磁阻傳感器 電機(jī)：一種帶磁阻式位置傳感器的無(wú)刷空心杯電機(jī) 第1張" title="磁阻傳感器 電機(jī)：一種帶磁阻式位置傳感器的無(wú)刷空心杯電機(jī) 第1張-傳感器知識(shí)網(wǎng)"/>
磁阻傳感器 電機(jī)：一種帶磁阻式位置傳感器的無(wú)刷空心杯電機(jī)
）
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權(quán)利要求說(shuō)明書(shū)
說(shuō)明書(shū)
幅圖
（
54
）發(fā)明名稱
一種帶磁阻式位置傳感器的無(wú)刷空心杯電機(jī)
（
57
）摘要
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本實(shí)用新型提供了一種帶磁阻式位置傳感
器的無(wú)刷空心杯電機(jī)，包括定子總成和可轉(zhuǎn)動(dòng)地
安裝在定子總成內(nèi)的轉(zhuǎn)子總成，所述轉(zhuǎn)子總成具
有輸出軸，所述無(wú)刷空心杯電機(jī)還包括端蓋組件
和磁阻式位置傳感器，端蓋組件可拆卸安裝在定
子總成的端部上，輸出軸的一端延伸至所述端蓋
組件內(nèi)并與所述端蓋組件轉(zhuǎn)動(dòng)配合；磁阻式位置
傳感器包括磁鐵組件和傳感器電路板，所述磁鐵
磁阻傳感器 電機(jī)：感應(yīng)電機(jī)、永磁電機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)三類的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比
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永濟(jì)電機(jī)公司獲評(píng)國(guó)家級(jí)綠色工廠稱號(hào)
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中車(chē)永濟(jì)電機(jī) 發(fā)表于 11-05 15:22 ?
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益登科技 發(fā)表于 11-03 18:08 ?
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磁阻傳感器 電機(jī)：一種帶磁阻式位置傳感器的無(wú)刷空心杯電機(jī) 第1張" title="磁阻傳感器 電機(jī)：一種帶磁阻式位置傳感器的無(wú)刷空心杯電機(jī) 第1張-傳感器知識(shí)網(wǎng)"/>
磁阻傳感器 電機(jī)：磁阻、感應(yīng)及無(wú)刷永磁同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)三者結(jié)合的電機(jī)會(huì)怎么樣？非汽車(chē)
磁阻、感應(yīng)及無(wú)刷永磁同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)三者結(jié)合的電機(jī)會(huì)怎么樣？非汽車(chē)
現(xiàn)今電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)所面臨的挑戰(zhàn)，通常包括對(duì)電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩、功率、效率、尺寸、重量及其他性能參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。
對(duì)于電動(dòng)機(jī)，可根據(jù)特定用途來(lái)選擇對(duì)哪些參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。幾乎所有電動(dòng)機(jī)都是恒速、調(diào)速或啟停式運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)更高電能使用效率的日益重視，使得通過(guò)調(diào)速電子驅(qū)動(dòng)設(shè)備來(lái)獲得更高使用效率，比恒速應(yīng)用獲得了更廣泛的使用。在進(jìn)行實(shí)現(xiàn)精確定位性能的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)時(shí)，通常要求電動(dòng)機(jī)具備較高的峰值轉(zhuǎn)矩及降至零速率時(shí)平穩(wěn)的速率和轉(zhuǎn)矩運(yùn)動(dòng)。功率及控制電子器件為包含電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)及控制元件在內(nèi)的整個(gè)運(yùn)動(dòng)控制或機(jī)電一體化系統(tǒng)提供了關(guān)鍵部件。
五種常用的電動(dòng)機(jī)類型包括通用有刷直流電動(dòng)機(jī)、可調(diào)或開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)、交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、電子控制無(wú)刷同步或永磁（PM）同步電動(dòng)機(jī)。成熟的通用電動(dòng)機(jī)是一種繞線磁極式電動(dòng)機(jī)，可由交流或直流輸入電壓驅(qū)動(dòng)。但它的功率較低。具有繞線磁極及PM結(jié)構(gòu)的有刷直流電動(dòng)機(jī)，會(huì)因其機(jī)械換向系統(tǒng)而使工作壽命受到限制。
新技術(shù)的發(fā)展主要限于磁阻、感應(yīng)及無(wú)刷永磁同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。最近，這三種電機(jī)技術(shù)的結(jié)合也出現(xiàn)了。
永磁電動(dòng)機(jī)
永磁電動(dòng)機(jī)天生具有最高的效率，并在范圍寬廣的候選新技術(shù)領(lǐng)域，領(lǐng)先于其他電機(jī)技術(shù)。無(wú)刷永磁同步電動(dòng)機(jī)（PMSM）有多種名稱，例如無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)、無(wú)刷PMAC電動(dòng)機(jī)及電子控制電動(dòng)機(jī)（ECM）。
現(xiàn)今廣泛應(yīng)用的PMSM電動(dòng)機(jī)，其磁體位于圓筒轉(zhuǎn)子的表面。伺服定位領(lǐng)域的最新產(chǎn)品，正在向圓筒輪輻中嵌入磁體及內(nèi)部永磁構(gòu)造發(fā)展。這些具有嵌入式磁體的產(chǎn)品，在多種精確定位運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中，能極大地增大轉(zhuǎn)矩或減小尺寸及重量。這種伺服電機(jī)多用于機(jī)械工具、機(jī)器人及半導(dǎo)體設(shè)備。
軸向磁通電動(dòng)機(jī)
交通運(yùn)輸業(yè)（電動(dòng)自行車(chē)、摩托車(chē)、汽車(chē)）是新PM技術(shù)的目標(biāo)。對(duì)于磁體位置，兩個(gè)極好的例子是位于軸向磁通及橫向磁通PMSM電動(dòng)機(jī)內(nèi)部。
軸向磁通PMSM具有獨(dú)特的圓盤(pán)形狀，比之常規(guī)的圓柱形徑向磁通PASM電動(dòng)機(jī)，它能產(chǎn)生更大的轉(zhuǎn)矩。它獨(dú)特的構(gòu)造，能與多種車(chē)輛驅(qū)動(dòng)輪的中心相匹配。
軸向磁通電動(dòng)機(jī)提供高轉(zhuǎn)矩及低電機(jī)軸速，在很多應(yīng)用中免除了使用昂貴變速箱的需要。混合驅(qū)動(dòng)或電力驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的重新出現(xiàn)，促進(jìn)了對(duì)用于牽引應(yīng)用的軸向磁通電動(dòng)機(jī)重新進(jìn)行技術(shù)評(píng)估。
主要的軸向磁通結(jié)構(gòu)有兩種：內(nèi)部PM轉(zhuǎn)子置于兩個(gè)定子繞組之間，及兩個(gè)轉(zhuǎn)子圍繞定子的圓環(huán)型。內(nèi)置PM轉(zhuǎn)子是最常用的結(jié)構(gòu)。運(yùn)輸公司引導(dǎo)著這方面的研究，同時(shí)世界各地的對(duì)這些類型電動(dòng)機(jī)進(jìn)行評(píng)估、設(shè)計(jì)及使用的大學(xué)教授也寫(xiě)作了很多論文。中國(guó)電機(jī)公司制造了大量的電動(dòng)自行車(chē)用的輪觳軸向磁通電機(jī)。
當(dāng)今的經(jīng)濟(jì)衰退，使公司對(duì)輪觳軸向磁通電動(dòng)機(jī)的使用大大減少，但有公司仍為小型摩托車(chē)制造商提供一種5KW型號(hào)的軸向磁通輪觳電機(jī)。為使用無(wú)槽或yokeless定子的大型車(chē)輛開(kāi)發(fā)了一種軸向磁通電機(jī)，能實(shí)現(xiàn)60Nm（44磅-英尺）@3600rpm（25kw）及96%峰值效率。幾乎所有的軸向磁通電機(jī)都采用高能釹-鐵-硼磁體。
一種更獨(dú)特的軸向磁通PM結(jié)構(gòu)的公司的PM。這種軸向磁通PM的軸向長(zhǎng)度大于其徑向直徑。他的轉(zhuǎn)子，將一對(duì)由鐵酸鹽磁體構(gòu)成的圓錐輪觳組件嵌入在IPM結(jié)構(gòu)的軟磁材料中。這種結(jié)構(gòu)，使得低成本的鐵酸鹽磁極能實(shí)現(xiàn)與稀土（釹）磁體相媲美甚至更優(yōu)越的電機(jī)性能。
轉(zhuǎn)子輪觳組件位于轉(zhuǎn)子的每個(gè)末端，電動(dòng)機(jī)的磁通線直接（平行于軸）通過(guò)定子的軸向磁極。圓錐形轉(zhuǎn)子輪觳表面能產(chǎn)生一個(gè)大的間隙面積并因而改善了轉(zhuǎn)矩。她以PremiumPlus+為商標(biāo)的3hpPMSM軸向磁通電機(jī)，能達(dá)到159磅-英寸（18Nm）@1800rpm。行業(yè)目標(biāo)是用于暖氣設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備及空調(diào)制冷產(chǎn)品的風(fēng)扇、泵以及壓縮機(jī)。
橫向磁通電機(jī)
橫向磁通電機(jī)具有一個(gè)復(fù)雜的磁路。徑向磁通及軸向磁通電動(dòng)機(jī)可用二維FEA模型及更多直接的數(shù)學(xué)模型來(lái)模擬，但橫向磁通電機(jī)因其磁路為三維，則需三維FEA模型來(lái)模擬。它的U字形磁元件圍繞著環(huán)狀的定子繞組。橫向磁通電機(jī)是1896年由W.M.Morday發(fā)明的。但因它復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和額外的成本，對(duì)其先進(jìn)性能的應(yīng)用則發(fā)展緩慢。釹磁體及軟磁復(fù)合材料的發(fā)展，使其他公司開(kāi)發(fā)出了小型橫向磁通電機(jī)MDD1系列，其額定轉(zhuǎn)矩為3.3Nmto10Nm@300rpm（100-300W）。它應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)臺(tái)及其他的工業(yè)機(jī)械。
具有十多年多種橫向磁通電動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)史。它的機(jī)電一體化團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了旋轉(zhuǎn)及線性電動(dòng)機(jī)。材料運(yùn)輸系統(tǒng)的發(fā)展已達(dá)到1120lbs-force（5000N）。橫向磁通電機(jī)能實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩及高功率密度，但制造成本也較高。目前其使用仍局限于某些特定的場(chǎng)合。
混合圓柱形電動(dòng)機(jī)
徑向磁通圓柱形電動(dòng)機(jī)也開(kāi)發(fā)出了新電機(jī)技術(shù)，這種技術(shù)將永磁、可變磁阻及PM集成到交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)中。新的行磁路技術(shù)（PPMT）將VR和PM技術(shù)相結(jié)合。兩種磁通共用相同的電動(dòng)機(jī)磁元件，一種由兩個(gè)PM產(chǎn)生，另一種由VR轉(zhuǎn)子-定子繞組結(jié)構(gòu)產(chǎn)生。據(jù)說(shuō)，其磁力可增至三倍，使功率密度增長(zhǎng)30%并同樣導(dǎo)致效率峰值的增長(zhǎng)。這是從100瓦到百千瓦級(jí)別的飛躍。
PPMT以包括牽引驅(qū)動(dòng)在內(nèi)的恒速及變速應(yīng)用為目標(biāo)。PPTM能在更高的負(fù)載條件下保持高功效。即便采用鐵酸鹽磁體，也能實(shí)現(xiàn)卓越性能。
另一個(gè)混合電動(dòng)機(jī)的例子，是直接啟動(dòng)交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，它將鼠籠轉(zhuǎn)子與PM磁體籠（通常是鐵素體）相結(jié)合，極大地改進(jìn)了交流電動(dòng)機(jī)的功率效率。意大利威尼斯制造出用于工業(yè)及商業(yè)的直接啟動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)系列，可在1kw到15kw之間變化，并具有峰值效率比為5%到8%的增長(zhǎng)。
磁阻傳感器 電機(jī)：磁阻傳感器在主動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行電動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用
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摘要 為了將磁阻傳感器應(yīng)用于汽車(chē)主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的變傳動(dòng)比執(zhí)行電動(dòng)機(jī)(無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī))中,分析了系統(tǒng)對(duì)位置傳感器的要求和磁阻傳感器的工作原理,提出了用于無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的HMC1512磁阻傳感器的信號(hào)處理算法,給出了信號(hào)處理流程圖,并在Matlab／Simulink環(huán)境下建立了無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的三閉環(huán)控制模型和信號(hào)處理模型．仿真過(guò)程中,將控制模型的轉(zhuǎn)角輸出作為信號(hào)處理模型的輸入,由信號(hào)處理模型計(jì)算電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子位置、轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速信號(hào),并與控制模型的相應(yīng)信號(hào)進(jìn)行對(duì)比仿真.結(jié)果表明:所計(jì)算得到的信號(hào)與控制模型自身的相應(yīng)信號(hào)基本一致,驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的算法能夠用來(lái)判斷電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的位置,也能用來(lái)計(jì)算電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速,為HMC1512在主動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行電動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用提供了依據(jù)．
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高峰
王利剛
劉國(guó)良
關(guān)鍵詞 ：
磁阻傳感器,
信號(hào)處理,
仿真,
無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī),
主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向
Abstract： In order to apply magnetic sensor in brushless DC motors actuator of vehicle active front wheel steering (AFS) system with variable gear ratio (VGR) mechanism, signal processing algorithm for brushless DC motor (BLDCM) control system was proposed based on the analysis of system requirements for position sensor and working principle of HMC1512 sensor. Three-closed-loop control model of BLDCM and signal processing model were established in Matlab/Simulink. based on the rotation angle from the simulation of control model, rotor position, rotation angle and rotation speed were calculated according to the signal processing model, and compared with the corresponding signals according to three-closed-loop control model. The results show that the calculation signals are basically consistent with the corresponding signals.It is proved that the algorithm can be used to identify the rotor position and calculate the rotation angle and rotation speed, which provides basis for the application of HMC1512 in the actuator motor of AFS.
Key words：
magnetic sensors
signal processing
simulation
brushless DC motors
active front steering
基金資助:
國(guó)家“863”計(jì)劃項(xiàng)目(2010AA)
作者簡(jiǎn)介: 高峰(1955—),男,河南洛陽(yáng)人,教授,博士生導(dǎo)師(gaof@buaa.edu.cn),主要從事車(chē)輛工程研究．
王利剛(1986—),男,河南鄭州人,碩士研究生(wanglg@dae.buaa.edu.cn),主要從事車(chē)輛動(dòng)力學(xué)及其控制研究．
引用本文:
高峰, 王利剛, 劉國(guó)良. 磁阻傳感器在主動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行電動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用[J]. 江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版, 2011, 32(6): 642-646.
GAO Feng, WANG Ligang, LIU Guoliang. Application of magnetic sensor in actuator motor of vehicle active front steering system. Journal of JIangsu University(Natural Science Eidt, 2011, 32(6): 642-646.
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