專利名稱：一種用于無刷直流電機的位置傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種位置傳感器，尤其涉及一種用于無刷直流電機的位置傳感器，主要解決電機轉子位置的檢測，實現電機控制電路的換相。
技術背景 隨著各種行業對直流電機壽命和能效的要求不斷提高，現在無刷直流電機的應用也就越來越廣泛，同時也對無刷直流電機的性能和成本提出了更加高的要求。無刷直流電機轉子的位置傳感器技術是其整個技術鏈條中的核心技術之一。采用不同的位置傳感器技術也就在一定程度上決定了電機的性能，現在無刷直流電機位置傳感器技術主要有如下幾種I.光電傳感器技術。光電傳感器由定子上的光電f禹合開關和轉子上的帶孔遮光板組成。利用紅外發光二極管作為光源，當光通過遮光板的小孔打到光電耦合開關上時，光電耦合開關產生電脈沖信號，控制器利用該位置信號實現換相。缺點是結構復雜，體積大，安裝精度要求高。2.霍爾傳感器技術。將霍爾元件安裝在定子特征位置上，轉子上永磁體(或者是額外安裝的磁環)經過霍爾元件時，霍爾元件輸出高低電平信號。控制器利用該信號完成換相。缺點是加工工藝復雜，元器件易碎，產品耐振性差，對使用環境的溫度有一定的限制。3.電磁傳感器技術。由鑲嵌有高頻導磁材料的鋁合金圓盤轉子和帶有主副開口變壓器的定子組成。當鋁合金圓盤上的高頻導磁區轉到開口變壓器上時，形成閉合變壓器，在主繞組激勵下，副繞組產生感應電動勢。控制器利用感應電動勢確定電機轉子位置實現換相。缺點制造工藝復雜，安裝難度高，體積和重量增加。4.無位置傳感器技術。利用電機定子上三相線圈在轉動時產生的反電動勢確定電機的位置。在啟動階段，因為電機沒有旋轉，反電動勢電壓很低無法被檢測，所以一般采用定位、強制啟動、同步、正常運行的幾個步驟實現電機的工作。缺點啟動成功率受外部負載變化的影響很大，啟動電流波動大，對瞬間的堵轉或者轉速變化適應能力差，自恢復時間長。因此，亟待一種能夠克服上述現有技術缺陷的位置傳感器。

實用新型內容為了克服上述技術缺陷，本實用新型的目的在于提供一種通過激勵、感應的方式檢測電機轉子位置的位置傳感器。為了實現上述目的，本實用新型的第一方面提供一種用于無刷直流電機的位置傳感器，其包括鄰近而設的定子部分以及轉子部分，其中，所述定子部分，固定設置在所述無刷直流電機中，其包括激勵源、激勵線圈以及同心分布的M個定子感應線圈，M為定子相數；所述轉子部分，包括與所述無刷直流電機中的轉軸相固定的轉子印刷電路板，其上設置有轉子感應線圈；所述M個定子感應線圈以及所述轉子感應線圈共軸，且各感應線圈均沿圓周方向均勻分布有N個凸出扇葉，N為所述無刷直流電機的永磁體轉子極對數，每個所述凸出扇葉的角度α為180/Ν度，所述M個定子感應線圈相互之間在圓周方向上的空間分布夾角β為 360/(N-M)度。優選地，在本實用新型中，所述定子部分被整合于所述無刷直流電機的控制器印刷電路板中。優選地，在本實用新型中，所述激勵線圈包裹所述M個定子感應線圈。優選地，在本實用新型中，所述激勵線圈與所述M個定子感應線圈同軸。·優選地，在本實用新型中，所述M為3，N為4。本實用新型的第二方面提供一種無刷直流電機，具有如前所述的位置傳感器，其中，所述定子部分被整合于所述無刷直流電機的控制器印刷電路板中。基于上述設置，本實用新型在轉子上裝有感應線圈，在定子上裝有激勵線圈和以及感應線圈。激勵線圈發出高頻激勵信號，轉子上的感應線圈會因為受到的激勵產生交變電流，感應線圈上的交變電流產生交變磁場，該交變磁場又會激勵定子上的感應線圈產生交變的反電動勢信號。由于轉子在不同的位置上，對于定子的感應線圈激勵的強度不一樣，那么在感應線圈上產生的感應電動勢幅值也是不一樣的。由此，通過比較感應線圈上的感應電動勢幅值，就可以確定電機轉子的位置。將交變的高頻感應電動勢信號進行放大、濾波、整流、均值化的方式得到幅值信號，通過比較器或者AD信號采樣得到三相幅值信息，得到轉子的位置后，實現電機的換相由此，本實用新型采用電磁感應原理，通過激勵，感應的方式檢測轉子的位置，其具備如下優點1.可靠性高；2.成本低；3.結構簡單；4.安裝方便；5.壽命長；6.體積小，重量輕；7.不影響電機電氣性能。

圖I為本實用新型一優選實施例所提供的傳感器轉子部分的結構示意圖；圖2為本實用新型一優選實施例所提供的傳感器定子部分的結構示意圖；圖3為本實用新型一優選實施例所提供的無刷直流電機的軸向爆炸圖；圖4為本實用新型一優選實施例所提供的無刷直流電機的總裝圖；圖5為本實用新型一優選實施例所提供的無刷直流電機的原理圖；圖6示出了感應電動勢的處理流程圖；圖7示出了幅值信息在電角度坐標軸與機械坐標軸中的對照圖。
具體實施方式
以下將結合具體實施例以及附圖進一步闡述本實用新型具有的優點。以下所揭示的優選實施例，均以永磁體轉子極對數M為4對，定子相數N為3為例予以說明。請參見圖1，圖2，分別示出本實用新型一優選實施例所提供的位置傳感器100的轉子部分10以及定子部分20。[0030]轉子部分10由轉子印刷電路板11以及轉子感應線圈IRl組成。該轉子印刷電路板11具有一中心孔12，用于與無刷直流電機的轉軸(未示出)相固定連接。轉子感應線圈IRl圍繞該中心孔12而設，且沿圓周方向上均勻設置有4個凸出扇葉。根據α=180/Ν可知，每個凸出扇葉的角度α為45度，且相鄰的兩個凸出扇葉之間的夾角也為45度。定子部分20包括激勵源21、激勵線圈A以及同心分布的3個定子感應線圈IS1、IS2、IS3。這3個定子感應線圈IS1-IS3與轉子感應線圈IRl相同，也分別沿圓周方向上均勻設置有4個凸出扇葉。同樣，根據α=180/Ν可知，這3個定子感應線圈IS1-IS3中的每個凸出扇葉的角度α為45度，且每個線圈中相鄰的兩個凸出扇葉之間的夾角也為45度。另外，根據β=360/(Ν·Μ)可知，這3個定子感應線圈IS1-IS3相互之間在圓周方向上的空間分布夾角為30度，即如圖2所示，線圈ISl順時針旋轉30度到達線圈IS2的位置，再順 時針旋轉30度則到達線圈I S3的位置。在該定子部分20中，激勵線圈A設置在3個定子感應線圈IS1-IS3的外側且與它們同心，且與激勵源21相連接。請參見圖3、圖4，分別示出本實用新型另一優選實施例所提供的無刷直流電機30。如圖3所示，從左至右依次為控制器印刷電路板31、安裝有位置傳感器轉子部分10的轉軸32、定子電樞及繞組33、安裝有永磁體轉子34的轉子外殼35。其中，控制器印刷電路板31具有一中心通孔36，其允許轉軸32穿過其中，位置傳感器的定子部分20則圍繞該中心通孔36鋪設在該控制器印刷電路板31上。控制器印刷電路板31與傳感器轉子部分10，即轉子印刷電路板11相鄰且同軸而設。這就使得定子部分20中的3個定子感應線圈IS1-IS3與轉子感應線圈IRl共軸。在本優選實施例中，感應線圈IR1、ISU IS2、IS3均為印刷電路板上的銅膜布線。由此可見，該優選實施例所提供的傳感器結構簡單，體積小、重量輕，便于安裝在現有的無刷直流電機當中，而且不會對電機的電氣性能產生影響，并且可靠性高。基于上述位置傳感器以及無刷直流電機的設置，以下將結合圖5-7介紹該優選實施例的工作情況。本實用新型的架構如圖5所示，位置傳感器中定子部分20的激勵線圈A發出頻率為4. 3MHz的交變激勵電磁場(圖中虛線箭頭所示)。轉子部分10中轉子印刷電路板11上布置的轉子感應線圈IRl受到交變激勵電磁場的激勵，由于自身形成回路，轉子感應線圈IRl產生交變電流。交變電流在轉子感應線圈IRl凸出位置產生交變磁場(圖中虛線箭頭所示)，該交變磁場激勵3個定子感應線圈ISl、IS2、IS3產生感應電動勢U1、U2、U3如圖2所示，凸起部位的交變磁場由于在空間上與定子感應線圈IS1、IS2、IS3的相對位置各不一樣，則感應電動勢U1、U2、U3的幅值大小不一樣。將感應電動勢U1、U2、U3信號通過放大、整流、均值化處理后得到幅值信息V1、V2、V3 (如圖6所示)。如果將電機轉子旋轉90度(對應機械角坐標軸)，那么對應360度電角度(對應電角度坐標軸)，幅值信息VI、V2、V3在電角度360度上的曲線如圖7所示。通過對比V1、V2、V3的大小，就能找到30度、90度、150度、210度、270度、330度等特征電角度。將幅值信息VI、V2、V3傳給控制器，控制器計算出特征電角度，這樣控制器就可以依賴這些特征電角度對電機進行換相，如此電機就可以旋轉啟動了。應當注意的是，本實用新型的實施例有較佳的實施性，且并非對本實用新型作任何形式的限制，任何熟悉該領域的技術人員可能利用上述揭示的技術內容變更或修飾為等同的有效實施例，但凡未脫離本實用新型技術方案的內容，依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何 修改或等同變化及修飾，均仍屬于本實用新型技術方案的范圍內。
權利要求1.一種用于無刷直流電機的位置傳感器，其特征在于，包括鄰近而設的定子部分以及轉子部分，其中， 所述定子部分，固定設置在所述無刷直流電機中，其包括激勵源、激勵線圈以及同心分布的M個定子感應線圈，M為定子相數； 所述轉子部分，包括轉子印刷電路板，與所述無刷直流電機中的轉軸相固定，其上設置有轉子感應線圈； 所述M個定子感應線圈以及所述轉子感應線圈共軸，且各感應線圈均沿圓周方向均勻分布有N個凸出扇葉，N為所述無刷直流電機的永磁體轉子極對數，每個所述凸出扇葉的角度α為180/Ν度，所述M個定子感應線圈相互之間在圓周方向上的空間分布夾角β為360/(N-M)度。
2.如權利要求I所述的位置傳感器，其特征在于，所述定子部分被整合于所述無刷直流電機的控制器印刷電路板中。
3.如權利要求I所述的位置傳感器，其特征在于，所述激勵線圈包裹所述M個定子感應線圈。
4.如權利要求I所述的位置傳感器，其特征在于，所述激勵線圈與所述M個定子感應線圈同軸。
5.如權利要求I所述的位置傳感器，其特征在于，所述M為3，N為4。
6.一種無刷直流電機，具有如權利要求1-5中任一項所述的位置傳感器，其中，所述定子部分被整合于所述無刷直流電機的控制器印刷電路板中。
專利摘要本實用新型提供一種用于無刷直流電機的位置傳感器，其包括鄰近而設的定子部分以及轉子部分，其中，所述定子部分，固定設置在所述無刷直流電機中，其包括激勵源、激勵線圈以及同心分布的M個定子感應線圈，M為定子相數；所述轉子部分，包括與所述無刷直流電機中的轉軸相固定的轉子印刷電路板，其上設置有轉子感應線圈；所述M個定子感應線圈以及所述轉子感應線圈共軸，且均沿圓周方向均勻分布有N個凸出扇葉，N為所述無刷直流電機的永磁體轉子極對數，每個所述凸出扇葉的角度α為180/N度，所述M個定子感應線圈相互之間在圓周方向上的空間分布夾角β為360/(N·M)度。
文檔編號H02P6/18GK202798553SQ201220467779
公開日2013年3月13日 申請日期2012年9月13日 優先權日2012年9月13日
發明者毛文龍, 于偉, 潘瀅 申請人:上海海拉電子有限公司