[发明专利]一种低成本高可靠性永磁同步电机的位置检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及永磁同步电机领域，具体地说是一种低成本高可靠性永磁同步电机的位置检测装置。

背景技术

永磁同步电机在控制时需要采集位置信息，采集方式通常采用光电传感器、霍尔传感器、旋转编码器、增量式编码器或是绝对式编码器。其中旋转编码器、增量式编码器和绝对式编码器的成本较高，而使用光电传感器或霍尔传感器在传统检测位置方式基础上需要多个器件才能实现。因此，以上这些方式都不是低成本的，且采用多个传感器装置也额外增加了传感器故障的概率，另外当有干扰信号进入时，增加了故障判断的难度。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术现状，而提供一种低成本高可靠性永磁同步电机的位置检测装置，通过单个传感器便能实现旋转式永磁同步电机的位置检测，很好地降低了成本，并且降低了传感器的故障概率以及传感器故障的判断难度，提高了工作可靠性。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种低成本高可靠性永磁同步电机的位置检测装置，包括随电机同步转动的检测部、与检测部耦合并根据检测部的位置状态输出高、低电平的单个传感器、以及接受传感器的检测信号并计算电机转子位置信息的传感器信号处理装置。

为优化上述技术方案，本发明还包括以下改进的技术方案。

上述的传感器信号处理装置包括传感器信号编码模块和传感器信号编码处理模块。传感器信号编码模块捕获高、低电平信号的上升沿或下降沿，并通过边沿信号的时间宽度得到方波的二进制编码。传感器信号编码处理模块包括位置计算模块，位置计算模块根据二进制编码，计算电机的电角度和机械角度位置。

上述的检测部是与电机转子轴相连接的码盘，码盘在单位区域角度内具有凸起检测部和凹入检测部；传感器对凸起检测部或凹入检测部分别输出对应的高电平或低电平的检测信号。

上述的单位区域角度R＝360°/P/N，其中R为码盘的单位区域角度值，360°为机械角度，P为电机转子的极数，N为电机的相数；在单位区域内的凸起检测部和凹入检测部用m：n的方式分割，其中m≠n。

上述的位置计算模块根据二进制编码得到区间码，并结合区间码和区间内角速度积分计算电机的位置信息；同时将传感器信号编码模块发送过来的二进制编码信息存于第一寄存器，并将一个内部预估的二进制编码信息存于第二寄存器，将第一寄存器与第二寄存器的二进制编码信息进行比较，如果相等，则认为正常运行，如果不相等，则输出故障信息，并用第一寄存器的编码信息去更新第二寄存器的编码。

上述的检测部是电机转子的磁极；传感器根据电机转子的N磁极或S磁极分别输出对应的高电平或低电平的检测信号。

上述的位置计算模块将两个上升沿之间的区域记为Re区域，根据Re区域内的起始电角度和Re区域内角速度积分计算电机的位置信息。

上述的传感器信号编码处理模块包括启动、旋转方向变化处理模块，对电机进行启动和旋转变向处理控制。

上述传感器信号处理装置的信号处理、编码生成、编码逻辑处理和位置计算通过DSP、MCU、CPLD或FPGA器件实现。

上述的传感器信号处理装置适用于所有相数N以3为整数倍，且定子槽数为N的倍数的永磁同步电机。

与现有技术相比，本发明通过单个传感器，并采用码盘或者转子磁极作为传感器的检测部，通过传感器信号处理装置对传感器输出信号进行编码计算，得到所需电机的电角度和机械角度位置，很好地降低了成本，并且降低了传感器的故障概率以及传感器故障的判断难度，提高了工作可靠性。

附图说明

图1为实施例1的组成原理图。

图2为实施例1中传感器信号处理装置的模块图。

图3为实施例1的传感器码盘结构图。

图4为实施例1的电机内部结构示意图。

图5为实施例1的传感器信号及编码图。

图6为实施例1中编码为“1”原理图。

图7为实施例1中编码为“0”原理图。

图8为实施例1中二进制编码检错原理图。

图9为实施例1中区间内角速度积分处理图。

图10为实施例1中的正弦波通电图。

图11为实施例1中的正转变反转原理图。

图12为实施例2的传感器装置图。

图13为实施例2中传感器信号处理装置的模块图。

图14为实施例2中正反转的信号原理图。

图15为实施例2的Re内角速度积分处理图。