CN219627548U - 旋转检测装置以及电机系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种旋转检测装置，包括：转子；定子，其包括均匀分布的多个定子检测齿；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，并且每个线圈缠绕于对应的定子检测齿上；第一检测电路，其包括第一相位模块、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，并且响应于转子的转动，第一、第二列桥臂生成第一检测信号；第二检测电路，其包括从第三、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，并且响应于转子的转动，第三、第四列桥臂生成第二检测信号。相较于现有技术，本实用新型中的旋转检测结构简单，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；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；第一检测电路，其包括第一相位模块、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、第二列桥臂生成第一检测信号，所述第一相位模块耦合到所述第一检测电路的输出接口，用于调整所述第一检测信号的相位；第二检测电路，其包括从第三、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、第四列桥臂生成第二检测信号。

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第一检测信号，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第二检测信号。

可选地，所述第一相位模块是容性器件，并且能够减小或消除所述第一检测信号的相位受所述第一检测电路中的线圈的影响。

可选地，所述第一相位模块包括第一电容器，所述第一电容器的电容值与所述第一检测电路中的线圈的电感值相匹配。

可选地，所述第二检测部还包括：第二相位模块，其耦合到所述第二检测电路的输出接口，用于调整所述第二检测信号的相位，以减小或消除所述第二检测信号的相位受所述第二检测电路中的线圈的影响。

可选地，所述第二相位模块包括第二电容器，所述第二电容器的电容值与所述第二检测电路中的线圈的电感值相匹配。

可选地，所述旋转检测装置还包括壳体，用于容纳所述第一检测部、第二检测部以及转子。

可选地，所述多个定子检测齿呈圆周性且规则分布，以使得所述第一检测信号和第二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；以及控制装置，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为图2中输出电路的等效电路图；

图4为依据本实用新型另一实施例的旋转检测装置示意图；

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，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。

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°。

如图2所示，旋转检测装置200包括输入接口A和B，分别耦合到电源100，用来接收电源信号。第一检测部210包括输出接口211、212，用于输出来自C、D两点的差分电压信号(即正弦检测信号)，其中，相位模块213耦合到第一检测部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。第二检测部220包括输出接口221和222，用于输出来自E、F节点的差分电压信号(即余弦检测信号)，其中，相位模块223耦合到第二检测部220，用于调整该余弦检测信号的相位。可以理解的，相位调节213/223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，第一检测部210和第二检测部220可以分别提供相应相位的信号输出。

为了便于说明相位模块213/223的作用，先对没有相位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。当引入相位模块后，其等效电容值为C，因此，负载电阻R两端的电流可以表示为：

由式(2)可知，若想电压U₂无相位延迟，电容值C为:

因此，当相位模块的等效电容值符合式(3)的条件时，正弦检测信号和余弦检测信号没有相位偏移，提升了系统的响应速度。

本领域技术人员可以理解的是，当面临不同的需求，相位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，其他容性器件也可以用来实现相位模块。

图4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，在此实施例中，相位模块通过电容器来实现，可以理解的是，电容器213/223并非特指一个电容器，其也可以是由多个电容器组合而成。换而言之，相位模块可以是一个电容值可调的模块，包含电容器阵列，根据需求来决定接入电路的电容。

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。

相较于图4，在图5中，第一检测部210包括电容器213，而第二检测部220则未包括电容器。通过上述构造，正弦检测信号没有相位偏移，但余弦信号仍然存在相位偏移。在一些注重测量正弦检测信号的应用中，本实施例可以降低产品成本。可以理解的，也可以通过在第二检测部220中设置电容器223，并且不在第一检测部210中设置电容器213。如此，在一些注重测量正弦或者余弦检测信号的应用中，本实施例可以大幅降低产品成本。

图6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以及控制装置4。具体地，电源2耦合至旋转检测装置3，以向旋转检测装置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。具体地，当电机1处于旋转状态时，旋转检测装置3的转子也处于旋转状态，进而能够测量电机1当前的工作参数。旋转检测装置3向控制装置4提供正弦、余弦检测信号，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 (9)

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；

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；

第一检测电路，其包括第一相位模块、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、第二列桥臂生成第一检测信号，所述第一相位模块耦合到所述第一检测电路的输出接口，用于调整所述第一检测信号的相位；

第二检测电路，其包括从第三、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、第四列桥臂生成第二检测信号。

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第一检测信号，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第二检测信号。

3.根据权利要求2所述的旋转检测装置，其特征在于，所述第一相位模块是容性器件，并且能够减小或消除所述第一检测信号的相位受所述第一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，所述第一相位模块包括第一电容器，所述第一电容器的电容值与所述第一检测电路中的线圈的电感值相匹配。

5.根据权利要求2所述的旋转检测装置，其特征在于，包括第二检测部，所述第二检测部包括：

第二相位模块，其耦合到所述第二检测电路的输出接口，用于调整所述第二检测信号的相位，以减小或消除所述第二检测信号的相位受所述第二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，所述第二相位模块包括第二电容器，所述第二电容器的电容值与所述第二检测电路中的线圈的电感值相匹配。

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，用于容纳第一检测部、第二检测部以及转子。

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，以使得所述第一检测信号和第二检测信号的相位差为90度。

9.一种电机系统，包括电机，其特征在于，还包括：

如权利要求1至8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

控制装置，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。