專利名稱：稀土永磁無(wú)刷直流電機(jī)測(cè)速、測(cè)位一體化傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種稀土永磁無(wú)刷直流電機(jī)專用的稀土永磁無(wú)刷直流測(cè)速發(fā)電機(jī)和轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)裝置一體化的傳感器結(jié)構(gòu)。
稀土永磁無(wú)刷直流電機(jī)是一種調(diào)速性能十分優(yōu)越的調(diào)速電機(jī)，精良設(shè)計(jì)、制造的產(chǎn)品具有2000∶1以上的調(diào)速范圍潛力。然而，要真正把這種潛力變?yōu)橐环N現(xiàn)實(shí)，就必須有一種快速響應(yīng)的、檢測(cè)精度高的測(cè)速裝置做為速度反饋單元。傳統(tǒng)的光電脈沖編碼器在完成2000∶1這類電機(jī)調(diào)速要求時(shí)，已經(jīng)出現(xiàn)快速響應(yīng)跟不上的弱點(diǎn)。因此，一種新型的稀土永磁無(wú)刷直流測(cè)速發(fā)電機(jī)技術(shù)得到了快速發(fā)展。另一方面，稀土永磁無(wú)刷直流電機(jī)要正常運(yùn)轉(zhuǎn)、還需要一個(gè)檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的傳感器，特別的是當(dāng)電機(jī)有正、反兩種旋轉(zhuǎn)要求時(shí)，該傳感器的構(gòu)造也相應(yīng)的復(fù)雜了。本發(fā)明提出一種結(jié)構(gòu)，不僅保證了測(cè)速發(fā)電機(jī)具有良好的測(cè)速信號(hào)紋波率，而且保證了測(cè)速信號(hào)的快速響應(yīng)能力，同時(shí)也將轉(zhuǎn)子位置傳感器有機(jī)地與之結(jié)合成一個(gè)整體。在解決正、反旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性方面提出了一種新的位置傳感器布置方案。
本實(shí)用新型的目的在于為稀土永磁無(wú)刷直流電機(jī)提供一種一體化傳感器，同時(shí)解決高精度、快速響應(yīng)測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速和雙向?qū)ΨQ測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，為以稀土永磁無(wú)刷直流電機(jī)為核心的調(diào)速控制系統(tǒng)完成速度與位置的閉環(huán)控制。
本實(shí)用新型在結(jié)構(gòu)上將測(cè)速、測(cè)位合為一體，在電路上是各自獨(dú)立的，具有制造、裝配方便，使用靈活的優(yōu)點(diǎn)。
本實(shí)用新型的技術(shù)特征通過(guò)以下實(shí)施例并結(jié)合附圖加以詳述附

圖1為稀土永磁無(wú)刷直流測(cè)速發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖，實(shí)施例為16個(gè)稀土永磁磁極和8個(gè)光柵齒結(jié)構(gòu)。16個(gè)稀土永磁磁極是測(cè)速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，磁極為瓦片削頂形狀(圖2示意)，其削頂弦長(zhǎng)為1/2理論弧長(zhǎng)左右，按實(shí)際需要可大些或小些，以保證測(cè)速信號(hào)波形是90°平頂波為準(zhǔn)，磁極的極弧系數(shù)為1.0，磁極排列為N、S、N、S……常規(guī)交錯(cuò)組合，并采用粘接方式將磁極固定到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵芯上。8個(gè)光柵齒均為180°(電角)，齒、槽對(duì)稱分布，也固定到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵芯上。光柵齒分布圓周與磁極分布圓周均為同一個(gè)軸心。發(fā)電機(jī)的定子繞組分A、B、C、D四相，相位分布差為90°(電角)，繞組采用無(wú)齒槽形式固定于定子鐵芯內(nèi)側(cè)，以保證測(cè)速信號(hào)中不含齒諧波成份。
測(cè)速發(fā)電機(jī)工作原理如下(圖6示)，轉(zhuǎn)子磁極旋轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)電機(jī)定子繞組A、B、C、D中產(chǎn)生平頂為90°(電角)、相位差為90°的電勢(shì)信號(hào)，該電勢(shì)信號(hào)與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度成正比關(guān)系，與轉(zhuǎn)子磁極同步旋轉(zhuǎn)的光柵在光電開關(guān)中產(chǎn)生180°(電角)的對(duì)稱方波信號(hào)，由于兩個(gè)光電開關(guān)分布90°(電角)，因此，兩個(gè)光電開關(guān)產(chǎn)生的180°對(duì)稱方波信號(hào)在相位上出現(xiàn)90°(電角)的相位差，這樣，兩個(gè)光電開關(guān)就為模擬電子開關(guān)提供了00、01、10、11四種組合信息，模擬電子開關(guān)根據(jù)這四種組合信息，分時(shí)取出定子繞組電勢(shì)EA、EB、EC、ED中的平頂部分送給后面的放大器A，模擬電子開關(guān)在這里完成了將四相原始的平頂交流測(cè)速信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)直流電平測(cè)速信號(hào)的任務(wù)，經(jīng)放大的直流電平測(cè)速信號(hào)在后續(xù)的電壓/電流轉(zhuǎn)換單元變換成直流電流測(cè)速信號(hào)，這個(gè)直流電流測(cè)速信號(hào)在幅值上與測(cè)速發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度嚴(yán)格成正比關(guān)系，整個(gè)信號(hào)傳遞過(guò)程無(wú)時(shí)間慣性元件，并且允許較長(zhǎng)距離的傳輸，抗干擾性能好，可滿足一般工業(yè)環(huán)境的使用要求。
附圖3是測(cè)速發(fā)電機(jī)工作時(shí)的各相電勢(shì)及光電開關(guān)信號(hào)的波形。
附圖4是為稀土永磁無(wú)刷直流電機(jī)配套的雙向?qū)ΨQ轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)傳感器布置示意圖，本實(shí)用新型實(shí)施例為6磁極電機(jī)結(jié)構(gòu)，有3個(gè)光柵齒和正、反組共6只光電開關(guān)元件，正組為Pa+、Pb+、Pc+，反組為Pa-、Pb-、Pc-，光柵齒與槽形成180°(電角)對(duì)稱分布，光柵齒的分布圓周與測(cè)速發(fā)電機(jī)軸心同心。為了簡(jiǎn)化稀土永磁無(wú)刷直流電機(jī)的邏輯換相電路，本實(shí)用新型將6只光電開關(guān)元件分成3個(gè)單元即(Pa+、Pb-)，(Pb+、Pc-)，(Pc+、Pa-)，3個(gè)單元之間成120°(電角)，單元內(nèi)兩只光電開關(guān)夾角30°(電角)，整個(gè)6只光電開關(guān)與測(cè)速發(fā)電機(jī)部分的電子電路裝在一塊環(huán)形印刷電路板上。這種分組和布置方式具有兩個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)，其一是可以獲得電機(jī)正、反轉(zhuǎn)對(duì)稱相等的超前換向角，且換向角的超前量等于單元內(nèi)兩只光電開關(guān)夾角的1/2，即15°(電角)。根據(jù)實(shí)際情況，不同的電機(jī)功率及電機(jī)的磁極個(gè)數(shù)，這個(gè)換向角的超前量是微有變化的，即單元的兩只光電開關(guān)夾角變化范圍為20°～40°(電角)。其二是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，整體化好，無(wú)需兩套(正，反)獨(dú)立的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，調(diào)試也很方便。
雙向?qū)ΨQ轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)傳感器工作時(shí)，正組和反組光電開關(guān)元件并不同時(shí)工作，正轉(zhuǎn)時(shí)正組工作，反轉(zhuǎn)時(shí)反組工作，由一個(gè)特別設(shè)置的切換電路控制兩組轉(zhuǎn)換(圖5示)。
附圖6是測(cè)速發(fā)電機(jī)原理圖。
附圖1說(shuō)明1—軸 7—光電開關(guān)H1、H22—轉(zhuǎn)子鐵芯8—電動(dòng)機(jī)光柵3—發(fā)電機(jī)磁極 9—光電開關(guān)Pa+、Pb+、Pc+，Pa-、Pb-、Pc-4—發(fā)電機(jī)定子繞組 10—印刷電路板5—定子鐵芯11—傳感器端蓋6—發(fā)電機(jī)光柵 12—傳感器外殼
權(quán)利要求1.一種稀土永磁無(wú)刷直流電機(jī)專用的稀土永磁無(wú)刷直流測(cè)速發(fā)電機(jī)和轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)裝置一體化的傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于采用瓦片削頂形稀土永磁磁極和無(wú)齒槽繞組改善測(cè)速信號(hào)紋波質(zhì)量，采用正、反轉(zhuǎn)兩組共6只光電開關(guān)分3個(gè)單元獲得正、反轉(zhuǎn)對(duì)稱相等的超前換向角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)速、測(cè)位一體化傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的瓦片削頂形稀土永磁磁極的削頂弦長(zhǎng)為近似1/2理論磁極弧長(zhǎng)，磁極的極弧系數(shù)為1.0，采用粘接方式將磁極固定到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵芯上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)速、測(cè)位一體化傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于所述無(wú)齒槽繞組為A、B、C、D四相、整距繞組、相位差是90°(電角)，用粘接劑或絕緣漆固定到發(fā)電機(jī)定子內(nèi)側(cè)表面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)速、測(cè)位一體化傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的正、反兩組共6只光電開關(guān)分3個(gè)單元布置，3個(gè)單元之間成120°(電角)，單元內(nèi)兩只光電開關(guān)夾角為20°～40°(電角)，3個(gè)單元內(nèi)的光電開關(guān)組合順序?yàn)?A相正、B相反)，(B相正、C相反)，(C相正、A相反)。整個(gè)6只光電開關(guān)連同測(cè)速發(fā)電機(jī)電路部分裝在同一塊印刷電路板上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)速、測(cè)位一體化傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于正、反組6只光電開關(guān)非同時(shí)工作，而且通過(guò)一個(gè)切換電路控制正組或者反組工作。
專利摘要一種稀土永磁無(wú)刷直流專用的稀土永磁無(wú)刷直流測(cè)速發(fā)電機(jī)和轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)裝置一體化的傳感器結(jié)構(gòu),測(cè)速、測(cè)位兩個(gè)部分在結(jié)構(gòu)上是一體的、電路上相互獨(dú)立。測(cè)速發(fā)電機(jī)采用瓦片削頂形稀土永磁磁極、無(wú)齒槽繞組形式改善測(cè)速信號(hào)波紋指標(biāo);測(cè)位采用正、反兩組共6只光電開關(guān)分3個(gè)單元方式布置獲得正、反轉(zhuǎn)對(duì)稱相等的超前換向角。
文檔編號(hào)H02K1/27GK2381061SQ9823322
公開日2000年5月31日 申請(qǐng)日期1998年12月9日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月9日
發(fā)明者孫德全, 羊彥, 季小尹, 高金行, 符向榮, 王安麗, 胡鋼成 申請(qǐng)人:寧波東方通用電氣公司西安分公司