專利名稱:一種用于無(wú)刷直流電機(jī)的位置傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型涉及一種位置傳感器,尤其涉及一種用于無(wú)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。
技術(shù)背景 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(wú)刷直流電機(jī)的應(yīng)用也就越來(lái)越廣泛,同時(shí)也對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)的性能和成本提出了更加高的要求。無(wú)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(wú)刷直流電機(jī)位置傳感器技術(shù)主要有如下幾種I.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(guò)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。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(guò)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。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。4.無(wú)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(méi)有旋轉(zhuǎn),反電動(dòng)勢(shì)電壓很低無(wú)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)。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。
實(shí)用新型內(nèi)容為了克服上述技術(shù)缺陷,本實(shí)用新型的目的在于提供一種通過(guò)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。為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本實(shí)用新型的第一方面提供一種用于無(wú)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(wú)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(wú)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(wú)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。優(yōu)選地,在本實(shí)用新型中,所述定子部分被整合于所述無(wú)刷直流電機(jī)的控制器印刷電路板中。優(yōu)選地,在本實(shí)用新型中,所述激勵(lì)線圈包裹所述M個(gè)定子感應(yīng)線圈。優(yōu)選地,在本實(shí)用新型中,所述激勵(lì)線圈與所述M個(gè)定子感應(yīng)線圈同軸。·優(yōu)選地,在本實(shí)用新型中,所述M為3,N為4。本實(shí)用新型的第二方面提供一種無(wú)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(wú)刷直流電機(jī)的控制器印刷電路板中。基于上述設(shè)置,本實(shí)用新型在轉(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(guò)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(guò)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)的換相由此,本實(shí)用新型采用電磁感應(yīng)原理,通過(guò)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。
圖I為本實(shí)用新型一優(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;圖2為本實(shí)用新型一優(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;圖3為本實(shí)用新型一優(yōu)選實(shí)施例所提供的無(wú)刷直流電機(jī)的軸向爆炸圖;圖4為本實(shí)用新型一優(yōu)選實(shí)施例所提供的無(wú)刷直流電機(jī)的總裝圖;圖5為本實(shí)用新型一優(yōu)選實(shí)施例所提供的無(wú)刷直流電機(jī)的原理圖;圖6示出了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的處理流程圖;圖7示出了幅值信息在電角度坐標(biāo)軸與機(jī)械坐標(biāo)軸中的對(duì)照?qǐng)D。
具體實(shí)施方式
以下將結(jié)合具體實(shí)施例以及附圖進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)。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(shuō)明。請(qǐng)參見圖1,圖2,分別示出本實(shí)用新型一優(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IRl組成。該轉(zhuǎn)子印刷電路板11具有一中心孔12,用于與無(wú)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。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-IS3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-IS3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-IS3相互之間在圓周方向上的空間分布夾角為30度,即如圖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I S3的位置。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-IS3的外側(cè)且與它們同心,且與激勵(lì)源21相連接。請(qǐng)參見圖3、圖4,分別示出本實(shí)用新型另一優(yōu)選實(shí)施例所提供的無(wú)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(guò)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-IS3與轉(zhuǎn)子感應(yīng)線圈IRl共軸。在本優(yōu)選實(shí)施例中,感應(yīng)線圈IR1、ISU IS2、IS3均為印刷電路板上的銅膜布線。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(wú)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?;谏鲜鑫恢脗鞲衅饕约盁o(wú)刷直流電機(jī)的設(shè)置,以下將結(jié)合圖5-7介紹該優(yōu)選實(shí)施例的工作情況。本實(shí)用新型的架構(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ISl、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(guò)放大、整流、均值化處理后得到幅值信息V1、V2、V3 (如圖6所示)。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VI、V2、V3在電角度360度上的曲線如圖7所示。通過(guò)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VI、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。應(yīng)當(dāng)注意的是,本實(shí)用新型的實(shí)施例有較佳的實(shí)施性,且并非對(duì)本實(shí)用新型作任何形式的限制,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,但凡未脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的內(nèi)容,依據(jù)本實(shí)用新型的技術(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,均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種用于無(wú)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(wú)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(wú)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(wú)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I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(wú)刷直流電機(jī)的控制器印刷電路板中。
3.如權(quán)利要求I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I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I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(wú)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(wú)刷直流電機(jī)的控制器印刷電路板中。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種用于無(wú)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(wú)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(wú)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(wú)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。
文檔編號(hào)H02P6/18GK202798553SQ201220467779
公開日2013年3月13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 申請(qǐng)人:上海海拉電子有限公司