CN115912800B - 电机旋变一体式转子位置检测方法 - Google Patents

电机旋变一体式转子位置检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电机旋变一体式转子位置检测方案，在电机中设置旋转变压器，通过旋转变压器实现转子位置检测，所述旋转变压器包括定子与转子，所述转子设置在电机转子铁心尾部，所述定子正对着转子固定在电机外壳上且与转子同轴，所述定子与转子之间设有气隙，所述定子包括定子铁心、磁极和PCB板，本发明在PCB上增加了励磁绕组，并在励磁绕组中通入方波信号进行激励。此外，本发明将所述转子雕刻于电机转子铁心末端，使旋转变压器集成在了电机内部，缩小了电机与旋转变压器的整体体积。

Description

电机旋变一体式转子位置检测方法
技术领域
本发明属于磁通永磁电机领域，具体为一种机旋变一体式转子位置检测方法。
背景技术
电机驱动的位置反馈测量通常采用编码器和旋转变压器，旋转变压器在电机高速运行时应用更为广泛。旋转变压器有径向式和轴向式两种，其中径向式结构复杂，制造成本高，散热性能差；轴向式结构简单，散热性能好；在现有技术中，轴向式旋转变压器已有将反馈绕组制作在PCB上的方案，但在转子低速运行时无法采样位置信息。旋转变压器的励磁绕组普遍采用正弦信号注入，对处理器性能要求高；因轴向式旋转变压器转子较薄，安装时不可避免的存在着偏差；此外，旋变变压器普遍安装在电机外部，增加的电机的整体体积。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种电机旋变一体式转子位置检测方法，适用于高低速电机驱动场合。
实现本发明目的的技术方案为：一种电机旋变一体式转子位置检测方法，在电机中设置旋转变压器，通过旋转变压器实现转子位置检测，所述旋转变压器包括定子与转子，所述转子设置在电机转子铁心尾部，所述定子正对着转子固定在电机外壳上且与转子同轴，所述定子与转子之间设有气隙，所述定子包括定子铁心、磁极和PCB板，所述磁极等距离嵌在定子铁心面向转子的一面，所述PCB设置在定子铁芯的表面，所述PCB为多层板，设有正弦反馈绕组和余弦反馈绕组和励磁绕组，正弦反馈绕组和余弦反馈绕组信号的包络线为两路正交的正弦电压信号，当转子低于设定速度旋转时，在励磁绕组通入方波信号。
优选地，所述定子由电机转子铁心靠近定子的一端尾部雕刻成可以使得磁场发生变化的形状构成。
优选地，所述转子在电机转子铁心尾部雕刻而成，且向外凸。
优选地，所述转子在电机转子铁心尾部雕刻而成，且向内凹。
优选地，所述PCB为n层板，其中靠近转子的k层由正弦反馈绕组和余弦反馈绕组组成，n大于2，所述PCB剩余n-k层板由励磁绕组组成。
优选地，所述正弦反馈绕组与余弦反馈绕组交替放置在PCB板上。
优选地，两个磁极间正弦反馈绕组与余弦反馈绕组个数相同。
优选地，相邻两个磁极间对应设置m个正弦反馈绕组与余弦反馈绕组，m为整数。
优选地，所述励磁绕组设置在每个正弦反馈绕组和余弦反馈绕组的正下方，以所述定子朝向所述转子为正上方向。
优选地，气隙的厚度小于1mm。
本发明与现有技术相比，其显著优点和创新点为：
1)本发明所提出的在PCB上增加励磁绕组的设计，实现了在转子低速运行时对转子位置的测量。
2)本发明中励磁绕组使用的信号为高频方波信号，方波信号与正弦信号相比，大大降低了对处理器性能的要求。
3)本发明创新地将旋转变压器转子雕刻于转子铁心上，进一步缩小了轴向式旋转变压器的体积，使得旋转变压器可以集成于电机内部。
附图说明
图1是本发明的电机旋变一体式转子位置检测方案安装剖面示意图。
图2是本发明在电机转子上雕刻旋转变压器转子(向外凸)设计***示意图。
图3是本发明在电机转子上雕刻旋转变压器转子(向内凹)设计***示意图。
图4是本发明优选实例在转子低速运行使用10kHz方波激励情况下仿真的输出信号。
图5是本发明优选实例在转子高速运行关闭方波激励情况下仿真的输出信号。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1、图2所示，一种电机旋变一体式转子位置检测方法，在电机中设置旋转变压器，通过旋转变压器实现转子位置检测，所述旋转变压器包括定子1与转子2，所述转子2由电机转子铁心尾部雕刻成可以使得磁场发生变化的形状构成，所述定子1正对着转子2固定在电机外壳上且与转子同轴，所述定子1与转子2之间设有气隙3，所述定子1包括定子铁心11、磁极12和PCB板13，所述磁极12等距离嵌在定子铁心11面向转子2的一面，嵌入后磁极与定子铁芯共平面，所述PCB13紧贴定子铁芯11的表面，所述PCB13为多层板，设有反馈绕组14、15和励磁绕组16，正弦反馈绕组和余弦反馈绕组信号的包络线为两路正交的正弦电压信号，当转子低于设定速度旋转时，在励磁绕组通入方波信号，如图4所示，当转子在不同角度时，即可在反馈绕组中感应出与转子位置相关的高频反馈信号。当转子高与设定速度旋转时，如图5所示，气隙磁场的变化足够在正弦反馈绕组和余弦反馈绕组中感应出两路正交的正弦电压信号，此时无需励磁绕组参与即可确定转子位置。
进一步的实施例中，所述PCB13为n层板，其中靠近转子的k层由正弦反馈绕组14和余弦反馈绕组15组成，n大于2，所述PCB13剩余n-k层板由励磁绕组16组成。
进一步的实施例中，所述PCB13为8层板，其中上4层由正弦反馈绕组14和余弦反馈绕组15组成，每层PCB板上正弦反馈绕组14和余弦反馈绕组15交替设置，且在4层PCB板上的位置完全相同，剩余4层板由励磁绕组组成。
进一步的实施例中，所述每个励磁绕组16均设置在反馈绕组的正下方，本发明中以旋变定子朝向旋变转子的方向为正上方。
进一步的实施例中，相邻两个磁极12间对应设置m个正弦反馈绕组与余弦反馈绕组，m为整数。
进一步的实施例中，相邻两个磁极12间励磁绕组16的个数为4。
进一步的实施例中，所述励磁绕组16的激励信号是频率为10kHz的方波信号。
进一步的实施例中，如图2所示，所述转子2在电机转子尾部雕刻而成，且向外凸。
本发明的另一个实施例中，如图3所示，所述转子2在电机转子尾部雕刻而成，且向内凹。或者，所述转子2在电机转子铁心尾部雕刻而成，且向外凸。作为本发明的其他实施例，与上述实施方式不同的是，可以通入不同频率的励磁信号，可以将电机转子铁心尾部雕刻成其他可以使得磁场发生变化的形状，这种改变都属于本发明的技术构思范围。
电机转子静止、低速和高速运行时，本发明均可以感应出正余弦反馈信号，从而提供位置信息，使用方波信号作为激励信号，无需额外的数模转换芯片，极大地缓解了处理器的运行压力，并将旋转变压器集成在了电机内部，具有体积小、重量轻、安装简单、成本低等显著优点。
本发明创新性地提出了将所述转子雕刻在电机转子尾部，并将所述定子放置在电机内部，解决了所述转子安装的问题。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换。

Claims (9)

1.一种电机旋变一体式转子位置检测方法，其特征在于，在电机中设置旋转变压器，通过旋转变压器实现转子位置检测，所述旋转变压器包括定子(1)与转子(2)，所述转子(2)设置在电机转子铁心尾部，所述定子(1)正对着转子(2)固定在电机外壳上且与转子同轴，所述定子(1)与转子(2)之间设有气隙(3)，所述定子(1)包括定子铁芯(11)、磁极(12)和PCB板(13)，所述磁极(12)等距离嵌在定子铁芯(11)面向转子(2)的一面，所述PCB(13)设置在定子铁芯(11)的表面，所述PCB(13)为多层板，设有正弦反馈绕组(14)和余弦反馈绕组(15)和励磁绕组(16)，正弦反馈绕组和余弦反馈绕组信号的包络线为两路正交的正弦电压信号，当转子低于设定速度旋转时，在励磁绕组通入方波信号；所述定子由电机转子铁心靠近定子的一端尾部雕刻成使得磁场发生变化的形状构成。
2.根据权利要求1所述的电机旋变一体式转子位置检测方法，其特征在于，所述转子(2)在电机转子铁心尾部雕刻而成，且向外凸。
3.根据权利要求1所述的电机旋变一体式转子位置检测方法，其特征在于，所述转子(2)在电机转子铁心尾部雕刻而成，且向内凹。
4.根据权利要求1所述的电机旋变一体式转子位置检测方法，其特征在于，所述PCB(13)为n层板，其中靠近转子的k层由正弦反馈绕组(14)和余弦反馈绕组(15)组成，n大于2，所述PCB(13)剩余n-k层板由励磁绕组(16)组成。
5.根据权利要求4所述的电机旋变一体式转子位置检测方法，其特征在于，所述正弦反馈绕组与余弦反馈绕组交替放置在PCB板上。
6.根据权利要求1所述的电机旋变一体式转子位置检测方法，其特征在于，两个磁极间正弦反馈绕组与余弦反馈绕组个数相同。
7.根据权利要求1所述的电机旋变一体式转子位置检测方法，其特征在于，相邻两个磁极(12)间对应设置m个正弦反馈绕组与余弦反馈绕组，m为整数。
8.根据权利要求1所述的电机旋变一体式转子位置检测方法，其特征在于，所述励磁绕组(16)设置在每个正弦反馈绕组(14)和余弦反馈绕组(15)的正下方，以所述定子朝向所述转子为正上方向。
9.根据权利要求1所述的电机旋变一体式转子位置检测方法，其特征在于，气隙(3)的厚度小于1mm。
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