本發(fā)明涉及電機技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種集成磁編碼器和霍爾開關(guān)確定位置的外轉(zhuǎn)子永磁同步電機。

背景技術(shù)：

外轉(zhuǎn)子永磁同步電機獲取位置的方式一般采用高分辨率的位置傳感器，比如旋轉(zhuǎn)變壓器、絕對式光電編碼器或者增量型光電編碼器，這些傳感器的性能容易受到高溫、潮濕、油污等惡劣環(huán)境的影響，并且光電編碼器易碎容易受到振動的影響。旋轉(zhuǎn)變壓器尺寸較大，從而增加電機體積，影響電機運行的穩(wěn)定性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供了一種集成磁編碼器和霍爾開關(guān)確定位置的外轉(zhuǎn)子永磁同步電機，旨在解決旋轉(zhuǎn)變壓器、絕對式光電編碼器或者增量型光電編碼器性能容易受到高溫、潮濕、油污等惡劣環(huán)境的影響，并且光電編碼器易碎容易受到振動的影響，旋轉(zhuǎn)變壓器尺寸較大，從而增加電機體積，影響電機運行的穩(wěn)定性的問題；本發(fā)明提供的外轉(zhuǎn)子永磁同步電機具有位置精度高，占用安裝空間小，抗沖擊、抗振動、抗油污的優(yōu)點。

本發(fā)明提供了一種集成磁編碼器和霍爾開關(guān)確定位置的外轉(zhuǎn)子永磁同步電機，包括：電機旋轉(zhuǎn)模塊、電機靜止模塊以及用于連接電機旋轉(zhuǎn)模塊和電機靜止模塊的連接部件；電機旋轉(zhuǎn)模塊包括：電機轉(zhuǎn)子和傳感器旋轉(zhuǎn)模塊；其中，電機轉(zhuǎn)子包括：相互連接的機殼和永磁體；所述傳感器旋轉(zhuǎn)模塊包括：永磁壓塊、磁環(huán)放置盤、霍爾磁體和多對極磁環(huán)，所述永磁壓塊外側(cè)和所述機殼固定連接，所述永磁壓塊內(nèi)側(cè)和所述磁環(huán)放置盤固定連接，所述磁環(huán)放置盤隨所述機殼同步旋轉(zhuǎn)；在所述磁環(huán)放置盤內(nèi)固定有所述霍爾磁體和所述多對極磁環(huán)，使得所述霍爾磁體和所述多對極磁環(huán)隨電機轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)；所述電機靜止模塊包括：電機定子和傳感器靜止模塊；所述電機定子包括：相互固定連接的定子和軸，在所述定子上設(shè)置有繞組；所述傳感器靜止模塊包括：編碼器艙體和控制電路板，所述編碼器艙體和所述軸固定連接，所述控制電路板放置在所述編碼器艙體內(nèi)且與所述編碼器艙體固定連接；所述控制電路板用于將直流電逆變成三相交流電并供給定子繞組，使得電機正常工作。

更進一步地，所述控制電路板包括：編碼器和霍爾開關(guān)，所述編碼器用來感應(yīng)磁環(huán)產(chǎn)生轉(zhuǎn)子位置a方波信號和b方波信號；所述霍爾開關(guān)用于感應(yīng)所述霍爾磁體產(chǎn)生轉(zhuǎn)子位置零點信號。

更進一步地，連接部件包括：后軸承和前軸承，所述后軸承用于連接所述機殼和所述軸；所述前軸承用于連接所述軸和所述永磁壓塊。

更進一步地，定子為斜槽結(jié)構(gòu)，斜槽角度為15°。

更進一步地，霍爾磁體放置在磁環(huán)放置盤內(nèi)，霍爾開關(guān)放置在控制板上，霍爾磁體的充磁方向沿電機軸向，霍爾磁體放置在正對霍爾開關(guān)的位置上，每當(dāng)霍爾磁體轉(zhuǎn)到霍爾開關(guān)的正下方，霍爾開關(guān)輸出高電平，當(dāng)霍爾磁體遠(yuǎn)離霍爾開關(guān)，霍爾開關(guān)輸出低電平，霍爾開關(guān)的輸出信號接至單片機，每當(dāng)單片機收到霍爾開關(guān)的上升沿信號，表明霍爾磁體旋轉(zhuǎn)至霍爾開關(guān)的正下方，把此位置作為電機位置信號原點。

更進一步地，磁編碼器產(chǎn)生互差90°的a方波信號和b方波信號，多極磁環(huán)旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生3520個周期的方波信號，單片機讀取霍爾開關(guān)下降沿的位置作為電機旋轉(zhuǎn)的零點，單片機寄存器開始記錄a信號和b信號的個數(shù)，每次單片機讀到3520個a信號和b信號的時刻，電機再次旋轉(zhuǎn)至零點，同時單片機讀取霍爾開關(guān)下降沿然后將存放a信號和b信號的單片機寄存器清零，該寄存器再次從零開始計數(shù)，如此往復(fù)；通過讀取一個機械周期內(nèi)a信號或b信號的個數(shù)確定電機的絕對位置，通過一段時間內(nèi)讀取霍爾開關(guān)低電平下降沿的個數(shù)可以得到電機的轉(zhuǎn)速。電機順時針旋轉(zhuǎn)，a信號超前b信號90°，電機逆時針旋轉(zhuǎn)，則b信號超前a信號90°，通過讀取a、b信號的超前滯后關(guān)系確定電機的轉(zhuǎn)向。

通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于采用霍爾磁體、霍爾傳感器、霍爾磁環(huán)和磁編碼器獲取轉(zhuǎn)子位置的方式，使得獲取的電機轉(zhuǎn)子位置更精確，相比光電編碼器靠紅外線獲取轉(zhuǎn)子位置，因而光電編碼器易碎以及容易受到潮濕、油污等惡劣環(huán)境的影響，本發(fā)明專利所構(gòu)思的方案依靠磁場獲取電機轉(zhuǎn)子位置，因而不受到潮濕、油污等惡劣環(huán)境影響，并且結(jié)構(gòu)堅固，可靠性高；相比旋轉(zhuǎn)變壓器，本發(fā)明專利采用的方案體積小。重量輕，可以將磁編碼器和霍爾磁體集成在外轉(zhuǎn)子永磁同步電機內(nèi)，使得外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)更緊湊，可靠性更高，綜上，本發(fā)明提供的外轉(zhuǎn)子永磁同步電機具有位置精度高，占用安裝空間小，抗沖擊、抗振動、抗油污的優(yōu)點。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的多對極磁環(huán)示意圖；

圖3是本發(fā)明的多對極磁環(huán)放置在磁環(huán)放置環(huán)的示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明提供的集成磁編碼器和霍爾開關(guān)確定位置的外轉(zhuǎn)子永磁同步電機包括：由機殼、永磁體組成電機轉(zhuǎn)子，永磁壓塊、磁環(huán)放置盤、多對極磁環(huán)與轉(zhuǎn)子固定，由定子、編碼器艙體、控制電路板、磁編碼器、霍爾開關(guān)、霍爾磁體、軸、定子壓圈組成電機靜止模塊，由后軸承、前軸承組成的電機旋轉(zhuǎn)模塊和靜止模塊的連接部件，其中，多對極磁環(huán)固定在磁環(huán)放置盤內(nèi)，磁環(huán)放置盤與永磁壓塊螺紋配合固定，永磁壓塊和機殼螺紋配合固定，電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)帶動多對極磁環(huán)旋轉(zhuǎn)；磁編碼器和霍爾開關(guān)放置在控制電路板上，控制電路板固定在編碼器艙體內(nèi)，編碼器艙體與軸螺紋配合固定，軸和定子靜止不動；多對極磁環(huán)為軸向充磁，多對極磁環(huán)跟隨軸沿圓周方向旋轉(zhuǎn)，磁編碼器靜止不動，磁編碼器的下表面距離多對極磁環(huán)的上表面0.5mm，磁編碼器感應(yīng)到多對極磁環(huán)ns交替，產(chǎn)生互差90°的a方波信號和b方波信號，多極磁環(huán)旋轉(zhuǎn)一周可以產(chǎn)生3520個周期的方波信號，對應(yīng)電機機械旋轉(zhuǎn)360°；通過單片機讀取a方波信號或者b方波信號的數(shù)量確定電機旋轉(zhuǎn)的機械角度。

霍爾磁體放置在磁環(huán)放置盤內(nèi)，霍爾開關(guān)放置在控制板上，霍爾磁體的充磁方向沿電機軸向，霍爾磁體放置在正對霍爾開關(guān)的位置上，每當(dāng)霍爾磁體轉(zhuǎn)到霍爾開關(guān)的正下方，霍爾開關(guān)輸出高電平，當(dāng)霍爾磁體遠(yuǎn)離霍爾開關(guān)，霍爾開關(guān)輸出低電平，霍爾開關(guān)的輸出信號接至單片機，每當(dāng)單片機收到霍爾開關(guān)的上升沿信號，表明霍爾磁體旋轉(zhuǎn)至霍爾開關(guān)的正下方，把此位置作為電機位置信號原點。

磁編碼器產(chǎn)生互差90°的a方波信號和b方波信號，多極磁環(huán)旋轉(zhuǎn)一周可以產(chǎn)生3520個周期的方波信號，單片機讀取霍爾開關(guān)下降沿的位置作為電機旋轉(zhuǎn)的零點，單片機寄存器開始記錄a信號和b信號的個數(shù)，每次單片機讀到3520個a信號和b信號的時刻，電機再次旋轉(zhuǎn)至零點，同時單片機讀取霍爾開關(guān)下降沿然后將存放a信號和b信號的單片機寄存器清零，該寄存器再次從零開始計數(shù)，如此往復(fù)。通過讀取一個機械周期內(nèi)a信號或b信號的個數(shù)確定電機的絕對位置，通過一段時間內(nèi)讀取霍爾開關(guān)低電平下降沿的個數(shù)可以得到電機的轉(zhuǎn)速。電機順時針旋轉(zhuǎn)，a信號超前b信號90°，電機逆時針旋轉(zhuǎn)，則b信號超前a信號90°，通過讀取a、b信號的超前滯后關(guān)系確定電機的轉(zhuǎn)向。

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例緊緊用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及的技術(shù)特征只要彼此之前未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

如圖1所示，一種集成磁編碼器和霍爾開關(guān)確定位置的外轉(zhuǎn)子永磁同步電機包括：電機旋轉(zhuǎn)模塊、電機靜止模塊以及用于連接電機旋轉(zhuǎn)模塊和電機靜止模塊的連接部件；

電機旋轉(zhuǎn)模塊包括：電機轉(zhuǎn)子和傳感器旋轉(zhuǎn)模塊；其中，電機轉(zhuǎn)子包括：機殼2和永磁體3，兩者靠膠粘連。傳感器旋轉(zhuǎn)模塊包括：永磁壓塊5、磁環(huán)放置盤6、霍爾磁體7和多對極磁環(huán)12，永磁壓塊5外側(cè)和機殼2螺紋配合固定，內(nèi)側(cè)和磁環(huán)放置盤6螺紋配合固定，起到固定永磁體防止永磁體軸向竄動，并且起到機殼2和磁環(huán)放置盤6的連接部件，使得磁環(huán)放置盤6隨機殼2同步旋轉(zhuǎn)。磁環(huán)放置盤6內(nèi)靠膠固定有霍爾磁體7和多對極磁環(huán)12，使得霍爾磁體7和多對極磁環(huán)12隨電機轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)。

電機靜止模塊包括：電機定子和傳感器靜止模塊；其中，電機定子包括：定子4和軸14，定子4和軸14靠502膠固定不動，定子上有繞組，定子繞組通電和有用磁鐵的轉(zhuǎn)子組成永磁同步電機。傳感器靜止模塊包括：編碼器艙體9和控制電路板10，編碼器艙體9和軸螺紋配合固定，控制電路板10放置在編碼器艙體9內(nèi)，與編碼器艙體9螺紋配合固定。控制電路板10將直流電逆變成三相交流電供給定子繞組，使得電機正常工作，控制電路板10中設(shè)置有編碼器11和霍爾開關(guān)8，編碼器11和霍爾開關(guān)8焊接在控制電路板10上，編碼器11用來感應(yīng)磁環(huán)產(chǎn)生轉(zhuǎn)子位置a方波信號和b方波信號，霍爾開關(guān)8感應(yīng)霍爾磁體7產(chǎn)生轉(zhuǎn)子位置零點信號。

連接部件包括：后軸承1和前軸承12，后軸承1用來連接機殼2和軸14，前軸承12用來連接軸14和永磁壓塊5。

如圖2所示，為多對極磁環(huán)示意圖，多對極磁環(huán)12的充磁方向為軸向充磁，黑色區(qū)域代表n極，白色區(qū)域代表s極，磁環(huán)被均勻分成22個n極和22個s極，相當(dāng)于轉(zhuǎn)子被均分成44個位置范圍，磁編碼器又將44個位置范圍中的每個范圍均分成80份，產(chǎn)生a方波信號和b方波信號，這樣，相當(dāng)于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一個機械周期，磁編碼器感應(yīng)到3520個a方波信號和b方波信號。

在本發(fā)明實施例中，如圖3所示，多對極磁環(huán)12和霍爾磁體7隨轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)，磁編碼器靜止不動，磁編碼器的下表面距離多對極磁環(huán)的上表面0.5mm，磁編碼器感應(yīng)到多對極磁環(huán)ns交替，產(chǎn)生互差90°的a方波信號和b方波信號，多極磁環(huán)旋轉(zhuǎn)一周可以產(chǎn)生3520個周期的方波信號，對應(yīng)電機機械旋轉(zhuǎn)360°；通過單片機讀取a方波信號或者b方波信號的數(shù)量確定電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的位置。

霍爾磁體放置在磁環(huán)放置盤內(nèi)，霍爾開關(guān)放置在控制板上，霍爾磁體的充磁方向沿電機軸向，霍爾磁體放置在正對霍爾開關(guān)的位置上，每當(dāng)霍爾磁體轉(zhuǎn)到到霍爾開關(guān)的正下方，霍爾開關(guān)輸出高電平，當(dāng)霍爾磁體遠(yuǎn)離霍爾傳感器，霍爾傳感器輸出低電平，霍爾開關(guān)的輸出信號接至單片機，每當(dāng)單片機收到霍爾傳感器的上升沿信號，表明霍爾磁體旋轉(zhuǎn)至霍爾開關(guān)的正下方，把此位置作為電機位置信號原點。

磁編碼器產(chǎn)生互差90°的a方波信號和b方波信號，多極磁環(huán)旋轉(zhuǎn)一周可以產(chǎn)生3520個周期的方波信號，單片機讀取紅外式霍爾開關(guān)下降沿的位置作為電機旋轉(zhuǎn)的零點，單片機寄存器開始記錄a信號和b信號的個數(shù)，每次單片機讀到3520個a信號和b信號的時刻，電機再次旋轉(zhuǎn)至零點，同時單片機讀取紅外式霍爾開關(guān)下降沿然后將存放a信號和b信號的單片機寄存器清零，該寄存器再次從零開始計數(shù)，如此往復(fù)。通過讀取一個機械周期內(nèi)a信號或b信號的個數(shù)確定電機的絕對位置，通過一段時間內(nèi)讀取紅外式霍爾開關(guān)低電平下降沿的個數(shù)可以得到電機的轉(zhuǎn)速。電機順時針旋轉(zhuǎn)，a信號超前b信號90°，電機逆時針旋轉(zhuǎn)，則b信號超前a信號90°，通過讀取a、b信號的超前滯后關(guān)系確定電機的轉(zhuǎn)向。

相比傳統(tǒng)的光電編碼器和旋轉(zhuǎn)變壓器，本發(fā)明提出的集成磁編碼器和霍爾開關(guān)確定位置的方式使得電機結(jié)構(gòu)更緊湊，由于采用磁場感應(yīng)的方式，相比光電編碼器，磁編碼器不會受到油污、振動等惡劣條件的影響，提高電機運行的穩(wěn)定性。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。