CN115912798A - 一种电机的速度检测系统、电机 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种电机的速度检测系统、电机。速度检测系统包括：测速基准件；测速转子，测速转子的第一端与电机的转子连接，以使测速转子能随转子同步转动；测速转子的第二端与测速基准件对应设置，且测速转子的第二端的具有不同长度的直径；其中在测速转子旋转过程中，测速转子的第二端的外周面与测速基准件之间的形成周期性变化的间距；距离检测装置，被配置为检测测速转子的第二端的外周面与测速基准件之间的间距数据，并将间距数据转换为相应的电信号；主控芯片，主控芯片包括速度计算单元，速度计算单元被配置为根据间距数据计算转子的转速。该速度检测系统能够准确测量出电机的转速，结构简单且测量范围大，能够准确测量出电机的转速。

Description

一种电机的速度检测系统、电机

技术领域

本公开涉及电机相关技术领域，尤其涉及一种电机的速度检测系统、电机。

背景技术

相关技术中，通常会采用带定制磁路的速度传感器对磁悬浮电机转速进行检测。在使用带定制磁路的速度传感器对磁悬浮电机的转子速度进行检测时，首先通过接收转子运行时的磁信号并转换为电压信号，然后对该电压信号进行滤波和数字化处理，从而得出电机旋转时的转速。但是这种检测方式也会存在一些问题，如受速度传感器的频率上限限制，无法实现对高速磁悬浮电机的转速信号进行精准检测；基于数字量的方式对速度信号进行检测时，根据速度传感器开关频次判断旋转速度，易因外界环境产生信号干扰。

发明内容

以下是对本公开详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。

本公开提供一种电机的速度检测系统、电机。

根据本公开实施例的第一方面，提供了一种电机的速度检测系统，所述速度检测系统包括：

测速基准件；

测速转子，所述测速转子的第一端与所述电机的转子连接，以使所述测速转子能随所述转子同步转动；所述测速转子的第二端与所述测速基准件对应设置，且所述测速转子的第二端的具有不同长度的直径；其中在所述测速转子旋转过程中，所述测速转子的第二端的外周面与所述测速基准件之间的形成周期性变化的间距；

距离检测装置，被配置为检测所述测速转子的第二端的外周面与所述测速基准件之间的间距数据，并将所述间距数据转换为相应的电信号；

主控芯片，所述主控芯片包括速度计算单元，所述速度计算单元被配置为根据所述间距数据计算所述转子的转速。

根据本公开的一些实施例，所述测速基准件包括：测速定子，所述测速定子套设在所述测速转子的第二端。

根据本公开的一些实施例，所述距离检测装置设置在所述测速定子的内周壁上。

根据本公开的一些实施例，所述测速转子的第二端采用椭圆形柱状结构。

根据本公开的一些实施例，所述测速转子的第二端的长轴与所述转子的磁极分界线共平面；或者，所述测速转子的第二端的短轴与所述转子的磁极分界线共平面。

根据本公开的一些实施例，所述距离检测装置包括：

红外测距传感器组件，所述红外测距传感器组件设置在所述测速定子的内周壁上，所述红外测距传感器组件用于采集所述间距数据；

信号采集模块，被配置为获取所述间距数据并转换为相应的电信号。

根据本公开的一些实施例，所述红外测距传感器组件包括：第一红外测距传感器和第二红外测距传感器，

其中所述第一红外测距传感器的安装位置与所述第二红外测距传感器的安装位置关于所述测速定子的轴线所成夹角为90°。

根据本公开的一些实施例，所述速度计算单元包括：

滤波处理模块，被配置为对所述电信号进行滤波处理；

偏置处理模块，被配置为对所述滤波处理模块处理后的电信号进行偏置处理；

放大处理模块，被配置为对所述偏置处理模块处理后的电信号进行放大处理；

转速计算模块，被配置为计算所述放大处理模块处理后的电信号的周期，并根据所述周期计算出所述转子的转速。

根据本公开实施例的第二方面，提供了一种电机，所述电机包括根据本公开上述实施例中所述的速度检测系统。

根据本公开的一些实施例，所述电机包括：壳体，所述壳体内设置所述转子，所述壳体上设置所述测速基准件。

有益效果：本公开设计了一种电机的速度检测系统，通过测速转子在随转子转动时与测速基准件之间产生周期性变化的距离变化，利用距离检测装置对测速基准件与测速转子之间的间距变化进行检测，再利用速度计算模块计算出电机的转速。基于该速度检测系统能够准确测量出电机的转速，速度检测系统的结构简单且测量范围大，能够适用于较高转速的电机进行速度测量。

在阅读并理解了附图和详细描述后，可以明白其他方面。

附图说明

并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且与描述一起用于解释本公开实施例的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本公开的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据一示例性实施例示出的电机的速度检测系统的示意图；

图2是根据一示例性实施例示出的测速转子与电机的转子装配示意图；

图3是根据一示例性实施例示出的测速定子与测速转子配合状态示意图；

图4是根据一示例性实施例示出的电信号与旋转角度的对应关系曲线图；

图5是根据一示例性实施例示出的速度检测系统对电信号处理的流程图；

图6是根据一示例性实施例示出的偏置处理后的电信号与旋转角度的对应关系曲线图；

图7是根据一示例性实施例示出的放大处理后的电信号与旋转角度的对应关系曲线图。

图中：11、测速转子；12、测速定子；13、距离检测装置；131、第一红外测距传感器；132、第二红外测距传感器；14、主控芯片；20、转子。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

随着磁悬浮电机的广泛应用，往往需要对磁悬浮电机的转速进行精确测量。在相关技术中，通常会采用带定制磁路的速度传感器对磁悬浮电机转速进行检测，其中在使用带定制磁路的速度传感器对磁悬浮电机的转子速度进行检测时，首先通过接收转子运行时的磁信号并转换为电压信号，然后对该电压信号进行滤波和数字化处理，从而得出电机旋转时的转速。但是在对磁悬浮电机的转速进行检测时，会受速度传感器的频率上限限制，无法实现对高速磁悬浮电机的转速信号进行精准检测；并且基于数字量的方式对速度信号进行检测时，根据速度传感器开关频次判断旋转速度，易因外界环境产生信号干扰。

基于此，本公开提出了一种能够实现对磁悬浮电机的转速进行精确检测的速度检测系统。该速度检测系统，通过测速转子在随转子转动时与测速基准件之间产生周期性变化的距离变化，利用距离检测装置对测速基准件与测速转子之间的间距变化进行检测，再利用速度计算模块计算出电机的转速。基于该速度检测系统能够准确测量出电机的转速，速度检测系统的结构简单且测量范围大，能够适用于较高转速的电机进行速度测量。需要说明的是，该速度检测系统也可用于其他常规电机。

下面结合附图及具体实施例对本公开进行说明。

本公开示例性的实施例提供了一种电机的速度检测系统，如图1所示，图1是根据一示例性实施例示出的电机的速度检测系统的示意图。该电机的速度检测系统，包括：测速基准件、测速转子11、距离检测装置13和主控芯片14。

如图2所示，图2是根据一示例性实施例示出的测速转子与电机的转子装配示意图。测速转子11的第一端与转子20连接，以使测速转子11能随转子20同步转动；测速转子11的第二端与测速基准件对应设置，且测速转子11的第二端的具有不同长度的直径；其中在测速转子11旋转过程中，测速转子11的第二端的外周面与测速基准件之间的形成周期性变化的间距。

距离检测装置13，被配置为检测测速转子11的第二端的外周面与测速基准件之间的间距数据，并将间距数据转换为相应的电信号。

主控芯片14包括速度计算单元，速度计算单元被配置为根据间距数据计算转子20的转速。

在本示例性实施例中，利用电机的速度检测系统能够对电机的转子20转速进行精确测量。该速度检测系统的检测原理为：基于测速转子11的第二端的具有不同长度的直径，并将测速转子11的第一端与电机的转子20相连接，在电机的转子20旋转过程中，测速转子11的第二端会随电机的转子20同步转动，此时，测速转子11的第二端的外周面与测速基准件之间会产生周期性变化的距离变化，再利用距离检测装置13对测速基准件与测速转子11之间的间距变化进行检测，即获取测速转子11的第二端的外周面与测速基准件之间的间距数据，最后由主控芯片14中的速度计算模块计算出电机的转子20转速。该速度检测系统不仅能够精确测量出电机的转子20转速，并且该速度检测系统结构简单、测量范围大，能够适用于较高转速的电机进行速度测量。

在一些示例性实施例中，考虑到测速基准件作为一相对电机固定的结构件，并且需与测速转子11之间保持恰当的距离，此时可将测速基准件构造为一套设在测速转子11的第二端的测速定子12，不仅便于安装固定，还能够避免测速转子11的第二端外露所带来的风险。

示例性地，如图3所示，图3是根据一示例性实施例示出的测速定子与测速转子配合状态示意图。测速基准件包括：测速定子12，测速定子12套设在测速转子11的第二端。该测速定子12采用圆筒状结构，在将测速定子12套设在测速转子11的第二端后，不仅能够与测速转子11的第二端之间保持足够大的预留间隙，还能够较少的占用电机内的空间。

在一些示例性实施例中，基于将测速基准件设计为测速定子12，为便于距离检测装置13对测速定子12与测速转子11的第二端的外周面之间的距离进行测量，可将距离检测装置13设置在测速定子12的内周壁上。

在本示例性实施例中，测试定子可以设置预设数量的固定孔，并通过相应数量的螺钉或销钉等紧固件固定在电机的外壳上。为避免影响电机的转子20的活动空间，测速定子12与测速转子11的最小间隙大于电机的磁悬浮轴承与电机的转子之间的间隙。

在一些示例性实施例中，考虑到测速转子11的第二端会随电机的转子20同步转动，若测速转子11的第二端具有不规则结构，此时会产生较大的离心力，对增加电机的振动。为防止或降低电机的振动，对于测速转子11的第二端需采用较为规则的形状，并且绕测速转子11的第二端的外周面与测速转子11的中心轴线的距离不能均相等，即测速转子11的第二端的具有不同长度的直径。示例性地，绕测速转子11的第二端的径向截面关于测速转子11的中心轴线中心对称。如，测速转子11的第二端采用椭圆形柱状结构。需要说明的是，测速转子11的第二端还可以采用矩形柱状结构等其他规则的形状，即测速转子11的第二端能够在旋转过程中使测速转子11的第二端的外周面与测速基准件之间产生距离变化，且不会造成电机的转子20在旋转过程中增加振动即可。

在本示例性实施例中，测速转子11可以设置预设数量的固定孔，并通过相应数量的螺钉或销钉等紧固件连接在电机的转子20上。

在一些示例性实施例中，考虑到电机的转子20在启动前需判断磁极，为便于找到电机的转子20磁极位置，可利用测速转子11的第二端来进行确定。示例性地，测速转子11的第二端采用椭圆形柱状结构时，可将测速转子11的第二端的长轴与转子20的磁极分界线共平面；或者，测速转子11的第二端的短轴与转子20的磁极分界线共平面。

在本示例性实施例中，通过将电机的转子20的磁极位置与椭圆的长轴最高点或短轴最高点相关联，即：转子20旋转过程中，当检测到椭圆短轴的最高点或长轴的最高点时，正好对应转子20的磁极分界线，以此反馈给电机的控制器，在驱动电机的转子20转动前，可不再需要使用变频器去判断磁极。

在一些示例性实施例中，距离检测装置13包括：红外测距传感器组件，红外测距传感器组件设置在测速定子12的内周壁上，红外测距传感器组件用于采集间距数据，并将间距数据转化为相应的电信号；信号采集模块，被配置为获取相应的电信号。示例性地，红外测距传感器组件包括：红外测距传感器。红外位置传感器通过信号线将电信号传输至信号采集模块，信号采集模块对信号进行初步滤波，放大后将电信号传输给主控芯片14，该间距数据的采集传输方式能够起到抗干扰的作用。

在本示例性实施例中，红外位置传感器能够通过非接触的方法将电机的转子20与自身的距离信号转换成电信号，U＝KX+B。K，B为常数，X为二者之间的距离，U为电压信号。

为提高速度检测系统的可靠性，红外测距传感器组件包括：第一红外测距传感器131和第二红外测距传感器132。其中第一红外测距传感器131的安装位置与第二红外测距传感器132的安装位置关于测速定子12的轴线所成夹角为90°。通过采用两个相同的红外位置传感器，能够起到冗余的作用，由于传感器安装于电机内部，电机对设备稳定性要求较高，当其中一个出现故障时，设备还可以继续正常运行，待检修时再进行处理。

基于设置两个红外测距传感器，该速度检测系统还可以对电机的转子20旋转位置进行判定，根据采集的距离数据所返回的不同数值，从而判断出转子当前的旋转位置。

在一些示例性实施例中，主控芯片14中的速度计算单元包括：滤波处理模块，被配置为对电信号进行滤波处理；偏置处理模块，被配置为对滤波处理模块处理后的电信号进行偏置处理；放大处理模块，被配置为对偏置处理模块处理后的电信号进行放大处理；转速计算模块，被配置为计算放大处理模块处理后的电信号的周期，并根据周期计算出转子20的转速。

在本示例性实施例中，主控芯片14对采集到的距离数据进行分析。根据椭圆的极坐标公式，上述距离X与转子20旋转角度α的对应关系为：

其中，R为红外位置传感器与转子圆心的距离，a为椭圆的长轴长度，b为椭圆的短轴长度。

基于上述关系式进行计算后，可得距离数据对应的电信号与旋转角度的对应关系曲线，如图4所示。

在本示例性实施例中，主控芯片14采集到上述电信号后，通过软件对电信号进行处理，处理过程如图5所示。处理过程包括：滤波处理、偏置处理、放大处理，其中偏置处理后的电信号如图6所示，放大处理后的电信号如图7所示。经处理后的电信号，由速度计算单元进行计算，通过计算电信号后得到周期T，可以得出电信号的频率f：

通过电信号的频率可以计算出电机的实际转速n：

n＝2×f×60

该电机的速度检测系统突破了常规速度传感器上限频率对被测电机速度的限制，更适用于高速的悬浮类电机；通过上述图5中的流程对电信号进行处理，摒弃了传统的信号放大电路，降低了硬件成本。

本公开示例性的实施例提供了一种电机，该电机包括本公开示例性实施例中的速度检测系统。电机包括：壳体，壳体内设置转子20，壳体上设置测速基准件。

本公开中的电机在配备上述速度检测系统后，能对自身运行在较高速度下的转子20速度进行检测，并且采用上述方式对电信号进行处理，省去了复杂的信号滤波、放大电路。基于本公开的速度检测系统所采用的红外距离传感器对电机的转子20转速进行非接触式测量方式，可适用范围广，包括用于磁悬浮、空气悬浮等悬浮类电机。

该速度检测系统对红外距离传感器传输的电信号进行实时采集，然后将进行在主控芯片14内用算法进行计算，相比传统采集数字量的方式提高了采集精度和信号准确度。该速度检测系统不仅解决了磁悬浮电机对于旋转位置检测的问题，还能够对电机当前旋转位置进行检测。此外，测速转子11与电机的转子采取分体式设计，能够在不改变测速转子11结构的情况下适配不同系列不同尺寸的电机转子。

在本公开中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已描述了本公开的优选实施例，但本领域技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本公开范围的所有变更和修改。

显然，本领域技术人员可以对本公开进行各种改动和变型而不脱离本公开的精神和范围。这样，倘若本公开的这些修改和变型属于本公开权利要求及其等同技术的范围之内，则本公开的意图也包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种电机的速度检测系统，其特征在于，所述速度检测系统包括：

测速基准件；

测速转子，所述测速转子的第一端与所述电机的转子连接，以使所述测速转子能随所述转子同步转动；所述测速转子的第二端与所述测速基准件对应设置，且所述测速转子的第二端的具有不同长度的直径；其中在所述测速转子旋转过程中，所述测速转子的第二端的外周面与所述测速基准件之间的形成周期性变化的间距；

距离检测装置，被配置为检测所述测速转子的第二端的外周面与所述测速基准件之间的间距数据，并将所述间距数据转换为相应的电信号；

主控芯片，所述主控芯片包括速度计算单元，所述速度计算单元被配置为根据所述间距数据计算所述转子的转速。

2.根据权利要求1所述的电机的速度检测系统，其特征在于，所述测速基准件包括：测速定子，所述测速定子套设在所述测速转子的第二端。

3.根据权利要求2所述的电机的速度检测系统，其特征在于，所述距离检测装置设置在所述测速定子的内周壁上。

4.根据权利要求1所述的电机的速度检测系统，其特征在于，所述测速转子的第二端采用椭圆形柱状结构。

5.根据权利要求4所述的电机的速度检测系统，其特征在于，所述测速转子的第二端的长轴与所述转子的磁极分界线共平面；或者，所述测速转子的第二端的短轴与所述转子的磁极分界线共平面。

6.根据权利要求2所述的电机的速度检测系统，其特征在于，所述距离检测装置包括：

红外测距传感器组件，所述红外测距传感器组件设置在所述测速定子的内周壁上，所述红外测距传感器组件用于采集所述间距数据；

信号采集模块，被配置为获取相应的电信号。

7.根据权利要求6所述的电机的速度检测系统，其特征在于，所述红外测距传感器组件包括：第一红外测距传感器和第二红外测距传感器，

其中所述第一红外测距传感器的安装位置与所述第二红外测距传感器的安装位置关于所述测速定子的轴线所成夹角为90°。

8.根据权利要求1所述的电机的速度检测系统，其特征在于，所述速度计算单元包括：

滤波处理模块，被配置为对所述电信号进行滤波处理；

偏置处理模块，被配置为对所述滤波处理模块处理后的电信号进行偏置处理；

放大处理模块，被配置为对所述偏置处理模块处理后的电信号进行放大处理；

转速计算模块，被配置为计算所述放大处理模块处理后的电信号的周期，并根据所述周期计算出所述转子的转速。

9.一种电机，其特征在于，所述电机包括权利要求1-8中任意一项所述的速度检测系统。

10.根据权利要求9所述的电机，其特征在于，所述电机包括：壳体，所述壳体内设置所述转子，所述壳体上设置所述测速基准件。

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