CN207819722U - 一种eps无刷电机转子位置传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及电动助力转向技术领域，公开了一种EPS无刷电机转子位置传感器。包括设置在转子转轴端面能产生均匀轴向磁场的磁体以及与其相对设置的基于阻磁效应的磁感应元件；所述磁感应元件包括设置在离磁体预定距离处平行于转轴横截面预先按惠通斯电桥排布的坡莫合金以及测量坡莫合金的阻值的元件。本EPS无刷电机转子位置传感器采用磁体和基于磁阻效应的磁感应元件，特别地，选择A1333磁感应芯片，克服了现有技术转子位置传感器测量精度低、成本高的缺陷；并且将磁感应芯片及其外围电路集成于PCB板上，仅需安装好PCB板和磁体即可，安装简便。
Description
技术领域
本实用新型涉及电动助力转向技术领域，更具体地，涉及一种EPS无刷电机转子位置传感器。
背景技术
无刷电机的平稳运行必须获取准确的转子位置，尤其是用于EPS系统，对转子位置精度要求更高。目前无刷电机转子位置传感器的类型主要是旋变变压器式和霍尔编码式。
旋转变压器由定子、转子构成，定子转子同心放置，转子安装在电机轴上，随电机转子一起转动，它能输出包含转子角度信息的信号供EPS控制器解码。其原理如图1所示，输出信号如图2所示。R2-R4信号是一组固定频率的正弦波；S2-S4是一组载波为固定频率的正弦波，包络为余弦的调制波；S3-S1是一组载波为固定频率的正弦波，包络为正弦的调制波。EPS控制器通过采集S2-S4和S3-S1信号来计算转子角度值。旋转变压器传感器结构比较复杂，成本高，安装定位要求精度高。
霍尔编码式采用的是利用霍尔效应制成的一种半导体器件，当器件置于磁场中，N极磁场接近时，器件输出高电平，S极磁场接近时，器件输出低电平。其输出信号图如图3所示。霍尔编码器一般输出5组信号，HALL_A、HALL_B、HALL_C、ENCODER_A和ENCODER_B。EPS控制器首先通过HALL_A/B/C信号对转子位置进行初步定位，然后计数ENCODER_A/B信号进行精确角度计算。霍尔编码式传感器角度精度低，可靠性较低。
一般的旋转变压器和霍尔编码式传感器要不就是定位精度及可靠性达不到要求，要不就是成本高、安装复杂。现有技术满足不了EPS无刷电机对转子位置测量的高精度以及可靠性的同时，低成本的需求。
实用新型内容
本实用新型为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种输出高精度角度的同时，结构简单、安装方便、成本较低的EPS无刷电机转子位置传感器。
为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：
提供一种EPS无刷电机转子位置传感器，包括设置在转子转轴端面能产生均匀轴向磁场的磁体以及与其相对设置的基于阻磁效应的磁感应元件；所述磁感应元件包括设置在离磁体预定距离处平行于转轴横截面预先按惠通斯电桥排布的坡莫合金以及测量坡莫合金的阻值的元件。
磁体随转子转轴转动，产生均匀变化的磁场；坡莫合金具有很高的弱磁场导磁率，设置在磁场范围内的坡莫合金随磁场的变化不断改变阻值；通过测量坡莫合金阻值的变化得到对应的转子角度。
优选地，所述坡莫合金为坡莫合金薄膜。
优选地，所述磁感应元件采用集成了坡莫合金以及测量坡莫合金阻值的元件的埃戈罗公司的A1333磁感应芯片。
进一步地，所述磁体为与转轴直径相同的圆柱形磁铁，以便安装方便。所述圆柱形磁铁的中心线与转轴的中心线处于同一直线上。
优选地，所述圆柱形磁铁为钕磁铁。钕磁铁的磁能积大，能尽量减少磁体的体积以适应不同大小的电机的转子位置测量。
由于在设计中使用磁体时，磁场输入在整个旋转范围内可能并不均匀：它存在固有误差。这些磁场输入误差会导致系统内的测量误差，当考虑固有磁致误差更高的侧轴或离轴设计时，为了降低磁场的输入误差，所述磁感应芯片的中心位置与所述圆柱形磁铁的中心线在同一直线上。如此使磁场强度变化和磁场的非线性误差降低，以提高转子角度测量精度。
为了进一步提高测量精度，所述圆柱形磁铁与磁感应芯片垂直距离为0.5mm至2.5mm之间。
所述A1333磁感应芯片及其外围电路集成于一块PCB板上；所述PCB板固定在电机外壳上。本转子位置传感器安装简便。
相对于现有技术，本实用新型的有益效果是：
本EPS无刷电机转子位置传感器采用磁体和基于磁阻效应的磁感应元件，组成结构简单、成本低，精度高。具体地，磁感应元件采用A1333磁感应芯片，并通过磁体形状、大小、材质的选择，以及磁体、磁感应芯片安装位置的设定，克服了现有技术转子位置传感器测量精度低、成本高的缺陷；将磁感应芯片及其外围电路集成于PCB板上，仅需安装好PCB板和磁体即可，安装简便。本转子位置传感器，特别适用于EPS无刷电机转子位置的测量，也适用于其他类型电机转子位置的测量。
附图说明
图1为旋转变压器原理图。
图2为旋转变压器输出信号图。
图3 霍尔编码式位置传感器输出信号图。
图4 EPS无刷电机转子位置传感器结构示意图。
图5 圆柱形磁铁与磁感应芯片安装相对位置示意图。
图6 磁阻效应原理图。
图7为磁感应芯片的实际应用电路。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型的具体含义。下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明。
实施例1
本实用新型提供一种EPS无刷电机转子位置传感器，包括设置在电机转子转轴端面能产生均匀轴向磁场的磁体以及与其相对设置的基于阻磁效应的磁感应元件；磁感应元件包括设置在离磁体预定距离处平行于转轴横截面预先按惠通斯电桥排布的坡莫合金以及测量坡莫合金的阻值的元件。
在具体实施过程中，磁感应元件采用集成了坡莫合金以及测量坡莫合金阻值的元件的埃戈罗公司的A1333磁感应芯片。
如图4所示，磁体1采用圆柱形磁铁，本实施例中为了安装简便，采用与转轴4直径相同的圆柱形磁铁，圆柱形磁铁直径与转轴直径不同也是适用的。圆柱形磁铁的中心线与转轴4的中心线处于同一直线上。磁体1安装在转子转轴4上，随转子5的旋转而旋转。本实施例中，磁体1采用钕磁铁，也可以采用其他磁能积大的材质的磁体。
磁感应芯片2及其外围电路集成在PCB板3上。在具体实施过程中，PCB板3可以固定在电机壳体上。磁体1和磁感应芯片2的垂直距离为0.5mm至2.5mm之间。
如图5所示，磁感应芯片2的顶面中心点E1、底面中心点E2、电机转轴中心线、圆柱形磁铁的中心线位于一条直线上。
如图6所示，磁体1随电机转子的旋转而旋转，磁感应芯片内的坡莫合金感应到磁体1产生的变化磁场，坡莫合金的阻值随外加磁场的变化而产生变化。磁感应芯片2内测量坡莫合金阻值的元件通过检测按照惠通斯电桥排布的坡莫合金的电阻值，可以计算出当前外加磁场的角度。
如图7所示为A1333磁感应芯片U500的应用电路。 其引脚8至引脚14、引脚、PWM_Position均可与控制器连接，支持多种角度信号输出形式，如SPI、SENT、UVW、ABI、PWM，这些角度信号输出形式可自由选择。A1333磁感应芯片不需要控制器对角度进行解码，可以直接输出数字角度，其输出数字角度分辨率可达12bit，角度最大精度可达0.08°。
其他基于磁阻效应的磁感应芯片也是适用的，不局限于A1333磁感应芯片。在本实例中，磁感应芯片基于磁阻效应，其利用了坡莫合金的电阻值随外加磁场变化而变化这一特性，也可以利用其他金属或半导体。
本实施例的EPS无刷电机转子位置传感器测量精度高、安装简便、成本低。
附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内应不同大小的电机的转子位置测量。
由于在设计中使用磁体时，磁场输入在整个旋转范围内可能并不均匀：它存在固有误差。这些磁场输入误差会导致系统内的测量误差，当考虑固有磁致误差更高的侧轴或离轴设计时，为了降低磁场的输入误差，所述磁感应芯片的中心位置与所述圆柱形磁铁的中心线在同一直线上。如此使磁场强度变化和磁场的非线性误差降低，以提高转子角度测量精度。
为了进一步提高测量精度，所述圆柱形磁铁与磁感应芯片垂直距离为0.5mm至2.5mm之间。
所述A1333磁感应芯片及其外围电路集成于一块PCB板上；所述PCB板固定在电机外壳上。本转子位置传感器安装简便。
相对于现有技术，本实用新型的有益效果是：
本EPS无刷电机转子位置传感器采用磁体和基于磁阻效应的磁感应元件，组成结构简单、成本低，精度高。具体地，磁感应元件采用A1333磁感应芯片，并通过磁体形状、大小、材质的选择，以及磁体、磁感应芯片安装位置的设定，克服了现有技术转子位置传感器测量精度低、成本高的缺陷；将磁感应芯片及其外围电路集成于PCB板上，仅需安装好PCB板和磁体即可，安装简便。本转子位置传感器，特别适用于EPS无刷电机转子位置的测量，也适用于其他类型电机转子位置的测量。
Claims (9)
1.一种EPS无刷电机转子位置传感器，其特征在于，包括设置在转子转轴端面能产生均匀轴向磁场的磁体以及与其相对设置的基于阻磁效应的磁感应元件；所述磁感应元件包括设置在离磁体预定距离处平行于转轴横截面预先按惠通斯电桥排布的坡莫合金以及测量坡莫合金阻值的元件。
2.根据权利要求1所述EPS无刷电机转子位置传感器，其特征在于，所述坡莫合金为坡莫合金薄膜。
3.根据权利要求1或2所述EPS无刷电机转子位置传感器，其特征在于，所述磁感应元件采用集成了坡莫合金以及测量坡莫合金阻值的元件的埃戈罗公司的A1333磁感应芯片。
4.根据权利要求3所述EPS无刷电机转子位置传感器，其特征在于，所述磁体为与转轴直径相同的圆柱形磁铁，所述圆柱形磁铁的中心线与转轴的中心线处于同一直线上。
5.根据权利要求4所述EPS无刷电机转子位置传感器，其特征在于，所述圆柱形磁铁为钕磁铁。
6.根据权利要求5所述EPS无刷电机转子位置传感器，其特征在于，所述磁感应芯片的中心位置与所述圆柱形磁铁的中心线在同一直线上。
7.根据权利要求6所述EPS无刷电机转子位置传感器，其特征在于，所述圆柱形磁铁与磁感应芯片垂直距离为0.5mm至2.5mm之间。
8.根据权利要求4至7任意一项所述EPS无刷电机转子位置传感器，其特征在于，所述A1333磁感应芯片及其外围电路集成于一块PCB板上。
9.根据权利要求8所述EPS无刷电机转子位置传感器，其特征在于，所述PCB板固定在电机外壳上。
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| CN110971155A (zh) * | 2019-12-13 | 2020-04-07 | 株洲易力达机电有限公司 | 一种冗余位置信号的pmsm控制方法 |
| CN114719726A (zh) * | 2021-01-07 | 2022-07-08 | 科勒公司 | 磁阻传感器 |
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