專利名稱：一種電機位置傳感器標(biāo)定系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)交流電機，尤其是永磁同步交流電機的一種位置標(biāo)定系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
永磁同步電機由于具有功率密度大、效率高、轉(zhuǎn)子損耗小等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于電動汽車、數(shù)控機床以及紡織等領(lǐng)域。要獲得良好的控制性能，電機轉(zhuǎn)子位置和速度信號是必不可少的。對于電機速度和磁極位置的檢測，多采用光電編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器等傳感器。近年比較熱于研究無傳感器技術(shù)，但它存在著在低速時不能提供準(zhǔn)確的位置檢測，不能實現(xiàn)電機平滑啟動的要求，同時對電機參數(shù)的依賴性很強。對于轉(zhuǎn)子位置傳感器，永磁同步電機一般是采用旋轉(zhuǎn)變壓器，通過解碼芯片得到電機轉(zhuǎn)子的當(dāng)前位置，解碼芯片通過并行通信或者串行通信與電機控制芯片之間進行數(shù)據(jù)通訊，將轉(zhuǎn)子位置發(fā)給電機控制芯片。由于位置傳感器安裝誤差等原因，電機個體之間的安裝誤差不盡相同，需要對解碼芯片發(fā)送過來的轉(zhuǎn)子位置進行補償標(biāo)定，使得轉(zhuǎn)子位置更準(zhǔn)確，實現(xiàn)對永磁同步電機的精確控制。目前常用的標(biāo)定方法是通過軟件增加偏移量來補償這部分偏差，這樣會導(dǎo)致不同的電機個體使用的控制軟件不同，無法滿足大批量生產(chǎn)的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是解決大批量生產(chǎn)過程中的位置傳感器標(biāo)定問題，同時也便于產(chǎn)品的售后服務(wù)，降低交流電機生產(chǎn)、維護過程中的成本。
為此，本發(fā)明描述了一種同步交流電機的一種位置標(biāo)定系統(tǒng)和方法，該裝置能比較電機位置信號和電機過零點信號，標(biāo)定控制器控制伺服電機對被測電機的轉(zhuǎn)子位置進行調(diào)整。具體方案如下-
一種電機位置傳感器標(biāo)定裝置，用于對被測電機的轉(zhuǎn)子位置進行調(diào)整，所述標(biāo)定裝置包括以下部件伺服電機，用于帶動旋轉(zhuǎn)變壓器的定子向不同的方向轉(zhuǎn)動；標(biāo)定控制器，用于對伺服電機進行控制；旋轉(zhuǎn)變壓器，可輸出被測電機當(dāng)前的位置信號；過零點檢測設(shè)備，產(chǎn)生被測電機的過零點信號；通過比較電機位置信號和電機過零點信號，標(biāo)定控制器控制伺服電機對被測電機的轉(zhuǎn)子位置進行調(diào)整。
優(yōu)選地，被測電機反電動勢經(jīng)過零點時過零點檢測設(shè)備產(chǎn)生過零點信號，觸發(fā)中斷，啟動計時器l，計時器2停止；旋轉(zhuǎn)變壓器得到的電機轉(zhuǎn)子當(dāng)前位置為Ji/2時計時器l停止，計時器2啟動計時，比較計時器1和計時器2大小，控制伺服電機帶動旋轉(zhuǎn)變壓器的定子向不同的方向轉(zhuǎn)動，直到其中某個計時器的計時時間到最小值。
優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)變壓器包括旋變轉(zhuǎn)子和旋變定子。
優(yōu)選地，所述旋變轉(zhuǎn)子為一盤狀，其外側(cè)形狀為正弦曲線或者余弦曲線，根據(jù)和電機轉(zhuǎn)子的相對關(guān)系安裝在電機主軸上。
優(yōu)選地，所述旋變定子上有四個夾具定位孔和四個圓弧形滑槽，在伺服電機帶動下實現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)變壓器位置信號的標(biāo)定。
優(yōu)選地，所述標(biāo)定裝置包括夾具，旋轉(zhuǎn)變壓器的定子通過夾具與伺服電機相連。
優(yōu)選地，伺服電機與夾具之間可安裝變速機構(gòu)提高標(biāo)定精度。
優(yōu)選地，所述過零點檢測設(shè)備采集被測電機的B， C相電壓，經(jīng)過差分比較電路進行比較，在BC反電動勢過零點的瞬間時刻輸出過零點信號。
一種電機位置傳感器標(biāo)定方法，所述方法包括以下步驟步驟l，由上位機發(fā)送啟動命令；步驟2,測功機將被測電機拖動到某一轉(zhuǎn)速并保持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定；步驟3，上位機向標(biāo)定控制器發(fā)送標(biāo)定指令，標(biāo)定控制器根據(jù)旋轉(zhuǎn)變壓器的位置角信號和外部的過零點信號判斷偏差量判定被測電機轉(zhuǎn)子的當(dāng)前位置為k/2時，計時器1停止，計時器2啟動計時；判定被測電機過零點時，計時器l開始計時，計時器2結(jié)束；比較計時器1和計時器2的大小，根據(jù)結(jié)果控制伺服電機向正方向或者反方向旋轉(zhuǎn)某個角度。步驟4，其中某個計時器的計時時間到最小
值時，將旋轉(zhuǎn)變壓器定子固定在電機端板上，此時過零點信號和位置角零點對準(zhǔn)確，標(biāo)定控制器完成標(biāo)定，反饋給上位機。
與目前現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明滿足了大批量生產(chǎn)過程中的位置傳感器標(biāo)定，同時也便于產(chǎn)品的售后服務(wù)，降低交流電機生產(chǎn)、維護過程中的成本。


圖1為本發(fā)明所述電動機位置傳感器標(biāo)定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1測功機控制器，2測功機，3連接軸，4被測電機，5旋轉(zhuǎn)變壓器，6旋轉(zhuǎn)變壓器撥差夾具，7伺服電機，8伺服電機三相，9被測電機三相，10被測電機三相轉(zhuǎn)接盒，ll標(biāo)定控制器，12過零點檢測設(shè)備，13安全回路，14測功機控制器直流母線供電端，15標(biāo)定控制器直流母線供電端，16過零點信號連接線，17直流電源柜，18上位機，19上位機與測功機控制器通訊線，20標(biāo)定控制器與上位機通訊線。
圖2為本發(fā)明所述電動機電機轉(zhuǎn)子位置傳感器安裝示意圖；圖中，21電機電樞，22電機定子部分，23電機轉(zhuǎn)子，24電機主軸，25旋變轉(zhuǎn)子，26電機端板，27旋變定子固定螺栓孔，28旋變定子，29夾具定位孔，210圓弧形滑槽。
圖3為本發(fā)明所述電動機轉(zhuǎn)子位置與位置傳感器正余弦信號以及反電動勢關(guān)系(正轉(zhuǎn))；
圖4為過零點檢測設(shè)備功能結(jié)構(gòu)示意圖中，41電機，42濾波差分電路，43控制器，44高壓隔離，45過零點檢測設(shè)備。
圖5為過零點檢測設(shè)備輸入輸出波形；
圖6為本發(fā)明所述電動機電機位置傳感器標(biāo)定流程圖。其他標(biāo)記注釋46:電源通訊線47誦50:CAN51:反電動勢52:Ebc過零點53:傳感器余弦輸出信號54:傳感器正弦輸出信號55:轉(zhuǎn)子絕對位置56:Eca57:相對角58:Eab59:Ebc
60:轉(zhuǎn)子位置零點
61,62:脈沖
63:B相和C相波64:輸出方波電壓
65:時間(毫秒)
A:A相
B:B相
C:C相
具體實施例方式
下面根據(jù)附圖對本發(fā)明進行詳細(xì)描述，其為本發(fā)明多種實施方式中的一種優(yōu)選實施例。
本發(fā)明的目的是提出了通過一套位置傳感器標(biāo)定系統(tǒng)(圖l)對基于旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子位置傳感器進行標(biāo)定，通過DSP處理芯片與旋轉(zhuǎn)變壓器的解碼芯片通訊得到電機轉(zhuǎn)子當(dāng)前的位置信號。本發(fā)明著重考慮對于轉(zhuǎn)子位置信號的采樣以及安裝誤差等原因，對于旋轉(zhuǎn)變壓器定子與轉(zhuǎn)子位置之間存在相位偏移，這個相移可以通過對調(diào)整定子位置進行補償以使解碼出的轉(zhuǎn)子位置調(diào)整對準(zhǔn)無誤差的轉(zhuǎn)子絕對位置。以反電動勢零點為基準(zhǔn)點，當(dāng)電機反電動勢經(jīng)過零點時通過外部設(shè)備產(chǎn)生過零點信號觸發(fā)DSP芯片中的外部中斷，在中斷子程序中啟動計時器l，計時器2停止，DSP芯片與旋轉(zhuǎn)變壓器的解碼芯片通訊得到的電機轉(zhuǎn)子當(dāng)前位置為兀/2時計時器l停止，計時器2啟動計時，比較計時器1和計時器2大小，根據(jù)兩個計時器的大小，控制外部伺服電機帶動旋轉(zhuǎn)變壓器的定子向不同的方向轉(zhuǎn)動，直到其中某個計時器的計時時間到最小值，此時將旋轉(zhuǎn)變壓器定子固定在電機端板上，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置零點在機械上的精確定位，同時簡化產(chǎn)品售后服務(wù)和維修成本。
如圖1為本發(fā)明的一個實施例中位置傳感器標(biāo)定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。上位機18通過通訊線19對測功機控制器1進行控制，被測電機4通過連接軸3與測功機相連，測功機控制器1控制測功機2驅(qū)動被測電機4，旋轉(zhuǎn)變壓器5安裝于被測電機4的短板上，旋轉(zhuǎn)變壓器5的定子通過夾具6與伺服電機7相連，伺服電機7與夾具6之間可增加變速機構(gòu)以取得更高的標(biāo)定精度，上位機18通過通訊線20對標(biāo)定控制器11進行控制，標(biāo)定控制器11對伺服電機7進行控制帶動夾具調(diào)整旋轉(zhuǎn)變壓器定子5，實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)變壓器位置的標(biāo)定。被測電^14的A、 B、C相通過三相轉(zhuǎn)接盒10與過零點檢測設(shè)備12相連，過零點檢測設(shè)備12通過過零點信號線16與標(biāo)定控制器11相連，電源柜17可對測功機2和伺服電機7進行供電，上位機18通過電源通訊線對電源柜17進行控制，電源柜17同時能通過安全回路13及三相轉(zhuǎn)接盒10上的安全微控開關(guān)控制。
如圖2為本發(fā)明圖1被測電機4和伺服電機7之間的一個實施例中電機位置傳感器安裝示意圖。其中，電機主要由電機電樞21、電機定子22、電機轉(zhuǎn)子23、電機主軸24、電機端板26組成，轉(zhuǎn)子位置傳感器旋轉(zhuǎn)變壓器包括旋變轉(zhuǎn)子25和旋變定子28，旋變轉(zhuǎn)子25為一盤狀，其外側(cè)形狀為正弦曲線或者余弦曲線，硅鋼材料制成，旋變定子28上有四個夾具定位孔29和四個圓弧形滑槽210，旋變轉(zhuǎn)子25根據(jù)和電機轉(zhuǎn)子的相對關(guān)系安裝在電機主軸24上，旋變定子通過圖1中的夾具6與圖1中的伺服電機7相連，夾具與伺服電機之間可安轉(zhuǎn)變速機構(gòu)提高標(biāo)定精度，旋變定子28在伺服電機帶動下改變與電機端板26的相對位置，從而實現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)變壓器位置信號的標(biāo)定。標(biāo)定完成后固定螺栓通過圓弧形滑槽將旋變定子28固定在電機端板26上。旋變輸出的信號通過解碼芯片得到電機當(dāng)前的位置信號，位置信號通過SPI串行通信將位置角度發(fā)送給DSP芯片。
圖3為本發(fā)明的一個實施例中轉(zhuǎn)子位置與位置傳感器正余弦信號以及反電動勢關(guān)系(正轉(zhuǎn))。通過圖1過零點檢測設(shè)備5采集電機Vb、 Vc兩相電勢差的過零點(Ebc=Vb-Vc)，過零點信號觸發(fā)DSP芯片的中斷子程序進行計時。此時對應(yīng)旋變的位置角應(yīng)該為7t/2。
圖4即為過零點檢測電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，高壓輸入端是電機的B相和C相，電壓有效值大小為150V——190V，頻率范圍是0---200Hz,電流大小為-3mA—3mA 。過零點檢測電路的電源輸入來自12V電池，電壓范圍為9一18V。輸出電壓要求高電平為4—5V，低電平為0—0.5V。輸入的B， C相電壓經(jīng)過差分比較電路后輸出P麗波信號，在BC反電動勢過零點的瞬間的時刻，也即B相和C相交的位置(B相有超越C相的趨勢)。差分電路輸出一個高電平的數(shù)字量信號。
圖5為本發(fā)明的一個實施例中通過圖4中的過零點檢測設(shè)備檢測到的輸入輸出信號。
圖6為本發(fā)明的一個實施例中電機位置傳感器標(biāo)定流程圖，具體標(biāo)定流程
為
1、 如圖1所示系統(tǒng)按照連接圖安裝完成；
2、 測功機控制器和標(biāo)定控制器上電后通過上位機控制高壓供電電源上電；
3、 按照如圖6的流程，上位機發(fā)送啟動指令；測功機首先將被測電機拖動到某一轉(zhuǎn)速并保持穩(wěn)定；
4、 上位機向標(biāo)定控制器發(fā)送標(biāo)定指令，標(biāo)定控制器進入標(biāo)定程序；
5、 標(biāo)定控制器中的標(biāo)定程序根據(jù)外部的過零點信號和解碼芯片發(fā)送過來的位置角判斷偏差量，間接通過計時器1和計時器2判斷標(biāo)定方向后，通過逐步撥差將過零點信號和位置角n/2標(biāo)定在同一點，當(dāng)過零點信號和位置角零點對準(zhǔn)后，標(biāo)定控制器完成標(biāo)定，并反饋給上位機；6、 將完成零點標(biāo)定的旋轉(zhuǎn)變壓器定子用固定螺栓固定在電機端板上，標(biāo)定完成；
7、 斷開高壓供電電源。
上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進行的各種改進，或未經(jīng)改進直接應(yīng)用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種電機位置傳感器標(biāo)定裝置，用于對被測電機的轉(zhuǎn)子位置進行調(diào)整，其特征在于，所述標(biāo)定裝置包括以下部件伺服電機，用于帶動旋轉(zhuǎn)變壓器的定子向不同的方向轉(zhuǎn)動；標(biāo)定控制器，用于對伺服電機進行控制；旋轉(zhuǎn)變壓器，可輸出被測電機當(dāng)前的位置信號；過零點檢測設(shè)備，產(chǎn)生被測電機的過零點信號；通過比較電機位置信號和電機過零點信號，標(biāo)定控制器控制伺服電機對被測電機的轉(zhuǎn)子位置進行調(diào)整。
2、 如權(quán)利要求l所述的電機位置傳感器標(biāo)定裝置，其特征在于，被測電機反電動勢經(jīng)過零點時過零點檢測設(shè)備產(chǎn)生過零點信號，觸發(fā)中斷，啟動計時器(1)，計時器(2)停止；旋轉(zhuǎn)變壓器得到的電機轉(zhuǎn)子當(dāng)前位置為n/2時計時器(1)停止，計時器(2)啟動計時，比較計時器(1)和計時器(2)大小，控制伺服電機帶動旋轉(zhuǎn)變壓器的定子向不同的方向轉(zhuǎn)動，直到其中某個計時器的計時時間到最小值。
3、 如權(quán)利要求l所述的電機位置傳感器標(biāo)定裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)變壓器包括旋變轉(zhuǎn)子和旋變定子。
4、 如權(quán)利要求3所述的龜機位置傳感器標(biāo)定裝置，其特征在于，所述旋變轉(zhuǎn)子為一盤狀，其外側(cè)形狀為正弦曲線或者余弦曲線，根據(jù)和電機轉(zhuǎn)子的相對關(guān)系安裝在電機主軸上。
5、 如權(quán)利要求3所述的電機位置傳感器標(biāo)定裝置，其特征在于，所述旋變定子上有四個夾具定位孔和四個圓弧形滑槽，在伺服電機帶動下實現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)變壓器位置信號的標(biāo)定。
6、 如權(quán)利要求l所述的電機位置傳感器標(biāo)定裝置，其特征在于，所述標(biāo)定裝置包括夾具，旋轉(zhuǎn)變壓器的定子通過夾具與伺服電機相連。
7、 如權(quán)利要求6所述的電機位置傳感器標(biāo)定裝置，其特征在于，伺服電機與夾具之間可安裝變速機構(gòu)提高標(biāo)定精度。
8、 如權(quán)利要求l所述的電機位置傳感器標(biāo)定裝置，其特征在于，所述過零點檢測設(shè)備采集被測電機的B， C相電壓，經(jīng)過差分比較電路進行比較，在BC反電動勢過零點的瞬間時刻輸出過零點信號。
9、 一種使用如權(quán)利要求1-8所述電機位置傳感器標(biāo)定裝置的電機位置傳感器標(biāo)定方法，其特征在于所述方法包括以下步驟-步驟l，由上位機發(fā)送啟動命令；步驟2，測功機將被測電機拖動到某一轉(zhuǎn)速并保持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定；步驟3，上位機向標(biāo)定控制器發(fā)送標(biāo)定指令，標(biāo)定控制器根據(jù)旋轉(zhuǎn)變壓器的位置角信號和外部的過零點信號判斷偏差量判定被測電機轉(zhuǎn)子的當(dāng)前位置為時，計時器1停止，計時器2啟動計時；判定被測電機過零點時，計時器l開始計時，計時器2結(jié)束；比較計時器1和計時器2的大小，根據(jù)結(jié)果控制伺服電機向正方向或者反方向旋轉(zhuǎn)某個角度。步驟4，其中某個計時器的計時時間到最小值時，將旋轉(zhuǎn)變壓器定子固定在電機端板上，此時過零點信號和位置角零點對準(zhǔn)確，標(biāo)定控制器完成標(biāo)定，反饋給上位機。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電機位置傳感器標(biāo)定裝置和方法，用于對被測電機的轉(zhuǎn)子位置進行調(diào)整，所述標(biāo)定裝置包括以下部件伺服電機，用于帶動旋轉(zhuǎn)變壓器的定子向不同的方向轉(zhuǎn)動；標(biāo)定控制器，用于對伺服電機進行控制；旋轉(zhuǎn)變壓器，可輸出被測電機當(dāng)前的位置信號；過零點檢測設(shè)備，產(chǎn)生被測電機的過零點信號；通過比較電機位置信號和電機過零點信號，標(biāo)定控制器控制伺服電機對被測電機的轉(zhuǎn)子位置進行調(diào)整。
文檔編號H02K15/00GK101604887SQ20091014404
公開日2009年12月16日 申請日期2009年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月6日
發(fā)明者勇 馮, 艷 劉, 瑞 吳, 波 宋, 瑛 王, 曉 羅, 陳立沖 申請人:奇瑞汽車股份有限公司