CN219086979U

CN219086979U - 旋转检测装置以及电机系统

Info

Publication number: CN219086979U
Application number: CN202223585052.9U
Authority: CN
Inventors: 高宏伟; 高翔; 包华宇
Original assignee: Suzhou Yuze Intelligent Technology Co ltd
Current assignee: Suzhou Yuze Intelligent Technology Co ltd
Priority date: 2022-12-30
Filing date: 2022-12-30
Publication date: 2023-05-26
Anticipated expiration: 2032-12-30

Abstract

本实用新型提供一种旋转检测装置，包括用于接收电源的输入接口；转子；正弦检测模块，其包括第一输出接口、第二输出接口以及第一检测线圈，第一、第二输出接口用于提供正弦检测信号，其中，响应于转子的转动，第一检测线圈生成正弦检测信号，其中，正弦检测模块还包括第一电容模块，第一电容模块耦合在第一检测线圈与第一或第二输出接口之间，用于调整正弦检测信号的相位；以及余弦检测模块，其包括第三输出接口、第四输出接口以及第二检测线圈，用于提供余弦检测信号，其中，余弦检测信号基于第二检测线圈根据转子的转动而产生，并且第一、第二检测线圈正交。相较于现有技术，本实用新型中的旋转检测装置结构简单，响应速度更快。

Description

旋转检测装置以及电机系统

技术领域

本实用新型属于检测技术领域，涉及一种旋转检测装置以及电机系统

背景技术

旋转变压器是一种可以实现旋转角度检测的传感器，由于其不使用光电转换器件，因而可以在较高温度的环境中使用。

当前旋转变压器中，定子检测齿上绕有多组绕组，通常绕有三组绕组，使得其制造工艺很复杂，且由于绕组的位置不同使得旋转变压器的一致性受到不利影响；同时，由于在同一定子检测齿上绕有多组绕组，在生产和使用过程中，很容易由于振动冲击等原因出现绕组短路和断线等问题，进而导致旋转变压器失效，可靠性较差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种系统相应快速和可靠性高的旋转检测装置与电机系统。

本实用新型一方面提供了一种旋转检测装置，包括：转子；定子，其包括均匀分布的多个定子检测齿，以供线圈缠绕；多桥臂电路，其中，每列桥臂包含至少两个桥臂，每个桥臂包括至少一个线圈，并且每个所述线圈缠绕于对应的所述定子检测齿上，以使得每个所述定子检测齿上仅缠绕一个所述线圈，所述多桥臂电路还包括从各桥臂的并联接点引出的励磁线，以耦合到电源；正弦检测电路，其包括第一电容模块、以及从第一、第二列桥臂的上下桥臂的接点分别引出的第一信号线与第二信号线，并且响应于所述转子的转动，所述第一、第二列桥臂生成正弦检测信号，所述第一电容模块耦合到所述正弦检测电路的输出接口，用于调整所述正弦检测信号的相位；余弦检测电路，其包括第二电容模块、以及从第三、第四列桥臂的上下桥臂的接点分别引出的第三信号线与第四信号线，并且响应于所述转子的转动，所述第三、第四列桥臂生成余弦检测信号，所述第二电容模块耦合到所述余弦检测电路的输出接口，用于调整所述余弦检测信号的相位。

可选地，所述第一信号线与所述第二信号线的差分信号对应于所述正弦检测信号，所述第三信号线与所述第四信号线的差分信号对应于所述余弦检测信号。

可选地，所述第一电容模块的等效电容值与所述正弦检测电路中的线圈的电感值相匹配，从而减小或消除所述正弦检测信号的相位受所述正弦检测电路中的线圈的影响。

可选地，所述第一电容模块包括至少一个电容器，并且所述第一电容模块具备可变的等效电容值。

可选地，所述第二电容模块的等效电容值与所述余弦检测电路中的线圈的电感值相匹配，从而减小或消除所述余弦检测信号的相位受所述余弦检测电路中的线圈的影响。

可选地，所述第二电容模块包括至少一个电容器，并且所述第二电容模块具备可变的等效电容值。

可选地，所述旋转检测装置还包括壳体，用于容纳所述正弦检测电路和所述余弦检测电路。

可选地，所述多个定子检测齿呈圆周性且规则分布，以使得所述正弦检测信号和余弦检测信号的相位差为90度。

本实用新型另一方面提供了一种旋转检测装置，包括：转轴；转子，固定于转轴上，配置为与所述转轴同步旋转；定子，其内圆中心线与所述转轴的中心线一致；壳体，用于容纳所述定子；引出线，其中，第一引出线组用于电气连接到电源，第二引出线组用于经由第一电容模块提供正弦检测信号，第三引出线组用于经由第二电容模块提供余弦检测信号。

本实用新型另一方面提供了一种电机系统，包括电机；如前述的旋转检测装置，其耦合至所述电机，用于基于所述电机的工作状态来生成检测信号；电源，其耦合至所述旋转检测装置，用于向所述旋转检测装置提供电源；以及信号处理装置，其耦合至所述旋转检测装置，以接收所述检测信号，并基于所述检测信号来确定所述电机的工作状态。

与现有技术相比，本实用新型极大地提升了旋转检测装置的输出响应速度和适用性，并且结构简单、成本较低。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，提供以下附图配合展示：

图1所示为依据本实用新型的旋转检测装置的定转子的截面示意图；

图2为依据本实用新型一实施例的旋转检测装置的电路示意图；

图3为未接电容器的输出电路的等效电路图；

图4为图2中输出电路的等效电路图；

图5为依据本实用新型另一实施例的旋转检测装置示意图；

图6为依据本实用新型实施例的旋转检测装置的结构示意图；

图7为依据本实用新型实施例的电机系统示意图。

需要说明的是，上述附图所展示的仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的情况下，还可以根据这些附图获得其它实施例的附图。

具体实施例

为了使本实用新型的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解的是：此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

为了描述的方便，在需要时将使用空间相对术语，例如“之下”、“下方”、“下”、“上方”、“上”等，来描述附图所示的一个元件或特征相对于另一元件或特征的关系。所述空间相对术语旨在包括除了在图中所示的指向之外的使用或操作的器件不同指向。例如，如果将图中的器件翻转，描述为在其它元件或特征“之下”或“之下”的元件将被定向为在其它元件或特征“之上”。

除非另外限定，在此使用的术语具有与本实用新型所属领域的普通技术人员通常所理解的相同含义，而且所述术语应理解为具有与相关技术的上下文中的含义一致的含义，并不应以理想化或过度形式化来理解，本实用新型明确限定的情况除外。

本实用新型提出了一种旋转检测装置，该旋转检测装置包括定子和转子，定子包括定子轭和位于定子轭上的定子检测齿；转子具有转子凸极。定子轭、定子检测齿和转子凸极的材料均为导磁材料。该旋转检测装置还包括多个线圈，各线圈绕在定子检测齿上，每个定子检测齿上最多绕一个线圈，每个线圈的电感随着转子的旋转角度的变化而变化，以用于检测转子的旋转角度。

本实用新型中，该旋转检测装置具有定子机壳、端盖、轴承和转轴。定子包括定子铁心，定子铁心安装在定子机壳上；转子包括转子铁心，转子铁心安装在转轴上，与整个转子一同旋转。

以旋转检测装置的定子检测齿数是8且转子凸极数是2为例。

图1所示为该旋转检测装置的定转子的截面示意图。8个定子检测齿沿定子铁心均匀分布；2个转子凸极沿转子铁心的圆周在其外圆上均匀分布。

每个定子检测齿上有绝缘绕线骨架(图1中未示出)。每个定子检测齿上绕有1个线圈，8个定子检测齿上共有8个线圈沿圆周分布，8个定子检测齿沿圆周顺时针分布依次为1101～1108(并未对全部的定子检测齿进行标记)。各线圈的电感随转子的旋转角度的变化而变化。本实施例中，各线圈的电感的直流分量相等，各线圈的电感的基波幅值相等。多个定子检测齿呈圆周性且规则分布。

本实施例中，旋转角度检测装置包括由8个线圈组成的4列并联的多桥臂桥式电路，每列桥臂包括两个桥臂，每个桥臂中连接有一个线圈。具体而言，8个定子线圈共分为8组。每组定子线圈包括1个线圈；每个线圈的电感随转子的旋转角度呈正弦变化。8组定子线圈按图2所示接成多桥臂桥式电路。

图2是依据本实用新型一实施例的旋转检测装置的电路示意图。

如图所示，在本实施例中，旋转检测装置包括4列并联的多桥臂桥式电路，每列桥臂包含至少两个桥臂，每个桥臂包括至少一个线圈。

每列桥臂的上下桥臂均包括至少1个线圈Y1-Y8；多桥臂桥式电路的两个并联接点引出两根引出线作为励磁线A、B，从每列桥臂的上下桥臂的接点(C、D、E、F)均引出1根引线作为信号线。

具体而言，桥臂X_AC由定子检测齿1101上的线圈Y1构成，桥臂X_AD由定子检测齿1107上的线圈Y7构成，桥臂X_AE由定子检测齿1102上的线圈Y2构成，桥臂X_AF由定子检测齿1108上的线圈Y8构成，桥臂X_BC由定子检测齿1103上的线圈Y3构成，桥臂X_BD由定子检测齿1105上的线圈Y5构成，桥臂X_BE由定子检测齿1104上的线圈Y4构成，桥臂X_BF由定子检测齿1106上的线圈Y6构成。

由图1可知，随着转子的旋转角度的变化，各定子检测齿与转子凸极之间的间隙发生变化，各线圈的电感随之变化，其变化周期为2。换言之，L_AC＝L_BD，L_AD＝L_BC，L_AE＝L_BE，L_AF＝L_BE。具体而言，接点C、D、E、F的输出电压是随转子的旋转角度θ的变化而变化的正弦信号，并且接点C的信号电压与接点D的信号电压反相，由此可以得到接点C和D之间的差分信号电压，此差分信号电压是转子的旋转角度θ的正弦信号；接点E的信号电压与接点F的信号电压反相，由此可以得到接点E和F之间的差分信号电压，此差分信号电压是转子的旋转角度θ的正弦信号，并且上述两组差分信号的相位彼此相差90度，即能够得到两组关于转子的旋转角度的相位差90度的正弦电压信号，此即为现有技术中求取转子的旋转角度所需的基础信号，因此将这些基础信号传送给后续连接的信号处理电路或者经过简单计算即可得到转子旋转角度θ。

由于转子位置信号采用差分方式，在信号线较长的应用中可以大大降低信号传输过程中外来干扰的影响。另外，由于每个定子检测齿上最多绕1个线圈，大大简化了生产工艺，有效防止了由于绕组的位置不同使得旋转角度检测装置的一致性受到不利影响，并克服了现有技术中同一定子检测齿上不同绕组间的短路风险。

本领域技术人员可以理解的是，下文称正弦、余弦仅是为了表明两个信号之间的相位差是90°。

请继续参考图2，旋转检测装置200包括励磁输入端A和B，分别耦合到电源100，用来接收电源信号。正弦检测模块210包括输出接口211、212，用于分别提供来自C、D两点的电压信号。可以理解的是，负载电阻Rs上的电压是C、D上电压信号之差，即正弦检测模块210输出的信号是差分信号(即正弦检测信号)。其中，电容模块Cs1耦合到正弦检测模块310，用于调整该正弦检测信号的相位，以减小受C、D节点处的绕组的影响，譬如，Y1、Y3、Y5和Y7。

类似地，余弦检测模块220包括输出接口221和222，用于提

供来自E、F节点的差分电压信号(即余弦检测信号)。换而言之，负载电阻Rs上的电压是E、F上电压信号之差。电容模块Cc1耦合到余弦检测模块220，用于减小或消除该余弦检测信号的相位受E、F节点处的绕组的影响。可以理解的，电容模块可以被包含于旋转检测装置200内，也可以是作为独立部件位于旋转检测装置200外。

通过上述构造，正弦检测模块210和余弦检测模块220可以分别提供相应相位的信号输出。

为了便于说明电容模块的作用，先对没有电容模块的情况下的检测信号进行说明。

旋转检测装置的输出网络可以被等效为一个电压源和电阻电感串联的单口网络，因此，当输出接口接负载时，等效电路如图3所示。

负载电阻R2两端的电压可以表示为：

其中，w表示信号频率，由此可见，负载电阻两边电压信号与需要检测的电源U信号有着相位差，换句话说，产生了迟滞的现象，因此导致电机系统响应速度变慢。当引入电容模块后，其等效电容值为C1、C2，等效电路图为图4，因此，负载电阻R2两端的电压可以表示为：

由式(2)可知，若想电压U₂无相位延迟，则电容值C需要满足以下条件：

此时，w²L＝(C1+C2)/(C1*C2)，u2＝i*R2/(R1+R2)。因此，电压没有滞后，响应速度得到了提升。

本领域技术人员可以理解的是，当面临不同的需求，电容模块的等效电容值也可以被调整为其他值，进而将正弦、余弦的检测信号的相位调整为指定值。另外，除了电容器，其他容性器件也可以用来实现电容模块。

图5为依据本实用新型另一实施例的旋转检测装置示意图。

如图所示，正弦检测模块210包括电容器Cs1和Cs2，而余弦检测模块220则包括电容器Cc1。由上可知，当电容器Cs1和Cs2满足式(3)，并且电容器Cc1的值符合式(4)的条件时，即：

可以理解的，上面对正弦、余弦检测模块的划分仅仅是为了便于说明，本领域技术人员可以根据本实用新型的指示来对产品中的正弦、余弦检测模块进行改变，比如，将余弦检测模块中包括两个电容器，而正弦检测模块中包括一个电容器。通过上述构造，正弦检测信号和余弦检测信号均没有相位偏移。

图6为依据本实用新型实施例的旋转检测装置的结构示意图。

如图所示，旋转角度检测装置60包括定子61、转子62、转轴63、轴承64、壳体65、侧盖66和67、引出线601-606。转子铁心固定在转轴63上，能够与转轴63同步旋转。轴承64安装在转轴4上轴承64支撑转子62平滑顺畅地转动。定子铁心安装固定在壳体6内。轴承64的外圈安装在两个侧盖66和67所形成的轴承室内，保证转轴63的中心线与定子61的内圆中心线一致。

引出线601-606分别电气连接到电源以及正弦负载和余弦负载，从而实现对信号的检测。譬如，第一引出线组601、602用于电气连接到电源，以获取励磁信号；第二引出线组603、604则可以经由电容模块Cs1和/或Cs2提供正弦检测信号；第三引出线组605、606则可以经由电容模块Cc1和/或Cc2提供余弦检测信号。

可以理解的是，在图7的实施例中，电容模块是设置在壳体之外，但通过对旋转检测装置的结构调整，电容模块也可以设置在壳体之内，在此，不再赘述。

图7为依据本实用新型实施例的电机系统示意图。电机系统包括电机1、电源2、旋转检测装置3以及信号处理装置4。具体地，电源2耦合至旋转检测装置3，以通过励磁线向旋转检测装置3提供电源；旋转检测装置3耦合至电机1，基于电机1的工作状态来生成差分的检测信号，譬如，正弦检测信号与余弦检测信号。具体地，当测量到电机1当前的工作参数后，信号处理装置4可以基于检测信号来及时确定电机1的工作状态，进而确定后续的控制策略。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种旋转检测装置，其特征在于，包括：

转子；

定子，其包括均匀分布的多个定子检测齿，以供线圈缠绕；

多桥臂电路，其中，每列桥臂包含至少两个桥臂，每个桥臂包括至少一个线圈，并且每个所述线圈缠绕于对应的所述定子检测齿上，以使得每个所述定子检测齿上仅缠绕一个所述线圈，所述多桥臂电路还包括从各桥臂的并联接点引出的励磁线，以耦合到电源；

正弦检测电路，其包括第一电容模块、以及从第一、第二列桥臂的上下桥臂的接点分别引出的第一信号线与第二信号线，并且响应于所述转子的转动，所述第一、第二列桥臂生成正弦检测信号，所述第一电容模块耦合到所述正弦检测电路的输出接口，用于调整所述正弦检测信号的相位；

余弦检测电路，其包括第二电容模块、以及从第三、第四列桥臂的上下桥臂的接点分别引出的第三信号线与第四信号线，并且响应于所述转子的转动，所述第三、第四列桥臂生成余弦检测信号，所述第二电容模块耦合到所述余弦检测电路的输出接口，用于调整所述余弦检测信号的相位。

2.根据权利要求1所述的旋转检测装置，其特征在于，所述第一信号线与所述第二信号线的差分信号对应于所述正弦检测信号，所述第三信号线与所述第四信号线的差分信号对应于所述余弦检测信号。

3.根据权利要求2所述的旋转检测装置，其特征在于，所述第一电容模块的等效电容值与所述正弦检测电路中的线圈的电感值相匹配，从而减小或消除所述正弦检测信号的相位受所述正弦检测电路中的线圈的影响。

4.根据权利要求3所述的旋转检测装置，其特征在于，所述第一电容模块包括至少一个电容器，并且所述第一电容模块具备可变的等效电容值。

5.根据权利要求2所述的旋转检测装置，其特征在于，所述第二电容模块的等效电容值与所述余弦检测电路中的线圈的电感值相匹配，从而减小或消除所述余弦检测信号的相位受所述余弦检测电路中的线圈的影响。

6.根据权利要求5所述的旋转检测装置，其特征在于，所述第二电容模块包括至少一个电容器，并且所述第二电容模块具备可变的等效电容值。

7.根据权利要求4所述的旋转检测装置，其特征在于，所述旋转检测装置还包括壳体，用于容纳所述正弦检测电路和所述余弦检测电路。

8.根据权利要求1所述的旋转检测装置，其特征在于，所述多个定子检测齿呈圆周性且规则分布，以使得所述正弦检测信号和余弦检测信号的相位差为90度。

9.一种旋转检测装置，其特征在于，包括：

转轴；

转子，固定于转轴上，配置为与所述转轴同步旋转；

定子，其内圆中心线与所述转轴的中心线一致；

壳体，用于容纳所述定子；

引出线，其中，第一引出线组用于电气连接到电源，第二引出线组用于经由第一电容模块提供正弦检测信号，第三引出线组用于经由第二电容模块提供余弦检测信号。

10.一种电机系统，包括电机，其特征在于，还包括：

如权利要求1至9任一项所述的旋转检测装置，其耦合至所述电机，用于基于所述电机的工作状态来生成检测信号；

电源，其耦合至所述旋转检测装置，用于向所述旋转检测装置提供电源；以及

信号处理装置，其耦合至所述旋转检测装置，以接收所述检测信号，并基于所述检测信号来确定所述电机的工作状态。