一种适用于无磁轨直线电机的位置传感器的制作方法

本实用新型涉及的是永磁同步直线电机技术领域，具体涉及一种适用于无磁轨直线电机的位置传感器。

背景技术：

直线电机是一种能将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置。永磁同步直线电机作为直线电机伺服系统中的核心部件，具有推力大、响应快、惯性低、结构简单、易安装等优点，在现代化工业领域得到了广泛的应用。

在永磁同步直线电机伺服系统中，对直线电机动子的位置检测至关重要，电机所应用的位置传感器的检测精度直接影响电机的控制精度。虽然目前有不少学者提出永磁同步电机的无位置检测技术，节约了电机成本，简化了电机结构，但此种技术的检测精度和稳定性都受到了一定程度的限制，不适用于位置精度要求高的场合。在实际应用中，多采用光栅尺、拉杆位移传感器等直线位移传感器来实现位置检测，但该类传感器造价高、体积大且对电机运行性能有影响，所以在工程应用中也受到了一定程度的限制。

综上所述，本实用新型设计了一种适用于无磁轨直线电机的位置传感器。

技术实现要素：

针对现有技术上存在的不足，本实用新型目的是在于提供一种适用于无磁轨直线电机的位置传感器，结构设计合理，制造成本低、体积小以及结构简单等优点，且对电机运行性能影响较小。

为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：一种适用于无磁轨直线电机的位置传感器，包括位置传感器本体，位置传感器本体安装在直线电机动子的一端，所述的位置传感器本体包括固定机壳、引线、pcb板、磁铁、铁芯和霍尔传感器，pcb板和铁芯固定在固定机壳上，磁铁和霍尔传感器固定在铁芯上，霍尔传感器的引脚焊接在pcb板上，固定机壳一端引出有引线。

作为优选，所述的霍尔传感器设置有四个，y轴上的两个霍尔传感器的相位差为180°，x轴上的两个霍尔传感器的相位差为90°。

作为优选，所述的固定机壳为导磁机壳，所述的导磁机壳为硅钢片、纯铁、电工钢、坡莫合金。

作为优选，所述的铁芯为导磁铁芯，所述的导磁铁芯采用硅钢片、纯铁、电工钢和坡莫合金。

本实用新型通过从霍尔元件中所获得的电机磁场信息从而解算出电机动子的位置。此种方法具有制造成本低、体积小以及结构简单等优点，且对电机运行性能影响较小。

本实用新型的位置传感器安装在无磁轨电机的动子上，即直线电机动子内部集成位置传感器，减小了直线电机整体的体积、结构简单，这样在直线电机的定子上就无需安装高造价的光栅磁栅，从而大大降低成本。

本实用新型的位置传感器内部总共有四个霍尔传感器，x轴方向为两个相位差为90°的霍尔传感器，y轴方向为两个相位差为180°的霍尔传感器，用来检测被检测区域的磁通密度的变化，从而通过反三角函数解算得到电机动子的位置信息，将y轴方向的两个霍尔传感器得到的两个正弦波信号进行差分相减，可以达到抑制信号中的直流分量、防止干扰的效果。

本实用新型具有以下有益效果：

1、位置传感器安装在无磁轨直线电机的动子上，此种技术条件下，直线电机的定子上无需光栅磁栅，从而大大降低成本。

2、直线电机动子内部集成位置传感器，制造成本低、体积小、结构简单，且对电机运行性能影响较小。

3、位置传感器内部总共有四个霍尔传感器，通过将其中两个相位差为180°的霍尔传感器的信号进行差分相减获得正弦波信号，可以达到抑制信号中的直流分量、防止干扰的效果。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本实用新型；

图1为本实用新型的立体图；

图2为本实用新型的仰视图；

图3为本实用新型的霍尔传感器的立体图；

图4为有限元软件中搭建的位置传感器的模型示意图；

图5为有限元软件仿真的绕组的电压波形图。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

参照图1-5，本具体实施方式采用以下技术方案：一种适用于无磁轨直线电机的位置传感器，包括位置传感器本体，位置传感器本体安装在直线电机动子的一端，所述的位置传感器本体包括固定机壳1、引线2、pcb板3、磁铁4、铁芯5和霍尔传感器6，pcb板3和铁芯5固定在固定机壳1上，磁铁4和霍尔传感器6固定在铁芯5上，霍尔传感器6的引脚焊接在pcb板3上，固定机壳1一端引出有引线2。

作为优选，所述的霍尔传感器6设置有四个，y轴上的两个霍尔传感器6的相位差为180°，x轴上的两个霍尔传感器6的相位差为90°。

作为优选，所述的固定机壳1为导磁机壳，所述的导磁机壳为硅钢片、纯铁、电工钢、坡莫合金。

作为优选，所述的铁芯5为导磁铁芯，所述的导磁铁芯采用硅钢片、纯铁、电工钢或和莫合金。

本具体实施方式的位置传感器安装在直线电机动子的一端，在一定磁场强度范围内，霍尔传感器输出的电压与被检测区域磁通密度呈线性关系。y轴方向上的两个霍尔传感器相位差为180°，即相位相反，将这两个霍尔传感器得到的正弦波信号进行差分相减，可以达到抑制信号中的直流分量、防止干扰的效果。为了检测电机动子的位置以及运动方向，x轴方向上的两个霍尔传感器相位差为90°，通过反三角函数可以解算出电机动子的位置。

本具体实施方式的位置传感器的内部有一块pcb板，用来对霍尔传感器输出的信号进行处理，将y轴方向上的两个霍尔传感器输出的信号差分相减后再输出，从而得到所需要的信号。

在有限元软件中搭建位置传感器的模型进行仿真，如图4所示，包括铁芯5、磁铁4、绕组7和定子8。仿真中用两个绕组代表实际中的霍尔传感器，其作用与实际中的霍尔传感器相同，即在一定磁场强度范围内检测被检测区域的磁通密度的变化，以绕组上的电压的形式表示。两个绕组上的电压波形如图5所示，包括左边绕组的电压波形a和右边绕组的电压波形b，为两个相位差为90°的正弦波。对应到实际中，x轴方向上的两个霍尔传感器的输出电压也是两个相位差为90°的正弦波。对这两个正弦波进行反三角函数运算，就可以得到一个0-2π的三角波，即为电机动子的位置信息。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：

1.一种适用于无磁轨直线电机的位置传感器，其特征在于，包括位置传感器本体，位置传感器本体安装在直线电机动子的一端，所述的位置传感器本体包括固定机壳(1)、引线(2)、pcb板(3)、磁铁(4)、铁芯(5)和霍尔传感器(6)，pcb板(3)和铁芯(5)固定在固定机壳(1)上，磁铁(4)和霍尔传感器(6)固定在铁芯(5)上，霍尔传感器(6)的引脚焊接在pcb板(3)上，固定机壳(1)一端引出有引线(2)。

2.根据权利要求1所述的一种适用于无磁轨直线电机的位置传感器，其特征在于，所述的霍尔传感器(6)设置有四个，y轴上的两个霍尔传感器(6)的相位差为180°，x轴上的两个霍尔传感器(6)的相位差为90°。

3.根据权利要求1所述的一种适用于无磁轨直线电机的位置传感器，其特征在于，所述的固定机壳(1)为导磁机壳。

4.根据权利要求1所述的一种适用于无磁轨直线电机的位置传感器，其特征在于，所述的铁芯(5)为导磁铁芯。

技术总结
本实用新型公开了一种适用于无磁轨直线电机的位置传感器，它包括位置传感器本体，位置传感器本体安装在直线电机动子的一端，所述的位置传感器本体包括固定机壳、引线、PCB板、磁铁、铁芯和霍尔传感器，PCB板和铁芯固定在固定机壳上，磁铁和霍尔传感器固定在铁芯上，霍尔传感器的引脚焊接在PCB板上，固定机壳一端引出有引线。本实用新型结构设计合理，制造成本低、体积小以及结构简单等优点，且对电机运行性能影响较小。

技术研发人员：盛田田;张云龙;鲍旭聪
受保护的技术使用者：苏州赛得尔智能科技有限公司
技术研发日：2019.08.27
技术公布日：2020.04.21