一種用于無刷直流電機(jī)的位置傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于無刷直流電機(jī)的位置傳感器，其包括鄰近而設(shè)的定子部分以及轉(zhuǎn)子部分，其中，所述定子部分，固定設(shè)置在所述無刷直流電機(jī)中，其包括激勵(lì)源、激勵(lì)線圈以及同心分布的M個(gè)定子感應(yīng)線圈，M為定子相數(shù)；所述轉(zhuǎn)子部分，包括與所述無刷直流電機(jī)中的轉(zhuǎn)軸相固定的轉(zhuǎn)子印刷電路板，其上設(shè)置有轉(zhuǎn)子感應(yīng)線圈；所述M個(gè)定子感應(yīng)線圈以及所述轉(zhuǎn)子感應(yīng)線圈共軸，且均沿圓周方向均勻分布有N個(gè)凸出扇葉，N為所述無刷直流電機(jī)的永磁體轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)，每個(gè)所述凸出扇葉的角度α為180/N度，所述M個(gè)定子感應(yīng)線圈相互之間在圓周方向上的空間分布夾角β為360/(N·M)度。
【專利說明】一種用于無刷直流電機(jī)的位置傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種位置傳感器，尤其涉及一種用于無刷直流電機(jī)的位置傳感器，主要解決電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制電路的換相。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著各種行業(yè)對(duì)直流電機(jī)壽命和能效的要求不斷提高，現(xiàn)在無刷直流電機(jī)的應(yīng)用也就越來越廣泛，同時(shí)也對(duì)無刷直流電機(jī)的性能和成本提出了更加高的要求。無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置傳感器技術(shù)是其整個(gè)技術(shù)鏈條中的核心技術(shù)之一。采用不同的位置傳感器技術(shù)也就在一定程度上決定了電機(jī)的性能，現(xiàn)在無刷直流電機(jī)位置傳感器技術(shù)主要有如下幾種:
[0003]1.光電傳感器技術(shù)。光電傳感器由定子上的光電f禹合開關(guān)和轉(zhuǎn)子上的帶孔遮光板組成。利用紅外發(fā)光二極管作為光源，當(dāng)光通過遮光板的小孔打到光電耦合開關(guān)上時(shí)，光電耦合開關(guān)產(chǎn)生電脈沖信號(hào)，控制器利用該位置信號(hào)實(shí)現(xiàn)換相。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，安裝精度要求高。
[0004]2.霍爾傳感器技術(shù)。將霍爾元件安裝在定子特征位置上，轉(zhuǎn)子上永磁體(或者是額外安裝的磁環(huán))經(jīng)過霍爾元件時(shí)，霍爾元件輸出高低電平信號(hào)?？刂破骼迷撔盘?hào)完成換相。缺點(diǎn)是加工工藝復(fù)雜，元器件易碎，產(chǎn)品耐振性差，對(duì)使用環(huán)境的溫度有一定的限制。
[0005]3.電磁傳感器技術(shù)。由鑲嵌有高頻導(dǎo)磁材料的鋁合金圓盤轉(zhuǎn)子和帶有主副開口變壓器的定子組成。當(dāng)鋁合金圓盤上的高頻導(dǎo)磁區(qū)轉(zhuǎn)到開口變壓器上時(shí)，形成閉合變壓器，在主繞組激勵(lì)下，副繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)?？刂破骼酶袘?yīng)電動(dòng)勢(shì)確定電機(jī)轉(zhuǎn)子位置實(shí)現(xiàn)換相。缺點(diǎn):制造工藝復(fù)雜，安裝難度高，體積和重量增加。
[0006]4.無位置傳感器技術(shù)。利用電機(jī)定子上三相線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)確定電機(jī)的位置。在啟動(dòng)階段，因?yàn)殡姍C(jī)沒有旋轉(zhuǎn)，反電動(dòng)勢(shì)電壓很低無法被檢測(cè)，所以一般采用定位、強(qiáng)制啟動(dòng)、同步、正常運(yùn)行的幾個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)電機(jī)的工作。缺點(diǎn):啟動(dòng)成功率受外部負(fù)載變化的影響很大，啟動(dòng)電流波動(dòng)大，對(duì)瞬間的堵轉(zhuǎn)或者轉(zhuǎn)速變化適應(yīng)能力差，自恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)。
[0007]因此，亟待一種能夠克服上述現(xiàn)有技術(shù)缺陷的位置傳感器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了克服上述技術(shù)缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種通過激勵(lì)、感應(yīng)的方式檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的位置傳感器。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一方面提供一種用于無刷直流電機(jī)的位置傳感器，其包括鄰近而設(shè)的定子部分以及轉(zhuǎn)子部分，其中，
[0010]所述定子部分，固定設(shè)置在所述無刷直流電機(jī)中，其包括激勵(lì)源、激勵(lì)線圈以及同心分布的M個(gè)定子感應(yīng)線圈，M為定子相數(shù)；
[0011]所述轉(zhuǎn)子部分，包括與所述無刷直流電機(jī)中的轉(zhuǎn)軸相固定的轉(zhuǎn)子印刷電路板，其上設(shè)置有轉(zhuǎn)子感應(yīng)線圈；
[0012]所述M個(gè)定子感應(yīng)線圈以及所述轉(zhuǎn)子感應(yīng)線圈共軸，且各感應(yīng)線圈均沿圓周方向均勻分布有N個(gè)凸出扇葉，N為所述無刷直流電機(jī)的永磁體轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)，每個(gè)所述凸出扇葉的角度α為180/Ν度，所述M個(gè)定子感應(yīng)線圈相互之間在圓周方向上的空間分布夾角β為 360/(N-M)度。
[0013]優(yōu)選地，在本發(fā)明中，所述定子部分被整合于所述無刷直流電機(jī)的控制器印刷電路板中。
[0014]優(yōu)選地，在本發(fā)明中，所述激勵(lì)線圈包裹所述M個(gè)定子感應(yīng)線圈。
[0015]優(yōu)選地，在本發(fā)明中，所述激勵(lì)線圈與所述M個(gè)定子感應(yīng)線圈同軸。
[0016]優(yōu)選地，在本發(fā)明中，所述M為3，N為4。
[0017]本發(fā)明的第二方面提供一種無刷直流電機(jī)，具有如前所述的位置傳感器，其中，所述定子部分被整合于所述無刷直流電機(jī)的控制器印刷電路板中。
[0018]基于上述設(shè)置，本發(fā)明在轉(zhuǎn)子上裝有感應(yīng)線圈，在定子上裝有激勵(lì)線圈和以及感應(yīng)線圈。激勵(lì)線圈發(fā)出高頻激勵(lì)信號(hào)，轉(zhuǎn)子上的感應(yīng)線圈會(huì)因?yàn)槭艿降募?lì)產(chǎn)生交變電流，感應(yīng)線圈上的交變電流產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，該交變磁場(chǎng)又會(huì)激勵(lì)定子上的感應(yīng)線圈產(chǎn)生交變的反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)。由于轉(zhuǎn)子在不同的位置上，對(duì)于定子的感應(yīng)線圈激勵(lì)的強(qiáng)度不一樣，那么在感應(yīng)線圈上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)幅值也是不一樣的。由此，通過比較感應(yīng)線圈上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)幅值，就可以確定電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置。將交變的高頻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、整流、均值化的方式得到幅值信號(hào)，通過比較器或者AD信號(hào)采樣得到三相幅值信息，得到轉(zhuǎn)子的位置后，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的換相
[0019]由此，本發(fā)明采用電磁感應(yīng)原理，通過激勵(lì)，感應(yīng)的方式檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置，其具備如下優(yōu)點(diǎn):1.可靠性高；2.成本低；3.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；4.安裝方便；5.壽命長(zhǎng)；6.體積小，重量輕；7.不影響電機(jī)電氣性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例所提供的傳感器轉(zhuǎn)子部分的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例所提供的傳感器定子部分的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例所提供的無刷直流電機(jī)的軸向爆炸圖；
[0023]圖4為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例所提供的無刷直流電機(jī)的總裝圖；
[0024]圖5為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例所提供的無刷直流電機(jī)的原理圖。
[0025]
[0026]【具體實(shí)施方式】
[0027]以下將結(jié)合具體實(shí)施例以及附圖進(jìn)一步闡述本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)。
[0028]以下所揭示的優(yōu)選實(shí)施例，均以永磁體轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)M為4對(duì)，定子相數(shù)N為3為例予以說明。
[0029]請(qǐng)參見圖1，圖2，分別示出本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例所提供的位置傳感器100的轉(zhuǎn)子部分10以及定子部分20。
[0030]轉(zhuǎn)子部分10由轉(zhuǎn)子印刷電路板11以及轉(zhuǎn)子感應(yīng)線圈I Rl組成。該轉(zhuǎn)子印刷電路板11具有一中心孔12，用于與無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)軸(未示出)相固定連接。轉(zhuǎn)子感應(yīng)線圈IRl圍繞該中心孔12而設(shè)，且沿圓周方向上均勻設(shè)置有4個(gè)凸出扇葉。根據(jù)α=180/Ν可知，每個(gè)凸出扇葉的角度α為45度，且相鄰的兩個(gè)凸出扇葉之間的夾角也為45度。
[0031]定子部分20包括激勵(lì)源21、激勵(lì)線圈A以及同心分布的3個(gè)定子感應(yīng)線圈IS1、IS2、IS3。這3個(gè)定子感應(yīng)線圈IS1-1S3與轉(zhuǎn)子感應(yīng)線圈IRl相同，也分別沿圓周方向上均勻設(shè)置有4個(gè)凸出扇葉。同樣，根據(jù)α=180/Ν可知，這3個(gè)定子感應(yīng)線圈IS1-1S3中的每個(gè)凸出扇葉的角度α為45度，且每個(gè)線圈中相鄰的兩個(gè)凸出扇葉之間的夾角也為45度。另外，根據(jù)β=360/(Ν.Μ)可知，這3個(gè)定子感應(yīng)線圈IS1-1S3相互之間在圓周方向上的空間分布夾角β為30度，S卩如圖2所示，線圈ISl順時(shí)針旋轉(zhuǎn)30度到達(dá)線圈IS2的位置，再順時(shí)針旋轉(zhuǎn)30度則到達(dá)線圈IS3的位置。
[0032]在該定子部分20中，激勵(lì)線圈A設(shè)置在3個(gè)定子感應(yīng)線圈IS1-1S3的外側(cè)且與它們同心，且與激勵(lì)源21相連接。
[0033]請(qǐng)參見圖3、圖4，分別示出本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例所提供的無刷直流電機(jī)30。如圖3所示，從左至右依次為控制器印刷電路板31、安裝有位置傳感器轉(zhuǎn)子部分10的轉(zhuǎn)軸32、定子電樞及繞組33、安裝有永磁體轉(zhuǎn)子34的轉(zhuǎn)子外殼35。其中，控制器印刷電路板31具有一中心通孔36，其允許轉(zhuǎn)軸32穿過其中，位置傳感器的定子部分20則圍繞該中心通孔36鋪設(shè)在該控制器印刷電路板31上?？刂破饔∷㈦娐钒?1與傳感器轉(zhuǎn)子部分10，即轉(zhuǎn)子印刷電路板11相鄰且同軸而設(shè)。這就使得定子部分20中的3個(gè)定子感應(yīng)線圈IS1-1S3與轉(zhuǎn)子感應(yīng)線圈IRl共軸。
[0034]在本優(yōu)選實(shí)施例中，感應(yīng)線圈IR1、IS1、IS2、IS3均為印刷電路板上的銅膜布線。
[0035]由此可見，該優(yōu)選實(shí)施例所提供的傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小、重量輕，便于安裝在現(xiàn)有的無刷直流電機(jī)當(dāng)中，而且不會(huì)對(duì)電機(jī)的電氣性能產(chǎn)生影響，并且可靠性高。
[0036]基于上述位置傳感器以及無刷直流電機(jī)的設(shè)置，以下將結(jié)合圖5介紹該優(yōu)選實(shí)施例的工作情況。本發(fā)明的架構(gòu)如圖5所示，位置傳感器中定子部分20的激勵(lì)線圈A發(fā)出頻率為4.3MHz的交變激勵(lì)電磁場(chǎng)(圖中虛線箭頭所示)。轉(zhuǎn)子部分10中轉(zhuǎn)子印刷電路板11上布置的轉(zhuǎn)子感應(yīng)線圈IRl受到交變激勵(lì)電磁場(chǎng)的激勵(lì)，由于自身形成回路，轉(zhuǎn)子感應(yīng)線圈IRl產(chǎn)生交變電流。交變電流在轉(zhuǎn)子感應(yīng)線圈IRl凸出位置產(chǎn)生交變磁場(chǎng)(圖中虛線箭頭所示)，該交變磁場(chǎng)激勵(lì)3個(gè)定子感應(yīng)線圈IS1、IS2、IS3產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)U1、U2、U3如圖2所示，凸起部位的交變磁場(chǎng)由于在空間上與定子感應(yīng)線圈IS1、IS2、IS3的相對(duì)位置各不一樣，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)U1、U2、U3的幅值大小不一樣。將感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)U1、U2、U3信號(hào)通過放大、整流、均值化處理后得到幅值信息V1、V2、V3。如果將電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)90度(對(duì)應(yīng)機(jī)械角坐標(biāo)軸)，那么對(duì)應(yīng)360度電角度(對(duì)應(yīng)電角度坐標(biāo)軸)，幅值信息V1、V2、V3在電角度360度上的曲線。通過對(duì)比V1、V2、V3的大小，就能找到30度、90度、150度、210度、270度、330度等特征電角度。將幅值信息V1、V2、V3傳給控制器，控制器計(jì)算出特征電角度，這樣控制器就可以依賴這些特征電角度對(duì)電機(jī)進(jìn)行換相，如此電機(jī)就可以旋轉(zhuǎn)啟動(dòng)了。
[0037]應(yīng)當(dāng)注意的是，本發(fā)明的實(shí)施例有較佳的實(shí)施性，且并非對(duì)本發(fā)明作任何形式的限制，任何熟悉該領(lǐng)域的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容變更或修飾為等同的有效實(shí)施例，但凡未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何修改或等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于無刷直流電機(jī)的位置傳感器，其特征在于，包括鄰近而設(shè)的定子部分以及轉(zhuǎn)子部分，其中， 所述定子部分，固定設(shè)置在所述無刷直流電機(jī)中，其包括激勵(lì)源、激勵(lì)線圈以及同心分布的M個(gè)定子感應(yīng)線圈，M為定子相數(shù)； 所述轉(zhuǎn)子部分，包括轉(zhuǎn)子印刷電路板，與所述無刷直流電機(jī)中的轉(zhuǎn)軸相固定，其上設(shè)置有轉(zhuǎn)子感應(yīng)線圈； 所述M個(gè)定子感應(yīng)線圈以及所述轉(zhuǎn)子感應(yīng)線圈共軸，且各感應(yīng)線圈均沿圓周方向均勻分布有N個(gè)凸出扇葉，N為所述無刷直流電機(jī)的永磁體轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)，每個(gè)所述凸出扇葉的角度α為180/Ν度，所述M個(gè)定子感應(yīng)線圈相互之間在圓周方向上的空間分布夾角β為360/(N-M)度。
2.如權(quán)利要求1所述的位置傳感器，其特征在于，所述定子部分被整合于所述無刷直流電機(jī)的控制器印刷電路板中。
3.如權(quán)利要求1所述的位置傳感器，其特征在于，所述激勵(lì)線圈包裹所述M個(gè)定子感應(yīng)線圈。
4.如權(quán)利要求1所述的位置傳感器，其特征在于，所述激勵(lì)線圈與所述M個(gè)定子感應(yīng)線圈同軸。
5.如權(quán)利要求1所述的位置傳感器，其特征在于，所述M為3，N為4。
6.一種無刷直流電機(jī)，具有如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的位置傳感器，其中，所述定子部分被整合于所述無刷直流電機(jī)的控制器印刷電路板中。
【文檔編號(hào)】H02P6/18GK103684134SQ201210338981
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2012年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月13日
【發(fā)明者】毛文龍, 于偉, 潘瀅, 亨寧·伊爾勒, 朱衛(wèi), 朱潔 申請(qǐng)人:上海海拉電子有限公司