CN201087825Y - 开关磁阻电机转子角位置的零点校对装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种开关磁阻电机转子角位置零点校对装置，包括电流单元、零点控制单元、零点储存单元，所述电流单元连接电机的绕组，零点控制单元分别连接电流单元、零点存储单元和绝对型旋转编码器，电流单元给电机的绕组提供定位电流，零点控制单元读取旋转编码器的信号，记录零点位置，并存储到零点存储单元中。本实用新型操作简单、容易实现，零点精度更高。

Description

开关磁阻电机转子角位置的零点校对装置

技术领域

本实用新型涉及一种开关磁阻电机转子角位置零点校对装置，特别涉及一种基于绝对型旋转编码器的开关磁阻电机转子角位置的零点校对装置。

技术背景

开关磁阻电机具有结构简单、性能可靠、启动转矩大、调速范围宽以及效率高等优点，近年得到快速发展。开关磁阻电机与电机控制器配套构成系统，前者包含定子、转子、角位置传感器等，后者装有功率电路、控制电路等部件。

开关磁阻电机为定子、转子的双凸极结构，其定子和转子都是由硅钢片叠压而成，定子极上装有集中绕组，当绕组通电时将对临近的转子极产生电磁吸引力。开关磁阻电机可以设计成不同的绕组相数和不同的定转子极数，如三相6/4极、三相12/8极、四相8/6极等。开关磁阻电机的各相磁路的磁阻随转子的角位置而变，为使其正常工作，必须在转子转到适当的位置时开通或者关断相应的相绕组的电流，保证各相的电流与相应的转子角位置同步，并且在转子转动过程中始终正确切换各相绕组。为了有效的控制开关磁阻电机，必须知道电机定子与转子的相对位置，因此电机中需要装有转子角位置检测装置；而要确定转子的角位置还必须有一个确定的参考位置，即角位置零点。通常确定角位置零点的方法是，以某一相绕组作为基准相，以基准相定子与某一转子极中心线相重合的位置作为角位置参考零点。为了得到准确的电机转子的角位置信号，首先必须进行角位置零点校对。

目前开关磁阻电机的转子角位置检测方式主要有基于光电式、电磁式、霍尔式、电容式等角位置传感器元件几种形式。

图1所示是一种基于光电式传感器元件构成的角位置检测装置的结构图。角位置检测装置由传感器电路板和随电机主轴旋转的不透光齿盘组成，传感器电路板主要包括三个光电开关传感器元件，齿盘有沿圆周方向均匀分布的8个齿，齿距为45°，每个齿和槽均为22.5°；光电传感器元件间隔7.5°。将传感器电路板安装在电机非出力端的端盖上，如图2所示，位置检测电路板(或者光电齿盘)上设计有弧形螺丝孔，可以沿圆周方向进行微调。对这种检测装置进行零点设定时，首先给电机基准相绕组通电，使该相定子极中心线与转子极中心线相重合，然后调整传感器电路板或者光电齿盘，使图1中齿盘的一个齿的右沿恰好处于图中所示的一个光电传感元件的中心线上；盘向右转则挡光，盘向左转则不挡光，使转子转到该位置时传感器的输出信号恰好产生一个电平的跳变信号，该信号是在系统设计时确定的，代表了基准相定、转子极中心线相重合位置，并能被电机控制器识别。

基于这种角位置检测装置的零点校对需要调整传感器板与传感器齿盘的相对位置，而确定传感器元件与传感器齿盘的对应关系靠人工目测或测量传感器元件输出电平，要求操作人员有一定的经验，误差较大，操作麻烦。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于绝对型旋转编码器的开关磁阻电机转子角位置零点校对装置。

本实用新型所述的开关磁阻电机转子角位置零点校对装置，包括电流单元、零点控制单元、零点储存单元，所述电流单元连接电机的绕组，零点控制单元分别连接电流单元、零点存储单元和绝对型旋转编码器，电流单元给电机的绕组提供定位电流，零点控制单元读取绝对型旋转编码器的信号，记录零点位置，并存储到零点存储单元中。

所述电流单元的功率电路由整流桥、滤波电容、功率开关器件(如IGBT)和电流传感器构成，零点控制单元以微处理器为核心，零点储存单元包括非易失性存储器。

零点控制单元采用以微处理器为核心的数字电路。零点控制单元在功能上包括调节器、PWM(脉冲宽度调制)信号发生器，所述调节器可选择P(比例)、PI(比例积分)或者PID(比例积分微分)调节器。零点控制单元读取编码器信号，将零点位置信号保存到零点存储单元的非易失性存储器中。

电机内部安装与电机主轴相连的绝对型旋转编码器，绝对型旋转编码器采集电机转子的角位置信号。编码器信号线接至零点控制单元。

本实用新型所述的开关磁阻电机转子角位置零点校对装置的使用方法如下：使电机空载，转子能够自由旋转；选择开关磁阻电机的任一相绕组作为基准相绕组；将基准相绕组与所述的电流单元相连；设定合适的定位电流，交流电压施加到电流单元，经过整流桥整流，电容滤波变成直流电压。当开关管导通时，直流电压加在电机绕组两端，产生定位电流，调节器根据给定的定位电流与绕组实际电流之差产生PWM信号，控制功率开关器件的导通和关闭，进而控制电机绕组上的定位电流的大小。在电磁转矩的作用下，与电机基准相定子极相邻的转子极转到与基准相定子极中心线重合的位置，将此位置信号作为零点位置，零点控制单元读取绝对型旋转编码器的输出信号，将此信号作为零点信号，并保存在零点储存单元。从而完成电机转子角位置零点校对工作。电机运行过程中，根据绝对型旋转编码器的实际信号与零点位置信号之差可随时计算出电机转子的实际位置。

本实用新型所述的开关磁阻电机转子角位置零点校对装置可以制作成单独的装置，也可以集成在控制器内部。

当集成在控制器内部时，电流单元集成到控制器的功率电路中，零点控制单元、零点存储单元集成到控制器的控制电路中，这样控制器不仅具有控制电机运行的功能，还具有零点校对的附加功能。当选择控制器的零点校对功能时，由控制器向电机基准相绕组提供定位电流，读取零点位置信号，保存于控制器的非易失性存储器中。

本实用新型的开关磁阻电机转子角位置零点校对装置，作为单独装置时，完成转子角位置零点校对工作后，需将非易失性存储器中保存的零点位置信号传给控制器。

与现有开关磁阻电机转子位置零点校对技术方案相比，本实用新型不仅操作简单、容易实现，而且零点精度更高。

附图说明

图1是一种基于光电式传感器元件构成的角位置检测装置的示意图；

图2是图1所示角位置检测装置的安装结构图；

图3是本实用新型的零点校对装置的结构示意图；

图4是本实用新型的零点控制单元的工作原理图；

图5是本实用新型的零点校对装置的实施例示意图。

附图标记

1光电传感器元件，2传感器板，3传感器齿盘，4电流单元，5零点控制单元，6零点存储单元，7整流桥，8滤波电容，9电流传感器，10调节器，11PWM脉冲发生器，12控制器的控制电路，13控制器的功率电路。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式详细说明本实用新型。

本实用新型所述的开关磁阻电机转子角位置的零点校对装置集成到控制器中。电机采用三相12/8极开关磁阻电机，三相绕组分别用A、B、C表示。控制器的功率电路13集成了电流单元4，控制器的控制电路12集成了零点控制单元5、零点储存单元6。所述电流单元包括一个整流桥7、一个滤波电容8、两个功率开关器件K1、K2(IGBT)和一个电流传感器9构成。

在开关磁阻电机内部安装绝对型旋转编码器，绝对型旋转编码器与电机主轴相连，并通过编码器信号线连接控制器的控制电路12中的零点控制单元5，零点控制单元5分别连接电流单元4、零点存储单元6，控制器的功率电路13中的电流单元4连接电机的绕组，电流单元4给电机的绕组施加定位电流，零点控制单元5读取绝对型旋转编码器的信号，记录零点位置，并存储到零点存储单元6中。

电流单元4的整流桥7采用型号为6RI30G-160的三相整流桥，滤波电容8采用1500u/400V的电解电容，IGBT采用BSM35GB120DLC，电流传感器9采用LEM公司的电流检测模块。

零点控制单元5的微处理器控制电路以TI公司的TMS320x24x系列DSP中的TMS320F240芯片为核心，该款芯片具有PWM脉冲产生单元和A/D转换单元。

零点储存单元6采用ATMEL的EEPROM芯片25080，通过SPI(串行外设接口)通讯和控制电路的微处理器进行通讯。

首先以电机A相绕组作为基准相绕组；使电机空载，转子能够自由转动，连接电流单元和A相绕组。设定合适的定位电流，选择零点校对功能，交流电压经过整流桥7整流，电容滤波8变成直流电压，当K1、K2导通时，直流电压加在电机绕组两端，TMS320F240根据设定的定位电流与电流传感器9检测绕组的电流之差通过PI调节器10调节，产生一路PWM脉冲信号，控制K1、K2的开通和关断，进而控制电机绕组的电流；在电磁转矩的作用下，转子转到与A相定子极中心线相重合的位置，此角位置即为开关磁阻转子零点位置；TMS320F240读取零点位置，通过SPI通讯将零点位置信号保存于控制器的25080芯片；然后TMS320F240关闭PWM脉冲信号，关闭A相绕组定位电流，从而完成零点校对过程。

本实用新型所述的开关磁阻电机转子角位置的零点校对装置，作为单独装置时，完成转子角位置零点校对工作后，将非易失性存储器中保存的零点位置信号传给控制器。

Claims (7)

1.一种开关磁阻电机转子角位置零点校对装置，其特征是，包括电流单元(4)、零点控制单元(5)、零点储存单元(6)，所述电流单元(4)连接电机的绕组，零点控制单元(5)分别连接电流单元(4)、零点存储单元(6)和绝对型旋转编码器，电流单元(4)给电机的绕组提供定位电流，零点控制单元(5)读取绝对型旋转编码器的信号，记录零点位置，并存储到零点存储单元(6)中。

2.根据权利要求1所述的开关磁阻电机转子角位置零点校对装置，其特征在于，所述电流单元的功率电路包括整流桥(7)、滤波电容(8)、功率开关器件(K)和电流传感器(9)。

3.根据权利要求1所述的开关磁阻电机转子角位置零点校对装置，其特征在于，所述零点控制单元(5)以微处理器为核心，微处理器的控制电路包括调节器(10)、PWM脉冲发生器(11)。

4.根据权利要求3所述的开关磁阻电机转子角位置零点校对装置，其特征在于，所述调节器(10)可选择P、PI或者PID调节器。

5.根据权利要求1所述的开关磁阻电机转子角位置零点校对装置，其特征在于，零点储存单元(6)包括非易失性存储器。

6.根据权利要求1所述的开关磁阻电机转子角位置零点校对装置，其特征在于，零点控制单元(5)采用以微处理器为核心的数字电路。

7.根据权利要求1所述的开关磁阻电机转子角位置零点校对装置，其特征在于，电流单元(4)集成到控制器的功率电路(13)中，零点控制单元(5)、零点存储单元(6)集成到控制器的控制电路(12)中。

Images