CN207398992U - 一种便于内置霍尔传感器定位的多极无刷电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种便于内置霍尔传感器定位的多极无刷电机，包括定子、转子和霍尔定位板；本实用新型设计新颖、功能全面、安装方便快捷，控制精度准确，定位准确，有效地保证了绕组相位与霍尔传感器的电角关系，大大提高了工作效率和可靠性，实用性更强，更适合大范围推广。

Description

一种便于内置霍尔传感器定位的多极无刷电机

技术领域

本实用新型涉及电机驱动控制领域，具体涉及一种便于内置霍尔传感器定位的多极无刷电机。

背景技术

众所周知，从电机的出现至今已经有很多次大巨大发展和替代，1980年以前，由于技术成本等原因，电机应用以直流永磁有刷电机和步进电机为主，而且主要集中在机床和国防军工行业。1980年以后，无刷伺服电机系统逐步成为行业的主角，并且深入到各个行业的种种应用中。

随着各行业，如印刷设备、数控机床、包装设备、纺织设备、激光加工设备、机器人、自动化生产线等，对工艺精度、加工效率和工作可靠性等要求不断提高，这些领域对伺服电机的需求将迅猛增长。

近年来，随着国家对制造装备及其技术改造工作的重视，伺服电机作为控制电机类高档精密部件，其市场需求将稳步增长。目前，中国从制造业大国正向制造业强国发展，近5年内智能伺服电机的应用前景将十分美好。

无刷伺服电机由于省去了传统直流电机的电刷输电装置，用电子换相取代了机械换相，使定转子无机械接触，在可靠性和长寿命方面有着显著的优势。

电子换相可采用无位置传感器方案，采用反电动势方法获取转子位置，但此种方法在低速场合效果很难实现。

目前应用较多的无刷电机采用霍尔传感器换相，具有电路简易、算法简单的优点。但现有技术的电机位置传感器一般与电机本体分离，采用外置传感器方案，需要在电机安装完成后对传感器进行单独安装，并且没有专门的传感器定位方案。由于传感器与电机定子绕组存在角度位置关系，因此传统的安装方式需要对霍尔传感器进行单独的调节，且安装完成后由于没有定位功能可能会存在角度的偏移，容易造成换相偏移，导致电机的力矩系数出现较大波动。或者说，现有技术中的无刷电机位置传感器直接设置在电机定子绕组内，但是此种方法使得传感器不可调节，并且不能根据电机的极数对传感器对应的感应磁铁进行变换，实用性和可靠性低，浪费大量成本。

实用新型内容

为解决上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种便于内置霍尔传感器定位的多极无刷电机，设计新颖、功能全面、安装方便快捷，控制精度准确，定位准确，有效地保证了绕组相位与霍尔传感器的电角关系，大大提高了工作效率和可靠性，实用性更强，更适合大范围推广。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种便于内置霍尔传感器定位的多极无刷电机，包括定子、转子和霍尔定位板；

所述定子包括多个同轴的定子铁芯、定子绕组线架和定子绕组线圈，所述定子绕组线架的外部沿圆周方向设有齿槽，所述定子绕组线圈绕制在定子绕组线架周向外侧的齿槽内，所述定子绕组线架和定子绕组线圈设置在所述定子铁芯内部，每个所述的定子绕组线架上设有两个定位接线针；

所述霍尔定位板连接在所述定子铁芯上，在霍尔定位板的边缘沿圆周方向均匀分布有若干与所述定位接线针位置相对应的定位接线针孔，位于定位接线针孔的内侧在霍尔定位板上沿其圆周方向均匀分布有三个霍尔传感器，所述霍尔定位板上还设有霍尔传感器接线孔，所述霍尔传感器与霍尔传感器接线孔连接；

所述转子包括电机轴、转子铁芯、转子磁铁和霍尔感应磁铁，所述电机轴的一端与转子铁芯相连接，所述电机轴另一端通过轴承设置在法兰的安装孔内并具有一伸出端，所述转子铁芯和定子铁芯之间形成气隙，所述转子磁铁设置在所述定子铁芯的正下方，所述霍尔感应磁铁设置在转子的输出端，所述霍尔感应磁铁对应设置在所述霍尔传感器的下方。

进一步优化，所述定子铁芯和定子绕组线架的个数均为12个。

进一步优化，所述定位接线针、定位接线针孔的总数均为24个。

进一步优化，所述霍尔传感器接线孔的个数为3个。

进一步优化，所述霍尔定位板为与所述定子绕组线架位置相对应的圆环结构。

进一步优化，所述霍尔定位板与外部电源连接。

进一步优化，所述霍尔传感器按照120°电气角度排布。

本实用新型的有益效果是：

一种便于内置霍尔传感器定位的多极无刷电机，设计新颖、功能全面、安装方便快捷，控制精度准确，定位准确，有效地保证了绕组相位与霍尔传感器的电角关系，大大提高了工作效率和可靠性，实用性更强，更适合大范围推广。具体有以下优点：

1、本实用新型的定位接线针创新突出，利用多极无刷电机定子铁芯的定位接线针做定位，将24个定位接线针位置做成霍尔定位板的定位接线针孔，有效地、准确地定位定子铁芯和霍尔传感器的相角位置；

2、本实用新型的霍尔定位板创新突出，将多极无刷电机的三相接线板、定位接线板和霍尔传感器线路板合为一个板，即准确地保证了绕组相位和霍尔传感器的电角关系，有效地保证了多极无刷电机的三相绕组换相，同时增大输出转矩、提高了多极无刷电机的效率，使得霍尔传感器安装快捷、准确；

3、利用该技术方案的霍尔定位板中，霍尔传感器按照120°电角关系与三相无刷电机的相位关系，该一体式霍尔定位板可以扩展到4、8、12、16极等多极三相无刷电机；更换不同极数的霍尔传感器的霍尔感应磁铁，可以快速定位、安装多极无刷电机的霍尔传感器元件；

4、霍尔传感器的准确定位，有效地提高多极无刷电机工作效率和可靠性，减少了电机安装长度尺寸；

5、定子绕组线圈绕制在定子绕组线架后，将定子绕组线圈和定子绕组线架设置在定子铁芯内部，与传统硅钢片定子绕组线架先安装后绕线的方式相比，下线操作方便。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为霍尔定位板3的结构示意图；

图中标记：1-定子，2-转子，3-霍尔定位板，4-轴承，5-法兰，6-电机轴，7-定子铁芯，8-定子绕组线架，9-定子绕组线圈，10-定位接线针，11-定位接线针孔，12-霍尔传感器，13-霍尔传感器接线孔，14-转子铁芯，15-转子磁铁，16-霍尔感应磁铁。

具体实施方式

下面结合附图给出具体实施例，对本实用新型的技术方案作进一步详细说明。本实施例是以本实用新型技术方案为前提的最佳实施例，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

一种便于内置霍尔传感器定位的多极无刷电机，其特征在于：包括定子1、转子2和霍尔定位板3；

定子1包括多个同轴的定子铁芯7、定子绕组线架8和定子绕组线圈9，定子绕组线架8的外部沿圆周方向设有齿槽，定子绕组线圈9绕制在定子绕组线架8周向外侧的齿槽内，定子绕组线架8和定子绕组线圈9设置在定子铁芯7内部，进一步的，定子绕组线圈9绕制在定子绕组线架8后，将定子绕组线架8和定子绕组线圈9设置在定子铁芯7内部，与传统硅钢片定子绕组线架先安装后绕线的方式相比，下线操作方便；每个所述的定子绕组线架8上设有两个定位接线针10；本实用新型的定位接线针10创新突出，有效地、准确地定位定子铁芯7和霍尔传感器12的相角位置；

霍尔定位板3连接在定子铁芯7上，在霍尔定位板3的边缘沿圆周方向均匀分布有若干与定位接线针10位置相对应的定位接线针孔11，位于定位接线针孔11的内侧在霍尔定位板3上沿其圆周方向均匀分布有三个霍尔传感器12，霍尔定位板3上还设有霍尔传感器接线孔13，霍尔传感器12与霍尔传感器接线孔13连接；本实用新型的霍尔定位板3创新突出，将多极无刷电机的三相接线板、定位接线板和霍尔传感器线路板合为一个板，即准确地保证了绕组相位和霍尔传感器的电角关系，有效地保证了多极无刷电机的三相绕组换相，同时增大输出转矩、提高了多极无刷电机的效率，使得霍尔传感器12安装快捷、准确；

转子2包括电机轴6、转子铁芯14、转子磁铁15和霍尔感应磁铁16，电机轴6的一端与转子铁芯14相连接，电机轴6另一端通过轴承4设置在法兰5的安装孔内并具有一伸出端，转子铁芯14和定子铁芯7之间形成气隙，转子磁铁15设置在定子铁芯7的正下方，霍尔感应磁铁16设置在转子2的输出端，霍尔感应磁铁16对应设置在霍尔传感器12的下方。进一步的，利用该技术方案的霍尔定位板3中，霍尔传感器12按照120°电角关系与三相无刷电机的相位关系，该一体式霍尔定位板3可以扩展到4、8、12、16极等多极三相无刷电机；更换不同极数的霍尔传感器12的霍尔感应磁铁16，可以快速定位、安装多极无刷电机的霍尔传感器元件。

进一步优化，定子铁芯7和定子绕组线架8的个数均为12个，进而进行拼接整矩集中绕组。

进一步优化，定位接线针10、定位接线针孔11的总数均为24个。本实用新型的定位接线针10创新突出，利用多极无刷电机定子铁芯7的定位接线针10做定位，将总数为24个定位接线针10位置做成霍尔定位板3的定位接线针孔11，有效地、准确地定位定子铁芯7和霍尔传感器12的相角位置。

进一步优化，霍尔传感器接线孔13的个数为3个，霍尔传感器接线孔13的个数与霍尔传感器12的个数相等。

进一步优化，霍尔定位板3为与定子绕组线架8位置相对应的圆环结构，进一步的，定子绕组线架8为圆环结构。

进一步优化，霍尔定位板3与外部电源连接，霍尔定位板3也可作为多极无刷电机的三相接线板，即霍尔定位板3为多极无刷电机的三相接线板、定位接线板和霍尔传感器线路板合而为一的一体式板。

进一步优化，霍尔传感器12按照120°电气角度排布，霍尔传感器12的准确定位，有效地提高多极无刷电机工作效率和可靠性，减少了电机安装长度尺寸。

进一步的，该技术方案的多极无刷电机具有以下特点：

1、控制精度准确，控制精度由电机后端的旋转编码器保证，对于带标准2000线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为360°/8000=0.045°；

2、电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象，控制系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能即FFT，可检测出机械的共振点，便于系统调整；

3、为恒力矩输出，即在其额定转速，一般为2000RPM或3000RPM以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出；

4、具有速度过载和转矩过载能力，其最大转矩为额定转矩的二到三倍，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩，步进电机因为没有这种过载能力，在选型时为了克服这种惯性力矩，往往需要选取较大转矩的电机，而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩，便出现了力矩浪费的现象；

5、系统为闭环控制，驱动器可直接对电机测速机反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠；

6、加速性能较好，从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。

以上显示和描述了本实用新型的主要特征、基本原理以及本实用新型的优点。本行业技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会根据实际情况有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种便于内置霍尔传感器定位的多极无刷电机，其特征在于：包括定子（1）、转子（2）和霍尔定位板（3）；

所述定子（1）包括多个同轴的定子铁芯（7）、定子绕组线架（8）和定子绕组线圈（9），所述定子绕组线架（8）的外部沿圆周方向设有齿槽，所述定子绕组线圈（9）绕制在定子绕组线架（8）周向外侧的齿槽内，所述定子绕组线架（8）和定子绕组线圈（9）设置在所述定子铁芯（7）内部，每个所述的定子绕组线架（8）上设有两个定位接线针（10）；

所述霍尔定位板（3）连接在所述定子铁芯（7）上，在霍尔定位板（3）的边缘沿圆周方向均匀分布有若干与所述定位接线针（10）位置相对应的定位接线针孔（11），位于定位接线针孔（11）的内侧在霍尔定位板（3）上沿其圆周方向均匀分布有三个霍尔传感器（12），所述霍尔定位板（3）上还设有霍尔传感器接线孔（13），所述霍尔传感器（12）与霍尔传感器接线孔（13）连接；

所述转子（2）包括电机轴（6）、转子铁芯（14）、转子磁铁（15）和霍尔感应磁铁（16），所述电机轴（6）的一端与转子铁芯（14）相连接，所述电机轴（6）另一端通过轴承（4）设置在法兰（5）的安装孔内并具有一伸出端，所述转子铁芯（14）和定子铁芯（7）之间形成气隙，所述转子磁铁（15）设置在所述定子铁芯（7）的正下方，所述霍尔感应磁铁（16）设置在转子（2）的输出端，所述霍尔感应磁铁（16）对应设置在所述霍尔传感器（12）的下方。

2.根据权利要求1所述的一种便于内置霍尔传感器定位的多极无刷电机，其特征在于：所述定子铁芯（7）和定子绕组线架（8）的个数均为12个。

3.根据权利要求1所述的一种便于内置霍尔传感器定位的多极无刷电机，其特征在于：所述定位接线针（10）、定位接线针孔（11）的总数均为24个。

4.根据权利要求1所述的一种便于内置霍尔传感器定位的多极无刷电机，其特征在于：所述霍尔传感器接线孔（13）的个数为3个。

5.根据权利要求1所述的一种便于内置霍尔传感器定位的多极无刷电机，其特征在于：所述霍尔定位板（3）为与所述定子绕组线架（8）位置相对应的圆环结构。

6.根据权利要求1所述的一种便于内置霍尔传感器定位的多极无刷电机，其特征在于：所述霍尔定位板（3）与外部电源连接。