电机、微型云台以及微型云台的电机控制方法技术

本发明专利技术涉及一种电机，定子部件、转子部件以及至少两个霍尔元件；所述转子部件包括一个可旋转环形磁铁，所述定子部件包括若干电线圈绕组；所述霍尔元件设置在靠近转子部件的位置处，且在所述电机的旋转轴的径向方向上间隔排布，能够获取所述转子部件的磁场信号。还涉及一种设置有上述电机的微型云台，以及微型云台的电机控制方法。本发明专利技术所涉及的电机内部设置非接触式的霍尔传感器，无机械磨损，使用寿命较长；同时减小电机的体积，减小云台的体积，降低成本。

【技术实现步骤摘要】
电机、微型云台以及微型云台的电机控制方法
本专利技术涉及一种电机及一种微型云台，尤其涉及一种电机的电角度测量部件内置的电机以及相应的一体化微型云台和电机控制方法。
技术介绍
传统的云台基本上都是将电机驱动部件放在电机外部，使用高级电机控制算法—磁场定向控制（FieldOrientedControl，FOC）对电机进行控制。FOC控制算法的前提条件是需要获取电机的旋转电角度和电机三相电流。通常采用采样电阻测量方法获取电机三相电流；同时采用角度传感器或磁编码器的测量方法获取电机的旋转电角度。采用角度传感器测量电机的旋转电角度时，角度传感器需套在电机轴上，获取电机的物理角度，然后利用该物理角度换算出电机的旋转电角度。通常在使用角度传感器测量电机的旋转电角度时，角度传感器与电机轴之间存在较多的物理摩擦，传感器的寿命短。而且角度传感器的体积比较大，无法将电机驱动板集成在电机内部，导致其驱动的云台整体的体积较大，从而无法实现云台的小型化、微型化。采用磁编码器测量电机的旋转电角度时，因为磁编码为非接触式传感器，故不存在物理摩擦，故寿命比角度传感器长。但是磁编码器在工作过程中需要与外部磁铁相配合，因此，无法将磁编码器集成在电机内部，导致其驱动的云台整体的体积较大，从而也无法实现云台的小型化、微型化。
技术实现思路
为克服上述技术问题，本专利技术提供一种电机，包括：定子部件、转子部件以及至少两个霍尔元件；所述转子部件包括一个可旋转环形磁铁，所述定子部件包括若干电线圈绕组；所述霍尔元件设置在靠近定子部件的位置处，且在所述电机的旋转轴的径向方向上间隔排布，能够获取所述转子部件的磁场信号信息。优选地，所述霍尔元件以相差120度固有电角度的位置设置。优选地，所述定子部件上设置有若干凹槽，所述转子部件环绕所述定子部件设置，且所述霍尔元件设置所述凹槽内。优选地，所述环形磁铁采用正弦波充磁的方式充磁。优选地，还包括电机驱动部件；所述电机驱动部件为一电机驱动电路板，所述电机驱动电路板与所述电机的旋转轴垂直设置，具有容纳所述旋转轴的通孔结构，所述霍尔元件固定设置于所述电机驱动电路板的通孔结构的外侧。优选地，还包括一驱动板压片和一定子底座；所述驱动板压片设置于所述定子部件和所述电机驱动部件之间；所述电机驱动部件通过驱动板压片安装于所述定子底座上。优选地，所述旋转轴贯穿所述定子部件、所述转子部件、所述定子底座以及所述电机驱动部件的通孔结构。本专利技术还提供一种微型云台，包括至少一个所述的电机、云台控制模块和IMU模块；所述电机和IMU模块分别与所述云台控制模块连接；其中所述IMU模块安装在所述云台的负载上，并向所述云台控制模块输入所述负载的姿态数据；所述云台控制模块根据所述姿态数据和所述霍尔元件获取的所述转子部件的磁场信号信息控制电机的转动。本专利技术还提供一种微型云台的电机控制方法，包括以下步骤：电机控制信号的获取步骤，根据所述IMU模块输入的姿态数据获取电机的控制信号；电机的旋转电角度的获取步骤，通过对两个霍尔元件获取的转子部件的磁场信号信息解码获取电机的旋转电角度；三相正弦波的获取步骤，根据所述电机的控制信号和所述电机的旋转电角度生成控制电机的三相正弦波。优选地，所述电机的旋转电角度的获取步骤如下：通过两个霍尔元件分别直接获取所述转子部件的磁场信号信息，所述两个霍尔元件设置为120°固有电角度的位置；通过所述两个霍尔元件所获取的磁场信号信息计算：如果在与所述两个霍尔元件呈120°固有电角度的位置设置有第三个霍尔元件，所述第三个霍尔元件的磁场信号信息；对三个霍尔元件的磁场信号信息解码获取电机的旋转电角度。优选地，在获取电机的旋转电角度时，将获取的三个霍尔元件的磁场信号信息对应的360°的固有电角度平均划分为6个扇区，根据所述的三个霍尔元件的磁场信号信息解码每个扇区的旋转电角度。优选地，在三相正弦波的获取步骤中，先将所述电机的控制信号和所述电机的旋转电角度进行PARK逆变换和空矢量脉冲宽度调制，获取三路脉冲宽度调制的占空比；然后将所述三路脉冲宽度调制的占空比进行逆变换生成所述的三相正弦波。本专利技术采用两个线性霍尔传感器测量电机的旋转电角度，线性霍尔传感器为非接触式传感器，规避了角度传感器寿命短的特点；同时与传统的电机驱动相比，本专利技术可去掉电流采样电路，从而精简了驱动电路，可将电机驱动部件集成于电机内部，例如电机驱动板，且线性霍尔传感器体积小，从而将电机驱动部件和线性霍尔传感器均能够微型化的集成在电机内部，与电机合二为一。云台中使用上述的电机，能够实现云台的小型化、微型化，降低成本。附图说明图1为本传统云台电机控制示意图；图2为本专利技术所涉及的电机结构拆分示意图；图3为本专利技术所涉及的电机的电机驱动电路板的结构示意图；图4为本专利技术所涉及的线性霍尔传感器与电机定子相线之间的关系结构示意图的一例；图5为本专利技术所涉及的微型云台结构框图的一例；图6为本专利技术所涉及的云台的电机控制方法框图；图7为本专利技术所涉及的电机中三个霍尔信号的正弦曲线的示意图的一例。具体实施方式下面根据附图所示实施方式阐述本专利技术。此次公开的实施方式可以认为在所有方面均为例示，不具限制性。本专利技术的范围不受以下实施方式的说明所限，仅由权利要求书的范围所示，而且包括与权利要求范围具有同样意思及权利要求范围内的所有变形。传统的云台结构中，其采用传统的FOC算法对电机进行控制，其电机的控制框图如图1所示，包括电流采样电路和电机的旋转电角度获取电路。通过电流采样电路获取三相电流Ia、Ib和Ic，然后经过CLARK变换得到和，之后和参与后续的PARK逆变换；位置传感器或磁编码器直接采集电机的物理角度，换算成电机的旋转电角度θ，与和经PARK逆变换后，得到的结果为反馈值Id和Iq。在表贴式永磁无刷电机控制中，Idref为力矩的径向分量，一般令=0；为控制电机力矩的变量；与反馈信号Iq进行PI运算得到Uq，与反馈信号Id进行PI运算得到Ud。Ud和Uq进行PARK逆变换得到和，然后经过空间矢量SVPWM（空间矢量脉冲宽度调制）算法计算生成三相pwm（脉冲宽度调制）的占空比（pwm1、pwm2和pwm3）并输入到逆变器，经逆变器运算后产生相应的三相正弦波（U、V和W）对电机进行控制。其中PI运算为PID控制算法，P表示比例运算，I表示积分运算，D表示微分运算；在传统的FOC算法对电极进行控制的运算中，只需P比例运算和I积分运算即可。本专利技术中所涉及的电机的旋转电角度是指，电机的转子转动到某一位置所对应的电角度的值。由上述的控制过程和图1可以看出，传统的FOC运算方法需要获取电机的旋转电角度和电机的三相电流，其中电机的旋转电角度是通过角度传感器或磁编码器等较大的传感器直接获取，并需要在驱动控制中设计电流采样电路，所以传统的电机驱动无法避免传感器体积大、驱动电路结构复杂、驱动电路板体积大等的技术问题。为克服上述技术问题本专利技术涉及一种利用两个线性霍尔传感器测量电机的旋转电角度的电机，所选的线性霍尔传感器为非接触式传感器，大小为2mm×3mm，比角度传感器和磁编码传感器体积要小，更容易集成在电机内部。同时为了减小电机驱动电路板的尺寸，去掉电流的采样电路，从而精简驱动电路结构，减小了驱动电路板体积。以此，可以将线性霍尔传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电机，包括：定子部件、转子部件以及至少两个霍尔元件；所述转子部件包括一个可旋转环形磁铁，所述定子部件包括若干电线圈绕组；所述霍尔元件设置在靠近转子部件的位置处，且在所述电机的旋转轴的径向方向上间隔排布，能够获取所述转子部件的磁场信号信息。

【技术特征摘要】
1.一种电机，包括：定子部件、转子部件以及至少两个霍尔元件；所述转子部件包括一个可旋转环形磁铁，所述定子部件包括若干电线圈绕组；所述霍尔元件设置在靠近转子部件的位置处，且在所述电机的旋转轴的径向方向上间隔排布，能够获取所述转子部件的磁场信号信息。2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于：所述霍尔元件以相差120度固有电角度的位置设置。3.根据权利要求2所述的电机，其特征在于：所述定子部件上设置有若干凹槽，所述转子部件环绕所述定子部件设置，且所述霍尔元件设置在所述凹槽内。4.根据权利要求3所述的电机，其特征在于：所述环形磁铁采用正弦波充磁的方式充磁。5.根据权利要求4所述的电机，还包括电机驱动部件；所述电机驱动部件为一电机驱动电路板，所述电机驱动电路板与所述电机的旋转轴垂直设置，具有容纳所述旋转轴的通孔结构，所述霍尔元件固定设置于所述电机驱动电路板的通孔结构的外侧。6.根据权利要求5所述的电机，还包括一驱动板压片和一定子底座；所述驱动板压片设置于所述定子部件和所述电机驱动部件之间；所述电机驱动部件通过驱动板压片安装于所述定子底座上。7.根据权利要求6所述的电机，其特征在于：所述旋转轴贯穿所述定子部件、所述转子部件、所述定子底座以及所述电机驱动部件的通孔结构。8.一种微型云台，包括至少一个权利要求1-7中任一项所述的电机、云台控制模块和IMU模块；所述电机和IMU模块分别与所述云台控制模块连接；其中，所述IMU模块安装在所述云台的负载上，并向所述云台控制模块输入所述负载的姿态数据；所述云台控制模块根...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄立，李享，薛源，王效杰，顾兴，刘华斌，
申请(专利权)人：普宙飞行器科技深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44