CN115566937B - 无轴承磁悬浮电机转子位置测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例提供了一种无轴承磁悬浮电机转子位置测量装置及方法，属于电机技术领域。其中装置包括：无轴承磁悬浮电机、第一组霍尔传感器和计算模块；第一组霍尔传感器包括：N个第一霍尔传感器对；计算模块，用于将第i个第一霍尔传感器对的第一霍尔传感器的第一输出信号和第二霍尔传感器的第二输出信号进行比较，得到第i个第一模拟信号；将N个第一模拟信号进行减法运算，得到第一电压信号；将N个第一模拟信号进行加法运算，得到第二电压信号；根据第一电压信号和/或第二电压信号确定转子的当前实际角度。通过所提供的无轴承磁悬浮电机转子位置测量方案，可以实现无轴承磁悬浮电机转子角度的精确计算，提高无轴承磁悬浮电机的稳定性。

Description

无轴承磁悬浮电机转子位置测量装置及方法
技术领域
本申请涉及电机技术领域，尤其涉及一种无轴承磁悬浮电机转子位置测量装置及方法。
背景技术
现有无轴承磁悬浮电机控制设计及应用过程中，需要实时地获取转子的旋转位置，根据转子的旋转位置产生可变电流，通过电磁线圈产生可变的电磁力，使得转子能够稳定悬浮。如何准确地确定转子的旋转位置成为亟需解决的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种无轴承磁悬浮电机转子位置测量装置及方法。
第一方面，本申请实施例提供了一种无轴承磁悬浮电机转子位置测量装置，包括：
无轴承磁悬浮电机、第一组霍尔传感器和计算模块；
所述无轴承磁悬浮电机包括：转子和定子；
所述第一组霍尔传感器包括：N个第一霍尔传感器对，各所述第一霍尔传感器对的第一霍尔传感器和第二霍尔传感器分别设置于所述定子的径向圆面的第一径向线两端，各所述第一组霍尔传感器对的第一霍尔传感器和第二霍尔传感器分别与所述计算模块电连接，相邻两个所述第一径向线的夹角为180°/N，N≥2；
所述计算模块，用于将第i个所述第一霍尔传感器对的第一霍尔传感器的第一输出信号和第二霍尔传感器的第二输出信号进行比较，得到第i个第一模拟信号，1≤i≤N；将N个所述第一模拟信号进行减法运算，得到第一电压信号；将N个所述第一模拟信号进行加法运算，得到第二电压信号；根据所述第一电压信号和/或所述第二电压信号确定所述转子的当前实际角度。
在一实施方式中，所述计算模块，还用于确定所述第一电压信号的正弦函数表达式，根据所述正弦函数表达式确定当前弧度，将所述当前弧度转换为候选角度，根据所述候选角度确定所述当前实际角度。
在一实施方式中，所述计算模块，还用于在N为2，所述候选角度包括处于-90°至90°的角度范围内的2个角度值时，分别对第1个第一模拟信号、第2个第一模拟信号和所述第二电压信号进行采样，得到第一采样信号、第二采样信号和第三采样信号；根据所述第一采样信号和所述第二采样信号的大小关系以及所述第三采样信号与所述第二电压信号的峰值的大小关系，从2个所述角度值中确定所述当前实际角度。
在一实施方式中，所述计算模块，还用于在所述第一采样信号大于所述第二采样信号，且所述第三采样信号小于所述峰值时，确定2个所述角度值中处于0°至90°的目标角度值作为所述当前实际角度。
在一实施方式中，所述计算模块，还用于在所述第一采样信号小于等于所述第二采样信号，且所述第三采样信号小于等于所述峰值时，确定2个所述角度值中处于-90°至0°的目标角度值作为所述当前实际角度。
在一实施方式中，所述无轴承磁悬浮电机转子位置测量装置还包括：第二组霍尔传感器，所述第二组霍尔传感器包括：N个第二霍尔传感器对，各所述第二霍尔传感器对的第三霍尔传感器和第四霍尔传感器分别设置于所述径向圆面的第二径向线两端，各所述第二霍尔传感器对的第三霍尔传感器和第四霍尔传感器分别与所述计算模块电连接，相邻两个所述第二径向线的夹角为180°/N，且相邻所述第一径向线和所述第二径向线的夹角为90°/N；
所述计算模块，还用于将第i个所述第二霍尔传感器对的第三霍尔传感器的第三输出信号和第四霍尔传感器的第四输出信号进行比较，得到第i个第二模拟信号；将N个所述第二模拟信号进行减法运算，得到第三电压信号，将N个所述第二模拟信号进行加法运算，得到第四电压信号；
根据所述第一电压信号和/或所述第二电压信号确定所述转子的第一当前角度；
根据所述第三电压信号和/或所述第四电压信号确定所述转子的第二当前角度；
根据所述第一当前角度和所述第二当前角度确定所述当前实际角度。
在一实施方式中，所述计算模块，还用于根据所述第一当前角度与所述第二当前角度之间的角度差值与90°/N的角度误差，判断所述第一当前角度与所述第二当前角度是否为正常数据；
若判断为是，则将所述第一当前角度和所述第二当前角度的均值作为所述当前实际角度。
在一实施方式中，所述无轴承磁悬浮电机转子位置测量装置还包括：位置传感器和功率放大器，所述功率放大器和所述位置传感器分别与所述计算模块电连接，所述功率放大器和所述位置传感器还分别与所述无轴承磁悬浮电机电连接；
所述位置传感器，用于检测所述转子的位置信息；
所述计算模块，还用于根据所述位置信息及所述当前实际角度调整所述功率放大器的功率。
在一实施方式中，所述无轴承磁悬浮电机转子位置测量装置还包括：多个第一比较器、多个第二比较器、多个第一减法器、多个第二减法器、多个第一加法器和多个第二加法器；所述计算模块为处理器；
各所述第一霍尔传感器对的第一霍尔传感器及第二霍尔传感器分别与对应的第一比较器电连接，各所述第一比较器分别与对应的第一减法器和第一加法器电连接；
各所述第二霍尔传感器对的第三霍尔传感器及第四霍尔传感器分别与对应的第二比较器电连接，各所述第二比较器分别与对应的第二减法器和第二加法器电连接；
各所述第一减法器、各所述第一加法器、各所述第二减法器和各所述第二加法器分别与所述处理器电连接。
第二方面，本申请实施例提供了一种无轴承磁悬浮电机转子位置测量方法，该方法应用于第一方面提供的无轴承磁悬浮电机转子位置测量装置，所述无轴承磁悬浮电机转子位置测量方法包括：
将第i个第一霍尔传感器对的第一霍尔传感器的第一输出信号和第二霍尔传感器的第二输出信号进行比较，得到第i个第一模拟信号，1≤i≤N；
将N个所述第一模拟信号进行减法运算，得到第一电压信号；
将N个所述第一模拟信号进行加法运算，得到第二电压信号；
根据所述第一电压信号和/或所述第二电压信号确定所述转子的当前实际角度。
上述本申请提供的无轴承磁悬浮电机转子位置测量方法，其中装置包括：无轴承磁悬浮电机、第一组霍尔传感器和计算模块；第一组霍尔传感器包括：N个第一霍尔传感器对；计算模块，用于将第i个第一霍尔传感器对的第一霍尔传感器的第一输出信号和第二霍尔传感器的第二输出信号进行比较，得到第i个第一模拟信号；将N个第一模拟信号进行减法运算，得到第一电压信号；将N个第一模拟信号进行加法运算，得到第二电压信号；根据第一电压信号和/或第二电压信号确定转子的当前实际角度。通过所提供的无轴承磁悬浮电机转子位置测量方案，可以实现无轴承磁悬浮电机转子角度的精确计算，提高无轴承磁悬浮电机的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对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本申请保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。
图1示出了本申请实施例提供的无轴承磁悬浮电机转子位置测量装置的一结构示意图；
图2示出了本申请实施例提供的第一组霍尔传感器的一结构示意图；
图3示出了本申请实施例提供的无轴承磁悬浮电机转子位置测量装置的另一结构示意图；
图4示出了本申请实施例提供的第一组霍尔传感器和第二组霍尔传感器的一结构示意图；
图5示出了本申请实施例提供的无轴承磁悬浮电机转子位置测量装置的另一结构示意图；
图6示出了本申请实施例提供的无轴承磁悬浮电机转子位置测量装置的另一结构示意图；
图7示出了本申请实施例提供的一信号变化示意图；
图8示出了本申请实施例提供的无轴承磁悬浮电机转子位置测量方法的一流程示意图。
图标：101-无轴承磁悬浮电机，102-第一组霍尔传感器，103-计算模块，104-第二组霍尔传感器，105-位置传感器，106-功率放大器；
1020-第一霍尔传感器对，1021-第一霍尔传感器，1022-第二霍尔传感器，1040-第二霍尔传感器对,1023-第三霍尔传感器，1024-第四霍尔传感器；
601-第一比较器，602-第二比较器，603-第一减法器，604-第一加法器，605-第二减法器，606-第二加法器，607-微处理器。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在下文中，可在本申请的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本申请的各种实施例中被清楚地限定。
实施例1
本公开实施例提供了一种无轴承磁悬浮电机转子位置测量装置。
参见图1，无轴承磁悬浮电机转子位置测量装置包括：无轴承磁悬浮电机101、第一组霍尔传感器102和计算模块103；
所述无轴承磁悬浮电机101包括：转子和定子（未在图1中示出）；
所述第一组霍尔传感器102包括：N个第一霍尔传感器对，各所述第一霍尔传感器对的第一霍尔传感器和第二霍尔传感器分别设置于所述定子的径向圆面的第一径向线两端，各所述第一组霍尔传感器对的第一霍尔传感器和第二霍尔传感器分别与所述计算模块103电连接，相邻两个所述第一径向线的夹角为180°/N，N≥2；
所述计算模块103，用于将第i个所述第一霍尔传感器对的第一霍尔传感器的第一输出信号和第二霍尔传感器的第二输出信号进行比较，得到第i个第一模拟信号，1≤i≤N；将N个所述第一模拟信号进行减法运算，得到第一电压信号；将N个所述第一模拟信号进行加法运算，得到第二电压信号；根据所述第一电压信号和/或所述第二电压信号确定所述转子的当前实际角度。
这样，通过第一电压信号和/或所述第二电压信号确定所述转子的当前实际角度，提高转子的当前实际角度的计算速度。
在本实施例中，第一组霍尔传感器102包括N个第一霍尔传感器对，N≥2各第一霍尔传感器对的第一霍尔传感器和第二霍尔传感器可以为方形霍尔传感器或者六边形霍尔传感器，第一霍尔传感器和第二霍尔传感器为同一型号霍尔传感器，也可以为其他形状的霍尔传感器，在此不做限制。第一霍尔传感器和第二霍尔传感器可以为线性模拟量输出霍尔传感器。示范性的，无轴承磁悬浮电机可以为无轴承磁悬浮永磁同步电机，也可以为其他类型的无轴承磁悬浮电机，在此不做限制。
下面结合图2，以N=2时的第一组霍尔传感器进行举例说明。
参见图2，第一组霍尔传感器包括2个第一霍尔传感器对，第1个第一霍尔传感器对1020包括第一霍尔传感器1021和第二霍尔传感器1022，第1个第一霍尔传感器对1020的第一霍尔传感器1021和第二霍尔传感器1022分别设置于定子的径向圆面S的第1个第一径向线L1的两端。第2个第一霍尔传感器对1020包括第一霍尔传感器1021和第二霍尔传感器1022，第2个第一霍尔传感器对1020的第一霍尔传感器1021和第二霍尔传感器1022分别设置于定子的径向圆面S的第2个第一径向线L2的两端。第1个第一径向线L1与第2个第一径向线L2相互垂直，第1个第一径向线L1与第2个第一径向线L2之间的夹角为90°。第1个第一径向线L1与第2个第一径向线L2之间的夹角可以理解为：第1个第一径向线L1与第2个第一径向线L2相交于径向圆面S的圆心，以径向圆面S的圆心为顶点，过径向圆面S的圆心的相邻射线组成夹角。
如图2所示，可以按照第1个第一径向线L1与第2个第一径向线L2的交点为原点，建立坐标系1，以第1个第一径向线L1与第2个第一径向线L2分别作为坐标系1的坐标轴X1和坐标轴Y1。需要说明的是，在图2中，第1个第一径向线L1与第2个第一径向线L2上标记的箭头，仅仅用于指示坐标轴X1和坐标轴Y1的正方向。此外，N还可以为大于2的数值，在此不做限制。补充说明的是，第一霍尔传感器1021和第二霍尔传感器1022可以为方形霍尔传感器。
在一实施方式中，所述计算模块103，还用于确定所述第一电压信号的正弦函数表达式，根据所述正弦函数表达式确定当前弧度，将所述当前弧度转换为候选角度，根据所述候选角度确定所述当前实际角度。
在本实施例中，计算模块103可以为（Digital Singnal Processor，DSP）微处理器，DSP对第一电压信号进行采样，得到对应的正弦函数表达式。通过最大值比较法和最小值比较法，得到第一电压信号的峰值Vmax和谷值Vmin，第一电压信号的正弦函数表达式为Yv1- = (Vmax - Vmin)/2*Sin(α) +（Vmax- (Vmax - Vmin)/2），Yv1- 表示第一电压信号的当前电压值，α表示当前弧度，若当前角度为 Ø1，当前弧度α=Ø1 *(180/π)°，可以前述根据弧度和角度之间的计算公式，将当前弧度α转换为当前角度。
相类似的，DSP对第二电压信号进行采样，得到对应的正弦函数表达式。通过最大值比较法和最小值比较法，得到第二电压信号的峰值Vmax和谷值Vmin，第二电压信号的正弦函数表达式为Yv1+ = (Vmax - Vmin)/2*Sin(α) +（Vmax- (Vmax - Vmin)/2），Yv1+表示第二电压信号的当前电压值，α表示当前弧度。
需要说明的是，当前角度为 Ø1，当前弧度α =Ø1×(180/π)°，若当前角度Ø1计算出的数值范围为（-90°，90°）的两个角度值，需要用到第二电压信号V1+判断转子实际处于哪个象限。
在一实施方式中，所述计算模块103，还用于在N为2，所述候选角度包括处于-90°至90°的角度范围内的2个角度值，或者所述候选角度包括处于0至90°、270°至360°的角度范围内的2个角度值时，分别对第1个第一模拟信号、第2个第一模拟信号和所述第二电压信号进行采样，得到第一采样信号、第二采样信号和第三采样信号；根据所述第一采样信号和所述第二采样信号的大小关系以及所述第三采样信号与所述第二电压信号的峰值的大小关系，从2个所述角度值中确定所述当前实际角度。
示范性的，DSP对第1个第一模拟信号、第2个第一模拟信号和所述第二电压信号进行采样，得到第一采样信号singnal1、第二采样信号singnal2和第三采样信号singnal3，判断第一采样信号singnal1是否大于第二采样信号singnal2。
若第一采样信号singnal1大于第二采样信号singnal2，则说明当前实际角度应该属于0°至180°的角度范围，判断第三采样信号singnal3是否小于第二电压信号的峰值，若第三采样信号singnal3小于第二电压信号的峰值，则说明当前实际角度应该属于0°至90°的角度范围，从2个所述角度值中确定属于0°至90°的角度范围的目标角度作为当前实际角度。若第三采样信号singnal3大于等于第二电压信号的峰值，则说明当前实际角度应该属于90°至180°的角度范围，从2个所述角度值中确定属于90°至180°的角度范围的目标角度作为当前实际角度。
进一步补充说明的是，若第一采样信号singnal1小于等于第二采样信号singnal2，则说明当前实际角度应该属于180°至360°的角度范围。判断第三采样信号singnal3是否大于第二电压信号的峰值，若第三采样信号singnal3大于第二电压信号的峰值，则说明当前实际角度应该属于180°至270°的角度范围，从2个所述角度值中确定属于180°至270°的角度范围的目标角度作为当前实际角度。若第三采样信号singnal3小于等于第二电压信号的峰值，则说明当前实际角度应该属于270°至360°的角度范围，于270°至360°的角度范围也可以称为-90°至0°的角度范围。从2个所述角度值中确定属于270°至360°的角度范围的目标角度作为当前实际角度。
在一实施方式中，所述计算模块103，还用于在所述第一采样信号大于所述第二采样信号，且所述第三采样信号小于所述峰值时，确定2个所述角度值中处于0°至90°的目标角度值作为所述当前实际角度。
在另一实施方式中，所述计算模块103，还用于在所述第一采样信号小于等于所述第二采样信号，且所述第三采样信号小于等于所述峰值时，确定2个所述角度值中处于-90°至0°的目标角度值作为所述当前实际角度。
这样，从2个候选角度中确定当前实际角度，可以实现无轴承磁悬浮电机转子角度的精确计算，提高转子角度的准确度。
请参见图3，图3与图1的区别在于无轴承磁悬浮电机转子位置测量装置还包括：第二组霍尔传感器104，所述第二组霍尔传感器104包括：N个第二霍尔传感器对，各所述第二霍尔传感器对的第三霍尔传感器和第四霍尔传感器分别设置于所述径向圆面的第二径向线两端，各所述第二霍尔传感器对的第三霍尔传感器和第四霍尔传感器分别与所述计算模块电连接，相邻两个所述第二径向线的夹角为180°/N，且相邻所述第一径向线和所述第二径向线的夹角为90°/N；
所述计算模块103，还用于将第i个所述第二霍尔传感器对的第三霍尔传感器的第三输出信号和第四霍尔传感器的第四输出信号进行比较，得到第i个第二模拟信号；将N个所述第二模拟信号进行减法运算，得到第三电压信号，将N个所述第二模拟信号进行加法运算，得到第四电压信号；
根据所述第一电压信号和/或所述第二电压信号确定所述转子的第一当前角度；
根据所述第三电压信号和/或所述第四电压信号确定所述转子的第二当前角度；
根据所述第一当前角度和所述第二当前角度确定所述当前实际角度。
在本实施例中，第二组霍尔传感器104包括N个第二霍尔传感器对，N≥2各第二霍尔传感器对的第三霍尔传感器和第四霍尔传感器可以为六边形霍尔传感器或者方形霍尔传感器，第三霍尔传感器和第四霍尔传感器为同一型号霍尔传感器，也可以为其他形状的霍尔传感器，在此不做限制。第三霍尔传感器和第四霍尔传感器可以为线性模拟量输出霍尔传感器。下面结合图4，以N=2时的第二组霍尔传感器104进行举例说明。
参见图4，图4与图2的区别之处在于，还包括第二组霍尔传感器，第二组霍尔传感器包括2个第二霍尔传感器对1040，第1个第二霍尔传感器对1040包括第三霍尔传感器1023和第四霍尔传感器1024，第1个第二霍尔传感器对1040的第三霍尔传感器1023和第四霍尔传感器1024分别设置于定子的径向圆面S的第1个第二径向线L3的两端。第2个第二霍尔传感器对1040包括第三霍尔传感器1023和第四霍尔传感器1024，第2个第二霍尔传感器对1040的第三霍尔传感器1023和第四霍尔传感器1024分别设置于定子的径向圆面S的第2个第二径向线L4的两端。第1个第二径向线L3与第2个第二径向线L4相互垂直，第1个第二径向线L3与第2个第二径向线L4之间的夹角为90°。第1个第二径向线L3与第2个第二径向线L4之间的夹角可以理解为：第1个第二径向线L3与第2个第二径向线L4相交于径向圆面S的圆心，以径向圆面S的圆心为顶点，由第1个第二径向线L3与第2个第二径向线L4过圆心形成的相邻射线所组成夹角。
此外，第1个第一径向线L1和第1个第二径向线L3的夹角为45°，第1个第一径向线L1和第1个第二径向线L3的夹角可以理解为第1个第一径向线L1与第1个第二径向线L3相交于径向圆面S的圆心，以径向圆面S的圆心为顶点，过径向圆面S的圆心的射线组成45度角。
相类似的，第1个第二径向线L3与第2个第一径向线L2的夹角为45°，第2个第一径向线L2和第2个第二径向线L4的夹角为45°，第1个第一径向线L1和第2个第二径向线L4的夹角为45°。可以按照第1个第二径向线L3与第2个第二径向线L4的交点为原点，建立坐标系2，以第1个第二径向线L3与第2个第二径向线L4分别作为坐标系2的坐标轴X2和坐标轴Y2。在图4中，第1个第二径向线L3与第2个第二径向线L4上标记的箭头，仅仅用于指示坐标轴X2和坐标轴Y2的正方向。
需要说明的是，N还可以为大于2的数值，在此不做限制。补充说明的是，第三霍尔传感器1023、第四霍尔传感器1024、第三霍尔传感器1023和第四霍尔传感器1024为六边形霍尔传感器。
在一实施方式中，所述计算模块103，还用于根据所述第一当前角度与所述第二当前角度之间的角度差值与90°/N的角度误差判断所述第一当前角度与所述第二当前角度是否为正常数据；
若判断为是，则将所述第一当前角度和所述第二当前角度的均值作为所述当前实际角度。
需要补充说的是，若判断为否，则说明第一当前角度和第二当前角度存在较大误差，需要重新进行测量。所述第一当前角度与所述第二当前角度之间的角度差值与90°/N的角度误差可以自定设置，例如角度误差可以设置为（0±1°）。
在本实施例中，可以分别在坐标系1和坐标系2下分别计算得到第一当前角度Ø1和第二当前角度Ø2，DSP根据第二当前角度Ø2对第一当前角度Ø1进行校准，并且在坐标系1或者坐标系2任何一个出现测量故障的时候，都可以直接切换到另一个坐标系作为主要的霍尔传感器，从而继续完成测量过程。
示范性的，DSP 可以定时对坐标系1的第1个第一模拟信号Vx1和第2个第一模拟信号Vy1进行采样分别得到第七采样信号和第八采样信号，基于第七采样信号和第八采样信号获取在坐标系1下的第一当前角度Ø1。对坐标系2的第1个第二模拟信号Vx2和第2个第二模拟信号Vy2进行采样，分别得到第九采样信号和第十采样信号；基于第九采样信号和第十采样信号获取在坐标系2下的第二当前角度Ø2。判断第一当前角度Ø1与第二当前角度Ø2是否为正常数据，若N为2，则90°/N=45°，若第一当前角度Ø1与第二当前角度Ø2之间的角度差值为45°，45°-45°=0，说明第一当前角度Ø1与第二当前角度Ø2均为正常数据，计算两者的均值作为当前实际角度。若第一当前角度Ø1为非正常数据，第二当前角度Ø2为正常数据，则将第二当前角度Ø2作为当前实际角度。若第一当前角度Ø1正常数据，第二当前角度Ø2为非正常数据，则将第一当前角度Ø1作为当前实际角度。
这样，坐标系1或坐标系2有霍尔传感器损坏的情况下，依然能够使用未出现霍尔传感器损坏的坐标系测量转子角度，提高了无轴承磁悬浮电机的转子位置计算准确度，提高无轴承磁悬浮电机的稳定性。
请参阅图5，图5与图3的区别在于无轴承磁悬浮电机转子位置测量装置还包括：位置传感器105和功率放大器106，所述功率放大器106和所述位置传感器105分别与所述计算模块103电连接，所述功率放大器106和所述位置传感器105还分别与所述无轴承磁悬浮电机101电连接；
所述位置传感器105，用于检测所述转子的位置信息；
所述计算模块103，还用于根据所述位置信息及所述当前实际角度调整所述功率放大器106的功率。
这样，计算模块103可以为DSP，位置传感器105用于实时监测转子所处的位置，并将位置信号传输给DSP，由于转子悬浮条件需要依据转子的位置信息和当前实际角度，需要同事采集位置信息和当前实际角度，实时调整功率放大器106的功率输出，使转子悬浮。
在一实施方式中，无轴承磁悬浮电机转子位置测量装置还包括：多个第一比较器、多个第二比较器、多个第一减法器、多个第二减法器、多个第一加法器和多个第二加法器；所述计算模块为处理器；
各所述第一霍尔传感器对的第一霍尔传感器及第二霍尔传感器分别与对应的第一比较器电连接，各所述第一比较器分别与对应的第一减法器和第一加法器电连接；
各所述第二霍尔传感器对的第三霍尔传感器及第四霍尔传感器分别与对应的第二比较器电连接，各所述第二比较器分别与对应的第二减法器和第二加法器电连接；
各所述第一减法器、各所述第一加法器、各所述第二减法器和各所述第二加法器分别与所述处理器电连接。
这样，可以通过比较器、减法器、加法器，分别实现对相关信号的比较操作、加法运算和减法运算。
请参阅图6，图6包括两个第一霍尔传感器对，第1个第一霍尔传感器对的第一霍尔传感器1021及第二霍尔传感器1022分别与对应的一个第一比较器601电连接，第1个第一霍尔传感器对的第一霍尔传感器1021向电连接的第一比较器601发送第一输出信号，第1个第一霍尔传感器对的第二霍尔传感器1022向电连接的第一比较器601发送第二输出信号。该第一比较器601分别与对应的第一减法器603和第一加法器604电连接。该第一比较器601将接收的第一输出信号和第二输出信号进行比较，得到第1个第一模拟信号Vx1。第1个第一模拟信号Vx1即为坐标系1的X1轴方向的第一霍尔传感器对的输出量。
相类似的，第2个第一霍尔传感器对的第一霍尔传感器1021及第二霍尔传感器1022分别与对应的另一个第一比较器601电连接，第2个第一霍尔传感器对的第一霍尔传感器1021向电连接的第一比较器601发送第一输出信号，第2个第一霍尔传感器对的第二霍尔传感器1022向电连接的另一第一比较器601发送第二输出信号。该第一比较器601分别与对应的第一减法器603和第一加法器604电连接。该第一比较器601将接收的第一输出信号和第二输出信号进行比较，得到第2个第一模拟信号Vy1。第2个第一模拟信号Vy1即为坐标系1的Y1轴方向的第一霍尔传感器对的输出量。
进一步的，将第1个第一模拟信号Vx1和第2个第一模拟信号Vy1分别输入对应电连接的第一减法器603进行减法运算，得到第一电压信号V1-，即V1-=Vx1 - Vy1。将第1个第一模拟信号Vx1和第2个第一模拟信号Vy1分别输入对应电连接的第一加法器604进行加法运算，得到第二电压信号V1+，即V1+ =Vx1 + Vy1。
请参见图7，通过DSP对第1个第一模拟信号Vx1、第2个第一模拟信号Vy1、第一电压信号V1-和第二电压信号V1+进行采样，绘制得到第1个第一模拟信号Vx1对应的第一正弦曲线H1、第2个第一模拟信号Vy1对应的第二正弦曲线H2、第一电压信号V1-对应的第三正弦曲线H3和第二电压信号V1+对应的第四正弦曲线H4。具体地，图7中，横坐标为采样周期，纵坐标为模拟信号的电压值。
需要补充说明的是，DSP通过最大值比较法和最小值比较法分别得到第1个第一模拟信号Vx1、第2个第一模拟信号Vy1、第一电压信号V1-和第二电压信号V1+对应的峰值Vmax和谷值Vmin，利用公式V= (Vmax - Vmin)/2*Sin(α) +（Vmax- (Vmax - Vmin)/2），分别确定对应的正弦函数表达式，从而绘制得到对应的第一正弦曲线H1、第二正弦曲线H2、第三正弦曲线H3和第四正弦曲线H4。
图6还包括两个第二霍尔传感器对，第1个第二霍尔传感器对的第三霍尔传感器1023及第四霍尔传感器1024分别与对应的一个第二比较器602电连接，第1个第二霍尔传感器对的第三霍尔传感器1023向电连接的第二比较器602发送第三输出信号，第1个第二霍尔传感器对的第四霍尔传感器1024向电连接的第二比较器602发送第四输出信号。该第二比较器602分别与对应的第二减法器605和第二加法器606电连接。该第二比较器602将接收的第三输出信号和第四输出信号进行比较，得到第1个第二模拟信号Vx2。第1个第二模拟信号Vx2即为坐标系2的X2轴方向的第二霍尔传感器对的输出量。
相类似的，第2个第二霍尔传感器对的第三霍尔传感器1023及第四霍尔传感器1024分别与对应的一个第二比较器602电连接，第2个第二霍尔传感器对的第三霍尔传感器1023向电连接的第二比较器602发送第三输出信号，第2个第二霍尔传感器对的第四霍尔传感器1024向电连接的第二比较器602发送第四输出信号。该第二比较器602分别与对应的第二减法器605和第二加法器606电连接。该第二比较器602将接收的第三输出信号和第四输出信号进行比较，得到第2个第二模拟信号Vy2。第2个第二模拟信号Vy2即为坐标系2的Y2轴方向的第二霍尔传感器对的输出量。
进一步的，将第1个第二模拟信号Vy2和第2个第二模拟信号Vy2分别输入对应电连接的第二减法器进行减法运算，得到第三电压信号V2-，即V2-= Vx2 - Vy2。第1个第二模拟信号Vy2和第2个第二模拟信号Vy2分别输入对应电连接的第二加法器进行加法运算，得到第四电压信号V2+，即V2+=Vx2 + Vy2。
图6中的微处理器607根据第一电压信号V1-和第二电压信号V1+计算第一当前角度，根据第三电压信号V2-和第四电压信号V2+计算转子的第二当前角度，再结合第一当前角度和第二当前角度计算当前实际角度。
需要说明的，根据第一电压信号V1-和第二电压信号V1+计算第一当前角度的过程，包括：
确定所述第一电压信号V1-的正弦函数表达式，根据所述正弦函数表达式确定当前弧度，将所述当前弧度转换为第一候选角度，根据所述第一候选角度确定第一当前实际角度。
具体的，在N为2，第一候选角度包括处于-90°至90°的角度范围内的2个角度值时，分别对第1个第一模拟信号、第2个第一模拟信号和所述第二电压信号V1+进行采样，得到第一采样信号、第二采样信号和第三采样信号；根据所述第一采样信号和所述第二采样信号的大小关系以及所述第三采样信号与所述第二电压信号V1+的峰值的大小关系，从2个所述角度值中确定所述第一当前实际角度。第二电压信号V1+的峰值可以表示为(V1+max -V1+min)/2，V1+max 为第二电压信号V1+的正弦函数表达式的波峰值， V1+min为第二电压信号V1+的正弦函数表达式的波谷值。
具体的，在所述第一采样信号大于所述第二采样信号，且所述第三采样信号小于所述第二电压信号V1+的峰值时，确定2个所述角度值中处于0°至90°的目标角度值作为所述第一当前实际角度。
具体的，在所述第一采样信号小于等于所述第二采样信号，且所述第三采样信号小于等于第二电压信号V1+的峰值时，确定2个所述角度值中处于-90°至0°的目标角度值作为所述第一当前实际角度。
需要说明的是，根据第三电压信号V2-和第四电压信号V2+计算转子的第二当前角度，包括：
确定所述第三电压信号V2-的正弦函数表达式，根据所述正弦函数表达式确定当前弧度，将所述当前弧度转换为第二候选角度，根据所述第二候选角度确定第二当前实际角度。
具体的，在N为2，第二候选角度包括处于-90°至90°的角度范围内的2个角度值时，分别对第1个第二模拟信号、第2个第二模拟信号和所述第四电压信号V2+进行采样，得到第四采样信号、第五采样信号和第六采样信号；根据所述第四采样信号、第五采样信号的大小关系以及所述第六采样信号与所述第四电压信号V2+的峰值的大小关系，从2个所述角度值中确定所述第一当前实际角度。
需要说明的是，第四电压信号V2+的峰值可以表示为(V2+max - V2+min)/2，V2+max 为第四电压信号V2+的正弦函数表达式的波峰值， V2+min为第四电压信号V2+的正弦函数表达式的波谷值。
进一步说明的是，可以按照生成第一电压信号V1-的正弦函数表达式的相似方式，通过最大值比较法和最小值比较法得到第三电压信号V2-的正弦函数表达式和所述第四电压信号V2+的正弦函数表达式，在此不做赘述。
具体的，在所述第四采样信号大于所述第五采样信号，且所述第六采样信号小于所述第四电压信号V2+的峰值时，确定2个所述角度值中处于0°至90°的目标角度值作为所述第二当前实际角度。
具体的，在所述第四采样信号小于等于所述第五采样信号，且所述第六采样信号小于等于所述第四电压信号V2+时，确定2个所述角度值中处于-90°至0°的目标角度值作为所述第二当前实际角度。
本实施例提供的无轴承磁悬浮电机转子位置测量方装置，可以实现无轴承磁悬浮电机转子角度的精确计算，在有霍尔传感器损坏的情况下，依然能够进行测量转子角度，提高无轴承磁悬浮电机的稳定性。
实施例2
此外，本公开实施例提供了一种无轴承磁悬浮电机转子位置测量方法，该方法应用于实施例1提供的无轴承磁悬浮电机转子位置测量装置，无轴承磁悬浮电机转子位置测量装置的结构及工作原理参见实施例1，为避免重复，在此不做赘述。
如图8所示，无轴承磁悬浮电机转子位置测量方法包括：
步骤S801，将第i个第一霍尔传感器对的第一霍尔传感器的第一输出信号和第二霍尔传感器的第二输出信号进行比较，得到第i个第一模拟信号，1≤i≤N；
步骤S802，将N个所述第一模拟信号进行减法运算，得到第一电压信号；
步骤S803，将N个所述第一模拟信号进行加法运算，得到第二电压信号；
步骤S804，根据所述第一电压信号和/或所述第二电压信号确定所述转子的当前实际角度。
在一实施方式中，根据所述第一电压信号确定所述转子的当前实际角度，包括：
确定所述第一电压信号的正弦函数表达式，根据所述正弦函数表达式确定当前弧度；
将所述当前弧度转换为候选角度，根据所述候选角度确定所述当前实际角度。
在一实施方式中，根据所述候选角度确定所述当前实际角度，包括：
在N为2，所述候选角度包括处于-90°至90°的角度范围内的2个角度值时，分别对第1个第一模拟信号、第2个第一模拟信号和所述第二电压信号进行采样，得到第一采样信号、第二采样信号和第三采样信号；根据所述第一采样信号和所述第二采样信号的大小关系以及所述第三采样信号与所述第二电压信号的峰值的大小关系，从2个所述角度值中确定所述当前实际角度。
在一实施方式中，根据所述第一采样信号和所述第二采样信号的大小关系以及所述第三采样信号与所述第二电压信号的峰值的大小关系，从2个所述角度值中确定所述当前实际角度，包括：
在所述第一采样信号大于所述第二采样信号，且所述第三采样信号小于所述峰值时，确定2个所述角度值中处于0°至90°的目标角度值作为所述当前实际角度。
在一实施方式中，根据所述第一采样信号和所述第二采样信号的大小关系以及所述第三采样信号与所述第二电压信号的峰值的大小关系，从2个所述角度值中确定所述当前实际角度，包括：
在所述第一采样信号小于等于所述第二采样信号，且所述第三采样信号小于等于所述峰值时，确定2个所述角度值中处于-90°至0°的目标角度值作为所述当前实际角度。
在一实施方式中，根据所述第一电压信号和/或所述第二电压信号确定所述转子的当前实际角度，包括：
将第i个第二霍尔传感器对的第三霍尔传感器的第三输出信号和第四霍尔传感器的第四输出信号进行比较，得到第i个第二模拟信号；将N个所述第二模拟信号进行减法运算，得到第三电压信号，将N个所述第二模拟信号进行加法运算，得到第四电压信号；
根据所述第一电压信号和/或所述第二电压信号确定所述转子的第一当前角度；
根据所述第三电压信号和/或所述第四电压信号确定所述转子的第二当前角度；
根据所述第一当前角度和所述第二当前角度确定所述当前实际角度。
在一实施方式中，根据所述第一当前角度和所述第二当前角度确定所述当前实际角度，包括：
根据所述第一当前角度与所述第二当前角度之间的角度差值与90°/N的角度误差，判断所述第一当前角度与所述第二当前角度是否为正常数据；
若判断为是，则将所述第一当前角度和所述第二当前角度的均值作为所述当前实际角度。
在一实施方式中，无轴承磁悬浮电机转子位置测量方法还包括：
检测所述转子的位置信息；
根据所述位置信息及所述当前实际角度调整功率放大器的功率。
本实施例提供的无轴承磁悬浮电机转子位置测量方法应用于实施例1所提供的无轴承磁悬浮电机转子位置测量装置，该方法可以实现实施例1所提供的无轴承磁悬浮电机转子位置测量装置的测量步骤，为避免重复，在此不再赘述。
本实施例提供的无轴承磁悬浮电机转子位置测量方法，可以实现无轴承磁悬浮电机转子角度的精确计算，在有霍尔传感器损坏的情况下，依然能够进行测量转子角度，提高无轴承磁悬浮电机的稳定性。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者终端中还存在另外的相同要素。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的方法。
上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (10)

1.一种无轴承磁悬浮电机转子位置测量装置，其特征在于，包括：无轴承磁悬浮电机、第一组霍尔传感器和计算模块；
所述无轴承磁悬浮电机包括：转子和定子；
所述第一组霍尔传感器包括：N个第一霍尔传感器对，各所述第一霍尔传感器对的第一霍尔传感器和第二霍尔传感器分别设置于所述定子的径向圆面的第一径向线两端，各所述第一组霍尔传感器对的第一霍尔传感器和第二霍尔传感器分别与所述计算模块电连接，相邻两个所述第一径向线的夹角为180°/N，N≥2；
所述计算模块，用于将第i个所述第一霍尔传感器对的第一霍尔传感器的第一输出信号和第二霍尔传感器的第二输出信号进行比较，得到第i个第一模拟信号，1≤i≤N；将N个所述第一模拟信号进行减法运算，得到第一电压信号；将N个所述第一模拟信号进行加法运算，得到第二电压信号；根据所述第一电压信号和/或所述第二电压信号确定所述转子的当前实际角度。
2.根据权利要求1所述的无轴承磁悬浮电机转子位置测量装置，其特征在于，所述计算模块，还用于确定所述第一电压信号的正弦函数表达式，根据所述正弦函数表达式确定当前弧度，将所述当前弧度转换为候选角度，根据所述候选角度确定所述当前实际角度，所述第一电压信号的正弦函数表达式为Yv1- = (Vmax -Vmin)/2*Sin(α) +（Vmax- (Vmax -Vmin)/2），其中，Yv1-表示所述第一电压信号的当前电压值，α表示所述当前弧度，Vmax表示所述第一电压信号的峰值，Vmin表示所述第一电压信息的谷值。
3.根据权利要求2所述的无轴承磁悬浮电机转子位置测量装置，其特征在于，所述计算模块，还用于在N为2，所述候选角度包括处于-90°至90°的角度范围内的2个角度值时，分别对第1个第一模拟信号、第2个第一模拟信号和所述第二电压信号进行采样，得到第一采样信号、第二采样信号和第三采样信号；根据所述第一采样信号和所述第二采样信号的大小关系以及所述第三采样信号与所述第二电压信号的峰值的大小关系，从2个所述角度值中确定所述当前实际角度。
4.根据权利要求3所述的无轴承磁悬浮电机转子位置测量装置，其特征在于，所述计算模块，还用于在所述第一采样信号大于所述第二采样信号，且所述第三采样信号小于所述峰值时，确定2个所述角度值中处于0°至90°的目标角度值作为所述当前实际角度。
5.根据权利要求3所述的无轴承磁悬浮电机转子位置测量装置，其特征在于，所述计算模块，还用于在所述第一采样信号小于等于所述第二采样信号，且所述第三采样信号小于等于所述峰值时，确定2个所述角度值中处于-90°至0°的目标角度值作为所述当前实际角度。
6.根据权利要求1所述的无轴承磁悬浮电机转子位置测量装置，其特征在于，还包括：第二组霍尔传感器，所述第二组霍尔传感器包括：N个第二霍尔传感器对，各所述第二霍尔传感器对的第三霍尔传感器和第四霍尔传感器分别设置于所述径向圆面的第二径向线两端，各所述第二霍尔传感器对的第三霍尔传感器和第四霍尔传感器分别与所述计算模块电连接，相邻两个所述第二径向线的夹角为180°/N，且相邻所述第一径向线和所述第二径向线的夹角为90°/N；
所述计算模块，还用于将第i个所述第二霍尔传感器对的第三霍尔传感器的第三输出信号和第四霍尔传感器的第四输出信号进行比较，得到第i个第二模拟信号；将N个所述第二模拟信号进行减法运算，得到第三电压信号，将N个所述第二模拟信号进行加法运算，得到第四电压信号；
根据所述第一电压信号和/或所述第二电压信号确定所述转子的第一当前角度；
根据所述第三电压信号和/或所述第四电压信号确定所述转子的第二当前角度；
根据所述第一当前角度和所述第二当前角度确定所述当前实际角度。
7.根据权利要求6所述的无轴承磁悬浮电机转子位置测量装置，其特征在于，所述计算模块，还用于根据所述第一当前角度与所述第二当前角度之间的角度差值与90°/N的角度误差，判断所述第一当前角度与所述第二当前角度是否为正常数据；
若判断为是，则将所述第一当前角度和所述第二当前角度的均值作为所述当前实际角度。
8.根据权利要求7所述的无轴承磁悬浮电机转子位置测量装置，其特征在于，还包括：位置传感器和功率放大器，所述功率放大器和所述位置传感器分别与所述计算模块电连接，所述功率放大器和所述位置传感器还分别与所述无轴承磁悬浮电机电连接；
所述位置传感器，用于检测所述转子的位置信息；
所述计算模块，还用于根据所述位置信息及所述当前实际角度调整所述功率放大器的功率。
9.根据权利要求8所述的无轴承磁悬浮电机转子位置测量装置，其特征在于，还包括：多个第一比较器、多个第二比较器、多个第一减法器、多个第二减法器、多个第一加法器和多个第二加法器；所述计算模块为处理器；
各所述第一霍尔传感器对的第一霍尔传感器及第二霍尔传感器分别与对应的第一比较器电连接，各所述第一比较器分别与对应的第一减法器和第一加法器电连接；
各所述第二霍尔传感器对的第三霍尔传感器及第四霍尔传感器分别与对应的第二比较器电连接，各所述第二比较器分别与对应的第二减法器和第二加法器电连接；
各所述第一减法器、各所述第一加法器、各所述第二减法器和各所述第二加法器分别与所述处理器电连接。
10.一种无轴承磁悬浮电机转子位置测量方法，其特征在于，所述无轴承磁悬浮电机转子位置测量方法应用于权利要求1-9中任一项所述的无轴承磁悬浮电机转子位置测量装置，所述无轴承磁悬浮电机转子位置测量方法包括：
将第i个第一霍尔传感器对的第一霍尔传感器的第一输出信号和第二霍尔传感器的第二输出信号进行比较，得到第i个第一模拟信号，1≤i≤N；
将N个所述第一模拟信号进行减法运算，得到第一电压信号；
将N个所述第一模拟信号进行加法运算，得到第二电压信号；
根据所述第一电压信号和/或所述第二电压信号确定所述转子的当前实际角度。
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