本發(fā)明涉及角位置傳感器的一般技術(shù)領(lǐng)域和包括磁感應(yīng)發(fā)生裝置的同步機(jī)的一般技術(shù)領(lǐng)域，以及一種該類型的位置傳感器。

更具體地說，本發(fā)明涉及一種使用正弦電動勢的同步機(jī)，包括用于控制所述機(jī)器的電力供應(yīng)的位置傳感器。本質(zhì)上，本發(fā)明適用于以多相交流電壓供電的同步機(jī)的領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

下文將更詳細(xì)地描述本發(fā)明，但采用的是非限制的方式，以包括例如使用永磁體來產(chǎn)生磁感應(yīng)的裝置為例。

采用永磁體的同步機(jī)包括纏繞定子和支承永磁體的轉(zhuǎn)子。這種類型的機(jī)器通過電功率裝置來供電和驅(qū)動。

采用永磁體和正弦電動勢的同步機(jī)可以由矢量控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。這種類型的控制本身是已知的，能夠獲得高性能，即高精度和高動態(tài)轉(zhuǎn)矩。此性能是必要的，特別是對于牽引馬達(dá)而言。

但是，允許獲得高性能的控制系統(tǒng)，需要實時地精確獲知轉(zhuǎn)子的角位置。通常，通過包括特別是與轉(zhuǎn)子機(jī)械連接的旋轉(zhuǎn)部分的位置傳感器來提供轉(zhuǎn)子的角位置。存在用于確定轉(zhuǎn)子的角位置的不同已知技術(shù)。例如，我們可以參考稱為“解角器”、增量數(shù)字編碼器或絕對編碼器的位置傳感器。

然而，這些已知技術(shù)存在缺點。的確，已知的位置傳感器都具有與轉(zhuǎn)子機(jī)械相連的旋轉(zhuǎn)部分。這是影響需要向其中集成位置傳感器的機(jī)器的設(shè)計的主要限制因素。作為一般規(guī)則，角位置傳感器的旋轉(zhuǎn)部分旋轉(zhuǎn)經(jīng)由驅(qū)動管驅(qū)動。作為一般規(guī)則，這樣的驅(qū)動管穿過定子，且經(jīng)常具有很高的慣性，因此可能減慢角度位置的測量。此類測量造成的精度不足，造成了機(jī)器性能的改變。此外，其必須穿過機(jī)器以收集角度位置信息的事實，顯著地增加了整體復(fù)雜性。這意味著要使用更大數(shù)目的機(jī)械部件，增加了故障風(fēng)險。

此外，在已知同步機(jī)的初始調(diào)試中，必須由轉(zhuǎn)換器進(jìn)行稱為校準(zhǔn)的操作。在此操作期間，機(jī)器轉(zhuǎn)動，而轉(zhuǎn)換器測量對應(yīng)于穿過零電動勢的角度。該維護(hù)操作在維護(hù)操作后，例如更換傳感器，更換轉(zhuǎn)子或定子或電磁部件，或改變整個機(jī)器之后，必須執(zhí)行校準(zhǔn)操作。此類校準(zhǔn)操作往往執(zhí)行難度大，特別是對于長車輛，如鐵路車輛，因為所述車輛必須被升起以允許校準(zhǔn)期間車輪自由取向。

但是，校準(zhǔn)操作尤為重要，因為轉(zhuǎn)子的測得角度位置及其真實位置之間的角度偏移，會使得轉(zhuǎn)矩大幅下降。例如，1°機(jī)械角度的偏移，會導(dǎo)致大約5％的轉(zhuǎn)矩下降，而2°機(jī)械角度的偏移，則產(chǎn)生20％的轉(zhuǎn)矩下降。

已知的同步機(jī)還可能因兩相之間的短路而產(chǎn)生故障。此類故障會中斷或嚴(yán)重降低同步機(jī)的運(yùn)行，則不可避免需要維修。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于此，本發(fā)明的范圍在于提出一種用于檢測同步機(jī)相位之間的短路的新方法。

本發(fā)明的又一目的在于，使用若干簡單、可靠且低成本的裝置來實現(xiàn)所述檢測方法。

本發(fā)明的目的的實現(xiàn)是通過：一種用于檢測包括定子和轉(zhuǎn)子的多相同步機(jī)的相位之間的短路的方法，所述同步機(jī)配備有至少一個轉(zhuǎn)子角位置傳感器，所述定子包括設(shè)計為以電流供給的繞組，所述轉(zhuǎn)子包括設(shè)計為繞所述定子運(yùn)動的磁感應(yīng)發(fā)生裝置，所述角位置傳感器包括至少兩個磁感應(yīng)測量傳感器和至少一個電子單元，所述固定的磁感應(yīng)測量傳感器在所述轉(zhuǎn)子的與永磁體的軸向邊緣相對并緊鄰的軸端延伸，其特征在于，包括：

i1)使用由所述感應(yīng)測量傳感器測得并提供的值；

i2)計算隨時間變化的測得值曲線的斜率；

i3)比較所述計算得到的斜率和閾值；

i4)若所述計算得到的斜率等于或大于所述閾值，則通過所述電子單元產(chǎn)生警告信號，若否，則返回步驟i1)。

根據(jù)其實施方式的一個示例，本發(fā)明所述方法包括以0至1000Hz之間所含的頻率來連續(xù)重復(fù)步驟i1)至i4)。

根據(jù)其實施方式的一個示例，本發(fā)明所述方法包括使用所述警告信號來中斷對所述同步機(jī)的電力供給。

根據(jù)其實施方式的一個示例，本發(fā)明所述方法包括使用所述警告信號來重新配置所述同步機(jī)的所述多相電力供給。

根據(jù)其實施方式的又一個示例，本發(fā)明所述方法包括使用所述警告信號來中斷對所述同步機(jī)的電力供給。

根據(jù)其實施方式的一個示例，本發(fā)明所述方法中，用于所述轉(zhuǎn)子中的所述磁感應(yīng)發(fā)生裝置為永磁體。

根據(jù)其實施方式的一個示例，本發(fā)明所述方法應(yīng)用于車輛車輪馬達(dá)上。

用于實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明所述的方法的同步機(jī)，優(yōu)選為包括軌道或道路行駛車輛的車輪馬達(dá)。

根據(jù)本發(fā)明所述方法的突出優(yōu)點在于，允許使用轉(zhuǎn)子角位置傳感器來檢測同步機(jī)的兩個相位之間的可能短路。因此，在實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明所述的方法的同步機(jī)中，不需要用于檢測相間短路的額外的特定檢測系統(tǒng)。

附圖說明

本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點亦將顯示在作為非限制性示例的附圖中，其中：

圖1展示了實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明所述的方法的同步機(jī)的實施例的一個示例；

圖2展示了圖1的剖面詳細(xì)視圖；

圖3是所述角位置傳感器模塊的可拆卸支架的實施例的一個示例，所示為前視圖，所述模塊設(shè)計用于插入實施根據(jù)本發(fā)明所述方法的同步機(jī)；

圖4展示了操作同步機(jī)的角位置傳感器所需并由此用于實施根據(jù)本發(fā)明所述的方法的電子單元的框圖；和

圖5以功能圖的形式展示了實施根據(jù)本發(fā)明所述方法的永磁體和正弦電動勢同步機(jī)的矢量控制系統(tǒng)的一個示例。

具體實施方式

圖1展示了同步機(jī)1的實施例的一個示例，其包括安裝在如圖4示意圖所示的定子2上的角位置傳感器。圖1展示了端部2a的一部分，例如，以與定子2機(jī)械性集成一體的法蘭的形式。

同步機(jī)1還包括設(shè)有永磁體4的轉(zhuǎn)子3。

端部2a不接觸地至少部分覆蓋轉(zhuǎn)子3的軸端3a。軸端3a和端部2a之間的設(shè)置的一個示例更詳細(xì)地說明于圖2中。

定子2包括繞組(未顯示)，其設(shè)計為由電子功率器件(也稱為轉(zhuǎn)換器或逆變器)供給多相電流。優(yōu)選地，向后者供給電壓和電流。

轉(zhuǎn)子3優(yōu)選為基本圓柱形3b，其內(nèi)表面覆蓋有永磁體4。轉(zhuǎn)子3設(shè)計成圍繞著定子2的一部分轉(zhuǎn)動，該定子2在所述轉(zhuǎn)子3內(nèi)部所包含的自由空間中延伸。

永磁體4是，例如，以軸向方向堆疊在設(shè)于圓柱3b的內(nèi)表面的軸向槽中。永磁體4組裝連接到轉(zhuǎn)子3內(nèi)表面是以已知方式完成的。

例如，永磁體4的插入，是通過滑入軸向槽內(nèi)，并由所述槽和所述永磁體4的匹配形狀徑向固定。

在軸向上，永磁體4由無磁性材料的止動部5鎖定在每個凹槽中，其更詳細(xì)地顯示在圖2中。

止動部5形成防止接合在相應(yīng)槽中的永磁體4發(fā)生軸向運(yùn)動的擋塊5a。止動部5的尺寸和形狀選擇為，使其不阻礙通向接合在每個槽內(nèi)的最后一個永磁體4的軸向邊緣4a的至少一部分的相對位置上的區(qū)域的通路。

圓柱3b的軸端3a不具有永磁體4，優(yōu)選地，特意包括在徑向方向上稍微挖空的形狀。這種形狀限制了因止動部5的連接而產(chǎn)生的維度。優(yōu)選地，止動部5由螺釘5b連接到圓柱3b的各槽的盡頭，從而有效地鎖定每行永磁體4。

本發(fā)明所述的同步機(jī)1還包括用于轉(zhuǎn)子3的角位置傳感器1a。具體而言，角位置傳感器具有磁感應(yīng)測量傳感器6。后者設(shè)計為檢測由永磁體4產(chǎn)生的軸向磁場的變化。這種軸向磁場的變化由磁感應(yīng)測量傳感器6檢測并轉(zhuǎn)換成電壓。

角位置傳感器1a還包括至少一個電子單元，該電子單元設(shè)計成從磁感應(yīng)測量傳感器6接收感應(yīng)電壓并從中減去轉(zhuǎn)子3的角位置。該確定以絕對方式進(jìn)行。該電子單元也可以允許涉及轉(zhuǎn)子3角位置的信息實時傳輸?shù)诫娮庸β势骷?/p>

磁感應(yīng)測量傳感器6與端部2a機(jī)械地集成一體，并在轉(zhuǎn)子3的與接合在槽內(nèi)的最后一個永磁體4的軸向邊緣4a相對并緊鄰的軸端延伸。當(dāng)轉(zhuǎn)子3轉(zhuǎn)動時，各軸向邊緣4a因此在磁感應(yīng)測量傳感器6的前方經(jīng)過。

優(yōu)選地，磁測量傳感器6連接到可拆卸的支架7。

為此目的，可拆卸支架7具有軸向支承部7a和支承端部7b。支架端部7b基本上橫向延伸到軸向支架7a的一部分。磁感應(yīng)測量傳感器6布置在軸向支承部7a的自由端的外表面7c上。

可拆卸支架7優(yōu)選為形成與轉(zhuǎn)子3的曲線基本相匹配的彎曲。磁感應(yīng)測量傳感器6優(yōu)選為連接并布置在上外表面7c上的一條曲度與永磁體4的軸向邊緣4a的連續(xù)線的曲度基本相匹配的線上。

可拆卸支架7是，例如，插入到端部2a中制成的槽8內(nèi)。當(dāng)然，槽8的曲線與軸向支架7a的部分上的曲線相同或相似。

一旦在可拆卸支架7上設(shè)置了磁感應(yīng)測量傳感器6，則將可拆卸支架7軸向地插入到槽8，直到其在支架端部7b處抵靠于端部2a的外表面?？刹鹦吨Ъ?的維度，且特別是軸向支承部7a的軸向長度選擇為，使得磁感應(yīng)測量傳感器6從軸向邊緣4a延伸至距離e。該距離e包括在例如1.5和2.5毫米之間，優(yōu)選為等于2毫米。

所有類型的連接裝置，即使未示出，也可用于使得支架端部7b與端部2a集成一體。

在本實施例的一個示例中，同步機(jī)1包括布置在可拆卸支架7上的至少3個磁感應(yīng)測量傳感器6。

在本實施例的另一個示例中，本發(fā)明所述的同步機(jī)1，如圖1所示，包括兩個各設(shè)有例如至少兩個磁感應(yīng)測量傳感器6的可拆卸支架7。

圖3是包括5個磁感應(yīng)測量傳感器6的可拆卸支架7的實施例的一個示例的正面示意圖。相應(yīng)地，根據(jù)圖3所示的實施例的示例，同步機(jī)1包括兩個各包括5個磁感應(yīng)測量傳感器6的可拆卸支架7。

優(yōu)選地，軸向支承部7a的外表面7c設(shè)有溫度傳感器9，后者用于測量同步機(jī)1的環(huán)境溫度，以便調(diào)整其控制，因為感應(yīng)隨溫度變化。

在本實施例的一個優(yōu)選示例中，可拆卸支架7至少包括一個所述電子單元的電子電路或所述電子單元的電子電路的一部分。

舉例而言，電子功率器件是通過脈寬調(diào)制來控制同步機(jī)1的轉(zhuǎn)換器。

所述磁感應(yīng)測量傳感器6優(yōu)選為霍爾(Hall)效應(yīng)傳感器。

在根據(jù)本發(fā)明所述的同步機(jī)1的實施例的另一個示例中，磁感應(yīng)測量傳感器6包括稱為磁阻傳感器的AMR/GMR傳感器。

雖然霍爾效應(yīng)傳感器可用于測量磁場的連續(xù)分量，但磁阻傳感器是基于材料隨外加磁場方向而變化的電阻來工作的。這些傳感器本身是已知的，因此不再累述。

通過使用霍爾效應(yīng)傳感器或磁阻傳感器，無需再進(jìn)行校準(zhǔn)角位置傳感器1a的操作。事實上，所述傳感器測量由永磁體4產(chǎn)生的磁場的空間分布，即使當(dāng)同步機(jī)1處于停止。這省去了所述同步機(jī)1調(diào)試或所述同步機(jī)1維護(hù)操作之后的進(jìn)行任何校準(zhǔn)操作的必要。這是本發(fā)明所述的同步機(jī)1的一個突出優(yōu)點。

圖4是本發(fā)明所述的同步機(jī)1的角位置傳感器1a的操作所需的電子單元的框圖。因此，后者包括纏繞定子2和包括永磁體4的轉(zhuǎn)子3。

因此，角位置傳感器1a包括了包括感應(yīng)測量傳感器6的功能裝置，其與用于采集信號和用于計算轉(zhuǎn)子3定位角的電子單元相關(guān)聯(lián)。

所述功能裝置包括，例如，兩個固定地安裝在內(nèi)的無接觸且朝向永磁體4的磁感應(yīng)測量傳感器6。來自所述感應(yīng)測量傳感器6的信息隨后分別由放大裝置10和濾波裝置11放大和濾波，然后由計算機(jī)12采集。因此，該計算機(jī)12從來自感應(yīng)測量傳感器6的信息確定電子單元12的轉(zhuǎn)子角度(轉(zhuǎn)子的角位置)，并實時將轉(zhuǎn)子角度發(fā)送到控制轉(zhuǎn)換器14的矢量控制系統(tǒng)13。

轉(zhuǎn)子角度通過現(xiàn)場總線類型協(xié)議，如SSI，PROFIBUS等，傳輸?shù)绞噶靠刂葡到y(tǒng)13。另外，由計算機(jī)12所確定的轉(zhuǎn)子角度的符號定義了同步機(jī)1的旋轉(zhuǎn)方向。

圖5中以功能圖表的方式示出了具有永磁體4的同步機(jī)1的矢量控制系統(tǒng)13和正弦電動勢。在矢量控制系統(tǒng)的該示例中，同步機(jī)1包括以電壓供給的轉(zhuǎn)換器14。

矢量控制系統(tǒng)13通過脈寬調(diào)制的方式控制轉(zhuǎn)換器14，以在同步機(jī)1的每個相P₁,P₂,P₃上產(chǎn)生中等供電電壓，并由此在每個相P₁,P₂,P₃上產(chǎn)生確定電流。因此，轉(zhuǎn)換器14將由直流電壓源U供給的電壓轉(zhuǎn)換成三相電壓供給同步機(jī)1。后者的操作，例如，當(dāng)車輛在制動階段時，通過牽引力和作為三相電壓發(fā)生器交替。

矢量控制系統(tǒng)13包括轉(zhuǎn)換器控制裝置14、電流傳感器15、電壓傳感器16和同步機(jī)1的角位置傳感器1a。

矢量控制系統(tǒng)13接收，例如，所述轉(zhuǎn)矩設(shè)定值C。轉(zhuǎn)換器控制裝置14基于源自電流傳感器15、角度位置傳感器1a的信息和設(shè)定值C，計算要施加到矢量所述轉(zhuǎn)換器14上以使同步機(jī)1到達(dá)轉(zhuǎn)矩設(shè)定值C的電壓。

矢量控制系統(tǒng)13，特別是永磁體4和正弦電動勢同步機(jī)1，本身是已知的，在此不再累述。

根據(jù)本發(fā)明所述的同步機(jī)1具有如下突出優(yōu)點：包括能夠直接測量由所述永磁體4產(chǎn)生的磁場的角度位置傳感器1a，由此可以知悉磁場隨時間的變化。以此方式，可以檢測到永磁體4的性能的任何劣化，因此，由此可以檢測到所述同步機(jī)1的性能的任何劣化。

此外，同步機(jī)1的角位置傳感器1a能夠檢測感應(yīng)因相間短路而引起的磁場陡增。

因此，同步機(jī)1能夠通過如下所述的依序步驟，實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明所述的用于檢測兩個相位之間的短路的方法。

在第一步驟i1)中，使用由所述磁感應(yīng)測量傳感器6測得并提供的值B(t)。

在第二步驟i2)中，在給定時刻，計算隨時間變化的測得值曲線B(t)的斜率dB(t)/dt(相對于時間而平移)。

在第三步驟i3)中，比較所述計算得到的斜率dB(t)/dt和閾值Vs。

在第四步驟i4)中，若所述計算得到的斜率dB(t)/dt等于或大于所述閾值Vs，則通過所述電子單元產(chǎn)生警告信號S，若否，則返回步驟i1)

優(yōu)選地，所述方法包括連續(xù)重復(fù)步驟i1)至i4)。

在所述檢測方法的實施方式的一個示例中，使用所述警告信號S來中斷對所述同步機(jī)1的電力供給。

在所述檢測方法的實施方式的另一個示例中，使用所述警告信號S來中斷對所述同步機(jī)1的電力供給。

依靠計算機(jī)12，可以通過使用如上所述的本發(fā)明方法，同時確定轉(zhuǎn)子3的絕對角位置和短路。因此，計算機(jī)12可以確定所需分離和確定的同步機(jī)1的各相，并由此控制所述同步機(jī)1的電力供應(yīng)。

永磁體4和正弦電力同步機(jī)1優(yōu)選為包括車輪馬達(dá)。

根據(jù)本發(fā)明所述的同步機(jī)也可以用作絞車馬達(dá)或電梯馬達(dá)。

顯然，本說明并不局限于明確描述的示例，而是還擴(kuò)展到其他實施例和/或?qū)嵤┓椒?。相?yīng)地，所描述的特征可以由等同的技術(shù)特征取代，而不會脫離本發(fā)明的框架范圍。