一线性霍尔121和第二线性霍尔122位于同一圆的圆弧上(例如以霍尔板110的中心为圆心的同一直径的圆的圆弧上)，而第三线性霍尔123和第四线性霍尔124可以设置在霍尔板110的第二面上，且第三线性霍尔123和第四线性霍尔124在第二面上的位置分别与第一线性霍尔121和第二线性霍尔122关于霍尔板110镜像对称(第三线性霍尔123和第四线性霍尔124也位于该圆的圆弧上)。
采用此种方式将多个线性霍尔传感器120设置在霍尔板110上，可以使得霍尔传感装置100应用于永磁电机中时能够准确检测永磁电机的转子位置，安装简单方便，且有利于校准安装偏差，从而能够保证对永磁电机的转子位置的精准检测。
由于永磁电机具有多种类型，例如包括2对磁极的永磁电机，包括3对磁极的永磁电机，包括4对磁极的永磁电机等。而为了在保证安装简便且准确检测电机中转子位置的条件下，使得霍尔传感装置100能够差异化地应用于不同类型的永磁电机中，第一线性霍尔121和第二线性霍尔122之间的中心线机械夹角可以设定为
Figure BDA0002558540510000081
其中，N表示欲安装霍尔传感装置100的永磁电机的极对数。例如，永磁电机的极对数为3，那么，第一线性霍尔121和第二线性霍尔122之间的中心线机械夹角为30°；永磁电机的极对数为4，那么，第一线性霍尔121和第二线性霍尔122之间的中心线机械夹角为22.5°。
需要说明的是，第一线性霍尔121和第二线性霍尔122之间的中心线机械夹角设定为
Figure BDA0002558540510000091
表示第三线性霍尔123和第四线性霍尔124之间的中心线机械夹角也为
Figure BDA0002558540510000092
以及，中心线机械夹角的具体角度，不限定于
Figure BDA0002558540510000093
也可以为基于实际需要中为实现对转子位置准确检测的其他角度，此处不做赘述。另外，多个线性霍尔传感器120的具体数量，也不限定于4个，还可以为其他个数，例如8个，此处不作限定。
霍尔传感装置100通过设定不同的中心线机械夹角，从而使得霍尔传感装置100能够应用在多种不同极对数的永磁电机中。而通过设定第一线性霍尔121和第二线性霍尔122之间的中心线机械夹角设定为
Figure BDA0002558540510000094
有利于使线性霍尔输出的电压信号分别为角度偏移180°的正弦信号和余弦信号，有利于校正偏差，从而实现对永磁电机的转子位置和旋转方向的精准检测。
另外，图1中第一线性霍尔121和第二线性霍尔122，与第三线性霍尔123和第四线性霍尔124在图1中位于霍尔板110的不同面上同一位置，此处不作限定。
为了准确检测永磁电机的转子位置，可以将霍尔传感装置100安装在永磁电机中，请参阅图2，图2为本申请实施例提供的一种霍尔传感装置100的设置方法的流程图。霍尔传感装置100的设置方法可以包括步骤S11和步骤S12。
在本实施例中，在需要将霍尔传感装置100安装在永磁电机中时，可以执行步骤S11。
步骤S11：确定出霍尔传感装置中霍尔板的中心，以及，确定出永磁电机中转子的轴线。
在本实施例中，为了保证对永磁电机中转子位置的检测的准确性，可以确定出霍尔传感装置100中霍尔板110的中心和永磁电机中转子的轴线。
确定出霍尔板110的中心和转子的轴线后，可以执行步骤S12。
步骤S12：将霍尔板设置在永磁电机中的定子上，以使霍尔板的中心位于转子的轴线上，转子的轴线垂直于霍尔板所在平面。
在本实施例中，可以将霍尔板110设置在永磁电机中的定子上(需要说明的是，此处的将霍尔板110设置在定子上，并非要求霍尔板110与定子必须相互接触，而是需要霍尔板110与定子之间的位置相对固定)，而霍尔板110上的多个线性霍尔传感器120的位置所在的圆弧对应的圆的直径可以大于定子的磁极所表示的范围的直径(例如线性霍尔传感器120中的第一线性霍尔121与该范围的边界相距h1)，但不限定于此。并且，磁极所在范围、霍尔板110、多个线性霍尔传感器120的位置所在的圆弧对应的圆，三者同心。
通过这样的方式将霍尔传感装置100设置在永磁电机中，可以基于每个线性霍尔输出的电压信号实现对永磁电机的偏差校正、直流偏置的误差校正等，从而准确检测永磁电机的转子位置。
本申请实施例还提供一种安装有霍尔传感装置100的永磁电机200，请参阅图3和图4，图3为本申请实施例提供的一种安装霍尔传感装置100的永磁电机200的示意图，图4为本申请实施例提供的一种霍尔传感装置与定子相对位置关系的示意图。
在本实施例中，永磁电机200可以包括：定子210、转子220和霍尔传感装置100，转子220可以设置于定子210包绕的范围内(可参阅现有技术中转子220和定子210的相对设置关系，此处不作限定)，而霍尔传感装置100可以设置在定子210上，且霍尔板110与转子220同心。因此，转子220的轴线可以垂直于霍尔板110所在平面。示例性的，霍尔板110上的多个线性霍尔传感器120的位置所在的圆弧对应的圆的直径可以大于定子210的磁极所表示的范围的直径，例如图3中所示的h1和h2，h1和h2分别表示第一线性霍尔121和第二线性霍尔122各自与永磁电机200中磁极所在的范围边界(即图3中的圆圈)之间的距离，同理，h3和h4(图3中未示出)分别表示第三线性霍尔123和第四线性霍尔124各自与该范围边界之间的距离。
示例性的，设置在定子210上的霍尔传感装置100中第二线性霍尔122的中心线(线性霍尔传感器120具有一定的尺寸，该中心线即线性霍尔传感器120的中心线)可以与转子220磁钢(即一个磁极所表示的范围，在实际中表现为一个磁钢)的径向对称线重合，第一线性霍尔121的中心线可以与该转子220磁钢和与之相邻的转子220磁钢的对称线重合。这样第一线性霍尔121和第二线性霍尔122之间的电角度即相差90°，使得霍尔传感装置100中的线性霍尔传感器120输出电压为正弦信号和余弦信号(例如第一线性霍尔121输出正弦信号，则第二线性霍尔122输出余弦信号)。霍尔传感装置100中的线性霍尔传感器120输出的电压信号(线性霍尔输出的角度偏移180°的正弦信号和余弦信号)可以参阅图5。
采用这样的方式将霍尔传感装置100设置在永磁电机200中，可以使得永磁电机200在实际的组装过程中，安装霍尔传感装置100时非常方便，且能够尽可能减小误差，并有利于实现偏差校正和电机的转子位置检测。
在本实施例中，永磁电机200还可以包括环绕设置于转子220上的感应磁环230，感应磁环230可以轴向充磁，以保证线性霍尔输出的电压信号为正弦信号和余弦信号，从而便于实现对电机的转子位置的准确检测。
示例性的，感应磁环230的极对数可以与转子220的极对数一致(例如，转子220的极对数为4，那么感应磁环230的极对数也为4)，从而可以作为实现线性霍尔输出角度偏移180°的正弦信号和余弦信号的基础，从而有利于校正偏差，实现对永磁电机200的转子位置和旋转方向的精准检测。
基于本申请实施例提供的安装有霍尔传感装置100的永磁电机200，本申请实施例还提供一种FOC控制角的检测方法，以实现对安装有霍尔传感装置100的永磁电机200进行FOC控制角的检测。在本实施例中，可以利用主控设备对永磁电机200进行FOC控制。示例性的，主控设备可以为结合有三相全桥逆变器的控制设备，也可以为其他类型的主控设备(例如结合其他基于三相拓扑结构的逆变器的控制设备)，此处不作限定。本实施例中将以采用三相全桥逆变器控制永磁电机200的方式为例进行介绍。
请参阅图6，图6为本申请实施例提供的一种FOC控制角的检测方法的流程图。FOC控制角的检测方法可以包括步骤S21和步骤S22。
在本实施例中，为了对永磁电机200的FOC控制角进行检测，主控设备(例如结合有三相全桥逆变器的控制设备)可以执行步骤S21。
步骤S21：获得每个线性霍尔传感器输出的模拟信号，其中，第一线性霍尔的第一模拟信号为正弦信号，第二线性霍尔的第二模拟信号为余弦信号，第三线性霍尔的第三模拟信号为与第一模拟信号相差180°的正弦信号，第四线性霍尔的第四模拟信号为与第二模拟信号相差180°的余弦信号。
在本实施例中，主控设备可以获得永磁电机200中每个线性霍尔传感器120输出的模拟信号。示例性的，如图5所示，模拟信号可以包括第一模拟信号、第二模拟信号、第三模拟信号和第四模拟信号。第一模拟信号(即图5中第一线性霍尔121输出的电压信号)为正弦信号，第二模拟信号(即图5中第二线性霍尔122输出的电压信号)为余弦信号，第三模拟信号(即图5中第三线性霍尔123输出的电压信号)为与第一模拟信号相差180°的正弦信号，第四模拟信号(即图5中第四线性霍尔124输出的电压信号)为与第二模拟信号相差180°的余弦信号。
获得永磁电机200中每个线性霍尔传感器120输出的模拟信号后，主控设备可以执行步骤S22。
步骤S22：根据第一模拟信号、第二模拟信号、第三模拟信号和第四模拟信号，确定出永磁电机中转子相对于霍尔传感装置的角度，以实现对永磁电机的FOC控制角检测。
在本实施例中，主控设备可以根据第一模拟信号、第二模拟信号、第三模拟信号和第四模拟信号，确定出永磁电机200中转子220相对于霍尔传感装置100的角度。
通过获取每个线性霍尔传感器120输出的模拟信号(分别为相差180°的正弦信号和相差180°的余弦信号)，确定出永磁电机中转子相对于霍尔传感装置的角度，这样有利于采取较为简单的方式消除安装误差，且便于准确实现对永磁电机200的FOC控制角检测。
示例性的，主控设备可以根据第一模拟信号、第二模拟信号、第三模拟信号和第四模拟信号，确定出霍尔传感装置100的直流偏置；并根据第一模拟信号、第二模拟信号和直流偏置，确定出转子220相对于霍尔传感装置100的角度，或者，根据第三模拟信号、第四模拟信号和直流偏置，确定出转子220相对于霍尔传感装置100的角度。
例如，三相全桥逆变器可以接收四个线性霍尔传感器120输出的模拟信号，经过调理电路，进入主控设备中MCU的AD采样口。四个线性霍尔传感器120输出四个模拟信号如图5所示(此处以H1、H2、H3和H4指代)，而转子220相对于霍尔传感装置100的角度为θ，转子220相对于定子210线圈的角度为
Figure BDA0002558540510000131
那么四个模拟信号可以表示为：
H1＝A×sin(θ)+B1，(1)
H2＝A×cos(θ)+B2，(2)
H3＝-A×sin(θ)+B3，(3)
H4＝-A×cos(θ)+B4，(4)
其中，A表示幅值，B1、B2、B3和B4分别为H1、H2、H3、H4中的直流偏置。
由于存在安装上的偏差，h1和h2、h3和h4的大小并不完全相同，导致B1、B2、B3和B4并不完全相等。为了减小误差，可以对B1、B2、B3和B4求均值，即，将式(1)、式(2)、式(3)和式(4)相加，得到：
Figure BDA0002558540510000141
而由式(1)和式(2)可得：
Figure BDA0002558540510000142
Figure BDA0002558540510000143
根据式(5)和式(6)，可得：
Figure BDA0002558540510000144
根据式(5)和式(7)，可得：
Figure BDA0002558540510000145
或者，由式(3)和式(4)可得：
Figure BDA0002558540510000146
Figure BDA0002558540510000147
根据式(10)和式(11)，可得：
Figure BDA0002558540510000148
根据式(5)和式(7)，可得：
Figure BDA0002558540510000149
由此，即可便捷地确定出永磁电机FOC控制的角度(即永磁电机200中转子220相对于霍尔传感装置100的角度)，从而可以实现对永磁电机的FOC控制角检测。需要说明的是，在实际应用的过程中，可以通过预先存储式(8)和式(9)，以及/或者，预先存储式(12)和式(13)，而不需要进行前述过程的推导，此处的推导过程主要是为了方便理解本方案，不应视为对本申请的限定。因此，采用预存关系式的方式，或者采用步步推进得到结果的方式，又或者其他类似的方式，均在本申请的保护范围内。
通过确定出霍尔传感装置的直流偏置，可以进一步结合第一模拟信号、第二模拟信号及直流偏置确定出转子相对于霍尔传感装置的角度，从而得到转子位置，或者结合第三模拟信号、第四模拟信号及直流偏置确定出转子相对于霍尔传感装置的角度。这样的方式可以简单准确地确定出转子相对于霍尔传感装置的角度，实现对永磁电机的FOC控制角检测。
在本实施例中，由于霍尔传感装置100与定子210之间还存在角度偏差，因此，为了进一步提升FOC控制角检测的准确性，主控设备可以在执行步骤S22之前，获取定子与霍尔传感装置之间的角度偏差。而获取角度偏差的方式，可以采用预设的全桥逆变电路对永磁电机进行测试而确定，而主控设备可以获取利用全桥逆变电路对永磁电机测试后得到的角度偏差。
示例性的，霍尔传感装置100安装于永磁电机200中时存在安装偏差(即表现为霍尔传感装置100与定子210之间的角度偏差)，霍尔传感装置100与定子线圈(即定子210)的角度偏差可以记为θ0。请参阅图7，图7为本申请实施例提供的一种全桥逆变电路的示意图。可以结合全桥逆变电路，采用离线测试的方式得到角度偏差θ0。具体的，主控设备中MCU可以连接仿真器，在线仿真，同时闭合开关管V1、V6、V2一段时间，此时电机会有抖动，待抖动基本稳定后(例如1秒)，可以得到一个角度值，该值即为角度偏差θ0，而主控设备可以获取测试得到的角度偏差θ0。当然，主控设备确定角度偏差θ0的方式并不限定于此，此处不应视为对本申请的限定。
对应的，步骤S22可以为：根据第一模拟信号、第二模拟信号、第三模拟信号和第四模拟信号，确定出转子相对于霍尔传感装置的待定角度；而后根据待定角度和角度偏差，确定出转子相对于霍尔传感装置的角度。
示例性的，确定转子220相对于霍尔传感装置100的待定角度的方式，可以参阅前文确定θ的方式(即式(1)至式(13)的过程)进行确定，此处不再赘述。
确定出待定角度θ和角度偏差θ0后，可以根据待定角度和角度偏差，确定出转子相对于霍尔传感装置的角度，即转子相对于霍尔传感装置的角度为θ-θ0。需要说明的是，确定待定角度θ和角度偏差θ0的顺序不作限定，可以先确定待定角度θ后确定角度偏差θ0，也可以先确定角度偏差θ0后确定待定角度θ，还可以同时确定待定角度θ和角度偏差θ0。
通过在获取定子与霍尔传感装置之间的角度偏差，而后对确定出的转子相对于霍尔传感装置的待定角度进行偏差校准，从而可以进一步提升确定的转子相对于霍尔传感装置的角度的准确性，保证对永磁电机的FOC控制角检测的准确性。
请参阅图8，图8为本申请实施例提供的一种FOC控制角的检测装置300的结构框图。
本申请实施例还提供一种FOC控制角的检测装置300，用于对永磁电机200的FOC控制角检测，包括：
模拟信号获得模块310，用于获得每个所述线性霍尔传感器输出的模拟信号，其中，所述第一线性霍尔的第一模拟信号为正弦信号，所述第二线性霍尔的第二模拟信号为余弦信号，所述第三线性霍尔的第三模拟信号为与所述第一模拟信号相差180°的正弦信号，所述第四线性霍尔的第四模拟信号为与所述第二模拟信号相差180°的余弦信号；
FOC控制角检测模块320，用于根据所述第一模拟信号、所述第二模拟信号、所述第三模拟信号和所述第四模拟信号，确定出所述永磁电机中所述转子相对于所述霍尔传感装置的角度，以实现对所述永磁电机的FOC控制角检测。
在本实施例中，所述FOC控制角检测模块320，还用于根据所述第一模拟信号、所述第二模拟信号、所述第三模拟信号和所述第四模拟信号，确定出所述霍尔传感装置的直流偏置；根据所述第一模拟信号、所述第二模拟信号和所述直流偏置，确定出所述转子相对于所述霍尔传感装置的角度，或者，根据所述第三模拟信号、所述第四模拟信号和所述直流偏置，确定出所述转子相对于所述霍尔传感装置的角度。
在本实施例中，所述FOC控制角的检测装置300还包括角度偏差获取模块，用于在所述FOC控制角检测模块320根据所述第一模拟信号、所述第二模拟信号、所述第三模拟信号和所述第四模拟信号，确定出所述永磁电机中所述转子相对于所述霍尔传感装置的角度之前，获取所述定子与所述霍尔传感装置之间的角度偏差，其中，所述角度偏差为基于预设的全桥逆变电路对所述永磁电机进行测试而确定出；对应的，所述FOC控制角检测模块320还用于根据所述第一模拟信号、所述第二模拟信号、所述第三模拟信号和所述第四模拟信号，确定出所述转子220相对于所述霍尔传感装置100的待定角度；根据所述待定角度和所述角度偏差，确定出所述转子220相对于所述霍尔传感装置100的角度。
请参阅图9，图9为本申请实施例提供的一种主控设备400的结构框图。
在本实施例中，主控设备400可以为电机控制器，例如结合有逆变器的主控设备、结合有三相全桥逆变器的主控设备等，此处不作限定。
示例性的，主控设备400可以包括：与外界连接的通信模块420、用于执行程序指令的一个或多个处理器440、总线430、不同形式的存储器410，例如，磁盘、ROM(Read-OnlyMemory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)，或其任意组合。其中，存储器410、通信模块420和处理器440之间通过总线430连接。
以及，主控设备400还可以包括逆变器，例如三相全桥逆变器，逆变器可以通过总线与存储器410、通信模块420、处理器440等连接。
示例性的，存储器410中存储有程序。处理器440可以从存储器410调用并运行这些程序，从而可以通过运行程序而执行FOC控制角的检测方法，以简便而精准地实现对永磁电机的FOC控制角检测。
以及，本申请实施例还提供一种存储介质，所述存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如本申请实施例中的FOC控制角的检测方法。
综上所述，本申请实施例提供一种霍尔传感装置、永磁电机及FOC控制角的检测方法，通过将第一线性霍尔和第二线性霍尔设置在霍尔板的第一面上，第三线性霍尔和第四线性霍尔设置在霍尔板的第二面上，第一线性霍尔和第二线性霍尔位于同一圆的圆弧上，第三线性霍尔与第一线性霍尔关于霍尔板镜像对称，第四线性霍尔和第二线性霍尔关于霍尔板镜像对称。采用此种方式将线性霍尔设置在霍尔板上，安装简单方便，且有利于校准安装偏差，从而能够保证对永磁电机的转子位置的精准检测。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个模块可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。再者，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种霍尔传感装置，其特征在于，应用于永磁电机中，包括：
霍尔板，包括相对的第一面和第二面；
多个线性霍尔传感器中的第一线性霍尔和第二线性霍尔设置在所述第一面上，所述第一线性霍尔和所述第二线性霍尔位于同一圆的圆弧上，多个线性霍尔传感器中的第三线性霍尔和第四线性霍尔设置在所述第二面，且分别与所述第一线性霍尔和所述第二线性霍尔关于所述霍尔板镜像对称；
其中，所述第一线性霍尔用于输出第一模拟信号，所述第一模拟信号为正弦信号，所述第二线性霍尔用于输出第二模拟信号，所述第二模拟信号为余弦信号，所述第三线性霍尔用于输出第三模拟信号，所述第三模拟信号为与所述第一模拟信号相差180°的正弦信号，所述第四线性霍尔用于输出第四模拟信号，所述第四模拟信号为与所述第二模拟信号相差180°的余弦信号，所述永磁电机中转子相对于所述霍尔传感装置的角度是根据所述第一模拟信号、所述第二模拟信号、所述第三模拟信号和所述第四模拟信号确定的，以实现对所述永磁电机的FOC控制角检测。
2.根据权利要求1所述的霍尔传感装置，其特征在于，所述第一线性霍尔和所述第二线性霍尔之间的中心线机械夹角为
Figure FDA0003286894340000011
其中，N表示欲安装所述霍尔传感装置的永磁电机的极对数。
3.根据权利要求1所述的霍尔传感装置，其特征在于，所述霍尔板的中心与所述圆弧所在的圆心重合。
4.一种永磁电机，其特征在于，包括：
定子；
转子，设置于所述定子包绕的范围内；
权利要求1至3中任一项所述的霍尔传感装置，设置在所述定子上，且所述霍尔板与所述转子同心设置，所述转子的轴线垂直于所述霍尔板所在平面。
5.根据权利要求4所述的永磁电机，其特征在于，所述永磁电机还包括：
感应磁环，环绕设置于所述转子上。
6.根据权利要求5所述的永磁电机，其特征在于，所述感应磁环的极对数与所述转子的极对数一致。
7.一种霍尔传感装置的设置方法，其特征在于，包括：
确定出权利要求1至3中任一项所述的霍尔传感装置中所述霍尔板的中心，以及，确定出永磁电机中转子的轴线；
将所述霍尔板设置在所述永磁电机中的定子上，以使所述霍尔板的中心位于所述转子的轴线上，所述转子的轴线垂直于所述霍尔板所在平面。
8.一种FOC控制角的检测方法，其特征在于，用于对权利要求5或6所述的永磁电机的FOC控制角检测，包括：
获得每个所述线性霍尔传感器输出的模拟信号，其中，所述第一线性霍尔的第一模拟信号为正弦信号，所述第二线性霍尔的第二模拟信号为余弦信号，所述第三线性霍尔的第三模拟信号为与所述第一模拟信号相差180°的正弦信号，所述第四线性霍尔的第四模拟信号为与所述第二模拟信号相差180°的余弦信号；
根据所述第一模拟信号、所述第二模拟信号、所述第三模拟信号和所述第四模拟信号，确定出所述永磁电机中所述转子相对于所述霍尔传感装置的角度，以实现对所述永磁电机的FOC控制角检测。
9.根据权利要求8所述的FOC控制角的检测方法，其特征在于，所述根据所述第一模拟信号、所述第二模拟信号、所述第三模拟信号和所述第四模拟信号，确定出所述永磁电机中所述转子相对于所述霍尔传感装置的角度，包括：
根据所述第一模拟信号、所述第二模拟信号、所述第三模拟信号和所述第四模拟信号，确定出所述霍尔传感装置的直流偏置；
根据所述第一模拟信号、所述第二模拟信号和所述直流偏置，确定出所述转子相对于所述霍尔传感装置的角度，或者，根据所述第三模拟信号、所述第四模拟信号和所述直流偏置，确定出所述转子相对于所述霍尔传感装置的角度。
10.根据权利要求8所述的FOC控制角的检测方法，其特征在于，在所述根据所述第一模拟信号、所述第二模拟信号、所述第三模拟信号和所述第四模拟信号，确定出所述永磁电机中所述转子相对于所述霍尔传感装置的角度之前，所述方法还包括：
获取所述定子与所述霍尔传感装置之间的角度偏差，其中，所述角度偏差为基于预设的全桥逆变电路对所述永磁电机进行测试而确定出；
对应的，所述根据所述第一模拟信号、所述第二模拟信号、所述第三模拟信号和所述第四模拟信号，确定出所述永磁电机中所述转子相对于所述霍尔传感装置的角度，包括：
根据所述第一模拟信号、所述第二模拟信号、所述第三模拟信号和所述第四模拟信号，确定出所述转子相对于所述霍尔传感装置的待定角度；
根据所述待定角度和所述角度偏差，确定出所述转子相对于所述霍尔传感装置的角度。
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