CN206099665U - 一种带磁编码器的永磁无刷直流电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带磁编码器的永磁无刷直流电机，包括机壳、控制电板、转子及定子；控制电板固定在前端盖内侧中心处，控制电板中心处设置有磁编码器芯片；转子包括中心转轴及转子盘，中心转轴的前端中心处嵌入有圆柱形永磁体，圆柱形永磁体的前端面与磁编码器芯片靠近而不贴和；磁编码器芯片内设置有沿圆周均布的四个霍尔传感器，编码电路将相对的两个霍尔传感器通过微分放大器连接在一起，模数转换器转换成数字信号并通过数字滤波器滤除杂音，而后接入数字信号处理器处理得到角度及数字量。本实用新型结构简单、装配方便、高效可靠，有效提高了对转子角度的识别精度，且磁编码器具有抗振动、抗腐蚀、抗干扰等特点。

Description

一种带磁编码器的永磁无刷直流电机

技术领域

本发明涉及一种带磁编码器的永磁无刷直流电机，属于电机技术领域。

背景技术

永磁无刷直流电机是由一块或多块永磁体建立磁场的直流电机，结构上和有刷电机相似，也有转子和定子，不同的是：有刷电机的转子是线圈绕组，和动力输出轴相连，定子是永磁磁钢；无刷电机的转子是永磁磁钢，和输出轴相连，定子是绕组线圈，去掉了有刷电机用来交替变换电磁场的换向电刷，故称之为无刷电机。无刷电机依靠改变输入到定子线圈上的电流的交变频率和波形，在绕组线圈周围形成一个绕电机几何轴心旋转的磁场，从而驱动转子上的永磁磁钢转动。因为输入的是直流电，电流需要将其变成交变电流，即通过控制电板接受位置传感器信号和正反转信号，用来控制各电桥的通断，产生连续转矩。

现有的永磁无刷直流电机通过控制电路上的霍尔位置传感器来识别的转子位置，识别精度不够高，从而定子线圈上交流电产生的转矩不稳定，低速时容易发生抖动，且转速较快时也无法识别。

为解决上述问题，设计出一种带磁编码器的永磁无刷直流电机，通过磁编码器芯片内沿圆周均布的四个霍尔传感器及编码处理，有效地提高了对转子角度的识别精度，使电机输出更顺畅、更可靠；且同传统的光编码器相比，磁编码器具有抗振动、抗腐蚀、抗污染、抗干扰和宽温度的特性。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种带磁编码器的永磁无刷直流电机，具有结构简单、装配方便、高效可靠等优点，有效提高对转子角度的识别精度，且磁编码器具有抗振动、抗腐蚀、抗干扰等特点。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种带磁编码器的永磁无刷直流电机，包括机壳、控制电板、转子及套设在所述转子外侧的定子；

其中，所述机壳包括前端盖、后端盖及外筒，且前端盖及后端盖固定在外筒两端；

所述控制电板固定在前端盖内侧中心处，控制电板中心处设置有磁编码器芯片，且磁编码器芯片与控制电板通过电路连接；

所述定子包括定子铁芯及缠绕在定子铁芯上的线圈绕组，所述定子铁芯固定在外筒内；

所述转子包括中心转轴及转子盘，转子盘上设置有永磁体，且转子盘与中心转轴同中心轴线安装；中心转轴通过轴承安装在前端盖、后端盖上，且同中心轴线安装；中心转轴的前端中心处嵌入有圆柱形永磁体，圆柱形永磁体的前端面与磁编码器芯片靠近而不贴和。

优选的，为保证磁编码器芯片对圆柱形永磁体磁场的感应，所述圆柱形永磁体的前端面与磁编码器芯片之间的间隙在0.6mm～0.9mm内。

优选的，所述磁编码器芯片内设置有沿圆周均布的四个霍尔传感器，通过芯片内部的逻辑电路对圆周磁场进行采样。

优选的，四个霍尔传感器所在的圆周直径在2.0mm～2.3mm内。

优选的，所述磁编码器芯片包括编码电路，所述编码电路与四个霍尔传感器相连，从检测出的圆柱形永磁体磁场分布中处理分析出圆柱形永磁体的角度信息。

优选的，所述编码电路将相对的两个霍尔传感器通过微分放大器连接在一起，得到的两个模拟信号分别通过模数转换器(ADC)转换成数字信号并通过数字滤波器滤除杂音，而后将得到的两个数字信号接入数字信号处理器(DSP)处理得到角度(Angle)及数字量(Magnitude)。

有益效果：本发明提供的一种带磁编码器的永磁无刷直流电机，相对于现有技术，具有以下优点：1、结构简单、装配方便、高效可靠，且通过磁编码器芯片内沿圆周均布的四个霍尔传感器及编码处理，有效地提高了对转子角度的识别精度，使电机的输出更顺畅、更可靠；2、同传统的光编码器相比，磁编码器具有抗振动、抗腐蚀、抗污染、抗干扰和宽温度等特点。

附图说明

图1为本发明一种带磁编码器的永磁无刷直流电机的整体结构示意图；

图2为本发明一种带磁编码器的永磁无刷直流电机中编码电路工作原理图；

图中包括：1、前端盖，2、后端盖，3、外筒，4、控制电板，5、磁编码器芯片，6、定子铁芯，7、中心转轴，8、转子盘，9、圆柱形永磁体，10、霍尔传感器，11、微分放大器，12、模数转换器，13、数字滤波器，14、数字信号处理器

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作更进一步的说明。

如图1所示为一种带磁编码器的永磁无刷直流电机，包括机壳、控制电板4、转子及套设在所述转子外侧的定子；

其中，所述机壳包括前端盖1、后端盖2及外筒3，且前端盖1及后端盖2固定在外筒3两端；

所述控制电板4固定在前端盖1内侧中心处，控制电板4中心处设置有磁编码器芯片5，且磁编码器芯片5与控制电板4通过电路连接；

所述定子包括定子铁芯6及缠绕在定子铁芯上的线圈绕组，所述定子铁芯6固定在外筒3内；

所述转子包括中心转轴7及转子盘8，转子盘8上设置有永磁体，且转子盘8与中心转轴7同中心轴线安装；中心转轴7通过轴承安装在前端盖1、后端盖2上，且同中心轴线安装；中心转轴7的前端中心处嵌入有圆柱形永磁体9，圆柱形永磁体9的前端面与磁编码器芯片5靠近而不贴和。

本实施例中，为保证磁编码器芯片5对圆柱形永磁体9磁场的感应，所述圆柱形永磁体9的前端面与磁编码器芯片5之间的间隙为0.8mm。

本实施例中，所述磁编码器芯片5内设置有沿圆周均布的四个霍尔传感器10。

本实施例中，四个霍尔传感器10所在的圆周直径为2.2mm。

本实施例中，所述磁编码器芯片5包括编码电路，所述编码电路将相对的两个霍尔传感器10通过微分放大器11连接在一起，得到的两个模拟信号分别通过模数转换器12(ADC)转换成数字信号并通过数字滤波器13滤除杂音，而后将得到的两个数字信号接入数字信号处理器14(DSP)处理得到角度(Angle)及数字量(Magnitude)。

本实施例中，磁编码器具有增量角度输出和绝对角度输出功能。增量角度输出信号分为A,B两路，磁铁相对磁编码器芯片旋转一周，A,B通道各输出256个周期脉冲，两路信号相位相差1/2个脉冲，可以根据超前或滞后关系判断转动方向，通过4倍频可以获得10位的分辨率。磁编码器芯片将绝对角度定义为磁铁的磁极与霍尔阵列的角度，磁铁每旋转一周，磁编码芯片将输出512个绝对角度的信号，通过SPI通讯可将其读出。在绝对角度为0或1023时，INDEX通道将输出一个零位脉冲，可以利用此信号重置测量值，消除累计误差。

该磁旋转编码器可识别的转子位置精度为±0.35°，而传统的霍尔传感器可识别的转子位置精度是±30°，所以采用磁旋转编码器的永磁同步电机运转更顺畅，将转矩脉动将至最低，由于芯片识别位置精度高，电机在低速时不会发生抖动，并且能输出大扭矩。

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 (6)

1.一种带磁编码器的永磁无刷直流电机，其特征在于，包括机壳、控制电板(4)、转子及套设在所述转子外侧的定子；

其中，所述机壳包括前端盖(1)、后端盖(2)及外筒(3)，且前端盖(1)及后端盖(2)固定在外筒(3)两端；

所述控制电板(4)固定在前端盖(1)内侧中心处，控制电板(4)中心处设置有磁编码器芯片(5)，且磁编码器芯片(5)与控制电板(4)通过电路连接；

所述定子包括定子铁芯(6)及缠绕在定子铁芯(6)上的线圈绕组，所述定子铁芯(6)固定在外筒(3)内；

所述转子包括中心转轴(7)及转子盘(8)，转子盘(8)上设置有永磁体，且转子盘(8)与中心转轴(7)同中心轴线安装；中心转轴(7)通过轴承安装在前端盖(1)、后端盖(2)上，且同中心轴线安装；中心转轴(7)的前端中心处嵌入有圆柱形永磁体(9)，圆柱形永磁体(9)的前端面与磁编码器芯片(5)靠近而不贴和。

2.根据权利要求1所述的一种带磁编码器的永磁无刷直流电机，其特征在于，所述圆柱形永磁体(9)的前端面与磁编码器芯片(5)之间的间隙在0.6mm～0.9mm内。

3.根据权利要求1所述的一种带磁编码器的永磁无刷直流电机，其特征在于，所述磁编码器芯片(5)内设置有沿圆周均布的四个霍尔传感器(10)。

4.根据权利要求3所述的一种带磁编码器的永磁无刷直流电机，其特征在于，四个霍尔传感器(10)所在的圆周直径在2.0mm～2.3mm内。

5.根据权利要求3所述的一种带磁编码器的永磁无刷直流电机，其特征在于，所述磁编码器芯片(5)包括编码电路，所述编码电路与四个霍尔传感器(10)相连，从检测出的圆柱形永磁体(9)磁场分布中处理分析出圆柱形永磁体(9)的角度信息。

6.根据权利要求5所述的一种带磁编码器的永磁无刷直流电机，其特征在于，所述编码电路将相对的两个霍尔传感器(10)通过微分放大器(11)连接在一起，得到的两个模拟信号分别通过模数转换器(12)转换成数字信号并通过数字滤波器(13)滤除杂音，而后将得到的两个数字信号接入数字信号处理器(14)处理得到角度及数字量。