[发明专利]一种基于同极型永磁体双转子的线性霍尔角度和位移集成检测装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于同极型永磁体双转子的线性霍尔角度和位移检测装置及方法。本发明装置包括一个嵌入了十块扇形永磁体的圆形套环转子、一个固定了六片线性霍尔的环形传感器定子。环形传感器转子由铁磁材料制成的转子铁芯、五个外表面为N极的永磁体和五个外表面为S极的永磁体组成，永磁体充磁方向均为径向充磁。五个外表面为N极的永磁体均匀分布在环形传感器转子的左侧；五个外表面为S极的永磁体与外表面为N极的永磁体对齐分布在环形传感器转子的右侧。环形传感器定子由铁磁材料制成，在环形传感器定子内侧的水平方向固定有四个线性霍尔，在垂直水平方向上固定有两个线性霍尔。本发明简化了系统结构，降低了设备成本。

技术领域

本发明涉及一种基于同极型永磁体双转子的线性霍尔角度和位移集成检测装置及方法，适用于磁悬浮电机的转子位置角、径向位移和轴向位移检测。

背景技术

在磁悬浮电机的控制系统中，转子位置角和转子位移检测是磁悬浮电机能够实现精确稳定控制的关键环节。在传统磁悬浮电机系统中，需要电涡流位移传感器和位置传感器分别检测电机转子的位移和转角，电涡流传感器检测转子位移时需要前置器给传感器探头提供一个高频励磁电流，而位置传感器价格昂贵、体积大。但现有的磁悬浮电机的控制系统结构复杂，成本居高不下。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术的不足，本发明提出了一种采用同极型永磁体双转子结构，利用六个线性霍尔同时实现磁悬浮电机的转子位置角和径、轴向位移集成检测装置。本发明装置结构简单、低成本的基于同极型永磁体双转子的线性霍尔角度和位移集成检测装置及方法。

为了实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种基于同极型永磁体双转子的线性霍尔角度和位移集成检测装置，包括检测装置转子和定子，所述检测装置转子为一个嵌入了十块扇形永磁体的环形传感器转子，所述检测装置定子为一个固定了六片线性霍尔环形传感器定子。

进一步的，所述的环形传感器转子由铁磁材料制成的转子铁芯、五个外表面为N极的永磁体和五个外表面为S极的永磁体组成，永磁体充磁方向均为径向充磁；五个外表面为N极的永磁体均匀分布在环形传感器转子的左侧；五个外表面为S极的永磁体与外表面为N极的永磁体对齐分布在环形传感器转子的右侧；用该装置检测磁悬浮电机的转子位置角和径、轴向位移时，将所述嵌有永磁体的环形传感器转子套在磁悬浮电机的转轴上。

进一步的，所述固定了六片线性霍尔的环形传感器定子由铁磁材料制成，在环形传感器定子内侧的水平方向固定有四个线性霍尔：第一线性霍尔S1、第二线性霍尔S2、第三线性霍尔S3和第四线性霍尔S4，在垂直水平方向上固定有第五线性霍尔S5和第六线性霍尔S6两个线性霍尔；其中第一线性霍尔S1、第三线性霍尔S3、第五线性霍尔S5和第六线性霍尔S6这四个霍尔元件均匀放置在环形传感器定子内侧的圆周上，且位于环形传感器定子内侧的左端；第二线性霍尔S2和第四线性霍尔S4与第一线性霍尔S1、第三线性霍尔S3对称放置于环形传感器定子内侧的右端；利用第一线性霍尔S1、第三线性霍尔S3、第五线性霍尔S5和第六线性霍尔S6这四个霍尔元件可以检测出径向气隙磁密大小，利用第二线性霍尔S2和第四线性霍尔S4检测轴向气隙磁密大小。

一种基于同极型永磁体双转子的线性霍尔角度和位移集成检测方法，采用本发明基于同极型永磁体双转子的线性霍尔角度和位移集成检测装置进行操作；应用于磁悬浮电机转子位置角和径、轴向位移的检测；通过第一线性霍尔S1、第二线性霍尔S2、第三线性霍尔S3、第四线性霍尔S4、第五线性霍尔S5和第六线性霍尔S6这六个霍尔元件，检测出的径向气隙磁密和轴向气隙磁密大小，经过以下步骤解算出磁悬浮电机实时的转子位置角和轴、径向位移：具体步骤如下：

步骤一：将环形传感器转子套在磁悬浮电机的转轴上，当电机工作时，环形传感器转子会跟随电机转子一起旋转，利用六个线性霍尔元件可以测得轴向气隙磁密大小为B_a2和B_a4，径向气隙磁密大小为B_r1,B_r3,B_r5和B_r6。