一种磁传感器模组、印制永磁同步电机及其应用方法技术

本发明专利技术公开了一种磁传感器模组、印制永磁同步电机及其应用方法，本发明专利技术的磁传感器模组包括模组载体和分别布置在模组载体上的磁传感单元以及两个加法器电路，磁传感单元包括与永磁同步电机极对数相同的多个磁传感器对，磁传感器对在数量、空间上成对偶关系，每一个磁传感器对均包含两类磁传感器且两者漏磁信号相位相差90

【技术实现步骤摘要】
一种磁传感器模组、印制永磁同步电机及其应用方法


[0001]本专利技术涉及盘式永磁电机伺服驱动与盘式永磁电机发电并网技术，具体涉及一种磁传感器模组、印制永磁同步电机及其应用方法。

技术介绍

[0002]能源是社会发展的基础，当前社会正处于前所未有的高速发展潮流中，与此同时对能源的消耗也是史无前例的迅速。伴随着化石能源的大量使用，人类的可持续发展受到了挑战。一方面是因为化石能源是不可再生能源，另一方面是因为其已经引起了全球变暖等重要环境问题。可再生的新型能源取代化石能源是必须要走的可持续发展道路。如今我国有着世界上最完整的电力传输体系，我国的能源结构已经逐渐转变成以电能为核心的优化结构，电力已经成为了我国工业的血液。
[0003]电机是机械能与电能的媒介，是电力能源系统的重要接口，是当代工业的心脏。永磁同步电机结构简单，能量密度高，可靠性高，效率高，同时我国拥有着丰富的稀土资源，有着发展永磁同步电机的固有优势，因此我国研究人员在永磁同步电机领域进行大量的探索。永磁同步电机探索的两个方向主要可以分为两类，一类是永磁同步电机的本体设计，另一类则是永磁同步电机的控制。
[0004]在我国，60％的电能由电机所消耗，因此提高电机效率，降低电机损耗，对我国能源的使用和经济的发展有着重大意义。相较于其他种类电机，永磁同步电机的效率更高，而永磁同步电机的损耗来源主要有铜耗和铁耗，常规永磁同步电机的电机转子铁芯磁场由固定的永磁体提供，磁场稳定不变，铁耗主要来自于定子铁芯。径向磁通永磁同步电机，其磁路在外圆周，磁路较长，去铁芯化难以实现。
[0005]于是研究人员逐渐将目光转向轴向磁通永磁同步电机和直线永磁同步电机，从时间线来说，这两者并不晚于径向磁通永磁同步电机，事实上世界上第一台电机即为轴向磁通电机，但受限于加工工艺，径向磁通电机响应了时代的号召。现如今加工工艺水平的提高解放轴向磁通电机与直线电机的发展，使得其特有的性能能够得以应用。轴向磁通电机定子磁路在同一平面，且磁路长度短，去铁芯来降低定子铁芯损耗行之有效。
[0006]而定子铁芯除了提供定子侧磁路外，还有对传统绕线绕组定型支撑的作用，去除铁芯后绕组的固定使得电机制作工艺相对复杂。于是研究人员将现有成熟的印制电路板技术引入，使得定子无铁芯轴向磁通永磁同步电机的定子制作有了新的方向。
[0007]印制永磁同步电机定子由PCB构成，其定子绕组为印制绕组，故称为印制永磁同步电机。其他文献也叫PCB定子无铁芯轴向磁通永磁同步电机，或PCB定子无铁芯盘式永磁同步电机，或PCB定子盘式永磁同步电机。印制永磁同步电机作为轴向磁通电机一般有三种类型的结构：(1)单边结构：单转子单定子对等结构；(2)双边结构：外双转子中间定子结构或者外双定子中间转子结构；(3)多级结构：有多个定子和转子规律排列。
[0008]永磁体在定子侧的永磁同步电机虽然也有其盘式结构，但其都是依赖双凸极结构，故不能去铁芯化；永磁体在定子侧的几类永磁同步电机的转子存在磁通的变化，去铁芯
降低电机损耗没有太大的实际价值，所以定子无铁芯轴向磁通永磁同步电机的永磁体都在转子侧。同时因为定子无铁芯轴向磁通永磁同步电机的磁路基本上都是由磁阻极大的空气构成，转子侧的背铁的作用更倾向于给永磁体提供机械支撑，所以一般情况下都采用表贴式转子以获得较高的气隙磁密，并且不采用内埋式的转子结构。
[0009]印制永磁同步电机的数学模型与径向永磁同步电机基本一致，故径向磁通永磁同步电机中已有的矢量控制、直接转矩控制、无传感器控制、自适应控制等都能够应用在印制永磁同步电机中，根据矢量控制的解耦原理，转子位置信息与三相电流信息是矢量控制的关键。而通过对印制永磁同步电机转子漏磁进行详细分析过后，发现印制永磁同步电机漏磁是普遍存在的，并携带有完整的转子位置信息，故在此利用印制永磁同步电机转子漏磁进行转子位置检测。基于转子漏磁进行转子位置的获取，可省去外接的编码器结构，精简系统；同时与电机结构直接相关，可直接集成与电机内部，进行一体化设计。将传感器集成于电机内部，可使电机整体体积减小，进而适用范围更广；此外电机一般采用封闭式封装，传感器内置可避免外界干扰，使整个系统稳定得到提高。现有集成在电机内部的转子位置传感器为霍尔传感器，但由于现有的霍尔传感器的灵敏度，抗干扰能力以及线性度较差，只能采用开关离散的工作方式，并需要放置在气隙中间磁场较强位置，这样的处理方式会破坏气隙磁密的分布，同时会增加气隙长度，降低电机的功率密度。
[0010]近年来，研究人员对无位置传感器检测技术进行了大量的研究。该技术对电机本体要求高，在低速和零速条件下难以对电机进行控制，普适性不佳，且控制算法复杂，无法保证转子位置估测的准确性。因为永磁同步电机的高功率密度，高效率，广泛应用于高性能伺服工况中，伺服的精度与转子位置的精度直接相关，无位置传感器控制方法完全不能考虑，必须依赖高精度，高性能转子位置编码器。
[0011]不管时轴向漏磁，还是径向漏磁，对电机设计而言，都是对电磁性能的一种浪费，故电机漏磁都十分微弱。Printed PMSM的特殊结构，轴向漏磁普遍存在，但同样十分微弱，一般在mT级别以下。得益于当前磁测量仪器的发展，已经能够生产出体积小，分辨率高，灵敏度高的磁传感器，以TI公司生产的DRV425磁通门磁传感器为例，该传感器高为1mm，长4mm，宽4mm，测量范围为
±
2mT，能够满足印制永磁同步电机漏磁的测量。

技术实现思路

[0012]本专利技术要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种磁传感器模组、印制永磁同步电机及其应用方法，本专利技术针对印制永磁同步电机的结构特点，可使得电机有更多的动力传输空间，不会给电机带来额外的负载，可直接集成于印制同步电机的外壳外部或定子上；同时该方法输出信号为模拟信号，绝对式编码，可直接确定初始转子位置角，以及高精度编码的转子位置。
[0013]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0014]一种永磁同步电机用磁传感器模组，包括模组载体和分别布置在模组载体上的磁传感单元以及两个加法器电路，所述磁传感单元包括与永磁同步电机极对数相同的多个磁传感器对，且磁传感器对在数量、空间上成对偶关系，相邻磁传感器对之间电气相位差360
°
、机械角度相差360
°
/极对数，每一个磁传感器对均包含两类磁传感器，且两类磁传感器的漏磁信号相位相差90
°
，使得每一个磁传感器对的两类磁传感器之间电气角度相差
90
°
、机械角度相差90
°
/极对数，各个磁传感器对的同一类磁传感器的输出端分别与同一个加法器电路的输入端相连。
[0015]可选地，所述磁传感器为磁通门磁传感器或霍尔磁传感器。
[0016]可选地，所述模组载体为圆环状。
[0017]可选地，所述模组载体为PCB电路板。
[0018]可选地，所述PCB电路板内径大于永磁同步电机的转子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机用磁传感器模组，其特征在于，包括模组载体(1)和分别布置在模组载体(1)上的磁传感单元(2)以及两个加法器电路(3)，所述磁传感单元(2)包括与永磁同步电机极对数相同的多个磁传感器对(21)，且磁传感器对(21)在数量、空间上成对偶关系，相邻磁传感器对(21)之间电气相位差360
°
、机械角度相差360
°
/极对数，每一个磁传感器对(21)均包含两类磁传感器，且两类磁传感器的漏磁信号相位相差90
°
，使得每一个磁传感器对(21)的两类磁传感器之间电气角度相差90
°
、机械角度相差90
°
/极对数，各个磁传感器对(21)的同一类磁传感器的输出端分别与同一个加法器电路(3)的输入端相连。2.根据权利要求1所述的永磁同步电机用磁传感器模组，其特征在于，所述磁传感器为磁通门磁传感器或霍尔磁传感器。3.根据权利要求1所述的永磁同步电机用磁传感器模组，其特征在于，所述模组载体(1)为圆环状。4.根据权利要求3所述的永磁同步电机用磁传感器模组，其特征在于，所述模组载体(1)为PCB电路板。5.根据权利要求4所述的永磁同步电机用磁传感器模组，其特征在于，所述PCB电路板内径大于永磁同步电机的转子的外径，外径等于永磁同步电机的定子的外径。6.根据权利要求1所述的永磁同步电机用磁传感器模组，其特征在于，所述加法器电路(3)包括相互连接的线与求和电路和运算放大电路，各个磁传感器对(21)的同一类磁传感器的输出端分别与同一个加法器电路(3)的线与求和电路的输入端相连。7.根据权利要求6所述的永磁同步电...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓飞，周俊鸿，谢金平，龙卓，黄凤琴，唐瑶，黄守道，彭鑫，唐镜博，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：