一种非对称复杂绕组无刷直流电机霍尔安装位置确定方法

技术领域

本发明涉及一种非对称复杂绕组无刷直流电机霍尔安装位置确定方法，属于永磁无刷直流电机技术领域。

背景技术

目前通过磁势星形图，以画图的方式寻找正确的霍尔安装位置，不适用于非对称绕组及复杂多层绕组，得出的霍尔安装位置结果偏差大，且需要画磁势星形图，费时费力，结论并不精确。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种非对称复杂绕组无刷直流电机霍尔安装位置确定方法，该非对称复杂绕组无刷直流电机霍尔安装位置确定方法实现了非对称绕组无刷直流电机霍尔安装位置定位和复杂多层绕组无刷直流电机霍尔安装位置定位的功能。

本发明通过以下技术方案得以实现。

本发明提供的一种非对称复杂绕组无刷直流电机霍尔安装位置确定方法，包括以下步骤：

①根据槽数和极对数，获取槽距角度和单元电机铁芯齿数；

②将单元电机铁芯齿进行编号，把需要分析的相的第一个绕组所在齿中心线作为机械基准0°，根据单元电机相绕组分布情况进行列表，获取单元电机铁芯齿编号、相绕组匝数和槽距角度；

③根据单元电机中的任意一相绕组磁动势，将各齿上同一相绕组产生的磁动势进行矢量合成，获取该相合成磁动势相对于机械基准0°的角度差θ；

④根据霍尔位置与三相磁动势轴线对应关系，确定霍尔位置。

所述步骤①中，槽距角度和单元电机齿数的计算公式如下：

m＝GCD(Q，p)

其中，α为槽距角度，Q为槽数，Q

所述步骤②中，单元电机相绕组分布情况表如下：

其中，相绕组匝数根据设计需要设定。

所述步骤③中，角度差θ的公式为：

α

其中，N

所述步骤④中，霍尔位置与三相磁动势轴线的对应关系如下表所示：

其中，FA、FB、FC互差120°电角度。

本发明的有益效果在于：引入电机匝数，精确寻找霍尔正确位置，可确定复杂多层绕组无刷直流电机霍尔安装位置定位和非对称绕组无刷直流电机霍尔安装位置定位；通过霍尔位置定位公式化，避免复杂的电机定子磁势星形图的绘制。

附图说明

图1是实施例1中合成磁动势与霍尔位置关系的分布图；

图2是实施例1中转子N极中心线对齐A相绕组磁动势中心线的结构图；

图3是实施例1中三相绕组内产生感应电动势的波形图；

图4是实施例1中霍尔传感器HA位置正好对应B相绕组磁动势中心线FB的位置图；

图5是实施例1中霍尔传感器HB位置正好对应C相绕组磁动势中心线FC的位置图；

图6是实施例1中霍尔传感器HC位置正好对应A相绕组磁动势中心线FA的位置图；

图7是实施例1中最终霍尔位置与合成磁动势中心线对应的位置图；

图8是实施例2中单元电机转子的结构示意图；

图9是实施例2中合成磁动势与霍尔的位置图；

图10是实施例2中转子旋转至N极磁钢中心线与A相绕组合成磁动势FA重合的位置图；

图11是实施例2中霍尔传感器安装的位置图1；

图12是实施例2中霍尔传感器安装的位置图2；

图13是实施例2中霍尔传感器安装的位置图3；

图14是实施例2中霍尔安装槽的位置图。

具体实施方式

下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。

实施例1

电机内部需要3个霍尔位置传感器用于实时检测转子位置，霍尔位置传感器需要安装到正确的位置才能使三相绕组轮流通电，使电机正确持续旋转，输出扭矩。

极对数为p的电机，转子旋转1周，有p个电周期，每1个电周期为360°电角度，在1个电周期内，3个霍尔传感器位置相差120°电角度，电角度是机械角度的p倍。

具体的，电机内3相绕组有3个对称的合成磁动势FA、FB、FC，三者也互差120°电角度，因此，找到合成磁动势FA、FB、FC与3个霍尔HA、HB、HC位置的对应关系，即可确定3个霍尔的安装位置。

进一步的，FA、FB、FC互差120°电角度，所以只需找到其中一相合成磁动势，比如FA的位置。

以简单的3槽1对极的电机为例，合成磁动势FA、FB、FC与3个霍尔HA、HB、HC位置的对应关系推导过程如下：

如图1和2所示，当转子N极中心线对齐A相绕组磁动势中心线时定义为一个电周期的时间0，随着转子旋转1个电周期，即360°电角度，三相绕组内产生感应电动势波形如图3所示。

为了使电机输出扭矩最大化，将30°-150°范围设置为A相绕组正向通电时间，210°-330°设置为A相绕组负向通电时间；将150°-270°范围设置为B相绕组正向通电时间，0°-90°、330°-360°设置为B相绕组负向通电时间；将0-30°、270-360°范围设置为C相绕组正向通电时间，90°-210°范围设置为C相绕组负向通电时间。

当转子旋转至30°时，转子N极磁钢的起始边沿触发霍尔HA，S极磁钢起始边沿触发霍尔

当转子旋转至150°时，转子N极磁钢的起始边沿触发霍尔HB信号，B相绕组开始通电，此时，N极磁钢起始边沿恰好与C相绕组磁动势中心线FC重合，即霍尔传感器HB位置正好对应C相绕组磁动势中心线FC的位置，如图5所示。

当转子旋转至270°时，转子N极磁钢的起始边沿触发霍尔HC信号，C相绕组开始通电，此时，N极磁钢起始边沿恰好与A相绕组磁动势中心线FA重合，即霍尔传感器HC位置正好对应A相绕组磁动势中心线FA的位置，如图6所示。

最终霍尔位置与合成磁动势中心线对应位置如图7所示，对应关系如下表所示：

实施例2

如图8所示，电机槽数Q为9槽，极对数p为5，电机逆时针旋转为正方向。

第1号齿上绕A相绕组6匝，C相绕组4匝；

第2号齿上绕A相绕组10匝；

第3号齿上绕A相绕组10匝；

第4号齿上绕B相绕组6匝，A相绕组4匝；

第5号齿上绕B相绕组10匝；

第6号齿上绕B相绕组10匝；

第7号齿上绕C相绕组6匝，B相绕组4匝；

第8号齿上绕C相绕组10匝；

第9号齿上绕C相绕组10匝。

确定霍尔安装位置步骤如下：

1.计算槽距角度，单元电机铁芯齿数。

槽距角度

即每两个相邻齿中心线的夹角为机械角度40°。

单元电机个数m＝GCD(Q，p)＝GCD(9，10)＝1

单元电机铁芯齿数

即每9个齿上的绕组组成一个单元电机。

2.将1号铁芯齿中线定义为机械基准0°，每个铁芯齿编号及绕组匝数、机械角度如下：

3.计算A相绕组合成磁动势相对于基准机械0°的角度差θ。

即，与机械基准0°相差5.596°的位置为A相绕组合成磁动势FA，滞后于FA120°电角度(机械角度为24°)处为B相绕组合成磁动势FB，滞后于FB120°电角度(机械角度为24°)处为C相绕组合成磁动势FC。

根据上述合成磁动势与霍尔的对应关系，可以得到霍尔位置，如图9所示。

当转子旋转至N极磁钢中心线与A相绕组合成磁动势FA重合时，将此时定义为0时刻，电气角度为0°，如图10所示。

进一步的，5对极的电机有5块N极磁钢，5块S极磁钢，10块磁钢均匀分布，相互间差180°电角度，每块磁钢的起始边沿处均可作为霍尔信号触发的位置，可达到相同效果，即每相可以有10个位置可供选择，10个位置互差180°电角度，机械角度为36°，HA、HB、HC代表N极磁钢起始边沿触发，霍尔传感器正向安装，

即以上位置均可以作为霍尔安装的正确位置，根据工艺需求最终每相选择一个位置作为对应霍尔的安装位置，比如可选择接近齿中心线的位置加工霍尔安装槽，如图14所示。