CN202872710U

CN202872710U - 一种交流无刷永磁同步电机转子位置检测装置

Info

Publication number: CN202872710U
Application number: CN2012204384897U
Authority: CN
Inventors: 曾庆臣
Original assignee: BEIJING UNISON ELECTRONICS TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Beijing Unison Electronics Technology Co ltd
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2022-12-20

Abstract

一种交流无刷永磁同步电机转子位置检测装置，包括电机、与电机连接的电子控制中心、磁极检测磁盘和磁极检测电路板，所述磁极检测磁盘与电机的输出轴同步，并由电机转子驱动，磁极检测电路板与所述磁极检测磁盘的旋转平面平行，所述磁极检测电路板上设置有霍尔传感器，霍尔传感器的电信号传送到电子控制中心，霍尔传感器的位置与磁极检测磁盘的旋转圆周相对应；本装置将绝对值式编码和增量式编码结合起来使用，兼顾了在启动时的转子绝对位置的检测和在转子旋转之后的高精度位置信号的需求，而且减少了元件的使用量，并显著的降低了转子位置传感器的成本。

Description

一种交流无刷永磁同步电机转子位置检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种交流无刷永磁同步电机转子位置检测装置，特别是应用于汽车转向助力电机上的一种位置检测装置。

背景技术

随着汽车助力转向需求日益增加和社会对节能环保的要求越来越高，汽车助力转向的发展趋势是电机，因为用电机控制助力转向不像液压那样，时刻都需要损耗能量来保持液压泵内液压油的压力，从而减少能量的持续消耗。电机控制助力转向可以在有助力需求的时候启动电机，没有助力需求的时候，不启动电机，这样无形中就节省了能源。

电机作为助力转向系统的动力源，种类有很多：直流有刷，直流无刷永磁同步；交流无刷永磁同步电机；在这三类电机中，后两种由于不需要电刷，所以免维护性能好，故障率低；在后两种中，从扭矩平滑性角度来讲，交流无刷永磁同步电机占据绝对的优势。在使用交流无刷永磁同步电机时，需要转子位置的判定比较精确。

当前测量转子位置的传感器有：光电式；旋转变压器式；霍尔式；其中光电式和旋转变压器式都可以做的精度很高，但是产品的价格会很贵，尤其在汽车助力转向领域，需求量大，成本低的特点，利用前两种传感器几乎是不允许的。目前国内利用霍尔传感器测量转子位置的话，只能做到最小60°的精度，这个精度对于控制直流无刷永磁同步电机来说，还是可以的，但是对于控制交流无刷永磁同步电机，那是远远不够的。

本实用新型是基于当前现状，利用霍尔传感器和测量磁盘的重新分区组合，来达到低成本，相对高精度的目的。

实用新型内容

本实用新型的目的是，针对现有在直流无刷永磁同步电机上所用的位置传感器的特点，和应用到交流无刷永磁同步电机上精度不足的现状，提供一种新型的适用于交流无刷永磁同步电机转子位置检测装置，以降低交流无刷永磁同步电机位置检测的成本。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种交流无刷永磁同步电机转子位置检测装置，包括电机、与电机连接的电子控制中心、磁极检测磁盘和磁极检测电路板，所述磁极检测磁盘与电机的输出轴同步，并由电机转子驱动，磁极检测电路板与所述磁极检测磁盘的旋转平面平行，所述磁极检测电路板上设置有霍尔传感器，霍尔传感器的电信号传送到电子控制中心，霍尔传感器的位置与磁极检测磁盘的旋转圆周相对应；

霍尔传感器包括五个独立的霍尔传感单元（这五个独立的霍尔单元不限于五个独立的霍尔器件，因为有些霍尔器件是将多个霍尔单元集成到一起）；按照功能和译码原理将五个单元可以分为两组：第一组，是内圆部分，三个霍尔单元Ha、Hb、Hc，这三个单元反馈的是转子位置绝对位置的信息，三个单元总共组合出六个状态，每个状态对应60°的分区；第二组，位于外圆环，两个霍尔单元Q1、Q2，这两个单元反馈的利用自身信号相位偏差90°来达到判断旋转反向，并且进行增量式译码的功能，将第一组的60°分区又进行了8等分，这样讲精度扩展到7.5°。

本装置将绝对值式编码和增量式编码结合起来使用，兼顾了在启动时的转子绝对位置的检测，和在转子旋转之后的高精度位置信号的需求，而且减少了元件的使用量，并显著的降低了转子位置传感器的成本。

附图说明

下面根据附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

图1是交流无刷永磁同步电机转子位置检测装置的电机控制子系统的结构图；

图2是检测磁盘磁极位置拓扑图；

图3是电机位置传感器信号图。

具体实施方式

如图1所示，交流无刷永磁同步电机转子位置检测装置，包括电机3、与电机3连接的电子控制中心1、磁极检测磁盘5和磁极检测电路板6，所述磁极检测磁盘5与电机3的输出轴4同步，并由电机转子驱动，磁极检测电路板6与所述磁极检测磁盘5的旋转平面平行，所述磁极检测电路板6上设置有霍尔传感器，霍尔传感器的电信号7传送到电子控制中心，霍尔传感器的位置与磁极检测磁盘的旋转圆周相对应。

如图2，将检测磁盘的磁极分区划分为两大部分，一部分是内圆部分，包括两个磁极（N、S），在对应的磁极检测电路板上分别放置三个霍尔传感器（Ha、Hb、Hc），这三个霍尔传感器的夹角为120°电角度，外圆环为第二个磁极分区，在对应的磁极检测电路板上放置两个霍尔传感器（Q1、Q2），在360°电角度上总共有24个相互交替的磁极；本图示只是此种实用新型的一种实例，用以更加具体的阐述本实用新型的原理，但是并不局限于内环和外环的现有布局，如果颠倒布局也算是此实用新型的原理范畴；

如图1，电机控制子系统，安装在电机转子上的磁极检测磁盘（Sensor Magnet），在高位分区的磁极就会发出高位磁场强度和方向的磁信号（HR），在低位的磁极就会发出低位的磁极信号（LR），从而使放置在磁极检测电路板子（Sensor Board）上的霍尔传感器发出信号（Ha、Hb、Hc、Q1、Q2）给控制器，控制器在知道当前的转子位置的情况下，就可以根据驱动算法，输出对应相位的正弦电流在驱动线（A、B、C）上，这样，转子就会带动磁极检测磁盘旋转，而转子一旋转起来，那么霍尔传感器就会给出新的位置信号，控制器又会根据新的位置信号给出新相位的驱动电流，这样就达到了一个动态的闭环控制。

根据图2和图3，可以看出，低位霍尔传感器给出的位置信号是每60°一个状态，如图3：Hc、Hb、Ha状态：0~60°：101；60°~120°：001；120°~180°：011；180°~240°：010；240°~300°：110；300°~360°：100；（当然此只是举一实例，但本实用新型不局限于只是此种译码结果）；这六个状态码是互相有区别的，所以控制器就可以根据这些状态码，确切知道当前电机转子位置确切在哪个60°分区，这就是绝对值位置的反馈检测；再看高位信号的状态（Q1、Q2），这两路信号的逻辑边沿不是重合的，而是在相位上有90°的相位差，这样控制器就可以根据这90°的相位差，判断出哪路信号在前哪路信号在后，从而就可以得出电机转子当前的旋转方向；而且从在每个60°分区的状态来看，都有重复的八个状态，正是因为这些状态是重复的，所以无法从转子静态的时候得到准确的绝对位置；只能是在转子旋转起来之后，根据低位Hc、Hb、Ha信号得出绝对位置，再根据高位Q1、Q2信号的边沿，累加结果得到新的绝对位置，从原理上讲，Q1、Q2是靠边沿变化，来计数，从而得到新位置的，这个新位置是一个相对位置。得出结论，Q1、Q2的工作方式是增量式的，从而将转子位置角度精确到60°/8=7.5°。

本技术领域中的相关技术人员应当熟悉到，以上所述实施例仅是用来说明本实用新型的目的，而并非用作对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质范围内，对上述实施例所做的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求范围内。

Claims

1.一种交流无刷永磁同步电机转子位置检测装置，包括电机、与电机连接的电子控制中心、磁极检测磁盘和磁极检测电路板，其特征在于，所述磁极检测磁盘与电机的输出轴同步，并由电机转子驱动，磁极检测电路板与所述磁极检测磁盘的旋转平面平行，所述磁极检测电路板上设置有霍尔传感器，霍尔传感器的电信号传送到电子控制中心，霍尔传感器的位置与磁极检测磁盘的旋转圆周相对应。

2.根据权利要求1所述的一种交流无刷永磁同步电机转子位置检测装置，其特征在于，霍尔传感器包括五个独立的霍尔传感单元，分为两组：第一组，是内圆部分，三个霍尔单元Ha、Hb、Hc；第二组，位于外圆环，两个霍尔单元Q1、Q2。

3.根据权利要求2所述的一种交流无刷永磁同步电机转子位置检测装置，其特征在于，三个霍尔传感器Ha、Hb、Hc的夹角为120°电角度。