CN214674818U - 无刷电机的磁环编码器结构及无刷电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了无刷电机的磁环编码器结构及无刷电机，属于无刷电机领域，提高对电机转子角度变化的检测精度，增强电机的低速性能，本实用新型的无刷电机的磁环编码器结构，包括磁环和线性霍尔传感器，所述磁环安装在无刷电机内的转子轴上，所述线性霍尔传感器设有至少两个，用于感应所述磁环磁场变化。磁环具有稳定的磁场，线性霍尔传感器能够感应到磁场的变化产生信号波，计算机算法可以根据多个线性霍尔传感器产生的信号波的数值，算出转子轴的转速，以此控制电机转速，控制性能好。

Description

无刷电机的磁环编码器结构及无刷电机

【技术领域】

本实用新型涉及无刷电机领域，尤其涉及无刷电机的磁环编码器结构及无刷电机。

【背景技术】

传统无刷电机基本采用三个开关霍尔传感器检测电机转子角度，但是检测的精度不高，这种传感器形式用于一般的控制场合能满足要求，但对一些需要低速、转矩波动要求小的场合，如应用于电动轮椅用电机的场合，控制难以达到要求。

【实用新型内容】

本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足而提出无刷电机的磁环编码器结构，提高对电机转子角度变化的检测精度，增强电机的低速性能。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

无刷电机的磁环编码器结构，包括磁环和线性霍尔传感器，所述磁环安装在无刷电机内的转子轴上，所述线性霍尔传感器设有至少两个，用于感应所述磁环磁场变化。

在上述方案的基础上，所述磁环编码器结构还包括电路板，所述至少两个线性霍尔传感器安装在所述电路板上且与所述磁环的磁感线垂直，所述电路板与所述磁环的磁场感应区域平行设置。

在上述方案的基础上，所述电路板上设有通孔，所述转子轴贯穿所述通孔，所述至少两个线性霍尔传感器沿所述通孔周向布置，每个线性霍尔传感器与所述转子轴的轴心线距离相同。

在上述方案的基础上，所述磁环编码器结构还包括安装在所述电路板上的传感器固定架，用于安装所述线性霍尔传感器。

在上述方案的基础上，所述传感器固定架上间隔设置多个安装槽，所述线性霍尔传感器安装在安装槽内。

在上述方案的基础上，所述电路板上设有传感器定位部，所述线性霍尔传感器安装在所述传感器定位部处；或者，所述线性霍尔传感器为贴片封装的线性霍尔传感器。

在上述方案的基础上，以所述转子轴轴心线为轴心，相邻两个线性霍尔传感器之间夹角相同。

在上述方案的基础上，所述磁环与所述转子轴固定连接。

在上述方案的基础上，所述磁环呈圆环形，其N极数量和S极数量相同。

无刷电机，包括外壳、设于所述外壳内的定子组件和转子组件，所述外壳内设有转子轴，所述转子组件设于所述转子轴上，还包括上述的无刷电机的磁环编码器结构。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提出的无刷电机的磁环编码器结构，通过检测无刷电机内转子轴的角度变化获得电机的转速，无刷电机在运行过程中，转子轴带着转子组件在外壳内转动，磁环安装在转子轴上能随着转子轴同步转动，磁环具有稳定的磁场且磁场会穿过线性霍尔传感器，当磁环随着转子轴转动时，磁环的磁场也会随着磁环转动，线性霍尔传感器能够感应到磁场的变化产生信号波，嵌入式软件算法可以根据多个线性霍尔传感器产生的信号波的数值，算出转子轴的转速，以此控制电机转速；

现有技术中，传统无刷电机通常采用三个开关线性霍尔传感器检测转子的角度变化，由于转子的磁场强度会随着转子轴的转速变化，开关线性霍尔传感器对磁场的检测反馈信号的电平为“1”或“0”，即有磁场或无磁场，无法检测转子轴转动的具体角度，这种传感器形式用于一般的控制场合能满足要求，但对一些需要低速、转矩波动要求小的场合，如应用于电动轮椅用电机的场合，控制难以达到要求；而本申请通过线性霍尔传感器检测磁环的磁场，磁环的磁场强度不会随着转子轴的转速变化而变化，线性霍尔传感器可以输出线性波形信号，此波形信号的每个点都可以表示为转子轴转动时某个时间点的角度，线性霍尔传感器的检测精度高，从而不论电机是低速运行还是高度运行，控制性能都更好。

进一步的，所述磁环编码器结构还包括电路板，所述至少两个线性霍尔传感器安装在所述电路板上且与所述磁环的磁感线垂直，电路板用于安装线性霍尔传感器且能为线性霍尔传感器供电，以及通过电路板获得线性霍尔传感器的检测信号，并能使线性霍尔传感器安装平稳，多个线性霍尔传感器的感应区表面能垂直于磁环磁感线，以保证检测精度；所述电路板与所述磁环的磁场感应区域平行设置，如此设置，使得电路板上的多个线性霍尔传感器与磁环感应区表面距离相同，使得线性霍尔传感器能得到更加准确的数值，可以减少每个线性霍尔传感器对磁场变化的检测误差。

进一步的，所述电路板上设有通孔，所述转子轴贯穿所述通孔，所述至少两个线性霍尔传感器沿所述通孔周向布置，每个线性霍尔传感器与所述转子轴的轴心线距离相同，通孔可以避免转子轴转动过程中与电路板碰撞而导致线性霍尔传感器位置出现变化，影响检测数值，多个线性霍尔传感器以转子轴为轴心，以相同半径分布在磁环磁场感应范围内，使得每个线性霍尔传感器测得的磁场波形图相同，但相位不同，以保证数值的精确度。

进一步的，所述磁环编码器结构还包括安装在所述电路板上的传感器固定架，用于安装所述线性霍尔传感器，传感器固定架用于安装线性霍尔传感器，使线性霍尔传感器保持固定，而不易在电机位置变化时线性霍尔传感器的位置也发生变化而无法与磁场保持垂直。

进一步的，所述传感器固定架上间隔设置多个安装槽，所述线性霍尔传感器安装在安装槽内，安装槽能够对线性霍尔传感器进行限位，线性霍尔传感器安装到安装槽内的同时，还可以保持与转子轴轴心线的相对位置不变，保证数值的精确度。

进一步的，以所述转子轴轴心线为轴心，相邻两个线性霍尔传感器之间夹角相同，如此设置使得每个线性霍尔传感器测得的磁场波形图的相位差相同，以便于对电机转速的精确控制。

进一步的，所述磁环与所述转子轴固定连接，使得磁环能保持与转子轴的同步转动，以使线性霍尔传感器能够检测到转子轴的转动，且磁环不会沿着转子轴轴向移动，保证与线性霍尔传感器之间的间距不变，以使线性霍尔传感器输出的波形信号稳定。

进一步的，所述磁环呈圆环形，其N极数量和S极数量相同，这样一来磁环便可以产生稳定的磁场，保证线性霍尔传感器对转子轴转速的精确测量。

本实用新型的这些特点和优点将会在下面的具体实施方式、附图中详细的揭露。

【附图说明】

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明：

图1为本实用新型实施例中磁环编码器结构的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中磁环编码器结构安装在无刷电机上的安装示意图；

图3为本实用新型实施例中无刷电机的剖视图。

附图标记：

转子轴100；

磁环200；

线性霍尔传感器300；

电路板400、通孔410；

传感器固定架500、安装槽510；

外壳600。

【具体实施方式】

下面结合本实用新型实施例的附图对本实用新型实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本实用新型的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

参照图1至图3，本实用新型实施例提出了无刷电机的磁环编码器结构，无刷电机包括外壳、设于外壳内的定子组件、转子组件和安装转子组件的转子轴100，无刷电机的结构为公开的结构，因此本申请内不提供具体的图纸，磁环编码器结构用于检测无刷电机内转子轴100的转速，包括磁环200和线性式的线性霍尔传感器300，磁环200设于转子轴100上，线性霍尔传感器300设有至少两个，用于感应磁环200磁场变化。

本实用新型提出的无刷电机的磁环编码器结构，通过检测无刷电机内转子轴100的角度变化获得电机的转速，无刷电机在运行过程中，转子轴100带着转子组件在外壳内转动，磁环200安装在转子轴100上能随着转子轴100同步转动，磁环200具有稳定的磁场且磁场会穿过线性霍尔传感器300，当磁环200随着转子轴100转动时，磁环200的磁场也会随着磁环200转动，线性霍尔传感器300能够感应到磁场的变化产生信号波，嵌入式软件算法可以根据多个线性霍尔传感器300产生的信号波的数值，算出转子轴100的转速，以此控制电机转速；

现有技术中，传统无刷电机通常采用三个开关线性霍尔传感器检测转子的角度变化，由于转子的磁场强度会随着转子轴的转速变化，开关线性霍尔传感器对磁场的检测反馈信号的电平为“1”或“0”，即有磁场或无磁场，无法检测转子轴100转动的具体角度，这种传感器形式用于一般的控制场合能满足要求，但对一些需要低速、转矩波动要求小的场合，如应用于电动轮椅用电机的场合，控制难以达到要求；而本申请通过线性霍尔传感器300检测磁环200的磁场，磁环200的磁场强度不会随着转子轴100的转速变化而变化，线性霍尔传感器可以输出线性波形信号，此波形信号的每个点都可以表示为转子轴100转动时某个时间点的角度，线性霍尔传感器300的检测精度高，从而不论电机是低速运行还是高度运行，控制性能都更好。

上述中，磁环200为环形，且与转子轴100具有相同的轴心线，磁环200具有相同数量的N极和S极，这样一来磁环200可以产生稳定的磁场，保证线性霍尔传感器300对转子轴100转速的精确测量。

为了方便线性霍尔传感器300的安装和提高对磁环200磁场的检测精确度，磁环编码器结构还包括与转子轴100垂直的电路板400，至少两个线性霍尔传感器300安装在电路板400上且与磁环200的磁感线垂直，电路板400用于安装线性霍尔传感器300且能为线性霍尔传感器300供电，以及通过电路板400获得线性霍尔传感器300的检测信号，并能使线性霍尔传感器300安装平稳，多个线性霍尔传感器300能处于同一平面上，线性霍尔传感器300与磁环200的磁感线垂直后，使得磁环200产生的磁场能与线性霍尔传感器300垂直，这样能得到更加准确的数值。

且电路板400与磁环200的磁场感应区域平行设置，如此设置，使得电路板400上的多个线性霍尔传感器300与磁环200感应区表面距离相同，使得线性霍尔传感器能得到更加准确的数值，可以减少每个线性霍尔传感器300对磁场变化的检测误差。

转子轴100转动时可以输出转矩，在电路板400上设有通孔410，转子轴100穿过通孔410并伸出外壳，以驱动外部设备，至少两个线性霍尔传感器300沿通孔410周向布置，作为优选的，转子轴100的轴心线穿过通孔410的圆心，由于电路板400保持固定，转子轴100转动时不会与电路板400、设置在通孔410周向的线性霍尔传感器300接触，且电路板400上通孔410的边缘处距离转子轴100的距离最近，此处的磁场强度是最大的，线性霍尔传感器300布置在通孔410边缘位置处，对磁环200的感应能力更强，输出的信号更容易分析处理。进一步的，每个线性霍尔传感器300与转子轴100的轴心线距离相同，即多个线性霍尔传感器300以转子轴100为轴心，以相同半径分布在磁环200磁场感应范围内，这样布置能使每个线性霍尔传感器300测得的磁场波形图相同，仅相位不同，以保证数值的精确度。

作为优选的，磁环200直径与通孔410直径相同，电路板400同轴地套装在磁环200外，如图2和图3所示，如此一来，有着磁环200对电路板400的定位，可以方便电路板400的安装，线性霍尔传感器300的布置也较为简单，以保证检测精度。

为了方便测量转子轴100的转动角度，相邻两个线性霍尔传感器300之间的夹角相同，基于上述方案，每个线性霍尔传感器300输出的波形信号相同，相邻两个线性霍尔传感器300输出的波形图的相位差也相同，可以非常精确的获得转子轴100的转动情况，以方便对整个电机的控制，不论是低速运行还是高速运行。

参照图1至图3，基于上述实施例，在本实用新型的另一个实施例中，为了提高线性霍尔传感器300的检测精度，电路板400上设有传感器固定架500，用于安装线性霍尔传感器300，使线性霍尔传感器300保持固定，而不易在电机位置变化时线性霍尔传感器300的位置也发生变化而无法与磁场保持垂直。

具体的，在传感器固定架500上，间隔设置多个安装槽510，线性霍尔传感器300安装在安装槽510内，安装槽510能够对线性霍尔传感器300进行限位，使线性霍尔传感器300在传感器固定架500上的位置不易出现变化，保证电机移动或晃动时，线性霍尔传感器300与转子轴100的相对位置不会变化，以保证磁环200的磁场能够与线性霍尔传感器300垂直，线性霍尔传感器300安装到安装槽510内的同时，还可以保持与转子轴100轴心线的相对位置不变，保证数值的精确度。

与上述实施例不同的是，在本实用新型的另一个实施例中，提出了不同的线性霍尔传感器安装方式：

电路板上设有传感器定位部(图中未画出)，线性霍尔传感器安装在传感器定位部处，电路板与磁环的磁场感应区域平行设置后，通过传感器定位部安装线性霍尔传感器，以对线性霍尔传感器进行固定、限位，使磁场与线性霍尔传感器垂直，在传感器定位部的作用下，能够使线性霍尔传感器与电路板保持位置不变，以保证检测数值的准确度。

或者，线性霍尔传感器采用贴片封装，能够与输出上述中的线性霍尔传感器相同的波形信号，贴片式的线性霍尔传感器能够在电路板上安装牢固，不容易出现位置变化，以保证检测的精确度。

参照图1至图3，基于上述实施例，在本实用新型的另一个实施例中，为了提高结构稳定性，磁环200与转子轴100通过铆接、螺纹连接、键连接等方式进行固定连接，即磁环200与转子轴100保持相对位置、角度不发生变化，能使磁环200保持与转子轴100的同步转动，以使线性霍尔传感器300能够检测到转子轴100每一个角度的转动，且磁环200不会沿着转子轴100的轴向出现位移，保证其与线性霍尔传感器300之间的间距不发生变化，保证线性霍尔传感器300能够输出稳定的、波峰波谷都相同的波形信号。

参照图2和图3，本实用新型实施例还公开了无刷电机，包括外壳600、设于外壳600内的定子组件和转子组件，外壳600内设有转子轴100，转子组件设转子轴100上，还包括上述的无刷电机的磁环编码器结构，通过磁环编码器结构对无刷电机内转子轴100的转速检测，以控制无刷电机的速度。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本实用新型包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本实用新型的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (10)

1.无刷电机的磁环编码器结构，其特征在于，包括磁环和线性霍尔传感器，所述磁环安装在无刷电机内的转子轴上，所述线性霍尔传感器设有至少两个，用于感应所述磁环磁场变化。

2.根据权利要求1所述的无刷电机的磁环编码器结构，其特征在于，所述磁环编码器结构还包括电路板，所述至少两个线性霍尔传感器安装在所述电路板上且与所述磁环的磁感线垂直，所述电路板与所述磁环的磁场感应区域平行设置。

3.根据权利要求2所述的无刷电机的磁环编码器结构，其特征在于，所述电路板上设有通孔，所述转子轴贯穿所述通孔，所述至少两个线性霍尔传感器沿所述通孔周向布置，每个线性霍尔传感器与所述转子轴的轴心线距离相同。

4.根据权利要求3所述的无刷电机的磁环编码器结构，其特征在于，所述磁环编码器结构还包括安装在所述电路板上的传感器固定架，用于安装所述线性霍尔传感器。

5.根据权利要求4所述的无刷电机的磁环编码器结构，其特征在于，所述传感器固定架上间隔设置多个安装槽，所述线性霍尔传感器安装在安装槽内。

6.根据权利要求2所述的无刷电机的磁环编码器结构，其特征在于，所述电路板上设有传感器定位部，所述线性霍尔传感器安装在所述传感器定位部处；或者，所述线性霍尔传感器采用贴片封装。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的无刷电机的磁环编码器结构，其特征在于，以所述转子轴的轴心线为轴心，相邻两个线性霍尔传感器之间夹角相同。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的无刷电机的磁环编码器结构，其特征在于，所述磁环与所述转子轴固定连接。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的无刷电机的磁环编码器结构，其特征在于，所述磁环呈圆环形，其N极数量和S极数量相同。

10.无刷电机，包括外壳、设于所述外壳内的定子组件和转子组件，所述外壳内设有转子轴，所述转子组件设于所述转子轴上，其特征在于，还包括权利要求1至9中任一项所述的无刷电机的磁环编码器结构。

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