CN112152394A - 安装有pcb旋转变压器的轮毂电机及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于轮毂电机技术领域,具体涉及一种安装有PCB旋转变压器的轮毂电机及其工作方法,其中安装有PCB旋转变压器的轮毂电机包括:电机本体;PCB旋转变压器,所述PCB旋转变压器设置在所述电机本体上以更随电机本体转动,并且所述PCB旋转变压器适于将自身转动时产生的正弦和余弦信号解码后输出;控制模块,所述控制模块与所述PCB旋转变压器和电机本体电性连接,所述控制模块适于根据所述PCB旋转变压器发送的解码后的正弦和余弦信号获取电机本体的转速和位置,并且所述控制模块适于根据当前电机本体的转速和位置控制所述电机本体的转矩,以对电机本体进行矢量控制,实现了快速精确的对电机的转矩进行控制。
Description
技术领域
本发明属于轮毂电机技术领域,具体涉及一种安装有PCB旋转变压器的轮毂电机及其工作方法。
背景技术
传统的轮毂电机的速度调整较慢,且精度不足,对于轮毂电机的商业运用造成影响,而矢量控制可以精确和快速的对电机的扭矩进行控制。
旋转变压器(resolver/transformer)是一种电磁式传感器,又称同步分解器。它是一种测量角度用的小型交流电动机,用来测量旋转物体的转轴角位移和角速度。
因此,基于上述技术问题需要设计一种新的安装有PCB旋转变压器的轮毂电机及其工作方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种安装有PCB旋转变压器的轮毂电机及其工作方法。
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种安装有PCB旋转变压器的轮毂电机,包括:
电机本体;
PCB旋转变压器,所述PCB旋转变压器设置在所述电机本体上以更随电机本体转动,并且所述PCB旋转变压器适于将自身转动时产生的正弦和余弦信号解码后输出;
控制模块,所述控制模块与所述PCB旋转变压器和电机本体电性连接,所述控制模块适于根据所述PCB旋转变压器发送的解码后的正弦和余弦信号获取电机本体的转速和位置,并且所述控制模块适于根据当前电机本体的转速和位置控制所述电机本体的转矩,以对电机本体进行矢量控制。
进一步,所述PCB旋转变压器包括:定子、转子和解码模块;
所述转子适于设置在电机本体的旋转部;
所述转子与所述定子相对设置,并且转子相对于定子转动;
所述解码模块适于将所述转子转动时产生的正弦和余弦信号解码后输出至所述控制模块。
进一步,所述定子包括:PCB板、励磁线圈和感应线圈;
所述解码模块设置在所述PCB板上;
所述励磁线圈和所述感应线圈均设置在所述PCB板上;
所述励磁线圈为环形;
所述感应线圈沿所述励磁线圈的中心环设,并设置在所述励磁线圈径向内侧;
所述转子相对于励磁线圈和感应线圈设置;
所述励磁线圈适于产生磁场驱动所述转子转动,以产生正弦和余弦信号。
进一步,所述PCB板上开设有通孔;
所述通孔设置在环形励磁线圈的中心。
进一步,所述PCB旋转变压器还包括:定子支架;
所述PCB板设置在所述定子支架上;
所述定子支架适于连接电机本体的固定部。
另一方面,本发明还提供一种安装有PCB旋转变压器的轮毂电机的工作方法,包括:
获取PCB旋转变压器旋转时自身产生的正弦和余弦信号;
对正弦和余弦信号进行解码;以及
根据解码后的正弦和余弦信号控制电机本体的转矩。
进一步,所述安装有PCB旋转变压器的轮毂电机适于采用上述的安装有PCB旋转变压器的轮毂电机实现对电机本体的转矩的控制。
本发明的有益效果是,本发明通过电机本体;PCB旋转变压器,所述PCB旋转变压器设置在所述电机本体上以更随电机本体转动,并且所述PCB旋转变压器适于将自身转动时产生的正弦和余弦信号解码后输出;控制模块,所述控制模块与所述PCB旋转变压器和电机本体电性连接,所述控制模块适于根据所述PCB旋转变压器发送的解码后的正弦和余弦信号获取电机本体的转速和位置,并且所述控制模块适于根据当前电机本体的转速和位置控制所述电机本体的转矩,以对电机本体进行矢量控制,实现了快速精确的对电机的转矩进行控制。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、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发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,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的附图。
图1是本发明所涉及的安装有PCB旋转变压器的轮毂电机的原理框图;
图2是本发明所涉及的PCB旋转变压器的结构示意图;
图3是本发明所涉及的解码模块连接MCU的电路图;
图4是本发明所涉及的解码模块的示意图;
图5是本发明所涉及的输出信号波形图;
图6是本发明所涉及的旋转角度精度曲线图;
图7是本发明所涉及的安装间距精度曲线图;
图8是本发明所涉及的安装偏移精度曲线图;
图9是本发明所涉及的安装倾角精度曲线图;
图10是本发明所涉及的温度变化精度曲线图;
图11是本发明所涉及的安装有PCB旋转变压器的轮毂电机的工作方法的流程图。
图中:
1为定子、11为PCB板、12为励磁线圈、13为感应线圈、14为通孔;
2为转子;
3为解码模块;
4为定子支架。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例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。
实施例1
图1是本发明所涉及的安装有PCB旋转变压器的轮毂电机的原理框图。
如图1所示,本实施例1提供了一种安装有PCB旋转变压器的轮毂电机,包括:电机本体;PCB旋转变压器,所述PCB旋转变压器设置在所述电机本体上以更随电机本体转动,并且所述PCB旋转变压器适于将自身转动时产生的正弦和余弦信号解码后输出;控制模块(所述控制模块可以是直接采用车辆的ECU,也可以采用MCU,当采用MCU时将轮毂电机安装在车辆上后,可以将MCU与车辆的ECU连接),所述控制模块与所述PCB旋转变压器和电机本体电性连接,所述控制模块适于根据所述PCB旋转变压器发送的解码后的正弦和余弦信号获取电机本体的转速和位置,并且所述控制模块适于根据当前电机本体的转速和位置控制所述电机本体的转矩,以对电机本体进行矢量控制(本实施例对矢量控制的方法不做改进),实现了快速精确的对电机的转矩进行控制。
图2是本发明所涉及的PCB旋转变压器的结构示意图;
图3是本发明所涉及的解码模块连接MCU的电路图。
如图2所示,在本实施例中,所述PCB旋转变压器包括:定子1、转子2,以及与定子1连接的解码模块3;所述转子2适于设置在电机本体的旋转部(可以跟随电机本体的旋转部同步旋转);所述解码模块3负载更轻、功耗低、成本低;相较于传统的PCB旋转变压器定子1采用的多片低碳钢,所述转子2可以采用PCB板11或单片低碳钢成本低、安装方便;所述转子2与所述定子1分离设置,并且所述转子2相对于所述定子1设置;所述转子2适于相对于所述定子1转动;所述解码模块3适于将所述转子2转动时产生的正弦和余弦信号解码后输出(可以直接模拟输出),将解码模块3直接与定子1和转子2相结合,降低了PCB旋转变压器的成本,例如将PCB旋转变压器安装在车辆上时不需要额外安装控制器,可以直接将解码模块3连接车辆ECU,降低了成本;当控制模块为MCU时,解码模块3与MCU连接的电路图如图3所示。
图4是本发明所涉及的解码模块的示意图;
图5是本发明所涉及的输出信号波形图。
在本实施例中,所述解码模块3可以采用如图4所示的解码芯片,以将转子2转动时产生的正弦和余弦信号解码后输出(输出的信号如图5所示),可直接输出至外部控制器或车辆ECU等,便于获取转子2的转速和位置。
在本实施例中,可以采用算法去除SIN/COS信号的直流偏置,调整信号增益使峰峰值相互一致,做正交性补偿,计算角度θcomp=ATAN2(SINθ,COSθ)。
在本实施例中,所述定子1包括:PCB板11、励磁线圈12(可以直接采用5V电线)和感应线圈13;所述解码模块3设置在所述PCB板11上;所述励磁线圈12和所述感应线圈13均设置在所述PCB板11上;所述励磁线圈12为环形(也可以为弧形,即环形的一部分,满足驱动转子2转动即可);所述感应线圈13沿所述励磁线圈12的中心环设,并设置在所述励磁线圈12径向内侧;所述转子2相对于励磁线圈12和感应线圈13设置;所述励磁线圈12适于产生磁场驱动所述转子2转动,以产生正弦和余弦信号;相较于传统PCB旋转变压器铜导线绕组,直接将励磁线圈12和感应线圈13设置在PCB板11上(PCB绕线),成本低、重量轻、体积小。
在本实施例中,所述PCB板11上开设有通孔14;所述通孔14设置在环形励磁线圈12的中心;PCB板11支持穿孔,可以采用侧边和末端安装方式。
在本实施例中,所述PCB旋转变压器还包括:定子支架4;所述PCB板11设置在所述定子支架4上(定子支架4与励磁线圈12相对于PCB板11设置);所述定子支架4适于连接电机的固定部;所述转子2适于设置在电机的旋转部,并且所述转子2相对于所述定子1设置,以在电机旋转时带动所述转子2转动;定子支架4结构简单成本低安装方便。
在本实施例中,可以将定子1安装在一个外壳内,将定子支架4集成在外壳上,以使PCB旋转变压器便于安装,抗外部磁场干扰能力强。
图6是本发明所涉及的旋转角度精度曲线图;
图7是本发明所涉及的安装间距精度曲线图;
图8是本发明所涉及的安装偏移精度曲线图;
图9是本发明所涉及的安装倾角精度曲线图;
图10是本发明所涉及的温度变化精度曲线图。
在本实施例中,PCB旋转变压器采用5V供电,15V耐压,支持反接保护,标准工作电流小于15mA,工作温度范围为-40-150摄氏度,温度特性好,最高转速24万转电角度,检测延时小于1us;该PCB旋转变压器占用空间小,可薄至8MM厚;通过大量的实现数据得知(如图6、图7、图8、图9、图10所示)该PCB旋转变压器精度高,线性误差小于正负0.35度,以精确的获取转子2的转速和位置。
在本实施例中,所述电机本体包括:电机转子、电机定子、转轴和壳体;所述转轴穿设在所述壳体中;一种可选的实施方式,所述电机转子设置在所述转轴上,所述电机定子设置在所述壳体的内壁上,所述电机转子与所述电机定子相对设置,即所述电机转子转动时带动所述转轴转动,此时定子支架4可以设置在壳体上,PCB旋转变压器的转子设置在所述转轴上(当定子支架4设置在壳体的内壁上,则转子设置在壳体内部的转轴上;当定子支架4设置在壳体的外壁上,则转子设置在壳体外部的转轴上);另一种可选的实施方式,所述电机定子设置在所述转轴上,所述电机转子设置在所述壳体的内壁上,所述电机转子与所述电机定子相对设置,即电机转子围绕电机定子转动时带动所述壳体转动,此时定子支架4可以设置在转轴上,PCB旋转变压器的转子设置在所述壳体上。
实施例2
图11是本发明所涉及的安装有PCB旋转变压器的轮毂电机的工作方法的流程图。
如图11所示,在实施例1的基础上,本实施例2还提供一种安装有PCB旋转变压器的轮毂电机的工作方法,包括:获取PCB旋转变压器旋转时自身产生的正弦和余弦信号;对正弦和余弦信号进行解码;以及根据解码后的正弦和余弦信号控制电机本体的转矩,完成对电机本体转矩的精确快速控制。
在本实施例中,所述安装有PCB旋转变压器的轮毂电机适于采用实施例1中涉及的安装有PCB旋转变压器的轮毂电机实现对电机本体的转矩的控制。
综上所述,本发明通过电机本体;PCB旋转变压器,所述PCB旋转变压器设置在所述电机本体上以更随电机本体转动,并且所述PCB旋转变压器适于将自身转动时产生的正弦和余弦信号解码后输出;控制模块,所述控制模块与所述PCB旋转变压器和电机本体电性连接,所述控制模块适于根据所述PCB旋转变压器发送的解码后的正弦和余弦信号获取电机本体的转速和位置,并且所述控制模块适于根据当前电机本体的转速和位置控制所述电机本体的转矩,以对电机本体进行矢量控制,实现了快速精确的对电机的转矩进行控制。
本申请中选用的各个器件(未说明具体结构的部件)均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件,其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。
在本发明实施例的描述中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的系统、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,所述单元的划分,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,多个单元或组件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,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
以上述依据本发明的理想实施例为启示,通过上述的说明内容,相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内,进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容,必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (7)
1.一种安装有PCB旋转变压器的轮毂电机,其特征在于,包括:
电机本体;
PCB旋转变压器,所述PCB旋转变压器设置在所述电机本体上以更随电机本体转动,并且所述PCB旋转变压器适于将自身转动时产生的正弦和余弦信号解码后输出;
控制模块,所述控制模块与所述PCB旋转变压器和电机本体电性连接,所述控制模块适于根据所述PCB旋转变压器发送的解码后的正弦和余弦信号获取电机本体的转速和位置,并且所述控制模块适于根据当前电机本体的转速和位置控制所述电机本体的转矩,以对电机本体进行矢量控制。
2.如权利要求1所述的轮毂电机,其特征在于,
所述PCB旋转变压器包括:定子、转子和解码模块;
所述转子适于设置在电机本体的旋转部;
所述转子与所述定子相对设置,并且转子相对于定子转动;
所述解码模块适于将所述转子转动时产生的正弦和余弦信号解码后输出至所述控制模块。
3.如权利要求2所述的轮毂电机,其特征在于,
所述定子包括:PCB板、励磁线圈和感应线圈;
所述解码模块设置在所述PCB板上;
所述励磁线圈和所述感应线圈均设置在所述PCB板上;
所述励磁线圈为环形;
所述感应线圈沿所述励磁线圈的中心环设,并设置在所述励磁线圈径向内侧;
所述转子相对于励磁线圈和感应线圈设置;
所述励磁线圈适于产生磁场驱动所述转子转动,以产生正弦和余弦信号。
4.如权利要求3所述的轮毂电机,其特征在于,
所述PCB板上开设有通孔;
所述通孔设置在环形励磁线圈的中心。
5.如权利要求4所述的轮毂电机,其特征在于,
所述PCB旋转变压器还包括:定子支架;
所述PCB板设置在所述定子支架上;
所述定子支架适于连接电机本体的固定部。
6.一种安装有PCB旋转变压器的轮毂电机的工作方法,其特征在于,包括:
获取PCB旋转变压器旋转时自身产生的正弦和余弦信号;
对正弦和余弦信号进行解码;以及
根据解码后的正弦和余弦信号控制电机本体的转矩。
7.如权利要求6所述的工作方法,其特征在于,
所述安装有PCB旋转变压器的轮毂电机适于采用如权利要求1-5任一项所述的安装有PCB旋转变压器的轮毂电机实现对电机本体的转矩的控制。
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CN202011123453.5A CN112152394A (zh) | 2020-10-20 | 2020-10-20 | 安装有pcb旋转变压器的轮毂电机及其工作方法 |
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CN202011123453.5A Pending CN112152394A (zh) | 2020-10-20 | 2020-10-20 | 安装有pcb旋转变压器的轮毂电机及其工作方法 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN115912800A (zh) * | 2022-12-09 | 2023-04-04 | 南京理工大学 | 电机旋变一体式转子位置检测方法 |
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2020
- 2020-10-20 CN CN202011123453.5A patent/CN112152394A/zh active Pending
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