[实用新型]开关磁阻电机转子的角位置和转速检测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种检测开关磁阻电机转子的角位置和转速(包含大小和方向)装置，具体涉及一种基于绝对型旋转编码器和串行总线通讯的开关磁阻电机转子的角位置和转速检测装置。

背景技术

开关磁阻调速电机一般由控制器和电机两部分组成，前者装有功率电路、控制电路等部件，后者包含定子、转子、角位置传感器等。

开关磁阻电机为定子、转子双凸极结构，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，转子上没有绕组。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。图1是三相12/8极开关磁阻电机的结构图，每四个定子极的绕组相连接，构成A、B、C三相绕组。

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位置同步，并且在转子转动过程中始终正确切换各相绕组。因此转子的角位置检测是一个非常重要的环节。检测装置还应提供转速信息，使控制器能根据测到的转速采用合适的控制方式进行转速调节，实现转速闭环控制。

现有的角位置和转速检测装置主要由若干个传感器元件和一个随电机主轴一起旋转的盘组成，传感器元件可以采用光电式、电磁式、霍尔式、电容式等元件，盘的材质、形状、透光性根据传感器元件特性不同而有所不同。

图2是采用采用光电开关传感器元件1和不透光齿盘2进行角位置和转速检测的开关磁阻调速电机的结构示意图。图3则是用于三相12/8极开关磁阻电机的角位置和转速传感器结构示意图，由三个光电开关元件和一个齿盘组成，光电开关A与B的间距和B与C的间距均为7.5°，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°。光电开关产生如图4所示的三路高低电平信号，将转子的位置在每个1/8圆周上划分6个区间，每个区间对应的机械角度为7.5°。如果以A相传感器信号的下降沿作为角位置参考零点，并将该参考零点同定转子的相对位置相对应，则控制器4可根据三路传感器信号判断转子所处角位置区间。控制器还可利用信号的周期或者频率计算转速的大小，根据信号的相位关系判断转速的方向。

这种检测方法角位置分辨率低、转速响应慢，虽然通过转速推算或者硬件倍频能够得到更高的角位置分辨率，但是在转速变化时误差变大，精度难以保证。在低速时，由于信号跳变周期长，导致响应慢，影响低速性能。由于角位置传感器需要操作人员进行零点设定，此项要求操作人员有一定的经验，误差较大，操作麻烦。传感器防护等级比较低，易受尘土、雨水的影响，传感器易老化、损坏，传感器信号不适合长距离传输距。

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分辨率高，无需人工零点设定，操作简单、误差小的基于绝对型旋转编码器和串行总线通讯的开关磁阻电机转子的角位置和转速检测装置。

本实用新型的开关磁阻电机转子的角位置和转速检测装置包括旋转编码器和信号处理电路，置于电机内部，固定在支撑盘上。旋转编码器与电机主轴相连，旋转编码器连接信号处理电路，信号处理电路连接外部元件。

本实用新型所述的旋转编码器和信号处理电路，置于电机的密封罩内。

本实用新型所述旋转编码器为绝对型旋转编码器，可以选择通用的绝对型旋转编码器。

绝对型旋转编码器与电机的连接方式取决于旋转编码器的结构，轴型旋转编码器采用弹性连接器和电机主轴连接，通孔型或者盲孔型旋转编码器直接套在电机主轴上。

旋转编码器的输出形式可以是格雷码、自然二进制码等，输出逻辑可以是正逻辑、也可以是负逻辑。

本实用新型所述信号处理电路包括旋转编码器信号预处理单元、微处理器单元、通讯单元。旋转编码器连接编码器信号预处理单元，编码器信号预处理单元连接微处理器单元，微处理器单元连接通讯单元，通讯单元通过串行通讯总线连接外部元件，以串行通讯的方式输出角位置和转速信号。所述微处理器可以选用单片机或者数字信号处理器(DSP)。

信号处理电路的编码器信号预处理单元将旋转编码器的输出信号采用电平转换等方法变成微处理器能够接收的绝对角位置信号。

微处理器单元对旋转编码器的角位置信号进行处理，计算电机的转速，通讯单元通过串行通讯总线发送角位置和转速等信号，并能根据旋转编码器的信号变化判断旋转编码器是否有故障。