一種永磁電機的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于電機控制技術領域，更具體地，涉及一種永磁電機。
【背景技術】
[0002] 永磁電機的閉環(huán)控制過程中，必須實時測量電機轉(zhuǎn)子的位置及轉(zhuǎn)速等狀態(tài)信號。 對于多自由度電機系統(tǒng)來說，現(xiàn)有的測量方法是依靠由外接機構解耦多個自由度運動并用 單軸編碼器分別測量。機械式的解耦機構本身會限制電機的運動，而且會增加整個系統(tǒng)的 自重和摩擦，因而嚴重影響了電機及運動系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)定性，同時在使用一段時間 后，機械磨損造成的位置精度下降是個嚴重問題。接觸式的傳感器（如傾角傳感器、陀螺儀 或磁場傳感器）因為要固定在電機運動部分，首先會影響系統(tǒng)慣性特性，其次而且供電和 信號傳輸使得動子帶有導線或橋接電路，影響了電機動態(tài)性能，而且反饋精度也不高。
[0003] 相比傳統(tǒng)接觸式的測量方式，非接觸式的測量方法包括光學、視覺，基于磁場的方 法以及間接無傳感器檢測技術因為不會影響電機和整體系統(tǒng)的動態(tài)特性是比較理想的測 量方式。然而依賴于光學和視覺的傳感器技術對環(huán)境中光線的要求比較高，而無傳感器檢 測技術在中、高速時能提供較準確的轉(zhuǎn)子位置，但隨著速度的降低，這種方法的檢測結(jié)果就 可靠性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種永磁電機，在永磁電機 的定子線圈中嵌入磁場傳感器，從而實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)子位置的測量及控制。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種永磁電機，包括定子線圈和轉(zhuǎn)子，還包 括運算模塊，所述運算模塊包括依次相連的磁場傳感器、第一運算電路以及第二運算電路； 所述磁場傳感器設置于定子線圈中，用于檢測總磁感應強度B。，并將總磁感應強度B。輸入 至所述第一運算電路；所述第一運算電路用于通過所述總磁感應強度B。，獲得所述轉(zhuǎn)子的 磁感應強度BPM，并將所述轉(zhuǎn)子對所述磁場傳感器產(chǎn)生的磁感應強度BPM輸入至所述第二運 算電路；所述第二運算電路用于通過BPM，獲得所述轉(zhuǎn)子的位置。
[0006] 優(yōu)選地，如權利要求1所述的永磁電機，其特征在于，所述定子線圈為Μ個，所述磁 場傳感器為Ν個，Μ>Ν多2,且Μ和Ν都為正整數(shù)；所述Ν個磁場傳感器分別設置于Ν個 所述定子線圈中，Ν個所述定子線圈分別設置于所述轉(zhuǎn)子的運動周期中的不同位置，所述第 一運算電路獲得的所述轉(zhuǎn)子對所述Ν個磁場傳感器產(chǎn)生的磁感應強度ΒΡΜ分別為BPMi、BPM2 至BPMN〇
[0007] 優(yōu)選地，所述永磁電機還包括第三運算電路；所述第三運算電路與第二運算電路 相連，用于通過所述轉(zhuǎn)子的位置，獲得所述轉(zhuǎn)子的狀態(tài)信號。
[0008] 作為進一步優(yōu)選地，所述永磁電機還包括控制器以及線圈驅(qū)動模塊；所述控制器 與所述第三運算電路相連，用于將所述轉(zhuǎn)子的狀態(tài)信號輸入至所述控制器；所述控制器用 于根據(jù)所述轉(zhuǎn)子的狀態(tài)信號給出驅(qū)動信號，并將所述驅(qū)動信號輸入至所述線圈驅(qū)動模塊； 所述線圈驅(qū)動模塊用于將所述驅(qū)動信號轉(zhuǎn)換為目標電流，并將所述目標電流輸入所述定子 線圈，從而實現(xiàn)對電機的控制。
[0009] 作為進一步優(yōu)選地，所述控制器用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)子的狀態(tài)信號，對所述電機的當 前驅(qū)動力信號Fw?行調(diào)整，得到所述電機的目標驅(qū)動力信號，并將所述目標驅(qū)動力信號輸 入至所述線圈驅(qū)動模塊；所述線圈驅(qū)動模塊用于將所述目標驅(qū)動力信號轉(zhuǎn)換為目標電流， 并將所述目標電流輸入所述定子線圈，從而實現(xiàn)對電機的控制。
[0010] 優(yōu)選地，所述永磁電機還包括第四運算電路，所述第四運算電路用于通過所述轉(zhuǎn) 子的磁感應強度BPM，獲得所述電機的當前驅(qū)動力Fw。 toon] 按照本發(fā)明，還提供了一種用于上述永磁電機的定子線圈，所述定子線圈內(nèi)部設 置有運算模塊，所述運算模塊包括磁場傳感器，所述磁場傳感器用于檢測總磁感應強度B。。
[0012] 優(yōu)選地，所述運算模塊還包括第一運算電路；所述磁場傳感器與所述第一運算電 路相連，將所述總磁感應強度B。輸入至所述第一運算電路；所述第一運算電路用于通過所 述總磁感應強度B。，獲得所述電機中轉(zhuǎn)子的磁感應強度Bpm。
[0013] 作為進一步優(yōu)選地，所述運算模塊還包括A/D轉(zhuǎn)換器和濾波器，所述A/D轉(zhuǎn)換器和 所述濾波器依次連接于磁場傳感器與第一運算電路之間，所述A/D轉(zhuǎn)換器用于將所述磁感 應強度的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，所述濾波器用于濾除噪聲信號。
[0014] 作為進一步優(yōu)選地，所述運算模塊還包括第二運算電路，所述第二運算電路與第 一運算電路相連，并通過所述轉(zhuǎn)子的磁感應強度BPM，獲得所述電機中轉(zhuǎn)子的位置，所述轉(zhuǎn)子 的位置為轉(zhuǎn)子與磁場傳感器的相對位置矢量R，或者轉(zhuǎn)子的絕對位置矢量P。
[0015] 按照本發(fā)明，還提供了一種用于上述永磁電機的運算模塊，包括依次相連的磁場 傳感器以及第一運算電路；所述磁場傳感器用于設置在電機的定子線圈中，檢測總磁感應 強度B。，并將所述總磁感應強度B。輸入至所述第一運算電路；所述第一運算電路用于通過 所述總磁感應強度B。，獲得所述電機中轉(zhuǎn)子的磁感應強度Bpm。
[0016] 優(yōu)選地，所述運算模塊還包括第二運算電路，所述第二運算電路與第一運算電路 相連，用于通過所述轉(zhuǎn)子的磁感應強度BPM，獲得所述轉(zhuǎn)子的位置。
[0017] 按照本發(fā)明，還提供了一種上述永磁電機中轉(zhuǎn)子位置的測量方法，包括以下步 驟：
[0018] (1)磁場傳感器檢測得到定子線圈所在位置的總磁場B。，B。減去定子線圈產(chǎn)生的 磁感應強度bem，得到轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁感應強度bpm;
[0019] BEM的計算方法為，
[0020]
(I)
[0021] 其中，J為定子線圈電流密度矢量（即定子線圈的當前電流i除以線圈的橫截面 積S)，μ。為真空的磁導率，D為磁場傳感器與定子線圈的相對位置，v為定子線圈的體積；
[0022] (2)磁場傳感器與轉(zhuǎn)子的相對位置矢量R與ΒΡΜ具有以下的擬合關系：
[0023]
(2)
[0024] 其中，Μ為轉(zhuǎn)子極化強度，η為轉(zhuǎn)子表面單位法向量，ν為轉(zhuǎn)子體積，s為轉(zhuǎn)子表面 積；
[0025] 根據(jù)式2,可以通過BPM計算得到R，然后根據(jù)R計算得到電機中轉(zhuǎn)子的絕對位置矢 量P;或者直接根據(jù)R與P的換算關系，建立P與BPM的擬合函數(shù)，直接由BPM計算得到P。
[0026] (3)根據(jù)P，計算得到轉(zhuǎn)子的狀態(tài)信號，所述轉(zhuǎn)子的狀態(tài)信號為轉(zhuǎn)子的速度V，加速 度a或者慣性力Fi;其中，v=ΔΡ/Δt，a=Δν/Δt，F(xiàn)i=ma，t為時間，m為電機轉(zhuǎn)子的質(zhì) 量。
[0027] 優(yōu)選地，在步驟（3)之后，還包括步驟（4):根據(jù)所述轉(zhuǎn)子的狀態(tài)信號得到所述電 機的驅(qū)動信號，并將所述驅(qū)動信號轉(zhuǎn)換為目標電流，然后將所述目標電流輸入所述定子線 圈，從而實現(xiàn)對電機的控制。
[0028] 優(yōu)選地，所述步驟（3)還包括，通過BPM和當前電流，獲得所述電機的當前驅(qū)動力信 號Fw。
[0029] 作為進一步優(yōu)選地，所述步驟（4)為：根據(jù)所述轉(zhuǎn)子的狀態(tài)信號，對所述電機的當 前驅(qū)動力信號Fw?行調(diào)整，得到所述電機的目標驅(qū)動力信號，將所述目標驅(qū)動力信號轉(zhuǎn)換 為目標電流信號，并輸入所述定子線圈，從而實現(xiàn)對電機的控制。
[0030] 總體而言，通過本發(fā)明所構思的以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，能夠取得下列有 益效果：
[0031] 1、在定子線圈中嵌入安裝磁場傳感器，取代現(xiàn)有技術中在轉(zhuǎn)子中嵌入傳感器來測 量轉(zhuǎn)子位置的方法，減小了電機轉(zhuǎn)子的質(zhì)量，從而減小了轉(zhuǎn)子的慣性力和所需的驅(qū)動力，提 尚了電機的動態(tài)性能；
[0032] 2、不依賴光學傳感器，對環(huán)境光線無要求，即使在帶有粉塵的環(huán)境中也可以實 現(xiàn)；
[0033] 3、利用設置于不同定子線圈中的磁場傳感器，使得轉(zhuǎn)子位置的檢測更加精確；
[0034] 4、可通過電機轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁感應強度，直接計算得到電機當