(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 109256927 A(43)申请公布日 2019.01.22
(21)申请号 201811315522.5(22)申请日 2018.11.06
(71)申请人 西安航天动力测控技术研究所
地址 710025 陕西省西安市灞桥区田洪正
街137号(72)发明人 杨凡 高俊丽 杨光 侯果文
惠旋 胡昊 邓南 权艳娜 郭炳岐 吴连波 (74)专利代理机构 西北工业大学专利中心
61204
代理人 陈星(51)Int.Cl.
H02K 29/08(2006.01)H02K 11/215(2016.01)
权利要求书1页 说明书4页 附图2页
CN 109256927 A(54)发明名称
一种省去霍尔位置传感器调试过程的直流无刷电机(57)摘要
本发明提出一种省去霍尔位置传感器调试过程的直流无刷电机，包括电机本体和霍尔位置传感器；电机本体包括壳体，端盖，定子组件，将电性能转化为轴向输出动力的转子组件以及设置于所述转子组件中的转子轴；霍尔位置传感器
位置传感器的位包括传感器定子和传感器转子；
置磁钢与电机本体的转子磁钢实现磁钢极性的轴向投影一致。本发明中电机本体静止部分都参照壳体有明确的相对位置，因此通过此结构设计可以提前规划电机相绕组和霍尔位置传感器定子的相对位置，而借助仿真设计能够高效率地优化位置传感器的分布位置，并最终依靠此电机结构设计实现位置传感器定子位置的精确固定。
CN 109256927 A
权 利 要 求 书
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1.一种省去霍尔位置传感器调试过程的直流无刷电机，包括电机本体和霍尔位置传感器；
所述电机本体包括壳体，端盖，定子组件，将电性能转化为轴向输出动力的转子组件以及设置于所述转子组件中的转子轴；所述霍尔位置传感器包括传感器定子和传感器转子；
其特征在于：
所述壳体上有圆周向定位凹槽和轴向定位直口；所述圆周向定位凹槽为在壳体内侧圆周方向120°均匀分布的三条轴向凹槽；
所述定子组件由定子铁心、绕组和电性连接线缆组成；所述定子铁心在圆周方向具有120°均匀分布的三条轴向凸台，与壳体内侧三条轴向凹槽对应实现定子组件与所述壳体的圆周向定位；定子组件通过轴向直口与所述壳体的轴向定位直口配合实现轴向定位；所述定子组件与所述壳体固定连接；所述绕组布置在定子铁心槽中，所述电性连接线缆与电机绕组焊接在一起并作为引出线引出在电机本体外部；
所述端盖通过三个周向均布的螺钉固定在所述壳体一端，且螺钉位置与电机绕组的三相磁势轴线一一对应；
所述转子组件由转子磁钢和转子轭部组成；所述转子轭部与所述转子轴以方轴和方孔的配合形式压配成为一体，实现圆周向相对位置固定；在转子轴与转子轭部配合的方轴轴段的一边做有标志S”，依据标志S”，在所述转子轭部外圆周上均布粘接所述转子磁钢；
所述传感器转子由位置磁钢座和位置磁钢组成；所述位置磁钢座与所述转子轴以方轴和方孔的配合形式压配成为一体，实现圆周向相对位置固定；在转子轴与位置磁钢座配合的方轴轴段的一边做标志S’，依据标志S’，在所述位置磁钢座内圆孔中粘接位置磁钢；所述转子轴的两方轴段上所做的标志S”和S’在圆周方向上所选的边是对应的，实现转子磁钢与位置磁钢的极性在投影上是一一对应的；
所述传感器定子由3个按120°圆周均布的霍尔元件以及相关阻容性元件集成在印制电路板上构成；所述传感器定子通过三个圆周方向均布的螺钉固定安装在端盖中，且三个螺钉位置与霍尔元件位置一一对应。
2.根据权利要求1所述一种省去霍尔位置传感器调试过程的直流无刷电机，其特征在于：所述定子铁心由若干硅钢片叠压而成，且硅钢片圆形边缘在圆周方向上每间隔120°开有凹槽，与其中一个凹槽相隔30°还开有一个凹槽，共计开有四个凹槽；在四个凹槽处将所有硅钢片焊接为整体。
3.根据权利要求1所述一种省去霍尔位置传感器调试过程的直流无刷电机，其特征在于：所述定子组件与所述壳体依靠胶粘剂进行粘接固定，并所通过螺钉实现加强固定连接，防止圆周向窜动。
4.根据权利要求1所述一种省去霍尔位置传感器调试过程的直流无刷电机，其特征在于：所述端盖通过直口与所述壳体实现轴向定位；所述端盖通过圆周向螺纹孔与所述壳体实现固定连接和圆周向定位。
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说 明 书
一种省去霍尔位置传感器调试过程的直流无刷电机
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技术领域
[0001]本发明涉及直流无刷电机技术领域，具体为一种省去霍尔位置传感器调试过程的直流无刷电机。
背景技术
[0002]随着计算机技术、电子技术、控制技术、永磁材料和功率电子器件的不断进步，永磁无刷电机产品应用越来越广泛。永磁无刷电动机由电动机本体及驱动控制器组成，通常在电动机本体中装有进行换向位置检测的霍尔元件。[0003]霍尔传感器一般有两种安装方式，一种是与电机本体分离的安装方式，采用这种安装方式的霍尔传感器由静止部分和转动部分组成，即位置传感器定子和传感器转子。传感器转子可以直接利用电动机本体磁钢也可以在转轴上另外安装传感器专用的永磁转子。传感器定子可以借助将若干个霍尔片按一定的位置间隔距离集成在电路板上并安装到主定子支架或端盖上实现。这种单独安装方式可便于调整传感器定子的位置，但会花费时间成本。[0004]另一种安装方式是将霍尔芯片直接安装在定子铁心的槽口或齿顶的凹槽上。这种方式可以节省空间，但容易受到定子电枢反应磁场变化的干扰和发热的影响，并且工艺性比较复杂。
发明内容
[0005]为解决上述现有技术存在的问题，申请人希望能够设计出一种新颖的直流无刷电机，将这两种霍尔位置传感器安装方法的优势结合起来，将霍尔元件按照第二种方法的定位精确轴向投影分布在第一种方法提到的霍尔集成电路板上，既实现了霍尔提供换向位置信号的功能，又节省了调试的时间，可谓是一举双得。[0006]本发明的技术方案为：
[0007]所述一种省去霍尔位置传感器调试过程的直流无刷电机，包括电机本体和霍尔位置传感器；
[0008]所述电机本体包括壳体，端盖，定子组件，将电性能转化为轴向输出动力的转子组件以及设置于所述转子组件中的转子轴；所述霍尔位置传感器包括传感器定子和传感器转子；
[0009]其特征在于：
[0010]所述壳体上有圆周向定位凹槽和轴向定位直口；所述圆周向定位凹槽为在壳体内侧圆周方向120°均匀分布的三条轴向凹槽；[0011]所述定子组件由定子铁心、绕组和电性连接线缆组成；所述定子铁心在圆周方向具有120°均匀分布的三条轴向凸台，与壳体内侧三条轴向凹槽对应实现定子组件与所述壳体的圆周向定位；定子组件通过轴向直口与所述壳体的轴向定位直口配合实现轴向定位；所述定子组件与所述壳体固定连接；所述绕组布置在定子铁心槽中，所述电性连接线缆与
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电机绕组焊接在一起并作为引出线引出在电机本体外部；
[0012]所述端盖通过三个周向均布的螺钉固定在所述壳体一端，且螺钉位置与电机绕组的三相磁势轴线一一对应；
[0013]所述转子组件由转子磁钢和转子轭部组成；所述转子轭部与所述转子轴以方轴和方孔的配合形式压配成为一体，实现圆周向相对位置固定；在转子轴与转子轭部配合的方轴轴段的一边做有标志S”，依据标志S”，在所述转子轭部外圆周上均布粘接所述转子磁钢；[0014]所述传感器转子由位置磁钢座和位置磁钢组成；所述位置磁钢座与所述转子轴以方轴和方孔的配合形式压配成为一体，实现圆周向相对位置固定；在转子轴与位置磁钢座配合的方轴轴段的一边做标志S’，依据标志S’，在所述位置磁钢座内圆孔中粘接位置磁钢；所述转子轴的两方轴段上所做的标志S”和S’在圆周方向上所选的边是对应的，实现转子磁钢与位置磁钢的极性在投影上是一一对应的；[0015]所述传感器定子由3个按120°圆周均布的霍尔元件以及相关阻容性元件集成在印制电路板上构成；所述传感器定子通过三个圆周方向均布的螺钉固定安装在端盖中，且三个螺钉位置与霍尔元件位置一一对应。[0016]进一步的优选方案，所述一种省去霍尔位置传感器调试过程的直流无刷电机，其特征在于：所述定子铁心由若干硅钢片叠压而成，且硅钢片圆形边缘在圆周方向上每间隔120°开有凹槽，与其中一个凹槽相隔30°还开有一个凹槽，共计开有四个凹槽；在四个凹槽处将所有硅钢片焊接为整体。[0017]进一步的优选方案，所述一种省去霍尔位置传感器调试过程的直流无刷电机，其特征在于：所述定子组件与所述壳体依靠胶粘剂进行粘接固定，并所通过螺钉实现加强固定连接，防止圆周向窜动。[0018]进一步的优选方案，所述一种省去霍尔位置传感器调试过程的直流无刷电机，其特征在于：所述端盖通过直口与所述壳体实现轴向定位；所述端盖通过圆周向螺纹孔与所述壳体实现固定连接和圆周向定位。[0019]有益效果
[0020]为实现本发明专利目的提供的直流无刷电机，通过上述设计，借助特殊形状的配合外加利用常规的固定连接方式，使得位置传感器的位置磁钢与电机本体的转子磁钢实现磁钢极性的轴向投影一致；使得电机本体静止部分都参照壳体有明确的相对位置，因此通过此结构设计可以提前规划电机相绕组和霍尔位置传感器定子的相对位置，而借助仿真设计能够高效率地优化位置传感器的分布位置，并最终依靠此电机结构设计实现位置传感器定子位置的精确固定。因此，综合来看，本发明直流无刷电机的目的在于将位置传感器调试这一环节通过仿真设计提前规划，将位置传感器进行精确分布，并借助此电机结构设计转化为工程实践。通过用仿真设计等效代替人工调试环节，实现了霍尔位置传感器的精确定位安装，省去了霍尔位置传感器调试的过程，节省了时间和人力成本，并在一定程度上提高了电机的对称精度，并且还能提前预估到电机的性能，这在设计的流程上和成本控制上更加的具有科学性。
[0021]本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
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附图说明
[0022]本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0023]图1为本发明专利直流无刷电机的主视图。[0024]图2为图1所示方向的旋转剖视右视图。[0025]图3为图2所示方向的断面图。[0026]图4为绕组分布设计图。
具体实施方式
[0027]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的。
[0028]本实施例中以4极12槽直流无刷电机为例进行详细说明，并且驱动控制方式采用常见的三相全波六状态工作方式。
[0029]为了获得尽可能大的电动机转矩输出，同一相的反电势和电流同向，因此在这一理论指导下，对于电机的某一相例如A相来说，在A相反电势过零点后30°电角度时刻，应当就是A相霍尔电路输出HA上跳沿出现时刻。对于本实例来说，电机三相绕组按照图4所示的以整极距双层绕组形式进行分布，位置传感器转子磁钢的极性与电机本体磁钢的极性轴向投影一致，HC，HB，HA霍尔片的分布位置恰好分别与A、C、B三相磁动势轴线相重合。每一项霍尔有两个位置可供选择，为了在工艺层面容易实现，三相霍尔分布的位置与图4保持一致，120°圆周向均布，并且与绕组有确定的圆周向相对位置。因此只要在结构上最终按照图4的规划设计精确确定霍尔的分布位置，就实现了本实例的目的。[0030]下面进行结构说明：[0031]所述电机包括壳体1，端盖3，定子组件2，转子组件4，转轴5。所述定子组件2包括定子铁心201，绕组202，电性连接线缆203；所述定子铁心201由图4所示设计形状的硅钢片叠压而成，并且在a，b，c，d四槽处焊接为整体；所述定子铁心201设计有圆周均布的凸台(图4中以1，2，3示意)；所述壳体1在圆周方向均布设计了与所述定子铁心201凸台相对应的凹槽；所述定子组件2与所述壳体1圆周方向以凸台和凹槽配合，实现圆周向相对位置固定，在轴向进行压配，并依靠所述壳体1内部的直口实现轴向位置固定；所述端盖3与所述壳体1借助直口进行轴向定位；所述端盖3与所述壳体1借助圆周向分布的螺钉孔10实现固定连接并利用此固定方式实现圆周向相对位置的确定；因此，在规划绕组分布的前提下并采取上述的配合和固定连接形式，以壳体1为参照坐标系，三相磁势轴线与端盖上圆周均布的螺纹孔10是一一对应的。
[0032]所述位置传感器包括位置传感器定子12和位置传感器转子；所述位置传感器定子12由3个按120°圆周均布的霍尔元件，及一些阻容性元件集成在印制电路板上构成；所述位置传感器定子12与所述端盖3借助圆周分布的螺钉孔11实现固定连接并利用此固定方式实现圆周向相对位置的固定；所述位置传感器定子12上三相霍尔元件HC、HB、HA按照图4的位置进行分布；因此，在提前规划好霍尔元件分布位置的前提下并采取上述的配合和固定连接方式，HC、HB、HA的分布位置与所述端盖螺纹孔11是一一对应的；由于三相磁势轴线与端盖上圆周分布的螺纹孔10是一一对应的，而螺纹孔11和螺纹孔10在圆周向上是一一对应
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的，因此A、B、C三相磁势轴线与HC、HA、HB的分布位置是一一对应的，体现在圆周向上位置是重合的。
[0033]所述转子轴5与所述转子轭6是以方轴和方孔的配合形式压配成为一体的。在所述转轴5与转子轭6配合的方轴轴段的一边做标志S”，并按照图3所示的分布方式在所述转子轭6圆周上均布粘接所述磁钢7；所述位置传感器转子由所述位置磁钢座8和所述位置磁钢9组成；所述位置磁钢座8与所述转子轴5是以方轴和方孔的配合形式压配成为一体的。在所述转轴5与所述位置磁钢座8配合的方轴轴段的一边做标志S’,并按照图1所示的分布方式在所述位置磁钢座8圆周内粘接所述位置磁钢9；所述转轴5两方轴段上所做的标志S”和S’在圆周方向上所选的边是对应的；因此，通过采用上述结构，所述电机本体磁钢7与所述位置传感器位置磁钢9的极性在投影上是一一对应的。
[0034]通过上述结构形式同时实现了位置传感器转子磁钢的极性与电机本体磁钢的极性轴向投影一致，HC，HB，HA霍尔片的分布位置恰好分别与A、C、B三相磁动势轴线相重合。因此当所述电性连接线缆203受控于所述位置传感器12信号实现三二变换导通时，电性能就被转化成所述电机转子组件4的轴向输出动力。这样就实现了提前规划电机相绕组和位置传感器定子的相对位置，将位置传感器进行精确分布，省去了人工调试环节，节省了时间和人力成本，并在一定程度上提高了电机的对称精度。
[0035]以上所述实施实例仅表达了本发明专利的几种实施方式，其描述较为具体详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明专利构思的前提下，在考虑到传感器自身特性、极性规定、主电机定转子结构、定子绕组结构以及控制逻辑设计等，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明专利的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
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