SE527648C2 - Asynkronmotor med integrerad givare - Google Patents
Asynkronmotor med integrerad givareInfo
- Publication number
- SE527648C2 SE527648C2 SE0401838A SE0401838A SE527648C2 SE 527648 C2 SE527648 C2 SE 527648C2 SE 0401838 A SE0401838 A SE 0401838A SE 0401838 A SE0401838 A SE 0401838A SE 527648 C2 SE527648 C2 SE 527648C2
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- stator
- sensing
- rotor
- grooves
- sensing means
- Prior art date
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 81
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims abstract description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 12
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 4
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 3
- 101100298295 Drosophila melanogaster flfl gene Proteins 0.000 claims 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 abstract 2
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 11
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 6
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K17/00—Asynchronous induction motors; Asynchronous induction generators
- H02K17/02—Asynchronous induction motors
- H02K17/16—Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
- H02K1/16—Stator cores with slots for windings
- H02K1/165—Shape, form or location of the slots
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
- H02K1/26—Rotor cores with slots for windings
- H02K1/265—Shape, form or location of the slots
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K17/00—Asynchronous induction motors; Asynchronous induction generators
- H02K17/02—Asynchronous induction motors
- H02K17/30—Structural association of asynchronous induction motors with auxiliary electric devices influencing the characteristics of the motor or controlling the motor, e.g. with impedances or switches
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P7/00—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K3/00—Details of windings
- H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
- H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
- Induction Machinery (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Description
527 648 Den mesta utvecklingen av kända givare har varit inriktad på att modifiera motorn så att d- och q-induktanserna skiljer sig åt. Rotorläget kan då bestämmas genom uppmätning av dessa induktanser i reglerenheten och rotorvinkeln bestämmas. Exem- pelvis beskriver US-patentet 6 515 395 flera utföringsformer av en asynkronmotorrotor för att uppnå detta. Den beskrivna lösningen kräver dock speciellt stansade lamineringar som ökar tillverkningskostnaderna och standardtillverkningsmetoder kan inte användas för alla tillfällen.
Det tyska patentet DE 10031637 beskriver ett sätt att ta ut en varvtalssignal från en liknande motor. Den lösning som be- skrivs i detta dokument nyttjar dock tre strömavkännings- anordningar. Den beskrivna lösningen kommer ej att fungera nära stillastående drift och komer inte att detektera rota- tionsriktningen. Dessutom beskrivs inte motorns utformning.
Sammanfattning av uppfinningen Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkoma en asynkronmotor med en billig och tillförlitlig, integrerad gi- vare för avkänning av motorns läge och/eller varvtal.
Uppfinningen baseras på observationen att den induktans som ses vid relativt höga frekvenser beror av det relativa läget för de närmaste rotorspåren, då den ses från en ledning i ett statorspår.
Enligt uppfinningen åstadkommas en asynkronmotor av den inled- ningsvis angivna typen som kännetecknas av särdragen i den kännetecknande delen av bifogade patentkravet 1.
Vidare åstadkommas ett sätt att avkänna läget och/eller varv- talet för en asynkronmotor, såsom definierat i det bifogade patentkravet 11. 527 648 Vidare föredragna utföringsformer definieras av de under- ordnade patentkraven.
Sålunda åstadkommes en asynkronmotor med integrerad givare som är både billig och tillförlitlig. Eftersom inga eller endast små modifieringar av en konventionell stator krävs kan låg- koststatorer av standardtyp användas. Det finns endast en li- ten modifiering av en standardrotor, om någon. Det centrala Y-uttaget hos Y-kopplade statorlindningar kan enkelt göras tillgängligt, vilket möjliggör den erfordrade avkänningen av lindningsinduktanser.
Kortfattad beskrivning av ritningarng Uppfinningen kommer nu att beskrivas, såsom exempel, under hänvisning till bifogade ritningar, på vilka: figur 1 visar en finit elementsimulering av en tvärsnittsvy av en asynkronmotorrotor och -stator; figur 2 visar ett lindningsdiagram för en asynkronmotor enligt uppfinningen; figurerna 3a-d visar några möjliga anslutningar av lindningar- na i figur 2; figur 4 visar en anslutning av motorlindningarna där mitturta- gen hos Y-kopplade lindningar är tillgängliga för avkänning; figur 5 är ett diagram som visar högfrekvensinduktansen hos några av statorlindningarna i motorn i figur 2 som funktion av rotorvinkel; figur 6 visar ett kretsdiagram för en drivenhet och lind- ningar; 527 648 figur 7 visar D-kopplade lindningar med separata ström- avkänningstransformatorer; figur 8 visar ett annat exempel på D-kopplade lindningar med separata strömavkänningstransformatorer; figur 9 visar en alternativ utföringsform av en asynkronmotor enligt uppfinningen med integrerade, separata strömavkännings- lindningar; och figur 10 visar D-kopplade lindningar med avkänningslindningar.
Detal'erad beskrivnin av u finnin en I det följande kommer en detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformer av föreliggande uppfinning att ges.
Notera att såvida inte annat anges kommer den följande be- skrivningen att beskriva motoregenskaper vid en frekvens som är lämpad för givarsignalen, såsom 1-10 kHz och inte den nor- mala driftfrekvensen hos motorn, såsom mellan 0 och 500 Hz.
I denna beskrivning görs i vissa fall hänvisning till stator- och rotorlamineringar och spår i dessa under det att i andra fall görs hänvisning till statorer och rotorer och spår i dessa. Det inses att uppfinningsidén är tillämpbar på hela asynkronmotorer innefattande stator och rotor som utgörs av staplar av lamineringar och att de olika referenserna endast finns för förenklad förståelse.
Figur 1 visar en finit elementsimnlering av det magnetflöde som skapas i asynkronmotorns stator- och rotorlamineringar. En statorlaminering 10 är försedd med 36 stycken identiska spår 11 som är jämnt fördelade runt statorlamineringens innerdel.
Dessa spår är anpassade för mottagning av ledare som utgör motorlindningarna, såsom konventionellt är. På motsvarande 527 648 sätt är en rotorlaminering 20 försedd med 37 stycken jämnt fördelade spår 21, som vart och ett är fyllt med aluminium som bildar rotorlindningen.
För att visa de grundläggande principerna hos uppfinningen har varje statorspår lla-f en ledare som bär identiska AC-strömar med en relativt hög frekvens av exempelvis 10 kHz. Dessa AC- strömar skapar ett magnetflöde runt ledarna, såsom visas för statorspåren lla-f i figuren. Om frekvensen är tillräckligt hög får virvelströmmar i rotorlindningen rotorspåren att fun- gera som barriärer för magnetflödet från statorspåren, d.v.s., aluminiumet i rotorspåren uppvisar en hög magnetisk resistans för det magnetflöde som skapas av statorströmen. Detta inne- bär också att den magnetiska kopplingen mellan spåren blir låg så att lindningsinduktansen kan anses vara suman av de olika spârinduktanserna och en läckinduktans.
I figur l, eftersom rotorlamineringen 20 har ett spår mer än statorlamineringen 10, kommer rotor- och statorspârens relati- va läge att variera runt rotorns omkrets för ett givet rotor- läge. Med exempelvis det rotorläge som visas i figur l är statorspåret lla inriktat mot ett rotorspår under det att det motsatta statorspåret lld är positionerat direkt mellan två rotorspår. Denna skillnad skapar en variation hos induktansen för en ledning i statorspåren lla-f som kan tolkas av skillna- den i magnetflödeslinjer runt varje av nämnda statorspâr.
Flödet runt statorspåret lla ser sålunda en hög magnetisk resistans, vilket resulterar i ett litet flöde under det att flödet runt statorspåret lld ser en låg magnetisk resistans, vilket resulterar i ett högt flöde.
Låt oss för enkelhets skull anta att denna variation är sinus- formad med avseende på vinkeln från rotorns mitt till spåret lla. 527 648 I det följande antas att öppningen hos spåret lla är inriktad med öppningen hos det närmsta rotorspåret, såsom visas i figur 1: LM, = Lo - Ld*cos(N,u1md*a) där: LM, = total spårinduktans Lo = initial spårinduktans Ld = differentiell spårinduktans Nmnm = skillnad i antalet spår mellan rotor och stator cp = spårvinkel från spår lla, d.v.s. spår 11b ligger vid 60°, spår llc vid l20° etc.
Om rotorn tillåts rotera erhålls följande resultat med den ut- formning som visas i figur 1: LM, = Lo - Ld*cos(N,nllm* där: Hmm, = antalet rotorspår a = mekanisk rotorvinkel från det läge som visas i figur 1.
En ledningsinduktans bestäms av följande formler: 527 648 där W är magnetflödet, L är ledarinduktansen, i är ledar- strömmen och e är lindningsspänningen. Detta innebär att om induktansen hos en ledningen i ett statorspår varierar med rotorns läge kan rotorns läge bestämas om induktansen bestäms.
De grundläggande principerna för magnetflödet i en asynkron- motor har nu förklarats. Uppfinningen kommer nu att beskrivas såsom exempel, inledningsvis under hänvisning till en asyn- kronmotorkonfiguration som visas i figur 2. Den beskrivna motorn är en 4-polig trefas asynkronmotor försedd med 36 stycken statorspår som är jämnt fördelade runt statorn. Rotorn är försedd med 41 stycken rotorspâr 21 som är jämnt fördelade runt den cylindriska rotorns periferi. Med Nßmu = 41 och Nnmm, = se, blir skum = s.
Ett lindningsdiagram visas i figur 2, vilket har sex lind- ningar, A-1, B-2, C-3, D-4, E-5 och F-6. Motsvarande stator- spår är markerade A, B, C, D, E, F, 1, 2, 3, 4, 5, 6. Detta innebär att den ström som flyter i ett statorspår markerat "A" flyter i en motsatt riktning mot den ström som flyter i ett statorspâr markerat "1" och motsvarande för de andra lind- ningarna. Lindningarna slutar i anslutningar som anges av cirklar i figuren. Dessa terminaler kan på olika sätt anslutas beroende på exempelvis spännings- och strömkrav. Figurerna 3a, Bb, 3c och 3d visar några av de möjliga anslutningarna av dessa lindningar.
Varje lindning upptar tre intilliggande statorspår. För enkel- hets skull beaktas i den följande beskrivningen endast det mellersta spåret hos grupperna av tre spår. Effekten av spåren betecknade 1 till 6 ignoreras ocksâ. Sålunda beaktas endast statorspåren betecknade lla-f i figur 2, motsvarande det 527 648 centrala spåret för lindningarna betecknade A-F vid de följande beräkningarna.
Antag även kopplingarna som visas i figur 4, d.v.s. en "Y"-koppling med lindningarna A-1 och D-4 parallellkopplade.
På motsvarande sätt är lindningarna B-2, E-5 och C-3, F-6 parallellkopplade. Fasterminalerna betecknas "U”, "V" respek- tive "W" .
Lindningarna A-1 och D-4 tillhör sålunda same fas men en dif- ferentiell mätning mellan dem kan användas för att bestämma rotorläget. I en konventionell motor används vanligtvis ej mittuttaget på "Y" för någon mätning. I den motor som visas i figur 2 är dock dessa uttag betecknade avkänning+ och avkän- ning- tillgängliga för mätning. Detta innebär i sin tur att skillnaden mellan induktansen hos lindningen A-1 och induktan- sen hos lindningen D-4 kan mätas, eftersom deras respektive ändpunkter U och avkänning+ respektive U och avkänning- är tillgängliga för mätning. Olika sätt att mäta lindningsinduk- tanserna komer att beskrivas nedan och inkluderar avkänning av spänning och/eller ström i lindningarna.
Med hänvisning till den grundläggande idén som beskrivits under hänvisning till figur 1 gäller att då A-1 har minsta induktans bör D-4 befinna sig vid ett maximum. Detta sker då fasskillnaden mellan spårinduktanserna är 180°: LW” - Lo - Ld*cos(N“nnmf0 + Nnm”*a) - centralt spår A be- finner sig vid 0°.
LM, = Lo - Ld*cos(N,,,¿n,,,,*l80 + N,,,,___*a) -- centralt spår D befinner sig vid 180°.
Från detta kan man se att N“nhm,nåste vara udda för att upp- fylla detta villkor. 527 648 Avkänningen av enbart ett par lindningar är dock ej tillräck- ligt för att bestämma rotationsriktningen. För att kunna känna en liten förändring i rotorläget vid samtliga möjliga lägen krävs även en signal med en lämplig fasskillnad. För ett två- fasigt mätsystem är den föredragna fasskillnaden i90°, för ett trefassystem är den i60° och il20°. Andra fasvinklar kan dock användas om de på tillförlitligt sätt kan omvandlas med en Clarke- eller modifierad Clarke-transform till ett tvåfas- system med 90° fasskillnad.
För detta har vi de andra faslindningsparen 13-2, E-S, respek- c'_3y F-öo LM, = Lo - Ld*cos(N,unmd*60 + N,,,,,*a) - centralt spår B befinner sig vid 60”.
LM, = Lo - Ld*cos(N,unMd*240 + N,,,,,,,_.*a) - centralt spår E befinner sig vid 240°.
LM, = Lo - Ld*cos(N,nu,,d*l20 + Nmmflx) - centralt spår C befinner sig vid 120°.
LM, = Lo - Ld*cos(N,u1,_n_d*300 + Nrmrflfa) - centralt spår F befinner sig vid 300°.
Från detta kan man se att för Nmnm=3 kommer L,,,,,, att vara 180° förskjuten från Lwh” vilket är detsamma som Lmk, inverte- rad. Luke kommer att vara förskjuten 360° från Lwm, vilket är detsamma som L,,¿,,,, så ingen ny information erhålles. I detta fall kan sålunda Hmmm, ej vara delbar med 3.
De fyra lägsta möjliga återstående värdena för Hmmm, är sålunda 1, 5, 7, ll. Nmnufl resulterar dock i alltför stora sidokrafter på rotorn. Vidare resulterar ett alltför stort 527 648 10 Nnnhudi alltför små signaler, vilket lämnar 5 och 7 som före- dragna val.
Induktansmätningen kommer nu att beskrivas i detalj under hän- visning till figurerna 4 och 5. Om fasanslutningarna V och W hålls vid sama potential och en signal kopplas in i fas- anslutningen U ger skillnaden mellan avkänning+ och avkänning- en amplitud som är proportionell mot sin(9 + Nmmflz) , där G är en korrigering för vissa av de förenklingar som tidigare gjorts. Om fasanslutningarna U och W hålls vid sama potential och en signal kopplas in i anslutningen V, kommer amplitudenveloppen att ha en fasskillnad på l20° och slutligen om V och U hålls vid samma potential och en signal kopplas in i anslutningen W blir fasskillnaden 240°.
Endast två av dessa tre signaler behövs egentligen men den tredje kan användas för att förbättra symetrin och öka sig- nalbrusförhållandet, om så önskas.
Signalerna kan extraheras antingen i tidsmultiplexdomän eller frekvensmultiplexdomän.
I tidsmultiplexdomänen kan switchoperationerna hos effekt- steget i reglerenheten som driver motorn användas som inkopp- lingssignal som påför en spänning över de valda lindningarna.
Faserna switchas i turordning under det att de andra faserna hålls vid konstant spänning. Efter varje switchoperation analyseras de resulterande signalerna vid avkänningsanslut- ningarna avkänning+ och avkänning-.
I frekvensmultiplexdomänen regleras en drivenhet för inkopp- ling av olika frekvenser i åtminstone två av de tre faskopp- lingarna. Ett drivsystem anpassat för avkänning i frekvens- 527 648 ll multiplexdomänen visas i figur 6. Detta system innefattar ett konventionellt motorreglersystem 110 innefattande bland annat en digital signalprocessor (DSP) och tillhörande kretsarrange- mang, såsom minnen, etc. Mjukvarukod lagras i minnet för att exekvera reglerprogram. För att åstadkomma en effektiv motor- reglering inmatas signaler representerande DC-pänning och motorströmar till drivenheten, såsom är konventionellt.
Reglersignaler Ud, Uq och Udc utmatas från drivenheten och Clarke-Park-transformeras och skalas i en transformeringsenhet 112. De transformerade signalerna för respektive fas U, V och W, tillsamans med en referenssignal REF, utmatas till fasdri- venheter l16a-c som driver en respektive av faserna U, V och W. För excitering används signalgeneratorer 114a och ll4b med en respektive frekvens frekvens-1 och frekvens-2 för att modu- lera signalerna från motorreglersystemet för att koppla in en signal till var och en av faserna U och V, varvid frekvens-1 skiljer sig från frekvens-2. På detta sätt komer signalerna avkänning+ och avkänning- att innehålla resultatet av dessa två signaler men i olika frekvensdomäner.
Drivenheterna l16a-c är i sin tur anslutna till en trefas- bryggenhet innefattande krafttransistorer etc. för att driva en trefasmotor 130 med lindningar kopplade, såsom i figur 4.
Sålunda är motorns 130 tre fasanslutningar U, V och W kopplade till ett respektive ben av bryggenheten 120.
Anslutningarna avkänning+ och avkänning- är anslutna till en differentialförstärkare, vars utgång är ansluten till en filterenhet 140 innefattande två parallella filterkedjor.
Varje filterkedja innefattar ett bandpassfilter avstämt till en respektive av signalgeneratorerna 114a, 114b, vilket släpper igenom signaler inom ett respektive frekvensband. Med en switchfrekvens hos drivenheten på exempelvis 8 kHz har 527 648 12 passbandfiltren passband centrerat kring 5 respektive 3 kHz.
Efter likriktning och lågpassfiltrering inmatas de filtrerade signalerna avkänning-U och avkänning-V i drivenheten 110.
Dessa signaler används sålunda av drivenheten 110 för att bestämma motorns 130 varvtal och läge.
De resulterande amlituderna från olika lindningar, såsom lindning A-1 och D-4, kan sålunda separeras medelst filteren- heten. Likriktningen och det slutliga lågpassfiltreringssteget ger de separata signalerna "avkänning-U" och "avkänning-V".
För vissa motorer, såsom 2-poliga motorer, kan man inte ha två Y-kopplade delar. I dessa fall kan en referens Y skapad genom Y-koppling av tre lämpliga impedanser och uppmätning mellan referens-Yzets mittpunkt som år en virtuell referenspunkt och mittpunkten på det enda Yzet i motorn. Denna lösning åstadkom- mes om, i figur 6, lindningarna B-2, D-4 och F-6 ersätts av. tre motstånd placerade i eller nära reglerenheten.
Det är också möjligt att ha fler än 2 Y-kopplade delar, vilket kan förenkla signalexcitering och utvärdering då man arbetar i tidsmultiplexdomänen.
I andra fall föredras en D-kopplad motor. Figur 7 visar ett exempel på detta. I denna utföringsform används en transforma- tor 50 för att extrahera skillnadssignalen. Två signaler kan extraheras i denna mod. Om W och V hålls vid en konstant potential och en signal kopplas in i U får vi resultatet av skillnaden från lindning A-1 och D-4, och om U och V hålls konstanta och en signal kopplas in i W, erhålles skillnaden mellan E-5 och B-2.
Figur 8 visar en annan utföringsform med två transformatorer 50a och 50b, där, om spänningarna U och W hålls konstanta och 527 648 13 om en signal kopplas in i V, resultaten av både A-1, D-4 och E-5, B-2 erhålles separat.
I ytterligare andra fall önskar man ej de separata transforma- torerna som används i figurerna 7 och 8 utan galvanisk isole- ring och om det finns utrymme i motorn, kan avkänningslind- ningarna anordnas i statorspâren 11 hos själva motorn.
För en motor med separata avkänningslindningar gäller ej några av begränsningarna på Nüunu vid diskussionerna ovan, eftersom man har större frihet att placera avkänningslindningarna där de önskas och begränsningen såsom ovan på mätning av hela huvudlindningsdelsinduktansen inte finns. Hela huvudlindnings- sektionen avser i detta fall en sektion av motorlindningarna, såsom lindning A-1 i figur 4. Sålunda kan huvudlindnings- sektionerna utformas för konstant (eller nästan konstant) induktans utan skadliga effekter på avkänningssignalerna.
Figur 9 visar samma motor som i figur 2 men med separata avkänningslindningar i motsats till de tidigare utförings- formerna där de konventionella statorlindningarna har använts för avkänning av rotorläget. I detta exempel är de separata avkänningslindningarna SA, S1, SD och S4. En närmare titt på SA avslöjar att den är lindad i det nedre spåret A och det övre spåret A, och eftersom riktningen på avkänningsledningen relativt huvudmotorlindningen är motsatt i det nedre spåret A jämfört med i det övre spåret A, blir den resulterande signa- len skillnaden AhnfAmü,. Fasskillnaden mellan Am“,och Amßn bör vara stor; en fasskillnad nära l80°skulle vara optimal. Med Nunmm = 5 och Nüuß = 36 (d.v.s. 10°per statorspâr) blir fas- skillnaden mellan Am., och Anm 2*5*10 = l00°, vilket är mycket. I detta fall föredras ett något högre värde på Nflnhw än vid metoden med induktansmätning av hela huvudlindnings- sektionerna, såsom beskrivits tidigare. 527 648 14 För regleringen av varvtal och/eller läge kan den naturliga informationen härledas från endast SA och S1, men om man lägger till SD och S4 blir regleringen mindre känslig för magnetiska och mekaniska imperfektioner i motorn.
Figur 10 visar en annan utföringsform av en D-kopplad motor med avkänningslindningar enligt uppfinningen.
Exciteringssignalen skall kopplas in mellan fasanslutningarna U och V och de resulterande signalerna kan mätas vid avkänning A och avkänning D. Dessa signaler blir i detta exempel 90° fas- förskjutna till följd av geometrin.
Eftersom den beskrivna mätningen ej är beroende på nâgra kon- taktpunkter till huvudlindningarna kan motorn kopplas enligt något av de sätt som visas i figur 3a, 3b, 3c och 3d med en- dast små skillnader i hur exciteringen görs.
Uppfinningen kan allmänt tillämpas på applikationer där asyn- kronmotorn måste varvtals- och/eller lägesregleras med hög noggrannhet. Bland annat kan uppfinningen tillämpas på: 1) Elektriskt drivna lyfttruckar som vanligtvis har en eller två elektriska motorer för att ge traktionseffekt till trucken och en elektrisk motor för en pump som matar hydraulkretsarna. 2) Elektriska fordon, såso bilar, skotrar och rullstolar för att ge traktionskraft. 3) Industriella applikationer, såsom förpackningsmaskiner.
Föredragna utföringsformer av en asynkronmotor med integrerad givare enligt uppfinningen har beskrivits. Fackmannen inom området inser att dessa skulle kunna varieras inom ramen för de bifogade patentkraven. 527 648 15 Utföringsformer med specifikt antal pol- och spårantal har beskrivits. Det inses att det är enkelt att utsträcka upp- finningen till asynkronmotorer med andra pol- och spârantal.
Ett antal förenklingar har gjorts vid beskrivningen av upp- finningsidén. Det inses att beräkningar i praktiken blir mer komplicerade än i denna beskrivning, varvid man tar i beaktan- de faktorer, såsom snedställning (en. skewing) av rotorspåren.
Snedställning av rotorn används för att minska momentrippel och hackande vridmoment. De enkla beräkningar som beskrivits häri gäller för en laminering och en stapel av lamineringar utan någon snedställning, d.v.s. statorlindningarna är riktade mot samma rotorspår längs hela lindningen. Med delvis sned- ställda rotorspår, såsom med halvsnedställda rotorspår, måste dock verkan av snedställningen tas i beaktande i beräkningar- na. Såsom tidigare nämnts, skulle fullt snedställda rotorspår leda till att statorlindningarna har sama induktans oberoende av rotorläget, vilket skulle göra den uppfinningsenliga av- känningen omöjlig. Med ”fullt snedställd" avses att rotorn och/eller statorstaplarna är vridna så att om vid botten av staplarna ett rotorspår är inriktat med ett första statorspår komer på toppen av staplarna sama rotorspår att vara in- riktat mot ett andra statorspår som ligger intill det första statorspåret.
Några exempel som beskriver hur man kommer fram till en före- dragen skillnad i antalet stator- och rotorspår har givits.
Det inses att varje kombination av statorspår och/eller lind- ningar resulterar i en unik bestämning av denna skillnad i antal spår. Dessa bestämningar kan göras antingen genom teore- tiska beräkningar eller genom försök (trial and error).
Man föredrar att rotorspåren inkluderar aluminium till följd av dess blockerande effekt på magnetflöde vid höga frekvenser. 527 648 16 Det inses att andra material som uppvisar liknande egenskaper också kan användas.
Differentiell mätning har beskrivits som den föredragna meto- den att erhålla avkänningssignalerna. Att använda två mitt- uttag är ett enkelt sätt att få relativt noggranna signaler.
Det inses dock att användning av endast en faslindning faller inom ramen för föreliggande uppfinning.
De lindningar som används för avkänning har beskrivits som att de sträcker sig utmed hela statorn. Det inses att de kan sträcka sig endast delvis utmed statorns längd. I detta fall är uppfinningsidén tillämpbar också för motorer med fullt snedställda rotorer.
Claims (20)
1. Asynkronmotor innefattande - en stator (10) med ett antal (nßumj statorspår (ll), var- vid åtminstone vissa av statorspåren inkluderar åtminstone en statorlindning (A-1, B-2, C-3, D-4, E-5, F-6), - en rotor (20) med ett antal (nnmw) rotorspår (21), vilka inkluderar material som väsentligen blockerar magnetflöde vid höga frekvenser, k ä n n e t e c k n a d a v att - en skillnad (nflflmud) i antalet statorspår och rotorspår är vald så att induktansen för en lindning anordnad i ett sta- torspår skiljer sig från induktansen hos en lindning anord- nad i ett annat statorspår för ett givet rotorläge; - varvid ett avkänningsorgan (A-1, D-4; SA, S1, SD, S4) är anordnat i åtminstone ett av statorspåren och avkänningsor- ganet är inrättat att tillåta mätning av induktansen hos avkänningsorganet, varvid rotorläget och/eller -varvtalet bestäms med användande av det uppmätta induktansvärdet.
2. Motor enligt patentkravet 1, vid vilken stator- och/el- ler rotorspåren är jämnt fördelade.
3. Motor enligt patentkravet 1 eller 2, vid vilken avkän- ningsorganet innefattar åtminstone två faslindningar (A-1, D_4)o
4. Motor enligt något av patentkraven 1-3, innefattande differentiella avkänningsanslutningar (avkänning+, avkänning-) anslutna till nämnda åtminstone två faslindningar (A-1, D-4). 527 648 18
5. Motor enligt patentkravet 1 eller 2, vid vilken avkänningsorganet innefattar separata avkänningslindningar (SA, S1, SD, S4) anordnade i statorspår.
6. Motor enligt något av föregående patentkrav, vid vilken skillnaden i antal stator- och rotorspår (Nfldnmm) är ett udda tal, företrädesvis 5 eller 7.
7. Motor enligt något av föregående patentkrav, vid vilken statorlindningarna är Y-kopplade.
8. Motor enligt något av patentkraven 1-6, vid vilken sta- torlindningarna är D-kopplade.
9. Motor enligt något av föregående patentkrav, innefat- tande en transformator (50) inrättad att extrahera en informa- tionssignal från avkänningsorganet.
10. Motor enligt något av föregående patentkrav, vid vilken rotorn ej är fullt snedställd.
11. Sätt att avkänna läget och/eller varvtalet för en asyn- kronmotor innefattande en stator (10) med ett antal (nnnu) statorspår (11), varvid åtminstone vissa av statorspåren in- kluderar åtminstone en statorlindning (A-1, B-2, C-3, D-4, E-5, F-6) och en rotor (20) med ett antal (namn) rotorspår (21), varvid rotorspåren inkluderar material som väsentligen blockerar magnetflöde vid höga frekvenser, varvid en skillnad (nßnmud) i antalet statorspår och rotorspår är vald så att in- duktansen hos en lindning anordnad i ett statorspår skiljer sig från induktansen för en lindning anordnad i ett annat sta- torspår för ett givet rotorläge; vilket sätt innefattar föl- jande steg: - att man påför en förutbestämd spänning över ett första avkänningsorgan (A-1, D-4; SA, S1) anordnat i statorspåren;
12. 527 648 19 att man påför en förutbestämd spänning över ett andra avkänningsorgan (B-2, E-5; SD, S4) anordnat i statorspåren; att man bestämmer induktansen hos de första och andra av- känningsorganen, och att man bestämmer läget för rotorn baserat på den bestäma induktansen hos de första och andra avkänningsorganen. Sätt enligt patentkravet ll, innefattande att man upp- repar stegen med en takt så att rotorläget och/eller - varvtalet kan följas med en förutbestämd upplösning.
13. att rdr är.
14. att rar och
15. - Sätt enligt patentkravet 11 eller 12, vid vilket steget man bestämmer induktansen för ett avkänningsorgan inklude- att man gör en differentiell mätning över två faslindning- Sätt enligt patentkravet 11 eller 12, vid vilket steget man bestämmer induktansen hos ett avkänningsorgan inklude- att man gör en differentiell mätning mellan en faslindning en virtuell referenspunkt. Sätt enligt patentkravet ll, vid vilket statorlindning- arna har en första, en andra och en tredje motoranslutning (U, V, W) och avkänningsanslutningar (avkänning+, avkänning-), vilka steg innefattar: att man påför ett förutbestämt spänningssteg vid den första motoranslutningen (U) samtidigt som man håller de andra och tredje anslutningarna (V, W) vid konstant spänning och mäter den resulterande spänningsändringen vid avkännings- anslutningarna (avkänning+, avkänning-); att man påför ett förutbestämt spänningssteg vid den andra motoranslutningen (V) samtidigt som man håller de första 527 648 20 och tredje anslutningarna (U, W) vid konstant spänning och mäter den resulterande spänningsändringen vid avkännings- anslutningarna (avkänning+, avkänning-);
16. Sätt enligt patentkravet 15, innefattande det ytterli- gare steget: - att man påför ett förutbestämt spänningssteg vid den tredje motoranslutningen (W) samtidigt som man håller de första och andra anslutningarna (U, V) vid konstant spänning och mäter den resulterande spänningsändringen vid avkänningsan- slutningarna (avkänning+, avkänning-).
17. Sätt enligt något av patentkraven ll-14, innefattande de ytterligare stegen: - att man påför kontinuerliga spänningar med förutbestämda frekvenser över avkänningsorganen, med olika frekvenser för olika avkänningsorgan, och - att man extraherar resulterande signaler som indikerar induktanser hos avkänningsorganen genom filtrering.
18. Sätt enligt något av patentkraven 11-17, vid vilket av- känningsorganet innefattar statorlindningar.
19. Sätt enligt patentkravet 11 eller 12, vid vilket avkän- ningsorganet innefattar separata avkänningslindningar (SA, S1, sn, S4).
20. Sätt enligt patentkravet 19, vid vilket stegen att man pâför en förutbestämd spänning över ett första avkänningsorgan (SA, S1) och påför en förutbestämd spänning över ett andra av- känningsorgan (SD, S4) utförs i en operation.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE0401838A SE527648C2 (sv) | 2004-07-09 | 2004-07-09 | Asynkronmotor med integrerad givare |
EP05013750A EP1615318A3 (en) | 2004-07-09 | 2005-06-25 | Induction motor with integrated sensor |
US11/168,817 US7218021B2 (en) | 2004-07-09 | 2005-06-28 | Induction motor with integrated sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE0401838A SE527648C2 (sv) | 2004-07-09 | 2004-07-09 | Asynkronmotor med integrerad givare |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SE0401838D0 SE0401838D0 (sv) | 2004-07-09 |
SE0401838L SE0401838L (sv) | 2006-01-10 |
SE527648C2 true SE527648C2 (sv) | 2006-05-02 |
Family
ID=32867223
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SE0401838A SE527648C2 (sv) | 2004-07-09 | 2004-07-09 | Asynkronmotor med integrerad givare |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US7218021B2 (sv) |
EP (1) | EP1615318A3 (sv) |
SE (1) | SE527648C2 (sv) |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
ITPR20040009A1 (it) * | 2004-02-16 | 2004-05-16 | Zapi S P A | Metodo per il controllo diretto di un motore ad induzione e motore per effettuare detto controllo. |
EP1850461B1 (en) * | 2006-04-27 | 2016-04-27 | Labriola, Donald P. | Integrated resolver for high pole count motors |
US7292003B1 (en) * | 2006-08-10 | 2007-11-06 | Hamilton Sundstrand Corporation | Starter/generator with permanent magnet generator position indicator |
US8080960B2 (en) * | 2008-08-20 | 2011-12-20 | Hamilton Sundstrand Corporation | Direct flux regulated permanent magnet brushless motor utilizing sensorless control by DC and AC excitation |
US7893589B2 (en) * | 2008-09-03 | 2011-02-22 | Dayton-Phoenix Group, Inc. | AC-induction-motor rotor lamination having rotor slots |
EP2415144A4 (en) * | 2009-04-03 | 2016-07-06 | Jones Robert M | TRANSFORMED LIQUID-COOLED THREE PHASE MOTOR |
US9780716B2 (en) | 2010-11-19 | 2017-10-03 | General Electric Company | High power-density, high back emf permanent magnet machine and method of making same |
US9685900B2 (en) * | 2010-11-19 | 2017-06-20 | General Electric Company | Low-inductance, high-efficiency induction machine and method of making same |
EP2709263A1 (en) * | 2012-09-12 | 2014-03-19 | Celeroton AG | Method and apparatus to determine the position in an electrical machine |
JP6301023B2 (ja) * | 2015-10-01 | 2018-03-28 | 三菱電機株式会社 | 三相誘導電動機 |
GB2593888A (en) * | 2020-04-06 | 2021-10-13 | Safran Electrical & Power | An electrical machine |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE59008984D1 (de) * | 1989-06-01 | 1995-06-01 | Papst Motoren Gmbh & Co Kg | Motor oder lagemelder. |
US5559419A (en) * | 1993-12-22 | 1996-09-24 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Method and apparatus for transducerless flux estimation in drives for induction machines |
US5541488A (en) * | 1994-04-11 | 1996-07-30 | Sundstrand Corporation | Method and apparatus for controlling induction motors |
US5796194A (en) * | 1996-07-15 | 1998-08-18 | General Electric Company | Quadrature axis winding for sensorless rotor angular position control of single phase permanent magnet motor |
US6218749B1 (en) * | 1998-11-30 | 2001-04-17 | Reliance Electric Technologies, Llc | Electric motor having rotor-embedded sensor |
US6603226B1 (en) * | 2000-10-13 | 2003-08-05 | Ford Motor Company | Electric machine drive having sensorless control |
US6897591B2 (en) * | 2001-03-26 | 2005-05-24 | Emerson Electric Co. | Sensorless switched reluctance electric machine with segmented stator |
US7075196B1 (en) * | 2002-08-13 | 2006-07-11 | Quicksilver Controls, Inc. | Integrated resolver for high pole count motors |
-
2004
- 2004-07-09 SE SE0401838A patent/SE527648C2/sv unknown
-
2005
- 2005-06-25 EP EP05013750A patent/EP1615318A3/en not_active Withdrawn
- 2005-06-28 US US11/168,817 patent/US7218021B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP1615318A2 (en) | 2006-01-11 |
SE0401838L (sv) | 2006-01-10 |
US7218021B2 (en) | 2007-05-15 |
SE0401838D0 (sv) | 2004-07-09 |
US20060006748A1 (en) | 2006-01-12 |
EP1615318A3 (en) | 2010-08-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7218021B2 (en) | Induction motor with integrated sensor | |
EP0736234B1 (en) | Method and apparatus for transducerless flux, position and velocity estimation in drives for ac machines | |
US20030075998A1 (en) | Mesh connected electrical rotating machine with span changing | |
SE456383B (sv) | Elektrisk likstromsservomotor | |
JP4629659B2 (ja) | 1個の固定子と少なくとも1個の回転子を有する同期電機及び関連制御装置 | |
JPH08172764A (ja) | ブラシレスモータ | |
GB2578194A (en) | Position observer for electrical machines | |
WO2007052026A1 (en) | Control of switched reluctance machines | |
CN108886313A (zh) | 电动机 | |
CN105262406A (zh) | 基于三电平逆变器的开关磁阻电机驱动结构及控制方法 | |
EP1330019B1 (en) | Permanent magnet synchronous motor driving system, and method of testing this driving system | |
Joy et al. | Sensorless control of induction motor drives using additional windings on the stator | |
CN103166399B (zh) | 模块化单笼障转子双定子自励磁同步电机及其控制方法 | |
JPH11122984A (ja) | モータ制御装置および方法 | |
US20010002777A1 (en) | Single phase autonomous generator with DC excitation | |
CN109067280A (zh) | 一种基于空间对称绕组磁链和的无轴承磁通切换电机转子径向位移观测方法 | |
US10122312B2 (en) | Control of a rotating field machine | |
EP2545641B1 (en) | Electric motor control | |
CN101087093B (zh) | 具有检测绕组的同步电机 | |
CN102497059A (zh) | 中点接电容双凸极直流发电机电路拓扑 | |
RU2084070C1 (ru) | Вентильный индукторный двигатель | |
CN2681434Y (zh) | 一种绕线转子感应电动机 | |
Wang et al. | Indirect position estimation method for switched reluctance motor using searching windings | |
Gu et al. | Calculation and analysis for a new type of single-phase reluctance motor | |
KR0162044B1 (ko) | 3상동기모우터의 속도검출회로 |