[实用新型]具有一体式磁位置传感器的旋转电机

说明书

技术领域

本实用新型涉及旋转电机的领域，具体地涉及旋转电机的转子的角位置的测量。

本实用新型更具体地涉及包括集成磁位置传感器的同步磁阻旋转电机。

背景技术

旋转电机通常包括固定部分、即定子以及旋转可动的部分，即转子，它们相对彼此同轴设置。转子通常容纳在定子内部，定子承载产生用于驱动转子旋转的磁场的电绕组。转子通常由一堆叠层组成的主体构成并放置在旋转轴上。这些叠层在转子的周界处包括形成磁极的绕组或永磁体。磁体可能在转子的表面上可见或完全集成在转子内部。

关于转子位置的精确信息对于控制这些机器而言是必不可少的，尤其是在高速度下。图1示出操作的原理以及电机4、控制机器扭矩的算法3以及由电压U_m、电流I_m和机器转子位置p_m的传感器获得的信息2之间的关系。关于机器4的转子的位置p_m的精确信息通常由算法3用于机器扭矩的矢量控制。这通常称为矢量控制，因为为了使机器4产生目标应用所需的扭矩，所以在其中循环的电流必须保持同相并与转子的位置同步。为了实现这一点，集成到控制机器的逆变器中的、机器的微控制器1通过向机器4的端子施加电压U_a来控制机器，那些电压由扭矩控制算法3提供。

已知用于获得旋转电机的转子的角位置的各种方式。第一种方式在于完全通过软件估算该位置，第二种方式在于使用位置传感器确定该位置。使用位置传感器提供更精确的信息。一些旋转电机，例如包括很少磁体的同步磁阻机器，需要关于转子位置的非常精确的信息。考虑到一个电度等于一个机械度乘以极对数，测量通常必须精确到小于一个电度，尤其是在高速下。更通常地，最高的可能的精确度通常旨在实现对机器的鲁棒(稳固)且可靠的控制。

可以使用许多已知类型的位置传感器，包括通常提供精确测量但昂贵的“解析器”型传感器，并且可能需要适应逆变器的控制方式。可以使用其它类型的传感器，诸如成本较低的磁传感器或增量传感器。

本实用新型涉及包括用于确定转子的角位置的磁位置传感器的旋转电机。

图2示出标准的磁位置传感器，其工作原理与根据本实用新型的机器中使用的原理相同。位置传感器10包括两部分：包括磁体的旋转部分11，该部分11的旋转运动由箭头示出；以及包括多个霍尔效应磁传感器的固定部分12。旋转部分固定在机器的转子的轴上，磁体通常集成在轴上。固定部分12的霍尔效应磁传感器检测由随着轴旋转的磁体产生的旋转磁场的幅值，这使得可以产生给出磁体位置的输出信号，从而产生转子的角位置。电缆13用于发送由位置传感器10产生的电信号。这种传感器由DC(直流)电压、例如5伏特±5％的DC(直流)电压Vdd供电。传感器产生两个输出信号：转子角位置的正弦和余弦。这些信号V_A和V_B通常是正弦形式并被偏移90°。因此，为了控制电机，这两个信号在用于控制机器的微控制器中被使用和调节。

固定在轴上的磁体和固定部分的磁传感器之间的径向距离会大大影响输出信号的幅值和测量的精确性。

上述位置传感器拓扑具有以下若干优点：

-与传感器可以产生的位置测量的精确性相关的低成本；

-根据标准EN 60529的高“IP”保护指数，通常为保护指数IP67；

-安装方便。

另一方面，这种位置传感器对于旋转部分的磁体相对于包括磁传感器的固定部分的径向和轴向运动非常敏感。轴向运动是指在由轴线(X)限定的方向上的运动，转子的轴围绕该轴线旋转，而径向运动是指垂直于轴线(X)的运动。这些运动可以由例如累积的机械公差、热效应(例如铁的膨胀)、磁体支承件的机械公差(轴中孔的运动)产生。累积的机械公差与位置传感器和常规采用的机械参考之间的中间部分(支撑旋转轴的轴承)的存在，特别是旋转的中间部分(诸如安装在轴上以冷却机器的风扇)的存在有关。在位置传感器和支撑旋转轴的轴承(在机器的后端)之间的任何中间部分使得难以对各种机械部件(特别是位置传感器)保持严格的累积公差。现在，严格的公差对于通过磁位置传感器保证转子的精确测量非常重要。