[实用新型]一种基于辅助绕组的永磁起动发电机位置检测系统

说明书

本实用新型提供的一种基于辅助绕组的永磁起动发电机位置检测系统包括电流检测电路、辅助绕组、频率锁定电路、相位锁定电路和控制电路。通过添加辅助位置传感器及构成仿真电路来标定不同起动发电复用电源变换器工作模式、转速、电流幅值下辅助绕组的相位锁定信号与电机位置参考信号间的偏差；在正常工作时，移出辅助位置传感器，控制电路根据起动发电复用电源变换器和工作模式、转速、电流幅值，通过标定获得的位置偏差来对相位锁定信号进行补偿，获得永磁起动发电机的位置信息。

技术领域

本实用新型涉及一种种永磁起动发电机的位置检测系统，尤其是适用于航空航天器中对位置传感器的体积和重量要求严格、电机工作环境恶劣、永磁电机采用表贴式转子结构、直流母线电压为270V的应用领域。

背景技术

起动发电机可分时工作于电动和发电两种状态，具有一机两用功能。起动发电机工作于电动状态时，电源变换器作为源动力，能量先由电源变换器流向起动发电机，再由起动发电机将电能转化为机械能，带动发动机；电源变换器通过对起动发电机进行转矩控制，使发动机由零转速上升到正常自稳定工作转速。起动发电机工作于发电状态时，发动机作为源动机，能量先经过起动发电机将机械能转化为交流电能，再经过电源变换器将交流电能转化为直流电能。电源变换器通过对起动发电机进行发电稳压控制，使发动机在转速变化时，保证输出直流电压稳定。

起动发电机采用永磁电机时，其起动转矩控制和发电稳压控制，均需要电机的位置信息。位置信息可以通过位置传感器直接检测得到，也可在无位置传感器的情况下通过无位置控制算法估算实现。对于永磁起动发电机的无位置控制算法，通常利用起动发电机电流来估算电机的位置信息，然而，电源变换器工作于不同的工作模式时，起动发电机的电流特征会有所不同，此时，需要考虑电源变换器工作模式对位置估算的影响。对于表贴式永磁起动发电机，其交直轴电感相差不大，通常可以认为相电感不随电机位置变化。

航空航天领域对搭载设备的体积和重要求较为严格，而位置传感器会增加电机的体积和重量，需要加以考虑；航空航天领域为了减小起动发电机的重量，通常起动发电机工作转速高，对位置传感器的耐高速性有一定要求，对位置检测算法的快速性也有一定要求；另外，起动发电机与发动机临近安装，工作环境恶劣，需要位置传感器具有一定的环境适应性，可在高振动、极限温度、高油污的环境下工作。

对于表贴式永磁同步电机的位置检测，目前主要的实现策略有以下几种：

1)采用光电编码位置传感器实现位置检测。光电编码位置传感器与电机转子轴同轴安装，沿圆周方向分布着若干条光栅。在转子转动时，通过对光栅进行检测与计数，进而确定电机转子的位置。由于光栅可以制作得很精细，光电编码传感器的角度可以细分到极高的精度，故采用光电编码位置器的位置检测精度极高。

2)采用霍尔位置传感器实现位置检测。霍尔位置传感器的感应端安装在电机定子上，霍尔位置传感器的磁性端安装在电机转子上，当磁性端随电机旋转时会在霍尔位置传感器的感应端产生相应的位置信号，利用该位置信号，匹配合适的检测算法可以实现电机位置检测。由于霍尔元器件目前可以做得很小，故采有霍尔位置传感器实现的位置检测具有附加体积小的优点。

3)采用磁阻式旋转变压器实现位置检测。磁阻式旋转变压器分为定子和转子两部分，转子与定子间的气隙随着角度变化有宽有窄，具有变化的磁阻特性。磁阻式旋转变压器的定子和转子分别安装在电机的定子和转子上。通过旋转变压器的激磁绕组注入激磁电流，在电机转子带动旋转变压器转子旋转时，会在旋转变压器的定子感应绕组上感应出带有电机位置信息的信号，通过相应的解调算法，可以获得电机的位置信息。由于磁阻式旋转变压器安装在电机上部分不具有半导体器件，转子为实心导磁体，故采有磁阻式旋转变压器实现的位置检测具有环境性强的优点。