一種外轉(zhuǎn)子伺服電機(jī)及其應(yīng)用于平衡車的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及平衡車產(chǎn)品領(lǐng)域，具體涉及一種外轉(zhuǎn)子伺服電機(jī)及一種外轉(zhuǎn)子伺服電機(jī)應(yīng)用于平衡車的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有的電動(dòng)車輪上，其常需要利用外轉(zhuǎn)子電機(jī)進(jìn)行動(dòng)力輸出，而傳統(tǒng)外轉(zhuǎn)子永磁無刷直流電機(jī)應(yīng)用于平衡車上時(shí)，由于磁極對數(shù)的影響會(huì)使其出現(xiàn)前后晃動(dòng)角，角度大小為磁極對數(shù)360/ (6XP)，隨著磁極的增多可減少其晃動(dòng)的角動(dòng)大小，但局限于制作工藝與電機(jī)體積的約束不能無限制地增加電機(jī)極對數(shù)，磁鋼極對數(shù)P增加的同時(shí)內(nèi)轉(zhuǎn)子會(huì)加大電機(jī)體積與重量。其控制精度低，體積龐大，不利于整車的便攜設(shè)計(jì)，也極大的增加了生產(chǎn)成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為克服上述缺陷，本發(fā)明的目的即在于提供一種外轉(zhuǎn)子伺服電機(jī)及一種外轉(zhuǎn)子伺服電機(jī)應(yīng)用于平衡車的控制方法。
[0004]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
本發(fā)明一種外轉(zhuǎn)子伺服電機(jī)，包括:固定軸、電機(jī)組件和編碼器，所述電機(jī)組件設(shè)置于固定軸上；所述電機(jī)組件包括:定子和外轉(zhuǎn)子機(jī)殼，所述定子固定于固定軸上，且該定子上繞設(shè)有線圈，所述固定軸的第一端上通過編碼支架固定有編碼板，所述編碼板上設(shè)有編碼器，所述外轉(zhuǎn)子機(jī)殼通過支撐軸承與固定軸相連接，所述外轉(zhuǎn)子機(jī)殼的內(nèi)側(cè)面上固定有永磁體套，所述永磁體套上均勻分布有永磁體，所述編碼器中的感應(yīng)霍爾元件與永磁體套上的永磁體相對設(shè)置。
[0005]進(jìn)一步，所述定子由兩個(gè)以上的定子拼塊拼合組成。
[0006]進(jìn)一步，所述固定軸為中空結(jié)構(gòu)，且其兩端均設(shè)有導(dǎo)線孔；所述定子上的線圈的引出線通過固定軸的內(nèi)部，且穿出其第二端的導(dǎo)線孔后接有接線端子；所述接線端子上還接有控制線，所述控制線通過固定軸的內(nèi)部，從該固定軸第一端的導(dǎo)線孔上穿出后與所述編碼板相接。
[0007]進(jìn)一步，所述外轉(zhuǎn)子機(jī)殼的一端設(shè)有端蓋，其另一端有前蓋。
[0008]進(jìn)一步，所述前蓋活動(dòng)套設(shè)有蓋板，所述蓋板與所述編碼器中的感應(yīng)霍爾元件相固定。
[0009]本發(fā)明一種如上所述的外轉(zhuǎn)子伺服電機(jī)應(yīng)用于平衡車的控制方法，包括:
通過陀螺儀獲取平衡車的傾斜角度信息；
對該傾斜角度信息進(jìn)行解析，并與預(yù)設(shè)的傾斜角度閾值范圍進(jìn)行判斷，若判斷結(jié)果為前傾斜角過大，則獲取電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與角速度，根據(jù)該傾斜角度信息與角速度計(jì)算出平衡力矩，并以正弦波的方式向定子線圈提供正向電流，使電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行正向加速并輸出該平衡力矩；若判斷結(jié)果為后傾斜角過大，則獲取電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與角速度，根據(jù)該傾斜角度信息與角速度計(jì)算出平衡力矩，并以正弦波的方式向定子線圈提供反向電流，使電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行反向加速并輸出該平衡力矩。
[0010]進(jìn)一步，所述以正弦波的方式向定子線圈提供正向電流或以正弦波的方式向定子線圈提供反向電流之后包括:
獲取電機(jī)線圈的電流量，并將該電流量與預(yù)設(shè)的電流閾值進(jìn)行比較，若該電流量超出預(yù)設(shè)電流閾值，則控制減少其電流量，直到該電流量在預(yù)設(shè)的電流閾值之內(nèi)。
[0011]本發(fā)明的外轉(zhuǎn)子伺服電機(jī)在同樣功率的情況下，其體積相應(yīng)減小，重量與材料的消耗量都會(huì)相應(yīng)減少，便于整車的便攜設(shè)計(jì)，也降低生產(chǎn)成本。
【附圖說明】
[0012]為了易于說明，本發(fā)明由下述的較佳實(shí)施例及附圖作詳細(xì)描述。
[0013]圖1為本發(fā)明外轉(zhuǎn)子伺服電機(jī)的橫向的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明外轉(zhuǎn)子伺服電機(jī)的縱向的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明外轉(zhuǎn)子伺服電機(jī)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明控制方法的工作流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0015]請參閱圖1至圖3，本發(fā)明一種外轉(zhuǎn)子伺服電機(jī)，包括:固定軸1、電機(jī)組件和編碼器，所述電機(jī)組件設(shè)置于固定軸I上；所述電機(jī)組件包括:定子2和外轉(zhuǎn)子機(jī)殼3，所述定子2固定于固定軸I上，且該定子2上繞設(shè)有線圈11，所述固定軸I的第一端上通過編碼支架12固定有編碼板13，所述編碼板13上設(shè)有編碼器，所述外轉(zhuǎn)子機(jī)殼3通過支撐軸承5與固定軸I相連接，所述外轉(zhuǎn)子機(jī)殼3的內(nèi)側(cè)面上固定有永磁體套9，所述永磁體套9上均勾分布有永磁體4，所述編碼器中的高精度線性感應(yīng)霍爾元件與永磁體套9上的永磁體相對設(shè)置。本電機(jī)可實(shí)現(xiàn)增量式和絕對值式編碼，反應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，可實(shí)現(xiàn)16位甚至17位絕對值輸出，完全達(dá)到正弦控制要求。當(dāng)采用增量式編碼器時(shí)結(jié)合霍爾信號換向可實(shí)現(xiàn)高精度控制，如采用市面上AS5145B編碼器，其增量輸出信號為1024，理論上最大晃動(dòng)角是現(xiàn)有傳統(tǒng)外轉(zhuǎn)子電機(jī)48極磁鋼0.14倍。由于磁鋼極對數(shù)P的減少，同樣功率電機(jī)的體積相應(yīng)減小，重量與材料的消耗量都會(huì)相應(yīng)減少，采用其它特銖手法，如定子拼塊等措施，電機(jī)體積、重量、材料皆可做到同類電機(jī)的1/2以下。傳統(tǒng)外轉(zhuǎn)子電機(jī)以霍爾為換相信號，車身能識別的最小角度是三相六狀態(tài)中的一個(gè)狀態(tài)，而電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈狀態(tài)變化的數(shù)目:
N=6 X P即傳統(tǒng)平衡車最小識別角為360° /N=360° / (6 X P)如市面上最常用是54極電機(jī)其最小識別角為2.2222 ° ；
而本發(fā)明使用精度較低增量式1024編碼器結(jié)合霍爾信號后能達(dá)到的識別精度為360°/(4 X 1024) ^ 0.089 °其僅為傳統(tǒng)外轉(zhuǎn)子電機(jī)的0.04倍。
[0016]進(jìn)一步，所述定子2由兩個(gè)以上的定子拼塊6拼合組成。
[0017]進(jìn)一步，所述固定軸I為中空結(jié)構(gòu)，且其兩端均設(shè)有導(dǎo)線孔8;所述定子2上的線圈11的引出線通過固定軸I的內(nèi)部，且穿出其第二端的導(dǎo)線孔8后接有接線端子10;所述接線端子10上還接有控制線15，所述控制線15通過固定軸I的內(nèi)部，從該固定軸I第一端的導(dǎo)線孔8上穿出后與所述編碼板13相接。
[0018]進(jìn)一步，所述外轉(zhuǎn)子機(jī)殼3的一端設(shè)有端蓋7，其另一端有前蓋。
[0019]進(jìn)一步，所述前蓋活動(dòng)套設(shè)有蓋板14，