一種永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子初始角度調(diào)零與校準(zhǔn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電氣設(shè)備及電氣工程領(lǐng)域，具體說涉及一種永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子初始角度調(diào)零與校準(zhǔn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有技術(shù)環(huán)境下使用永磁同步電機(jī)時，永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)需要精確的轉(zhuǎn)子位置信號以實(shí)現(xiàn)磁場定向控制。即在永磁同步電機(jī)矢量控制中，由于永磁體產(chǎn)生的主磁通恒定，無法控制，因此，需要依據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，通過控制電機(jī)定子繞組中的電流來達(dá)到勵磁分量和轉(zhuǎn)矩分量的完全解耦。利用定子電流的解耦控制，使得永磁電機(jī)定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場始終正交于轉(zhuǎn)子永磁體的磁場，從而獲得最佳的驅(qū)動效果。
[0003]如果不能準(zhǔn)確的檢測永磁同步電機(jī)磁場的零位(轉(zhuǎn)子零位)，會導(dǎo)致輸入定子的電流不能產(chǎn)生最大扭矩，造成永磁同步電機(jī)輸出力矩精度存在明顯偏差，不能達(dá)到最好運(yùn)轉(zhuǎn)效果，甚至影響系統(tǒng)的整體性能。因此，初始轉(zhuǎn)子角度零點(diǎn)定位與校準(zhǔn)對于永磁同步電機(jī)的裝配、控制都十分重要，對零位檢測的要求也很高。
[0004]由于一些永磁同步電機(jī)在出廠之前未進(jìn)行調(diào)零，因此需要進(jìn)行初始轉(zhuǎn)子角度的調(diào)零；同時，一些永磁同步電機(jī)雖然已經(jīng)調(diào)零但仍需要進(jìn)行轉(zhuǎn)子角度零點(diǎn)測試與轉(zhuǎn)子角度校準(zhǔn)，需要進(jìn)行轉(zhuǎn)子初始角度的檢測和補(bǔ)償。
[0005]現(xiàn)有的電機(jī)調(diào)零方法主要有直接通入直流電法和高次諧波注入法。其中，直接在電機(jī)U、V相線圈通入直流電的方法，雖然操作簡單，但不能保證定子線圈產(chǎn)生的磁場和轉(zhuǎn)子磁場完全重合，存在偏差。而高次諧波注入法不僅對硬件要求很高，同時在信號處理上多處用到濾波器，會引入一定的時滯及相位滯后，不能很好滿足高精度的控制要求。
[0006]因此，針對現(xiàn)有技術(shù)中對永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子角度進(jìn)行調(diào)零與校準(zhǔn)過程中存在的問題，需要一種新的調(diào)零與校準(zhǔn)永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子角度的裝置以獲取更為理想的調(diào)零與校準(zhǔn)結(jié)果。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]針對現(xiàn)有技術(shù)中對永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子角度進(jìn)行調(diào)零與校準(zhǔn)過程中存在的問題，本實(shí)用新型提供了一種永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子初始角度調(diào)零與校準(zhǔn)裝置，所述裝置包括:
[0008]驅(qū)動單元，其連接到永磁同步電機(jī)的定子繞組，用于向所述定子繞組輸出特定的驅(qū)動電流；
[0009]旋轉(zhuǎn)變壓器，其安裝在所述永磁同步電機(jī)上，用于根據(jù)所述永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置輸出相應(yīng)的測量結(jié)果信號；
[0010]調(diào)零校準(zhǔn)模塊，其與所述旋轉(zhuǎn)變壓器相連，用于基于所述測量結(jié)果信號獲取所述永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子角度信息從而根據(jù)所述轉(zhuǎn)子角度信息進(jìn)行所述永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子角度的調(diào)零與校準(zhǔn)。
[0011]在一個實(shí)施例中，所述調(diào)零校準(zhǔn)模塊包含旋轉(zhuǎn)變壓器解碼單元，其與所述旋轉(zhuǎn)變壓器相連，用于根據(jù)所述測量結(jié)果信號解算出所述轉(zhuǎn)子角度信息。
[0012]在一個實(shí)施例中，所述旋轉(zhuǎn)變壓器包含變壓器轉(zhuǎn)子以及變壓器定子，其中:
[0013]所述變壓器轉(zhuǎn)子固定安裝在所述永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，所述變壓器轉(zhuǎn)子與所述永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子同步轉(zhuǎn)動；
[0014]所述變壓器定子安裝在所述永磁同步電機(jī)的后端蓋上，所述變壓器定子在所述后端蓋上的安裝位置可調(diào)。
[0015]在一個實(shí)施例中，所述調(diào)零校準(zhǔn)模塊包含顯示單元，所述顯示單元用于顯示所述轉(zhuǎn)子角度信息。
[0016]在一個實(shí)施例中，所述裝置還包含角度微調(diào)模塊，所述角度微調(diào)模塊與所述調(diào)零校準(zhǔn)模塊相連，用于獲取并輸出所述永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子角度偏差從而實(shí)現(xiàn)所述永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子角度的精確校準(zhǔn)。
[0017]在一個實(shí)施例中，所述角度微調(diào)模塊包含:
[0018]信號調(diào)理單元，用于獲取并輸出所述永磁同步電機(jī)的定子繞組反電動勢信號；
[0019]角度偏差獲取單元，其與所述信號調(diào)理單元以及所述調(diào)零校準(zhǔn)模塊相連，用于根據(jù)所述反電動勢信號以及所述轉(zhuǎn)子角度信息獲取并輸出所述轉(zhuǎn)子角度偏差。
[0020]在一個實(shí)施例中，所述角度微調(diào)模塊還包含反拖單元，所述反拖單元用于拖動所述永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子按照特定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，從而使得所述永磁同步電機(jī)的定子繞組產(chǎn)生所述反電動勢。
[0021 ] 在一個實(shí)施例中，所述旋轉(zhuǎn)變壓器解碼單元構(gòu)造有串行外設(shè)接口，所述旋轉(zhuǎn)變壓器解碼單元利用串行通信輸出所述轉(zhuǎn)子角度信息。
[0022]在一個實(shí)施例中，所述角度偏差獲取單元包含:
[0023]過零點(diǎn)偏差計(jì)算器，其與所述信號調(diào)理單元以及所述調(diào)零校準(zhǔn)模塊相連，用于根據(jù)所述反電動勢信號以及所述轉(zhuǎn)子角度信息分別檢測出相應(yīng)的反電動勢波形以及轉(zhuǎn)子角度波形中兩個由低到高的過零點(diǎn)從而根據(jù)兩個所述過零點(diǎn)在波形坐標(biāo)系的位置關(guān)系生成并輸出過零點(diǎn)偏差；
[0024]角度偏差計(jì)算器，其與所述過零點(diǎn)偏差計(jì)算器相連，用于根據(jù)所述過零點(diǎn)偏差生成并輸出所述轉(zhuǎn)子角度偏差，其中，經(jīng)過所述轉(zhuǎn)子角度偏差調(diào)整后的所述反電動勢波形以及所述轉(zhuǎn)子角度波形中的兩個過零點(diǎn)重合。
[0025]在一個實(shí)施例中，所述角度偏差獲取單元包含模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其用于對所述反電動勢信號或所述轉(zhuǎn)子角度信息進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換采樣。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0027]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型的裝置結(jié)構(gòu)簡單，使用方便；
[0028]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型的裝置對永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子初始角度能夠?qū)崿F(xiàn)更加精確的調(diào)零與校準(zhǔn)；
[0029]本實(shí)用新型的裝置能夠?qū)σ呀?jīng)調(diào)試完成的轉(zhuǎn)子初始角度進(jìn)行校驗(yàn)和補(bǔ)償，解決廠商將初始角度錯位的問題。
[0030]本實(shí)用新型的其它特征或優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述。并且，本實(shí)用新型的部分特征或優(yōu)點(diǎn)將通過說明書而變得顯而易見，或者通過實(shí)施本實(shí)用新型而被了解。本實(shí)用新型的目的和部分優(yōu)點(diǎn)可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的步驟來實(shí)現(xiàn)或獲得。
【附圖說明】
[0031]為了更清楚地說明本實(shí)用新型的實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要的附圖做簡單的介紹。附圖用來提供對本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本實(shí)用新型的實(shí)施例共同用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對本實(shí)用新型的限制。在附圖中:
[0032]圖1是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的裝置結(jié)構(gòu)框圖；
[0033]圖2是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的裝置部分結(jié)構(gòu)框圖；
[0034]圖3是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的調(diào)零前轉(zhuǎn)子角度示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例來詳細(xì)說明本實(shí)用新型的實(shí)施方式。借此本實(shí)用新型的實(shí)施人員可以充分理解本實(shí)用新型如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題并達(dá)成技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過程。從而本實(shí)用新型的實(shí)施人員可以依據(jù)上述實(shí)現(xiàn)過程具體實(shí)施本實(shí)用新型。需要說明的是，只要不構(gòu)成沖突，本實(shí)用新型中的各個實(shí)施例以及各實(shí)施例中的各個特征可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0036]在現(xiàn)有技術(shù)環(huán)境下驅(qū)動永磁同步電機(jī)時，永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)需要精確的轉(zhuǎn)子位置信號，根據(jù)轉(zhuǎn)子位置信號輸出相應(yīng)的的驅(qū)動電流以實(shí)現(xiàn)磁場定向控制。如果不能準(zhǔn)確的檢測永磁同步電機(jī)磁場的零位(轉(zhuǎn)子零位)，會導(dǎo)致輸入定子的電流不能產(chǎn)生最大扭矩，造成永磁同步電機(jī)輸出力矩精度存在明顯偏差，不能達(dá)到最好運(yùn)轉(zhuǎn)效果，甚至影響系統(tǒng)的整體性能。因此，初始轉(zhuǎn)子角度零點(diǎn)定位與校準(zhǔn)對于永磁同步電機(jī)的裝配、控制都十分重要，對零位檢測的要求也很高。
[0037]為了永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子初始角度進(jìn)行調(diào)零與校準(zhǔn)本實(shí)用新型公開了一種永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子初始角度調(diào)零與校準(zhǔn)裝置。本實(shí)用新型主要通過旋轉(zhuǎn)變壓器來獲取永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置從而進(jìn)行永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子初始角度的調(diào)零與校準(zhǔn)。
[0038]如圖1所示，本實(shí)施例的裝置101包含旋轉(zhuǎn)變壓器120以及調(diào)零校準(zhǔn)模塊130。旋轉(zhuǎn)變壓器120用于根據(jù)永磁同步電機(jī)100的轉(zhuǎn)子位置輸出相應(yīng)的測量結(jié)果信號。調(diào)零校準(zhǔn)模塊130與旋轉(zhuǎn)變壓器120相連，用于基于測量結(jié)果信號獲取永磁同步電機(jī)100的轉(zhuǎn)子角度信息從而基于轉(zhuǎn)子角度信息進(jìn)行永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子角度的調(diào)零與校準(zhǔn)。
[0039]調(diào)零校準(zhǔn)模塊130生成并輸出旋轉(zhuǎn)變壓器120所需的的勵磁信號到旋轉(zhuǎn)變壓器120，旋轉(zhuǎn)變壓器120反饋測量結(jié)果信號到調(diào)零校準(zhǔn)模塊130。在本實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)變壓器120反饋的測量結(jié)果信號為兩組正、余弦波信號。為了從旋轉(zhuǎn)變壓器120反饋的測量結(jié)果信號中獲取永磁同步電機(jī)100的轉(zhuǎn)子角度信息，調(diào)零校準(zhǔn)模塊130包含旋轉(zhuǎn)變壓器解碼單元131，其連接到旋轉(zhuǎn)變壓器120，用于從測量結(jié)果信號(兩組正、余弦波信號)中解算出轉(zhuǎn)子角度信息。
[0040]在本實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)變壓器解碼單元131構(gòu)造有串行外設(shè)接口(SerialPeripheral Interface，SPI)。旋轉(zhuǎn)變壓器解碼單元131利用串行通信輸出轉(zhuǎn)子角度信息。
[0041]為了將轉(zhuǎn)子角度信息以便于理解的方式輸出給用戶從而便于用戶進(jìn)行調(diào)零以及校準(zhǔn)操作，調(diào)零校準(zhǔn)模塊130還包含顯示單元132。顯示單元132用于將轉(zhuǎn)子角度信息轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的圖形輸出顯示給用戶。
[0042]本實(shí)施例的裝置的主要工作原理是將永磁同步電機(jī)的永磁體磁極位置和旋轉(zhuǎn)變壓器零點(diǎn)位置調(diào)整到一定的相對關(guān)系，進(jìn)而獲取準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)子零點(diǎn)位置和當(dāng)前位置。因而在本實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)變壓器120安裝在永磁同步電機(jī)100上，其包含變壓器轉(zhuǎn)子以及變壓器定子。
[0043]在安裝旋轉(zhuǎn)變壓器120時，首先將變壓器轉(zhuǎn)子固定安裝在永磁同步電機(jī)100的轉(zhuǎn)軸上，使得變壓器轉(zhuǎn)子與永磁同步電機(jī)100的轉(zhuǎn)子同步轉(zhuǎn)動。然后將變壓器定子安裝在永磁同步電機(jī)100的后端蓋上，變壓器定子在永磁同步電機(jī)100的后端蓋上的安裝位置可調(diào)。最后將旋轉(zhuǎn)變壓器定、轉(zhuǎn)子上標(biāo)明的電氣零位重合從而完成旋轉(zhuǎn)變壓器的安裝對齊。此時變壓器定子上的定位螺釘暫不擰緊，變壓器定子的位置暫不固定。
[0044]在永磁同步電機(jī)中，轉(zhuǎn)子在非調(diào)零狀態(tài)下可以處于任意初始位置。如圖3所示，a、b、c三個方向分別為永磁同步電機(jī)100的三個定子繞組(U、V、W)的磁場方向。標(biāo)記有南北磁極(S、N)的矩形300代表永磁同步電機(jī)100的轉(zhuǎn)子，其磁場方向?yàn)閐，q為垂直于d的方向。方向d與方向a之間存在任意夾角Θ。
[0045]為了精確的獲取轉(zhuǎn)子角度信息，需要對永磁同步電機(jī)100的轉(zhuǎn)子以及旋轉(zhuǎn)變壓器120進(jìn)行調(diào)零，使其兩者的零位對應(yīng)重合。在本實(shí)施例中，首先使得永磁同步電機(jī)進(jìn)入零速鎖軸狀態(tài)。零速鎖軸狀態(tài)指的是當(dāng)永磁同步電機(jī)停止轉(zhuǎn)動時轉(zhuǎn)子與定子繞組磁場方向?qū)?