CN101087093B - 具有检测绕组的同步电机 - Google Patents

Abstract

具有检测绕组的同步电机，涉及到电机领域。它的目的是为了解决现有同步电机与控制系统连接时，需要外接传感器采集电机的转速、转子位置等信息而导致的增加控制系统成本、体积，降低系统可靠性的问题。本发明在现有同步电机结构的基础之上，增加了一套检测绕组，检测绕组的相数与功率绕组相同，检测绕组是星形连接的多相对称绕组，每相检测绕组的端头为电感检测输出端，每相检测绕组的中间为反电势检测输出端，每相检测绕组的线圈以中间为中心对称嵌入功率绕组所嵌入的槽中，每相检测绕组的反电势检测输出端两端的线圈串联后再反向串联连接。本发明不需要外接传感器就能实现对转子位置、转速等电机参数的在线检测，可以应用到现有的同步电机领域。

Description

具有检测绕组的同步电机 

技术领域

具有检测绕组的同步电机，涉及到电机领域。 

背景技术

传统的同步电机只具有一个功率绕组，在现有的电机的驱动控制系统中，通常是采用旋转变压器、光学编码器等传感器检测电机的转子位置及转速来构成电机闭环控制系统，对电机进行反馈控制。采用旋转变压器、光学编码器等传感器虽然能够精确地检测转子的位置及转速，但也增加了系统的成本、体积，降低驱动系统的可靠性，并且不能检测磁链，难以实现对系统进行多功能、高性能的控制。 

发明内容

为了解决现有的同步电机在与控制系统连接的时候，需要通过外接传感器采集电机的转速、转子位置等信息而导致的增加控制系统成本、体积，降低系统可靠性的问题，本发明提供了一种具有检测绕组的同步电机。 

具有检测绕组的同步电机，它包括定子、转子、功率绕组和检测绕组，所述功率绕组嵌入在定子上的电枢槽中，检测绕组的相数与功率绕组的相数相同，多相对称的检测绕组成星形连接，连接点为中性点O，每相检测绕组的另一端头为电感检测输出端D，每相检测绕组由2n组检测线圈组成，每相检测绕组中的2n组检测线圈从中间分为两部分，从中性点O开始的n组检测线圈串联在一起为一部分，其余的n组检测线圈串联在一起为另一部分，两部分检测线圈反向串联连接，连接点为反电势检测输出端M，每相检测绕组中的2n个检测线圈以反电势检测输出端M为中心、对称嵌入功率绕组的线圈所嵌入的槽中，所述n为自然数。 

本发明的具有检测绕组的同步电机，在现有同步电机的基础之上，仅仅通过增加一套检测绕组，就达到了检测电机转子的位置及转速，还能够实现磁链等电动机参数的在线检测的目的。对本发明的具有检测绕组的同步电机进行控制的时候，不需要增加外接传感器就能实现多参数的闭环控制系统，降低了系 统的成本、体积，提高了系统的可靠性，实现了多参数检测的高性能控制。 

附图说明

图1是具体实施方式二所述的检测绕组的电结构示意图；图2是具体实施方式二所述的每相功率绕组与检测绕组对应位置结构示意图；图3是具体实施方式二所述的具有检测绕组的同步电机控制系统的结构示意图。 

实施方式 

具体实施方式一：具有检测绕组的同步电机，包括定子、转子、功率绕组和检测绕组，所述功率绕组嵌入在定子上的电枢槽中，所述检测绕组的相数与功率绕组的相数相同，多相对称的检测绕组成星形连接，连接点为中性点O，每相检测绕组的另一端头为电感检测输出端D，所述每相检测绕组由2n组检测线圈组成，所述每相检测绕组中的2n组检测线圈从中间分为两部分，从中性点O开始的n组检测线圈串联在一起为一部分，其余的n组检测线圈串联在一起为另一部分，两部分检测线圈反向串联连接，连接点为反电势检测输出端M，每相检测绕组中的2n个检测线圈以反电势检测输出端M为中心、对称嵌入功率绕组的线圈所嵌入的槽中。其中所述n为自然数。 

本实施方式所述转子为内嵌永磁体转子或者电励磁凸极转子或者磁阻转子。 

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一所述的具有检测绕组的同步电机区别在于，同步电机为三相四极结构，所述转子为内嵌永磁体转子或者电励磁凸极转子或者磁阻转子，所述功率绕组为双层叠绕组。本实施方式中的检测绕组由三相检测绕组组成，参见图1、图2，所述三相对称检测绕组成星形连接，连接点为中性点O，三相检测绕组的另一端头分别为三个电感检测输出端Da、Db、Dc，每相检测绕组由四组检测线圈组成，每个检测线圈和功率绕组的线圈位置对应嵌入槽中，每相检测绕组中的四组检测线圈从中间分为两部分，从中性点O开始的两组检测线圈为一部分，其余的两组线圈为另一部分，两部分检测绕组线圈的连接点为反电势检测输出端M，三相检测绕组共有三个反电势检测输出端Ma、Mb、Mc，则每相检测绕组的缠绕方法为中性点O和反电势检测输出端M之间的电动势与反电势检测输出端M和电感检测输出端D之间的电动势数值相等、方向相反。 

参见图3，本实施方式的检测绕组1-2共有七个信号输出端，分别为三个电感检测输出端Da、Db、Dc，三个Ma、Mb、Mc反电势检测输出端，参考电压输出端O，在与电机控制系统连接使用的时候，本发明的具有检测绕组的同步电机的功率绕组与功率变换器2的输出端连接，检测绕组1-2的七个输出端与位置信号处理单元3的七个信号输入端连接。 

转子位置检测原理为： 

对于本实施方式的具有检测绕组的同步电机，绕组电感可表示为： 

L＝L₀+L₂cos2pθ(1) 

其中L₀——电感的平均值； 

L₂——电感的二次谐波幅值； 

p——电机的极对数； 

θ——转子直轴与绕组轴线之间的夹角。 

根据式(1)可知绕组电感与转子位置之间具有对应的函数关系，因此通过检测绕组电感可以间接检测转子的位置。 

对于转子的角速度ω可以通过对转子的转角微分后求得，即 

$\mathrm{\ω}=\frac{\mathrm{d\θ}}{\mathrm{dt}}---\left(2\right)$

同步电机检测绕组的相电动势(反电势)E_φ为 

E_φ＝4.44fNk_wФ(3) 

其中f——电动势的频率； 

N——每相检测绕组的串联匝数； 

k_w——绕组因数； 

Ф——每极磁通量。 

每相绕组交链的磁链ψ为 

ψ＝Nk_wФ(4) 

转子的角速度ω与f之间的关系为 

ω＝2πf(5) 

因此通过检测绕组的反电势，既可以得到与定子绕组交链的磁链，又能够得到转子旋转的角速度。 

信号处理单元3的主要作用是完成电感和反电势的检测，从电感和反电势 中解算出θ和ω；功率变换器2的主要作用是根据θ和ω进行坐标变换，控制主电路，向同步电机1的功率绕组1-1输出控制电流。 

具体实施方式三：本实施方式的具有检测绕组的同步电机，每相检测绕组的检测线圈的个数少于功率绕组的线圈个数，每相检测绕组中的检测线圈，以反电势检测输出端M为中心对称嵌入功率绕组线圈嵌入的槽中。 

本实施方式的检测绕组中的线圈数量比功率绕组的线圈数量少，既能够达到检测的目的，又简化了工艺、节省了材料，更适用于极数较多的电机。 

Claims (4)

1.具有检测绕组的同步电机，包括定子、转子、功率绕组，其特征在于它还包括检测绕组，所述功率绕组嵌入在定子上的电枢槽中，所述检测绕组的相数与功率绕组的相数相同，多相对称的检测绕组成星形连接，连接点为中性点(O)，每相检测绕组的另一端头为电感检测输出端(D)，所述每相检测绕组由2n组检测线圈组成，所述每相检测绕组中的2n组检测线圈从中间分为两部分，从中性点(O)开始的n组检测线圈串联在一起为一部分，其余的n组检测线圈串联在一起为另一部分，两部分检测线圈反向串联连接，连接点为反电势检测输出端(M)，每相检测绕组中的2n个检测线圈以反电势检测输出端(M)为中心、对称嵌入功率绕组的线圈所嵌入的槽中，所述n为自然数。

2.根据权利要求1所述的具有检测绕组的同步电机，其特征在于所述转子为内嵌永磁体转子或者电励磁凸极转子或者磁阻转子。

3.根据权利要求1所述的具有检测绕组的同步电机，其特征在于电机为三相四极结构，检测绕组由三相对称检测绕组组成，所述三相检测绕组的另一端头分别为三个电感检测输出端(Da、Db、Dc)，每相检测绕组由四组检测线圈组成，每个检测线圈和功率绕组的线圈位置对应嵌入槽中，每相检测绕组中的四组检测线圈从中间分为两部分，从中性点(O)开始的两组检测线圈为一部分，其余的两组线圈为另一部分，两部分检测绕组线圈的连接点为三个反电势检测输出端(Ma、Mb、Mc)。

4.根据权利要求3所述的具有检测绕组的同步电机，其特征在于所述同步电机的功率绕组为双层叠绕组。

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