[发明专利]具有转子位置传感器的内转子型永磁电机、转子位置检测方法及伺服电机系统

说明书

技术领域

本发明涉及伺服电机的转子位置角检测技术，具体涉及内转子型永磁电机转子位置的检测技术。

背景技术

目前对伺服电机的转子位置角检测主要利用光学编码器或旋转变压器的方式进行检测，这两种方式在实际的应用中都存在缺陷和不足：

1、光学编码器方式:该方式需要将光学编码器安装在电机的后面轴上，以便实现转子角度检测。但光学编码器由于用光学器件和半导体器件等构成，在高温环境下使用时半导体元件寿命变短可靠性差。同时，在强振动场合使用时，光学器件容易损坏、导致检测功能失效。并且由于电机后端装有编码器，很难实现电机的薄型化。

2、旋转变压器方式:该方式需要将旋转变压器安装在电机的后面轴上，以此实现转子角度检测。但旋转变压器有6条引线使接线增多，并且需要安装在电机的后部，很难实现电机的薄型化。

发明内容

本发明针对现有伺服电机的转子位置角检测所存在的问题，而提供一种具有转子位置传感器的内转子型永磁电机。该伺服电机能够实现高温、高振动环境下的转角检测，并减少接线数，可靠性更高。

同时基于该伺服电机，本发明还提供一种内转子型永磁电机转子位置的检测方法和利用本发明电机转角检测原理构成伺服电动机系统。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

具有转子位置传感器的内转子型永磁电机，包括转子以及定子，所述转子安置在定子内部，所述永磁电机还包括4N个作为位置检测用的传感器绕组，其中N为＞0的整数，所述定子中至少有4N个突极分别绕有传感器绕组，所述4N个传感器绕组分为2组，每组的传感器绕组分为上段绕组和下段绕组，上段各绕组串联连接，下段各绕组串联连接，每组上段绕组串联后的合成电感的基波相位与下段绕组串联后的合成电感的基波相位相差180度彼此串联，2组绕组的各上段绕组电感的基波相位彼此相差90度，2组传感器绕组相并联，其并联接点为励磁信号输入端；2组绕组的各上段绕组与下端绕组的串联接点为位置信号的输出端。

在永磁电机的优选实例中，所述永磁电机还包括3K个作为产生电磁转矩的转矩绕组，其中K为＞0的整数，所述定子上未绕有传感器绕组的突极中，至少3个突极上分别绕有转矩绕组，所述3K个转矩绕组分为3组，每组的绕组数≥1，3组转矩绕组的反电势彼此相差120度电角度，以三相星形或三角形相接。

进一步的，所述转子由永久磁钢、软磁材料磁轭及转轴构成，所述转子磁极沿转子外圆表面或嵌入转子中均匀分布，极性交替排列，永磁极对数为P≥2的整数，所述磁钢为瓦片型或环形。

进一步的，所述定子上的突极沿定子内圆放射状分布，各突极形状不一定相同。

基于上述内转子型永磁电机，本发明提供的内转子型永磁电机转子位置的检测方法，包括如下步骤：

（1）将内转子型永磁电机中定子上的4N个传感器绕组相互连接形成的励磁信号输入端接到高频励磁电源，传感器绕组相互连接形成的位置信号输出端输出位置信号；

（2）根据如下公式进行反正切运算处理后可得到转子位置角θ_m，

其中V₁₂和V₃₄为传感器绕组输出的位置信号。

利用本发明电机转角检测原理构成伺服电动机系统，其包括：

基于上述方案形成的具有转子位置传感器的内转子型永磁电机、励磁信号及位置信号处理单元、以及控制电路及功放电路单元，所述永磁电机输出轴连接控制对象，励磁信号及位置信号处理单元产生励磁信号供给永磁电机的传感器绕组的励磁信号输入端,传感器绕组的位置信号输出端输出位置信号，并输入到励磁信号及位置信号处理单元；

励磁信号及位置信号处理单元利用公式：

θm=110·tg-1(V12V34)]]>