(19)中华人民共和国国家知识产权局
(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 202022069885.4
(22)申请日 2020.09.18
(73)专利权人 张鹏鹏
地址 441300 湖北省随州市广水市余店镇
余店村老街
专利权人 冯瀚飞 杨晓欢
(72)发明人 张鹏鹏 冯瀚飞 杨晓欢
(74)专利代理机构 中山市铭洋专利商标事务所
(普通合伙) 44286
代理人 邹常友
(51)Int.Cl.
H02K 11/215(2016.01)
(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利
(54)实用新型名称直线电机的双线性霍尔检测系统(57)摘要本实用新型公开了一种直线电机的双线性霍尔检测系统，它包括电机绕组和动子，所述电机绕组和动子邻近设置，所述动子由若干个磁极组成；同向磁极面的极性互为相反的两个磁极构成一个动子周期，动子周期均匀依次排布构成动子整体；所述电机绕组包括控制器、第一霍尔元件与第二霍尔元件，第一霍尔元件与第二霍尔元件检测到的数据反馈至控制器；第一霍尔元件与第二霍尔元件分隔设置，且第一霍尔元件与第二霍尔元件之间的距离为单个磁极面距离的二分之一。它具有高精度、配合紧凑，设计合理等优点；因此，它是一种技术性和经济性均具有优越 性能的产品。权利要求书1页 说明书3页 附图2页CN 212627550 U 2021.02.26
C N 212627550
U
1.一种直线电机的双线性霍尔检测系统，其特征在于：它包括电机绕组和动子，所述电机绕组和动子邻近设置，所述动子由若干个磁极组成；同向磁极面的极性互为相反的两个磁极构成一个动子周期，动子周期均匀依次排布构成动子整体；
所述电机绕组包括控制器、第一霍尔元件与第二霍尔元件，第一霍尔元件与第二霍尔元件检测到的数据反馈至控制器；第一霍尔元件与第二霍尔元件分隔设置，且第一霍尔元件与第二霍尔元件之间的距离为单个磁极面距离的二分之一。
2.根据权利要求1所述的直线电机的双线性霍尔检测系统，其特征在于：所述第一霍尔元件与第二霍尔元件之间的距离为一个动子周期的四分之一。
3.根据权利要求1所述的直线电机的双线性霍尔检测系统，其特征在于：所述动子采用永磁体，所述控制器采用伺服驱动器。
4.根据权利要求1所述的直线电机的双线性霍尔检测系统，其特征在于：第一霍尔元件的输出电压为U1，第一霍尔元件的电角度为θ1，第二霍尔元件的输出电压为U2；则U1＝Um ·sin θ1，U2＝Um ·cos θ1，其中Um为对应最大磁密时霍尔元件的输出电压。
权 利 要 求 书1/1页CN 212627550 U
直线电机的双线性霍尔检测系统
【技术领域】
[0001]本实用新型主要涉及一种直线电机的双线性霍尔检测系统。
【背景技术】
[0002]在永磁直线电机控制系统中，无论采用何种控制方式都需要准确检测出电机动子位置。可以说，位置检测部分是伺服控制系统中非常关键的组成部分，直接影响电机控制精度和系统运行性能；为提高直线电机位置检测的准确性，便于后续精准移动调试，我们提出一种新的技术方案。
【实用新型内容】
[0003]为提高直线电机位置检测的准确性，本实用新型提出了一种新的检测，本直线电机的双线性霍尔检测系统采用以下的技术方案：
[0004]一种直线电机的双线性霍尔检测系统，它包括电机绕组和动子，所述电机绕组和动子邻近设置，所述动子由若干个磁极组成；同向磁极面的极性互为相反的两个磁极构成一个动子周期，动子周期均匀依次排布构成动子整体；
[0005]所述电机绕组包括控制器、第一霍尔元件与第二霍尔元件，第一霍尔元件与第二霍尔元件检测到的数据反馈至控制器；第一霍尔元件与第二霍尔元件分隔设置，且第一霍尔元件与第二霍尔元件之间的距离为单个磁极面距离的二分之一。
[0006]优选地，所述第一霍尔元件与第二霍尔元件之间的距离为一个动子周期的四分之一。
[0007]优选地，所述动子采用永磁体，所述控制器采用伺服驱动器。
[0008]优选地，第一霍尔元件的输出电压为U1，第一霍尔元件的电角度为θ1，第二霍尔元件的输出电压为U2；则U1＝Um·sinθ1，U2＝Um·cosθ1，其中Um为对应最大磁密时霍尔元件的输出电压。本实用新型同背景技术相比所产生的有益效果：
[0009]本实用新型采用了上述方案，本专利采用双线性霍尔元件结构，并将两个霍尔元件以1/2的单个磁极面的距离设置，或所述第一霍尔元件与第二霍尔元件之间的距离为一个动子周期的磁极面距离的四分之一。如此设置的两个霍尔元件检测可以精准1度的范围，换相角度可以达到1度，从而使电机保证最大力矩的同时，而且静音，实现无极调速。与传统的单霍尔元件相比，双线性霍尔元件检测精度更高，能及时反馈至控制器进行快速反应调节，更为平稳高效。
【附图说明】
[0010]图1为本实用新型所提供较佳实施例中的直线电机的双线性霍尔检测系统结构示意图；
[0011]图2为本实用新型所提供较佳实施例中的直线电机的双线性霍尔元件与磁极位置摆设示意图；
[0012]图3为本实用新型所提供较佳实施例中电机的空载气隙磁密耳分布周期示意图。
【具体实施方式】
[0013]下面详细描述本实用新型的实施例，所述的实施例示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
[0014]在本实用新型中，除另有明确规定和限定，如有术语“组装”、“相连”、“连接”术语应作广义去理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；也可以是机械连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部相连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述的术语在本实用新型中的具体含义。
[0015]下面结合说明书的附图，通过对本实用新型的具体实施方式作进一步的描述，使本实用新型的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。下面通过参考附图描述实施例是示例性的，旨在解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
[0016]本实用新型提供的较佳实施例：如图1～图3所示，一种直线电机的双线性霍尔检测系统，它包括电机绕组20和动子30，所述动子30采用永磁体；所述电机绕组20和动子30邻近设置便于两者互相作用，所述动子30由若干个磁极31组成，同向磁极面的极性互为相反的两个磁极构成一个动子周期32，动子周期32均匀依次排布构成动子30整体；
[0017]所述电机绕组包括控制器10、第一霍尔元件21与第二霍尔元件22，所述控制器10采用伺服驱动器；第一霍尔元件21与第二霍尔元件22检测到的数据反馈至伺服驱动器。第一霍尔元件21与第二霍尔元件22分隔设置，且第一霍尔元件21与第二霍尔元件22之间的距离为单个磁极面距离的二分之一；或所述第一霍尔元件21与第二霍尔元件22之间的距离为一个动子周期32的磁极面距离的四分之一。
[0018]在永磁直线电机伺服控制系统中，无论采用何种控制方式都需要准确检测出电机动子位置。可以说，位置检测部分是伺服控制系统中非常关键的组成部分，直接影响电机控制精度和系统运行性能。线性霍尔元件可以用来检测磁通密度，在一定磁场强度范围内，其输出电压与被检磁场磁通密度成线性关系，永磁直线同步电机气隙磁场为正弦分布，因此很容易通过检测气隙磁场磁通密度的方法来确定电机动子位置。
[0019]磁场的分布是一个正玄曲线图，采用线性霍尔元件可以很好的感受到磁场强度电信号，因此可以抓住精准角度电机永磁铁动子的现在的角度。一般采用单个霍尔元件的换相角度是采用60度换相方法，
这种方法角度不是很准确，而传统的电机使用3个霍尔开关作为换相，使用3个霍尔开关就有了6步换相功能，换相角度是360除6等于60度，这样换相的时候就会有明显的震动。本专利采用双线性霍尔元件结构，并将两个霍尔元件以1/2的单个磁极面的距离设置以检测直线电机的动子移动距离方法，可以精准1度的范围，这设计的换相角度可以达到1度，从而使电机保证最大力矩的同时，而且静音。
[0020]如图3所示，电机的空载气隙磁密耳沿Z轴成正弦分布，那么，当电机动子运动经过一个极距的距离时，霍尔元件的输出电压也同样是正弦曲线(图中的正弦曲线既是磁密耳的分布曲线，也可以理解为霍尔元件的输出电压曲线。假设某个时刻，假设某个时刻，电机A 相绕组轴线与图中原点位置重合，此时两个霍尔元件的输出电压分别为U1和U2，由于两个霍尔元件在安装位置上相差了1/2磁铁间距，第一霍尔元件的输出电压为U1，第一霍尔元件
的电角度为θ1，第二霍尔元件的输出电压为U2；则U1＝Um·sinθ1，U2＝Um·cosθ1，其中Um 为对应最大磁密时霍尔元件的输出电压，即Um为永磁体最大值，根据U1、U2可以方便计算出第一霍尔元件所在位置对应的电角度θ1，根据上述U1、U2的公式可以反推：θ1＝arctan U1/ U2，U1≥0&U2≥0；θ1＝arctan U1/U2+180，U2＜0；θ1＝arctan U1/U2+360，U1≤0&U2≥0；这样使得霍尔元件在直线电机调校中非常精准和高效率，与传统单霍尔元件相比数据如下图所示：
[0021]实际角度霍尔开关检测角度误差双线性霍尔检测角度误差00大0
100大10.1-0.001
200大20.1-0.001
300大30.3-0.003
400大40.3-0.003
5060大50.2-0.002
6060大60.5-0.005
7060大70.4-0.004
8060大80.5-0.005
9060大90.1-0.001
10060大100.6-0.006
11060大110.2-0.002
12060大120.9-0.009
130120大130.4-0.004
140120大140.6-0.006
150120大150.7-0.007
160120大160.8-0.008
170120大170.2-0.002
180180大180.2-0.002
190180大190.1-0.001
200180大200.3-0.003 [0022]在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“优选地”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点，包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中，在本说明书中对于上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或者示例中以合适方式结合。
[0023]通过上述的结构和原理的描述，所属技术领域的技术人员应当理解，本实用新型不局限于上述的具体实施方式，在本实用新型基础上采用本领域公知技术的改进和替代均落在本实用新型的保护范围，应由各权利要求限定之。
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