[发明专利]一种基于多相霍尔传感器的永磁无刷直流电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种新能源汽车、电动自行车的电机，尤其涉及一种基于多相霍尔传感器的永磁无刷直流电机。

背景技术

永磁无刷直流电机由于具备较高的功率密度和效率在新能源汽车、电动自行车中得到广泛的应用。这些应用中的永磁无刷直流电机主要有两种，一种是基于连续角度输出的位置传感器，以旋转变压器为主，基于矢量控制技术，电机的电流输出是三相的正弦波，运算角度准确连续，电流谐波成分小，电机力矩输出平稳，车辆噪音低、舒适性好，主要应用于新能源汽车。另一种是基于三相霍尔传感器，实现无刷直流电机(BLDC)的控制，在这种控制方式下，霍尔传感器安装方式和电机换相是对应关系，电机电流的通电方式是两相方波电流，电机转子每通过一个霍尔传感器，电流从一相过渡到另一相。第二种永磁无刷直流电机成本低，但是电机电流为60度换相的阶梯波，谐波成分大，电机力矩输出不平稳，应用在车辆中带来明显的冲击和噪音。

有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种基于多相霍尔传感器的永磁无刷直流电机，使其更具有产业上的利用价值。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种谐波成分小、力矩脉动小且力矩输出平稳的基于多相霍尔传感器的永磁无刷直流电机。

本发明的基于多相霍尔传感器的永磁无刷直流电机，所述电机包括具有三相绕组的定子、转子、以及至少四个设置在所述转子旋转路径周围的霍尔传感器。

进一步的，所述转子旋转路径周围设有五个所述霍尔传感器。

借由上述方案，本发明的基于多相霍尔传感器的永磁无刷直流电机通过设置四个以上的霍尔传感器，在考虑到安装难易程度、安装精度以及成本情况下，减小了电机电流的谐波成分、降低了力矩脉动，使得力矩输出较平稳，电机整体性能得到大大提高。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明的电机中安装五个霍尔传感器输出的相电流波形图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明一较佳实施例所述的一种基于多相霍尔传感器的永磁无刷直流电机，包括具有三相绕组的定子、转子、以及至少四个设置在转子旋转路径周围的霍尔传感器。

作为本发明的优选实施方式，本发明的电机在转子旋转路径周围设有五个霍尔传感器。

众所周知，基于三相霍尔传感器的永磁无刷直流电机，在电机电角度运转一周，霍尔传感器输出有6个状态，因此，低速下电机的角度分辨率为60°，电机电流为6阶梯波。

当本发明的电机中采用四个霍尔传感器时，电机电角度运转一周，霍尔传感器输出有8个状态，因此，低速电机的角度分辨率为45°，电机电流为8阶梯波，电流脉动较三相的霍尔传感器降低25％，力矩脉动降低20％。在安装四个霍尔传感器情况下，电流脉动与力矩脉动虽然比安装三个霍尔传感器有所下降，但是效果不够理想。

当本发明的电机中采用五个霍尔传感器时，电机电角度运转一周，霍尔传感器输出有10个状态，因此，低速电机的角度分辨率为36°，电机电流为10阶梯波，如图1所示，电流脉动较三相霍尔传感器降低40％，力矩脉动降低30％。

当本发明的电机中采用六个霍尔传感器时，电机电角度运转一周，霍尔传感器输出有12个状态，因此，低速电机的角度分辨率为30°，电机电流为12阶梯波，电流脉动较三相霍尔传感器降低45％，力矩脉动降低35％。

可见，当采用六个及以上霍尔传感器时，虽然电流脉动与力矩脉动均有所下降，但是下降幅度不明显，带来的角度细分作用相比设置五个霍尔传感器提升有限；而且，由于电机内部空间的限制，当采用6个及以上霍尔传感器时，安装不方便，也不能确保安装精度，反而影响电机力矩的输出；另外，设置越多的霍尔传感器也会增加电机的成本。

综上所述，在电流脉动与力矩脉动较理想的情况下，综合考虑霍尔传感器的安装难易程度、安装精度以及成本，本发明在电机中布置五个霍尔传感器，即可使车辆在低速启动时电机力矩输出平稳，极大地改善了低速启动性能；由于电机在高速运转时，可以通过线性插值的方法，得到细分的角度，继而实现矢量控制，将电机工作电流控制为正弦波，此时，电机力矩输出也较平稳。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。