[实用新型]一种伺服电机和伺服控制系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种伺服电机，更具体地说，涉及一种伺服电机和伺服控制系统。

背景技术

传统的永磁电机、伺服永磁电机可能采用独立的位置传感器，例如旋转变压器(resolver)或光电编码器，但成本高且安装困难。在电动自行车、电动摩托车中，为了降低成本，通常直接在电机定子上安装3个开关霍尔传感器或3-4个线性霍尔传感器来构成简易位置传感器，来实现电机换相或位置检测。这种方法中要求霍尔传感器的安装位置十分精确，因为当电机极对数P很大时，机械安装的精度需要提高P倍，且安装的位置与电机绕组下线方式、电机的极数、电机的槽数都有关系，特别是电机的电枢反应对位置检测的影响有±3-5°，因此这种简易位置传感器位置检测的偏差都在±3-10°左右，阻碍了电机及控制器生产。

正弦波驱动是电机的发展方向，它需要完整的位置信息，来实现正弦波矢量控制，但正弦波驱动的生产成本高。为了降低成本，目前的控制器还采用通过一种基于预估的180°正弦波驱动方法。它利用U、V、W开关霍尔的电机磁极位置方波信息，采用位置预估方法构建预估的正弦波位置信息，然后实现简易的180°正弦波驱动。简易的180°正弦波驱动在变速过程中的性能很差，可靠性不可能高。

在公告号为CN200972824Y的中国专利中，公开了一种独立的位置传感器，即霍尔旋转变压器，使用四个线性霍尔元件，将180°布置的两个线性霍尔元件的输出电压相减，试图补偿定、转子装配偏心，但由于无法同时补偿径向和切向磁场分量，所以不能起到良好的补偿效果，而且还存在磁极均匀性等问题。对于电动自行车、电动摩托车成本太高，而且独立结构传感器无法安装和被采用。

ZL200820207106.9专利中的霍尔旋转变压器，增加了一个环形软磁铁芯，将三维空间磁场，约束为二维空间磁场，大大改进了装配造成的偏差，但仍需要至少2个90°正交的线性霍尔元件，或3个120°分布的线性霍尔元件，分布精度和线性霍尔元件的一致性都会直接导致霍尔旋转变压器的幅值误差和相位误差，导致位置检测偏差，且多个线性霍尔元件成本较高，而且独立结构无法安装和被采用。

现有独立的霍尔旋转变压器的位置偏差只能达到0.5°～1°左右，而且性价比不够高。另外，现有霍尔编码器无法直接检测旋转的速度，必须再增加Ω＝dθ/dt或相应的处理环节。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种伺服电机和伺服控制系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种伺服电机，包括定子、转子、以及设于所述定子端面上的、用于检测所述转子磁场位置的线性霍尔元件和开关霍尔元件；所述线性霍尔元件和开关霍尔元件均位于所述定子冲片的内圆周面上，所述线性霍尔元件和开关霍尔元件之间的电角度为90°，且所述线性霍尔元件和开关霍尔元件的磁敏感面均与所述转子的磁极表面相对；

在与所述开关霍尔元件对应的定子极上还设有用于检测转子转速的反电动势检测线圈；

所述线性霍尔元件、开关霍尔元件和反电动势检测线圈分别连接至所述私服控制器；当所述定子和转子相对转动时，所述线性霍尔元件、开关霍尔元件和的反电动势检测线圈输出数据进入到所述伺服控制器中。

本实用新型所述的伺服电机，其中，所述定子冲片第一个绕线槽的槽口设有与所述线性霍尔元件的大小相匹配的线性霍尔槽；所述定子冲片第一个定子极上设有与所述开关霍尔元件大小相匹配的开关霍尔槽；

所述定子冲片线性霍尔槽的中心与所述开关霍尔槽的中心在空间相差90°的电角度；

所述线性霍尔元件位于所述线性霍尔槽中，所述开关霍尔元件位于所述开关霍尔槽中，所述反电动势检测线圈绕于所述定子冲片的第一个定子极上。

本实用新型解决其技术问题采用的另一技术方案为：构造一种伺服控制系统，包括伺服控制器和如上述所述的伺服电机，所述伺服控制器包括转角变换电路、速度变换电路和Id、Iq矢量控制模块，所述Id、Iq矢量控制模块通过交轴电流Iq来控制所述伺服电机的力矩和速度，通过直轴电流Id来扩大电机的速度范围；