开关磁阻电机转子位置检测装置及转子的定位控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及磁阻电机中的转子位置检测，更具体的说涉及开关磁阻电机中的转子 位置检测装置及转子定位控制方法。
【背景技术】
[0002] 在很多应用场合，如收费公路、停车场的收费车道用的自动栏杆，门禁系统用的闸 机，动作部件需要周期性的往复运动，启动、停止位置有要求，运行时间也有要求。采用普通 的交流或直流电机，需要定制的控制器并需要附加的运动位置检测。若采用步进电机，虽然 可实现很高的运动位置控制，但其驱动功率不足，在受外界影响时由于步进电机的开环控 制，会使位置判断失效，也不适合使用在上述场合。
[0003] 磁阻电机由于具有启动转矩高、启动电流小、结构简单、成本低等优点非常适用于 上述场合。为了控制磁阻电机的运行，控制器需要知道转子的位置信息，该信息通过位置检 测传感器进行采集并将位置信号转变为电脉冲信号送给控制器。位置检测传感器需安装在 电路板或电机壳体上，并在以电机轴线为圆心的圆周上按一定角度规则进行排列。转子转 动时，固定在转子上的编码盘与位置检测传感器配合产生位置编码信号，并传送给控制器， 控制器根据该位置信号的通电与断电(状态变化)，从而得到转子的角度并控制磁阻电机的 运行。在栏杆及闸机等需要往复运动且具有固定旋转圈数或角度的场合中，其往复运动的 参数是一致的，因此需要对转子的位置进行准确的检测，现有技术中采取以上位置检测装 置的磁阻电机转子检测的误差大，准确度不高，因此需要对基于位置传感器的位置检测装 置进行改进以适应于对角度准确控制的要求。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的问题是提供一种开关磁阻电机转子位置检测装置及转子的定位 控制方法，通过设计非等分的编码盘及配套的光电位置传感器，实现对转子的精确检测和 控制。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种开关磁阻电机转 子位置检测装置，包括固定在转子转轴上的编码盘、设置在电机壳体上的位置传 感器及配套的控制器，关键在于：所述编码盘上均布有m个齿，齿的宽度小于相 邻齿间槽的宽度，所述位置传感器与转子转轴的轴心等距设有n/2个且相间隔 3609360° ；^71+^:'1厂，1(=0、1、2、3、4、5~111-1，其中11为开关磁阻电机的定子极数，111为开关磁阻电机的转子极数。
[0006] 另外本发明还提供了一种开关磁阻电机转子的定位控制方法，上述的转子位置检 测装置，包括以下步骤：A、根据编码盘上的齿在旋转过程中对位置传感器的遮挡关系确定 位置编码循环并写入控制器；B、转子初始位置检测：根据初始位置时编码盘上的齿对位置 传感器遮挡并与写入控制器中的编码循环比对确定转子的初始位置；C、转子的运转控制： 控制器实时检测转子位置，控制软件根据启动、加速、匀速、刹车工况，根据位置编码对相应 的定子极上的绕组加电，分别对给入绕组的电流进行控制。
[0007] 本发明的有益技术效果是：转子检测装置只包括非等分的编码盘与光电位置传感 器，结构简单，通过巧妙的设计和配合达到转子的高精度检测；检测精度高，非常适用于需 要往复运动的场合。
[0008] 下面结合附图对本发明进行详细说明。
【附图说明】
[0009] 图1-图9是本发明中编码状态的结构示意图。
[0010] 在附图中：1是编码盘，2是光电位置传感器，3是定子极。
【具体实施方式】
[0011] 本发明的目的就在于发明一种适合于需要周期性的往复运动场合的控制型电机， 利用开关磁阻电机的调速方便和适合反复启停的特点，在磁阻电机的基础上通过精确的位 置检测和控制，实现电机运转位置和速度的精确控制，达到电机的定圈数或定角度控制。本 发明还可解决普通电机的启动转矩小、启动电流大的缺陷，同时利用磁阻电机的良好可控 性能实现电磁刹车，完美适用于上述应用场合。
[0012] 本发明中的一种开关磁阻电机转子位置检测装置，包括固定在转子转轴上的编码 盘1、设置在电机壳体上的位置传感器2及配套的控制器，关键在于：所述编码盘1上均布 有m个齿，齿的宽度小于相邻齿间槽的宽度，所述位置传感器2与转子转轴的轴心等距设有 n/2个且相间隔^~7|+?+:> ：1厂，1(=0、1、2、3、4、5~111-1，其中11为开关磁阻电机的定子极数， m为开关磁阻电机的转子极数。
[0013] 本发明还提供了一种开关磁阻电机转子的定位控制方法，基于上述的转子位置检 测装置，其包括以下步骤：A、根据编码盘1上的齿在旋转过程中对位置传感器2的遮挡关系 确定位置编码循环并写入控制器；B、转子初始位置检测：根据初始位置时编码盘1上的齿 对位置传感器2遮挡并与写入控制器中的编码循环比对确定转子的初始位置；C、转子的运 转控制：控制器实时检测转子位置，控制软件根据启动、加速、匀速、刹车工况，根据位置编 码对相应的定子极上的绕组加电，分别对给入绕组的电流进行控制。
[0014] 进一步的，步骤A中，根据转子旋转360° /m确定一个位置编码循环，m为开关磁 阻电机的转子极数。在步骤C中在转子启动时，根据转子初始位置检测的反馈，持续对一个 绕组加电。在步骤C中在转子刹车时，根据转子位置检测的反馈，调整绕组加电时间，使对 转子产生与其运转方向相反的拉力，并使转子停止在指定的控制位置。
[0015] 本发明在具体实施时，参看附图1-9,以8/6极磁阻电机为例，编码盘1上均布有6 个齿，齿的宽度所对应圆心角大于22. 5°且小于25°，位置传感器2与转子转轴的轴心等 距设有4个且相间隔15°，也可以相间隔15° +KX60。，其中K=0、l、2、3、4、5。还可以间 隔30°或45°。编码盘1上的齿的大小根据位置传感器2的大小而定，优选在旋转一个检 测位置后刚好遮挡住或者未遮住位置传感器2。
[0016] 4个位置传感器2其中的一个与定子极3的中心线对齐。
[0017] 编码盘1的齿与转子极错位设置。错位设置可以保证任意一个转子极与某个定子 极中心对齐时，为位置编码改变的位置或连续两个位置编码的中间位置，确保定位控制的 精度。
[0018] 转子检测和控制时，步骤A确定位置编码循环中初始记录：参看附图1-9,以转子 极与定子极3的中心线对齐为初始位置，转子旋转60°，根据旋转过程中编码盘1上的齿对 位置传感器2的遮挡关系确定一个位置编码循环。4个相间隔15°的位置传感器2按逆时 针依次标记为A、B、C、D,当编码盘1上的齿遮住传感器时记录为0,未遮住时记录为1。
[0019] 表1为编码盘1逆时针旋转60°时设置在其上的齿对位置传感器2的遮挡关系。
【主权项】
1. 一种开关磁阻电机转子位置检测装置，包括固定在转子转轴上的编码盘（1)、设置 在电机壳体上的位置传感器（2)及配套的控制器，其特征在于：所述编码盘（1)上均布有m 个齿，齿的宽度小于相邻齿间槽的宽度，所述位置传感器（2)与转子转轴的轴心等距设有 π 3 6€*' 360* ：：个且相间隔+ 1,1(=0、1、2、3、4、5~111-1，其中11为开关磁阻电机的定子极数， 2 mK2 111 m为开关磁阻电机的转子极数。
2. 根据权利要求1所述的开关磁阻电机转子位置检测装置，其特征在于：所述开 关磁阻电机为8/6极磁阻电机，编码盘（1)上均布有6个齿，齿的宽度所对应圆心角大 于22. 5°且小于25°，所述位置传感器（2)与转子转轴的轴心等距设有4个且相间隔 15。+KX60。，其中 K=0、l、2、3、4、5。
3. 根据权利要求2所述的开关磁阻电机转子位置检测装置，其特征在于：所述4个位 置传感器（2)其中的一个与定子极（3)的中心线对齐。
4. 根据权利要求1-3任一项所述的开关磁阻电机转子位置检测装置，其特征在于：编 码盘（1)的齿与转子极错位设置。
5. -种开关磁阻电机转子的定位控制方法，基于权利要求1-4任一项所述的转子位置 检测装置，其特征在于包括以下步骤： Α、根据编码盘（1)上的齿在旋转过程中对位置传感器（2)的遮挡关系确定位置编码循 环并写入控制器； Β、转子初始位置检测：根据初始位置时编码盘（1)上的齿对位置传感器（2)遮挡并与 写入控制器中的编码循环比对确定转子的初始位置； C、转子的运转控制：控制器实时检测转子位置，控制软件根据启动、加速、匀速、刹车工 况，根据位置编码对相应的定子极上的绕组加电，分别对给入绕组的电流进行控制。
6. 根据权利要求5所述的开关磁阻电机转子的定位控制方法，其特征在于：步骤A中， 根据转子旋转确定一个位置编码循环，m为开关磁阻电机的转子极数。 I".
7. 根据权利要求5所述的开关磁阻电机转子的定位控制方法，其特征在于：在步骤C 中在转子启动时，根据转子初始位置检测的反馈，持续对一个绕组加电。
8. 根据权利要求5所述的开关磁阻电机转子的定位控制方法，其特征在于：在步骤C 中在转子刹车时，根据转子位置检测的反馈，调整绕组加电时间，使对转子产生与其运转方 向相反的拉力，并使转子停止在指定的控制位置。
9. 根据权利要求5-8任一项所述的开关磁阻电机转子的定位控制方法，其特征在于： 所述开关磁阻电机为8/6极磁阻电机，编码盘（1)上均布有6个齿，齿的宽度所对应圆心角 大于22. 5°且小于25°，所述位置传感器（2)与转子转轴的轴心等距设有4个且相间隔 15° +KX60。，其中1(=0、1、2、3、4、5，步骤六中确定位置编码循环中初始记录时，以转子极 与定子极（3)的中心线对齐为初始位置，转子旋转60°，根据旋转过程中编码盘（1)上的齿 对位置传感器（2)的遮挡关系确定一个位置编码循环，所述一个位置编码循环中有8个位 置检测位置。
10.根据权利要求9所述的开关磁阻电机转子的定位控制方法，其特征在于：步骤C转 子的运转控制中控制器以7. 5°精度检测转子位置，以15°精度控制转子运转。
【专利摘要】本发明公开了一种开关磁阻电机转子位置检测装置，包括固定在转子转轴上的编码盘、设置在电机壳体上的位置传感器及配套的控制器，所述编码盘上均布有m个齿，齿的宽度小于相邻齿间槽的宽度，所述位置传感器与转子转轴的轴心等距设有个且相间隔，K=0、1、2、3、4、5…m-1，其中n为开关磁阻电机的定子极数，m为开关磁阻电机的转子极数。另外本发明还提供了一种基于上述转子位置检测装置的转子的定位控制方法。本发明的有益技术效果是：转子检测装置只包括非等分的编码盘与光电位置传感器，结构简单，通过巧妙的设计和配合达到转子的高精度检测；检测精度高，非常适用于需要往复运动的场合。
【IPC分类】H02P6-16
【公开号】CN104734583
【申请号】CN201510123495
【发明人】袁琳, 贾国辉
【申请人】袁琳, 贾国辉
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年3月20日