開關磁阻電機的繞組定相裝置的製作方法

2023-11-03 14:00:12

專利名稱：開關磁阻電機的繞組定相裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種適用於三相以及三相以上相數的開關磁阻電機的 繞組定相裝置，特別涉及一種基於絕對型旋轉編碼器的開關磁阻電機的開 關磁阻電機的繞組定相裝置。技術背景開關磁阻電機具有結構簡單、性能可靠、啟動轉矩大、調速範圍寬以 及效率高等優點，近年來得到快速發展。開關磁阻電機與電機控制器配套 構成系統，前者包含定子、轉子、角位置傳感器等，後者裝有功率電路、 控制電路和顯示電路等部件。開關磁阻電機為定子、轉子的雙凸極結構，其定子和轉子都是由矽鋼 片疊壓而成，定子極上裝有集中繞組，當繞組通電時將對臨近的轉子極產 生電磁吸引力。開關磁阻電機可以設計成不同的繞組相數和不同的定轉子極數，如三相6/4極、三相12/8極、四相8/6極等。圖1是三相12/8極開 關磁阻電機的結構圖，每四個定子齒極的繞組相連接，構成a、 b、 c三相 繞組。開關磁阻電機的各相磁路的磁阻隨轉子的角位置而變，當某相繞組通 電時，將對臨近的轉子極產生電磁吸引力，使轉子極轉到與該相繞組定子 極中心線相重合的位置；變更通電相，給相鄰相通電時，電機轉子極轉到 穩定位置。把開關磁阻電機相臨相單獨通電時轉子兩個穩定位置間的角度 差稱為步距，對於N相、Zs/Z (以Zs表示定子極數，A表示轉子極數) 結構的開關磁阻電機，步距計算公式為，"(^A)。以三相12/8極開關磁 阻電機為例，給a相通電時，與a相相鄰的轉子極在電磁轉矩的作用下轉到與a相定子極中心線相重合的位置；給a相斷電，b相通電，電機轉子 逆時針轉動15。；同理，再改為c相通電，轉子繼續逆時針轉動15。；順 序對各相繞組通電(如a-b-c-a-...)，則可使轉子逆時針連續轉動。改變通 電次序，可改變電機轉向。開關磁阻電機的繞組通過引線接至電機接線盒或者引出電機外部，要 想有效的控制電機的運行，必須辨識各個引線所屬的繞組相，這就是開關 磁阻電機的繞組定相。對於新製造的、經過大修的、繞組標記不清的開關 磁阻電機必須進行繞組定相後才能正常使用。現有的開關磁阻電機的繞組定相通常藉助於直流電源給繞組提供電 流，直流電源可以是蓄電池，可以是直流穩壓源。假設電機為N相開關磁阻電機，以aic...表示電機繞組，按照a-b-c-... 順序通電時電機正向(從輸出軸方向看方向為順時針)轉動，通過以下步 驟進行開關磁阻電機繞組定相(1) 了解開關磁阻電機正向或者反向轉動的通電相序，根據電機的結 構計算開關磁阻電機的步距。(2) 保持電機主軸懸空，按照電機正向轉動的通電相序進行定相(反 向同理)。(3) 選擇任意一相繞組作為基準相a相。(4) 給a相通電，使電機轉子轉到穩定位置，並對改位置做記錄；對 a相斷電。(5) 選擇其他任意一相通電，若轉子正向轉動一個步距，可確定該相 是要找的相鄰相b相。如果轉子不是正向轉動一個步距，說明該相不是要 找的b相；則應重複第4步，再變更通電相，直到找到b相為止。記錄b 相通電時轉子的穩定位置，然後給b相斷電。(6) 選擇任意一個未定義繞組通電，找到使轉子再正向轉動一個步距 的相鄰相c相。(7) 以此類推，直到完成所有繞組的定相。對於三相電機，繞組定相過程相對簡單；假設a-b-c順序通電時，電機 正轉(從輸出軸方向看方向為順時針)，按照電機正向轉動的通電相序進 行定相；給a相通電後，變更通電相，根據電機轉動的方向即可判斷相序， 如果電機正向轉動一個步距，則說明當前相為b相；如果電機反向轉動一 個步距，則說明當前相為c相。可以看出採用這種開關磁阻電機的繞組的裝置進行繞組定相時，需要 操作人員根據經驗粗略判斷電機轉動的角度，手動記錄電機轉子的角位 置，操作麻煩。實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種操作簡單、不需要手動記 錄電機轉子的角位置、不需要人工判斷電機轉動的角度的基於絕對型旋轉 編碼器的開關磁阻電機的繞組定相裝置。本實用新型的開關磁阻電機的繞組定相裝置，包括電流單元、定相控 制單元、顯示單元。電流單元連接電機的繞組，定相控制單元分別連接電 流單元、顯示單元和電機的絕對型旋轉編碼器，電流單元給電機的繞組提 供定位電流，定相控制單元讀取絕對型旋轉編碼器的信號，通過顯示單元 顯示電機繞組的相序。電機內部安裝與電機主軸相連的絕對型旋轉編碼器，絕對型旋轉編碼 器輸出電機轉子的角位置信號。本實用新型所述的開關磁阻電機的繞組定相裝置，可作為單獨的裝 置，使用時通過導線和電機相連。所述電流單元由一個整流橋、 一個濾波 電容、功率開關器件(如IGBT)和一個電流傳感器構成，定相控制單元 包括編碼器信號轉換單元和微處理器，定相控制單元的微處理器連接電流 傳感器、功率開關器件和顯示單元。編碼器信號轉換單元將旋轉編碼器的輸出信號採用電平轉換等方法變 成微處理器能夠接收的信號，微處理器讀取轉換後的編碼器信號，對位置信號進行處理，採集電流傳感器信號，控制電流單元的功率開關器件的導通或者關閉；微處理器通過顯示單元將電機繞組的相序顯示。本實用新型所述的開關磁阻電機的繞組定相裝置，可集成到電機的控 制器中，電流單元集成到控制器的功率電路中，定相控制單元集成到控制 器的控制電路上。所述電流單元的相數與電機繞組的相數相同，電流單元 的每相包括一個功率開關和一個電流傳感器，電流單元戶萬有相共用一個整 流橋和一個濾波電容，定相控制單元包括編碼器信號轉換單元和微處理 器，定相控制單元的微處理器連接電流傳感器、功率開關器件和顯示單元。對於N相電機的控制器而言，控制器的功率電路包含了 N相電流單 元；定相控制單元集成到控制器的控制電路中，定相單元控制每一相的電 流單元；顯示單元集成到控制器的顯示單元中。這樣控制器不僅具有控制 電機運行的功能，還具有繞組定相的附加功能。本實用新型的開關磁阻電機的繞組定相裝置，所述顯示單元主要由液 晶屏或者七段數碼管構成。本實用新型的開關磁阻電機的繞組定相裝置，其工作原理是進行繞 組定相時，交流電壓施加到電流單元，經過整流橋整流，電容濾波變成直 流電壓；當開關管導通時，直流電壓加在電機繞組兩端，產生定位電流， 定相控制單元的微處理器採集電流信號，根據給定的定位電流與繞組實際 電流之差產生PWM (脈寬調製)信號，控制電流單元的功率開關器件的 導通和關閉，控制電機繞組上的定位電流的大小，進而控制電機的電磁轉 矩；在電磁轉矩的作用下，與當前電機通電相定子極相鄰的轉子極轉到與 通電相定子極中心線重合的位置；旋轉編碼器輸出轉子角位置信號，定相 控制單元的編碼器信號轉換單元對編碼器信號進行電平轉換，微處理器讀 取當前編碼器信號，對信號進行處理，並通過顯示單元顯示電機繞組的相 序。通過絕對型旋轉編碼器得到的信號稱為轉子的絕對位置信號，定轉子 之間的相對位置信號由計算得到。對於Zs/^極開關磁阻電機，電機轉子的極距角^ =36(r/Zw，定轉子的相對位置信號與絕對位置信號的關係是 m0d("Re/H這裡，mod表示求餘數，^為絕對位置信號，^e/為參考零點信號，e 相對位置信號；^/為單獨給基準相通電時，轉子的穩定位置。本實用新型的開關磁阻電機的繞組定相裝置，作為單獨的裝置時，使 用方法和步驟是(1) 了解開關磁阻電機正向或者反向轉動通電相序，根據電機的結構 計算開關磁阻電機的步距。(2) 保持電機主軸懸空，按照電機正向轉動的通電相序進行定相(反 向同理)。(3) 選擇任意一相繞組作為基準相。(4) 對基準相通電，使電機轉子轉到穩定位置，設定當前位置為參考 零點位置，即^,;然後給基準相斷電。(5) 選擇其他相通電，如果電機轉子不動，只需稍微旋轉電機主軸， 電機轉子位置穩定後，顯示單元顯示當前通電相的相序；然後斷開當前通 電相。(6) 重複第5步，直到完成所有繞組的定相。 本實用新型的開關磁阻電機的繞組定相裝置，集成在控制器內部時，工作流程是(1) 根據電機結構計算步距，按照電機正向轉動的通電相序進行定相。(2) 選擇基準相。(3) 給基準相通電，轉子位置穩定後讀取編碼器的位置信號，將此位 置信號作為參考零點信號；然後給基準相斷電。(4) 選擇其他任意一相通電，控制器讀取編碼器的位置信號，若轉子 正向轉動一個步距，可確定該相是要找的相鄰相；如果轉子不是正向轉動 一個步距，說明該相不是要找的相鄰相，則應重複第3步，再變更通電相， 直到找到相鄰相為止；最後給當前通電相斷電。(5) 選擇任意一相未定義的繞組通電，找到使轉子再正向轉動一個步 距的相鄰相。(6) 以此類推，直到完成所有繞組的定相。 本實用新型集成在控制器內部的使用方法(1) 保持電機主軸懸空，連接控制器與電機繞組(2) 選擇控制器的繞組定相功能，控制器自動進行繞組定相，控制器完成繞組定相後，將結果通過顯示單元顯示出來。本實用新型的開關磁阻電機繞組裝置使用方便，無需人工記錄電機轉子的位置；本實用新型裝置集成到電機控制器內部時，定相過程由控制器 自動完成。


圖1是三相12/8極開關磁阻電機的結構圖；圖2是本實用新型的開關磁阻電機的繞組定相裝置的示意圖；圖3是本實用新型的定相控制單元的工作原理圖；圖4是本實用新型的開關磁阻電機繞組定相裝置作為單獨裝置的示意圖；圖5是本實用新型的開關磁阻電機繞組定相裝置集成到電機控制器內 部的示意圖。1電流單元，2定相控制單元，3顯示單元，4電機，5絕對型旋轉編 碼器，6接線盒，7整流橋，8濾波電容，9功率開關器件，IO電流傳感器， ll編碼器信號轉換單元，12微處理器，13控制器的功率電路，14控制器 的控制電路。
具體實施方式

以下結合附圖和具體實施方式
詳細說明本實用新型。 實施例1圖4示，本實用新型所述的基於絕對型旋轉編碼器的開關磁阻電機繞組定相裝置作為單獨的裝置，電機4採用四相8/6極開關磁阻電機，電機 的步距為15。；編碼器採用15V供電的絕對型旋轉編碼器5。所述開關磁阻電機繞組定相裝置包括電流單元l、定相控制單元2、顯 示單元3。所述電流單元1，由一個整流橋7、 一個濾波電容8、 一個功率開關器 件9 (IGBT)和一個電流傳感器10構成；電流單元的電流傳感器10通過 電機接線盒6的端子連接電機的繞組。定相控制單元2的控制電路採用以微處理器為核心的數字電路。定相 控制單元2包括編碼器信號轉換單元11、微處理器12;編碼器信號轉換單 元11連接絕對型旋轉編碼器5，編碼器信號轉換單元11連接微處理器12， 微處理器12連接電流單元1和顯示單元3，編碼器信號轉換單元11將絕 對型旋轉編碼器5的輸出信號採用電平轉換等方法變成微處理器12能夠 接收的信號，微處理器12讀取轉換後的編碼器信號，對位置信號進行處 理，採集電流傳感器信號，控制電流單元的功率開關器件9的導通或者關 閉；微處理器12通過顯示單元3將電機繞組的相序顯示。電機4內部安裝與電機主軸相連的絕對型旋轉編碼器5，絕對型旋轉 編碼器5輸出電機轉子的角位置信號。電流單元2的整流橋7採用型號為6RB0G-160的三相整流橋，濾波電 容8採用1500u/400V的電解電容，功率開關器件9採用型號為 BSM35GB120DLC的IGBT(絕緣柵雙極電晶體)，電流傳感器10採用LEM 公司的電流檢測模塊。定相控制單元2的採用CD4050進行電平轉換，將15V轉換成5V;微 處理器12以AVR系列晶片中的Atmaga8535為核心，該晶片具有A/D轉 換單元和PWM脈衝產生單元。顯示單元3採用七段數碼管。由於沒有給繞組定相，電機接線盒中與電機繞組相連的的端子暫時用 1、 2、 3、 4表示，M表示公共點。首先確定基準相，將與端子l和公共端M相連的繞組作為基準相。連接端子1和公共端M;給電流單元l供電，電機轉子穩定後，按下按鈕sw，定相控制單元將此位置信號作為零點參考位置，顯示單元顯示a。然後給裝置斷電，變更通電相，連接端子2與 公共端M;給電流單元供電，此時轉子沒有轉動,撥動轉子，轉子位置穩 定後，定相控制單元讀取編碼器位置信號，顯示單元顯示c。再變更通電相，選擇端子3;轉子位置穩定後，顯示單元顯示b。則剩餘一相為d。斷開定相裝置與電機，根據定相結果對繞組進行標記，從而完成繞組 定相。實施例2圖5示，本實用新型所述的基於絕對型旋轉編碼器的開關磁阻電機繞 組定相裝置集成到電機控制器中，電機4採用三相12/8極開關磁阻電機， 電機的步距為15° ;絕對型旋轉編碼器5採用15V供電的絕對型旋轉編碼 器。控制器的功率電路13在功能上集成了三相電流單元1，標記為A、 B、 C;控制器的控制電路14集成了定相控制單元2;控制器的顯示電路集成 了顯示單元3。所述每一相電流單元包括兩個功率開關器件9和一個電流 傳感器10組成，三相電流單元共用一個整流橋7和濾波電容8。在開關磁阻電機內部安裝絕對型旋轉編碼器5,絕對型旋轉編碼器5 與電機主軸相連，並通過編碼器信號線連接定相控制單元2，定相控制單 元的微處理器12分別連接電流單元1、顯示單元3,電流單元1的三個電 流傳感器10分別連接電機的三相繞組，電流單元1給電機的繞組施加定 位電流，定相控制單元2讀取絕對型旋轉編碼器5的信號，對位置信號進 行處理，通過顯示單元3將電機繞組相序顯示出來。電流單元1的整流橋7採用型號為6RD0G-160的三相整流橋，濾波電 容8採用1500u/400V的電解電容，功率開關器件9採用型號為 BSM35GB120DLC的IGBT(絕緣柵雙極電晶體)，電流傳感器IO採用LEM 公司的電流檢測模塊。定相控制單元2的編碼器信號轉換單元11採用CD4050進行電平轉換； 微處理器12控制電路以TI公司的TMS320x24x系列DSP中的 TMS320F240晶片為核心，該款晶片具有PWM脈衝產生單元和A/D轉換 單元。顯示單元3主要由七段數碼管組成，顯示方法為控制器的電流單元 一電機繞組相。如顯示B—c，表示與控制器的B相電流單元相連的電機 繞組是c相。首先使電機空載，轉子能夠自由轉動，按照圖5連接控制器和電機。 與控制器的A相電流單元相連的繞組作為基準相a相，選擇繞組定相功能， 控制器自動進行繞組定相。通過顯示單元可以查詢繞組對應的相序。顯示結果為A—a、 B—c、 C一b，斷開控制器與電機之間的連接，根 據定相結果對繞組進行標記，從而完成繞組定相。
權利要求1、一種開關磁阻電機的繞組定相裝置，其特徵是，包括電流單元(1)、定相控制單元(2)、顯示單元(3)，電流單元(1)連接電機(4)的繞組，定相控制單元(2)分別連接電流單元(1)、顯示單元(3)和電機的絕對型旋轉編碼器(5)。
2、 根據權利要求1所述的開關磁阻電機的繞組定相裝置，其特徵在 於，所述的繞組定相裝置作為單獨的裝置使用。
3、 根據權利要求2所述開關磁阻電機的繞組定相裝置，其特徵在於， 所述電流單元(1)由一個整流橋(7)、 一個濾波電容(8)、功率開關器 件(9)和一個電流傳感器(10)構成，定相控制單元(2)包括編碼器信 號轉換單元(11)和微處理器(12)，微處理器(12)連接電流傳感器(10)、 功率開關器件(9)和顯示單元(3)，電流傳感器(10)連接電機繞組。
4、 根據權利要求1所述的開關磁阻電機的繞組定相裝置，其特徵在 於，所述的繞組定相裝置集成到電機的控制器中，電流單元(1)集成到 控制器的功率電路(13)中，定相控制單元(2)集成到控制器的控制電 路(14)中，顯示單元(3)集成到控制器的顯示單元中。
5、 根據權利要求4所述的開關磁阻電機的繞組定相裝置，其特徵在 於，所述電流單元(1)的相數與電機的繞組的相數相同，電流單元(1) 的每相包括功率開關器件(9)和一個電流傳感器(10)，電流單元所有相 共用一個整流橋(7)和一個濾波電容(8)，定相控制單元(2)包括編碼 器信號轉換單元(11)和微處理器(12)，微處理器(12)連接電流傳感器(10)、功率開關器件(9)和顯示單元(3)，電流傳感器(10)連接電機 繞組。
6、 根據權利要求1所述的開關磁阻電機的繞組定相裝置，其特徵在 於，所述顯示單元(3)主要由液晶屏或者七段數碼管構成。
專利摘要本實用新型提供一種開關磁阻電機的繞組定相裝置，包括電流單元、定相控制單元、顯示單元；電流單元連接電機的繞組，定相控制單元分別連接電流單元、顯示單元和電機的絕對型旋轉編碼器。電流單元給電機的繞組提供定位電流，定相控制單元讀取絕對型旋轉編碼器的信號，通過顯示單元顯示電機繞組的相序。本實用新型使用方便，不需要手動記錄電機轉子的角位置，不需要人工判斷電機轉動的角度；所述裝置集成到電機控制器內部時，定相過程由控制器自動完成。
文檔編號H02K29/06GK201096871SQ20072017029
公開日2008年8月6日 申請日期2007年8月20日 優先權日2007年8月20日
發明者偉 畢, 蘇建中 申請人:北京中紡銳力機電有限公司