[发明专利]具有内置光学编码器的轴向磁通电机

说明书

一种轴向磁通电机具有绕旋转轴线安装的转子。永磁体安装在所述转子的第一轴向面上，并且预定的编码器图案设置在所述转子的第二轴向面的表面上。定子位于所述转子的与所述转子的所述第一轴向面相邻的一侧。传感器安装在所述转子的与所述转子的所述第二轴向面相邻的另一侧。所述传感器输出与所述转子的所述第二轴向面的表面上的所述编码器图案相对应的信号。电机控制系统被耦接用于接收来自所述传感器的所述信号，并且基于来自所述传感器的所述信号来计算所述转子的旋转速度。另外，所述电机控制系统可以基于所述编码器图案来计算相对或绝对的转子位置信息。

技术领域

本申请涉及轴向磁通电机，尤其涉及具有外转子几何结构的轴向磁通电机。

背景技术

轴向磁通永磁体电机通常具有高扭矩密度(每单位体积的转矩额定值)，并且对于低速高扭矩应用(包括直接驱动)可能是有利的。然而，由于在位置反馈信号之间经过更多的时间，因此以低速控制电机可以证明比以高速控制电机更加困难。这通常意味着需要高分辨率位置反馈以促进控制。

通常，这是通过单独的光学编码器或类似设备完成的。作为后来安装在电机上的单独设备，光学编码器具有其自身的机械约束，这些机械约束可能会对整个电机/光学编码器组件施加新的设计约束。必须采取额外的考虑以正确对准。

因此，特别需要一种克服上述问题的经改进的轴向磁通电机。

发明内容

在第一方面，一种轴向磁通电机具有绕旋转轴线安装的转子。所述转子具有第一轴向面和第二轴向面。永磁体安装在所述第一轴向面上，并且预定的编码器图案在所述第二轴向面的表面上。所述电机还具有定子，所述定子位于所述转子的与所述转子的所述第一轴向面相邻的一侧。所述电机还具有传感器，所述传感器安装在所述转子的与所述转子的所述第二轴向面相邻的另一侧。所述传感器输出与所述转子的所述第二轴向面的表面上的所述编码器图案相对应的信号。所述电机还具有电机控制系统，所述电机控制系统被耦接用于接收来自所述传感器的所述信号。

在一个进一步的实施例中，所述预定的编码器图案是呈圆形的一系列等间隔的明暗表面，并且所述传感器是光学发射器-检测器对。所述电机控制系统可以基于来自所述传感器的所述信号来计算所述转子的旋转速度。仍进一步地，所述预定的编码器图案可以具有指示所述转子的参考位置的索引。所述电机控制系统可以基于来自所述传感器的所述信号来计算所述转子的旋转速度以及所述转子的相对位置。

在另一个进一步实施例中，所述预定的编码器图案是多个同心图案，所述多个同心图案被布置成提供输出代码，所述输出代码提供所述转子的绝对位置定位。所述传感器具有用于所述多个同心图案中的每一者的光学发射器-检测器对。所述电机控制系统可以基于来自所述传感器的所述信号来计算所述转子的旋转速度以及所述转子的绝对位置。仍进一步地，所述传感器具有用于向所述电机控制系统提供换向信号的光学发射器-检测器对。

在又另一个进一步实施例中，所述永磁体可以以海尔贝克(Halbach)阵列图案安装在所述转子的所述第一轴向面上。

在仍进一步的实施例中，所述电机具有第二转子，所述第二转子绕旋转轴线安装并且具有第一轴向面和第二轴向面。永磁体安装在所述第一轴向面上，并且预定的编码器图案在所述第二轴向面的表面上。所述电机还具有第二定子，所述第二定子位于所述第二转子的与所述第二转子的所述第一轴向面相邻的一侧。所述电机还具有第二传感器，所述第二传感器安装在所述第二转子的与所述转子的所述第二轴向面相邻的另一侧。所述第二传感器输出与所述第二转子的所述第二轴向面的表面上的所述编码器图案相对应的信号。所述电机控制系统还被耦接用于接收来自所述第二传感器的所述信号。