CN206601097U - 电机转子位置检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电机转子位置检测装置，包括：传感器和磁性轮；所述磁性轮设置于电机主轴上，并与所述电机主轴同轴；所述磁性轮包括轮子本体和设置于所述轮子本体上的磁性层，所述磁性层有若干磁极，所述若干磁极沿所述轮子本体的周向等间距分布，且相邻的磁极极性相反；所述传感器设置于电机外壳上，用于检测所述磁性轮转动时所述若干磁极产生的磁场方向变化，并根据磁场方向变化的次数计算转子所转过的角度以确定转子位置。该电机转子位置检测装置结构简单体积小，价格低，检测精度高；输出信号为数字信号，电机控制器不需要进行复杂的信号处理，可以简化上层系统；安装精度要求比旋转变压器要求更低，易安装。

Description

电机转子位置检测装置

技术领域

本实用新型涉及电机领域，特别涉及一种电机转子位置检测装置。

背景技术

现有的车用电机转子位置检测装置主要是一种旋转变压器，见图1。旋转变压器主要由转子和定子两部分组成，其原理是将旋转变压器的转子安装在电机主轴上，绕在定子上的正弦线圈和余弦线圈分别感应激励线圈与转子之间形成的变化磁场，在输入载波的共同激励下产生正余弦电压包络线，电机控制器通过计算正余弦电压的关系，得到电机转子位置的角度值。旋转变压器的绕线方式和转子设计是影响旋转变压器输出表现的主要因素。

现有的电机转子位置传感器有以下缺陷：(1)现有的旋转变压器价格高，体积较大。旋转变压器信号的采集是通过一系列线圈感应变化磁场完成的，而不是集成芯片。由于线圈有一定的体积，导致旋转变压器整体的体积较大。(2)对电机控制器要求高，控制器里需要信号处理芯片解码信号。旋转变压器采集的信号是模拟信号，电机控制器需要对旋转变压器输出的信号进行解码后才能计算角度，因此需要增加解码芯片以及信号处理电路，从而增加电机控制器成本(3)安装困难。旋转变压器的总成结构复杂，安装过程中定子和转子相对位置关系要求高，一般要求在5°以内。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电机转子位置检测装置，以解决现有电机转子位置检测装置检测过程复杂，安装困难，体积大的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种电机转子位置检测装置，所述电机包括电机外壳和设置于所述电机外壳内的电机主轴，所述转子设置于所述电机主轴上，其特征在于，所述电机转子位置检测装置包括：传感器和磁性轮；所述磁性轮设置于所述电机主轴上，并与所述电机主轴同轴；所述磁性轮包括轮子本体和设置于所述轮子本体上的磁性层，所述磁性层有若干磁极，所述若干磁极沿所述轮子本体的周向等间距分布，且相邻的磁极极性相反；所述传感器设置于所述电机外壳上，用于检测所述磁性轮转动时所述若干磁极产生的磁场方向变化，并根据磁场方向变化的次数计算转子所转过的角度以确定转子位置。

可选的，所述磁性层由磁性材料制备而成，并通过给所述磁性材料充磁的方式使所述磁性层呈现出所述若干磁极。

可选的，所述磁性层包括若干磁铁，所述若干磁铁绕所述轮子本体的周向等间距分布。

可选的，所述电机转子位置检测装置还包括一缺极位置，用于记录所述转子的起始位置；所述缺极位置位于所述若干磁极中的两个相邻磁极之间。

可选的，所述若干磁极的数量为至少2000个。

可选的，所述电机转子所转过的角度按以下公式计式：

式中：为电机转子所转过的角度，α为每个磁极对应的角度，n为传感器检测到磁场方向变化的次数，m为所述磁性层上用于感应所述传感器的磁极数量，R为所述磁性轮所转过的圈数，R为整数。

可选的，所述电机转子所转过的角度的精度为：

式中：Accuracy为电机转子所转过的角度的精确度，m为所述磁性层上用于感应所述传感器的磁极数量。

可选的，所述传感器为GMR传感器或者AMR传感器。

可选的，所述GMR传感器包括芯片，所述芯片为单GMR芯片或者差分GMR芯片；所述AMR传感器包括芯片，所述芯片为单AMR芯片或者差分AMR芯片。

可选的，所述电机外壳上设置有槽口，所述传感器设置于所述槽口内。

在本实用新型提供的电机转子位置检测装置中，具有以下有益效果：(1)结构简单体积小，价格低，检测精度高。(2)输出信号为数字信号，电机控制器不需要进行复杂的信号处理，可以简化上层系统。(3)安装精度要求比旋转变压器要求更低，易安装。

附图说明

图1是现有技术的电机转子位置检测装置剖面示意图；

图2和图3分别是本申请一实施例的电机转子位置检测装置主视图和等轴测图；

图4是本申请一实施例的电机转子位置检测装置的信号逻辑及检测原理图；

图5分别是本申请一实施例的电机转子位置检测装置电机外壳开设槽口的主视图；

图6是本申请一实施例的设置了缺极位置的电机转子位置检测装置。

图中：

1-线圈；2-转子；3-定子；4-传感器；5-磁性轮；51-轮子本体；52-磁性层；521-磁极；522-缺极位置；6-电机主轴；7-电机外壳；71-槽口；8-感应磁场变化曲线；9-输出信号变化曲线。

具体实施方式

本实用新型的核心思想在于提供一种电机转子位置检测装置，在电机主轴6上安装一磁性轮5，磁性轮5的外沿等间距的分布着若干磁极521，磁性轮5随电机主轴6的旋转而旋转，在电机外壳7上设置一传感器4，用于检测所述磁极521极性的变化情况，并据此计算出电机转子所转过的角度从而确定电机转子的位置。

以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的电机转子位置检测装置作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

参阅图2和图3，其示出的分别是本实施例电机转子位置检测装置主视图和等轴测图。从图中可以看出，电机转子位置检测装置主要由磁性轮5和传感器4组成。磁性轮5包括轮子本体51和磁性层52组成，所述轮子本体51主要用于承载所述磁性层52，磁性层52有磁性，且磁性层52上有若干个磁极521，这些磁极521绕所述轮子本体51等间距的分布，并且相邻的磁极的极性相反。

磁性层52可以由磁性材料制备形成，具体的，将磁性材料均匀的设置在所述轮子本体51的圆周面上，等磁性材料固定在轮子本体51后，即形成了磁性层52，但这时候磁性层52还没有磁性，需要对这些磁性材料充磁，使这些磁性材料具有磁性，并且使磁性层52表现出多个磁极521，这些磁极521等间距的分布在所述轮子本体51上，并使相邻的磁极521极性相反。

磁性层52还可以由若干磁铁组成，所述若干磁铁绕所述轮子本体51的周向等间距分布，从而使磁性层52表现出若干个磁极521。

传感器4安装在电机外壳7上。因为转子设置于电机主轴6上，磁性轮5也设置于电机主轴6上，所以电机转子和磁性轮5在电机运转时是同步旋转的，所以只需计算磁性轮5所转过的角度，即可确定电机转子所转过的角度，也就可以确定电机转子的位置了。

优选的，传感器4可选用GMR传感器或AMR传感器，GMR传感器内部有芯片，其芯片可为单GMR芯片或者差分GMR芯片；AMR传感器内部有芯片，其芯片可为单AMR芯片或者差分AMR芯片。

所述磁极521的数量为偶数，为了保证计算精度，磁极521的数量至少2000个。传感器4安装在电机外壳7上，并位于磁性层52的一侧，两者之间保持一定的距离。所述传感器4和磁性层52之间的距离以能感应到磁极521的磁场为准，两者之间的距离越近，传感器4感应的磁场变化越明显。在磁性轮5转动过程中，由于传感器4固定在电机外壳7上，所以每个磁极521相对传感器的位置在不停变化，又因为相邻磁极521的极性相反，所以传感器4感应到的磁场在不停变化，每个磁极521引起的磁场变化，输出脉冲信号，且每个脉冲对应一个磁铁51。电机控制器根据输出脉冲信号的个数，计算得到电机主轴6转过的磁极数量，从而计算得到电机主轴6转过的角度，即电机转子的位置，其信号逻辑及检测原理请参阅图4。

优选的，为了便于记录电机转子的起始位置，所述电机转子位置检测装置还包括一缺极位置522，用于记录所述转子的起始位置；所述缺极位置522位于所述若干磁极521中的两个相邻磁极521之间，具体请参阅图6。从图6中可以看出在磁性层52的圆周面上有一个位置没有磁极521，这里就是缺极位置53，磁极521在其他位置上等间距分布，所以传感器4可以将缺极位置522作为起始位置，从而便于检测电机转子的相对位置。

较佳的，传感器4固定在所述电机外壳7上，固定方式可以但不限于用胶水粘结，螺栓连接。进一步，为了增加传感器4的安装稳定性，可先在所述支撑体52上开设槽口71，然后将所述传感器4嵌入槽口71中，具体请参阅图5。图5中的感应磁场变化曲线8和输出信号变化曲线9为虚拟的，主要是为了便于理解本实施例。

具体的，电机主轴6转过的角度的计算过程如下，设磁性层52上共设置了m个用于感应传感器4的磁级，以缺极位置522作为绝对位置零点，需要说明的是这里的磁极的数量仅指用于感应传感器4的磁极，本领域技术人员应当认为磁极都是成对出现的，其中不能感应传感器4的磁极不计算在内。当电机主轴6转动，n个磁极521转过传感器4后，传感器4会检测到n次磁场方向的变化，便会对应的输出0.5n个脉冲信号，即可得到转过的磁铁数为n。n的值取决于磁性轮5所转过的圈数，例如，若磁性轮5转过两圈，则n＝2m。而每个磁铁51所对应角度α可以根据支撑体51上的磁铁51的数量得到，最后根据脉冲信号的个数n和每个磁铁51对应的角度α计算得到转子的角度位置。计算公式见式(1)。

式中：为电机转子所转过的角度，α为每个磁极对应的角度，n为传感器检测到磁场方向变化的次数，m为所述磁性层上用于感应传感器4的磁极数量，R为所述磁性轮5所转过的圈数，R为整数。若磁性轮转过不足一圈，则不计算圈数，例如若磁性轮转过2.5圈，则R输出2。

其中，磁铁51的数量决定了位置信号的精度，磁铁51的数量越多，位置信号精度越高。精度计算方法参照公式(2)。当磁性论充磁满足600对极，即可满足0.3°机械角度要求。

式中：Accuracy为电机转子所转过的角度的精确度，m为所述磁性层上用于感应传感器4的磁极数量。

本申请提供的电机转子位置检测装置具有以下有益效果：(1)结构简单体积小，价格低，检测精度高。(2)输出信号为数字信号，电机控制器不需要进行复杂的信号处理，可以简化上层系统。(3)安装精度要求比旋转变压器要求更低，易安装。

上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (8)

1.一种电机转子位置检测装置，所述电机包括电机外壳和设置于所述电机外壳内的电机主轴，所述转子设置于所述电机主轴上，其特征在于，所述电机转子位置检测装置包括：传感器和磁性轮；

所述磁性轮设置于所述电机主轴上，并与所述电机主轴同轴；

所述磁性轮包括轮子本体和设置于所述轮子本体上的磁性层，所述磁性层有若干磁极，所述若干磁极沿所述轮子本体的周向等间距分布，且相邻的磁极极性相反；

所述传感器设置于所述电机外壳上，用于检测所述磁性轮转动时所述若干磁极产生的磁场方向变化，并根据磁场方向变化的次数计算转子所转过的角度以确定转子位置。

2.如权利要求1所述的电机转子位置检测装置，其特征在于，所述磁性层由磁性材料制备而成，并通过给所述磁性材料充磁的方式使所述磁性层呈现出所述若干磁极。

3.如权利要求1所述的电机转子位置检测装置，其特征在于，所述磁性层包括若干磁铁，所述若干磁铁绕所述轮子本体的周向等间距分布。

4.如权利要求1所述的电机转子位置检测装置，其特征在于，还包括一缺极位置，用于记录所述转子的起始位置；所述缺极位置位于所述若干磁极中的两个相邻磁极之间。

5.如权利要求1所述的电机转子位置检测装置，其特征在于，所述若干磁极的数量为至少2000个。

6.如权利要求1所述的电机转子位置检测装置，其特征在于，所述传感器为GMR传感器或者AMR传感器。

7.如权利要求6所述的电机转子位置检测装置，其特征在于，所述GMR传感器包括芯片，所述芯片为单GMR芯片或者差分GMR芯片；所述AMR传感器包括芯片，所述芯片为单AMR芯片或者差分AMR芯片。

8.如权利要求1所述的电机转子位置检测装置，其特征在于，所述电机外壳上设置有槽口，所述传感器设置于所述槽口内。