电机转子位置和转速的检测装置及方法
【专利摘要】本发明提供了一种电机转子位置和转速的检测装置，包括固定设置于电机转子的转轴上的位置传感器转子，所述位置传感器转子包括能够产生正弦空间磁场的永磁体，所述检测装置还包括设置于电机定子上的用于检测所述正弦空间磁场的3个线性霍尔元件，各所述线性霍尔元件以互差120度电角度的方式分布在与所述转轴垂直的平面上的以所述转轴为圆心的圆周上。本发明还提供了一种电机转子位置和转速的检测方法，根据3个线性霍尔元件输出的电压值的大小关系判断当前处于电角度周期中的哪个电角度区间，再根据所述电压值和所述电角度区间计算所述电机转子的位置。本发明能够低成本且高精度、高可靠性地实现电机转子的位置和速度检测。
【专利说明】电机转子位置和转速的检测装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电机检测领域，特别涉及一种电机转子位置和转速的检测装置及方法。
【背景技术】
[0002]目前，电动自行车、自平衡电动两轮车、具有平衡功能的独轮车和电动汽车等都以电动机作为主要动力输出装置，这些应用领域的成本较低，但是对电动机转子位置传感器的精度及可靠性的要求比较高。
[0003]现有技术中，永磁无刷直流电动机的位置检测装置有:离散霍尔传感器、光电编码器和旋转变压器。离散霍尔传感器在一个电角度周期提供六个位置，位置精度低，采用此位置检测装置，电机转矩脉动大、速度计算精度低。光电编码器虽然位置精度高，但价格昂贵，且受应用环境影响较大，不合适对可靠性要求高且成本低的电动车领域。旋转变压器可靠性及位置检测精度都很高，但其同样价格昂贵，且解码算法复杂，需要采用硬件芯片解码，虽然电路简单，但解码芯片价格昂贵。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于，提供一种低成本且精度和可靠性高的电机转子位置和转速的检测装置及方法。
[0005]为此，本发明提供了一种电机转子位置和转速的检测装置，包括固定设置于电机转子的转轴上的位置传感器转子，所述位置传感器转子包括能够产生正弦空间磁场的永磁体，所述检测装置还包括设置于电机定子上的用于检测所述正弦空间磁场的3个线性霍尔元件，各所述线性霍尔元件以互差120度电角度的方式分布在与所述转轴垂直的平面上的以所述转轴为圆心的圆周上。
[0006]进一步地，所述圆周的半径为能够使得所述线性霍尔元件检测到的磁场强度小于其能够感应的最大磁场强度的数值并且大于预定值。
[0007]优选地，所述永磁体具有两个对极。
[0008]优选地，所述永磁体为磁极交替分布的四片瓦片式钕铁硼磁钢。
[0009]本发明还提供了一种基于所述电机转子位置和转速的检测装置的电机转子位置和转速的检测方法，根据所述3个线性霍尔元件中依次相邻布置的第一线性霍尔元件、第二线性霍尔元件和第三线性霍尔元件分别输出的第一电压值、第二电压值和第三电压值之间的大小关系判断当前处于电角度周期中的哪个电角度区间，再根据所述电压值和所述电角度区间计算所述电机转子的位置。
[0010]进一步地，所述判断当前处于电角度周期中的哪个电角度区间具体包括:当第二电压值小于或等于第一电压值且第一电压值小于第三电压值时，所述电角度区间为第一区间；当第二电压值小于或等于第三电压值且第三电压值小于第一电压值时，所述电角度区间为第二区间；当第三电压值小于或等于第二电压值且第二电压值小于第一电压值时，所述电角度区间为第三区间；当第三电压值小于或等于第一电压值且第一电压值小于第二电压值时，所述电角度区间为第四区间；当第一电压值小于或等于第三电压值且第三电压值小于第二电压值时，所述电角度区间为第五区间；当第一电压值小于或等于第二电压值且第二电压值小于第三电压值时，所述电角度区间为第六区间。
[0011]优选地，根据如下公式计算所述电机转子的位置Θ…
[0012]Θ e= θ χ+Κ.Ve，其中，θ χ为所述电角度区间的初始位置，其取值如下:
[0013]
【权利要求】
1.一种电机转子位置和转速的检测装置，包括固定设置于电机转子的转轴上的位置传感器转子，其特征在于，所述位置传感器转子包括能够产生正弦空间磁场的永磁体，所述检测装置还包括设置于电机定子上的用于检测所述正弦空间磁场的3个线性霍尔元件，各所述线性霍尔元件以互差120度电角度的方式分布在与所述转轴垂直的平面上的以所述转轴为圆心的圆周上。
2.根据权利要求1所述的电机转子位置和转速的检测装置，其特征在于，所述圆周的半径为能够使得所述线性霍尔元件检测到的磁场强度小于其能够感应的最大磁场强度的数值并且大于预定值。
3.根据权利要求1所述的电机转子位置和转速的检测装置，其特征在于，所述永磁体具有两个对极。
4.根据权利要求3所述的电机转子位置和转速的检测装置，其特征在于，所述永磁体为磁极交替分布的四片瓦片式钕铁硼磁钢。
5.一种基于权利要求1所述的电机转子位置和转速的检测装置的电机转子位置和转速的检测方法，其特征在于，根据所述3个线性霍尔元件中依次相邻布置的第一线性霍尔元件、第二线性霍 尔元件和第三线性霍尔元件分别输出的第一电压值、第二电压值和第三电压值之间的大小关系判断当前处于电角度周期中的哪个电角度区间，再根据所述电压值和所述电角度区间计算所述电机转子的位置。
6.根据权利要求5所述的电机转子位置和转速的检测方法，其特征在于，所述判断当前处于电角度周期中的哪个电角度区间具体包括: 当第二电压值小于或等于第一电压值且第一电压值小于第三电压值时，所述电角度区间为第一区间； 当第二电压值小于或等于第三电压值且第三电压值小于第一电压值时，所述电角度区间为第二区间； 当第三电压值小于或等于第二电压值且第二电压值小于第一电压值时，所述电角度区间为第三区间； 当第三电压值小于或等于第一电压值且第一电压值小于第二电压值时，所述电角度区间为第四区间； 当第一电压值小于或等于第三电压值且第三电压值小于第二电压值时，所述电角度区间为第五区间； 当第一电压值小于或等于第二电压值且第二电压值小于第三电压值时，所述电角度区间为第六区间。
7.根据权利要求6所述的电机转子位置和转速的检测方法，其特征在于，根据如下公式计算所述电机转子的位置K..θ e= θ χ+Κ.Ve, 其中， θ χ为所述电角度区间的初始位置，其取值如下:
8.根据权利要求6所述的电机转子位置和转速的检测方法，其特征在于，根据如下公式计算所述电机转子的位置
Θ e= Θ x+arcsin (K.Ve), 其中， θ χ为所述电角度区间的初始位置，其取值如下:
9.根据权利要求5所述的电机转子位置和转速的检测方法，其特征在于，还包括根据两个以上所述电机转子的位置计算所述电机转子的转速。
10.根据权利要求9所述的电机转子位置和转速的检测方法，其特征在于，计算得到k-Ι时刻的转子位置Θ 6 ^和k时刻的转子位置Θ e；k, k-1时刻和k时刻之间的时间差为τ，根据如下公式计算所述电机转子的转速nk:
. 60 χ (H 丨) Hk =- k2ρπΤ 其中，P为所述位置传感器转子的永磁体的极对数。
【文档编号】H02P6/16GK103731077SQ201410027236
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2014年1月21日 优先权日:2014年1月21日
【发明者】王建宽, 方继勇, 陈养彬 申请人:上海新世纪机器人有限公司