[实用新型]稀土永磁无刷直流电机测速、测位一体化传感器

说明书

本实用新型涉及一种稀土永磁无刷直流电机专用的稀土永磁无刷直流测速发电机和转子位置检测装置一体化的传感器结构。

稀土永磁无刷直流电机是一种调速性能十分优越的调速电机，精良设计、制造的产品具有2000∶1以上的调速范围潜力。然而，要真正把这种潜力变为一种现实，就必须有一种快速响应的、检测精度高的测速装置做为速度反馈单元。传统的光电脉冲编码器在完成2000∶1这类电机调速要求时，已经出现快速响应跟不上的弱点。因此，一种新型的稀土永磁无刷直流测速发电机技术得到了快速发展。另一方面，稀土永磁无刷直流电机要正常运转、还需要一个检测电机转子位置的传感器，特别的是当电机有正、反两种旋转要求时，该传感器的构造也相应的复杂了。本发明提出一种结构，不仅保证了测速发电机具有良好的测速信号纹波率，而且保证了测速信号的快速响应能力，同时也将转子位置传感器有机地与之结合成一个整体。在解决正、反旋转对称性方面提出了一种新的位置传感器布置方案。

本实用新型的目的在于为稀土永磁无刷直流电机提供一种一体化传感器，同时解决高精度、快速响应测量电机转速和双向对称测量电机转子位置，为以稀土永磁无刷直流电机为核心的调速控制系统完成速度与位置的闭环控制。

本实用新型在结构上将测速、测位合为一体，在电路上是各自独立的，具有制造、装配方便，使用灵活的优点。

本实用新型的技术特征通过以下实施例并结合附图加以详述：

附图1为稀土永磁无刷直流测速发电机结构原理图，实施例为16个稀土永磁磁极和8个光栅齿结构。16个稀土永磁磁极是测速发电机的转子，磁极为瓦片削顶形状(图2示意)，其削顶弦长为1/2理论弧长左右，按实际需要可大些或小些，以保证测速信号波形是90°平顶波为准，磁极的极弧系数为1.0，磁极排列为N、S、N、S……常规交错组合，并采用粘接方式将磁极固定到发电机转子铁芯上。8个光栅齿均为180°(电角)，齿、槽对称分布，也固定到发电机转子铁芯上。光栅齿分布圆周与磁极分布圆周均为同一个轴心。发电机的定子绕组分A、B、C、D四相，相位分布差为90°(电角)，绕组采用无齿槽形式固定于定子铁芯内侧，以保证测速信号中不含齿谐波成份。

测速发电机工作原理如下(图6示)，转子磁极旋转时，发电机定子绕组A、B、C、D中产生平顶为90°(电角)、相位差为90°的电势信号，该电势信号与转子旋转速度成正比关系，与转子磁极同步旋转的光栅在光电开关中产生180°(电角)的对称方波信号，由于两个光电开关分布90°(电角)，因此，两个光电开关产生的180°对称方波信号在相位上出现90°(电角)的相位差，这样，两个光电开关就为模拟电子开关提供了00、01、10、11四种组合信息，模拟电子开关根据这四种组合信息，分时取出定子绕组电势EA、EB、EC、ED中的平顶部分送给后面的放大器A，模拟电子开关在这里完成了将四相原始的平顶交流测速信号转换成一个直流电平测速信号的任务，经放大的直流电平测速信号在后续的电压/电流转换单元变换成直流电流测速信号，这个直流电流测速信号在幅值上与测速发电机的旋转速度严格成正比关系，整个信号传递过程无时间惯性元件，并且允许较长距离的传输，抗干扰性能好，可满足一般工业环境的使用要求。

附图3是测速发电机工作时的各相电势及光电开关信号的波形。

附图4是为稀土永磁无刷直流电机配套的双向对称转子位置检测传感器布置示意图，本实用新型实施例为6磁极电机结构，有3个光栅齿和正、反组共6只光电开关元件，正组为Pa+、Pb+、Pc+，反组为Pa-、Pb-、Pc-，光栅齿与槽形成180°(电角)对称分布，光栅齿的分布圆周与测速发电机轴心同心。为了简化稀土永磁无刷直流电机的逻辑换相电路，本实用新型将6只光电开关元件分成3个单元：即(Pa+、Pb-)，(Pb+、Pc-)，(Pc+、Pa-)，3个单元之间成120°(电角)，单元内两只光电开关夹角30°(电角)，整个6只光电开关与测速发电机部分的电子电路装在一块环形印刷电路板上。这种分组和布置方式具有两个明显的优点，其一是可以获得电机正、反转对称相等的超前换向角，且换向角的超前量等于单元内两只光电开关夹角的1/2，即15°(电角)。根据实际情况，不同的电机功率及电机的磁极个数，这个换向角的超前量是微有变化的，即单元的两只光电开关夹角变化范围为20°～40°(电角)。其二是结构简单，整体化好，无需两套(正，反)独立的调节机构，调试也很方便。

双向对称转子位置检测传感器工作时，正组和反组光电开关元件并不同时工作，正转时正组工作，反转时反组工作，由一个特别设置的切换电路控制两组转换(图5示)。