多霍尔器件提高飞轮转速测量精度的研究

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1、论坛多霍尔器件提高飞轮转速测量精度的研究胥汇瓅,金文芳,吴珍（上海航天控制技术研究所，上海200233）[摘要]对飞轮使用的霍尔器件与转速测量精度之间的关系进行分析，提出了一种基于增加霍尔器件提高飞轮转速测量精度的方法，并根据该方法确定了多霍尔器件安装布局的设计原则和公式。[关键词]飞轮；霍尔器件；转速测量精度；极对数[中图分类号]TN253[文献标识码]A[文章编号]1003-5451(2017)05-0009-04ResearchofIncreasingMeasurementPrecisionofFlywheelSpeedBasedonHallPositio

2、nSensorsXUHui-li,JINWen-fang,WUZhen(ShanghaiAerospaceControlTechnologyInstitute,Shanghai200233)[Abstract]TherelationbetweenHallpositionsensorsandmeasurementprecisionofflywheelspeedwasanalyzedinthispaper,andamethodofincreasingmeasurementprecisionwaspresented.Theconstruction,designform

3、ulaandprincipleoflayoutofmoreHallsensorsinflywheelwasestablished.[Keywords]flywheel;Hallpositionsensor;speedmeasurementprecision;pairedpolenumber引言靠性差的问题。本文对霍尔器件在飞轮内的安装结构进行深入研究，采用增加霍尔器件数量方法增加测速飞轮通常采用无铁芯结构的三相无刷直流电动机脉冲，这种方法将为提高飞轮转速精度提供另外一种作为驱动部件，采用码盘或霍尔器件作为无刷直流电选择。动机的位置传感器。位置传感器的作用有两个：

4、一是检测转子在运动过程中的位置；二是形成飞轮的测速1飞轮转速测量精度分析脉冲，以便于上位机采集并计算飞轮转速。飞轮旋转一周得到的测速脉冲数量直接决定飞轮的调速性能，某工程任务对飞轮具体要求如下:飞轮采用的3进而影响飞轮的转速控制精度。相8对极磁钢结构的无刷直流电动机，电动机外转子目前，飞轮所采用的传统的三霍尔测量器件存在直径100mm，与上位机通讯指令周期为2s，飞轮转速的测速精度低的缺点，其原因在于电动机旋转一周仅能控制精度优于约6°/s，即1r/min。上位机测速采用测产生3倍于极对数的测速脉冲数，因此在需要频繁过频法，转速脉冲上、下沿计数。零调速、并强调低

5、速平稳性的飞轮中应用较少。考虑上位机通讯指令周期为2s，取飞轮转速采样采用码盘作为飞轮的位置传感器可以得到更多的周期为1.5s，测量最小误差为±1个（2个）转速脉冲，脉冲数，但采用码盘存在结构复杂、体积大、成本高、可(即1.5s里要有2个)则要求在9°机械角范围内至少作者简介：胥汇瓅，（1982），男，工程师，长期从事惯性器件产品研制工作。·9·多霍尔器件提高飞轮转速测量精度的研究均匀分布2个位置脉冲，即每转80个转动脉冲。证有足够的磁场强度以激发霍尔器件，又要保证两者以往的三霍尔测量器件构成的飞轮转速反馈仅能不会因间隙过小发生机械干涉，导致飞轮卡死。提供最多每

6、转24个转速脉冲（霍尔器件数×磁钢极下面结合图2、图3进行多霍尔器件具体设计的说对数），其转速精度为4r/min，显然无法满足使用要求。明，按照霍尔器件数量增加到12个的具体要求，在一在电动机结构不改变的情况下，需要将霍尔器件数量对极的磁钢构成一个电周期的情况下，在一个电周期增加到12个（3的整数倍），以提供最多每转96个转动内12个霍尔信号将产生12个转速脉冲（也即24个信脉冲、192个计数边沿用于测速，以满足飞轮每转80个号边沿，上升和下降沿）用于测速。飞轮电动机为8对以上的转速脉冲的要求。极，则每对极磁钢的机械角度为45°，这就意味着要在这样一个机械角度内

7、沿电动机定子边沿镶嵌12个霍3多霍尔器件安装布局的具体设计尔器件，每个霍尔器件相隔的机械角度为3.75°，而一对极磁钢对应的电动机定子边沿弧长仅为39mm，霍尔图1所示为环氧浇铸前的电动机定子骨架，通常器件自身宽度4mm，显然在一对极磁钢的机械角度内的做法是在骨架的突起处开槽（图1霍尔器件安装处），安装12个霍尔器件是无法实现的，针对这种情况在本用于安装霍尔器件，安装完成后再进行环氧浇铸，将霍设计中对霍尔器件的分布进行分组处理，将12个霍尔尔器件固封在定子骨架内部。这种做法的缺点在于：器件平均分成4组，按每组内3个霍尔器件相差机械角度15°，如图3所示。即一个电

8、周期内三个霍尔器霍尔器件