基于开关霍尔传感器的永磁体分段同步直线电机制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于开关霍尔传感器的永磁体分段同步直线电机，属于电机控制领域。采用了两组开关霍尔位置传感器，设计了互为备用的信号采集方案，解决了永磁体分段间隔带来了的霍尔信号故障的问题。本实用新型专利技术采用开关霍尔位置传感器对永磁体分段直线电机进行闭环矢量控制，从而简化了运动系统的结构，提高了可靠性；针对永磁体分段特性，提出两组霍尔元件的安装和信号处理方案，解决了永磁体分段间隙导致的位置信号出错的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于开关霍尔传感器的永磁体分段同步直线电机
本技术属于电机驱动控制
，具体涉及一种基于开关霍尔传感器的永磁体分段同步直线电机。
技术介绍
永磁同步直线电机结构简单，速度上限高，速度调节能力优越，可满足物流分拣系统日益上升的速度需求。将直线电机初级固定，次级分段并固定于移动装置底部，可构成物流分拣的基本动力单元；根据物流分拣的行程，可灵活调整永磁体分段数目。然而由于次级分段并且物流分拣的长行程特性，传统的编码器位置反馈方案存在安装困难、成本上升和可靠性降低的问题，而无位置传感器控制技术低速段速度控制性能以及抗干扰能力有待提高。基于开关霍尔位置传感器的位置反馈方案成本低廉，结构简单，可靠性高，结合无位置传感器控制技术可实现永磁同步电机的矢量控制，从而发挥了永磁同步直线电机的速度调节性能的优越性。专利号为201010166572.9的专利技术专利中的技术方案需要采用大量的开关霍尔传感器反馈动子位置，既增加了生产制造成本，也由于结构复杂，提高了损坏的概率和维修难度。专利申请CN201910377391.1利用等距分布在三个连续线圈中的三个开关霍尔元件，基于平均速度法估算动子速度和位置，由于未考虑次级分段间隔导致的霍尔信号异常现象，无法适用于永磁分段的直线电机系统。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种基于开关霍尔传感器的永磁体分段同步直线电机，以降低物流分拣系统所用的永磁体分段同步直线电机的成本，提高直线运动速度控制性能。为了解决上述技术问题，本技术采用的一种技术方案是：一种基于开关霍尔传感器的永磁体分段同步直线电机，包括初级组件、次级组件和霍尔元件；所述初级组件由初级铁心和电枢绕组组成，所述次级组件由多个分段设置的次级永磁体组成；所述霍尔元件采用6个开关霍尔元件，分为两组，组内的霍尔元件等距分布，距离为2τ/3，其中τ为极距，两组霍尔元件对应位置相距2kτ，k为预设大于1的整数；所述霍尔元件放置于绕组外侧，靠近初级组件的端部霍尔元件中轴线与初级组件端部槽中轴线相距Nτ/6，N为预设的整数。进一步地，所述霍尔元件安装位置与初级组件的位置相对固定。进一步地，所述电枢绕组线圈顺序为C-Y-A-Z-B-X。本技术的优点具体如下：本技术采用开关霍尔位置传感器对永磁体分段直线电机进行闭环矢量控制，从而简化了运动系统的结构，提高了可靠性；针对永磁体分段特性，提出两组霍尔元件的安装和信号处理方案，解决了永磁体分段间隙导致的位置信号出错的问题。附图说明图1为本技术所述永磁体分段同步直线电机的结构示意图。图2为本技术所述霍尔元件安装方案的示意图。图3为本技术所述霍尔信号与启动周期PWM调制方式示意图。图4为本技术的矢量控制流程图。附图标记说明：1-初级铁心；2-电枢绕组；3-次级永磁体。具体实施方式为了使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体附图对本技术的具体实施方式作进一步的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术，但是本技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施例，本领域技术人员可以在不违背本技术内涵的情况下做类似推广，因此本技术不受下面公开的具体实施例的限制。实施例一：如图1所示，本实施例所述基于开关霍尔传感器的永磁体分段同步直线电机，采用30槽10极结构，包括初级组件、次级组件和霍尔元件；所述初级组件由初级铁心1和电枢绕组2组成，电枢绕组2线圈顺序为C-Y-A-Z-B-X；所述次级组件由多个分段设置的次级永磁体3组成，极距τ为50mm，次级永磁体3分段间隔d为100mm。所述霍尔元件安装位置与初级组件的位置相对固定，霍尔元件放置于绕组外侧，安装方式如图2所示。所述霍尔元件分为两组霍尔元件，分别为第一组霍尔元件和第二组霍尔元件，两组霍尔元件互为备用关系；第一组霍尔元件包括3路霍尔元件，分别为A相霍尔元件HallA1、B相霍尔元件HallB1和C相霍尔元件HallC1；第二组霍尔元件包括3路霍尔元件，分别为A相霍尔元件HallA2、B相霍尔元件HallB2和C相霍尔元件HallC2；共计6路霍尔元件。每组内霍尔元件间距为2τ/3(本实施例中为33.3mm)。为了确保在任意时刻，两组霍尔元件的信号至少有一组能够包含正确的动子位置信息，两组霍尔元件之间间隔距离设定为d(本实施例中设定为100mm)，即第一组的A相零尔元件HallA1和第二组的A相霍尔元件HallA2之间的间隔为2d(本实施例中为200mm)，同样的第一组的B相霍尔元件HallB1和第二组的B相霍尔元件HallB2之间的间距也为2d，第一组的C相霍尔元件HallC1和第二组的C相霍尔元件HallC2之间的间距也为2d。为了在第一个霍尔元件区间内，实现三相六状态120°控制，第一组的A相霍尔元件HallA1的安装位置需使得转子磁链电角度为30°时，第一组的A相霍尔元件HallA1或第二组的A相霍尔元件HallA2输出信号发生跳变。由于初级组件的端部绕组线圈为X相，所以安装时需确保第一组的A相霍尔元件HallA1轴线与初级组件的端部槽轴线之间的距离为7τ/6(本实施例中为58.3mm)，等效于210°电角。实施例二：如图4所示，本实施例所述基于开关霍尔传感器的永磁体分段同步直线电机的矢量控制方法，包括以下步骤：(1)检测6路霍尔信号，判断并选择一组正常的霍尔信号作为主信号，估算动子速度和位置，以20ns为故障检测周期，检测主信号是否故障，当检测到主信号故障，将备用霍尔信号设为主信号，之前的主信号设为备用信号，根据主信号估算动子速度和位置；具体地：实施例一的开关霍尔安装方式保证了两组霍尔信号至少有一路信号包含了正确的动子位置信息，在故障检测周期内，检测主信号的3路霍尔信号组合是否为基本的霍尔信号组合状态之一，若否，则判断为故障。(2)霍尔信号发生第三次跳变之前，采用PI电流控制器控制母线电流值，根据霍尔信号状态，选定导通绕组，采用三相六状态120°换相控制，调制方式采用on-pwm方式，对于导通120°的开关管，前60°区间保持导通状态，后60°区间采用PWM斩波，从而控制逆变器相应开关管通断，无需精确位置反馈的前提下，顺利启动；具体地：若霍尔元件靠近次级永磁体N极时输出高电平信号，则霍尔信号组合与A相空载反电动势ea的电角对应关系如图3中第1部分所示。为了保证动子在第一个霍尔信号区间顺利启动，采用BLDC三相六状态120°控制方式，通过PI控制器，控制逆变器母线电流；动子电角范围对应的启动状态导通绕组如图3中第2部分所示。PWM调制方式采用on-pwm方式，如图3中第3部分所示，即在A相绕组、B相绕组或C相绕组导通的120°区间内，前60°区间通直流电流，后60°区间通PWM斩波电流，其中T1和T4分别代表逆变器A相上桥臂开关管和下桥臂开关管，T3和T6代表B本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于开关霍尔传感器的永磁体分段同步直线电机，其特征在于：包括初级组件、次级组件和霍尔元件；所述初级组件由初级铁心(1)和电枢绕组(2)组成，所述次级组件由多个分段设置的次级永磁体(3)组成；所述霍尔元件采用6个开关霍尔元件，分为两组，组内的霍尔元件等距分布，距离为2τ/3，其中τ为极距，两组霍尔元件对应位置相距2kτ，k为预设大于1的整数；所述霍尔元件放置于绕组外侧，靠近初级组件的端部霍尔元件中轴线与初级组件端部槽中轴线相距Nτ/6，N为预设的整数。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于开关霍尔传感器的永磁体分段同步直线电机，其特征在于：包括初级组件、次级组件和霍尔元件；所述初级组件由初级铁心(1)和电枢绕组(2)组成，所述次级组件由多个分段设置的次级永磁体(3)组成；所述霍尔元件采用6个开关霍尔元件，分为两组，组内的霍尔元件等距分布，距离为2τ/3，其中τ为极距，两组霍尔元件对应位置相距2kτ，k为预设大于1的整数；所述霍尔元件放置于绕组外侧，靠近...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳庆生，王安鹏，祝宇，
申请(专利权)人：中科微至智能制造科技江苏股份有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32