【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及永磁電機領域，更具體的說涉及一種無傳感器的內置式永磁同步電機及其轉子機械角度檢測方法。
技術介紹
1、永磁同步電機具有力矩大、功率密度高大、效率高的優點，在自動化控制系統中具有廣泛的應用；目前，永磁同步電機通過位置傳感器掌握電機轉子的位置信息，然而采用位置傳感器控制技術獲取電機轉子位置信息，存在有以下缺陷：
2、1、位置傳感器會增加電機的制造成本，傳統的永磁同步電機通常需要依賴外部的位置傳感器，如霍爾傳感器、旋轉編碼器等，以實現轉子角度檢測，這類傳感器的加入無形中增加了電機的制造成本，特別是高精度傳感器，其成本較高；
3、2、位置傳感器會增加電機的體積，位置傳感器通常需要額外安裝在電機的轉子或定子處，導致了電機結構復雜化并增加體積，特別是對空間要求較為嚴苛的地方，如電動工具、電動汽車等，位置傳感器的體積可能影響到電機的整體設計和使用效率；
4、3、傳感器會降低電機控制系統在惡劣環境下的可靠性：市面上大多的位置傳感器，如光電編碼器、霍爾傳感器等，對工作環境的要求較高，在高溫、濕度、灰塵等惡劣環境下可能出現故障或性能下降，降低電機控制系統在惡劣環境中的適應性和可靠性。
5、基于此，有人設計出無位置傳感器的永磁同步電機，這類永磁同步電機采用無傳感器技術，如反電動勢法，高頻注入法等，對轉子位置進行估算，但是，這類無傳感器技術只能估算出電機的電角度與電機轉速，無法估算出轉子的機械角度，無法應用于對轉子機械角度有需求性的場景，例如關節模組、數控機床等。
6、有鑒于此，
技術實現思路
1、本專利技術的目的是提供一種體積小、成本低且可靠性高的無傳感器的內置式永磁同步電機。
2、本專利技術的另一目的是提供一種無傳感器的內置式永磁同步電機的轉子機械角度檢測方法，其能夠對轉動的機械角度進行檢測。
3、為達到上述目的，本專利技術的解決方案是：
4、一種無傳感器的內置式永磁同步電機，其特征在于：包括電機本體，所述電機本體包括轉子，所述轉子包括轉子鐵芯和若干個嵌裝于所述轉子鐵芯中的永磁體，各所述永磁體依次沿所述轉子鐵芯的周向間隔布置，于所述轉子的同一端面，每兩相鄰的所述永磁體的磁極互不相同；所述轉子鐵芯上設有若干個磁障和隔磁橋，每個所述永磁體對應于靠近所述轉子的外側的一側設置有所述磁障，其中一對相互挨近的兩永磁體處分別未設有磁障，各所述磁障分別沿所述轉子鐵芯的周向間隔布置，以分別臨近兩相互挨近的永磁體的兩所述磁障為一組磁障組，每組所述磁障中，兩所述磁障的寬度和厚度分別相同，各個所述磁障組的寬度不相同；每個所述永磁體分別與所述轉子的外側之間分別設置有所述隔磁橋，各所述隔磁橋分別沿所述轉子鐵芯的周向間隔布置，以分別臨近兩相互挨近的所述永磁體的兩所述隔磁橋為一組隔磁橋，每組所述隔磁橋組中兩所述隔磁橋的長度和厚度分別相同，各個所述隔磁橋組的厚度不相同。
5、于所述轉子鐵芯的橫截面，以未設所述磁障的兩所述永磁體為第一永磁體組，以兩所述第一永磁體組的中心與所述轉子鐵芯的軸心之間的延長線為對稱線，所述轉子沿所述對稱線對稱布置。
6、以所述第一永磁組為起點，各所述磁障組的寬度分別沿兩側逐漸變大布置。
7、所述轉子鐵芯上開設有若干個通孔，各所述通孔的兩端分別沿所述轉子鐵芯的兩端端面延伸，各所述通孔分別形成所述磁障。
8、以所述第一永磁組為起點，各所述隔磁橋組的厚度分別沿兩側逐漸變小布置。
9、兩兩相鄰的所述永磁體呈八字型布置。
10、所述電機本體還包括定子，所述定子套設于所述轉子的外側，且所述定子和所述轉子之間設有氣隙，各所述隔磁橋和各所述磁障分別臨近于所述氣隙。
11、一種轉子機械角度檢測方法，采用上述的內置式永磁同步電機，具體檢測方法為，
12、s1、獲取對應關系表：a1、在所述電機本體停機條件下，將所述電機本體依次定位到n個電角度零點處，n的數值與所述電機本體的極對數相匹配，n個所述電角度零點分別將所述轉子的位置劃分為n個機械扇區，各所述機械扇區分別對應為機械扇區一、機械扇區二、機械扇區三至機械扇區n；
13、a2、在每個所述電角度零度的位置，對所述電機本體的ab相、bc相和ac相分別注入高頻電壓信號，測量出ab相之間的電流響應穩態幅值 iab，bc相之間的電流響應穩態幅值 ibc，ac相之間的電流響應穩態幅值 iac；然后分別記錄每個所述電角度零度對應的電流響應穩態幅值 iab、 ibc、 iac，以獲取每個所述機械扇區對應的電流響應穩態幅值，并得到對應關系表；
14、s2、判斷初始的機械扇區：在所述電機本體需要啟動前，先將所述電機本體定位到最近的所述電角度零點處，給所述電機本體的ab相、bc相和ac相分別注入高頻電壓信號，分別測量出ab相、bc相和ac相的電流響應穩態幅值 iab、 ibc、 iac，然后通過步驟a2中的所述對應關系表以獲取所述轉子當前所在的所述機械扇區；
15、s3、判斷機械扇區：在所述電機本體啟動后，采用無位置傳感器控制算法實時檢測轉子電角度，在所述轉子電角度每增加360°，所述機械扇區更新加一，在所述機械扇區更新到所述機械扇區n之后，再次更新時所述機械扇區n復位為所述機械扇區一；
16、s4、獲取轉子機械角度：采用機械角度計算公式獲取所述轉子的機械角度，所述機械角度計算公式為，其中 θm為機械角度， θe為轉子電角度， s為機械扇區， pn為極對數。
17、所述無位置傳感器控制算法為脈振高頻電壓信號注入法。
18、在步驟a1和步驟s2中，所述高頻電壓信號的幅值為100v，頻率為250hz。
19、采用上述的無傳感器的內置式永磁同步電機后，具有如下有益效果：在轉子中引入磁障和隔磁橋，且相應磁障組之間的寬度互不相同，相應隔磁橋組之間的厚度互不相同，以使得電機本體形成不對稱拓撲結構，從而使得電機本體的電感呈現出機械周期特征，通過該機械周期特征獲取轉子的機械角度，即獲取轉子的位置，本專利技術結構簡單，對電機本體的改動較小，成本較低，可靠性強，并且電機本體的空間體積小。
20、采用上述的轉子機械角度檢測方法，具有如下有益效果：本專利技術通過不對稱的電機拓撲結構，對電機本體劃分多個機械扇區，再結合無位置傳感器控制算法，以獲取轉子的機械角度，檢測簡單，準確。
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1.一種無傳感器的內置式永磁同步電機，其特征在于：包括電機本體，所述電機本體包括轉子，所述轉子包括轉子鐵芯和若干個嵌裝于所述轉子鐵芯中的永磁體，各所述永磁體依次沿所述轉子鐵芯的周向間隔布置，于所述轉子的同一端面，每兩相鄰的所述永磁體的磁極互不相同；所述轉子鐵芯上設有若干個磁障和隔磁橋，每個所述永磁體對應于靠近所述轉子的外側的一側設置有所述磁障，其中一對相互挨近的兩永磁體處分別未設有磁障，各所述磁障分別沿所述轉子鐵芯的周向間隔布置，以分別臨近兩相互挨近的永磁體的兩所述磁障為一組磁障組，每組所述磁障中，兩所述磁障的寬度和厚度分別相同，各個所述磁障組的寬度不相同；每個所述永磁體分別與所述轉子的外側之間分別設置有所述隔磁橋，各所述隔磁橋分別沿所述轉子鐵芯的周向間隔布置，以分別臨近兩相互挨近的所述永磁體的兩所述隔磁橋為一組隔磁橋，每組所述隔磁橋組中兩所述隔磁橋的長度和厚度分別相同，各個所述隔磁橋組的厚度不相同。
2.根據權利要求1所述的無傳感器的內置式永磁同步電機，其特征在于：于所述轉子鐵芯的橫截面，以未設所述磁障的兩所述永磁體為第一永磁體組，以兩所述第一永磁體組的中心與所述轉
3.根據權利要求2所述的無傳感器的內置式永磁同步電機，其特征在于：以所述第一永磁組為起點，各所述磁障組的寬度分別沿兩側逐漸變大布置。
4.根據權利要求3所述的無傳感器的內置式永磁同步電機，其特征在于：所述轉子鐵芯上開設有若干個通孔，各所述通孔的兩端分別沿所述轉子鐵芯的兩端端面延伸，各所述通孔分別形成所述磁障。
5.根據權利要求3所述的無傳感器的內置式永磁同步電機，其特征在于：
6.根據權利要求5所述的無傳感器的內置式永磁同步電機，其特征在于：兩兩相鄰的所述永磁體呈八字型布置。
7.根據權利要求6所述的無傳感器的內置式永磁同步電機，其特征在于：所述電機本體還包括定子，所述定子套設于所述轉子的外側，且所述定子和所述轉子之間設有氣隙，各所述隔磁橋和各所述磁障分別臨近于所述氣隙。
8.一種轉子機械角度檢測方法，其特征在于：采用如權利要求1-7任一項所述的內置式永磁同步電機，具體檢測方法為，
9.根據權利要求8所述的一種轉子機械角度檢測方法，其特征在于：所述無位置傳感器控制算法為脈振高頻電壓信號注入法。
10.根據權利要求8所述的一種轉子機械角度檢測方法，其特征在于：在步驟A1和步驟S2中，所述高頻電壓信號的幅值為100V，頻率為250Hz。
...【技術特征摘要】
1.一種無傳感器的內置式永磁同步電機，其特征在于：包括電機本體，所述電機本體包括轉子，所述轉子包括轉子鐵芯和若干個嵌裝于所述轉子鐵芯中的永磁體，各所述永磁體依次沿所述轉子鐵芯的周向間隔布置，于所述轉子的同一端面，每兩相鄰的所述永磁體的磁極互不相同；所述轉子鐵芯上設有若干個磁障和隔磁橋，每個所述永磁體對應于靠近所述轉子的外側的一側設置有所述磁障，其中一對相互挨近的兩永磁體處分別未設有磁障，各所述磁障分別沿所述轉子鐵芯的周向間隔布置，以分別臨近兩相互挨近的永磁體的兩所述磁障為一組磁障組，每組所述磁障中，兩所述磁障的寬度和厚度分別相同，各個所述磁障組的寬度不相同；每個所述永磁體分別與所述轉子的外側之間分別設置有所述隔磁橋，各所述隔磁橋分別沿所述轉子鐵芯的周向間隔布置，以分別臨近兩相互挨近的所述永磁體的兩所述隔磁橋為一組隔磁橋，每組所述隔磁橋組中兩所述隔磁橋的長度和厚度分別相同，各個所述隔磁橋組的厚度不相同。
2.根據權利要求1所述的無傳感器的內置式永磁同步電機，其特征在于：于所述轉子鐵芯的橫截面，以未設所述磁障的兩所述永磁體為第一永磁體組，以兩所述第一永磁體組的中心與所述轉子鐵芯的軸心之間的延長線為對稱線，所述轉子沿所述對稱線對稱布置。
3.根據權利要求2所述的無傳感...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳偉，曾錚，林夏萍，林曉剛，解偉，
申請(專利權)人：泉州裝備制造研究所，
類型：發明
國別省市：
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