[發明專利]低紋波無刷測速發電機及使用方法

無效

• 申請號: 200810073915.X
• 申請日: 2008-11-14
• 公開（公告）號: CN101409492A
• 公開（公告）日: 2009-04-15
• 發明（設計）人: 呂虹
• 申請（專利權）人: 桂林星辰科技有限公司
• 主分類號: H02K29/08
• 分類號: H02K29/08;G01P3/46
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標事務所有限公司
• 代理人: 歐陽波

(一)技術領域

本發明涉及測速發電機，具體為一種低紋波、無刷的測速發電機及其使用方法。

(二)背景技術

測速發電機是自動控制領域常用的測速元件。測速發電機的轉子與被測旋轉體連軸，測速發電機輸出電壓信號與轉子的轉速相關聯，由此即可得到其轉速值。

現有的測速發電機的轉子和定子通常是其一為永磁磁鋼、另一為繞組。

當測速發電機的定子是永磁磁鋼、轉子是繞組時，轉子繞組接換相片、經滑環或碳刷外引，為有刷測速發電機。這種測速發電機的缺陷為其滑環或碳刷運行中有磨損，需要經常維護，易出故障。另外滑環或碳刷與換向片之間有相對滑動，換向時輸出的電壓紋波較大。總之有刷測速發電機的缺點控制精度不高、可靠性不高。

當測速發電機定子是繞組、轉子是永磁磁鋼時，繞組直接外引，為無刷測速發電機。此種測速發電機隨轉子的轉動、定子輸出與其轉速相關聯的脈動交變電壓信號。定子繞組輸出的脈動交變電壓信號可經整流線路轉為脈動直流電壓信號、但紋波很大，影響測量和控制精度。雖然引入濾波單元能消除部分紋波，但為了消除低轉速時的紋波，濾波單元的時間常數必然很大，將會導致信號嚴重滯后，使測速機響應的速度大打折扣，制約著測控精度。

如上所述現有的測速發電機或者因輸出電壓紋波制約著其測試精度；或者滑環或碳刷制約著其應用的可靠性，需要改進。

(三)發明內容

本發明的目的是設計一種低紋波、無刷的測速發電機及其使用方法，以獲得測控精度高、可靠性高的測速元件。

本發明設計的低紋波無刷測速發電機含永磁轉子、定子單元，還有開關陣列、編碼單元。永磁轉子端面均勻地裝有n對N、S永磁磁鋼，n為3至5的整數。定子單元覆設數量與轉子磁鋼對數相同的n組繞組，各繞組之間的角度間隔均為360度/2n，永磁轉子和定子繞組構成發電機，定子單元的各繞組連接開關陣列的電子開關輸入端；定子單元上安裝有與其繞組數量相同、位置相匹配的n個磁敏元件，以監測轉子磁極與各繞組的相對位置，各磁敏元件分別連接編碼單元；開關陣列上對應每個繞組的兩個輸出端各有2個電子開關，各電子開關受編碼單元給出的選通信號控制或斷開、或接通，開關陣列公共輸出端是本測速發電機的輸出；編碼單元內含磁敏元件信號處理線路，各磁敏元件的輸出端連接編碼單元。開關陣列中各繞組所接電子開關輸出端的選通線路分別連接編碼單元對應的選通邏輯信號輸出端；外部供電電源連接磁敏元件、編碼單元、開關陣列，為之供電。

依發電機原理，當永磁轉子正向轉動時，定子繞組因切割磁力線產生感應電壓信號；對于某一組繞組，隨著永磁轉子轉動的N/S磁極逐步進入、直至遠離該繞組區域，該繞組電壓信號波形是正/負方向脈動的梯形波；梯形波頂平直無波動，其高度與轉速成正比；因各個繞組電角度的差異，各繞組將產生相位差明確、波形相似的電壓波形。同理，當永磁轉子反向轉動時，繞組電壓信號波形是負/正方向脈動的梯形波；各繞組電壓相位關系與轉子正轉時相反。

與此同時，隨著永磁轉子N/S磁極轉動，對于某一組繞組，定子單元上的與之匹配的磁敏元件經過編碼單元內的信號處理線路輸出與該繞組電壓的波形周期相同、波形相匹配的數字脈沖信號，該數字脈沖信號表征永磁轉子磁極位置；調整某個磁敏元件與所匹配的繞組的相對安裝位置可改變該繞組電壓波形與磁極位置脈沖信號的相位關系；調整兩者相對位置，使磁極位置脈沖有效沿與該繞組電壓波形開始進入穩定區域的時刻同步，故此磁敏元件的磁極位置脈沖信號包含與之匹配的繞組電壓波形開始進入無換相波動的時刻信息。按相同規律調整各磁敏元件和與其匹配繞組的相對位置，即可由各磁敏元件的磁極位置脈沖信號獲得各路繞組電壓波形開始進入無換相波動的時刻信息。

在一個電角度周期內，每相磁極位置信號有0和1兩個狀態；n相磁極位置信號有2n個狀態組合；每相繞組各有一個正值和負值的梯形波頂、無換相波動的區域，n相繞組則有2n所述穩定區域；2n個穩定區域恰好與2n個磁極位置信號編碼組合一一對應。

本發明低紋波無刷測速發電機的使用方法如下：