[发明专利]双定子直线旋转永磁电机的一体化位置检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及永磁电机技术领域，具体涉及双定子直线旋转永磁电机的一体化位置检测装置及方法。

背景技术

电机是将电能转换为机械运动的重要装置，在工业、国防及生活领域中有着举足轻重的作用。随着工业驱动系统复杂性的增加和驱动精度要求的提高，多自由度驱动的应用越来越广泛，如人类关节、机器手臂、高档机床、舰船推进、火炮转台、办公自动化、多坐标加工、卫星跟踪天线、电动陀螺仪等，尤其是一些精密装置对多自由度驱动的要求越来越迫切，一维运动的单自由度电机无法满足驱动要求，需要大量多维运动的电机及其驱动机构。直线旋转两自由度运动电机是一种能够实现直线、旋转和螺旋运动的两自由度电机，是多维运动电机的典型代表。经过了十几年的发展，直线旋转两自由度电机的研究取得了一定的成果。许多结构类型的直线旋转两自由度电机不断的被提出，如螺旋式结构、组合式结构和集成式结构等，并应用于各种场合。

双定子直线旋转两自由度永磁电机是一种组合式结构的直线旋转两自由度电机。该电机由内外两个定子和一个中间动子构成，相当于两台单气隙电机并联运行。外定子采用圆筒型永磁直线电机的定子结构，三相环形集中绕组对称放置在外定子上，环形绕组轴线与动子轴线重合。内定子采用外转子永磁旋转电机的定子结构，其上均匀分布三相对称绕组。中间动子由外侧永磁体、内侧永磁体及动子轭组成。外侧永磁体为环形结构，内侧永磁体为瓦形结构，内外侧永磁体均选用径向充磁方式，采用表面粘贴式结构将两部分永磁体固定在环形动子轭上。该电机与现有直线旋转两自由度电机相比，充分利用电机内部空间，减小整个电机体积；结构简单，易于加工、制造；控制简单，易于实现直线和旋转运动的解耦控制。

光电编码器的优点是数据处理电路简单、信号噪声容限较大、容易实现高分辨率、检测精度高,缺点是不耐冲击及振动、容易受温度变化影响、适应环境能力较差。

位置检测装置是直线旋转永磁电机能够正常运行的前提保障。常用的直线旋转永磁电机位置检测是采用分立的直线和旋转位置检测装置，占用空间，且造成检测精度降低。因此，直线旋转永磁电机的位置检测装置的小型化，精确化成为该电机广泛应用急需解决的问题。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种双定子直线旋转永磁电机的一体化位置检测装置及方法，动子运动中，通过霍尔传感器实时监测永磁体位置信息，到达精确检测的目的，解决了现有技术的不足。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：双定子直线旋转永磁电机的一体化位置检测装置，其特征在于，包括外定子、内定子、动子、内霍尔传感器及外霍尔传感器；

所述外霍尔传感器嵌入外定子槽中，所述内霍尔传感器嵌入内定子槽中；

所述外定子与外永磁体构成直线运动机构；外定子槽数为S₁，极对数为P₁；所述内定子与内永磁体构成旋转运动机构；内定子槽数为S₂，极对数为P₂；

所述动子外表面沿轴向设置有N极和S极交替排列的环形外永磁体；所述动子内表面沿圆周方向设置有N极和S极交替排列的瓦形内永磁体。

进一步的，所述外永磁体在动子轴向上为2nP₁组，其中，n＝1,2,3…；在圆周方向上，每组外永磁体均匀分为n₁块，每一块外永磁体对应的圆周角度为α，相邻两块外永磁体之间的间隔圆周的圆周角角度差为2α；在轴向方向上，每P₁组外永磁体为一个轴向组合；在所述的一个轴向组合内，相邻两组之间的外永磁体沿圆周方向错开α/P₁角度。

进一步的，所述内永磁体在动子在圆周方向上有2P₂组；在轴向上，每组内永磁体均匀分为n₂块，每块内永磁体长度为l，相邻两块内永磁体之间的间隔距离为2l；在圆周方向上，每P₂组内永磁体为一个圆周向组合；在所述的一个圆周向组合内，相邻两组之间的内永磁体沿轴向方向错开l/P₂距离。

进一步的，所述外霍尔传感器为P₁个，分别安装在外定子槽口处；相邻两个外霍尔传感器之间相差两个极距；所述外霍尔传感器检测旋转运动时的动子位置，分辨率为2P₁n₁。