CN114123902B - 一种基于霍尔传感器的无轴承永磁薄片电机转子无位移方法 - Google Patents
一种基于霍尔传感器的无轴承永磁薄片电机转子无位移方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114123902B CN114123902B CN202111409320.9A CN202111409320A CN114123902B CN 114123902 B CN114123902 B CN 114123902B CN 202111409320 A CN202111409320 A CN 202111409320A CN 114123902 B CN114123902 B CN 114123902B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- hall
- cos
- displacement
- rotor
- sin
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 81
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims abstract description 38
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000005339 levitation Methods 0.000 claims description 14
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 6
- 238000011549 displacement method Methods 0.000 claims description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 3
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 claims description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 229910000976 Electrical steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004323 axial length Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
- H02P21/05—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation specially adapted for damping motor oscillations, e.g. for reducing hunting
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
- H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
- H02P21/18—Estimation of position or speed
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
- H02P21/22—Current control, e.g. using a current control loop
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P2205/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the control loops
- H02P2205/01—Current loop, i.e. comparison of the motor current with a current reference
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于霍尔传感器的无轴承永磁薄片电机转子无位移方法，通过构造两组六霍尔元件形成线性无关的两个约束，并设计特定的错开角度得到最优的约束组合解算位移；首先求解每个霍尔元件输出信号，将机械角度相差180°的元件输出信号两两作差，消除永磁磁链以及转子轴向抖动的影响，然后分别将每组霍尔元件的三个差分结果求和，进一步抵消悬浮漏磁影响；最后将获取的两组求和结果信号沿顺时针旋转pi/4‑2ωt，获得转子径向位移；本发明提供的无位移方法，在悬浮电流的电枢反应时变且不能解析的情况下，能够精确估算位移，解决了现有无位移方法用于无轴承薄片电机时受电枢反应和轴向抖动影响，误差大的问题。
Description
技术领域
本发明涉及无轴承电机控制技术领域，主要涉及一种基于霍尔传感器的无轴承永磁薄片电机转子无位移方法。
背景技术
无轴承电机取消了机械转轴的限制，在高速、高洁净场合具有广泛的应用。目前已经被实际应用于高速涡轮机、机床主轴、真空泵等领域。然而，在超洁净医疗器械等对电机悬浮性能、稳定性以及尺寸要求甚高的领域，还没有大规模应用，因而将无轴承电机系统微型化、精密化成为进一步的研究目标。传统无轴承控制系统需要位移传感器实时采样径向位移实现闭环控制，高精密的位移传感器如电涡流传感器体积大且价格高昂，这成为进一步提升系统性能的最大难点之一。
为解决上述问题，无位移技术应运而生。近年来，相关学者对此作了很多研究，目前的无位移技术中实施性较强的主要是高频注入法和磁链观测法两种，然而高频注入法只利用定子高频磁链，信噪比太低；磁链观测法观测磁链误差大，另外对于无轴承薄片电机来说，磁链过小，信噪比低，同时这两种方法都无法实现零速的无位移，存在局限性，因而都不适用于无轴承薄片电机系统。
无轴承薄片电机系统由于轴向长度短，不适合装编码器，而是采用线性霍尔传感器锁相出角度，那么另辟蹊径，将霍尔一体两用，同时实现测角度和径向位移，一方面利用霍尔传感器的高精密性可以降低硬件采样的误差，一方面通过实时处理霍尔输出值，瞬时计算出位移信息，可以适用于全速度范围，且几乎没有时间延迟，一一解决了上述问题。然而新的问题在于，霍尔传感器作为位移传感器使用时，是根据检测的磁场强度和位移的线性关系解算位移的，但放置在电机齿槽中的霍尔传感器的输出信号是一个交变量，这个信号同时含有角度和位移信息，且位移信息含量非常小。当霍尔作为角度测量器时，可以忽略位移带来的细微的交流幅值变化；但作为位移传感器时，就不得不面临角度和位移的耦合问题。去除角度信息的影响，同时避免提取微弱位移信息时外界的干扰，成为最关键的问题。
文献《适用于无轴承薄片电机的低成本霍尔近距离位移传感器》中有学者将霍尔传感器放置在转子硅钢片内部，增加永磁体作为内部的磁源，屏蔽本身的转子永磁磁场，通过这种方式实现霍尔信号中角度和位移的解耦。此时霍尔测量的磁场只和转子单一方向位移呈线性关系，容易提取和解算转子位移。但这种方法增加了转子尺寸，限制了包裹转子的泵壳的形状，另外内部霍尔、永磁体、电路板安装复杂，不适用于医疗超洁净的一些场合。
为了提高电机空间利用率，扩大应用范围，传统方法针对利用齿槽中的霍尔同时解算角度和位移的方案，提出理想情况下的位移解算方法，但此方法在有悬浮电枢反应影响时误差很大，不适合系统的带载运行。
发明内容
发明目的：针对上述背景技术中存在的问题，本发明提供了一种基于霍尔传感器的无轴承永磁薄片电机转子的无位移方法，通过构造两组六霍尔元件形成线性无关的两个约束，并设计特定的错开角度得到最优的约束组合解算位移。消除电枢反应的影响，在悬浮电流的电枢反应时变且不能解析的情况下，能够精确估算位移，解决了现有无位移方法用于无轴承薄片电机时受电枢反应和轴向抖动影响，误差大的问题。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于霍尔传感器的无轴承永磁薄片电机转子无位移方法，所述无轴承永磁薄片电机采用六齿两对极的电机结构，包括6个L型定子；每个L型定子包括轴向的定子轭和径向定子齿，环绕在薄片状转子周围，径向定子齿与转子平齐，每个轴向定子轭分别绕有悬浮绕组和转矩绕组；所述L型定子底部通过铁心导磁环相连；所述薄片状转子外侧贴有对极永磁体；其特征在于，在径向定子齿槽口设置2组霍尔元件，每组包括6个霍尔元件；所述两组霍尔元件沿周向等角度间隔设置，相邻2个霍尔元件夹角均为30°；通过所述两组霍尔元件构造2个解耦的零序分量，获取不受电枢反应和轴向抖动影响的转子位移；具体步骤如下：
步骤S1、将2组霍尔元件编号，第一组霍尔元件包括Hall1，Hall2，Hall3，Hall4，Hall5，Hall6，其中，相邻两个霍尔相差60度；第二组霍尔元件包括Hall1，，Hall2，，Hall3，，Hall4，，Hall5，，Hall6，，相邻两个霍尔相差60度；分别求解每个霍尔元件的输出信号；
步骤S2、分别针对2组霍尔元件，选取机械角度相差180°的元件，两两作差，求得三个差分结果，消除永磁磁链以及转子轴向抖动的影响，并且分别将每组霍尔元件的三个差分结果求和，进一步抵消悬浮漏磁影响；
步骤S3、设计霍尔元件初始所在机械角度θ0，获取偏心位移在θ0和θ0+pi/2两个垂直方向的投影；分别将步骤S2中获取的两组求和结果信号沿顺时针旋转pi/4-2ωt，获得转子径向位移xy。
进一步地，所述步骤S1中霍尔元件的输出信号Hall1与薄片装转子在Hall1方向的位移、垂直于Hall1方向的位移、转子角度、悬浮电流磁链、永磁磁链和轴向扰动有关，具体表达如下：
Hall1＝0.5*k1*l*cos(θl-θ0)cos(2ωt-2θ0)+0.5*k2*l*sin(θl-θ0)sin(2ωt-2θ0)+
0.5*k3*is*cos(θs-θ0)+0.5*k4*cos(2ωt-2θ0)+δ
其中θl是偏心的角度，l是偏心的长度，ωt是转子角度，θ0是Hall1所在的机械角度，is是悬浮电流瞬时值，θs是悬浮电流角度，δ是轴向抖动引起的输出变化，k1是Hall1方向的位移系数，k2是垂直于Hall1方向位移系数，k3是悬浮漏磁链系数，k4是不偏心时的永磁磁链系数；其他各霍尔元件采用同样方法求取输出信号。
进一步地，第四霍尔元件输出信号表示如下：
Hall4＝-0.5*k1*l*cos(θl-θ0)cos(2ωt-2θ0)-0.5*k2*l*sin(θl-θ0)sin(2ωt-2θ0)-0.5*k3*is*cos(θs-θ0)+0.5*k4*cos(2ωt-2θ0)+δ
Hall4与Hall1在机械角度上相差180°，径向位移影响相反，轴向抖动影响相同，且相差0电角度，不偏心时永磁磁链影响相同；将输出信号Hall1与Hall4作差，消除永磁磁链以及转子轴向抖动的影响：
Hall1-Hall4＝k1*l*cos(θl-θ0)cos(2ωt-2θ0)+k2*l*sin(θl-θ0)sin(2ωt-2θ0)+k3*is*cos(θs-θ0)
同样地，分别将θ0+2pi/3、θ0-2pi/3代入θ0，分别获得Hall3和Hall6的差值、Hall2和Hall5的差值如下：
Hall3-Hall6＝k1*l*cos(θl-θ0-2pi/3)cos(2ωt-2θ0+2pi/3)+k2*l*sin(θl-θ0-2pi/3)sin(2ωt-2θ0+2pi/3)+k3*is*cos(θs-θ0-2pi/3)
Hall5-Hall2＝k1*l*cos(θl-θ0+2pi/3)cos(2ωt-2θ0-2pi/3)+k2*l*sin(θl-θ0+2pi/3)sin(2ωt-2θ0-2pi/3)+k3*is*cos(θs-θ0+2pi/3)
将差分结果求和如下：
S组合1＝Hall1-Hall4+Hall3-Hall6+Hall5-Hall2＝1.5*(k1-k2)*l*cos(θl+2ωt-3θ0)
对另一组霍尔元件采用相同方式进行处理，获得求和结果。
进一步地，设置第一组霍尔元件从15°位置开始依次放置，即θ0＝15°＝pi/12rad，其他相邻霍尔元件之间夹角Δθ0＝30°；则S组合1表示如下：
S组合1＝1.5*(k1-k2)*l*cos(θl+2ωt-pi/4)
对于另一组霍尔元件，初始机械角θ0'＝45°＝pi/4rad，则相应地：
S组合2＝Hall1'-Hall2'+Hall3'-Hall4'+Hall5'-Hall6'＝1.5*(k1-k2)*l*cos(θl+2ωt-3pi/4)＝1.5*(k1-k2)*l*sin(θl+2ωt-pi/4)
针对上述组合信号，分别顺时针旋转pi/4-2ωt，得到径向位移xy：
有益效果：
本发明提供的基于霍尔传感器的无轴承永磁薄片电机转子无位移方法，通过构造两组六霍尔形成线性无关的两个约束，并设计特定的错开角度得到最优的约束组合解算位移。本发明所提出算法可以消除电枢反应的影响，在悬浮电流的电枢反应时变且不能解析的情况下，能够精确估算位移。在信号选取上利用永磁磁链，信噪比高；在信号处理上避免了轴向抖动、悬浮漏磁的影响，误差小、瞬时计算，动态性能快，可以实现全速范围的无位移。
附图说明
图1是本发明提供的基于霍尔传感器的无轴承永磁薄片电机结构俯视图；
图2是现有技术中无悬浮电流的理想情况下的算法原理图；
图3是现有技术中无悬浮电流的理想情况下不计悬浮漏磁时给定位移和估算位移图；
图4是现有技术中无悬浮电流的理想情况下计及悬浮漏磁时给定位移和估算位移图；
图5是本发明提供的基于霍尔传感器的无轴承永磁薄片电机结构主视图；
图6是本发明实施例中转子偏心示意图；
图7是本发明提供的基于霍尔传感器的无轴承永磁薄片电机转子无位移方法原理图；
图8是本发明实施例中计及悬浮漏磁时给定位移和估算位移图；
图9是本发明提供的无轴承永磁薄片电机总体控制框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。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。
本发明提供的无轴承永磁薄片电机转子无位移方法采用六齿两对极的无轴承薄片电机结构，如图1和图5所示。包括6个L型定子。每个L型定子包括轴向的定子轭和径向定子齿，环绕在薄片状转子周围，径向定子齿与转子平齐，每个轴向定子轭分别绕有悬浮绕组和转矩绕组。L型定子底部通过铁心导磁环相连。薄片状转子外侧贴有对极永磁体。
图2为无悬浮电流的理想情况下的算法流程图，考虑到相对两个霍尔信号作差可以消除轴向抖动等干扰，将相对两个霍尔做差得到的三组值分别乘以互差120度的正余弦信号，得到的两个信号经过dq—αβ变化即可得到位移xy，图3为此时的给定及估算位移，他们的重合度非常高。然而，当有悬浮电流时，同样算法下的给定及估算位移重合度很低，如图4所示，这样的重合度难以满足无位移的要求。
本发明提供的基于霍尔传感器的无位移方法在无轴承薄片电机径向定子齿槽口设置2组霍尔元件，每组包括6个霍尔元件。两组霍尔元件沿周向等角度间隔设置，相邻2个霍尔元件夹角均为30°。通过两组霍尔元件构造2个解耦的零序分量，获取不受电枢反应和轴向抖动影响的转子位移，霍尔元件的具体设置位置如图1所示。具体步骤如下：
步骤S1、将2组霍尔元件编号，第1组霍尔元件包括Hall1，Hall2，Hall3，Hall4，Hall5，Hall6，其中，相邻两个霍尔相差60度；第二组霍尔元件包括Hall1，，Hall2，，Hall3，，Hall4，，Hall5，，Hall6，，相邻两个霍尔相差60度；分别求解每个霍尔元件的输出信号。以第一霍尔元件Hall1为例，输出信号Hall1与薄片装转子在Hall1方向的位移、垂直于Hall1方向的位移、转子角度、悬浮电流磁链、永磁磁链和轴向扰动有关，具体表达如下：
Hall1＝0.5*k1*l*cos(θl-θ0)cos(2ωt-2θ0)+0.5*k2*l*sin(θl-θ0)sin(2ωt-2θ0)+0.5*k3*is*cos(θs-θ0)+0.5*k4*cos(2ωt-2θ0)+δ
其中θl是偏心的角度，l是偏心的长度，如图6所示。ωt是转子角度，θ0是Hall1所在的机械角度，is是悬浮电流瞬时值，θs是悬浮电流角度，δ是轴向抖动引起的输出变化，k1是Hall1方向的位移系数，k2是垂直于Hall1方向位移系数，k3是悬浮漏磁链系数，k4是不偏心时的永磁磁链系数。其他各霍尔元件采用同样方法求取输出信号。
步骤S2、分别针对2组霍尔元件，选取机械角度相差180°的元件，两两作差，求得三个差分结果，消除永磁磁链以及转子轴向抖动的影响，并且分别将每组霍尔元件的三个差分结果求和，进一步抵消悬浮漏磁影响。
由于霍尔1与霍尔4在机械上相对，因此径向位移影响相反，轴向抖动影响相同。
又因为永磁体两对极，即霍尔1和4相差0电角度，因此不偏心时永磁磁链影响相同。
第四霍尔元件输出信号表示如下：
Hall4＝-0.5*k1*l*cos(θl-θ0)cos(2ωt-2θ0)-0.5*k2*l*sin(θl-θ0)sin(2ωt-2θ0)-0.5*k3*is*cos(θs-θ0)+0.5*k4*cos(2ωt-2θ0)+δ
将输出信号Hall1与Hall4作差，消除永磁磁链以及转子轴向抖动的影响：
Hall1-Hall4＝k1*l*cos(θl-θ0)cos(2ωt-2θ0)+k2*l*sin(θl-θ0)sin(2ωt-2θ0)+k3*is*cos(θs-θ0)
同样地，分别将θ0+2pi/3、θ0-2pi/3代入θ0，分别获得Hall3和Hall6的差值、Hall2和Hall5的差值如下：
Hall3-Hall6＝k1*l*cos(θl-θ0-2pi/3)cos(2ωt-2θ0+2pi/3)+k2*l*sin(θl-θ0-2pi/3)sin(2ωt-2θ0+2pi/3)+k3*is*cos(θs-θ0-2pi/3)
Hall5-Hall2＝k1*l*cos(θl-θ0+2pi/3)cos(2ωt-2θ0-2pi/3)+k2*l*sin(θl-θ0+2pi/3)sin(2ωt-2θ0-2pi/3)+k3*is*cos(θs-θ0+2pi/3)
将差分结果求和如下：
S组合1＝Hall1-Hall4+Hall3-Hall6+Hall5-Hall2＝1.5*(k1-k2)*l*cos(θl+2ωt-3θ0)
将上述三次两两差分的值求和，抵消了悬浮漏磁的影响，因而求和的值只和转子位移有关。对另一组霍尔元件采用相同方式进行处理，获得求和结果。
步骤S3、设计霍尔元件初始所在机械角度θ0，获取偏心位移在θ0和θ0+pi/2两个垂直方向的投影。分别将步骤S2中获取的两组求和结果信号沿顺时针旋转pi/4-2ωt，获得转子径向位移xy。
为了获得两个垂直方向的投影，需要使得Δ3θ0＝90deg，Δθ0＝30deg，即设计两组霍尔相差30度的机械角度。本发明设计组合1霍尔从15度位置开始依次放置，组合2霍尔在45度位置开始依次放置。
霍尔组合1所在机械角度为15度(θ0＝15deg＝pi/12rad)，即：
S组合1＝1.5*(k1-k2)*l*cos(θl+2ωt-pi/4)
另外六个霍尔作同样处理(θ0'＝45deg＝pi/4rad)：
S组合2＝Hall1'-Hall2'+Hall3'-Hall4'+Hall5'-Hall6'＝1.5*(k1-k2)*l*cos(θl+2ωt-3pi/4)＝1.5*(k1-k2)*l*sin(θl+2ωt-pi/4)
步骤四：将上述S组合1、S组合2两个信号顺时针旋转pi/4-2ωt即可得到径向位移xy：
x＝S组合1*cos(pi/4-2ωt)-S组合2*sin(pi/4-2ωt)
y＝S组合1*sin(pi/4-2ωt)+S组合2*cos(pi/4-2ωt)
图7为上述实施步骤的简易流程图，将两组霍尔元件分别两两差分求和，得到两垂直投影送入dq—αβ变化即可得到径向位移。图8是本方案在考虑悬浮电流时候的给定位移和估算位移，可以看出两者重合度非常高，不受电枢反应的影响，验证了方案的有效性。
霍尔元件感应到的悬浮漏磁是难以解析的，且是时变的，这对位移辨识的精度影响很大。本发明通过构造两个可以抑制电枢反应的零序量，抵消了难以解析的悬浮漏磁影响。因此，六个霍尔元件信号才得到一项可用约束。六个霍尔元件通过处理可以得到偏移位置在-2ωt+3θ0方向的投影。本发明构造两组六霍尔元件的角度差为30度，使得3θ0为90度，因而得到偏移位置在两个垂直方向的投影，此时两个投影构成的方程组解算十分简单准确，只需要通过旋转坐标系变换得到径向位移xy。
图9为无轴承永磁薄片电机整体系统框图。其中，转矩控制部分为矢量控制，外环速度环，用霍尔元件算出的转速作为反馈，内环电流环。位移控制部分为外环位移环，用霍尔元件经过无位移算法得到的位移作为反馈，内环电流环。
不失一般性，本发明提出的基于霍尔传感器的无轴承永磁薄片电机转子的无位移方法还可以应用于其它极槽配合的永磁薄片电机(使得两个约束线性无关)，通过对两组霍尔元件设置特定的错开角度，可以得到偏心位移在两垂直方向的投影。
本发明方法还可以适用于除1及3的倍数次极对数以外的其他极对数，为了获得偏心位移在两垂直方向的投影，两组霍尔元件相差的角度可以根据上述技术方案进行具体设计。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种基于霍尔传感器的无轴承永磁薄片电机转子无位移方法，所述无轴承永磁薄片电机采用六齿两对极的电机结构，包括6个L型定子；每个L型定子包括轴向的定子轭和径向定子齿，环绕在薄片状转子周围，径向定子齿与转子平齐，每个轴向定子轭分别绕有悬浮绕组和转矩绕组；所述L型定子底部通过铁心导磁环相连；所述薄片状转子外侧贴有两对极永磁体；其特征在于，在径向定子齿槽口设置2组霍尔元件，每组包括6个霍尔元件；所述两组霍尔元件沿周向等角度间隔设置，相邻2个霍尔元件夹角均为30°；通过所述两组霍尔元件构造2个解耦的零序分量，获取不受电枢反应和轴向抖动影响的转子位移；具体步骤如下：
步骤S1、将2组霍尔元件编号，第一组霍尔元件包括Hall1，Hall2，Hall3，Hall4，Hall5，Hall6，其中，相邻两个霍尔相差60度；第二组霍尔元件包括Hall1’，Hall2’，Hall3’，Hall4’，Hall5’，Hall6’，相邻两个霍尔相差60度；分别求解每个霍尔元件的输出信号；
步骤S2、分别针对2组霍尔元件，选取机械角度相差180°的元件，输出信号两两作差，求得三个差分结果，消除永磁磁链以及转子轴向抖动的影响，并且分别将每组霍尔元件的三个差分结果求和，进一步抵消悬浮漏磁影响；
步骤S3、设计霍尔元件初始所在机械角度θ0，获取偏心位移在θ0和θ0+pi/2两个垂直方向的投影；分别将步骤S2中获取的两组求和结果信号沿顺时针旋转pi/4-2ωt，获得转子径向位移xy；
所述步骤S1中霍尔元件的输出信号Hall1与薄片装转子在Hall1方向的位移、垂直于Hall1方向的位移、转子角度、悬浮电流磁链、永磁磁链和轴向扰动有关，具体表达如下：
Hall1＝0.5*k1*l*cos(θl-θ0)cos(2ωt-2θ0)+0.5*k2*l*sin(θl-θ0)sin(2ωt-2θ0)+0.5*k3*is*cos(θs-θ0)+0.5*k4*cos(2ωt-2θ0)+δ
其中θl是偏心的角度，l是偏心的长度，ωt是转子角度，θ0是Hall1所在的机械角度，is是悬浮电流瞬时值，θs是悬浮电流角度，δ是轴向抖动引起的输出变化，k1是Hall1方向的位移系数，k2是垂直于Hall1方向位移系数，k3是悬浮漏磁链系数，k4是不偏心时的永磁磁链系数；其他各霍尔元件采用同样方法求取输出信号；
第四霍尔元件输出信号表示如下：
Hall4＝-0.5*k1*l*cos(θl-θ0)cos(2ωt-2θ0)-0.5*k2*l*sin(θl-θ0)sin(2ωt-2θ0)-0.5*k3*is*cos(θs-θ0)+0.5*k4*cos(2ωt-2θ0)+δ
Hall4与Hall1在机械角度上相差180°，径向位移影响相反，轴向抖动影响相同，且相差0电角度，不偏心时永磁磁链影响相同；将输出信号Hall1与Hall4作差，消除永磁磁链以及转子轴向抖动的影响：
Hall1-Hall4＝k1*l*cos(θl-θ0)cos(2ωt-2θ0)+k2*l*sin(θl-θ0)sin(2ωt-2θ0)+k3*is*cos(θs-θ0)
同样地，分别将θ0+2pi/3、θ0-2pi/3代入θ0，分别获得Hall3和Hall6的差值、Hall2和Hall5的差值如下：
Hall3-Hall6＝k1*l*cos(θl-θ0-2pi/3)cos(2ωt-2θ0+2pi/3)+k2*l*sin(θl-θ0-2pi/3)sin(2ωt-2θ0+2pi/3)+k3*is*cos(θs-θ0-2pi/3)
Hall5-Hall2＝k1*l*cos(θl-θ0+2pi/3)cos(2ωt-2θ0-2pi/3)+k2*l*sin(θl-θ0+2pi/3)sin(2ωt-2θ0-2pi/3)+k3*is*cos(θs-θ0+2pi/3)
将差分结果求和如下：
S组合1＝Hall1-Hall4+Hall3-Hall6+Hall5-Hall2＝1.5*(k1-k2)*l*cos(θl+2ωt-3θ0)
对另一组霍尔元件采用相同方式进行处理，获得求和结果；
设置第一组霍尔元件从15°位置开始依次放置，即θ0＝15°＝pi/12rad，其他相邻霍尔元件之间夹角Δθ0＝30°；则S组合1表示如下：
S组合1＝1.5*(k1-k2)*l*cos(θl+2ωt-pi/4)
对于另一组霍尔元件，初始机械角θ'0＝45°＝pi/4rad，则相应地：
S组合2＝Hall1'-Hall2'+Hall3'-Hall4'+Hall5'-Hall6'＝1.5*(k1-k2)*l*cos(θl+2ωt-3pi/4)＝1.5*(k1-k2)*l*sin(θl+2ωt-pi/4)
针对上述组合信号，分别顺时针旋转pi/4-2ωt，得到径向位移xy：
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111409320.9A CN114123902B (zh) | 2021-11-25 | 2021-11-25 | 一种基于霍尔传感器的无轴承永磁薄片电机转子无位移方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111409320.9A CN114123902B (zh) | 2021-11-25 | 2021-11-25 | 一种基于霍尔传感器的无轴承永磁薄片电机转子无位移方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114123902A CN114123902A (zh) | 2022-03-01 |
| CN114123902B true CN114123902B (zh) | 2023-12-19 |
Family
ID=80372511
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111409320.9A Active CN114123902B (zh) | 2021-11-25 | 2021-11-25 | 一种基于霍尔传感器的无轴承永磁薄片电机转子无位移方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114123902B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115566937B (zh) * | 2022-11-11 | 2023-02-28 | 天津飞旋科技股份有限公司 | 无轴承磁悬浮电机转子位置测量装置及方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1713490A (zh) * | 2005-05-18 | 2005-12-28 | 江苏大学 | 无轴承永磁同步电机数控伺服系统与控制方法 |
| CN103427755A (zh) * | 2013-08-05 | 2013-12-04 | 江苏大学 | 一种无轴承永磁薄片电机转子径向位移控制器的构造方法 |
| CN106712619A (zh) * | 2017-02-10 | 2017-05-24 | 江苏大学 | 基于磁链辨识的无轴承永磁薄片电机轴向振动抑制系统 |
-
2021
- 2021-11-25 CN CN202111409320.9A patent/CN114123902B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1713490A (zh) * | 2005-05-18 | 2005-12-28 | 江苏大学 | 无轴承永磁同步电机数控伺服系统与控制方法 |
| CN103427755A (zh) * | 2013-08-05 | 2013-12-04 | 江苏大学 | 一种无轴承永磁薄片电机转子径向位移控制器的构造方法 |
| CN106712619A (zh) * | 2017-02-10 | 2017-05-24 | 江苏大学 | 基于磁链辨识的无轴承永磁薄片电机轴向振动抑制系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114123902A (zh) | 2022-03-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hu et al. | An improved PMSM rotor position sensor based on linear Hall sensors | |
| US8179126B2 (en) | Hall rotary transformer and hall rotation angle encoder made of it | |
| CN113258741B (zh) | 基于线性霍尔的磁通切换电机转子角度检测方法和系统 | |
| CN111740672B (zh) | 基于线性霍尔传感器的永磁同步电机角度检测方法和系统 | |
| CN114123902B (zh) | 一种基于霍尔传感器的无轴承永磁薄片电机转子无位移方法 | |
| CN113412574A (zh) | 用于求取电动机转子的角度的方法、控制器以及车辆 | |
| Tolstykh et al. | Research and development of the 4X-variable reluctance resolver | |
| CN106208539B (zh) | 一种磁电式编码器 | |
| Nauduri et al. | A novel approach of using a planar inductive position sensor for the Permanent magnet synchronous motor control application | |
| Looser et al. | Analysis and measurement of 3D torque and forces for permanent magnet motors with slotless windings | |
| Wang et al. | Embedded position detection for permanent magnet synchronous motor with built-in magnets | |
| US11489470B2 (en) | Sensor device for an electric machine, method for the operation of a sensor device | |
| CN114710089A (zh) | 一种霍尔传感器故障状态下无轴承永磁薄片电机转子位移测量方法 | |
| Aung | Analysis and synthesis of precision resolver system | |
| Celikel et al. | An investigation on the position errors of resolvers designed in different structures: A review | |
| JPH11118521A (ja) | Ｖｒ形レゾルバ及びレゾルバ信号処理回路 | |
| Shang et al. | The analysis for new axial variable reluctance resolver with air-gap complementary structure | |
| CN114362619B (zh) | 无轴承永磁薄片电机启动状态下的转子位移辨识方法及位移测量装置 | |
| Shang et al. | Harmonic analysis of linear-rotor axial reluctance resolver | |
| Liu et al. | Analysis of novel variable reluctance resolver with asymmetric teeth on the stator | |
| CN114614721A (zh) | 一种低成本、低中断周期的无轴承永磁薄片电机转子径向位移高精度辩识方法 | |
| CN116743012A (zh) | 非对称双霍尔故障无轴承永磁薄片电机位移测量方法 | |
| CN114864271B (zh) | 一种旋转变压器的线圈绕制方法 | |
| CN116222625B (zh) | 一种多并列无磁钢的多圈编码器装置及其计数方法 | |
| Bhandari et al. | A Novel Variable Reluctance Resolver With Simplified Winding Arrangement and Adaptive PI Controller |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |