一種電動機的制作方法

文檔序號：7503638閱讀：294來源：國知局

專利名稱：一種電動機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電動機，尤其是一種用于精確位置控制的控制用電動機。
背景技術：
電動機是工業(yè)領域中使用非常廣泛的一種動力源，而對電動機的控制將直接影響整個系統(tǒng)的運行，因此，電動機的控制系統(tǒng)也被廣泛關注。
電動機的種類非常多，根據(jù)不同的分類標準，可以把電動機分為異步電動機、同步電動機；交流電動機、直流電動機等。在現(xiàn)有的一些系統(tǒng)中，需要對電動機的位置、轉速等進行精確地控制，因此，出現(xiàn)了一種伺服電動機。這種電動機與控制器、編碼器結合，可以實現(xiàn) 對電動機的閉環(huán)控制。因具有高響應特性，寬調速范圍等特點受到工農業(yè)生產的廣泛關注。而在其輸出軸上所使用的用于檢測電機位置的位置檢測器的精度直接影響到系統(tǒng)的速度控制和定位精度。
目前，位置檢測傳感器主要采用的是編碼器。目前通用的方法是在電機上裝置光電編碼器，將角度信息通過線纜傳輸?shù)娇刂破鳌?br> 增量式編碼器軸旋轉時候帶動光柵盤旋轉，發(fā)光元件發(fā)出的光被光柵盤，指示光柵的狹縫切割成斷續(xù)光線被接收元件接受，輸出相應的脈沖信號，其旋轉方向和脈沖數(shù)量需要借助判向電路和計數(shù)器來實現(xiàn)。計數(shù)起點可任意設定，旋轉增量編碼器轉動時輸出脈沖，通過計數(shù)設備的內部記憶來記住位置，并且工作過程中也不能有干擾而丟失脈沖，否則，記數(shù)設備記憶的零點就會偏移，并且無從知道。
為了解決此問題，出現(xiàn)了絕對式編碼器。絕對式編碼器輸出與位置一一對應的代碼，從代碼的大小變化能判別出旋轉方向和轉子當前位置。這樣抗干擾性，數(shù)據(jù)的可靠性大大提高了，絕對式編碼器已經越來越多的應用于各種工業(yè)系統(tǒng)的角度，長度測量和位置控制。但是光電編碼器存在一些難以克服的缺點光電編碼器由玻璃物質通過刻
線而成，其抗震動和沖擊能力不強，不適合于塵埃，結露等惡劣環(huán)境，并且結構和定位組裝復雜?？叹€間距有極限，要提高分辨率必須增大碼盤，難以做到小型化。在生產中必須保證很高的裝配精度，直接影響到生產效率，最終影響產品成本。
由于上述光電編碼器存在的問題，出現(xiàn)了在電動機上使用的磁電式編碼器，這種編碼器主要包括磁鋼、磁感應元件和信號處理電路，磁鋼隨著電動機的軸轉動，產生變化的磁場，磁感應元件感應該變化的磁場，將磁信號轉變成電信號輸出到給信號處理電路，信號處理電路將該電信號處理成角度信號輸出。但是，對于直流無刷電動機，該磁電式編碼器中使用的磁鋼的磁極要與直流無刷電動機的磁極數(shù)目相適應。對于不同磁極數(shù)的直流無刷電動機要與與其相適應的編碼器相配合才可使用，因此，這種磁電式編碼器的通用性很差。
另外，目前的電動機一般采用線纜方式將位置信息傳輸?shù)娇刂破?的CPU，但通信過程中易受電磁噪聲干擾導致信息錯誤，并且存在通信的滯后性，不能實時反映當前電機轉子的位置信息，從而影響到整個系統(tǒng)的控制效果。
再有，傳統(tǒng)的電機設計追求的是對單一目標的完成和實現(xiàn)，但是在需要完成任務較多的要求下，對應不同任務就要選擇不同的電機。例如，如任務一中要求大負載高轉速，需要選擇大轉矩高轉速的電動機。任務二要求負載較小轉速適中，這樣任務一中選擇出的電機就不再適用于任務二的工作條件，需要令選擇電機，這樣必將造成浪費。

實用新型內容
本實用新型要解決的技術問題在于，本實用新型提出了一種具有新磁電式傳感器的電動機，成本低，系統(tǒng)的可靠性高，系統(tǒng)響應速度快。
本實用新型提供了一種電動機，包括電機本體、控制器和磁電式傳感器，所述磁電式傳感器用于感測電機軸的轉動，并將感測到的電壓信號傳輸給控制器，通過控制器的處理，獲得電機軸轉動的角度或位置，進而實現(xiàn)對電機的精確控制。
其中，所述磁電式傳感器包括轉子和將轉子套在內部的定子，所述轉子包括第一磁鋼環(huán)、第二磁鋼環(huán)；
其中，所述第一磁鋼環(huán)和第二磁鋼環(huán)分別固定在同一轉動軸上；
在定子上，對應于第二磁鋼環(huán)，以第二磁鋼環(huán)的中心為圓心的同一圓周上設有n(n-l， 2…n)個均勻分布的磁感應元件，所述第二磁鋼環(huán)的磁極磁化順序使得n個磁感應元件輸出呈格雷碼格式，相鄰兩個輸出只有一位變化；
在定子上，對應于第一磁鋼環(huán)，以第一磁鋼環(huán)的中心為圓心的同一圓周上設有有m(m為2或3的整數(shù)倍)個呈一定角度分布的磁感應元件，所述第一磁鋼環(huán)的磁極總對數(shù)與第二磁鋼環(huán)的磁極總數(shù)相等，并且相鄰兩極的極性相反；
當轉子相對于定子發(fā)生相對旋轉運動時，所述磁感應元件將感測到的磁信號轉變?yōu)殡妷盒盘?，并將該電壓信號輸出給信號處理裝置。
優(yōu)選地，在定子上對應于第一磁鋼環(huán)的相鄰兩個磁感應元件之間的夾角，當m為2或4時，該夾角為90。 /g;當m為3時，該夾角為 120° /g;當m為6時，該夾角為60。 /g，其中，g為第二磁鋼環(huán)的磁極總數(shù)。
優(yōu)選地，所述磁感應元件直接表貼在定子的內表面。
所述電動機還包括兩個導磁環(huán)，每一所述導磁環(huán)是由多個同圓心、同半徑的弧段構成，相鄰兩弧段留有空隙，對應于兩個磁鋼環(huán)的磁感應元件分別設在該空隙內。
優(yōu)選地，所述的導磁環(huán)的弧段端部設有倒角。
優(yōu)選地，所述倒角為沿軸向或徑向或同時沿軸向、徑向切削而形成的倒角。
優(yōu)選地，所述的磁感應元件為霍爾應應元件。優(yōu)選地，所述電機本體和控制器一體化設置。優(yōu)選地，所述控制器包括外殼和控制模塊，所述外殼將控制模塊罩在外殼內，并通過連接件與電機固定在一起。優(yōu)選地，所述磁電式傳感器設于外殼內，并位于電機和控制模塊之間或者位于控制模塊之后。
所述電動機還包括風扇，用于對電機及控制器進行散熱。
優(yōu)選地，所述風扇位于外殼內，并置于遠離電機的外殼的最外端部或位于電機、控制模塊和磁電式傳感器中任何兩個部件之間。
所述控制模塊包括數(shù)據(jù)處理單元、電機驅動單元和電流傳感器，所述數(shù)據(jù)處理單元接收輸入的指令信號、電流傳感器采集的電機輸入電流信號和磁電式傳感器輸出的代表電機角度的信息，經過數(shù)據(jù)處理，輸出控制信號給所述的電機驅動單元，所述電機驅動單元根據(jù)所述的控制信號輸出合適的電壓給電機，從而實現(xiàn)對電機的精確控制。
其中，所述數(shù)據(jù)處理單元包括機械環(huán)控制子單元、電流環(huán)控制子單元、PWM控制信號產生子單元和傳感器信號處理子單元；
所述傳感器信號處理子單元接收所述磁電式傳感器輸出的代表電機角度的信息，將電機的角度傳輸給所述的機械環(huán)控制子單元；所述傳感器信號處理子單元還接收所述電流傳感器的檢測到的電流信號，經過A/D采樣后輸出給所述的電流環(huán)控制子單元；
所述機械環(huán)控制子單元根據(jù)接收到的指令信號和電機軸的轉動角度，經過運算得到電流指令，并輸出給所述的電流環(huán)控制子單元；
所述電流環(huán)控制子單元根據(jù)接收到的電流指令的電流傳感器輸出的電流信號，經過運算得到三相電壓的占空比控制信號，并輸出給所述的PWM控制信號產生子單元；
所述PWM控制信號產生子單元根據(jù)接收到的三相電壓的占空比控制信號，生成具有一定順序的六路PWM信號，分別作用于電機驅動單元。
其中，所述電機驅動單元包括六個功率開關管，所述開關管每兩個串聯(lián)成一組，三組并聯(lián)連接在直流供電線路之間，每一開關管的控制端受PWM控制信號產生子單元輸出的PWM信號的控制，每一組中的兩個開關管分時導通。
優(yōu)選地，所述傳感器信號處理子單元或磁電式傳感器中還包括磁電式傳感器的信號處理電路，用于根據(jù)所述磁電式傳感器的電壓信號得到電機軸的轉動角度，具體包括
A/D轉換電路，對磁電式傳感器發(fā)送來的電壓信號進行A/D轉換，將模擬信號轉換為數(shù)字信號；
相對偏移角度《計算電路，用于計算磁電式傳感器中對應于第一磁鋼環(huán)的磁感應元件發(fā)送來的第一電壓信號在所處信號周期內的相對
偏移量《；
絕對偏移量《計算電路，根據(jù)磁電式傳感器中對應于第二磁鋼環(huán) 的磁感應元件發(fā)送來的第二電壓信號，通過計算來確定第一電壓信號所處的信號周期首位置的絕對偏移量《；
角度合成及輸出電路，用于將上述相對偏移量《和絕對偏移量《相加，合成所述第一電壓信號所代表的在該時刻的旋轉角度^
存儲電路，用于存儲數(shù)據(jù)。
優(yōu)選地，上述信號處理電路還包括信號放大電路，用于在A/D轉換模塊進行A/D轉換之前，對來自于磁電式傳感器的電壓信號進行放大。
另外，所述相對偏移角度《計算電路包括第一合成電路和第一角度獲取電路，所述第一合成電路對磁電式傳感器發(fā)送來的經過A/D轉換的多個電壓信號進行處理，得到一基準信號D;所述第一角度獲取電路根據(jù)該基準信號D，在第一標準標準角度表中選擇一與其相對的角度作為偏移角度《。、
所述相對偏移角度《計算電路還包括溫度補償電路，用于消除溫度對磁電式傳感器發(fā)送來的電壓信號的影響。
其中，所述第一合成電路的輸出還包括信號R;所述溫度補償單元具體包括系數(shù)矯正器和乘法器，所述系數(shù)矯正器對所述合成模塊的輸出的信號R和對應該信號的標準狀態(tài)下的信號Ro進行比較得到輸出信號K;所述乘法器為多個，每一所述乘法器將從磁電式傳感器發(fā)送來的、經過A/D轉換的一個電壓信號與所述系數(shù)矯正模塊的輸出信號 K相乘，將相乘后的結果輸出給第一合成電路。
所述絕對偏移量^計算電路包括第二合成電路和第二角度獲取電路，所述第二合成電路用于對對應于第二磁鋼環(huán)的磁電式傳感器發(fā)送來的第二電壓信號進行合成，得到一信號E;所述第二角度獲取電路根據(jù)該信號E在第二標準角度表中選擇一與其相對的角度作為第一電壓信號所處的信號周期首位置的絕對偏移量^。
在具體應用中，所述數(shù)據(jù)處理單元為MCU，所述電機驅動單元為 IPM模塊。
更進一步地，所述電動機本體包括三相繞組，所述每一相繞組由多段繞組頭尾串聯(lián)構成，每一段繞組的頭部和輸入的電源之間均連接一控制開關。
其中，所述控制開關為電子電力開關；更進一步地，所述電子電力開關為晶閘管或IGBT。
當所述電動機本體包括三相繞組時，所述數(shù)據(jù)處理單元包括扭矩切換子單元，所述矩切換子單元根據(jù)電動機實際需要輸出的扭矩大小，
選擇相應的繞組，并輸出控制指令給所述電動機的控制開關，分別控
制每一項繞組中的多個控制開關的開和關的組合。
本實用新型所述的電動機，其使用的磁電式傳感器中涉及到的磁鋼的磁極數(shù)與電動的轉子的磁極數(shù)無關，使得電動機與磁電式傳感器的匹配靈活，并且，本實用新型中的電動機由于使用了這種結構的傳感器，使控制精度、系統(tǒng)響應速度、可靠性大大提高的同時，又降低了生產成本，因此提高了本實用新型中所述電動機的性價比。
由于本實用新型電動機的內部的繞組可由多段串聯(lián)而成，因此可以通過控制電機內部的繞組來對電機進行控制；由于本實用新型中的
繞組是可變的，所以在低負載的條件下可以選擇低繞組狀態(tài)，這樣就
降低了電機的工作電流，從而達到節(jié)能的目的；普通電機繞組是固定的，任意一相繞組損壞則電機無法正常工作，而本實用新型每一相繞組由多段繞組構成，因此，即使一個繞組損壞，但其他繞組極可工作，因此，靠性提高；制作簡單，因而成本低。

圖1是本實用新型安裝有風扇的電動機的分解圖。圖2是本實用新型未安裝風扇的電動機的分解圖。圖3是本實用新型實施例一的磁電式傳感器的立體分解圖。
圖4是圖3所示的磁電式傳感器的安裝圖。
圖5是圖3所示的磁電式傳感器的另一安裝圖。
圖6是導磁環(huán)的結構圖。
圖7是導磁環(huán)的另一結構圖。
圖8是導磁環(huán)的又一結構圖。
圖9是導磁環(huán)的另一結構圖。
圖10本實用新型所述磁電式傳感器的信號處理方法的流程圖之圖11本實用新型所述磁電式傳感器的信號處理方法的流程圖之圖12本實用新型所述磁電式傳感器的信號處理方法的流程圖之圖13本實用新型所述磁電式傳感器的信號處理方法的流程圖之四。
圖14是本實用新型實施例一對應于第二磁鋼環(huán)設有3個磁感應元件時得到的編碼。
圖15是本實用新型實施例一對應于第二磁鋼環(huán)設有3個磁感應元件時第二磁鋼環(huán)的充磁順序。
圖16是本實用新型實施例一的第二磁鋼環(huán)、導磁環(huán)和磁感應元件的結構圖。
圖17是本實用新型實施例一的第一磁鋼環(huán)均勻磁化為6對極時對應2個磁感應元件的布置圖。
圖18為本實用新型實施例一的第一磁鋼環(huán)、導磁環(huán)和磁感應元件的結構圖。
圖19為本實用新型實施例一的信號處理裝置的電路框圖。圖20為本實用新型實施例二的第一磁鋼環(huán)、導磁環(huán)和磁感應元件的結構圖。
圖21為本實用新型實施例二的信號處理裝置的電路框圖。
圖22為本實用新型實施例三的第一磁鋼環(huán)、導磁環(huán)和磁感應元件的結構圖。
圖23為本實用新型實施例三的信號處理裝置的電路框圖。
圖24為本實用新型實施例四的第一磁鋼環(huán)、導磁環(huán)和磁感應元件
的結構圖。
圖25本實用新型實施例四的信號處理裝置的電路框圖。圖26為本實用新型的實施例一至實施例四的磁電式傳感器的另一種結構的立體分解圖。
圖27是電機系統(tǒng)結構簡圖。圖28是電機系統(tǒng)結構原理圖。圖29是機械環(huán)的框圖。
圖30是只有速度環(huán)的情況下的機械環(huán)的框圖。
圖31是電流環(huán)的框圖。
圖32是PWM信號產生模塊的框圖。
圖33是IPM原理圖。
圖34是另一種電機系統(tǒng)結構原理圖。
圖35是電動機本體內部的繞組接線圖。
圖36是電動機本體內部具有多段繞組的控制結構原理圖
具體實施方式
以下結合附圖和具體的實施例對本實用新型進行詳細地說明。圖1是本實用新型安裝有風扇的電動機的分解圖。圖2是本實用新型未安裝風扇的電動機的分解圖。如圖1和圖2所示，本實用新型的電動機包括電機本體601、控制器和磁電式傳感器?？刂破靼刂?器外殼607和控制模塊602。磁電式傳感器用于感測電機軸的轉動，并將感測到的電壓信號傳輸給控制器，通過控制器的處理，獲得電機軸轉動的角度或位置，進而實現(xiàn)對電機的精確控制。電機本體和控制器一體化設置。
本實用新型的電動機還可以安裝有風扇608，用于對電機及控制器進行散熱。風扇608位于風扇罩609內，并置于遠離電機的外殼的最外端部或位于電機本體601、控制模塊602和磁電式傳感器中任何兩個部件之間。
本實用新型中的電機本體和控制器可以一體化設置，通過一體化設置，縮短了磁電式傳感器信號的傳輸路徑，降低了信號干擾，因此，提高了控制的可靠性。
磁電式傳感器
參照附圖，圖3是本實用新型實施例一的磁電式傳感器的立體分
解圖。如圖3 圖5所示，該磁電式傳感器包括轉子和將轉子套在內部
的定子，轉子包括第一磁鋼環(huán)201a和第二磁鋼環(huán)201b以及第一導磁
環(huán)205a和第二導磁環(huán)205b，第一磁鋼環(huán)201a和第二磁鋼環(huán)201b分別
固定在電機軸200上，其中定子為支架203。
如圖3和圖5所示，第一導磁環(huán)205a和第二導磁環(huán)205b分別由
多個同圓心、同半徑的弧段構成，相鄰兩個弧段之間留有空隙，對應
于兩個磁鋼環(huán)的磁感應元件204分別設在該空隙內。如圖6 圖9所示，
兩個導磁環(huán)的弧段端部設有倒角，所述倒角為沿軸向251或徑向252
或同時沿軸向252、徑向252切削而形成的倒角。
丑_ O
根據(jù)磁密公式=^可以知道，當-一定時候，可以通過減少s，
增加s。
因為永磁體產生的磁通是一定的，在導磁環(huán)中S較大，所以5比較小，因此可以減少因為磁場交變而導致的發(fā)熱。而通過減少導磁環(huán)端部面積能夠增大端部的磁場強度，使得磁感應元件的輸出信號增強。這樣的信號拾取結構制造工藝簡單，拾取的信號噪聲小，生產成本低，可靠性高，而且尺寸小。
對應于第二磁鋼環(huán)201b，以第二磁鋼環(huán)201b的中心為圓心的同一圓周上設有n(n-l， 2…n)個均勻分布的磁感應元件，第二磁鋼環(huán)的磁極磁化順序使得n個磁感應原件輸出呈格雷碼形式。磁極的極性為格雷碼的首位為"0"對應于"N/S"極，首位為"1"對應于"S/N" 極。
第一磁鋼環(huán)201a均勻的磁化為g (g的取值等于第二磁鋼環(huán)中的磁極總數(shù))對極(N極和S極交替排列)，當?shù)诙配摥h(huán)中的磁極總數(shù) 為6時，第一磁鋼環(huán)201a的極對數(shù)為6對。以第一磁鋼環(huán)201a的中心為圓心的同一圓周上，設置有m個磁感應元件，如2個，如圖18所示，兩個磁感應元件Hi、 H2之間的夾角為90。 /6。第一磁鋼環(huán)均勻地磁化為6對極時磁感應元件的布置如圖16所示。當轉子相對于定子發(fā)生相對旋轉運動時，所述磁感應元件將感測到的磁信號轉變?yōu)殡妷盒盘枺?并將該電壓信號輸出給一信號處理裝置。
定義第一磁鋼環(huán)中相鄰一對"N-S"為一個信號周期，因此，任一 "N-S"對應的機械角度為360。 /g (g為"N-S"個數(shù))，假定轉子在^ 時刻旋轉角度e位于第""言號周期內，則此時刻角位移^可認為由兩部分構成1.在第""言號周期內的相對偏移量，磁感應元件H,和H2感應第一磁鋼環(huán)的磁場來確定在此"N-S"信號周期內的偏移量^ (值大于0小于360。 /g); 2.第"""信號周期首位置的絕對偏移量《，用傳感器感應第二磁鋼環(huán)的磁場來確定此時轉子究竟是處于哪一個"N-S"來得到《。
基于該磁電式傳感器及原理的信號處理裝置包括A/D轉換模塊、相對偏移量《計算模塊、絕對偏移量《計算模塊和存儲模塊。其信號處理流程如圖10-13所示，對磁電式傳感器中第一磁鋼環(huán)和第二磁鋼環(huán)發(fā) 送來的電壓信號進行A/D轉換，將模擬信號轉換為數(shù)字信號；由相對偏移量《計算模塊對磁電式傳感器發(fā)送來的對應于第一磁鋼環(huán)的第一電壓信號進行角度《求解，計算對應于第一磁鋼環(huán)的信號在所處信號周期內的相對偏移量《；由絕對偏移量《計算模塊對磁電式傳感器發(fā)送來的對應于第二磁鋼環(huán)的第一電壓信號進行角度《求解，來確定第一電壓信號所處的信號周期首位置的絕對偏移量《；通過角度合成及輸出模塊，如加法器用于將上述相對偏移量《和絕對偏移量《相加，合成所
述第一電壓信號所代表的在該時刻的旋轉角度^。對于圖11，為在圖 IO的基礎上增加的信號放大模塊，具體如放大器，用于在A/D轉換模塊進行A/D轉換之前，對來自于磁電式傳感器的電壓信號進行放大。圖12是包括溫度補償?shù)男盘柼幚砹鞒虉D，在進行角度《求解之前，還包括溫度補償?shù)倪^程；圖13為基于圖12的溫度補償?shù)木唧w過程，即進行溫度補償時，要先進行系數(shù)矯正，而后再將A/D轉換器輸出的信號與系數(shù)矯正的輸出通過乘法器進行相乘的具體方式來進行溫度補償。當然，溫度補償?shù)木唧w方式還有很多種，在此就不一一介紹。
相對偏移量《計算模塊包括信號合成單元、第一角度獲取單元和溫度補償單元，信號合成單元對不同磁電式傳感器發(fā)送來的經過A/D 轉換的電壓信號進行處理，得到一基準信號D;所述第一角度獲取單元根據(jù)該基準信號D，在第一標準角度表中選擇一與其相對的角度作為偏移角度《；其中，在得到基準信號D之前，先對輸入給信號合成
單元的信號由溫度補償單元進行溫度補償，再將溫度補償后的信號進
行處理得到信號D。這里所述的處理將在后面詳細說明。絕對偏移量《計算模塊包括第二合成器和所述第二角度獲取單元，用于對對應于第二磁鋼環(huán)的磁電式傳感器發(fā)送來的第二電壓信號進行合成，得到軸轉過信號周期數(shù)，從而確定第一電壓信號所處的信號周期首位置的絕對偏移量《，具體實現(xiàn)方式是所述第二合成器對對應于第二磁鋼環(huán)的磁電式傳感器發(fā)送來的第二電壓信號進行合成，得到一信號E;所述第二角度獲取單元根據(jù)該信號E在第二標準角度表中選擇一與其相對的角
度作為第一電壓信號所處的信號周期首位置的絕對偏移量《。實施例一
在實施例一中，對應于第二磁鋼環(huán)設有3磁感應元件，對應于第一磁鋼環(huán)設有2磁感應元件。
由于第二磁鋼環(huán)的磁極磁化順序使得n個磁感應原件輸出呈格雷碼形式。磁極的極性為格雷碼的首位為"0"對應于"N/S"極，首位為"1"對應于"S/N"極。因此，在本實施例中，由于n為3時，得到如圖14所示的編碼，得到6個碼，即得到6個極，充磁順序如圖15 所示，個磁感應元件均布周圍進行讀數(shù)。第二磁鋼環(huán)、導磁環(huán)和磁感應元件的位置關系如圖16所示。
由于第二磁鋼環(huán)的磁極總數(shù)為6，因此，第一磁鋼環(huán)被均勻的磁化為6對極，其與2個磁感應元件的布置圖及磁序如圖17所示，第一磁鋼環(huán)、導磁環(huán)和磁感應元件的位置關系如圖18所示.
圖19示出了本實施例中對應于第一磁鋼環(huán)設有2個磁感應元件、第二磁鋼環(huán)設有3個磁感應元件時信號處理裝置的電路框圖。傳感器 lja和1—2a的輸出信號接放大器2Ja、 2—2a進行放大，然后接A/D轉換器3Ja、 3_2a，經模數(shù)轉換后得到輸出信號接乘法器4_la、 5_la，系數(shù)矯正器10—la輸出信號接乘法器4—la、5—la的輸入端，乘法器4—la、 5_la的輸出信號A、 B接第一合成器6—la的輸入端，第一合成器6_la 對信號A、 B進行處理，得到信號D、 R，根據(jù)信號D從存儲器8—la 中存儲的標準角度表中選擇一與其相對的角度作為偏移角度《。其中，第一合成器6—la的輸出信號R輸送給系數(shù)矯正器10一la，系數(shù)矯正器 10—la根據(jù)信號R和從存儲器9一la中查表得到信號Ro得到信號K，該信號K作為乘法器4Ja、 5—la的另一輸入端，與從放大器2—la、 2—2a 輸出的信號C1、 C2分雖相乘得到信號A、 B作為第一合成器6—la的輸入。
傳感器l_3a、 1—4a、 ...l一na的輸出信號分別接放大器2_3a、 2—4a、 ...2—na進行放大，然后接A/D轉換器3_3a、 3—4a、 ...3—na進行模數(shù)轉換后通過第二合成器7Ja進行合成，得到一信號E;根據(jù)該信
號E在存儲器ll_la中的第二標準角度表中選擇一與其相對的角度作為第一電壓信號所處的信號周期首位置的絕對偏移量《，《和《通過
加法器12Ja得到測量的絕對角位移輸出e。
其中，第二合成器7—la的功能是，通過對傳感器1—3a、 l_4a、... l_na 的信號進行合成，得到此時刻轉子處于哪一個"N-S"信號周期內。
第二合成器7一la的處理是當數(shù)據(jù)X為有符號數(shù)時，數(shù)據(jù)X的第0位(二進制左起第1位)為符號位，X_0=1表示數(shù)據(jù)X為負，X—0=0 表示數(shù)據(jù)X為正。也即當感應的磁場為N時，輸出為X一0-0，否則為 X_0=1o
則對于本實施例，E ={ C3—0; C4_0; Cn_0 }。
其中，第一合成器6—la對信號的處理是比較兩個信號的數(shù)值的大小，數(shù)值小的用于輸出的信號D，信號D的結構為{第一個信號的符合位，第二個信號的符合位，較小數(shù)值的信號的數(shù)值位}。具體如下
這里約定(后文各合成器均使用該約定)，當數(shù)據(jù)X為有符號數(shù)時，數(shù)據(jù)X的第0位(二進制左起第1位)為符號位，X—0=1表示數(shù)據(jù)X 為負，X—(HO表示數(shù)據(jù)X為正。X一D表示數(shù)據(jù)X的數(shù)值位(數(shù)據(jù)的絕對值)，即去除符號位剩下的數(shù)據(jù)位。如果A_D>=B_D
D={ A一O; B_0; B—D } R=力2+52 ;
否則
D={ A—0; B一O; A—D }
信號K 一般是通過將信號Ro和R進行除法運算得到。對于第一、二標準角度表，在存儲器中存儲了兩個表，每個表對應于一系列的碼，每一個碼對應于一個角度。該表是通過標定得到的，標定方法是，利用本施例的檢測裝置和一高精度位置傳感器，將本施例中的磁感應元件輸出的信號和該高精度位置傳感器輸出的角度進行一一對應，以此建立出一磁感應元件輸出的信號與角度之間的關系表。也就是，對應于信號D存儲了一個第一標準角度表，每一個信號D代表一個相對偏移量《。對應于信號E,存儲了一個第二標準角度表，每一個信號E代表一個絕對偏移量& 。
實施例二
與實施例一不同的，在本實施例中，對應于第一磁鋼環(huán)設置有4 個磁感應元件，四個磁感應元件Hp H2、 H3 、 H4之間的夾角為90。 /6，第一磁鋼環(huán)、導磁環(huán)和磁感應元件的結構關系如圖20所示。
圖21示出了對應于第一磁鋼環(huán)設有4個磁感應元件時信號處理裝置的電路框圖。傳感器1—lc和1—2c的輸出信號接放大電路2—lc進行差動放大，傳感器1—3c和1—4c的輸出信號接放大電路2一2c進行差動放大，然后接A/D轉換器3—lc、 3—2c，后續(xù)處理類似于設有2個磁感應元件時的情況。
其中，第二合成器7的功能是，通過對傳感器l_5c、 1—6c、 ...1—nc 的信號進行合成，得到此時刻轉子處于哪一個"N-S"信號周期內。
基于本實施例的磁電式傳感器的信號處理方法與實施例一的方法相同。
實施例三本實施例與實施例一和二不同的是對應于第一磁鋼環(huán)設置有3個
磁感應元件，三個磁感應元件H!、 H2、 H3之間的夾角為120° /6，如圖22所示。
圖23示出了對應于第一磁鋼環(huán)設有3個磁感應元件時信號處理裝置的電路框圖。處理過程與前兩個實施例基本相同，不同的是，由于第一合成器7一lb的輸入信號為3個，因此，信號D、 R的處理與前兩個實施例略有不同。在本實施例中，第一合成器7一lb對信號的處理原則是先判斷三個信號的符合位，并比較符合位相同的信號的數(shù)值的大小，數(shù)值小的用于輸出的信號D，信號D的結構為(第一個信號的符合位，第二個信號的符合位，第三個信號的符合位，較小數(shù)值的信號的數(shù)值位}。以本實施例為例
約定-
當數(shù)據(jù)X為有符號數(shù)時，數(shù)據(jù)X的第0位(二進制左起第l位) 為符號位，X—O-l表示數(shù)據(jù)X為負，X—0-0表示數(shù)據(jù)X為正。
X_D表示數(shù)據(jù)X的數(shù)值位(數(shù)據(jù)的絕對值)，即去除符號位剩下數(shù)據(jù)位。
如果{A—0; B—0 D={ A_0;
如果{A_0; B_0
D={A—0; 如果{A—0; B一O
D={A—0;
如果{A—0; B—0
D={ A—0;
如果{A_0; B一O
D={ A一O;
如果{A—0; B_0
D={ A—0;
20
C—0}=010并且A—D>=C—D B—0;C—0; C—D }
C—0}=010并且A—D<C—D
B_0; C—0; A—D};
C—0}=101并且A—D>=C—D
B—0; C—0; C—D};
C—0}=101并且A—D<C—D B_0; C_0; A—D};
C—0}=011并且B—D>=C—D
B—0; C—0; C—D};
C—0}=011并且B—D<C—D
B_0; C—0; B—D};如果{A—0; B—0; C—0}=100并且B—D>=C—D
D={A—0; B—0; C—0; C一D };
如果{A_0; B_0; C—0}=100并且BJD<C_D
D={A_0; B_0; C一0; B一D };
如果{A—0; B—0; C_0}=001并且B—D>=A—D
D={A_0; B—0; C—0; A—D };
如果{A—0; B—0; C—0}=001并且B_D<A_D
D={A—0; B_0;C_0;B一D };
如果{A—0; B—0;
D={ A—0; 如果{A_0;B—0;
D={ A—0;
C_0}=110并且B—D>=A_D B_0;C一O; A—D};
C—0}=110并且B—D<A—D B一O;C—0; B—D};
冗
or = j - S X COS(了) - C X COS(y)
;5-5xsin(胥)一Cxsin(，)
及=^/a2 + yS2
《=
基于本實施例的磁電式傳感器的信號處理方法與實施例一的方法相同。
實施例四
本實施例與實施例三不同的，對應于第一磁鋼環(huán)設置有6個磁感應元件，六個磁感應元件之間的夾角為60° /6，第一磁鋼環(huán)、導磁環(huán) 和磁感應元件的結構關系如圖24所示。
圖25示出了對應于第一磁鋼環(huán)設有6個磁感應元件時信號處理裝置的電路框圖。其具體過程在前三個實施例已說明，在此不同重復說明?；诒緦嵤├拇烹娛絺鞲衅鞯男盘柼幚矸椒ㄅc實施一的方法相同。
圖26是本實用新型的實施例一至實施例四的磁電式傳感器的另一種結構的立體分解圖。該磁電式傳感器包括轉子和將轉子套在內部
的定子，轉子包括第一磁鋼環(huán)201a和第二磁鋼環(huán)201b，第一磁鋼環(huán) 201a和第二磁鋼環(huán)201b分別固定在電機軸200上，其中定子為支架 203。磁感應元件204直接表貼在支架203的內表面。
與實施例一至四類似，圖26中的磁電式傳感器中的第一磁鋼環(huán)可以設置有2、 4、 3、 6個磁感應元件?；诓煌瑪?shù)目的磁感應元件的磁電式傳感器的信號處理裝置和信號處理方法分別與實施例一至四的方法相同。控制器
控制器包括控制器外殼607和控制模塊602，控制器外殼607將控制模塊602罩在其內，并通過連接件與電機本體601固定在一起。
圖27是電機系統(tǒng)結構簡圖。電機系統(tǒng)由伺服控制器、電機和編碼器組成?？刂颇K包括數(shù)據(jù)處理單元、電機電源控制單元和電流傳感器。所述數(shù)據(jù)處理單元為MCU,所述電機電源控制單元為IPM模塊。 MCU接收輸入的指令信號、電流傳感器采集的電機輸入電流信號和磁電式傳感器輸出的電壓信號，經過數(shù)據(jù)處理，輸出PWM信號給IPM， IPM根據(jù)PWM信號輸出三相電壓給電機，從而實現(xiàn)對電機的精確控制。整個系統(tǒng)是一個閉環(huán)的控制系統(tǒng)，控制周期短(一個控制周期只有幾十個微秒)，響應快，精度高。
圖28是電機系統(tǒng)結構原理圖。如圖28所示，在MCU的內部有 CPU、 A/D、同步通訊口和PWM信號產生模塊等，A/D將電流傳感器輸入到MCU的模擬信號轉換為數(shù)字信號，從而得到電流反饋。編碼器將電機角度位置信息通過同步口通訊傳遞給MCU。 MCU中的CPU根據(jù)電流反饋和角度反饋運行控制程序?？刂瞥绦蛑饕瑱C械環(huán)和電流環(huán)，機械環(huán)根據(jù)設定指令和角度反饋，計算出電流指令，電流環(huán)根據(jù)電流指令和電流反饋，計算出三相電壓占空比。PWM信號產生模塊根據(jù)三相電壓占空比，產生PWM信號，傳遞給IPM。 IPM根據(jù)PWM信號，產生三相電壓給電機。
圖29是機械環(huán)的框圖。如圖29所示，機械環(huán)根據(jù)角度指令和編
碼器的角度反饋，經過控制計算，計算出電流指令，傳遞給電流環(huán)。機械環(huán)包含位置環(huán)和速度環(huán)，位置環(huán)輸出速度指令，速度環(huán)輸出電流指令。
角度指令為控制程序設定的指令或者根據(jù)設定指令計算出來。編碼器檢測電機轉軸的角度位置信號，并將角度信號通過同步口通訊傳
遞給MCU， MCU得到角度反饋。角度指令減去角度反饋，得到角度誤差，通過PID控制器對角度進行PID控制，得到速度指令，角度的 PID控制叫做位置環(huán)，位置環(huán)輸出的是速度指令，傳遞給速度環(huán)。角度反饋通過微分器得到速度反饋，速度指令減去速度反饋，得到速度誤差，通過PID控制器對速度進行PID控制，得到電流指令7^。速度的PID控制叫做速度環(huán)。電流指令為速度環(huán)的輸出，也為機械環(huán)的輸出，機械換輸出電流指令^-W給電流環(huán)。
圖30是只有速度環(huán)的情況下的機械環(huán)的框圖。在有些情況下，不需對電機進行位置控制，只需要進行速度控制，因此機械環(huán)中沒有位置環(huán)，只有速度環(huán)。速度指令為控制程序設定的指令。編碼器檢測電機轉軸的角度位置信號，并將角度信號通過同步口通訊傳遞給MCU， MCU得到角度反饋，角度反饋通過微分器得到速度反饋。速度指令減去速度反饋，得到速度誤差，通過PID控制器對速度進行PID控制，得到電流指令々-<。速度的PID控制叫做速度環(huán)。電流指令為速度環(huán) 的輸出，也為機械環(huán)的輸出，機械換輸出電流指令7^給電流環(huán)。
圖31是電流環(huán)的框圖。電流環(huán)根據(jù)機械環(huán)輸出的電流指令和電流傳感器的電流反饋，經過控制計算，產生加給PWM信號產生模塊的三相電壓占空比。
電流傳感器可以為3個或者2個。電流傳感器為3個時，每一個電流傳感器分別檢測電機U、 V、 W三相中一相電流的大小。電流傳感器將檢測的三相電流信號傳遞給CPU， CPU經過A/D采樣，將模擬信號轉換為數(shù)字信號，從而獲得電機的三相電流大小。正常情況下電機的三相電流之和為零，當電機出現(xiàn)某些異常時，如電機漏電，三相電流之和不為零。當電流傳感器出現(xiàn)故障或者電流A/D采樣故障時，也可能造成CPU獲得的三相電流值之和不為零，可以以此作為一個項系統(tǒng)檢測依據(jù)，出現(xiàn)上述故障時及時報警。
電流傳感器為2個時，檢測電機U、 V、 W三相中兩相電流的大小。電流傳感器將檢測的兩相電流信號傳遞給CPU， CPU經過A/D采樣，將模擬信號轉換為數(shù)字信號，獲得電機的兩相電流大小。由于電機的三相電流之和為零，所以根據(jù)兩相電流大小，可以計算出第三相電流大小。這樣只用兩個電流傳感器就能滿足電機系統(tǒng)的需要，降低了成本。
機械輸出的電流指令為^-<，為q軸的電流指令。電流傳感器輸出的信號傳遞給MCU，經過A/D采樣，得到電流反饋。如果電流傳感器為三個，則直接得到三相電流反饋7。-#， 7*-》，如果電流傳感器為兩個，則得到直接得到兩相電流反饋，另一相電流反饋根據(jù)三相電流反饋之和為零，計算得到。三相電流反饋7。^， 7*-力，/e-》經過 3->2變換，得到d， q軸的電流反饋7(》，一般將d軸的電流指令^—w/控制為0。分別將d， q軸的電流指令減去d， q軸的電流反饋，得到d， q軸的電流誤差^，和A，，通過PID控制器分別對d， q軸電流進行PID控制，得到d， q軸的指令電壓"("/， "K。指令電壓 "K經過2》3變換，得到三相指令電壓，即為三相電壓占空比"。_占空比，"_占空比，占空比。三相占空比為電流環(huán)的輸出，傳遞給PWM 信號產生模塊。
上述3->2變換的公式為
2 2 一，
COS《COS(《-1 /T)COS(《+ 5 Z"
2 2 6
—sin ^ - sin(《-y ") — sh(《+ "^"/
3->2變換將電流傳感器反饋的電機三相電流，經過坐標變換，變換為d， q軸電流。式中L， A， ^為反饋的三相電流，在電流環(huán)框圖中對應為7"-》，7*-》，Aj。式中L,、為變換后的d， q軸電流，在電流環(huán)框圖中對應為7(^，乓J。式中《為電機的電角度，其中《-^x《，^為電機的極對數(shù)，^為電機的機械角度，《為控制框圖中的角度反饋，通過角度求解算法得到。 2->3變換的公式為
<formula>formula see original document page 25</formula>
3》2變換將d， q軸電壓轉換為電機的三相電壓。式中"、、為 d， q軸電壓，在電流環(huán)框圖中對應為"^， "K。式中^"， ^，" 為計算出來的需加給電機的三相電壓，在電流環(huán)框圖中對應為^-^16， ^-占空比，^-占空比。式中《為電機的電角度。
圖32是PWM信號產生模塊的框圖。PWM信號產生模塊根據(jù)電流環(huán)計算出來的三相電壓占空比，以及控制程序設定的控制周期和死區(qū)時間，產生六路PWM信號，傳遞給IPM，控制IPM內部的六個IGBT。控制周期和死區(qū)時間是在編寫控制程序的時候設定好的，一般在程序運行的過程中不作改變。設置死區(qū)的原因是IPM內部同一相上下橋臂 IGBT不能同時導通，同時導通則會損壞IGBT，因此必須有一個關斷死區(qū)，保證同一相上下橋臂IGBT不會同時導通。
圖33是IPM原理圖。IPM內部有六個功率開關管(IGBT)，六個 IGBT可以分為三組，分別對應U、 V、 W三相，每一相有兩個IGBT，分別稱之為上、下橋臂。PN之間的電壓為控制器的母線電壓，輸入到控制器的交流電，經過整流、濾波變換為直流電，P、 N分別為直流電的正負極。PWM信號產生模塊產生的六路PWM信號，分別控制IPM 內部的六個IGBT。以U相為例，如果PWM—U為導通信號，則U相上橋臂導通，U相輸出的電勢為P極電勢，如果PWM—U(帶上劃線的) 為導通信號，則U相下橋臂導通，U相輸出的電勢為N極電勢。當 PWM—U和PWMJJ(帶上劃線的)都為關斷時，電流通過續(xù)流二極管流動。當電流流向電機時，電流通過下橋臂的續(xù)流二極管從N極流向電機，此時U相電勢輸出的電勢為N極電勢；當電流從電機流出時，電流通過上橋臂的續(xù)流二極管從電機流向P極，此時U相輸出的電勢為P極電勢。圖34是另一電機系統(tǒng)控制結構原理圖，此時，控制器中包括用于處理來自于磁電式傳感器的電壓信號的信號處理電路，該部分與前述在磁電式傳感器的說明中所述的信號處理電路相同；其他部分與圖27
相同，因此，在此不再重復說明。
電動機本體和風扇采用現(xiàn)有技術中的任何一種均可。在此不再贅述。
另外，本實用新型電動機本體內部包括三相繞組，所述每一相繞組由多段繞組頭尾串聯(lián)構成，每一段繞組的頭部和輸入的電源之間均
連接一控制開關。如35圖，為電機繞組一實施例的安裝與控制示意圖。在該實施例中，每一相電機繞組由兩段繞組組成，如L11和L12頭尾串聯(lián)組成一相，Lll和L12的頭部分別連接控制開關K3、 K4， K3、 K4的另一端并聯(lián)在一起，與V相相聯(lián)，同理，L21和L22頭尾串聯(lián)組成一相，L21和L22的頭部分別連接控制開關K1、 K2， Kl、 K2的另一端并聯(lián)在一起，與U相相聯(lián)，L31和L32頭尾串聯(lián)組成一相，頭尾串聯(lián)。L31和L32的頭部分別連接控制開關K5、 K6， K5、 K6的另一端并聯(lián)在一起，與W相相聯(lián)。
具有該多段繞組的電動機的控制如圖36所示，該圖僅為電動機控制器其他部分一種情況，當然也包括前述的控制器其他部分的各種變形形式。
IPM接收經PWM調制后的信號后輸出U， V， W三相電壓，由于電壓是經過PMW調制后輸出的因此電壓的幅值是確定的。
當在負載較大對轉矩要求場合較大的情況下，因為扭矩的大小T 正比于NI(N為線圈匝數(shù)，I為流經線圈的電流)若N較小，那么將需要一個較大的電流來滿足轉矩的要求，但是受到電機繞組線圈可流過的最大電流的限制，所以這種方法可能達不到轉矩的要求，因此需要采取增加線圈匝數(shù)的方式滿足轉矩的要求，通過控制器中的扭矩切換子單元控制開關K1，K3，K5使它們處于閉合狀態(tài)，控制開關K2，K4,K6使它們處于斷開狀態(tài)，此時電機繞組線圈L11,L12,L21，L22，L31,L32都為通電工作狀態(tài)，電機處于高繞組狀態(tài)電機的反電動勢E-4'"^^n (N為線圈的匝數(shù)，f為轉子頻率，^磁通)增加，而"—A-" + ^減小，因為電機電流I與(U-E)成正相關，所以電機中電流減小，這樣可以使流過繞組線圈的電流小于電機繞組線圈的最大電流，而同時因為線
圈匝數(shù)得到了顯著的增加，所以轉矩T增大可以達到負載的要求。
當在負載不大但是要求高速性的場合中，由于速度較高即頻率較
大，因此產生了較大的反電動勢使(U-E)的差值變小，這樣就導致了電機中電流I的減小造成了電機轉矩的下降抑制了電機的高速性，為了更好的保證電機的高速性可以采取減少繞組匝數(shù)的方式，通過扭矩切換子單元的控制，使開關K1,K3,K5處于斷開狀態(tài),開關K2,K4,K6處于閉合狀態(tài)，此時電機繞組L11,L21，L31處于工作狀態(tài)而繞組 L12,L22,L32未被接入電機工作電路中，由公式￡ = 4'44iVf&可見線圈匝數(shù)減少1/2后，要達到同樣的反電動勢頻率f可以增加一倍即速度可以在原基礎上增大一倍，所以在相同工作速度的條件下減少線圈匝數(shù)的控制方式可以具有更小的反電動勢，從而獲得更大的電流使電機扭矩增大高速性能更好達到工作要求。
圖35中的控制開關可以采用電子電力開關，如晶閘管或IGBT等形式。
以上僅是一個電動機繞組的實施例，每一相繞組的個數(shù)不限于兩個，可以為多個，由于原理相同，在此不再重復說明。
以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制。盡管參照上述實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，依然可以對本實用新型的技術方案進行修改和等同替換，而不脫離本技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍當中。
權利要求1.一種電動機，包括電機本體、控制器和磁電式傳感器，其特征在于，所述磁電式傳感器用于感測電機軸的轉動，并將感測到的電壓信號傳輸給控制器，通過控制器的處理，獲得電機軸轉動的角度或位置，進而實現(xiàn)對電機的精確控制；其中，所述磁電式傳感器包括轉子和將轉子套在內部的定子，所述轉子包括第一磁鋼環(huán)、第二磁鋼環(huán)；其中，所述第一磁鋼環(huán)和第二磁鋼環(huán)分別固定在同一電機軸上；在定子上，對應于第二磁鋼環(huán)，以第二磁鋼環(huán)的中心為圓心的同一圓周上設有n(n＝1，2…n)個均勻分布的磁感應元件，所述第二磁鋼環(huán)的磁極磁化順序使得n個磁感應元件輸出呈格雷碼格式，相鄰兩個輸出只有一位變化；在定子上，對應于第一磁鋼環(huán)，以第一磁鋼環(huán)的中心為圓心的同一圓周上設有m(m為2或3的整數(shù)倍)個呈一定角度分布的磁感應元件，所述第一磁鋼環(huán)的磁極總對數(shù)與第二磁鋼環(huán)的磁極總數(shù)相等，并且相鄰兩極的極性相反；當轉子相對于定子發(fā)生相對旋轉運動時，所述磁感應元件將感測到的磁信號轉變?yōu)殡妷盒盘?，并將該電壓信號輸出給控制器。
2. 如權利要求l所述的電動機，其特征在于，在定子上對應于第一磁鋼環(huán)的相鄰兩個磁感應元件之間的夾角，當m為2或4時，該夾角為90° /g;當m為3時，該夾角為120° /g;當m為6時，該夾角為60° /g，其中，g為第二磁鋼環(huán)的磁極總數(shù)。
3. 如權利要求l所述的電動機，其特征在于，所述磁感應元件直接表貼在定子的內表面。
4. 如權利要求1所述的電動機，其特征在于，還包括兩個導磁環(huán)，每一所述導磁環(huán)是由多個同圓心、同半徑的弧段構成，相鄰兩弧段留有空隙，對應于兩個磁鋼環(huán)的磁感應元件分別設在該空隙內。
5. 如權利要求4所述的電動機，其特征在于段端部設有倒角。
6. 如權利要求5所述的電動機，其特征在于或徑向或同時沿軸向、徑向切削而形成的倒角。
7. 如權利要求l所述的電動機，其特征在于為霍爾感應元件。
8. 如權利要求l所述的電動機，其特征在于制器一體化設置。
9. 如權利要求1所述的電動機，其特征在于殼和控制模塊，所述外殼將控制模塊罩在外殼內機固定在一起。
10. 如權利要求9所述的電動機，其特征在于，所述磁電式傳感器設于外殼內，并位于電機和控制模塊之間或者位于控制模塊之后。
11. 如權利要求1或8或9所述的電動機，其特征在于，還包括風扇，用于對電機及控制器進行散熱。
12. 如權利要求ll所述的電動機，其特征在于，所述風扇位于外殼內，并置于遠離電機的外殼的最外端部或位于電機、控制模塊和磁電式傳感器中任何兩個部件之間。
13. 如權利要求9所述的電動機，其特征在于，所述控制模塊包括數(shù)據(jù)處理單元、電機驅動單元和電流傳感器，所述數(shù)據(jù)處理單元接收輸入的指令信號、電流傳感器采集的電機輸入電流信號和磁電式傳所述的導磁環(huán)的弧所述倒角為沿軸向所述的磁感應元件所述電機本體和控所述控制器包括外并通過連接件與電感器輸出的代表電機角度的信息，經過數(shù)據(jù)處理，輸出控制信號給所述的電機驅動單元，所述電機驅動單元根據(jù)所述的控制信號輸出合適的電壓給電機，從而實現(xiàn)對電機的精確控制。
14. 如權利要求13所述的電動機，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理單元包括機械環(huán)控制子單元、電流環(huán)控制子單元、PWM控制信號產生子單元和傳感器信號處理子單元；所述傳感器信號處理子單元接收所述磁電式傳感器輸出的代表電機角度的信息，將電機的角度傳輸給所述的機械環(huán)控制子單元；所述傳感器信號處理子單元還接收所述電流傳感器的檢測到的電流信號，經過A/D采樣后輸出給所述的電流環(huán)控制子單元；所述機械環(huán)控制子單元根據(jù)接收到的指令信號和電機軸的轉動角度，經過運算得到電流指令，并輸出給所述的電流環(huán)控制子單元；所述電流環(huán)控制子單元根據(jù)接收到的電流指令的電流傳感器輸出的電流信號，經過運算得到三相電壓的占空比控制信號，并輸出給所述的PWM控制信號產生子單元；所述PWM控制信號產生子單元根據(jù)接收到的三相電壓的占空比控制信號，生成具有一定順序的六路PWM信號，分別作用于電機驅動單元。
15. 如權利要求13所述的電動機，其特征在于，所述電機驅動單元包括六個功率開關管，所述開關管每兩個串聯(lián)成一組，三組并聯(lián)連接在直流供電線路之間，每一開關管的控制端受PWM控制信號產生子單元輸出的PWM信號的控制，每一組中的兩個開關管分時導通。
16. 如權利要求14所述的電動機，其特征在于，所述傳感器信號處理子單元或磁電式傳感器中包括磁電式傳感器的信號處理電路，用于根據(jù)所述磁電式傳感器的電壓信號得到電機軸的轉動角度，具體包括A/D轉換電路，對磁電式傳感器發(fā)送來的電壓信號進行A/D轉換，將模擬信號轉換為數(shù)字信號；相對偏移角度《計算電路，用于計算磁電式傳感器中對應于第一磁鋼環(huán)的磁感應元件發(fā)送來的第一電壓信號在所處信號周期內的相對偏移量《；絕對偏移量《計算電路，根據(jù)磁電式傳感器中對應于第二磁鋼環(huán) 的磁感應元件發(fā)送來的第二電壓信號，通過計算來確定第一電壓信號所處的信號周期首位置的絕對偏移量《；角度合成及輸出模塊，用于將上述相對偏移量《和絕對偏移量《相加，合成所述第一電壓信號所代表的在該時刻的旋轉角度^存儲模塊，用于存儲數(shù)據(jù)。
17. 根據(jù)權利要求16所述的電動機，其特征在于，還包括信號放大電路，用于在A/D轉換模塊進行A/D轉換之前，對來自于磁電式傳感器的電壓信號進行放大。
18. 根據(jù)權利要求16或17所述的電動機，其特征在于，所述相對偏移角度《計算電路包括第一合成電路和第一角度獲取電路，所述第一合成電路對磁電式傳感器發(fā)送來的經過A/D轉換的多個電壓信號進行處理，得到一基準信號D;所述第一角度獲取電路根據(jù)該基準信號D，在第一標準標準角度表中選擇一與其相對的角度作為偏移角度《。
19. 如權利要求18所述的電動機，其特征在于，所述相對偏移角度《計算電路還包括溫度補償電路，用于消除溫度對磁電式傳感器發(fā)送來的電壓信號的影響。
20. 如權利要求19所述的電動機，其特征在于，所述第一合成電路的輸出還包括信號R;所述溫度補償單元包括系數(shù)矯正器和乘法器，所述系數(shù)矯正器對所述合成模塊的輸出的信號R和對應該信號的標準狀態(tài)下的信號R。進行比較得到輸出信號K;所述乘法器為多個，每一所述乘法器將從磁電式傳感器發(fā)送來的、經過A/D轉換的一個電壓信號與所述系數(shù)矯正模塊的輸出信號K相乘，將相乘后的結果輸出給第一合成電路。
21. 根據(jù)權利要求16或17所述的電動機，其特征在于，所述絕對偏移量^計算電路包括第二合成電路和第二角度獲取電路，所述第二合成電路用于對對應于第二磁鋼環(huán)的磁電式傳感器發(fā)送來的第二電壓信號進行合成，得到一信號E;所述第二角度獲取電路根據(jù)該信號E 在第二標準角度表中選擇一與其相對的角度作為第一電壓信號所處的信號周期首位置的絕對偏移量《。
22. 如權利要求13所述的電動機，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理單元為MCU，所述電機驅動單元為IPM模塊。
23. 如權利要求1或13所述的電動機，其特征在于，所述電動機本體包括三相繞組，所述每一相繞組由多段繞組頭尾串聯(lián)構成，每一段繞組的頭部和輸入的電源之間均連接一控制開關。
24. 如權利要求23所述的電動機，其特征在于，所述控制開關為電子電力開關。
25. 如權利要求24所述的電動機，其特征在于，所述電子電力開關為晶閘管或IGBT。
26. 如權利要求23所述的電動機，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理單元包括扭矩切換子單元，所述矩切換子單元根據(jù)電動機實際需要輸出的扭矩大小，選擇相應的繞組，并輸出控制指令給所述電動機的控制開關，分別控制每一項繞組中的多個控制開關的開和關的組合。
專利摘要本實用新型公開了一種電動機，包括電機本體、控制器和磁電式傳感器，其特征在于，所述磁電式傳感器用于感測電機軸的轉動，并將感測到的電壓信號傳輸給控制器，通過控制器的處理，獲得電機軸轉動的角度或位置，進而實現(xiàn)對電機的精確控制；所述磁電式傳感器包括轉子和將轉子套在內部的定子，所述轉子包括第一磁鋼環(huán)、第二磁鋼環(huán)；所述第一磁鋼環(huán)和第二磁鋼環(huán)分別固定在同一電動機的軸上；在定子上，對應于第二磁鋼環(huán)設有n個均勻分布的磁感應元件，所述第二磁鋼環(huán)的磁極磁化順序使得n個磁感應元件輸出呈格雷碼格式，相鄰兩個輸出只有一位變化；對應于第一磁鋼環(huán)設有m個呈一定角度分布的磁感應元件。成本低，系統(tǒng)的可靠性高，系統(tǒng)響應速度快。
文檔編號H02K1/12GK201435666SQ20092015005
公開日2010年3月31日申請日期2009年4月30日優(yōu)先權日2009年4月30日
發(fā)明者葉勁峰申請人:北京敬業(yè)北微節(jié)能電機有限公司

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