[发明专利]由带有电子控制元件的无刷直流电机构成的电机总成

说明书

技术领域

本发明涉及一种由带有电子控制元件的无刷直流电机构成的电机总成。

背景技术

在使用电动机的很多应用中，都要求电动机转子能平稳转动，因此也就要求能精确控制转子电流和电流波形。若要充分实现所述精确控制，需要能准确地检测出转子的角度位置。传统的电动机通常使用角度传感器或角度解算器和配套的电子器件来测定角度位置。角度传感器检测机械运动并将检测到的运动转换成电信号。光脉冲传感器和绝对角度传感器为常用的两种角度传感器。

若要实现对电流的精确控制和使无刷直流电机（即转子上带永久磁铁和电子换向器的交流电机）平稳转动，需要使用准确的检测器来检测转子和电子换向器的角度位置。例如US2010/0090633 A1揭露了一种由带转轴的无刷直流电机、与电机连接并位于转轴外部的电子控制器和固定在转轴上以便在转轴带动下在与轴正交的平面内转动或带动轴转动的双极永久磁铁构成的电机总成。另外，该电机总成还包括X-Y霍尔效应传感器，所述霍尔效应传感器由电子控制器承载，设在磁铁附近。当磁铁在电机转轴的带动下转动时，霍尔效应传感器产生磁场的正弦和余弦分量。电子控制器还包括根据所述正弦和余弦分量测定电机角度位置的装置和换向逻辑电路。电路板上位于电机总成转轴一端正上方的控制器高度集成了多种功能：内部模拟数字转换器、驱动功率放大器用的脉冲宽度调制寄存器、内部通信端口和所有电动机控制所需的RAM内存器和非易失性闪存。

EP 1 099 092 B1揭露了一种无刷电动机及其控制方法。所述电动机包括转子、带若干个磁极的感测元件、第一和第二霍尔效应传感器（所述霍尔传感器的感应平面与感测元件表面垂直，用于测量与感测元件相切的方向上磁极的磁通量），其中一个感测元件和第一和第二霍尔效应传感器与转子相对位置固定不变。霍尔效应传感器用于输出测量信号，以便来自第一和/或第二传感器的至少一个输出信号在转子的每个转动位置处均为线性信号，其中测量信号用于测定一个电周期内转子的绝对转动位置；电机根据转子解码位置进行控制。

US 7 579 799 B2揭露了一种转子角度位置测量系统、角度位置测量方法和电动机控制方法。该系统具有转子总成和传感器组件，其中，转子总成由若干个环状分布的电动机磁极的磁域构成，传感器组件具有至少两个以指定的相对角度分开设置的霍尔效应装置。传感器组件设计用于根据与电动机磁极的磁域轴向转动相应的磁通量变化产生若干个输入信号。位置测量组件设计用于对所述输入信号进行处理以产生转换的正弦参考信号。正弦参考信号有至少一个偏置标度因数和振幅标度因数。通过处理所述输入信号以产生与转子角度位置的近似测量结果一致的位置估计信号，来确定错误项。然后，对错误项进行处理，可得到精确的转子角度位置测量结果。

此外，US 6 906 494 B2揭露了一种用于驱动带转子（转子带磁铁）的电动机的电动机控制器。电动机控制器包括磁通量检测器，用于检测来自磁极的磁通并获得磁极信号；位置信号转换器，用于根据磁极信号确定转子位置；微分器，用于根据位置信号转换器的输出确定速度信号；速度控制器，用于通过对速度信号和预定指导速度进行比较输出指令信号；脉冲宽度调制控制器，用于根据指令信号对电动机进行脉冲宽度调制驱动。脉冲宽度调制控制器以正弦波形驱动电动机，其中，磁极信号为相位差是90°的两相正弦波信号。

现有技术中带无刷电机和集成电子控制器的电机总成的缺点是，体积通常很庞大笨重，不适合在很多场合中使用。其中一个原因是，传统无刷直流电机一般产生的转矩相当小，这就意味着必须选用较大规格的电动机，否则要使用变速箱以使电动机输出足够大的转矩。另外一个原因是，很多现有技术的电机总成的设计都要求采用结构复杂且非常占用空间的测量设备（通常设在电动机的转轴末端）以便测量转子的角度位置，和/或笨重的电子控制元件，这就显著增加了电机总成的长度或规模。

发明内容

为此，本发明的首要目的是提供一种结构特别紧凑、带无刷直流电机和电子控制元件的电机总成，这种电机总成提供了输出扭矩、功率体积比和效率等方面的性能实质上的更佳表现，以及相比现有技术中的电机总成，价格非常低。