CN113300541A - 一种电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电机，用以确定电机转子的位置信息。由于本发明实施例电机中包括：电机转子、电机定子、磁传感器和处理器；其中，电机转子能够转动地配置在电机定子中；磁传感器配置在电机定子中，且位于电机转子的外侧，磁传感器可以感应到电机转子在任一时刻转动时产生的磁场强度，基于该磁场强度，生成与该磁场强度对应的电压信号，并将该电压信号发送给处理器；处理器对该电压信号进行处理后，即可快捷的确定任一时刻电机转子的位置信息。
Description
技术领域
本发明涉及电磁装置技术领域，尤其涉及一种电机。
背景技术
电机是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。以混合式步进电机为例，混合式步进电机不仅具有磁阻式步进电动机步距小、运行频率高的特点，还具有永磁步进电动机消耗功率小的优点，而且具有输出转矩大等优点，因而获得广泛应用。例如，由于混合式步进电机控制电流小，同时具有一定自锁能力(提供自定位转矩)，在航天和军事等领域发挥着不可替代的作用。
其中，确定电机转子的位置信息是实现电机伺服控制的重要基础。因此，如何确定电机转子的位置信息是目前亟需解决的一个技术问题。
发明内容
本发明提供了一种电机，用以确定电机转子的位置信息。
具体的，本发明提供了一种电机，所述电机包括：电机转子、电机定子、磁传感器和处理器；
其中，所述电机转子能够转动地配置在所述电机定子中；
所述磁传感器配置在所述电机定子中，且位于所述电机转子的外侧；所述磁传感器，用于基于所述电机转子在任一时刻转动时产生的磁场强度，生成所述磁场强度对应的电压信号，并将所述电压信号发送给所述处理器；
所述处理器与所述磁传感器连接，所述处理器用于对所述电压信号进行处理，确定所述任一时刻时所述电机转子的位置信息。
在一种可能的实施方式中，所述电机为混合式步进电机。
在一种可能的实施方式中，若所述磁传感器为双路电桥传感器，则该磁传感器的两个电桥中心之间的距离为n+P/2，其中n为不小于0的整数，P为所述电机转子的转子齿距。
在一种可能的实施方式中，所述磁传感器为双路电桥隧道磁电阻磁传感器。
在一种可能的实施方式中，若所述磁传感器中包含两个子磁传感器，且每个所述子磁传感器均为单路电桥传感器，则所述磁传感器中包含的两个电桥中心之间的距离为n+P/2，其中n为不小于0的整数，P为所述电机转子的转子齿距。
在一种可能的实施方式中，所述磁传感器生成的所述电压信号为两路彼此正交的电压信号。
在一种可能的实施方式中，所述处理器通过对所述两路彼此正交的电压信号进行反正切计算，确定所述任一时刻时所述电机转子的位置信息。
在一种可能的实施方式中，所述磁传感器的感应面所在的平面与第一直线垂直，其中所述第一直线经过所述电机转子中距离所述感应面中心点最近的点，并与所述电机转子的轴线垂直。
在一种可能的实施方式中，所述磁传感器与所述电机转子之间的间距为毫米级。
由于本发明实施例电机中包括：电机转子、电机定子、磁传感器和处理器；其中，电机转子能够转动地配置在电机定子中；磁传感器配置在电机定子中，且位于电机转子的外侧，磁传感器可以感应到电机转子在任一时刻转动时产生的磁场强度，基于该磁场强度，生成与该磁场强度对应的电压信号，并将该电压信号发送给处理器；处理器对该电压信号进行处理后，即可快捷的确定任一时刻电机转子的位置信息。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或相关技术中的实施方式，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种电机的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种确定电机转子位置信息的示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种电机的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的和实施方式更加清楚，下面将结合本发明示例性实施例中的附图，对本发明示例性实施方式进行清楚、完整地描述，显然，描述的示例性实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
需要说明的是，本发明中对于术语的简要说明，仅是为了方便理解接下来描述的实施方式，而不是意图限定本发明的实施方式。除非另有说明，这些术语应当按照其普通和通常的含义理解。
本发明中说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别类似或同类的对象或实体，而不必然意味着限定特定的顺序或先后次序，除非另外注明。应该理解这样使用的用语在适当情况下可以互换。
术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖但不排他的包含，例如，包含了一系列组件的产品或设备不必限于清楚地列出的所有组件，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它组件。
术语“模块”是指任何已知或后来开发的硬件、软件、固件、人工智能、模糊逻辑或硬件或/和软件代码的组合，能够执行与该元件相关的功能。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
为了方便解释，已经结合具体的实施方式进行了上述说明。但是，上述示例性的讨论不是意图穷尽或者将实施方式限定到上述公开的具体形式。根据上述的教导，可以得到多种修改和变形。上述实施方式的选择和描述是为了更好的解释原理以及实际的应用，从而使得本领域技术人员更好的使用所述实施方式以及适于具体使用考虑的各种不同的变形的实施方式。
为了确定电机转子的位置信息，本发明实施例提供了一种电机。
实施例1：
图1为本发明实施例提供的一种电机的结构示意图，如图1所示，所述电机包括：电机转子11、电机定子12、磁传感器13和处理器14；
其中，所述电机转子11能够转动地配置在所述电机定子12中；
所述磁传感器13配置在所述电机定子12中，且位于所述电机转子11的外侧；所述磁传感器13，用于基于所述电机转子11在任一时刻转动时产生的磁场强度，生成所述磁场强度对应的电压信号，并将所述电压信号发送给所述处理器14；
所述处理器14与所述磁传感器13连接，所述处理器14用于对所述电压信号进行处理，确定所述任一时刻时所述电机转子11的位置信息。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的电机可以为混合式步进电机等。为方便描述，下面以电机为混合式步进电机为例，对本发明实施例提供的电机进行说明。
电机中可以包括电机转子11、电机定子12、磁传感器13和处理器14。具体的，电机转子11能够转动地配置在电机定子12中，其中，可以采用现有技术将电子转子能够转动的配置在电机定子12中，在此不再赘述。
在一种可能的实施方式中，磁传感器13可以是隧道磁电阻(tunneling magnetoresistance，TMR)、各向异性磁电阻(AnisotroPic Magneto resistance，AMR)、巨磁电阻(Giant Magneto resistance，GMR)等类型的磁传感器13，可以根据需求灵活选择，本发明实施例对磁传感器13的类型不做具体限定。
在一种可能的实施方式中，磁传感器13可以固定配置在电机定子12中，固定方式可以是焊接、铆接等方式，可以根据需要灵活选择，在此不做限定。为了使磁传感器13可以感应电机转子11转动时产生的磁场强度，磁传感器13可以位于电机转子11的外侧。本发明对磁传感器13与电机转子11之间的间距不做具体限定，可以根据需求灵活设置，只要磁传感器13能感应到电机转子11转动时产生的磁场强度即可。在一种可能的实施方式中，为了使磁传感器13更好的感应到电机转子11转动时产生的磁场强度，磁传感器13与电机转子11之间的间距可以为毫米级，示例性的，磁传感器13与电机转子11之间的间距可以大于0毫米且小于1毫米。
在一种可能的实施方式中，配置在电机定子12中，且位于电机转子11的外侧的磁传感器13可以感应到电机转子11在任一时刻转动时产生的实时的磁场强度，并可以基于该磁场强度，生成与该磁场强度对应的电压信号。其中，磁传感器13生成与磁场强度对应的电压信号的过程可以采用现有技术，在此不再赘述。
在一种可能的实施方式中，电机中还可以包括处理器14(图未示)，其中处理器14与磁传感器13连接，磁传感器13在生成电压信号后，可以将生成的电压信号发送给处理器14，处理器14可以对接收到的任一时刻的电压信号进行处理，并基于该电压信号，确定任一时刻时电机转子11的位置信息。具体的，图2为本发明实施例提供的一种确定电机转子位置信息的示意图，如图2所示，在一种可能的实施方式中，磁传感器13产生的电压信号可以包括两路彼此正交的电压信号，处理器14中可以包括信号调理模块和数字信号处理模块(图未示)，处理器14中的信号调理模块可以先将两路彼此正交的电压信号进行放大、滤波、模拟数字(analog to digital，AD)转换等处理，并将处理后的电压信号发送给处理器14中的数字信号处理模块，数字信号处理模块可以进行AD采集，并对两路彼此正交的电压信号进行反正切计算处理，从而可以提取到(确定)任一时刻时电机转子11的实时的位置信息。其中，处理器14对电压信号进行处理，确定任一时刻时电机转子11的位置信息的过程可以采用现有技术，在此不再赘述。
在一种可能的实施方式中，相关技术在确定任一时刻时电机转子11的位置信息时，可以在电机的外部设置一个位置传感器，该位置传感器可以是齿轮传感器或磁栅传感器，以位置传感器为磁栅传感器为例，磁栅传感器中包括磁栅及磁传感器，其中磁栅与电机转子11连接，以使得磁栅传感器可以感应到电机转子11在任一时刻转动时产生的磁场强度，进而生成磁场强度对应的电压信号。同样的，当位置传感器为齿轮传感器时，齿轮传感器中包括带磁性的齿轮(齿轮和磁铁)及磁传感器，其中带磁性的齿轮与电机转子11连接，以使得齿轮传感器可以感应到电机转子11在任一时刻转动时产生的磁场强度，进而生成磁场强度对应的电压信号。由于位置传感器中除了包括磁传感器之外，还包括磁栅、带磁性的齿轮等部件，相比本发明实施例只需要在电机中内置一个磁传感器13，而无需再设置磁栅、带磁性的齿轮等部件而言，本发明实施例可以降低电机制造成本。同时，本发明实施例通过将磁传感器13配置在电机定子12中，即将磁传感器13配置在电机内部的方式，不需要额外增大电机的空间，相比相关技术中将位置传感器设置在电机外部的方式而言，可以减小电机的占地空间。
由于本发明实施例电机中包括：电机转子11、电机定子12、磁传感器13和处理器14；其中，电机转子11能够转动地配置在电机定子12中；磁传感器13配置在电机定子12中，且位于电机转子11的外侧，磁传感器13可以感应到电机转子11在任一时刻转动时产生的磁场强度，基于该磁场强度，生成与该磁场强度对应的电压信号，并将该电压信号发送给处理器14；处理器14对该电压信号进行处理后，即可快捷的确定任一时刻电机转子11的位置信息。
实施例2：
为了使磁传感器13更好的感应电机转子11转动时产生的磁场强度，提高确定的电机转子11的位置信息的准确性，在上述实施例的基础上，在本发明实施例中，所述磁传感器13的感应面所在的平面与第一直线垂直，其中所述第一直线经过所述电机转子11中距离所述感应面中心点最近的点，并与所述电机转子11的轴线垂直。
在一种可能的实施方式中，在将磁传感器13设置在电机转子11的外侧时，为了使磁传感器13更好的感应电机转子转动时产生的磁场强度，提高确定的电机转子11的位置信息的准确性，可以将磁传感器13的感应面正对着电机转子11设置。具体的，图3为本发明实施例提供的另一种电机的结构示意图，如图3所示，电机转子11的形状类似圆柱体，图3中示意的电机转子为电机转子的横截面示意图，如果将经过电机转子11中距离磁传感器13的感应面中心点最近的点，并与电机转子11的轴线垂直的直线称为第一直线，则磁传感器13的感应面所在的平面与该第一直线垂直时，即可以实现将磁传感器13的感应面正对着电机转子11设置(也即磁传感器13的感应面朝向电机转子11的轴线设置)。
实施例3：
为了提高确定电机转子11的位置信息的效率，在上述实施例的基础上，在发明实施例中，若所述磁传感器13为双路电桥传感器，则该磁传感器13的两个电桥中心之间的距离为n+P/2，其中n为不小于0的整数，P为所述电机转子11的转子齿距。
在一种可能的实施方式中，磁传感器13可以是一个双路电桥传感器，也可以包含两个单路电桥传感器(子传感器)，可以根据需求灵活选择。具体的，当磁传感器13为双路电桥传感器时，为了提高确定电机转子11的位置信息的效率，可以将该磁传感器13的两个电桥中心之间的距离设置为n+P/2，其中n为不小于0的整数，例如n可以是0、1、2、3……等不小于0的整数，可以根据需求灵活选择。P为电机转子11的转子齿距。其中，确定电机转子11的转子齿距可以采用现有技术，示例性的，可以将电子转子中相邻两个转子齿的中心点之间的间距c作为转子齿距等。参阅图2，以n为0为例，两个电桥中心之间的距离用p表示，则p＝P/2。
在一种可能的实施方式中，当磁传感器13的两个电桥中心之间的距离设置为n+P/2时，磁传感器13可以感应到电机转子11的转子齿上间距为n+P/2的两个点上的磁场强度，从而可以产生两路彼此正交的电压信号，后续处理器14对该两路彼此正交的电压信号进行处理时，可以只通过对该两路彼此正交的电压信号进行相对简单的反正切计算，即可确定任一时刻时电机转子11的位置信息。而如果将磁传感器13的两个电桥中心之间的距离设置为非n+P/2时，后续处理器14对电压信号进行处理时，需要较为复杂的计算方可确定任一时刻时电机转子11的位置信息。因此，相比将两个电桥中心之间的距离设置为非n+P/2时，本发明实施例中将两个电桥中心之间的距离设置为n+P/2的方式，可以节省处理器14确定任一时刻时电机转子11的位置信息的时间，从而可以提高确定电机转子11的位置信息的效率。
在一种可能的实施方式中，磁传感器13可以是双路电桥TMR磁传感器13。由于双路电桥TMR磁传感器13对磁场梯度(磁场强度)具有很高的灵敏度，从而可以很好的满足混合式步进电机闭环驱动(控制)时，对电机转子11的位置信息进行精准控制的需求。
实施例4：
为了提高确定电机转子11的位置信息的效率，在上述各实施例的基础上，在发明实施例中，若所述磁传感器13中包含两个子磁传感器，且每个所述子磁传感器均为单路电桥传感器，则所述磁传感器13中包含的两个电桥中心之间的距离为n+P/2，其中n为不小于0的整数，P为所述电机转子11的转子齿距。
在一种可能的实施方式中，当磁传感器13中包含两个子磁传感器，其中，这两个子磁传感器均为单路电桥传感器时，为了提高确定电机转子11的位置信息的效率，这两个单路电桥传感器的两个电桥(磁传感器13中包含的两个电桥)中心之间的距离可以设置为n+P/2，其中，确定n和P的过程与上述实施例相同，具体的，其中n为不小于0的整数，例如n可以是0、1、2、3……等不小于0的整数，可以根据需求灵活选择。P为电机转子11的转子齿距。其中，确定电机转子11的转子齿距可以采用现有技术，示例性的，可以将电子转子中相邻两个转子齿的中心点之间的间距c作为转子齿距等，在此不再赘述。
在一种可能的实施方式中，当两个单路电桥传感器的两个电桥(磁传感器13中包含的两个电桥)中心之间的距离设置为n+P/2时，磁传感器13可以感应到电机转子11的转子齿上间距为n+P/2的两个点上的磁场强度，从而可以产生两路彼此正交的电压信号，后续处理器14对该两路彼此正交的电压信号进行处理时，可以只通过对该两路彼此正交的电压信号进行相对简单的反正切计算，即可确定任一时刻时电机转子11的位置信息。而如果将磁传感器13的两个电桥中心之间的距离设置为非n+P/2时，后续处理器14对电压信号进行处理时，需要较为复杂的计算方可确定任一时刻时电机转子11的位置信息。因此，相比将两个电桥中心之间的距离设置为非n+P/2时，本发明实施例中将两个电桥中心之间的距离设置为n+P/2的方式，可以节省处理器14确定任一时刻时电机转子11的位置信息的时间，从而可以提高确定电机转子11的位置信息的效率。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种电机，其特征在于，所述电机包括：电机转子、电机定子、磁传感器和处理器；
其中，所述电机转子能够转动地配置在所述电机定子中；
所述磁传感器配置在所述电机定子中，且位于所述电机转子的外侧；所述磁传感器，用于基于所述电机转子在任一时刻转动时产生的磁场强度，生成所述磁场强度对应的电压信号，并将所述电压信号发送给所述处理器；
所述处理器与所述磁传感器连接，所述处理器用于对所述电压信号进行处理，确定所述任一时刻时所述电机转子的位置信息。
2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述电机为混合式步进电机。
3.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，若所述磁传感器为双路电桥传感器，则该磁传感器的两个电桥中心之间的距离为n+P/2，其中n为不小于0的整数，P为所述电机转子的转子齿距。
4.根据权利要求3所述的电机，其特征在于，所述磁传感器为双路电桥隧道磁电阻磁传感器。
5.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，若所述磁传感器中包含两个子磁传感器，且每个所述子磁传感器均为单路电桥传感器，则所述磁传感器中包含的两个电桥中心之间的距离为n+P/2，其中n为不小于0的整数，P为所述电机转子的转子齿距。
6.根据权利要求3-5任一所述的电机，其特征在于，所述磁传感器生成的所述电压信号为两路彼此正交的电压信号。
7.根据权利要求6所述的电机，其特征在于，所述处理器通过对所述两路彼此正交的电压信号进行反正切计算，确定所述任一时刻时所述电机转子的位置信息。
8.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述磁传感器的感应面所在的平面与第一直线垂直，其中所述第一直线经过所述电机转子中距离所述感应面中心点最近的点，并与所述电机转子的轴线垂直。
9.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述磁传感器与所述电机转子之间的间距为毫米级。
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