[发明专利]用于伺服系统的永磁无刷直流电机及反馈参数检测方法

说明书

技术领域

本发明属于机电技术领域，特别是涉及一种用于伺服系统的永磁无刷直流电动机，区别于交流伺服电机、直流伺服电机和步进电机，本发明还涉及基于该永磁无刷直流电动机的反馈参数检测方法。

背景技术

在工业自动控制中，伺服系统的应用越来越广泛。最基本的伺服系统包括伺服执行元件、反馈元件和伺服驱动器，一般在电伺服系统中用作执行元件的电机基本分为三种：步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机，这三种电机各有优劣，具体的，步进电机的价格便宜，但其控制精度以及力矩输出特性都比较差，使用中容易出现低速振动、爬行、易堵转、噪音大等缺陷；直流伺服电机价格相对也比较便宜，且控制精度以及力矩输出特性都好于步进电机，甚至接近于交流伺服电机，但是，直流伺服电机机械结构复杂，存在电刷和换向器，由于电刷的磨损，影响其使用寿命，一般使用寿命为800小时，需要对电机不断维护，维修工作量大；上世纪70年代末期交流伺服系统开始发展，并逐步实用化，应用越来越广，交流伺服电机作为伺服系统的执行元件，其各项指标都可满足自动化领域的使用要求，且无电刷，免维护，工作可靠，对维护和保养要求低，但其最大的缺点在于其原材料成本很高，传统的交流伺服电机的反馈元件为带U、V、W信号的增量式光电编码器，这种编码器的价格比较昂贵，使得交流伺服系统整体成本居高不下，在低成本应用场合很难推广，在小型自动化设备或低成本应用领域中，用户更是“望价而却步”，制约其应用推广。另外这种编码器在使用中需要做调零处理，这个调零过程在实际操作时较麻烦，而且工人在生产中会产生人为的调节误差，最终影响系统工作性能。

除以上三种电机外，还有另一类为永磁无刷直流电机，这种永磁无刷直流电动机省去了换向器和电刷，具有控制简单、成本低、系统实现起来相对容易等优点，但是由于无刷直流电机在原理和结构上存在固有缺陷，从而限制了其在高精度、高性能要求的伺服驱动场合下的应用，因此，以往无刷直流电机大多只用作简单调速的电力拖动场合，还不能应用于定位伺服控制等高精度、高性能要求的伺服驱动场合。

发明内容

本发明为克服现有技术的不足，提供了一种全新结构的永磁无刷直流电机，该电机既能达到交流伺服电机的优越性能，可以应用在转矩、速度、位置等高精度、高性能要求的控制场合，又可避免对电机的维护，同时在生产成本上又远远低于交流伺服电机，是步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机的理想替代产品。本发明还提供基于该永磁无刷直流电机的反馈参数检测方法，所述反馈参数包括电机磁极位置参数和电机相电流参数。

本发明的技术方案如下：

一种用于伺服系统的永磁无刷直流电机，包括定子和转子，所述电机定子是沿圆周半径方向向内延伸的、在周向均匀分布的若干对T型铁心，其特征是一个或一个以上的T型铁心相对于转子的侧壁上具有与反馈元件相适配，用于安装反馈元件的凹槽。

所述凹槽由模具冲压而成。

所述反馈元件为磁极位置检测元件和/或电流采样元件。

所述磁极位置检测元件为分立的开关型霍尔元件，所述电流采样元件为电流型霍尔元件。

每个T型铁心相对于转子的侧壁中央有一条凹槽，安装反馈元件的凹槽分别互差120度或60度机械角。

每条凹槽至多安装一个反馈元件。

基于上述永磁无刷直流电机的磁极位置检测方法，其特征是在所述凹槽内安装分立的开关型霍尔元件，所述开关型霍尔元件与伺服系统的控制部分相连，在所述电机运转时将检测到的电机反电势信号传送给所述控制部分以获取所述电机的磁极位置。

所述分立的开关型霍尔元件有三个，分别安装于三条互差120度或60度机械角的凹槽内。

基于上述永磁无刷直流电机的相电流检测方法，其特征是在所述凹槽内安装电流型霍尔元件，所述电流型霍尔元件与伺服系统的控制部分相连，在所述电机电枢通过电流时，将电流型霍尔元件产生的电压信号传送给所述控制部分以获取所述电机的相电流。

所述电流型霍尔元件有两个或三个，分别安装于两条或三条互差120度或60度机械角的凹槽内。

本发明的技术效果：

本发明在制造永磁无刷直流电机时，在其定子铁心相对于转子的侧壁上由模具冲压出与反馈元件相适配，用于安装反馈元件的凹槽，具有以下技术效果：