基于线性霍尔传感器的永磁同步电机角度检测方法和系统技术方案

本发明专利技术提出的一种基于线性霍尔传感器的永磁同步电机角度检测方法，包括：首先选择三个线性霍尔元件分别安装在定子的三个槽口内，三个线性霍尔元件的磁敏感面均与转子磁极表面相对；三个线性霍尔元件中，第一线性霍尔元件安装于定子的任意一个槽口内，第二线性霍尔元件沿逆时针方向与第一线性霍尔相差N个槽数，第三线性霍尔元件沿顺时针方向与第一线性霍尔同样相差N个槽数；N为整数且N≠ks/(2p)，其中，k为任意整数，s为定子的槽口数量，p为转子表面的永磁体对数。然后，根据三个线性霍尔元件的电压信号计算电机角度。本发明专利技术实现了高精度的角度检测，满足高性能永磁同步电机的测角测速需求。

【技术实现步骤摘要】
基于线性霍尔传感器的永磁同步电机角度检测方法和系统
本专利技术涉及永磁式旋转电机的转子角度检测
，尤其涉及一种基于线性霍尔传感器的永磁同步电机角度检测方法和系统。
技术介绍
在对传统的三相交流永磁同步电机进行矢量控制时，需要提供精确的转子角度和旋转速度。普遍的方法是与转轴同轴连接一个外置的角度测量装置，通常是光电编码器、旋转变压器或者磁编码器。这种外置测量装置不可避免地占用了轴向空间，且易受电磁、振动、温度、湿度等外界环境影响。线性霍尔传感器由于体积小、灵敏度高等优点，常常将其安装于紧凑型设备(例如云台，油泵电机)内部，通过检测电机内部永磁体的漏磁场来估算转子位置。现有的内置线性霍尔传感器位置检测系统按照线性霍尔安装的位置可分为两种：置于定子端部以检测转子轴向漏磁场；置于定子齿上以检测转子径向磁场。中国专利号CN108063523A公开的一种云台电机及其转子位置角检测方法与中国专利号CN108496300A公开的一种电机位置感测方式中，都采用一对线性霍尔传感器安装于永磁体轴向正下方以检测漏磁场。即使线性霍尔传感器的封装已经很小，将其置于定子端部依然需要占用电机额外的轴向空间。中国专利号CN103222167B公开的一种三相多态伺服电机中，一个线性霍尔与另一个开关霍尔均位于定子冲片的圆周面上，且两个霍尔元件之间的电角度为90°；中国专利号CN05811828B公开了一种基于线性霍尔传感器的飞轮转速控制方法，在飞轮直流无刷电机定子上空间120°对称分布安装三相线性霍尔传感器，以获得与飞轮气隙磁场强度成比例的三相模拟正弦信号。然而，为保证霍尔传感器空间分布角度为90°或120°，将不可避免地在定子的齿部开槽，这对电机的原有结构造成了破坏，改变了电机的主磁路分布，同时易受到电枢反应的影响，对电机性能产生不良后果。
技术实现思路
基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种基于线性霍尔传感器的永磁同步电机角度检测方法。本专利技术提出的一种基于线性霍尔传感器的永磁同步电机角度检测方法，包括：首先选择三个线性霍尔元件分别安装在定子的三个槽口内，三个线性霍尔元件的磁敏感面均与转子磁极表面相对；三个线性霍尔元件中，第一线性霍尔元件安装于定子的任意一个槽口内，第二线性霍尔元件沿逆时针方向与第一线性霍尔相差N个槽数，第三线性霍尔元件沿顺时针方向与第一线性霍尔同样相差N个槽数；N为整数且N≠ks/(2p)，其中，k为任意整数，s为定子的槽口数量，p为转子表面的永磁体对数。然后，根据三个线性霍尔元件的输出电压信号计算电机角度。优选的，根据三个线性霍尔元件的输出电压信号计算电机角度的方法具体为：将三个线性霍尔元件的输出电压信号转换为数字信号后再进行线性组合，得到两相静止坐标系下的数字信号值；根据两相静止坐标系下的数字信号计算转子角度值和转子速度值。优选的，对三个线性霍尔元件的输出电压信号转换后的数字信号进行线性组合的模型为:其中，UA为第一线性霍尔元件的输出电压信号经模数转换后的数字信号，UB为第二线性霍尔元件的输出电压信号经模数转换后的数字信号，UC为第三线性霍尔元件的输出电压信号经模数转换后的数字信号；Uα是所述两相静止坐标系下的α方向分量；Uβ是所述两相静止坐标系下的β方向分量；所述α方向滞后所述β方向90°电角度。U0是所述两相静止坐标系下的零轴分量。优选的，适用于外转子永磁同步电机和内转子永磁同步电机。一种基于线性霍尔传感器的永磁同步电机角度检测系统，包括：第一线性霍尔元件、第二线性霍尔元件和第三线性霍尔元件和数字信号处理器；第一线性霍尔元件、第二线性霍尔元件和第三线性霍尔元件分别安装在定子的三个槽口内，三个线性霍尔元件的磁敏感面均与转子磁极表面相对；三个线性霍尔元件中，第一线性霍尔元件安装于定子的任意一个槽口内，第二线性霍尔元件沿逆时针方向与第一线性霍尔相差N个槽数，第三线性霍尔元件沿顺时针方向与第一线性霍尔同样相差N个槽数；N为整数且N≠ks/(2p)，其中，k为任意整数，s为定子的槽口数量，p为转子表面的永磁体对数；数字信号处理器分别连接第一线性霍尔元件、第二线性霍尔元件和第三线性霍尔元件，用于根据第一线性霍尔元件、第二线性霍尔元件和第三线性霍尔元件的输出电压信号计算转子角度值和转子速度值。优选的，数字信号处理器用于将第一线性霍尔元件、第二线性霍尔元件和第三线性霍尔元件的输出电压信号转换为两相静止坐标系下的数字信号后通过同步参考系锁相环计算转子角度值和转子速度值。优选的，数字信号处理器用于根据预设的模型将第一线性霍尔元件、第二线性霍尔元件和第三线性霍尔元件的输出电压信号转换为两相静止坐标系下的数字信号，模型为：其中，UA为第一线性霍尔元件的输出电压信号经模数转换后的数字信号，UB为第二线性霍尔元件的输出电压信号经模数转换后的数字信号，UC为第三线性霍尔元件的输出电压信号经模数转换后的数字信号；Uα是所述两相静止坐标系下的α方向分量；Uβ是所述两相静止坐标系下的β方向分量；所述α方向滞后所述β方向90°电角度。U0是所述两相静止坐标系下的零轴分量。优选的，同步参考系锁相环包括：鉴相器、环路滤波器和压控振荡器；鉴相器的输入端用于输入两相静止坐标系下的Uα和Uβ，鉴相器的输入端还连接压控振荡器的输出端，环路滤波器的输入端连接鉴相器的输出端，压控振荡器的输入端连接环路滤波器的输出端。鉴相器用于对两相静止坐标系下的数字信号和压控振荡器的输出信号进行2s/2r变换，将两相静止坐标系下的数字信号转换为两相旋转坐标系下的数字信号。优选的，永磁同步电机为外转子永磁同步电机或者内转子永磁同步电机。本专利技术提出的一种基于线性霍尔传感器的永磁同步电机角度检测方法，通过三个线性霍尔元件共同作用，检测出电机内部永磁体在定子槽口处的漏磁场；然后通过三个线性霍尔元件输出电压信号转化后的数字信号的线性组合，获得转子角度值和转速值。本专利技术提供的角度测量方案可满足任意极槽配合形式的永磁同步电机，可同时满足内转子和外转子永磁同步电机的应用。本专利技术提出的一种基于线性霍尔传感器的永磁同步电机角度检测系统，三个线性霍尔元件输出电压信号连接至数字信号处理器，并转化为数字信号后，利用简单的线性组合与同步参考系锁相环估测转子角度值和转速值。系统工作过程中，仅包括线性组合、2s/2r变换和闭环计算，对于数字信号处理器而言，运算量少，效率高。本专利技术中，三个线性霍尔元件的选择和安装限制少，有益于霍尔元件的安装与信号线安装。且实现了高精度的角度检测，满足高性能永磁同步电机的测角测速需求。附图说明图1为本专利技术提出的一种基于线性霍尔传感器的永磁同步电机角度检测方法；图2为本专利技术实施例提出的一种基于线性霍尔传感器的永磁同步电机角度检测系统模块连接图；图3为本专利技术实施例提出的一种基于线性霍尔传感器的永磁同步电机角度检测系统中信号变换示意本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于线性霍尔传感器的永磁同步电机角度检测方法，其特征在于，包括：/n首先选择三个线性霍尔元件分别安装在定子的三个槽口内，三个线性霍尔元件的磁敏感面均与转子磁极表面相对；三个线性霍尔元件中，第一线性霍尔元件安装于定子的任意一个槽口内，第二线性霍尔元件沿逆时针方向与第一线性霍尔相差N个槽数，第三线性霍尔元件沿顺时针方向与第一线性霍尔同样相差N个槽数；N为整数且N≠ks/(2p)，其中，k为任意整数，s为定子的槽口数量，p为转子表面的永磁体对数。/n然后，根据三个线性霍尔元件的输出电压信号计算电机角度。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于线性霍尔传感器的永磁同步电机角度检测方法，其特征在于，包括：
首先选择三个线性霍尔元件分别安装在定子的三个槽口内，三个线性霍尔元件的磁敏感面均与转子磁极表面相对；三个线性霍尔元件中，第一线性霍尔元件安装于定子的任意一个槽口内，第二线性霍尔元件沿逆时针方向与第一线性霍尔相差N个槽数，第三线性霍尔元件沿顺时针方向与第一线性霍尔同样相差N个槽数；N为整数且N≠ks/(2p)，其中，k为任意整数，s为定子的槽口数量，p为转子表面的永磁体对数。
然后，根据三个线性霍尔元件的输出电压信号计算电机角度。


2.如权利要求1所述的基于线性霍尔传感器的永磁同步电机角度检测方法，其特征在于，根据三个线性霍尔元件的输出电压信号计算电机角度的方法具体为：将三个线性霍尔元件的输出电压信号转换为数字信号后再进行线性组合，得到两相静止坐标系下的数字信号值；根据两相静止坐标系下的数字信号计算转子角度值和转子速度值。


3.如权利要求3所述的基于线性霍尔传感器的永磁同步电机角度检测方法，其特征在于，对三个线性霍尔元件的输出电压信号转换后的数字信号进行线性组合的模型为:









其中，UA为第一线性霍尔元件的输出电压信号经模数转换后的数字信号，UB为第二线性霍尔元件的输出电压信号经模数转换后的数字信号，UC为第三线性霍尔元件的输出电压信号经模数转换后的数字信号；Uα是所述两相静止坐标系下的α方向分量；Uβ是所述两相静止坐标系下的β方向分量；所述α方向滞后所述β方向90°电角度。U0是所述两相静止坐标系下的零轴分量。


4.如权利要求1或2或3所述的基于线性霍尔传感器的永磁同步电机角度检测方法，其特征在于，适用于外转子永磁同步电机和内转子永磁同步电机。


5.一种基于线性霍尔传感器的永磁同步电机角度检测系统，其特征在于，包括：第一线性霍尔元件、第二线性霍尔元件和第三线性霍尔元件和数字信号处理器；
第一线性霍尔元件、第二线性霍尔元件和第三线性霍尔元件分别安装在定子的三个槽口内，三个线性霍尔元件的磁敏感面均与转子磁极表面相对；
三个线性霍尔元件中，第一线性霍尔元件安装于定子的任意一个槽口内，第二线性霍尔元...

【专利技术属性】
技术研发人员：花为，王宇辰，刘凯，程明，
申请(专利权)人：东南大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44