CN110611388A - 一种具有容错功能的磁阻式旋转变压器 - Google Patents

一种具有容错功能的磁阻式旋转变压器 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种具有容错功能的磁阻式旋转变压器，该磁阻式旋转变压器由一个转子(1)、一个定子(2)、两套六相容错绕组组成(3)、绕组塑封保护壳(4)组成。两套绕组包覆在塑封保护壳中包含激磁输入信号绕组(EX1，EX2)，正弦输出信号号绕组(SIN1，SIN2)，余弦输出信号绕组(COS1，COS2)。该磁阻式旋转变压器具备两种绕线连接模式，以实现两种不同的工作模式：两套绕组同时工作模式、一套绕组工作另一套绕组备份的模式，且两种工作模式均能保证任何一套绕组失效的情况下另一套绕组能够继续保证磁阻式旋转变压器能够输出角度位置信号，保证旋转变压器正常工作。具有容错功能的磁阻式旋转变压器适用于工作在可靠性、安全性要求高的应用场合。

Description

一种具有容错功能的磁阻式旋转变压器
技术领域
本发明属于电机转轴绝对位置检测单元，涉及磁阻式旋转变压器，特别是一种具有容错功能的磁阻式旋转变压器。
背景技术
当前，永磁同步电机使用的越来越广泛，特别是新能源电驱动领域，对电驱动系统的稳定性与可靠性要求越来越高，需要电驱动电机能够具备在故障状态下实现容错运行的能力。磁阻式旋转变压器作为检测永磁同步电机转轴绝对位置的关键器件，传统磁阻式旋转变压器齿上的输入输出信号绕组均采用串联结构，如果任意一相绕组短路或者断路，都会导致当磁阻式旋转变压器停止工作，无法提供转轴位置检测信号，必将导致驱动电机系统失去控制电机运行的能力，甚至引发灾难性的后果，因此对磁阻式旋转变压器的容错设计研究是非常有必要的。
此外，容错功能的磁阻式旋转变压器设计，不同与常规电路的容错拓扑连接，直接将两个磁阻式旋转变压器安装在电机轴的端部，其激磁绕组产生的磁场会相互干扰，使两个磁阻式旋转变压器都不能正常工作。而且车用驱动电机的位置检测装置安装空间有限，亦不允许安装两个磁阻式旋转变压器。
综上，目前还没有一种磁阻式旋转变压器结构，能够直接实现结构具备容错功能的位置检测能力。
发明内容
本发明旨在解决上述技术问题，提供了一种具备容错功能的磁阻式旋转变压器，来代替传统的磁阻式旋转变压器。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
绕组连接模式一，激磁输入信号绕组EX1，EX2交替反向缠绕在定子齿上，EX1对应槽号为n1＝2·ns-1,(1，3，5，7.....)，EX2对应槽号为n2＝2·ns,(2，4， 6，8.....)，其中EX1绕线方向均为正向顺时针缠绕，EX2均为反向逆时针缠绕，如图2所示,图中N＝20，P＝4；对应的正弦输出信号绕组 SIN1的匝数和方向根据公式对应的正弦输出信号绕组SIN2的匝数和方向根据公式如图3所示；对应的余弦输出信号绕组COS1的匝数和方向根据公式对应的正弦输出信号绕组COS2的匝数和方向根据公式如图4所示。
工作时，只有两套绕组EX1、EX2同时供电、SIN1、COS1、SIN2、COS2 同时检测信号，并分别通过两个解码芯片采集转子转轴位置信号，当任意一套绕组的激磁输入信号绕组或正余弦输出信号绕组发生断路或者短路故障，通过解码芯片报警信号，电机控制系统可以快速停止对该套绕组激磁信号供电，不采集该套绕组的正余弦输出信号。另一套绕组仍能保持正常的工作状态。
绕组连接模式二，一套绕组工作另一套绕组备份的模式：激磁输入信号绕组 EX1，EX2交替缠绕在定子齿上，EX1对应槽号为n1＝2·ns-1,(1，3，5，7.....)， EX2对应槽号为n2＝2·ns,(2，4，6，8.....)，其中EX1绕线方向为EX2绕线方向为如图5所示，图中N＝20，P＝4；对应的正弦输出信号绕组SIN1的匝数和方向根据公式对应的正弦输出信号绕组SIN1的匝数和方向根据公式如图6所示；对应的余弦输出信号绕组COS1的匝数和方向根据公式对应的正弦输出信号绕组SIN1的匝数和方向根据公式如图7所示。
工作时，只有一套绕组EX1供电、SIN1、COS1能够检测出转子转轴位置信号，另一套绕组EX2不供电、SIN2、COS2不采集位置检测信号。当第一套绕组中任意一相绕组EX1、SIN1或COS2发生断路或者短路，通过解码芯片报警信号，电机控制系统可以快速切换至另一套绕组，向EX2供电，采集SIN2、 COS2的输出信号，同时停止对EX1供电。
本发明的有益效果在于：
本发明所属容错功能基于磁阻式旋转变压器绕组设计理论，能够在不增加磁阻式旋转变压器轴向尺寸的情况下，简单、方便地实现两种模式的容错效果，可将任意一套工作中的绕组出现故障时，仍然能够通过转子凸极检测出电机的转角绝对位置，保证永磁同步电机仍能够正常工作。
附图说明
图1为本发明的结构简图；
图2为绕组连接模式一：激磁输入信号；
图3为绕组连接模式一：正弦输出信号；
图4为绕组连接模式一：余弦输出信号；
图5为绕组连接模式二：激磁输入信号；
图6为绕组连接模式二：正弦输出信号；
图7为绕组连接模式二：余弦输出信号；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的双转子磁阻式旋转变压器作进一步说明。
图1为本发明的结构简图，从图中可以看出本发明的结构层次，该磁阻式旋转变压器由一个转子(1)、一个定子(2)、两套六相容错绕组组成(3)、绕组塑封保护壳(4)组成。两套绕组包覆在塑封保护壳中包含激磁输入信号绕组(EX1，EX2)，正弦输出信号号绕组(SIN1，SIN2)，余弦输出信号绕组(COS1，COS2)。该结构外观与常规磁阻式旋转变压器相同。齿槽数和绕组绕线方式不同。
图2为本发明的绕组连接模式一激磁输入绕组连接示意图，图中N＝20，P＝4， K＝100；激磁输入信号绕组EX1，EX2交替反向缠绕在定子齿上，EX1对应绕组槽号为,(W1，W3，W5，W7，W9，W11，W13，W15，W17，W19)，EX1绕线方向均为正向顺时针缠绕，
绕组槽号 W1 W3 W5 W7 W9 W11 W13 W15 W17 W19
匝数方向 + + + + + + + + + +
EX2对应槽号为(W2，W4，W6，W8，W10，W12，W14，W16，W18，W20)，， EX2均为负向逆时针缠绕，
绕组槽号 W1 W3 W5 W7 W9 W11 W13 W15 W17 W19
匝数方向 - - - - - - - - - -
图3为本发明的绕组连接模式一正弦输出绕组连接示意图，对应的正弦输出信号绕组SIN1的匝数和方向根据公式计算得：
绕组槽号 S1 S3 S5 S7 S9 S11 S13 S15 S17 S19
匝数方向 -16 -45 89 -99 71 -16 -45 89 -99 71
对应的正弦输出信号绕组SIN2的匝数和方向根据公式
绕组槽号 S2 S4 S6 S8 S10 S12 S14 S16 S18 S20
匝数方向 16 45 -89 99 -71 16 45 -89 99 -71
图4所示,对应的余弦输出信号绕组COS1的匝数和方向根据公式计算得：
绕组槽号 C1 C3 C5 C7 C9 C11 C13 C15 C17 C19
匝数方向 -99 89 -45 -16 71 -99 89 -45 -16 71
对应的正弦输出信号绕组COS2的匝数和方向根据公式计算得：
该模式一正常工作状态，开关K1,K2同时闭合，当两套EX1、EX2、SIN1、 SIN2、COS1、COS2任意一相绕组短路或者断路，出现故障那一套绕组的激磁绕组电路开关断开停止供电、该套绕组的正余弦输出信号不再进行采样。
图5为本发明的绕组连接模式二激磁输入绕组连接示意图，图中N＝20，P＝4， K＝100；激磁输入信号绕组EX1，EX2交替缠绕在定子齿上，EX1对应槽号为(1， 3，5，7，9，11，13，15，17，19)，EX1绕线方向为即
绕组槽号 W1 W3 W5 W7 W9 W11 W13 W15 W17 W19
匝数方向 + - + - + - + - + -
EX2对应槽号为,(2，4，6，8，10，12，14，16，18，20)，EX2绕线方向为即
绕组槽号 W1 W3 W5 W7 W9 W11 W13 W15 W17 W19
匝数方向 + - + - + - + - + -
图6为绕组连接模式二：正弦输出信号；对应的正弦输出信号绕组SIN1的匝数和方向根据公式计算得：
绕组槽号 S1 S3 S5 S7 S9 S11 S13 S15 S17 S19
匝数方向 16 -45 -89 -99 -71 -16 45 89 99 71
对应的正弦输出信号绕组SIN2的匝数和方向根据公式计算得：
绕组槽号 S2 S4 S6 S8 S10 S12 S14 S16 S18 S20
匝数方向 16 -45 -89 -99 -71 -16 45 89 99 71
图7为绕组连接模式二：余弦输出信号；对应的余弦输出信号绕组COS1的匝数和方向根据公式计算得：
对应的正弦输出信号绕组COS2的匝数和方向根据公式计算得：
绕组槽号 C2 S4 C6 C8 C10 C12 C14 C16 C18 C20
匝数方向 99 89 45 -16 71 -99 -89 -45 16 71
该模式二正常工作状态，开关K1,K2中一个开关闭合，另一个开关断开，当闭合的那一套绕组EX、SIN、COS中的任意一相绕组短路或者断路，则该套绕组激磁侧开关K断开，该套绕组正余弦信号不再作为转角位置信号供电机控制系统采样，另一套绕组激磁侧开关闭合，且其正余弦信号输出绕组作为电机转角位置信号被电机控制系统采样。
上述实施例只是本发明得较佳实施例，并不是对本发明技术方案得限制，在此基础上还可以做无限延申变化，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例得基础上实现得技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (5)

1.一种具有容错功能的磁阻式旋转变压器，该磁阻式旋转变压器由一个转子(1)、一个定子(2)、两套六相容错绕组组成(3)、绕组塑封保护壳(4)组成，两套绕组包覆在塑封保护壳中包含激磁输入信号绕组(EX1，EX2)，正弦输出信号号绕组(SIN1，SIN2)，余弦输出信号绕组(COS1，COS2)一种双转子磁阻式旋转变压器。
2.根据权利要求1所述的具有容错功能的磁阻式旋转变压器，该容错功能旋转变压器转子凸极极对数为P，则其定子槽数N＝2×m×n，其中m≥2，n是大于等于5的质数，且n＞P。
3.根据权利要求2所述的具有容错功能的磁阻式旋转变压器，绕组连接模式一，两套绕组同时工作模式：激磁输入信号绕组EX1，EX2交替反向缠绕在定子齿上，EX1对应槽号为n1＝2·ns-1,(1，3，5，7.....)，EX2对应槽号为n2＝2·ns,(2，4，6，8.....)，其中EX1绕线方向均为正向顺时针缠绕，EX2均为反向逆时针缠绕；对应的正弦输出信号绕组SIN1的匝数和方向根据公式对应的正弦输出信号绕组SIN2的匝数和方向根据公式对应的余弦输出信号绕组COS1的匝数和方向根据公式对应的正弦输出信号绕组COS2的匝数和方向根据公式
4.根据权利要求2所述的具有容错功能的磁阻式旋转变压器，绕组连接模式二，一套绕组工作另一套绕组备份的模式：激磁输入信号绕组EX1，EX2交替缠绕在定子齿上，EX1对应槽号为n1＝2·ns-1,(1，3，5，7.....)，EX2对应槽号为n2＝2·ns,(2，4，6，8.....)，其中EX1绕线方向为EX2绕线方向为对应的正弦输出信号绕组SIN1的匝数和方向根据公式对应的正弦输出信号绕组SIN1的匝数和方向根据公式对应的余弦输出信号绕组COS1的匝数和方向根据公式对应的正弦输出信号绕组SIN1的匝数和方向根据公式
5.根据权利要求1、2、3或4所述的具有容错功能磁阻式旋转变压器，其特征在于可以应用于可靠性，安全性要求高的工况，当一套工作绕组失效，控制端可根据旋变解码芯片提供的故障信号发出报警，并依靠另一套绕组继续检测电机转轴绝对位置。
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