專利名稱：一種伺服電機(jī)和伺服控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種伺服電機(jī)，更具體地說，涉及一種伺服電機(jī)和伺服控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的永磁電機(jī)、伺服永磁電機(jī)可能采用獨(dú)立的位置傳感器，例如旋轉(zhuǎn)變壓器(resolver)或光電編碼器，但成本高且安裝困難。在電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車中，為了降低成本，通常直接在電機(jī)定子上安裝3個(gè)開關(guān)霍爾傳感器或3-4個(gè)線性霍爾傳感器來構(gòu)成簡易位置傳感器，來實(shí)現(xiàn)電機(jī)換相或位置檢測。這種方法中要求霍爾傳感器的安裝位置十分精確，因?yàn)楫?dāng)電機(jī)極對數(shù)P很大時(shí)，機(jī)械安裝的精度需要提高P倍，且安裝的位置與電機(jī)繞組下線方式、電機(jī)的極數(shù)、電機(jī)的槽數(shù)都有關(guān)系，特別是電機(jī)的電樞反應(yīng)對位置檢測的影響有±3-5°，因此這種簡易位置傳感器位置檢測的偏差都在±3-10°左右，阻礙了電機(jī)及控制器生產(chǎn)。正弦波驅(qū)動(dòng)是電機(jī)的發(fā)展方向，它需要完整的位置信息，來實(shí)現(xiàn)正弦波矢量控制，但正弦波驅(qū)動(dòng)的生產(chǎn)成本高。為了降低成本，目前的控制器還采用通過一種基于預(yù)估的180°正弦波驅(qū)動(dòng)方法。它利用U、V、W開關(guān)霍爾的電機(jī)磁極位置方波信息，采用位置預(yù)估方法構(gòu)建預(yù)估的正弦波位置信息，然后實(shí)現(xiàn)簡易的180°正弦波驅(qū)動(dòng)。簡易的180°正弦波驅(qū)動(dòng)在變速過程中的性能很差，可靠性不可能高。在公告號為CN200972824Y的中國專利中，公開了一種獨(dú)立的位置傳感器，即霍爾旋轉(zhuǎn)變壓器，使用四個(gè)線性霍爾元件，將180°布置的兩個(gè)線性霍爾元件的輸出電壓相減，試圖補(bǔ)償定、轉(zhuǎn)子裝配偏心，但由于無法同時(shí)補(bǔ)償徑向和切向磁場分量，所以不能起到良好的補(bǔ)償效果，而且還存在磁極均勻性等問題。對于電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車成本太高，而且獨(dú)立結(jié)構(gòu)傳感器無法安裝和被采用。ZL200820207106. 9專利中的霍爾旋轉(zhuǎn)變壓器，增加了一個(gè)環(huán)形軟磁鐵芯，將三維空間磁場，約束為二維空間磁場，大大改進(jìn)了裝配造成的偏差，但仍需要至少2個(gè)90°正交 的線性霍爾元件，或3個(gè)120°分布的線性霍爾元件，分布精度和線性霍爾元件的一致性都會(huì)直接導(dǎo)致霍爾旋轉(zhuǎn)變壓器的幅值誤差和相位誤差，導(dǎo)致位置檢測偏差，且多個(gè)線性霍爾元件成本較高，而且獨(dú)立結(jié)構(gòu)無法安裝和被采用。現(xiàn)有獨(dú)立的霍爾旋轉(zhuǎn)變壓器的位置偏差只能達(dá)到O. 5° I。左右，而且性價(jià)比不夠高。另外，現(xiàn)有霍爾編碼器無法直接檢測旋轉(zhuǎn)的速度，必須再增加Ω =d0/dt或相應(yīng)的處理環(huán)節(jié)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種伺服電機(jī)和伺服控制系統(tǒng)。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種伺服電機(jī)，包括定子、轉(zhuǎn)子、以及設(shè)于所述定子端面上的、用于檢測所述轉(zhuǎn)子磁場位置的線性霍爾元件和開關(guān)霍爾元件；所述線性霍爾元件和開關(guān)霍爾元件均位于所述定子沖片的內(nèi)圓周面上，所述線性霍爾元件和開關(guān)霍爾元件之間的電角度為90°，且所述線性霍爾元件和開關(guān)霍爾元件的磁敏感面均與所述轉(zhuǎn)子的磁極表面相對；在與所述開關(guān)霍爾元件對應(yīng)的定子極上還設(shè)有用于檢測轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的反電動(dòng)勢檢測線圈；所述線性霍爾元件、開關(guān)霍爾元件和反電動(dòng)勢檢測線圈分別連接至所述私服控制器；當(dāng)所述定子和轉(zhuǎn)子相對轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，所述線性霍爾元件、開關(guān)霍爾元件和的反電動(dòng)勢檢測線圈輸出數(shù)據(jù)進(jìn)入到所述伺服控制器中。本實(shí)用新型所述的伺服電機(jī)，其中，所述定子沖片第一個(gè)繞線槽的槽口設(shè)有與所述線性霍爾元件的大小相匹配的線性霍爾槽；所述定子沖片第一個(gè)定子極上設(shè)有與所述開關(guān)霍爾元件大小相匹配的開關(guān)霍爾槽；所述定子沖片線性霍爾槽的中心與所述開關(guān)霍爾槽的中心在空間相差90°的電角度；所述線性霍爾元件位于所述線性霍爾槽中，所述開關(guān)霍爾元件位于所述開關(guān)霍爾槽中，所述反電動(dòng)勢檢測線圈繞于所述定子沖片的第一個(gè)定子極上。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題采用的另一技術(shù)方案為構(gòu)造一種伺服控制系統(tǒng)，包括伺服控制器和如上述所述的伺服電機(jī)，所述伺服控制器包括轉(zhuǎn)角變換電路、速度變換電路和Id、Iq矢量控制模塊，所述Id、Iq矢量控制模塊通過交軸電流Iq來控制所述伺服電機(jī)的力矩和速度，通過直軸電流Id來擴(kuò)大電機(jī)的速度范圍；所述轉(zhuǎn)角變換電路與所述伺服電機(jī)的線性霍爾元件、開關(guān)霍爾元件和反電動(dòng)勢檢測線圈連接，包括用于將所述線性霍爾元件輸出的正弦波模擬輸出電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的A/D轉(zhuǎn)換模塊，經(jīng)所述A/D轉(zhuǎn)換模塊所得的數(shù)字量通過所述開關(guān)霍爾元件提供的符號函數(shù)來區(qū)分正弦波按90°為周期的多值性，利用所述反電動(dòng)勢檢測線圈的符號函數(shù)土SiglVeI確定轉(zhuǎn)角和速度的方向，最后通過所述伺服控制器的控制核心運(yùn)算獲得具有唯一性的數(shù)字量位置信號；所述速度變換電路包括用于將所述反電動(dòng)勢檢測線圈的理想輸出轉(zhuǎn)換成模擬量或數(shù)字量的速度輸出信號的信號濾波器或A/D轉(zhuǎn)換模塊。本實(shí)用新型所述的伺服控制系統(tǒng)，其中，所述伺服控制器的控制核心為數(shù)字信號DSP或單片機(jī)MCU。本實(shí)用新型所述的伺服控制系統(tǒng)，其中，所述伺服控制器的控制核心為現(xiàn)場可編程門陣列FPGA或?qū)Ｓ眉呻娐稟SIC。本實(shí)用新型所述的伺服控制系統(tǒng)，其中，所述伺服電機(jī)為磁極對數(shù)P = 3，槽數(shù)S =9的內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)。本實(shí)用新型所述的伺服控制系統(tǒng)，其中，所述伺服電機(jī)為磁極對數(shù)P = 23，槽數(shù)S=51的外轉(zhuǎn)子輪轂電機(jī)。 實(shí)施本實(shí)用新型的伺服電機(jī)，具有以下有益效果本實(shí)用新型僅采用一個(gè)線性霍爾傳感器和一個(gè)開關(guān)霍爾傳感器檢測電機(jī)的位置，并同時(shí)采用一個(gè)反電動(dòng)勢檢測線圈檢測電機(jī)的速度；且霍爾元件的布置與電機(jī)繞組下線方式、電機(jī)的極數(shù)、電機(jī)的槽數(shù)都無關(guān)，對安裝精度、電樞反應(yīng)都不敏感，成本很低，且原理上不會(huì)產(chǎn)生相位誤差和幅值誤差。伺服控制系統(tǒng)利用獲得的精確的位置和速度信息，通過交軸電流Iq來控制電機(jī)的力矩和速度；通過直軸電流Id控制來擴(kuò)大電機(jī)的速度范圍

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，附圖中圖I是本實(shí)用新型伺服電機(jī)優(yōu)選實(shí)施例中當(dāng)P = 3, S = 9的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型伺服電機(jī)優(yōu)選實(shí)施例中當(dāng)P = 23, S = 51的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型伺服電機(jī)優(yōu)選實(shí)施例中線性霍爾元件、開關(guān)霍爾元件和反電動(dòng)勢檢測線圈的輸出波形圖；圖4是本實(shí)用新型伺服控制系統(tǒng)優(yōu)選實(shí)施例中伺服控制器的電路原理框圖；圖5是本實(shí)用新型伺服控制系統(tǒng)優(yōu)選實(shí)施例中圖4的轉(zhuǎn)角輸出數(shù)字量圖；圖6是本實(shí)用新型伺服控制系統(tǒng)優(yōu)選實(shí)施例中的數(shù)字和模擬量轉(zhuǎn)速輸出圖；圖7是本實(shí)用新型伺服控制系統(tǒng)優(yōu)選實(shí)施例中當(dāng)伺服控制器的控制核心采用FPGA和ASIC時(shí)的電路構(gòu)成圖；圖8是本實(shí)用新型伺服控制系統(tǒng)優(yōu)選實(shí)施例圖7中的轉(zhuǎn)角輸出數(shù)字量圖；圖9是本實(shí)用新型伺服控制系統(tǒng)優(yōu)選實(shí)施例的原理圖。
具體實(shí)施方式
如圖I和圖2所示，在本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例中，該伺服電機(jī)，包括定子I、轉(zhuǎn)子以及設(shè)于定子I端面上的、用于檢測轉(zhuǎn)子磁場位置的線性霍爾元件2和開關(guān)霍爾元件3。將線性霍爾元件2和開關(guān)霍爾元件3設(shè)于定子I的端面是為了方便引線。從圖中可以看出，線性霍爾元件2和開關(guān)霍爾元件3均位于定子沖片的內(nèi)圓周面上，線性霍爾元件2和開關(guān)霍爾元件3之間的電角度為90°，電角度=磁極對數(shù)X機(jī)械角度，且線性霍爾元件2和開關(guān)霍爾元件3的磁敏感面均與轉(zhuǎn)子的磁極表面相對以便定子I和轉(zhuǎn)子相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，線性霍爾元件2和開關(guān)霍爾元件3敏感永磁體磁場的位置；在與上述開關(guān)霍爾元件3對應(yīng)的定子極上還設(shè)有用于檢測轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的反電動(dòng)勢檢測線圈4，線性霍爾元件2、開關(guān)霍爾元件3和反電動(dòng)勢檢測線圈4的引腳均與印制電路板焊接或直接用線引出；此外，該伺服電機(jī)還包括伺服控制器，該伺服控制器與線性霍爾元件2、開關(guān)霍爾元件3和反電動(dòng)勢檢測線圈4連接。當(dāng)定子I和轉(zhuǎn)子相對轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線性霍爾元件2、開關(guān)霍爾元件3和的反電動(dòng)勢檢測線圈4輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)入到伺服控制器中，伺服控制器再對電機(jī)的力矩和速度進(jìn)行控制。圖I是當(dāng)伺服電機(jī)為極對數(shù)P = 3，槽數(shù)S = 9的內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖，當(dāng)電機(jī)以角速度ω =ΡΩ穩(wěn)速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，θ = ω ,轉(zhuǎn)角是時(shí)間的函數(shù),線性霍爾元件2的位置信號Vh = V0+Vsin3 Θ，其中正弦波量Vsin3 Θ = Vsin3 ω t，而電機(jī)的U相反電動(dòng)勢eA (t)=el (t)+e4(t)+e7 (t),其中 el (t), e4(t), e7 (t)分別是 U 相繞組繞在 jl、j4、j7 三個(gè)定子極上的反電動(dòng)勢，U 相反電動(dòng)勢 eA(t) = el (t)+e4(t)+e7 (t) = 3el (t) =3Vmsin3cot,U相反電動(dòng)勢eA(t)與el(t)的相位相同，由于線性霍爾元件的位置在el (t)所在的定子極的槽中，所以，線性霍爾元件的位置信號Vh與U相反電動(dòng)勢同相位，這為控制器提供了方便。圖2是當(dāng)伺服電機(jī)為極對數(shù)P = 23，槽數(shù)=51的外轉(zhuǎn)子電機(jī)時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖，當(dāng)電機(jī)以角速度ω =ΡΩ穩(wěn)速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，θ = ω ,轉(zhuǎn)角是時(shí)間的函數(shù),線性霍爾元件的位置信號Vh = VO+VsinP Θ ,其中正弦波量VsinP Θ = VsinPcot,而電機(jī)的U相反電動(dòng)勢eA(t) = el (t) _e2 (t)+e3 (t) _e4 (t)+el2 (t) _el3 (t)+el4 (t)+e22 (t) _e23 (t)+e24 (t) +e32 (t) -e33 (t) +e34 (t) +e42 (t) _e43 (t) +e44 (t) _e45 (t) = VmsinP (θ+φ), U 相反電動(dòng)勢由17個(gè)極上的反電動(dòng)勢串聯(lián)而成，由 于每個(gè)極的相位不同，串聯(lián)后，U相反電動(dòng)勢eA(t)與el(t)的相位不同，存在一個(gè)固定的相位差Φ，相位差Φ可以測量出來或由上式計(jì)算出來，本實(shí)施例的電角度相位差Φ = 190.5883° =-10.5883°?？梢酝ㄟ^軟件或硬件方法對相位差進(jìn)行偏置，偏置后使U相反電動(dòng)勢與線性霍爾元件的位置信號Vh同相位，以便方便控制器。進(jìn)一步地，為了保證機(jī)械安裝精度，定子沖片第一個(gè)繞線槽的槽口與線性霍爾元件2的大小相匹配的線性霍爾槽，而定子沖片第一個(gè)定子極上設(shè)有與開關(guān)霍爾元件大小相匹配的開關(guān)霍爾槽，且當(dāng)該伺服電機(jī)為內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)時(shí)，開關(guān)霍爾槽位于定子沖片的內(nèi)圓周面上，而當(dāng)該伺服電機(jī)為外轉(zhuǎn)子輪轂電機(jī)時(shí)，開關(guān)霍爾槽位于定子沖片的外圓周面上線性霍爾元件2位于前述的定子沖片的線性霍爾槽中，而開關(guān)霍爾元件則位于開關(guān)霍爾槽中，反電動(dòng)勢檢測線圈4繞于定子沖片的第一個(gè)定子極上，其引腳可以直接用線索引出?？梢岳斫獾?，所述線性霍爾槽的中心應(yīng)當(dāng)與所述霍爾槽的中心在空間相差90°的電角度。進(jìn)一步地，上述反電動(dòng)勢檢測線圈4的電勢系數(shù)Ke滿足以下公式Ke = V/nmax，且Ke ( VCC，其中，nmax為電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速，VCC為所述伺服控制器控制電路的電源電壓，V是電勢。在本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例中，取V = 5V，nmax = 1500rpm,VCC = 5V。進(jìn)一步地，定義該伺服電機(jī)的磁極對數(shù)P = N，線性霍爾元件2的理想輸出為Vh =VQ+VsinN0，開關(guān)霍爾元件3的理想輸出為Vk = 土Sig I sinN( Θ+90。) I，反電動(dòng)勢檢測線圈4的理想輸出為Ve = ΩKsinNe，反電動(dòng)勢檢測線圈4的符號函數(shù)為土Sig|Ve|，其中，N為大于或等于I的自然數(shù)，Ω為該伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速。如果取η = 3，則線性霍爾元件2、開關(guān)霍爾元件3和反電動(dòng)勢檢測線圈4的輸出波形圖如圖3所示。如圖4所示，在本實(shí)用新型的另一具體實(shí)施例中，一種伺服控制系統(tǒng)，包括伺服控制器和上述的伺服電機(jī)，該伺服控制器包括轉(zhuǎn)角變換電路、速度變換電路和Id、Iq矢量控制模塊，Id、Iq矢量控制模塊能夠通過交軸電流Iq來控制所述伺服電機(jī)的力矩和速度，通過直軸電流Id來擴(kuò)大電機(jī)的速度范圍。其中，轉(zhuǎn)角變換電路包括用于將線性霍爾元件2輸出的正弦波模擬輸出電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的A/D轉(zhuǎn)換模塊，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊所得的數(shù)字量通過開關(guān)霍爾元件3提供的符號函數(shù)來區(qū)分正弦波按90°為周期的多值性，利用反電動(dòng)勢檢測線圈4的符號函數(shù)土SiglVeI確定轉(zhuǎn)角和速度的方向，最后通過伺服控制器的控制核心運(yùn)算獲得具有唯一性的數(shù)字量位置信號；速度變換電路包括用于將反電勢檢測線圈4的理想輸出轉(zhuǎn)換成模擬量或數(shù)字量的速度輸出信號的信號濾波器或A/D轉(zhuǎn)換模塊。該伺服控制器的工作原理為A/D轉(zhuǎn)換模塊將線性霍爾元件2輸出的正弦波模擬輸出電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再通過開關(guān)霍爾元件3提供的符號函數(shù)來區(qū)分正弦波按90°為周期的多值性；利用反電動(dòng)勢檢測線圈4通過比較器轉(zhuǎn)換成符號函數(shù)土SiglVeI來確定轉(zhuǎn)角和速度的方向，再通過位置確定模塊運(yùn)算獲得具有唯一性的數(shù)字量位置信號。速度變換電路則利用定子極上的反電動(dòng)勢檢測線圈4的理想輸出Ve = QKsinP Θ，經(jīng)信號濾波器或A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，即獲模擬量或數(shù)字量的速度輸出信號Ω。如圖5和圖6所示，當(dāng)采用16位A/D轉(zhuǎn)換模塊時(shí)，速度變換電路將反電動(dòng)勢檢測線圈4的理想輸出經(jīng)信號濾波器或A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，即獲模擬量或數(shù)字量的速度輸出信號Ω。優(yōu)選地，上述伺服控制器的控制核心可以是數(shù)字信號DSP或單片機(jī)MCU，也可以采用現(xiàn)場可編程門陣列FPGA或?qū)Ｓ眉呻娐稟SIC。圖7是當(dāng)轉(zhuǎn)角變換電路采用的是FPGA和ASIC時(shí)的電路結(jié)構(gòu)原理圖，在本實(shí)用新型的一個(gè)具體實(shí)施例中，采用一個(gè)10位A/D變換電路，一個(gè)12位EPROM ;線性霍爾元件2的輸出Vh = V0+Vsin Θ經(jīng)濾波后送至10位A/D變換電路模擬輸入端，變換后的10位數(shù)字信號DO D9順序地接至12位EPROM的AO A9地址輸入端，如圖9所示；開關(guān)霍爾元件3的理想輸出Vk = 土Sig| sinN( θ +90° ) |連接到12位EPROM的AlO地址端，反電動(dòng)勢檢測線圈4的理想輸出Ve= QKsin Θ，符號函數(shù)為土Sig | Ve |，連接到12位EPROM的All地址端；用高精度位置發(fā)生裝置產(chǎn)生10位分辨率的線性變化的位置，線性霍爾元件2的輸出Vh被變換成與之對應(yīng)的10位數(shù)字信號D (D0 D9)，將10位數(shù)字信號D (D0 D9)，賦值給12位EPROM的AO A9地址空間；連同AlO地址端的電平來確定Vh的相位，如圖3所示，由于A/D變換電路的輸出與EPROM輸出對應(yīng)相連，這就將Vh變換成了隨位置線性變化的鋸齒波數(shù)字輸出信號，All地址端的電平用來確定位移和速度的發(fā)向。如圖8和圖9所示，該方法實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)角變換電路，U相反電動(dòng)勢eA(t)與el(t)的相位可能存在一個(gè)固定的相位差Φ，可以通過改變12位EPROM地址空間中的數(shù)值，從零地址空間開始，數(shù)值上減去相位差Φ，進(jìn)行偏置，偏置后使U相反電動(dòng)勢與線性霍爾元件的位置信號Vh同相位。以上實(shí)施例只為說明本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本實(shí)用新型的內(nèi)容并據(jù)此實(shí)施，并不能限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。凡跟本實(shí)用新型權(quán)利要求范圍所做的均等變化與修飾，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求的涵蓋范圍。權(quán)利要求1.ー種伺服電機(jī)，其特征在于，包括定子(I)、轉(zhuǎn)子、以及設(shè)于所述定子(I)端面上的用于檢測所述轉(zhuǎn)子磁場位置的線性霍爾元件(2)和開關(guān)霍爾元件(3);所述線性霍爾元件(2)和開關(guān)霍爾元件(3)均位于所述定子沖片的圓周面上，所述線性霍爾元件(2)和開關(guān)霍爾元件(3)之間的電角度為90°，且所述線性霍爾元件(2)和開關(guān)霍爾元件(3)的磁敏感面均與所述轉(zhuǎn)子的磁極表面相對； 在與所述開關(guān)霍爾元件(3)對應(yīng)的定子極上還設(shè)有用于檢測轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的反電動(dòng)勢檢測線圈⑷； 所述線性霍爾元件(2)、開關(guān)霍爾元件(3)和反電動(dòng)勢檢測線圈(4)分別連接至所述伺服控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的伺服電機(jī)，其特征在于，所述定子沖片第一個(gè)繞線槽的槽ロ設(shè)有與所述線性霍爾元件(2)的大小相匹配的線性霍爾元件槽；所述定子沖片第一個(gè)定子極上設(shè)有與所述開關(guān)霍爾元件(3)大小相匹配的開關(guān)霍爾槽；所述定子沖片線性霍爾槽的中心與所述開關(guān)霍爾槽的中心在空間相差90°的電角度； 所述線性霍爾元件(2)位于所述線性霍爾槽中，所述開關(guān)霍爾元件(3)位于所述開關(guān)霍爾槽中，所述反電動(dòng)勢檢測線圈(4)繞于所述定子沖片的第一個(gè)定子極上。
3.ー種伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，包括伺服控制器和如權(quán)利要求1-2任一項(xiàng)所述的伺服電機(jī)，其中，所述伺服控制器包括轉(zhuǎn)角變換電路、速度變換電路和Id、Iq矢量控制模塊，所述Id、Iq矢量控制模塊通過交軸電流Iq來控制所述伺服電機(jī)的カ矩和速度，通過直軸電流Id來擴(kuò)大電機(jī)的速度范圍； 所述轉(zhuǎn)角變換電路與所述伺服電機(jī)的線性霍爾元件(2)、開關(guān)霍爾元件(3)和反電動(dòng)勢檢測線圈(4)連接，包括用于將所述線性霍爾元件(2)輸出的正弦波模擬輸出電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的A/D轉(zhuǎn)換模塊，經(jīng)所述A/D轉(zhuǎn)換模塊所得的數(shù)字量通過所述開關(guān)霍爾元件(3)提供的符號函數(shù)來區(qū)分正弦波按90°為周期的多值性，利用所述反電動(dòng)勢檢測線圈(4)的符號函數(shù)土SigI Ve I確定轉(zhuǎn)角和速度的方向,最后通過所述伺服控制器的控制核心運(yùn)算獲得具有唯一性的數(shù)字量位置信號； 所述速度變換電路包括用于將所述反電動(dòng)勢檢測線圈(4)的理想輸出轉(zhuǎn)換成模擬量或數(shù)字量的速度輸出信號的信號濾波器或A/D轉(zhuǎn)換模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制系統(tǒng)，其特征在干，所述伺服控制器的控制核心為數(shù)字信號DSP或單片機(jī)MCU。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述伺服控制器的控制核心包括現(xiàn)場可編程門陣列FPGA或?qū)Ｓ眉呻娐稟SIC。
6.根據(jù)權(quán)利要求3-5任一項(xiàng)所述的伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述伺服電機(jī)為磁極對數(shù)P = 3,槽數(shù)S = 9的內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3-5任一項(xiàng)所述的伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述伺服電機(jī)為磁極對數(shù)P = 23，槽數(shù)S = 51的外轉(zhuǎn)子輪轂電機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種伺服電機(jī)和伺服控制系統(tǒng)，伺服電機(jī)包括定子、轉(zhuǎn)子以及設(shè)于定子端面上的、用于檢測轉(zhuǎn)子磁場位置的線性霍爾元件和開關(guān)霍爾元件；線性霍爾元件和開關(guān)霍爾元件之間的電角度為90°；還包括反電動(dòng)勢檢測線圈；伺服控制系統(tǒng)包括伺服控制器和伺服電機(jī)，伺服控制器與線性霍爾元件、開關(guān)霍爾元件和反電動(dòng)勢檢測線圈連接；當(dāng)定子和轉(zhuǎn)子相對轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線性霍爾元件、開關(guān)霍爾元件和的反電動(dòng)勢檢測線圈輸出數(shù)據(jù)進(jìn)入到所述伺服控制器中。本實(shí)用新型僅采用一個(gè)線性霍爾傳感器和一個(gè)開關(guān)霍爾傳感器檢測電機(jī)的位置，霍爾元件的布置與電機(jī)繞組下線方式、電機(jī)的極數(shù)、電機(jī)的槽數(shù)都無關(guān)，對安裝精度、電樞反應(yīng)都不敏感，成本很低。
文檔編號H02P6/08GK202364092SQ20112037111
公開日2012年8月1日 申請日期2011年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月27日
發(fā)明者杜坤梅 申請人:浙江博望科技發(fā)展有限公司