CN112540189A

CN112540189A - 霍尔测速方法、装置、电机、反作用飞轮及存储介质

Info

Publication number: CN112540189A
Application number: CN202011344642.5A
Authority: CN
Inventors: 汪云涛; 徐春剑; 孔翔; 余鑫晨; 张宇; 鲍涵钰
Original assignee: Shenzhen Academy of Aerospace Technology
Current assignee: Shenzhen Academy of Aerospace Technology
Priority date: 2020-11-26
Filing date: 2020-11-26
Publication date: 2021-03-23

Abstract

本申请公开了一种霍尔测速方法、装置、电机、反作用飞轮及存储介质。本申请霍尔测速方法包括：获取检测模块输出的霍尔信号；其中，所述检测模块包括至少两个检测组，每个所述检测组包括至少一个霍尔元件，所述霍尔元件用于安装在待测电机的定子圆周上；根据所述霍尔信号得到倍频信号；根据预设的测量段对所述倍频信号进行测量，得到测量数据；根据所述测量数据计算出所述待测电机的转速。该方法提出了一种霍尔布局方式和测量手段，提升了转速测量精度。

Description

霍尔测速方法、装置、电机、反作用飞轮及存储介质

技术领域

本申请涉及但不限于转速测量领域，尤其是涉及一种霍尔测速方法、装置、电机、反作用飞轮及存储介质。

背景技术

霍尔传感器可以用于对电机进行测速。当前的霍尔布局方式和测速方法存在测量精度低的问题。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种霍尔测速方法，能够解决现有的测速方法测量精度低的问题。

本申请还提出一种具有霍尔测速方法的霍尔测速装置。

本申请还提出一种具有霍尔测速装置的电机。

本申请还提出一种具有电机的反作用飞轮。

本申请还提出一种具有霍尔测速方法的存储介质。

根据本申请第一方面实施例的霍尔测速方法，所述方法包括：获取检测模块输出的霍尔信号；其中，所述检测模块包括至少两个检测组，每个所述检测组包括至少一个霍尔元件，所述霍尔元件用于安装在待测电机的定子圆周上；根据所述霍尔信号得到倍频信号；根据预设的测量段对所述倍频信号进行测量，得到测量数据；根据所述测量数据计算出所述待测电机的转速。

根据本申请实施例的霍尔测速方法，至少具有如下技术效果：本方法提出了一种霍尔布局方式和测量手段，提升了转速测量精度。

根据本申请的一些实施例，所述检测模块包括M个所述检测组，每个所述检测组包括H个所述霍尔元件，所述检测组依次安装在所述待测电机的定子圆周上，两个相邻的所述检测组之间的偏置电角度＝360÷H÷M。

根据本申请的一些实施例，所述根据预设的测量段对所述倍频信号进行测量，得到测量数据，包括：获取寄存模块的容量信息；其中，所述寄存模块用于存储所述测量数据；根据所述容量信息得到所述测量段。

根据本申请的一些实施例，所述根据预设的测量段对所述倍频信号进行测量，得到测量数据，包括：根据所述测量段对倍频信号进行测量，得到每个所述测量段的第一基准时钟数；根据所述每个所述测量段的第一基准时钟数，得到所述待测电机的任一旋转周期内的第二基准时钟数。

根据本申请的一些实施例，所述根据所述测量数据计算出所述待测电机的转速，包括，根据所述第二基准时钟数计算出所述待测电机的转速。

根据本申请第二方面实施例的霍尔测速装置，包括检测模块、测量模块、计算模块；

所述检测模块，用于获取霍尔信号，所述检测模块包括至少两个检测组，每个所述检测组包括至少一个霍尔元件，所述霍尔元件用于安装在待测电机的定子圆周上；所述测量模块，包括倍频模块、计数模块、寄存模块、运算模块，所述测量模块用于对所述霍尔信号进行倍频处理和测量，得到测量数据；所述计算模块，用于根据所述测量数据计算出所述待测电机的转速；所述检测模块与所述测量模块通信连接，所述测量模块与所述计算模块通信连接。

根据本申请第三方面实施例的电机，包括上述第二方面实施例所述的霍尔测速装置。

根据本申请第四方面实施例的反作用飞轮，包括上述第三方面实施例所述的电机。

根据本申请第五方面实施例的存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于：执行上述第一方面实施例所述的霍尔测速方法。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过申请的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本申请做进一步的说明，其中：

图1是本申请一个实施例提供的霍尔测速方法流程图；

图2是本申请一个实施例提供的霍尔测速方法的霍尔布局示意图

图3本申请另一个实施例提供的霍尔测速方法流程图；

图4本申请另一个实施例提供的霍尔测速方法流程图；

图5本申请另一个实施例提供的霍尔测速方法流程图；

图6是本申请一个实施例提供的霍尔测速装置的模块框图；

图7是本申请一个实施例提供的测量模块的工作示意图；

图8是本申请一个实施例提供的霍尔测速方法的信号波形图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本申请的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本申请中的具体含义。

本申请的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在电机测速领域，霍尔传感器有着测试效率高、不易受污染、可靠性高、体积小、质量轻等优势，目前空间运行的飞轮很多靠霍尔传感器测速。

霍尔测速的精度和可以检测到的霍尔传感器输出的方波边沿的个数之间的关系密不可分。单周内可以检测到的边沿越多，测速精度越高。霍尔边沿数量和永磁磁极对数P有关，同时也和霍尔传感器的布局密不可分。而永磁磁极对数P和电机参数设计密不可分。

单周细分数是转速测量领域的一个重要指标，单周细分数等于360度电角度内的霍尔边沿数和磁极对数的乘积。

传统的均匀分布的布局方式，均布3个霍尔，利用霍尔方波个数进行测速，转速测量精度比较低。

基于此，本发明提出一种霍尔测速方法，提高传统单周的细分精度和转速测量精度。

根据本申请实施例的霍尔测速方法，方法包括：获取检测模块输出的霍尔信号；其中，检测模块包括至少两个检测组，每个检测组包括至少一个霍尔元件，霍尔元件用于安装在待测电机的定子圆周上；根据霍尔信号得到倍频信号；根据预设的测量段对倍频信号进行测量，得到测量数据；根据测量数据计算出待测电机的转速。

在具体的实施例中，如图1所示，霍尔测速方法包括：

S110、获取检测模块输出的霍尔信号；

S120、根据霍尔信号得到倍频信号；

S130、根据预设的测量段对倍频信号进行测量，得到测量数据；

S140、根据测量数据计算出待测电机的转速。

在具体的实施例中，步骤S120中的倍频信号是由采集到的不同霍尔元件输出多路的霍尔信号做倍频处理得到的一路信号，倍频信号基准脉冲个数等于各路信号中基准脉冲个数之和。

在具体的实施例中，步骤S130中的测量数据指的是每次统计到的电机旋转一周而检测到的基准脉冲个数之和，进而通过步骤S140来计算电机的转速。

在具体的实施例中，如图2所示，检测模块包括至少两个检测组，每个检测组包括至少一个霍尔元件，霍尔元件用于安装在待测电机的定子圆周上。

具体的，图2中包含三个检测组，每个检测组中包括三个霍尔元件，即检测单元共布局九个霍尔元件于待测电机的定子圆周上。

本方法提出了一种霍尔布局方式和测量手段，提高了单周细分精度，提高了转速测量精度。

根据本申请的一些实施例，检测模块包括M个检测组，每个检测组包括H个霍尔元件，检测组依次安装在待测电机的定子圆周上，两个相邻的检测组之间的偏置电角度＝360÷H÷M。

在具体的实施例中，如图2所示，在电机360度电角度可以布局H个霍尔基础上，偏置一个电角度α，再布局同样数量和相对位置的霍尔传感器组；继续偏置电角度α，再布局同样数量和相对位置的霍尔传感器组；按照上述规律，共布置霍尔传感器M组。

其中，每个相邻检测组之间的偏置电角度相等，记偏置电角度为α，α＝360÷H÷M，其中检测组的组数，H为每组中霍尔元件的数量。图2具体为当H＝3，M＝3，α＝40°时，霍尔在定子圆周上的布局示意图，若永磁磁极对数为P，则此时产生的有效边沿数，即单圈细分数为P×M×2H，例如P＝12，M＝3，H＝3则单圈细分数为108。

根据本申请的一些实施例，根据预设的测量段对倍频信号进行测量，得到测量数据，包括：获取寄存模块的容量信息；其中，寄存模块用于存储测量数据；根据容量信息得到测量段。

在具体的实施例中，寄存模块包括寄存器。

在具体的实施例中，如图3所示，霍尔测速方法包括：

S310、获取寄存器的容量信息；

S320、根据容量信息得到测量段。

在具体的实施例中，单周中测量段数量的设置依赖于寄存器的容量，需将测得数据依次存放在FIFO存储器模块中，即先入先出寄存器，进而便于后续利用加法器对基准时钟个数进行统计。

通过对单周内测量段的划分，实现了对单周旋转的多次测量，从而提升了测速的精度。

根据本申请的一些实施例，根据预设的测量段对倍频信号进行测量，得到测量数据，包括：根据测量段对倍频信号进行测量，得到每个测量段的第一基准时钟数；根据每个测量段的第一基准时钟数，得到待测电机的任一旋转周期内的第二基准时钟数。

在具体的实施例中，如图4所示，霍尔测速方法包括：

S410、根据测量段对倍频信号进行测量，得到每个测量段的第一基准时钟数；

S420、根据每个测量段的第一基准时钟数，得到待测电机的任一旋转周期内的第二基准时钟数。

其中，第一基准时钟数指的是每个测量段中包含的基准时钟个数；第二基准时钟数指的是某次测量过程中单周内的各个第一基准时钟数的和。

在具体的实施例中，为了保证霍尔信号的精度，消除由于磁极尺寸误差和霍尔布局误差，系统每次对电机转动1周输出的霍尔信号进行测量，以图2所示的当H＝3，M＝3，α＝40°的情况为例，当预设时间段个数为96段时，记i为电机转数序号且i∈Z(i为整数)；记j为单周内电机细分时间段序列号，即预设的测量段的个数，j∈1，2，…，96；记ti_j为第i转的第j个测量段中的基准时钟个数；记第i次测量时间为Ti。

T1＝t1_1+t1_2+…+t1_96；

T2＝t1_2+t1_3+…+t1_96+t2_1；

T3＝t1_3+t1_4+…+t1_96+t2_1+t2_2；

按照上述规律，测量时间每次向前滚动一个测量段大小ti_j，即每经过ti_j时间完成1次测量，而测量对象依然是一周，从而提升了测量精度，解决测速精度和测量速度之间矛盾的问题。

根据本申请的一些实施例，根据测量数据计算出待测电机的转速，包括，根据第二基准时钟数计算出待测电机的转速。

在具体的实施例中，如图5所示，霍尔测速方法包括：

S510、根据测量段对倍频信号进行测量，得到第一基准时钟数；

S520、根据第一基准时钟数，得到第二基准时钟数；

S530、根据第二基准时钟数计算出待测电机的转速。

在具体的实施例中，第二基准时钟数指的是某次测量过程中单周内的各个第一基准时钟数的和。若第二基准时钟数为N，则转速n＝60÷T＝60×f÷N；其中，n为电机转速；N为电机旋转1周所计得基准时钟脉冲计数；T为电机转动周期；f为基准时钟频率。

根据本申请实施例的霍尔测速装置，包括检测模块、测量模块、计算模块。

检测模块，用于获取霍尔信号，检测模块包括至少两个检测组，每个检测组包括至少一个霍尔元件，霍尔元件用于安装在待测电机的定子圆周上；测量模块，包括倍频模块、计数模块、寄存模块、运算模块，测量模块用于对霍尔信号进行倍频处理和测量，得到测量数据；计算模块，用于根据测量数据计算出待测电机的转速；检测模块与测量模块通信连接，测量模块与计算模块通信连接。

在具体的实施例中，如图6所示，检测模块与测量模块通信连接，测量模块与计算模块通信连接。

在具体的实施例中，如图7所示，测量模块包括倍频模块、计数模块、寄存模块、运算模块，其中寄存模块为FIFO存储器，运算模块为加法器。

下面结合图7，以一个具体实施例的方式描述测量模块的工作过程。

以图2所示的当H＝3，M＝3，α＝40°的情况为例，预设时间段个数为96段时，以电机旋转1周输出的9路霍尔信号为测量对象，以clk为基准时钟，reset为系统复位信号，3路霍尔信号首先由倍频模块变换为如图8所示的1路倍频信号，再用计数器模块依次测量t1_1、t1_2…t1_96对应的基准时钟个数，测得数据依次存放在一个可以存放96个数据的FIFO存储器模块中，下次测量则把t1_2、t1_3…t1_96、t2_1对应的基准时钟个数放入FIFO存储器模块中。

然后把当前FIFO存储器模块中的数据依次通过加法器模块相加，即可得到电机旋转周期T所对应的基准脉冲个数N，进而得到转速n＝60÷T＝60×f÷N；其中，n为电机转速；N为电机旋转1周所计得基准时钟脉冲计数；T为电机转动周期；f为基准时钟频率。

霍尔测速装置包括了一种霍尔布局方式和测量手段，提高了单周细分精度，提高了转速测量精度。

根据本申请实施例的电机，包括上述实施例的霍尔测速装置。

根据本申请实施例的反作用飞轮，包括上述实施例的电机。

根据本申请实施例的存储介质，存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令用于：执行任一上述实施例所述的霍尔测速方法。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中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，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模块来实现本实施例方案的目的。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

上面结合附图对本申请实施例作了详细说明，但是本申请不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims

1.霍尔测速方法，其特征在于，包括：

获取检测模块输出的霍尔信号；其中，所述检测模块包括至少两个检测组，每个所述检测组包括至少一个霍尔元件，所述霍尔元件用于安装在待测电机的定子圆周上；

根据所述霍尔信号得到倍频信号；

根据预设的测量段对所述倍频信号进行测量，得到测量数据；

根据所述测量数据计算出所述待测电机的转速。

2.根据权利要求1所述的霍尔测速方法，其特征在于，所述检测模块包括M个所述检测组，每个所述检测组包括H个所述霍尔元件，所述检测组依次安装在所述待测电机的定子圆周上，两个相邻的所述检测组之间的偏置电角度＝360÷H÷M。

3.根据权利要求2所述的霍尔测速方法，其特征在于，所述根据预设的测量段对所述倍频信号进行测量，得到测量数据，包括：

获取寄存模块的容量信息；其中，所述寄存模块用于存储所述测量数据；

根据所述容量信息得到所述测量段。

4.根据权利要求3所述的霍尔测速方法，其特征在于，所述根据预设的测量段对所述倍频信号进行测量，得到测量数据，包括：

根据所述测量段对倍频信号进行测量，得到每个所述测量段的第一基准时钟数；

根据所述每个所述测量段的第一基准时钟数，得到所述待测电机的任一旋转周期内的第二基准时钟数。

5.根据权利要求4所述的霍尔测速方法，其特征在于，所述根据所述测量数据计算出所述待测电机的转速，包括：

根据所述第二基准时钟数计算出所述待测电机的转速。

6.霍尔测速装置，包括：

检测模块，用于获取霍尔信号，所述检测模块包括至少两个检测组，每个所述检测组包括至少一个霍尔元件，所述霍尔元件用于安装在待测电机的定子圆周上；

测量模块，包括倍频模块、计数模块、寄存模块、运算模块，所述测量模块用于对所述霍尔信号进行倍频处理和测量，得到测量数据；

计算模块，用于根据所述测量数据计算出所述待测电机的转速；

所述检测模块与所述测量模块通信连接，所述测量模块与所述计算模块通信连接。

7.电机，其特征在于，包括权利要求6所述的霍尔测速装置。

8.反作用飞轮，其特征在于，包括权利要求7所述的电机，所述反作用飞轮应用于卫星姿态控制。

9.存储介质，其特征在于，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于：

执行权利要求1至5中任一项所述的霍尔测速方法。