[发明专利]无刷电机

说明书

本申请是1993年7月8日提出的申请号为93108318.4发明专利申请的分案申请。

本发明涉及无刷电机，在叠合的钢片构成的转子轭铁内插入励磁用的永久磁铁而形成转子，面对该转子的端面设置磁传感器。

众所周知，无刷电机由转子和定子组合而成，转子是在由叠合的钢片构成的转子轭铁内插入多块励磁用永久磁铁而形成的，定子则具有与该转子磁铁部分的外表面隔开很小间隙的磁极部分。

为了检测转子的旋转位置，对这种无刷电机提出一种方案，在转子端面上贴上用于确定转子旋转位置的被测磁铁片，在该被测磁铁片的旋转轨道附近设置磁传感器，利用该磁传感器检测被测磁铁片的磁场，从而测出转子的旋转位置。

图37示出具有上述被测磁铁片的无刷电机的纵截面。无刷电机51具有一对壳体部件53、54，由螺栓52连接在一起，该壳体部件53、54依靠球轴承55、56可支承着转轴57自由旋转。转轴57上固定转子58，转轴57的一端从壳体部件53的端面突出，可将转子58的转力传送至外部。在转子58的周围设置定子59，定子59由壳体部件53、54夹持住。

转子58由很多钢片叠合成的转子轭铁50和插入转子轭铁50内的多块励磁用永久磁铁61所构成。定子59由钢片叠合成的定子轭铁62和卷绕住该定子轭铁62的定子绕组63所构成。定子轭铁62内侧的一部分构成定子的磁极部分59a，该磁极部分59a与转子58的磁极部分58a外周面隔开很小的间隙，彼此相对。

在转子58的端面58b上贴附被测磁铁片64。该被测磁铁片64旋转轨道附近的壳体部件53上固定配置有多个磁传感器65的磁传感器基板66。

在上述结构中，被测磁铁片64随着无刷电机51的转子58转动，每旋转360°，就接近磁传感器65一次。磁传感器65检测被测磁铁片64的磁场，从而测出转子58的旋转位置。但是，在该无刷电机51中，励磁用永久磁铁61与定子磁极部分59a之间距离大，因而，在旋转过程中磁通由于和定子磁极部分59a的相互作用而被吸引到旋转方向上，转子58外侧空间的磁通密度峰值点的位置和转子58实际的旋转位置不一致，这一点是众所周知的。

图38示出无刷电机51转子端面58b外侧空间磁通密度的变动和利用被测磁铁片64所检测到的转子58的旋转位置的偏差。图中的横轴表示时间，纵轴表示电信号的强度。曲线L1表示转子端面58b外侧空间的磁通密度，图中的折线L2表示通过被测磁铁片64检测到的转子58的旋转位置。从图中可以清楚地看出，对于转子轭铁内有励磁用永久磁铁、该永久磁铁与定子磁极部分之间存在较大距离的无刷电机，在旋转过程中磁通由于定子磁极部分而吸引到旋转方向，磁通密度(曲线L1)形成超前于转子实际旋转位置(折线L2)的波形，转子58周围空间的磁通密度峰值是在旋转方向上超前于转子58的实际旋转位置。亦即，磁通密度不超前于转子实际旋转位置(折线L2)的状态由点划线表示，实线所示的磁通密度(曲线L1)在电信号零点位置处比点划线所示磁通密度超前时间差T。该时间差T可换算成转子的转角，该转角等于磁通的偏差。此外，该磁通的偏差(下文称为超前角)与电机输入电流的大小大致成比例地增大。

关于转子58外侧空间磁通密度峰值点的位置与转子58实际旋转位置不一致的情况，采用霍耳集成电路(IC)，将转数固定为1200rpm，当改变力矩时，在各个力矩下效率最高时从被测磁铁获得的霍耳IC信号与转子外侧磁通密度峰值的偏差如下：

力矩    霍耳IC与磁通密度峰值的偏差    最高效率

        (电位角)

0.05    20°±10°                    90

0.10    22.5°±10°                 87

0.15    25°±10°                    85

0.20    28.5±9°                     82

0.25    30°±9°                     79

从表中可看出，转子58周围空间磁通密度的峰值点超前于转子58实际的旋转位置。此外，该超前角与电机的力矩大致成比例，为取得最高效率，霍耳IC的安装误差在低负荷下处在20°(±10°)的范围内，但力矩越大，公差越小，安装也变得困难。