一种永磁电机的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电机控制技术领域，更具体地，涉及一种永磁电机。
【背景技术】
[0002] 永磁电机的闭环控制过程中，必须实时测量电机转子的位置及转速等状态信号。 对于多自由度电机系统来说，现有的测量方法是依靠由外接机构解耦多个自由度运动并用 单轴编码器分别测量。机械式的解耦机构本身会限制电机的运动，而且会增加整个系统的 自重和摩擦，因而严重影响了电机及运动系统的动态性能和稳定性，同时在使用一段时间 后，机械磨损造成的位置精度下降是个严重问题。接触式的传感器（如倾角传感器、陀螺仪 或磁场传感器）因为要固定在电机运动部分，首先会影响系统惯性特性，其次而且供电和 信号传输使得动子带有导线或桥接电路，影响了电机动态性能，而且反馈精度也不高。
[0003] 相比传统接触式的测量方式，非接触式的测量方法包括光学、视觉，基于磁场的方 法以及间接无传感器检测技术因为不会影响电机和整体系统的动态特性是比较理想的测 量方式。然而依赖于光学和视觉的传感器技术对环境中光线的要求比较高，而无传感器检 测技术在中、高速时能提供较准确的转子位置，但随着速度的降低，这种方法的检测结果就 可靠性较差。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种永磁电机，在永磁电机 的定子线圈中嵌入磁场传感器，从而实现对电机转子位置的测量及控制。
[0005] 为实现上述目的，按照本发明，提供了一种永磁电机，包括定子线圈和转子，还包 括运算模块，所述运算模块包括依次相连的磁场传感器、第一运算电路以及第二运算电路； 所述磁场传感器设置于定子线圈中，用于检测总磁感应强度B。，并将总磁感应强度B。输入 至所述第一运算电路；所述第一运算电路用于通过所述总磁感应强度B。，获得所述转子的 磁感应强度BPM，并将所述转子对所述磁场传感器产生的磁感应强度BPM输入至所述第二运 算电路；所述第二运算电路用于通过BPM，获得所述转子的位置。
[0006] 优选地，如权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述定子线圈为Μ个，所述磁 场传感器为Ν个，Μ>Ν多2,且Μ和Ν都为正整数；所述Ν个磁场传感器分别设置于Ν个 所述定子线圈中，Ν个所述定子线圈分别设置于所述转子的运动周期中的不同位置，所述第 一运算电路获得的所述转子对所述Ν个磁场传感器产生的磁感应强度ΒΡΜ分别为BPMi、BPM2 至BPMN〇
[0007] 优选地，所述永磁电机还包括第三运算电路；所述第三运算电路与第二运算电路 相连，用于通过所述转子的位置，获得所述转子的状态信号。
[0008] 作为进一步优选地，所述永磁电机还包括控制器以及线圈驱动模块；所述控制器 与所述第三运算电路相连，用于将所述转子的状态信号输入至所述控制器；所述控制器用 于根据所述转子的状态信号给出驱动信号，并将所述驱动信号输入至所述线圈驱动模块； 所述线圈驱动模块用于将所述驱动信号转换为目标电流，并将所述目标电流输入所述定子 线圈，从而实现对电机的控制。
[0009] 作为进一步优选地，所述控制器用于根据所述转子的状态信号，对所述电机的当 前驱动力信号Fw?行调整，得到所述电机的目标驱动力信号，并将所述目标驱动力信号输 入至所述线圈驱动模块；所述线圈驱动模块用于将所述目标驱动力信号转换为目标电流， 并将所述目标电流输入所述定子线圈，从而实现对电机的控制。
[0010] 优选地，所述永磁电机还包括第四运算电路，所述第四运算电路用于通过所述转 子的磁感应强度BPM，获得所述电机的当前驱动力Fw。 toon] 按照本发明，还提供了一种用于上述永磁电机的定子线圈，所述定子线圈内部设 置有运算模块，所述运算模块包括磁场传感器，所述磁场传感器用于检测总磁感应强度B。。
[0012] 优选地，所述运算模块还包括第一运算电路；所述磁场传感器与所述第一运算电 路相连，将所述总磁感应强度B。输入至所述第一运算电路；所述第一运算电路用于通过所 述总磁感应强度B。，获得所述电机中转子的磁感应强度Bpm。
[0013] 作为进一步优选地，所述运算模块还包括A/D转换器和滤波器，所述A/D转换器和 所述滤波器依次连接于磁场传感器与第一运算电路之间，所述A/D转换器用于将所述磁感 应强度的模拟信号转换为数字信号，所述滤波器用于滤除噪声信号。
[0014] 作为进一步优选地，所述运算模块还包括第二运算电路，所述第二运算电路与第 一运算电路相连，并通过所述转子的磁感应强度BPM，获得所述电机中转子的位置，所述转子 的位置为转子与磁场传感器的相对位置矢量R，或者转子的绝对位置矢量P。
[0015] 按照本发明，还提供了一种用于上述永磁电机的运算模块，包括依次相连的磁场 传感器以及第一运算电路；所述磁场传感器用于设置在电机的定子线圈中，检测总磁感应 强度B。，并将所述总磁感应强度B。输入至所述第一运算电路；所述第一运算电路用于通过 所述总磁感应强度B。，获得所述电机中转子的磁感应强度Bpm。
[0016] 优选地，所述运算模块还包括第二运算电路，所述第二运算电路与第一运算电路 相连，用于通过所述转子的磁感应强度BPM，获得所述转子的位置。
[0017] 按照本发明，还提供了一种上述永磁电机中转子位置的测量方法，包括以下步 骤：
[0018] (1)磁场传感器检测得到定子线圈所在位置的总磁场B。，B。减去定子线圈产生的 磁感应强度bem，得到转子产生的磁感应强度bpm;
[0019] BEM的计算方法为，
[0020]
(I)
[0021] 其中，J为定子线圈电流密度矢量（即定子线圈的当前电流i除以线圈的横截面 积S)，μ。为真空的磁导率，D为磁场传感器与定子线圈的相对位置，v为定子线圈的体积；
[0022] (2)磁场传感器与转子的相对位置矢量R与ΒΡΜ具有以下的拟合关系：
[0023]
(2)
[0024] 其中，Μ为转子极化强度，η为转子表面单位法向量，ν为转子体积，s为转子表面 积；
[0025] 根据式2,可以通过BPM计算得到R，然后根据R计算得到电机中转子的绝对位置矢 量P;或者直接根据R与P的换算关系，建立P与BPM的拟合函数，直接由BPM计算得到P。
[0026] (3)根据P，计算得到转子的状态信号，所述转子的状态信号为转子的速度V，加速 度a或者惯性力Fi;其中，v=ΔΡ/Δt，a=Δν/Δt，Fi=ma，t为时间，m为电机转子的质 量。
[0027] 优选地，在步骤（3)之后，还包括步骤（4):根据所述转子的状态信号得到所述电 机的驱动信号，并将所述驱动信号转换为目标电流，然后将所述目标电流输入所述定子线 圈，从而实现对电机的控制。
[0028] 优选地，所述步骤（3)还包括，通过BPM和当前电流，获得所述电机的当前驱动力信 号Fw。
[0029] 作为进一步优选地，所述步骤（4)为：根据所述转子的状态信号，对所述电机的当 前驱动力信号Fw?行调整，得到所述电机的目标驱动力信号，将所述目标驱动力信号转换 为目标电流信号，并输入所述定子线圈，从而实现对电机的控制。
[0030] 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有 益效果：
[0031] 1、在定子线圈中嵌入安装磁场传感器，取代现有技术中在转子中嵌入传感器来测 量转子位置的方法，减小了电机转子的质量，从而减小了转子的惯性力和所需的驱动力，提 尚了电机的动态性能；
[0032] 2、不依赖光学传感器，对环境光线无要求，即使在带有粉尘的环境中也可以实 现；
[0033] 3、利用设置于不同定子线圈中的磁场传感器，使得转子位置的检测更加精确；
[0034] 4、可通过电机转子产生的磁感应强度，直接计算得到电机当