一种三相多态伺服电机制造技术

本实用新型专利技术涉及一种三相多态伺服电机，包括定子、转子、伺服控制器以及设于定子端面上的用于检转子磁场位置的线性霍尔元件和开关霍尔元件；线性霍尔元件和开关霍尔元件之间的电角度为90°，线性霍尔元件和开关霍尔元件分别连接至伺服控制器；该伺服电机的定子极上还绕有两组串联的三相绕组。本实用新型专利技术仅采用一个线性霍尔和一个开关霍尔检测位置，不会产生相位误差和幅值误差，可以获得的精确的位置信息。双三相绕组通过伺服控制器自动改变驱动信号，能够实现双三相绕组串联的H桥驱动和双三相绕组并联的Y全桥驱动，从而大幅度提高了电机绕组和电源的利用率。此外，本实用新型专利技术采用正弦波矢量控制，电机的力矩波动小、噪音小、高效率的区域宽。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种伺服电机，更具体地说，涉及一种三相多态伺服电机。
技术介绍
传统的永磁电机、集中绕组永磁电机可能采用独立的位置传感器，例如旋转变压器(resolver)或光电编码器，不仅成本高，且安装困难。在电动自行车、电动摩托车中，为了降低成本，通常直接在电机定子上安装3个开关霍尔或3-4个线性霍尔来构成简易位置传感器，来实现电机换相或位置检测。这种方法中要求霍尔安装位置十分精确，因为当电机极对数P很大时，机械安装的精度需要提高P倍，且安装的位置与电机绕组下线方式、电机的极数、电机的槽数都有关系，特别是电机的电枢反应对位置检测有士3-5°的影响，因此这种简易位置传感器位置检测的偏差都在士3-10°左右，长期阻碍电机及控制器的生产和发展。正弦波驱动是电机的发展方向，它需要完整的位置信息，来实现正弦波矢量控制， 但正弦波驱动的生产成本高。为了降低成本，目前的控制器还采用通过一种基于预估的 180°正弦波驱动方法。它利用U、V、W开关霍尔的电机磁极位置方波信息，采用位置预估方法构建预估的正弦波位置信息，然后实现简易的180°正弦波驱动。简易的180°正弦波驱动在变速过程中的性能很差，可靠性不可能高。在公告号为CN200972824Y的中国专利中，公开了一种独立的位置传感器，即霍尔旋转变压器，使用四个线性霍尔元件，将180°布置的两个线性霍尔元件的输出电压相减， 试图补偿定、转子装配偏心，但由于无法同时补偿径向和切向磁场分量，所以不能起到良好的补偿效果，而且还存在磁极均勻性等问题。对于电动自行车、电动摩托车成本太高，而且独立结构传感器无法安装和被采用。ZL200820207106. 9专利中的霍尔旋转变压器，增加了一个环形软磁铁芯，将三维空间磁场，约束为二维空间磁场，大大改进了装配造成的偏差，但仍需要至少2个90°正交的线性霍尔元件，或3个120°分布的线性霍尔元件，分布精度和线性霍尔元件的一致性都会直接导致霍尔旋转变压器的幅值误差和相位误差，导致位置检测偏差，且多个线性霍尔元件成本较高，而且独立结构无法安装和被采用。现有独立的霍尔旋转变压器的位置偏差只能达到0.5° 1°左右，而且性价比不够高。传统的低电压永磁电机、集中绕组永磁电机，例如电动汽车、电动自行车、电动摩托车可能电池供电，电池组的电压不高，一般在24V 64V左右，传统的三相Y全桥驱动电机的绕组和电源利用率不高，为了提高绕组和电源利用率，工业上可以采用单H桥驱动，为了达到两种状态，需要将6个绕组端全部引出，并通过硬件开关切换的方法，实现单H桥到单Y全桥驱动两种状态的切换，成本高可靠性低，难以实用
技术实现思路
本技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种三相多态电机。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是构造一种三相多态电机，包括定子，转子，伺服控制器，以及设于所述定子端面上的用于检测所述转子磁场位置的线性霍尔元件和开关霍尔元件；所述线性霍尔元件和开关霍尔元件均位于所述定子冲片的圆周面上，所述线性霍尔元件和开关霍尔元件之间的电角度为90°，且所述线性霍尔元件和开关霍尔元件的磁敏感面均与所述转子的磁极表面相对；所述线性霍尔元件和开关霍尔元件分别连接至所述伺服控制器；该伺服电机的定子极上还绕有两组串联的三相绕组，两所述三相绕组串联后形成 A相进线端和A相出线端、B相进线端和B相出线端、以及C相进线端和C相出线端；且两所述三相绕组的中点相接在一起；所述伺服控制器包括功率驱动模块，所述功率驱动模块的功率开关的A相H桥电路与所述A相进线端和A相出线端相连接，所述功率开关的B相H桥电路与所述B相进线端和B相出线端连接，所述功率开关的C相H桥电路与所述C相进线端和C相出线端连接。本技术所述的三相多态伺服电机，其中，所述A相H桥电路包括上桥T1、T2和下桥Τ7、Τ8 ；所述B相H桥电路包括上桥Τ3、Τ4和下桥Τ9、TlO ；所述C相H桥电路包括上桥 Τ5、Τ5 和下桥 Τ11、Τ12。本技术所述的三相多态伺服电机，其中，所述定子冲片第一个绕线槽的槽口设有与所述线性霍尔元件的大小相匹配的线性霍尔元件槽；所述定子冲片第一个定子极上设有与所述开关霍尔元件大小相匹配的开关霍尔槽；所述定子冲片线性霍尔槽的中心与所述开关霍尔槽的中心在空间相差90°的电角度；所述线性霍尔元件位于所述线性霍尔槽中，所述开关霍尔元件位于所述开关霍尔槽中。本技术所述的三相多态伺服电机，其中，所述伺服控制器包括转角变换电路和速度变换电路所述转角变换电路包括用于将所述线性霍尔元件输出的正弦波模拟输出电压转换成数字量的A/D转换模块，经所述A/D转换模块所得的数字量通过所述开关霍尔元件提供的符号函数来区分正弦波按90°为周期的多值性，最后通过所述伺服控制器的控制核心运算获得具有唯一性的数字量位置信号。本技术所述的三相多态伺服电机，其中，所述伺服控制器的控制核心为数字信号DSP或单片机MCU。本技术所述的三相多态伺服电机，其中，所述伺服控制器的控制核心为现场可编程门阵列FPGA或专用集成电路ASIC。本技术所述的三相多态伺服电机，其中，该伺服电机为磁极对数为P = 3，槽数S = 9的内转子电机。本技术所述的三相多态伺服电机，其中，该伺服电机为磁极对数为P = 23，槽数S = 51的外转子轮毂电机。本技术所述的三相多态伺服电机，其中，该伺服电机为磁极对数为P = 24，槽数S = M的外转子轮毂电机。实施本技术的三相多态伺服电机，具有以下有益效果本技术仅采用一个线性霍尔和一个开关霍尔检测位置，霍尔元件安装方便，且不会产生相位误差和幅值误差，可以获得的精确的位置信息。双三相绕组通过伺服控制器自动改变驱动信号，能够实现双三相绕组串联的H桥驱动和双三相绕组并联的Y全桥驱动，从而大幅度提高了电机绕组和电源的利用率。此外，本技术采用正弦波矢量控制，电机的力矩波动小、噪音小、高效率的区域宽。附图说明下面将结合附图及实施例对本技术作进一步说明，附图中图1是本技术优选实施例中当三相多态伺服电机为P = 3，S = 9的内转子电机时的结构原理图；图2是本技术三相多态伺服电机优选实施例中双三相绕组串联的H桥驱动结构原理图；图3A和图;3B是本技术三相多态伺服电机优选实施例中双三相绕组并联的Y 桥驱动结构原理图；图4是本技术三相多态伺服电机优选实施例中伺服控制器的静态控制特性；图5是本技术三相多态伺服电机优选实施例中霍尔元件和绕组元件的输出波形图；图6是本技术三相多态伺服电机中电机、霍尔传感器及伺服控制器示意图；图7是本技术三相多态伺服电机中伺服控制器的原理框图；图8是本技术三相多态伺服电机中图7的转角输出数字量；图9是本技术实施例中P = 23，S = 51外转子电机含传感器的结构原理图；图10是本技术实施例中P = M，S = M外转子电机含传感器的结构原理图。具体实施方式如图1所示，本实施例中，该三相多态伺服电机包括定子1，转子，伺服控制器，以及设于定子1端面上的用于检测转子磁场位置的线性霍尔元件2和开关霍尔元件3。为了接线方便，线性霍尔元件2和开关霍尔元件3均位于定子冲片的圆周面上，线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杜坤梅，
申请(专利权)人：浙江博望科技发展有限公司，
类型：实用新型
国别省市：