CN209945409U - 非接触式电机转子温度与位置同时测量的装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种非接触式电机转子温度与位置同时测量的装置及系统；本实用新型所述装置包括单相旋转变压器、绕线式旋转变压器及热敏电阻，热敏电阻的机械本体部分设置于电机转子的温度测量点，热敏电阻的电气部分串联到单相旋转变压器与绕线式旋转变压器之间；单相旋转变压器的原边或者副边上并联调相电容，热敏电阻上增加串并联电阻来限制总串联阻抗的范围；通过上述装置实现电机转子温度与位置的同时测量，另外，基于上述装置增加温度解算电路及位置解算电路，通过对电机转子温度与位置的解算使微控制器实现电机控制与温度保护；上述方案结构简单、不受电机强磁场影响、成本低，有效提高了电机及电机控制的稳定性和可靠性。

Description

非接触式电机转子温度与位置同时测量的装置及系统

技术领域

本实用新型涉及电机控制领域，尤其涉及一种非接触式电机转子温度与位置同时测量的装置及系统。

背景技术

新能源汽车中电机是新能源汽车的重要动力装置，电机为车辆提供动力输出。电机的定子和转子在工作时由于磁损和线损而生热，该温度场随电机的工况不同发生变化，电机温度过高一方面会造成电机性能下降、永磁体退磁、线圈绝缘线失效，从而造成电机的失效影响车辆的运行；另一方面，电机转子温度会影响电机扭矩的控制精度，影响车辆的驾乘体验。

近年来针对电机保护目的的温度检测技术得到广泛应用，尤其是较易实现的定子测温技术。但对于电机转子的温度测量，由于电机工作时转子处于旋转状态的特殊结构以及强磁场的干扰等因素的限制，在实际电机控制器中对电机转子温度的实时测量和监控技术存在很多问题。

目前广泛使用的转子温度测量技术主要有接触式和非接触式两种。接触式主要采用滑环、碳刷进行温度传感器的信号输出，或者是通过热致形变材料的变形改变接触部位来辨别温度变化，这些方法结构复杂，工艺要求高，且需要定期维护，成本较高；非接触式主要有调频方式和红外线方式等，调频方式易受电磁干扰，红外方式成本过高。

目前的转子位置测量技术一般使用普通的旋转变压器作为位置传感器，实时检测转子位置，无法实现对转子温度和位置同时进行检测。

上述内容仅用于辅助理解本实用新型的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种非接触式电机转子温度与位置同时测量的装置及系统，旨在解决现有技术中无法使用单一装置同时对电机转子温度及位置进行精确测量的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供一种非接触式电机转子温度与位置同时测量的装置，所述装置包括：单相旋转变压器、绕线式旋转变压器及热敏电阻；其中，所述单相旋转变压器的定子绕组为所述单相旋转变压器的原边，所述单相旋转变压器的转子绕组为所述单相旋转变压器的副边，所述单相旋转变压器用于接收励磁信号；所述绕线式旋转变压器的转子绕组为所述绕线式旋转变压器的原边，所述绕线式旋转变压器的定子绕组为所述绕线式旋转变压器的副边，所述绕线式旋转变压器的定子绕组包括错开90°相位的正弦绕组及余弦绕组，所述绕线式旋转变压器的原边与所述单相旋转变压器的副边通过热敏电阻相连接，所述绕线式旋转变压器用于将所述励磁信号转换为包含有电机转子温度与位置信息的正弦绕组信号及余弦绕组信号；所述热敏电阻的机械本体部分设置于电机转子的温度测量点，且所述热敏电阻的电气部分串联在所述单相旋转变压器的副边及所述绕线式旋转变压器的原边之间，用于通过所述热敏电阻的阻值变化反映所述电机转子的温度信息；所述装置通过对热敏电阻阻值的变化及电机的旋转运动进行解析，实现在绕线式旋转变压器的正弦绕组信号与余弦绕组信号上电机转子温度信息与位置信息的输出。

优选地，所述装置还包括调相电容，所述调相电容并联或串联于所述单相旋转变压器的原边或副边上，或者并联或串联于所述旋转旋转变压器的原边上。其中调相电容为泛指概念，包含任何其他形式的多个电容或其他阻抗组合最终能够简化成调相电容本身或者达到调相电容功能的设计方式。

优选地，所述装置还包括第一电阻及第二电阻，所述第一电阻与所述热敏电阻并联后与所述第二电阻串联，其中第一电阻和第二电阻为泛指概念，包含任何其他形式的多个电阻或其他阻抗组合最终能够简化成第一电阻和第二电阻本身或者达到第一电阻和第二电阻功能的设计方式。

优选地，所述绕线式旋转变压器的转子侧设置有与所述绕线式旋转变压器的原边错开90°相位的磁场稳定绕组。

本实用新型还提出一种非接触式电机转子温度与位置同时测量的系统，所述系统包括如上所述的非接触式电机转子温度与位置同时测量的装置。

优选地，所述系统还包括励磁信号发生电路、位置解算电路、温度解算电路及微控制器；其中，所述励磁信号发生电路，用于产生励磁信号；所述位置解算电路，用于根据所述非接触式电机转子温度与位置同时测量的装置输出的正弦绕组信号及余弦绕组信号中的相角信息进行解析，获得电机转子的位置信息；所述温度解算电路，用于根据所述非接触式电机转子温度与位置同时测量的装置输出的正弦绕组信号及余弦绕组信号中的幅值信息进行解析，获得电机转子的温度信息；所述微控制器，用于接收所述电机转子的位置信息及温度信息，以实现对电机进行所需控制以及温度保护。

优选地，所述位置解算电路包括位置解码芯片，所述位置解算电路与所述非接触式电机转子温度与位置同时测量装置及所述微控制器分别连接。

优选地，所述温度解算电路包括乘法器芯片与RC滤波器，所述温度解算电路与所述非接触式电机转子温度与位置同时测量装置及所述微控制器分别连接。

优选地，所述系统还包括第一调理电路，用于将所述励磁信号进行幅值及功率放大。

优选地，所述系统还包括第二调理电路及第三调理电路，所述第二调理电路与所述非接触式电机转子温度与位置同时测量装置及所述位置解算电路分别连接，所述第三调理电路与所述非接触式电机转子温度与位置同时测量装置及所述温度解算电路分别连接。

本实用新型所述装置包括单相旋转变压器、绕线式旋转变压器及热敏电阻，所述热敏电阻的机械本体部分设置于电机转子的温度测量点，所述热敏电阻的电气部分串联在所述单相旋转变压器的副边及所述绕线式旋转变压器的原边之间。所述装置还包括第一电阻及第二电阻，所述第一电阻与所述热敏电阻并联后与所述第二电阻串联。所述单相旋转变压器的原边上并联调相电容。

通过上述装置来实现电机转子温度与位置的同时测量，另外，基于上述装置增加温度解算电路及位置解算电路，通过对电机转子温度与位置的精确解算，使微控制器实现电机控制与温度保护。通过上述方案实现了实时测量电机转子温度与转子位置，结构简单、不受电机强磁场影响、成本低，有效提高了电机及电机控制的稳定性和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1是本实用新型一种非接触式电机转子温度与位置同时测量的装置第一实施例的结构示意图；

图2是本实用新型一种非接触式电机转子温度与位置同时测量的装置在电机上的摆放图；

图3是本实用新型一种非接触式电机转子温度与位置同时测量的系统第一实施例的功能模块图；

图4是本实用新型一种非接触式电机转子温度与位置同时测量的系统第一实施例中第一调理电路结构示意图；

图5是本实用新型一种非接触式电机转子温度与位置同时测量的系统第一实施例中第二调理电路结构示意图；

图6是本实用新型一种非接触式电机转子温度与位置同时测量的系统第一实施例中第三调理电路的结构示意图；

图7是本实用新型一种非接触式电机转子温度与位置同时测量的系统第一实施例中位置解算电路的结构示意图；

图8是本实用新型一种非接触式电机转子温度与位置同时测量的系统第一实施例中温度解算电路的结构示意图。

附图标号说明：

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提供一种非接触式电机转子温度与位置同时测量的装置，参照图1，在一实施例中，所述装置包括单相旋转变压器T1、绕线式旋转变压器T2及热敏电阻RT；其中，

所述单相旋转变压器T1的定子绕组为所述单相旋转变压器的原边W1，所述单相旋转变压器T1的转子绕组为所述单相旋转变压器的副边W2，所述单相旋转变压器T1用于接收励磁信号；所述单相旋转变压器优选为环形旋转变压器，当然所述单相旋转变压器也可以采用其他方式，本实施例对此不加限制。

所述绕线式旋转变压器T2的转子绕组为所述绕线式旋转变压器的原边W3，所述绕线式旋转变压器的定子绕组为所述绕线式旋转变压器的副边，所述绕线式旋转变压器的定子绕组包括错开90°相位的正弦绕组W5及余弦绕组W6，所述绕线式旋转变压器的原边W3与所述单相旋转变压器的副边W2通过所述热敏电阻RT相连接，所述绕线式旋转变压器T2用于将所述励磁信号转换为包含有电机转子温度与位置信息的正弦绕组信号及余弦绕组信号；

所述热敏电阻RT的机械本体部分设置于电机转子2的温度测量点，且热敏电阻RT的电气部分串联在所述单相旋转变压器的副边W2及所述绕线式旋转变压器的原边W3之间，用于通过所述热敏电阻的阻值变化反映所述电机转子的温度信息。

可以理解的是，所述单相旋转变压器T1包含定子绕组和转子绕组，其中定子绕组为变压器原边，转子绕组为副边。单相旋转变压器的定子绕组(原边)W1接收励磁信号，单相旋转变压器将高频的正弦(或者余弦)的励磁信号从定子部分输送到转子部分。

所述单相旋转变压器的原边绕组W1处于电机定子侧，接受经过信号调理的励磁信号，处于电机转子侧的单相旋转变压器的副边绕组W2会感应出相同频率的高频正弦信号。在所述装置中，一般来说单相旋转变压器T1的副边绕组的匝数可以高于原边绕组的匝数，这样可以提高位置与温度测量的精度，同时具有好的抗干扰能力。

所述绕线式旋转变压器T2同样由定子绕组和转子绕组组成。其中转子绕组作为变压器的原边，与单相旋转变压器的副边通过所述热敏电阻RT相连接，接受励磁信号，通过电机的旋转运动，正弦绕组W5与余弦绕组W6会输出幅值变化的信号，其包络线包含了电机转子的位置信息(主要与相角信息相关)与温度信息(主要与幅值信息相关)。通过对正弦绕组W5与余弦绕组W6的相角信息进行解算，可以得到电机转子2的位置信息，通过对正弦绕组W5与余弦绕组W6的幅值信息进行解算，可以得到电机转子2的温度。所述绕线式旋转变压器T2的转子侧还可以增加一套与原边绕组W3错开90°相位的磁场稳定绕组W4，该绕组可以提高正弦绕组W5与余弦绕组W6输出信号波形的稳定度。所述磁场稳定绕组W4是一套非必须绕组，本实施例对此不加以限制。在设计中，励磁信号发生器200产生的励磁信号幅值与频率通常为固定值，这样单相旋转变压器的副边绕组W2感应出来的高频信号的幅值与频率也基本为恒定值。而通过所述热敏电阻RT之后，由于热敏电阻阻值变化(受温度改变的影响)，绕线式旋转变压器的原边绕组W3上的信号幅值会伴随热敏电阻阻值变化而变化。这样绕线式旋转变压器的正弦绕组W5与余弦绕组W6输出信号的幅值会伴随绕线式旋转变压器的原边绕组W3上信号幅值变化，而绕线式旋转变压器的正弦绕组w5与余弦绕组w6信号包络线的相角信息只与电机的旋转运动有关。因此该装置的位置测量与温度测量互相独立，而且基本上不互相影响。即所述热敏电阻RT阻值变化不会引起绕线式旋转变压器的正弦绕组W5与余弦绕组W6信号包络线的相角信息的变化；电机的旋转运动不会引起正弦绕组W5与余弦绕组W6包络线中幅值信息的变化。所述绕线式旋转变压器T2的原边绕组W3可以采用多极设计方案，并且绕线式旋转变压器T2的原边绕组W3极数优选地与电机的极数相等，但本实施例对此不加以限制。参照图2所示，所述绕线式旋转变压器T2通常布置与电机后端部，与所述单相旋转变压器T1并排放置。

所述热敏电阻RT是一种电阻值对温度非常敏感的电阻，热敏电阻按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻。正温度系数热敏电阻器在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏电阻器在温度越高时电阻值越低。该热敏电阻可以根据需要采用NTC(Negative Temperature Coefficient，负温度系数的热敏电阻)，或者PTC(Positive Temperature Coefficient，正温度系数的热敏电阻)。参照图2所示，热敏电阻通常布置与电机转子关键的测量位置，如永磁电机的转子永磁体旁边，或者感应电机的转子绕组处，或者开关磁阻电机转子磁通密度高的地方。在该装置中可以尽量选择较小体积的热敏电阻，并且通过导热胶粘接到所需测量位置。并且电机转子1内部需要凿孔，将热敏电阻RT的电气引线引到电机后端部。所述热敏电阻RT的引线可以采用较细的双绞线，以减小电机内部磁场的干扰。如果有必要可以采用带屏蔽层的双绞线作为热敏电阻的电气引线。由于电机转子2是一个中心对称体，一个热敏电阻一般满足基本的测量及温度保护需求。本实施例中所述热敏电阻RT可以为正温度系数热敏电阻或负温度系数热敏电阻，本实施例对此不加限制。通过对正弦信号与余弦信号的解算(主要为幅值信息)，可以得到热敏电阻的阻值变化，进一步得到旋转体的被测量点对温度信息。

由于热敏电阻有非常大的电阻变化范围，这样会导致正弦绕组与余弦绕组输出的幅值有非常大的变化范围，这样会造成配套电路的设计困难及降低转子位置测量精度。因此，所述装置可以在所述热敏电阻RT上并联一个高精度的第一电阻R1，并且在线路上串联一个高精度的第二电阻R2，构成串并联电阻限制电路。因此所述装置的转子侧单相旋转变压器副边绕组W2与绕线式旋转变压器原边绕组W3之前的总串联电阻R_tota1满足：

因此，进一步可得：

R2≤R_total≤R2+R1；

这样转子侧总的串联电阻R_tota1可以限制在一定范围以内，所述第一电阻R1与所述第二电阻R2的阻值可以根据热敏电阻的灵敏度、系统总电压放大倍数，采用精度要求及后续配套电路的解码部分的需求进行设计。所述第一电阻R1与所述第二电阻R2的阻值可以安装在所述单相旋转变压器T1与所述绕线式旋转变压器T2之间，有必要的话，可以设计特定的PCB板紧固在转子转轴上。在本实施例中，所述单相旋转变压器T1、所述绕线式旋转变压器T2、及所述串联电阻限制电路可以一体化进行机械设计。为简化设计，在本实例中，第一电阻和第二电阻均采用单一电阻的形式。任何包含其他形式的多个电阻或其他阻抗组合最终能够简化成第一电阻和第二电阻本身或者达到第一电阻和第二电阻功能的设计方式都可以实施于本实用新型，本实施例对此不加以限制。

由于所述单相旋转变压器T1与所述绕线式旋转变压器T2的原边与副边都包含自感和漏感，这些自感与漏感则会导致最终输出正弦绕组W5与余弦绕组W6信号与励磁信号有一定的相位差。而中间部分增加的所述热敏电阻RT会进一步加大该相位差。因此，所述装置还包括调相电容C1，所述调相电容C1可以并联于所述单相旋转变压器T1的原边绕组W1上，也可以设置于转子侧，并联在所述单相旋转变压器T1的副边绕组W2上，这样可以弥补该相位差。该调相电容可以根据单相旋转变压器与绕线式旋转变压器原副边绕组的自感与漏感及转子侧总的串联电阻范围进行理论，也可以再通过实际的测量进行补偿。该调相电容也可以并联或串联于所述旋转旋转变压器的原边上。任何包含其他形式的多个电容或其他阻抗组合最终能够简化成调相电容本身或者达到调相电容功能的设计方式都可以实施于本实用新型，本实施例对此不加以限制。

本实施例所述非接触式电机转子温度与位置同时测量的装置包含单相旋转变压器、绕线式旋转变压器及热敏电阻来实现电机转子温度与位置的同时测量。其中热敏电阻布置与电机转子所需要的测量点(如永磁体附近、或者转子绕组处)。在单相旋转变压器原边之前增加调相电容来弥补绕线式旋转变压器正弦绕组及余弦绕组输出与励磁信号之间的相位差，提高电机转子位置测量的可靠性。在转子侧增加第一电阻及第二电阻来限定总的串联电阻，进一步提高电机转子位置测量的可靠性。

参照图3，图3是本实用新型一种非接触式电机转子温度与位置同时测量的系统第一实施例的功能模块图。

所述非接触式电机转子温度与位置同时测量的系统包括如上所述的非接触式电机转子温度与位置同时测量的装置100、励磁信号发生电路200、位置解算电路300、温度解算电路400及微控制器DSP；其中，所述励磁信号发生电路200，用于产生励磁信号；所述位置解算电路300，用于根据所述非接触式电机转子温度与位置同时测量的装置输出的正弦绕组信号及余弦绕组信号中的相角信息进行解析，获得电机转子的位置信息；所述温度解算电路400，用于根据所述非接触式电机转子温度与位置同时测量的装置输出的正弦绕组信号及余弦绕组信号中的幅值信息进行解析，获得电机转子的温度信息；所述微控制器DSP，用于接收所述电机转子的位置信息及温度信息，以实现对电机进行所需控制以及温度保护。

应理解的是，所述励磁信号发生电路200产生的励磁信号一般为正弦信号或者余弦信号。

需要说明的是，所述微控制器DSP优选型号为TMS320F28335，它是一款高性能的TMS320C28x系列32位浮点DSP处理器，与以往的定点DSP相比，该器件有精度高、成本低、功耗小、性能高、外设集成度高、数据及程序存储量大、A/D转换更精确快速等优点，当然所述微控制器DSP也可以是其他型号，本实施例对此不加限制。

进一步地，所述系统还包括第一调理电路500，用于将所述励磁信号进行幅值及功率放大。

可以理解的是，所述励磁信号发生器200的EXC、EXC1端输出高频的励磁信号(正弦或者余弦信号)，通过第一调理电路500的调理(通常的信号的幅值与功率放大)之后，送到所述单相旋转变压器原边W1的EXC_P、EXC1_N端，作为非接触式电机转子温度与位置同时测量的装置100的输入源。

具体地，所述第一调理电路500包括第一电感L1、第二电感L2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第一放大器A1、第二放大器A2、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3及第四三极管Q4，各元件的连接关系可以参照图4。

进一步地，所述系统还包括第二调理电路600及第三调理电路700，所述第二调理电路600与所述非接触式电机转子温度与位置同时测量装置100及所述位置解算电路300分别连接，所述第三调理电路700与所述非接触式电机转子温度与位置同时测量装置100及所述温度解算电路400分别连接。

进一步地，所述第二调理电路600包括第三电感L3、第四电感L4、第七二极管D7、第八二极管D8、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第三放大器A3及第四放大器A4，各元件的连接关系可以参照图5。

所述第三电感L3及所述第四电感L4分别与所述余弦绕组W6的两端COS、COSLO连接，经由所述第三放大器A3及所述第四放大器A4分别进行调理，将所得到的COS_PO、COSLO_PO信号发送到所述位置解算电路300，用于调节余弦信号的幅值。当然，在所述正弦绕组W5的两端SIN、SINLO也需要增加同样的电路，以调节正弦信号的幅值，并将调节后的信号传送至所述位置解算电路300，本实施例在此不加赘述。

通过所述第二调理电路600，可以使正弦信号(SIN_PO与SINLO_PO)与余弦信号(COS_PO与COSLO_PO)的幅值在所述位置解算电路300的输入电压幅值范围内。使其满足所述位置解算电路300的解码芯片IC的正余弦信号幅值的工作范围。

进一步地，所述第三调理电路700包括第五电感L5、第六电感L6、第九二极管D9、第十二极管D10、第十电容C10、第十一电容C11、第十二电容C12、第十三电容C13、第十四电容C14、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第五放大器A5及第六放大器A6，各元件的连接关系可以参照图6。

所述第五电感L5及所述第六电感L6分别与所述余弦绕组W6的两端COS、COSLO连接，经由所述第五放大器A5及所述第六放大器A6分别进行调理，将所得到的COS_Te、COSLO_Te信号发送到所述温度解算电路400，用于调节余弦信号的幅值。需要说明的是，在所述正弦绕组W5的两端SIN、SINLO也需要增加同样的电路，以调节正弦信号的幅值，并将调节后的信号传送至所述温度解算电路400，本实施例在此不加赘述。

所述第三调理电路700是所述温度解算电路400的正余弦信号调理电路，可以使所述正弦信号(SIN_Te与SINLO_Te)与余弦信号(COS_Te与COSLO_Te)的幅值在所述温度解算电路400的乘法器芯片IC1的输入电压幅值范围内。

参照图7，图7是位置解算电路300的结构示意图。所述励磁信号发生器200与所述位置解算电路300往往可以相结合。由所述位置解算电路300的核心解码芯片IC产生高频的励磁信号(EXC与EXC1)，所述解码芯片IC接收经过所述第二调理电路600调理后的正弦信号(SIN_PO与SINLO_PO)及余弦信号(COS_PO、COSLO_PO)，所述解码芯片IC与所述微控制器DSP连接，通过对两路信号内部的相角信息进行解析。将电机转子1的位置信号(及附加的速度信号)，通过SPI通信或者Encode方式发送到微控制器DSP。所述解码芯片IC优选型号为AD2S1210，它是一款10位至16位分辨率旋变数据转换器，集成片上可编程正弦波荡器，可以产生所需的励磁信号，当然所述解码芯片IC也可以是其他型号，本实施例对此不加限制。

本实例的位置解算原理如下：

需要说明的是，信号调理电路只起到信号的放大与缩小作用，以适应解码芯片的工作范围。在解算原理中，调理电路的作用可以被忽略。

通常励磁信号为高频的正弦信号：

U_EXC＝Asin(ωt)；

其中A为励磁信号的幅值，通常为固定值。ω为高频信号的角速度，该角速度通常为10kHz～20kHz之间。t为时间变量。该信号通过所述非接触式电机转子温度与位置同时测量的装置之后，可以得到正弦绕组W5与余弦绕组W6上面的电压：

U_SIN＝a(T)sin(ωt+δ)sin(θ)；

U_COS＝a(T)sin(ωt+δ)cos(θ)；

其中，a(T)为正弦绕组W5与余弦绕线W6的幅值，该幅值伴随热敏电阻温度变化而变化。T为热敏电阻的温度值。θ为电机的转子位置。δ为所述装置在信号传递过程中产生的相位差，该相位差可以有调相电容补偿到一个很小的值。通常热敏电阻的温度变化较为缓慢，因此a(T)可以在短期内看成是一个固定值。并且由于第一电阻R1与第二电阻R2的存在，a(T)也会被限制到一定范围以内。

解码芯片IC的解码过程可以看成负反馈控制过程。在解码芯片IC内部会产生一个输出位置信号φ。并且在正弦绕组W5的电压信号上面乘以cosφ，在余弦绕线W6的电压信号上面乘以sinφ可得：

a(T)sin(ωt+δ)sin(θ)cos(φ)；

a(T)sin(ωt+δ)cos(θ)sin(φ)；

两者相减可得：

a(T)sin(ωt+δ)[sin(θ)cos(φ)-cos(θ)sin(φ)]；

再利用内部的参考信号Asin(wt)，由于δ很小，可以忽略。可以得到下式：

a(T)[sin(θ)cos(φ)-cos(θ)sin(φ)]＝a(T)sin(θ-φ)；

通过反馈信号的调整，驱动a(T)sin(θ-φ)为0，即可得到φ＝0，达到电机转子位置测量的目的。

参照图8，图8是温度解算电路400的结构示意图，所述温度解算电路400包括乘法器芯片与RC滤波器，所述滤波器包括第二十三电阻R23及第十五电容C15、第二十四电阻R24及第十六电容C16，所述乘法器芯片与所述非接触式电机转子温度与位置同时测量装置100及所述RC滤波器连接，所述RC滤波器与所述微控制器连接。

需要说明的是，所述温度解算电路400包含两路乘法器芯片，即第一乘法器芯片IC1及第二乘法器芯片IC2，一路接受第三调理电路700调理的余弦信号(COS_Te与COSLO_Te),另一路接受第三调理电路700调理的正弦信号(SIN_Te与SINLO_Te)，本实施例在此不加赘述。所述信号经过乘法器芯片之后通过RC滤波电路之后发送到微控制器DSP进行进一步的温度计算。所述乘法器芯片优选型号为ADL5391，当然所述乘法器芯片也可以是其他型号，本实施例对此不加限制。

本实例的温度解算原理如下：

需要说明的是，信号调理电路只起到信号的放大与缩小作用，以适应解码芯片的工作范围。在解算原理中，调理电路的作用可以被忽略。

通常励磁信号为高频的正弦信号：

U_EXC＝Asin(ωt)；

其中A为励磁信号的幅值，通常为固定值。ω为高频信号的角速度，该角速度通常为10kHz～20kHz之间。t为时间变量。该信号通过所述非接触式电机转子温度与位置同时测量的装置之后，可以得到正弦绕组W5与余弦绕组W6上面的电压：

U_SIN＝a(T)sin(ωt+δ)sin(θ)；

U_COS＝a(T)sin(ωt+δ)cos(θ)；

其中，a(T)为正弦绕组W5与余弦绕线W6的幅值，该幅值伴随热敏电阻温度变化而变化。T为热敏电阻的温度值。θ为电机的转子位置。δ为所述装置在信号传递过程中产生的相位差。

利用乘法器对两路信号自乘可得：

[a(T)sin(ωt+δ)sin(θ)]²；

[a(T)sin(ωt+δ)cos(θ)]²；

两者相加可得：

该信号在通过一个RC滤波器，可以滤到高频信号：

即得到包含温度信息的幅值信号：

其中RC滤波器的截止带宽只要满足小于

即可。其中两者求和的运算可以在微控制器DSP中进行或者通过其他方式进行，本实施例对此不加限制。

本实施例通过将非接触式电机转子温度与位置同时测量的装置设置于电机转子上，测量获得电机转子的温度与位置信息，经由温度解算电路及相应的调理电路，获得电机转子的温度信息，经由位置解算电路及相应的调理电路，获得电机转子的位置信息，然后将该转子温度及位置信息送到微控制器中帮助实现电机控制与温度保护，实现了实时测量电子转子温度和位置，结构简单、不受电机强磁场影响、成本低，有效提高了电机及电机控制的稳定性和可靠性。

以下，结合图1至图8说明本实施例一种非接触式电机转子温度与位置同时测量的系统的工作原理：

励磁信号发生电路200将产生高频的励磁信号通过第一调理电路500的调理之后，送到单相旋转变压器T1的原边，作为非接触式电机转子温度与位置同时测量的装置100的输入源。

所述测量装置通过对热敏电阻阻值的变化及电机的旋转运动进行解析，实现在绕线式旋转变压器T2的正弦绕组信号与余弦绕组信号上电机转子温度信息与位置信息的输出。

位置解算电路300通过第二调理电路600接受绕线式旋转变压器T2的正弦绕组信号与余弦绕组信号，对该两路信号(主要为相角信息)进行解算，得到电机转子的位置信息。

温度解算电路400通过第三调理电路700接受绕线式旋转变压器T2的正弦绕组信号与余弦绕组信号，同样的对该两路信号(主要为幅值信息)进行解算，得到电机转子的温度信息。

微控制器DSP用来接收电机转子的位置信息与温度信息，进一步实现对电机进行所需控制以及温度保护。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，特别是其他旋转体转动部分的温度与位置测量，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种非接触式电机转子温度与位置同时测量的装置，其特征在于，所述装置包括：单相旋转变压器、绕线式旋转变压器及热敏电阻；其中，

所述单相旋转变压器的定子绕组为所述单相旋转变压器的原边，所述单相旋转变压器的转子绕组为所述单相旋转变压器的副边，所述单相旋转变压器用于接收励磁信号；

所述绕线式旋转变压器的转子绕组为所述绕线式旋转变压器的原边，所述绕线式旋转变压器的定子绕组为所述绕线式旋转变压器的副边，所述绕线式旋转变压器的定子绕组包括错开90°相位的正弦绕组及余弦绕组，所述绕线式旋转变压器的原边与所述单相旋转变压器的副边通过热敏电阻相连接，所述绕线式旋转变压器用于将所述励磁信号转换为包含有电机转子温度与位置信息的正弦绕组信号及余弦绕组信号；

所述热敏电阻的机械本体部分设置于电机转子的温度测量点，且所述热敏电阻的电气部分串联在所述单相旋转变压器的副边及所述绕线式旋转变压器的原边之间，用于通过所述热敏电阻的阻值变化反映所述电机转子的温度信息；

所述装置通过对热敏电阻阻值的变化及电机的旋转运动进行解析，实现在绕线式旋转变压器的正弦绕组信号与余弦绕组信号上电机转子温度信息与位置信息的输出。

2.如权利要求1所述的非接触式电机转子温度与位置同时测量的装置，其特征在于，所述装置还包括调相电容，所述调相电容并联或串联于所述单相旋转变压器的原边或副边上，或者并联或串联于所述绕线式旋转变压器的原边上。

3.如权利要求2所述的非接触式电机转子温度与位置同时测量的装置，其特征在于，所述装置还包括第一电阻及第二电阻，所述第一电阻与所述热敏电阻并联后与所述第二电阻串联。

4.如权利要求1所述的非接触式电机转子温度与位置同时测量的装置，其特征在于，所述绕线式旋转变压器的转子侧设置有与所述绕线式旋转变压器的原边错开90°相位的磁场稳定绕组。

5.一种非接触式电机转子温度与位置同时测量的系统，其特征在于，包括如权利要求1-4任一权利要求所述的非接触式电机转子温度与位置同时测量的装置。

6.如权利要求5所述的非接触式电机转子温度与位置同时测量的系统，其特征在于，所述系统还包括励磁信号发生电路、位置解算电路、温度解算电路及微控制器；其中，

所述励磁信号发生电路，用于产生励磁信号；

所述位置解算电路，用于根据所述非接触式电机转子温度与位置同时测量的装置输出的正弦绕组信号及余弦绕组信号中的相角信息进行解析，获得电机转子的位置信息；

所述温度解算电路，用于根据所述非接触式电机转子温度与位置同时测量的装置输出的正弦绕组信号及余弦绕组信号中的幅值信息进行解析，获得电机转子的温度信息；

所述微控制器，用于接收所述电机转子的位置信息及温度信息，以实现对电机进行所需控制以及温度保护。

7.如权利要求6所述的非接触式电机转子温度与位置同时测量的系统，其特征在于，所述位置解算电路包括位置解码芯片，所述位置解算电路与所述非接触式电机转子温度与位置同时测量装置及所述微控制器分别连接。

8.如权利要求6所述的非接触式电机转子温度与位置同时测量的系统，其特征在于，所述温度解算电路包括乘法器芯片与RC滤波器，所述温度解算电路与所述非接触式电机转子温度与位置同时测量装置及所述微控制器分别连接。

9.如权利要求8所述的非接触式电机转子温度与位置同时测量的系统，其特征在于，所述系统还包括第一调理电路，用于将所述励磁信号进行幅值及功率放大。

10.如权利要求9所述的非接触式电机转子温度与位置同时测量的系统，其特征在于，所述系统还包括第二调理电路及第三调理电路，所述第二调理电路与所述非接触式电机转子温度与位置同时测量装置及所述位置解算电路分别连接，所述第三调理电路与所述非接触式电机转子温度与位置同时测量装置及所述温度解算电路分别连接。

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