一种外转子伺服电机及其应用于平衡车的控制方法技术

本发明专利技术涉及平衡车领域，具体涉及一种外转子伺服电机及其应用于平衡车的控制方法，其主要包括：固定轴、电机组件和编码器，所述电机组件设置于固定轴上；所述电机组件包括：定子和外转子机壳，所述定子固定于固定轴上，且该定子上绕设有线圈，所述固定轴的第一端上通过编码支架固定有编码板，所述编码板上设有编码器，所述外转子机壳通过支撑轴承与固定轴相连接，所述外转子机壳的内侧面上固定有永磁体套，所述永磁体套上均匀分布有永磁体，所述编码器中的感应霍尔元件与永磁体套上的永磁体相对设置。本发明专利技术的外转子伺服电机在同样功率的情况下，其体积相应减小，重量与材料的消耗量都会相应减少，便于整车的便携设计，也降低生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种外转子伺服电机及其应用于平衡车的控制方法
本专利技术涉及平衡车产品领域，具体涉及一种外转子伺服电机及一种外转子伺服电机应用于平衡车的控制方法。
技术介绍
在现有的电动车轮上，其常需要利用外转子电机进行动力输出，而传统外转子永磁无刷直流电机应用于平衡车上时，由于磁极对数的影响会使其出现前后晃动角，角度大小为磁极对数360/（6×P），随着磁极的增多可减少其晃动的角动大小，但局限于制作工艺与电机体积的约束不能无限制地增加电机极对数，磁钢极对数P增加的同时内转子会加大电机体积与重量。其控制精度低，体积庞大，不利于整车的便携设计，也极大的增加了生产成本。
技术实现思路
为克服上述缺陷，本专利技术的目的即在于提供一种外转子伺服电机及一种外转子伺服电机应用于平衡车的控制方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：本专利技术一种外转子伺服电机，包括：固定轴、电机组件和编码器，所述电机组件设置于固定轴上；所述电机组件包括：定子和外转子机壳，所述定子固定于固定轴上，且该定子上绕设有线圈，所述固定轴的第一端上通过编码支架固定有编码板，所述编码板上设有编码器，所述外转子机壳通过支撑轴承与固定轴相连接，所述外转子机壳的内侧面上固定有永磁体套，所述永磁体套上均匀分布有永磁体，所述编码器中的感应霍尔元件与永磁体套上的永磁体相对设置。进一步，所述定子由两个以上的定子拼块拼合组成。进一步，所述固定轴为中空结构，且其两端均设有导线孔；所述定子上的线圈的引出线通过固定轴的内部，且穿出其第二端的导线孔后接有接线端子；所述接线端子上还接有控制线，所述控制线通过固定轴的内部，从该固定轴第一端的导线孔上穿出后与所述编码板相接。进一步，所述外转子机壳的一端设有端盖，其另一端有前盖。进一步，所述前盖活动套设有盖板，所述盖板与所述编码器中的感应霍尔元件相固定。本专利技术一种如上所述的外转子伺服电机应用于平衡车的控制方法，包括：通过陀螺仪获取平衡车的倾斜角度信息；对该倾斜角度信息进行解析，并与预设的倾斜角度阈值范围进行判断，若判断结果为前倾斜角过大，则获取电机转子的转动方向与角速度，根据该倾斜角度信息与角速度计算出平衡力矩，并以正弦波的方式向定子线圈提供正向电流，使电机转子进行正向加速并输出该平衡力矩；若判断结果为后倾斜角过大，则获取电机转子的转动方向与角速度，根据该倾斜角度信息与角速度计算出平衡力矩，并以正弦波的方式向定子线圈提供反向电流，使电机转子进行反向加速并输出该平衡力矩。进一步，所述以正弦波的方式向定子线圈提供正向电流或以正弦波的方式向定子线圈提供反向电流之后包括：获取电机线圈的电流量，并将该电流量与预设的电流阈值进行比较，若该电流量超出预设电流阈值，则控制减少其电流量，直到该电流量在预设的电流阈值之内。本专利技术的外转子伺服电机在同样功率的情况下，其体积相应减小，重量与材料的消耗量都会相应减少，便于整车的便携设计，也降低生产成本。附图说明为了易于说明，本专利技术由下述的较佳实施例及附图作详细描述。图1为本专利技术外转子伺服电机的横向的剖面结构示意图；图2为本专利技术外转子伺服电机的纵向的剖面结构示意图；图3为本专利技术外转子伺服电机的整体结构示意图；图4为本专利技术控制方法的工作流程示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。请参阅图1至图3，本专利技术一种外转子伺服电机，包括：固定轴1、电机组件和编码器，所述电机组件设置于固定轴1上；所述电机组件包括：定子2和外转子机壳3，所述定子2固定于固定轴1上，且该定子2上绕设有线圈11，所述固定轴1的第一端上通过编码支架12固定有编码板13，所述编码板13上设有编码器，所述外转子机壳3通过支撑轴承5与固定轴1相连接，所述外转子机壳3的内侧面上固定有永磁体套9，所述永磁体套9上均匀分布有永磁体4，所述编码器中的高精度线性感应霍尔元件与永磁体套9上的永磁体相对设置。本电机可实现增量式和绝对值式编码，反应电机转子位置，可实现16位甚至17位绝对值输出，完全达到正弦控制要求。当采用增量式编码器时结合霍尔信号换向可实现高精度控制，如采用市面上AS5145B编码器，其增量输出信号为1024，理论上最大晃动角是现有传统外转子电机48极磁钢0.14倍。由于磁钢极对数P的减少，同样功率电机的体积相应减小，重量与材料的消耗量都会相应减少，采用其它特铢手法，如定子拼块等措施，电机体积、重量、材料皆可做到同类电机的1/2以下。传统外转子电机以霍尔为换相信号，车身能识别的最小角度是三相六状态中的一个状态，而电机转动一圈状态变化的数目:N=6×P即传统平衡车最小识别角为360º/N=360º/(6×P)如市面上最常用是54极电机其最小识别角为2.2222º；而本专利技术使用精度较低增量式1024编码器结合霍尔信号后能达到的识别精度为360º/(4×1024)≈0.089º其仅为传统外转子电机的0.04倍。进一步，所述定子2由两个以上的定子拼块6拼合组成。进一步，所述固定轴1为中空结构，且其两端均设有导线孔8；所述定子2上的线圈11的引出线通过固定轴1的内部，且穿出其第二端的导线孔8后接有接线端子10；所述接线端子10上还接有控制线15，所述控制线15通过固定轴1的内部，从该固定轴1第一端的导线孔8上穿出后与所述编码板13相接。进一步，所述外转子机壳3的一端设有端盖7，其另一端有前盖。进一步，所述前盖活动套设有盖板14，所述盖板14与所述编码器中的感应霍尔元件相固定。请参看图4，本专利技术一种外转子伺服电机应用于平衡车的控制方法，包括：101.获取倾斜角度信息通过陀螺仪获取平衡车的倾斜角度信息；102.对倾斜角度进行判断对该倾斜角度信息进行解析，并与预设的倾斜角度阈值范围进行判断，103.转子进行正向加速并输出该平衡力矩若判断结果为前倾斜角过大，则获取电机转子的转动方向与角速度，根据该倾斜角度信息与角速度计算出平衡力矩，并以正弦波的方式向定子线圈提供正向电流，使电机转子进行正向加速并输出该平衡力矩；104.转子进行反向加速并输出该平衡力矩若判断结果为后倾斜角过大，则获取电机转子的转动方向与角速度，根据该倾斜角度信息与角速度计算出平衡力矩，并以正弦波的方式向定子线圈提供反向电流，使电机转子进行反向加速并输出该平衡力矩。当人站立在平衡车上时，人体姿态改变会使得踏板上下移动，并带动车体作俯仰运动。此时加速度计X轴与Z轴上感应到的重力加速度将发生变化，利用两者的比值可以得到车体的倾角。由于利用加速度计算出的角度值易受到震动的影响，因此还需利用陀螺仪测量绕Y轴运动的角速度，并对其进行积分以得到另一个倾斜角度。将两个角度进行卡尔曼滤波，进而得到稳定精确的角度值。当控制器检测出踏板倾斜后，将根据该角度值和此时车体运动的角速度利用PID控制算法计算出使人体恢复平衡所需要的力矩，并通过电机驱动器在电机中产生相应的电流和力矩。该力矩通过踏板传递到人体上，使人保持平衡。传统方式是通过霍尔换向，在电机不同换向状态通过估算法控制，车身在运行过程中只要轮胎出现相对打滑，电机就会出现换向误差，导致出力与电流对应关系出现很大偏差，导致车身不稳，电流过大等情况出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种外转子伺服电机，其特征在于，包括：固定轴、电机组件和编码器，所述电机组件设置于固定轴上；所述电机组件包括：定子和外转子机壳，所述定子固定于固定轴上，且该定子上绕设有线圈，所述固定轴的第一端上通过编码支架固定有编码板，所述编码板上设有编码器，所述外转子机壳通过支撑轴承与固定轴相连接，所述外转子机壳的内侧面上固定有永磁体套，所述永磁体套上均匀分布有永磁体，所述编码器中的感应霍尔元件与永磁体套上的永磁体相对设置。

【技术特征摘要】
1.一种外转子伺服电机应用于平衡车的控制方法，其特征在于，所述伺服电机包括固定轴、电机组件和编码器，所述电机组件设置于固定轴上；所述电机组件包括：定子和外转子机壳，所述定子固定于固定轴上，且该定子上绕设有线圈，所述固定轴的第一端上通过编码支架固定有编码板，所述编码板上设有编码器，所述外转子机壳通过支撑轴承与固定轴相连接，所述外转子机壳的内侧面上固定有永磁体套，所述永磁体套上均匀分布有永磁体，所述编码器中的感应霍尔元件与永磁体套上的永磁体相对设置；所述控制方法包括：通过陀螺仪获取平衡车的倾斜角度信息；对该倾斜角度信息进行解析，并与预设的倾斜角度阈值范围进行判断：若判断结果为前倾斜角过大，则获取电机转子的转动方向与角速度，根据该倾斜角度信息与角速度计算出平衡力矩，并以正弦波的方式向定子线圈提供正向电流，使电机转子进行正向加速并输出该平衡力矩；若判断...

【专利技术属性】
技术研发人员：范安成，
申请(专利权)人：深圳市凯旸电机有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44