CN118646232B - 一种可替代霍尔传感器的三相多极磁阻旋变 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可代替霍尔传感器的三相多极磁阻旋变，包括定子和转子，所述定子的内圈具有若干定子齿，所述转子的外圈具有若干凸极，所述定子齿的数量是凸极数量的3n倍，n为正整数；所述若干定子齿上绕制四套线圈，分别为激磁线圈、第一信号线圈、第二信号线圈和第三信号线圈，使所述三相多极磁阻旋变输出三相交变电压信号。本发明设计的三相多极磁阻旋变可以直接代替霍尔传感器，实现无刷直流电机的换向，适应无刷直流电机应用的角度细分要求不高，且成本低的应用特点。

Description

一种可替代霍尔传感器的三相多极磁阻旋变

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，特别是涉及一种可代替霍尔传感器的三相多极磁阻旋变。

背景技术

现今，霍尔传感器广泛应用在民用机电系统。一般一个电机需要三个霍尔传感器才能实现无刷直流电机正常工作。但是霍尔传感器属于芯片器件，环境适应性差，耐温低，容易出现电流击穿，绝缘打零等故障。而磁阻旋变只是简单的由导磁硅钢片和漆包线，以及骨架，连接器等辅助部件组成，结构非常简单，特别适合于极端恶劣环境下的角度和角速度精确测量。常规的两相磁阻旋变的定子中嵌绕3组线圈，分别为：激磁输入线圈，正弦输出线圈和余弦输出线圈。两相正余弦绕组间隔90°，通过反正切解调可以计算出实时角度。但是无刷直流电机不需要实时检测电机转子位置，只需要在一个电周期范围内获取6个间隔60°的转子位置信号即可实现换相。通过两相常规旋变信号解调，解调算法复杂，解码芯片成本高，不适合无刷直流电机应用的角度细分要求低、成本低的应用特点。

发明内容

鉴于此，本发明提出一种可代替霍尔传感器的三相多极磁阻旋变，能够替代霍尔传感器，基于霍尔传感器的电路实现无刷直流电机的换向，并能适应无刷直流电机应用的角度细分要求不高，且成本低的应用特点。

为解决上述问题，本发明提出以下技术方案：

一种可代替霍尔传感器的三相多极磁阻旋变，包括定子和转子，所述定子的内圈具有若干定子齿，所述转子的外圈具有若干凸极，所述定子齿的数量是凸极数量的3n倍，n为正整数；所述若干定子齿上绕制四套线圈，分别为激磁线圈、第一信号线圈、第二信号线圈和第三信号线圈，使所述三相多极磁阻旋变输出三相交变电压信号。

进一步地，所述定子齿的数量是凸极数量的6n倍。

进一步地，每个定子齿上均绕制有所述激磁线圈，并同时绕制有所述第一信号线圈、所述第二信号线圈、所述第三信号线圈中的一种。

进一步地，相邻两个定子齿上绕制的激磁线圈为反相，不同定子齿上绕制的所述第一信号线圈、所述第二信号线圈、所述第三信号线圈为同相。

进一步地，所述第一信号线圈、所述第二信号线圈以及所述第三信号线圈在所述若干定子齿上按周期依次绕制。

进一步地，每个定子齿上绕制的激磁线圈的匝数相同；不同定子齿上绕制的所述第一信号线圈、所述第二信号线圈以及所述第三信号线圈的匝数相同。

进一步地，所述转子的所述凸极为方形凸极、梯型凸极或者圆弧形凸极。

进一步地，所述三相交变电压信号的任意两相间相差120度电角度。

进一步地，所述三相交变电压信号接入比压电路进行模数转换形成0/1交替信号。

进一步地，所述三相交变电压信号，对于每一相而言，若电压高于0则输出1，若电压低于0则输出0。

本发明技术方案的有益效果体现在：本发明设计的三相多极磁阻旋变，其定子齿的数量是凸极数量的3n倍，并在这些定子齿上共绕制四套线圈（激磁线圈和对应于三相信号的三套线圈），使得本发明的三相多极磁阻旋变输出三相相差120°的交变电压信号，在整个周期中每隔60°，三个信号存在一个过零点。通过对这三相信号做电压过零检测，即可在一个周期内获取6个等间距的换相点，幅值大于0时输出1，幅值小于0时输出0，即可实现与霍尔传感器换相同样的效果。因此可以直接代替霍尔传感器实现无刷直流电机的换向。同时，由于只需要检测三相信号的过零点，不需要实时检测三相的角度，因此解调算法、电路简单，成本低，相对于两相磁阻旋变，更适合无刷直流电机角度细分要求不高的特点。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种可代替霍尔传感器的三相多极磁阻旋变的示意图。

图2是本发明实施例的三相多极磁阻旋变输出的三相交变电压信号示意图。

附图标记说明：10-定子，11-定子齿；20-转子，21-第一凸极，22-第二凸极。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施方式、实施例对本发明作进一步说明。需要说明的是，提供实施例的目的仅在于示意，并非用于限制本发明。

请参考图1，本发明实施例提出的可代替霍尔传感器的三相多极磁阻旋变，包括定子10和转子20，其中定子10和转子20均是用软磁材料制作的叠压环形铁芯。定子10的内圈加工有齿槽结构，所述齿槽结构包括若干定子齿11和夹设于定子齿11之间的槽，即所述齿槽结构包括数量相同的定子齿和槽，且定子齿和槽相互交叉排列，相邻两个定子齿之间具有一个槽，相邻两个槽之间具有一个定子齿。转子20的外圈形成有若干凸极。在图1所示的实施例中，定子10的定子齿11的数量为12个，转子20的凸极数量为两个即第一凸极21和第二凸极22。但这只是示例性地，本发明实施例中，定子齿数为凸极数量的3n倍，即（3×n）倍，n为正整数。本发明实施例的三相多极磁阻旋变，其若干定子齿上绕制四套线圈，分别为激磁线圈（J+、J-）、信号A线圈（A+、A-）、信号B线圈（B+、B-）和信号C线圈（C+、C-），四套线圈的绕制使得该三相多极磁阻旋变输出三相交变电压信号。输出的三相交变电压信号的任意两相间相差120度电角度。三相交变电压信号接入比压电路进行模数转换形成0/1交替信号，若电压高于0则输出1，若电压低于0则输出0。

本发明实施例的三相多极磁阻旋变替代霍尔传感器实现无刷直流电机的换向，相对于两相磁阻旋变而言，具备解调算法、电路简单，成本低的优势，且比两相磁阻旋变更适合无刷直流电机应用的角度细分要求不高的特点。具体来说，两相旋变传感器输出正弦和余弦两路信号，正弦和余弦两路信号相差90°，如果使用两相旋变传感器检测无刷直流电机的换相位置，需要对正弦和余弦信号做实时检测并对全周期每个角度点做解调，并在一个周期中的6个等间隔的位置点控制电机的换相，比如：两相旋变做实时角度解调计算，在0°，60°，120°，180°，240°，300°控制电机电流换相。这使得两相旋变实时解调运算复杂，运算量大，驱动电路成本高。而本发明实施例的三相多极磁阻旋变，其能够输出三相相差120°的交变电压信号A、B、C，如图2所示，在整个周期中每隔60°，三相信号存在一个过零点，通过对这三相信号做电压过零检测，即可在一个周期内获取6个等间距的换相点，幅值大于0时输出1，幅值小于0时输出0，即可实现与霍尔传感器换相同样效果；并且只需要检测三相信号的过零点，不需要实时检测三相的角度，因此解调算法和解调电路简单，成本低。因此本发明的三相多极磁阻旋变比两相旋变更加适合于对角度细分要求不高的无刷直流电机的换向。

在优选的实施例中，定子齿数是凸极数量的6n倍，即（6×n）倍，n为正整数。比如，在图1所示实施例中，凸极数量为2，定子齿数为12，定子齿数为凸极数量的6倍。再比如，凸极数量为3个时，定子齿数为18。在这些优选的实施方式中，每个定子齿上同时绕制有一组激磁线圈和一组信号A线圈（或信号B线圈，或信号C线圈），也就是说，当定子齿数是凸极数量的6n倍时，信号A线圈、信号B线圈和信号C线圈任意二者不绕制在同一个定子齿上；相邻两个定子齿上绕制的激磁线圈为反相，不同定子齿上绕制的信号A线圈、信号B线圈、信号C线圈为同相，信号A线圈、信号B线圈以及信号C线圈在若干定子齿上按周期依次绕制。

以图1为例，时钟12点处的定子齿上同时绕制有一组激磁线圈（J+、J-）以及一组信号A线圈（A+、A-），时钟1点处的定子齿上同时绕制有一组激磁线圈（J-、J+）以及一组信号B线圈（B+、B-），时钟2点处的定子齿上同时绕制有一组激磁线圈（J+、J-）以及一组信号C线圈（C+、C-），至此，信号A线圈、信号B线圈、信号C线圈完成一个周期的绕制。接下来，时钟3点处又绕制一组激磁线圈和一组信号A线圈，时钟4点处又绕制一组激磁线圈和一组信号B线圈，时钟5点处又绕制一组激磁线圈和一组信号C线圈；以此推类，按周期绕制。相邻两个定子齿上绕制的激磁线圈反相，如图1，在若干定子齿上，按照J+、J-，J-、J+，J+、J-，J-、J+……的方式绕制。而信号A线圈、信号B线圈和信号C线圈在不同定子齿上同相绕制，为A+、A-，B+、B-，C+、C-，A+、A-，B+、B-，C+、C-……的方式绕制。

在更优选的实施方式中，每个定子齿上绕制的激磁线圈的匝数相同；不同定子齿上绕制的信号A线圈、信号B线圈以及信号C线圈的匝数相同。

此外需要说明的是，转子20的凸极可以为方形凸极、梯型凸极或者圆弧形凸极，图1所示即为圆弧形凸极的一种。

下面提供本发明可替代霍尔传感器的三相多极磁阻旋变的一种具体实施例。

该实施例的三相多极磁阻旋变，以外径52mm三相磁阻旋变的方案为例。定子齿上绕制4套线圈，包括激磁输入线圈，信号A线圈，信号B线圈和信号C线圈。

磁阻旋变的定子齿数为：12齿；

磁阻旋变的转子凸极数为2，即为2对极；凸极形状为圆弧形。

在12个定子齿上绕制的每组激磁线圈匝数均为35匝，相邻齿反向绕制，以时钟12点为第1齿计，则1、3、5、7、9、11奇数齿为正绕，2、4、6、8、10、12偶数齿为反绕。

一组信号A线圈的匝数为93匝，在1、4、7、10齿等匝绕制，且均为正向绕制；

一组信号B线圈的匝数为93匝，在2、5、8、11齿等匝绕制，且均为正向绕制；

一组信号C线圈的匝数为93匝，在3、6、9、12齿等匝绕制，且均为正向绕制。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种可代替霍尔传感器的三相多极磁阻旋变，包括定子和转子，其特征在于，所述三相多极磁阻旋变经如下设置能实现无刷直流电机的换向：

所述定子的内圈具有若干定子齿，所述转子的外圈具有若干凸极，所述定子齿的数量是凸极数量的6倍；所述若干定子齿上绕制四套线圈，分别为激磁线圈、第一信号线圈、第二信号线圈和第三信号线圈，使所述三相多极磁阻旋变输出三相交变电压信号；其中，每个定子齿上均绕制有所述激磁线圈，并同时绕制有所述第一信号线圈、所述第二信号线圈、所述第三信号线圈中的一种；相邻两个定子齿上绕制的激磁线圈为反相，不同定子齿上绕制的所述第一信号线圈、所述第二信号线圈、所述第三信号线圈为同相；所述第一信号线圈、所述第二信号线圈以及所述第三信号线圈在所述若干定子齿上按周期依次绕制；每个定子齿上绕制的激磁线圈的匝数相同；不同定子齿上绕制的所述第一信号线圈、所述第二信号线圈以及所述第三信号线圈的匝数相同。

2.如权利要求1所述的三相多极磁阻旋变，其特征在于：所述转子的所述凸极为方形凸极、梯型凸极或者圆弧形凸极。

3.如权利要求1所述的三相多极磁阻旋变，其特征在于：所述三相交变电压信号的任意两相间相差120度电角度。

4.如权利要求3所述的三相多极磁阻旋变，其特征在于：所述三相交变电压信号接入比压电路进行模数转换形成0/1交替信号。

5.如权利要求4所述的三相多极磁阻旋变，其特征在于：所述三相交变电压信号，对于每一相而言，若电压高于0则输出1，若电压低于0则输出0。