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類型分類：: 科普知識

數據分類：: 位置傳感器

磁阻傳感器電機：一種帶磁阻式位置傳感器的無刷空心杯電機

發布日期：2022-10-09 點擊率：82

磁阻傳感器電機：一種帶磁阻式位置傳感器的無刷空心杯電機

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Int.CI

權利要求說明書
說明書
幅圖

（
54
）發明名稱

一種帶磁阻式位置傳感器的無刷空心杯電機

（
57
）摘要

?
本實用新型提供了一種帶磁阻式位置傳感
器的無刷空心杯電機，包括定子總成和可轉動地
安裝在定子總成內的轉子總成，所述轉子總成具
有輸出軸，所述無刷空心杯電機還包括端蓋組件
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
組件內并與所述端蓋組件轉動配合；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：感應電機、永磁電機、開關磁阻電機三類的優缺點對比

磁阻傳感器電機：磁阻、感應及無刷永磁同步電動機系統三者結合的電機會怎么樣？非汽車

磁阻、感應及無刷永磁同步電動機系統三者結合的電機會怎么樣？非汽車

現今電動機設計所面臨的挑戰，通常包括對電動機/發電機的轉矩、功率、效率、尺寸、重量及其他性能參數進行優化。

對于電動機，可根據特定用途來選擇對哪些參數進行優化。幾乎所有電動機都是恒速、調速或啟停式運轉。對更高電能使用效率的日益重視，使得通過調速電子驅動設備來獲得更高使用效率，比恒速應用獲得了更廣泛的使用。在進行實現精確定位性能的運動系統的開發時，通常要求電動機具備較高的峰值轉矩及降至零速率時平穩的速率和轉矩運動。功率及控制電子器件為包含電動機、驅動及控制元件在內的整個運動控制或機電一體化系統提供了關鍵部件。

五種常用的電動機類型包括通用有刷直流電動機、可調或開關磁阻電動機、交流感應電動機、電子控制無刷同步或永磁（PM）同步電動機。成熟的通用電動機是一種繞線磁極式電動機，可由交流或直流輸入電壓驅動。但它的功率較低。具有繞線磁極及PM結構的有刷直流電動機，會因其機械換向系統而使工作壽命受到限制。

新技術的發展主要限于磁阻、感應及無刷永磁同步電動機系統。最近，這三種電機技術的結合也出現了。

永磁電動機

永磁電動機天生具有最高的效率，并在范圍寬廣的候選新技術領域，領先于其他電機技術。無刷永磁同步電動機（PMSM）有多種名稱，例如無刷直流電動機、無刷PMAC電動機及電子控制電動機（ECM）。

現今廣泛應用的PMSM電動機，其磁體位于圓筒轉子的表面。伺服定位領域的最新產品，正在向圓筒輪輻中嵌入磁體及內部永磁構造發展。這些具有嵌入式磁體的產品，在多種精確定位運動系統中，能極大地增大轉矩或減小尺寸及重量。這種伺服電機多用于機械工具、機器人及半導體設備。

軸向磁通電動機

交通運輸業（電動自行車、摩托車、汽車）是新PM技術的目標。對于磁體位置，兩個極好的例子是位于軸向磁通及橫向磁通PMSM電動機內部。

軸向磁通PMSM具有獨特的圓盤形狀，比之常規的圓柱形徑向磁通PASM電動機，它能產生更大的轉矩。它獨特的構造，能與多種車輛驅動輪的中心相匹配。

軸向磁通電動機提供高轉矩及低電機軸速，在很多應用中免除了使用昂貴變速箱的需要。混合驅動或電力驅動車輛的重新出現，促進了對用于牽引應用的軸向磁通電動機重新進行技術評估。

主要的軸向磁通結構有兩種：內部PM轉子置于兩個定子繞組之間，及兩個轉子圍繞定子的圓環型。內置PM轉子是最常用的結構。運輸公司引導著這方面的研究，同時世界各地的對這些類型電動機進行評估、設計及使用的大學教授也寫作了很多論文。中國電機公司制造了大量的電動自行車用的輪觳軸向磁通電機。

當今的經濟衰退，使公司對輪觳軸向磁通電動機的使用大大減少，但有公司仍為小型摩托車制造商提供一種5KW型號的軸向磁通輪觳電機。為使用無槽或yokeless定子的大型車輛開發了一種軸向磁通電機，能實現60Nm（44磅-英尺）@3600rpm（25kw）及96%峰值效率。幾乎所有的軸向磁通電機都采用高能釹-鐵-硼磁體。

一種更獨特的軸向磁通PM結構的公司的PM。這種軸向磁通PM的軸向長度大于其徑向直徑。他的轉子，將一對由鐵酸鹽磁體構成的圓錐輪觳組件嵌入在IPM結構的軟磁材料中。這種結構，使得低成本的鐵酸鹽磁極能實現與稀土（釹）磁體相媲美甚至更優越的電機性能。

轉子輪觳組件位于轉子的每個末端，電動機的磁通線直接（平行于軸）通過定子的軸向磁極。圓錐形轉子輪觳表面能產生一個大的間隙面積并因而改善了轉矩。她以PremiumPlus+為商標的3hpPMSM軸向磁通電機，能達到159磅-英寸（18Nm）@1800rpm。行業目標是用于暖氣設備、通風設備及空調制冷產品的風扇、泵以及壓縮機。

橫向磁通電機

橫向磁通電機具有一個復雜的磁路。徑向磁通及軸向磁通電動機可用二維FEA模型及更多直接的數學模型來模擬，但橫向磁通電機因其磁路為三維，則需三維FEA模型來模擬。它的U字形磁元件圍繞著環狀的定子繞組。橫向磁通電機是1896年由W.M.Morday發明的。但因它復雜的結構和額外的成本，對其先進性能的應用則發展緩慢。釹磁體及軟磁復合材料的發展，使其他公司開發出了小型橫向磁通電機MDD1系列，其額定轉矩為3.3Nmto10Nm@300rpm（100-300W）。它應用于旋轉臺及其他的工業機械。

具有十多年多種橫向磁通電動機的生產史。它的機電一體化團隊開發了旋轉及線性電動機。材料運輸系統的發展已達到1120lbs-force（5000N）。橫向磁通電機能實現大轉矩及高功率密度，但制造成本也較高。目前其使用仍局限于某些特定的場合。

混合圓柱形電動機

徑向磁通圓柱形電動機也開發出了新電機技術，這種技術將永磁、可變磁阻及PM集成到交流感應電動機中。新的行磁路技術（PPMT）將VR和PM技術相結合。兩種磁通共用相同的電動機磁元件，一種由兩個PM產生，另一種由VR轉子-定子繞組結構產生。據說，其磁力可增至三倍，使功率密度增長30%并同樣導致效率峰值的增長。這是從100瓦到百千瓦級別的飛躍。

PPMT以包括牽引驅動在內的恒速及變速應用為目標。PPTM能在更高的負載條件下保持高功效。即便采用鐵酸鹽磁體，也能實現卓越性能。

另一個混合電動機的例子，是直接啟動交流感應電動機，它將鼠籠轉子與PM磁體籠（通常是鐵素體）相結合，極大地改進了交流電動機的功率效率。意大利威尼斯制造出用于工業及商業的直接啟動交流電動機系列，可在1kw到15kw之間變化，并具有峰值效率比為5%到8%的增長。

磁阻傳感器電機：磁阻傳感器在主動轉向執行電動機中的應用

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摘要為了將磁阻傳感器應用于汽車主動前輪轉向系統的變傳動比執行電動機(無刷直流電動機)中,分析了系統對位置傳感器的要求和磁阻傳感器的工作原理,提出了用于無刷直流電動機控制系統的HMC1512磁阻傳感器的信號處理算法,給出了信號處理流程圖,并在Matlab／Simulink環境下建立了無刷直流電動機的三閉環控制模型和信號處理模型．仿真過程中,將控制模型的轉角輸出作為信號處理模型的輸入,由信號處理模型計算電動機的轉子位置、轉角和轉速信號,并與控制模型的相應信號進行對比仿真.結果表明:所計算得到的信號與控制模型自身的相應信號基本一致,驗證了所設計的算法能夠用來判斷電動機轉子的位置,也能用來計算電動機轉子的轉角和轉速,為HMC1512在主動轉向執行電動機中的應用提供了依據．

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高峰

王利剛

劉國良

關鍵詞：
磁阻傳感器,
信號處理,
仿真,
無刷直流電動機,
主動前輪轉向

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:
國家“863”計劃項目(2010AA)

作者簡介: 高峰(1955—),男,河南洛陽人,教授,博士生導師(gaof@buaa.edu.cn),主要從事車輛工程研究．
王利剛(1986—),男,河南鄭州人,碩士研究生(wanglg@dae.buaa.edu.cn),主要從事車輛動力學及其控制研究．

引用本文:

高峰, 王利剛, 劉國良. 磁阻傳感器在主動轉向執行電動機中的應用[J]. 江蘇大學學報自然科學版, 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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