一种永磁无刷电机高可靠转子位置检测电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种永磁无刷电机高可靠转子位置检测电路，包括电机及控制电路、旋转变压器、信号调理电路、旋变信号处理电路和信号输出电路。本实用新型对旋转变压器的输入和输出均做了特殊的信号处理，在PCB的布局和布线方面进行了良好的电磁兼容设计，从而解决了大功率机电伺服系统电机转子位置精确检测及信号抗干扰问题，有效提高了恶劣环境下转子位置检测电路的可靠性。
【专利说明】一种永磁无刷电机高可靠转子位置检测电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及大功率机电伺服系统【技术领域】，具体涉及一种永磁无刷电机高可靠转子位置检测电路。
【背景技术】
[0002]大功率级别机电伺服系统使用永磁无刷电机，对电机的控制采用基于转子磁场定向的矢量控制方法。在这种伺服系统中，准确获取转子磁场向量的位置是关键。考虑到航天伺服机构的高要求(高速、高精度、高稳定性)，大功率机电伺服系统采用了由高可靠旋转变压器构成绝对编码式转子位置传感器的方案。由于旋转变压器安装在电机转子上以获取位置信号，其输出电压等级为伏级，易受到百伏级的电机电压的干扰，而转子位置检测电路离驱动电路较近，输入、输出信号线易受到高速开关器件的干扰，因此转子位置检测电路电磁环境较差。目前采用AU6802芯片作为激磁信号发生器和信号处理器，采用单端电路进行激磁信号功率放大；在电机驱动器调试中，发现旋转变压器位置检测电路中出现位置信号不稳定的问题。经分析，转子位置检测的电磁环境较差，导致旋转变压器的激磁信号和AU6802芯片的正、余弦输入信号幅值和频率均受到干扰，造成输出信号不稳定，无法满足精确检测位置信号的要求，直接影响了控制性能，无法满足要求。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种能应用于较差电磁环境、具有良好电磁兼容性、能满足大功率电动伺服系统对于转子位置检测的高可靠性要求的永磁无刷电机高可靠转子位置检测电路。
[0004]为了实现上述目的，本实用新型的技术方案为，一种永磁无刷电机高可靠转子位置检测电路，包括电机及控制电路、旋转变压器、信号调理电路、旋变信号处理电路和信号输出电路；其中，电机及控制电路中的电机转子位置为转子位置检测电路的检测对象，电机及控制电路中的控制电路接收信号输出电路中的总线信号；旋转变压器将电机转子位置信息模拟信号通过4组信号线输入信号调理电路；信号调理电路包括旋变激磁信号调理电路、旋变余弦信号调理电路和旋变正弦信号调理电路，旋转变压器传入的4组电机转子位置信息模拟信号分为两组分别接入旋变余弦信号调理电路和旋变正弦信号调理电路，旋变余弦信号调理电路和旋变正弦信号调理电对输入的电机转子位置信息模拟信号的传输线上的电流大小进行调整，对电机转子位置信息模拟信号进行增益调理，将经增益调理调节后的电机转子位置信息模拟信号输入旋变信号处理电路中；旋变信号处理电路包括激磁信号发生电路和转子位置信号检测电路，转子位置信号检测电路将电机转子位置信息模拟信号经解码后转换为电机转子位置信息数字信号后输入到信号输出电路中；旋变信号处理电路产生2组激磁信号，经信号调理电路的旋变激磁信号调理电路处理后，接入旋转变压器；信号输出电路将并行总线输出模式转换为SPI总线输出模式后,把数据输送电机及控制电路中的控制电路。[0005]进一步，所述旋转变压器采用多摩川公司的无刷旋转变压器TS2620N21E11，激磁信号为7V，激磁频率为IOkHz。
[0006]进一步，所述信号调理电路的激磁信号调理电路由运放0P279增益可调电路和甲乙类推挽功率放大电路构成；旋变余弦信号调理电路和旋变正弦信号调理电路都是由仪表放大器AD620及其外围电阻构成的增益可调电路。
[0007]进一步，所述旋变信号处理电路的激磁信号发生电路使用芯片AD2S99，转子位置信号检测电路使用AD2S83解码芯片。
[0008]进一步，所述信号输出电路中的变换电路使用芯片DM74165。
[0009]进一步，所述旋变信号处理电路的激磁信号发生电路中芯片AD2S99的激磁信号为7V，激磁频率为10kHz，转子位置信号检测电路中AD2S83解码芯片的分辨率选择12位。
[0010]本实用新型对旋转变压器的输入和输出均做了特殊的信号处理，在PCB的布局和布线方面进行了良好的电磁兼容设计，从而解决了大功率机电伺服系统电机转子位置精确检测及信号抗干扰问题，有效提高了恶劣环境下转子位置检测电路的可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为一种永磁无刷电机高可靠转子位置检测电路的原理图。
[0012]图2为信号调理电路中的旋变余弦信号调理电路或和旋变余弦信号调理电路的电路图。
[0013]图中，1-电机及控制电路，2-旋转变压器，3-信号调理电路，4-旋变信号处理电路，5-信号输出电路。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。
[0015]一种永磁无刷电机高可靠转子位置检测电路，其原理如图1所示，包括电机及控制电路1、旋转变压器2、信号调理电路3、旋变信号处理电路4和信号输出电路5。其中，电机及控制电路I中的电机转子位置为转子位置检测电路的检测对象，电机及控制电路I中的控制电路接收信号输出电路5中的总线信号；旋转变压器2采用多摩川公司的无刷旋转变压器TS2620N21E11，激磁信号为7V，激磁频率为10kHz，旋转变压器2将电机转子位置信息模拟信号通过4组信号线输入信号调理电路3 ;信号调理电路3包括旋变激磁信号调理电路、旋变余弦信号调理电路和旋变正弦信号调理电路，旋变激磁信号调理电路由运放0P279增益可调电路和甲乙类推挽功率放大电路构成；旋转变压器2传入的4组电机转子位置信息模拟信号分为两组分别接入旋变余弦信号调理电路和旋变正弦信号调理电路，旋变余弦信号调理电路和旋变正弦信号调理电对输入的电机转子位置信息模拟信号的传输线上的电流大小进行调整，从而提高传输线的抗干扰能力，然后对电机转子位置信息模拟信号进行增益调理，确保信号输出在有效范围内，再然后将经增益调理调节后的电机转子位置信息模拟信号输入旋变信号处理电路4中；旋变信号处理电路4包括激磁信号发生电路和转子位置信号检测电路，激磁信号发生电路使用芯片AD2S99为旋转变压器提供激磁信号，激磁信号为7V，激磁频率为IOkHz ;为了保证AD2S99产生的激磁信号和旋转变压器TS262N21E11的阻抗匹配，经试验考核，选用0P279和甲乙类推挽功率放大电路组合来提高驱动能力；转子位置信号检测电路使用AD2S83解码芯片，由于电机速度要求较高，最高速度接近10000r/min，AD2S83的分辨率选择12位，此时芯片的最大跟踪速度为15600r/min ；转子位置信号检测电路将电机转子位置信息模拟信号经解码后转换为电机转子位置信息数字信号后输入到信号输出电路5中；旋变信号处理电路4产生2组激磁信号，经信号调理电路3的旋变激磁信号调理电路处理后，接入旋转变压器2 ;信号输出电路5将并行总线输出模式转换为SPI总线输出模式后，把数据输送电机及控制电路I中的控制电路。为了提高位置信息传输的可靠性，转子位置信号采用SPI串行通讯模式传输到DSP中；设计了安全可靠的SPI串行通讯接口，保证了转子位置信号的可靠传输，解决了旋转变压器2工作的电磁环境较差、位置检测信号受到较大干扰的问题。AD2S83输出的数据为12位的并行数据，为了实现与DSP的SPI通讯，可将两片DM74165进行级联以实现12位并行数据转化为串行数据输出的任务。
[0016]旋变余弦信号调理电路和旋变正弦信号调理电路的电路图如图2所示，都是由仪表放大器AD620及其外围电阻构成的增益可调电路。针对位置检测电路所处环境的特殊性，在PCB的布局和布线上充分进行了电磁兼容设计，分别将干扰源和敏感电路进行了特殊的分区处理，有效抑制了传导干扰。为了增强旋转变压器正、余弦信号的抗干扰能力，SIG+依次经R1、R2、R3后到达SIG-，经调整电阻R1、R2和R3的调节后，电流得到增强，回路中的电流提升至毫安级以上，信号传输能力得到提高；R3两端并联了电容Cl，起滤波作用；R3两端的电压信号经滤波后进入仪表放大器Ul中，仪表放大器Ul采用仪表放大器AD620，将信号放大，得到一组增益调理后的信号，仪表放大器AD620的引脚5、6接旋变信号处理电路4中的AD2S83解码芯片进行解码。
[0017]上述的一种永磁无刷电机高可靠转子位置检测电路，过参数设置，可自由选择解码的分辨率(10位、12位、14位和16位)；通过外围阻容器件的选择，可改变转换的动态性能，如带宽、最大跟踪速率等；利用信号调理电路，可靠保证了信号的传输质量，从而实现位置和速度的闭环精确控制，提高了控制驱动器的工作性能。其技术成果已应用于3.5kW机电伺服系统研发设计中。
[0018]上面结合附图对本实用新型的实施例对作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。
【权利要求】
1.一种永磁无刷电机高可靠转子位置检测电路，其特征在于包括电机及控制电路(I)、旋转变压器(2)、信号调理电路(3)、旋变信号处理电路(4)和信号输出电路(5);其中，电机及控制电路(I)中的电机转子位置为转子位置检测电路的检测对象，电机及控制电路(I)中的控制电路接收信号输出电路(5)中的总线信号；旋转变压器(2)将电机转子位置信息模拟信号通过4组信号线输入信号调理电路(3);信号调理电路(3)包括旋变激磁信号调理电路、旋变余弦信号调理电路和旋变正弦信号调理电路，旋转变压器(2)传入的4组电机转子位置信息模拟信号分为两组分别接入信号调理电路(3)的旋变余弦信号调理电路和旋变正弦信号调理电路，旋变余弦信号调理电路和旋变正弦信号调理电对输入的电机转子位置信息模拟信号的传输线上的电流大小进行调整，对电机转子位置信息模拟信号进行增益调理，将经增益调理调节后的电机转子位置信息模拟信号输入旋变信号处理电路(4)中；旋变信号处理电路(4)包括激磁信号发生电路和转子位置信号检测电路，转子位置信号检测电路将电机转子位置信息模拟信号经解码后转换为电机转子位置信息数字信号后输入到信号输出电路(5)中；旋变信号处理电路(4)产生2组激磁信号，经信号调理电路(3)的旋变激磁信号调理电路处理后，接入旋转变压器(2);信号输出电路(5)将并行总线输出模式转换为SPI总线输出模式后，把数据输送电机及控制电路(I)中的控制电路。
2.如权利要求1所述的一种永磁无刷电机高可靠转子位置检测电路，其特征在于所述旋转变压器(2)采用多摩川公司的无刷旋转变压器TS2620N21E11，激磁信号为7V，激磁频率为IOkHz。
3.如权利要求1所述的一种永磁无刷电机高可靠转子位置检测电路，其特征在于所述信号调理电路(3)的激磁信号调理电路由运放OP279增益可调电路和甲乙类推挽功率放大电路构成；旋变余弦信号调理电路和旋变正弦信号调理电路都是由仪表放大器AD620及其外围电阻构成的增益可调电路。
4.如权利要求1所述的一种永磁无刷电机高可靠转子位置检测电路，其特征在于所述旋变信号处理电路(4)的激磁信号发生电路使用芯片AD2S99，转子位置信号检测电路使用AD2S83解码芯片。
5.如权利要求1所述的一种永磁无刷电机高可靠转子位置检测电路，其特征在于所述信号输出电路(5)中的变换电路使用芯片DM74165。
6.如权利要求4所述的一种永磁无刷电机高可靠转子位置检测电路，其特征在于所述旋变信号处理电路(4)的激磁信号发生电路中芯片AD2S99的激磁信号为7V，激磁频率为10kHz，转子位置信号检测电路中AD2S83解码芯片的分辨率选择12位。
【文档编号】H02P6/18GK203734576SQ201420039006
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年1月21日 优先权日:2014年1月21日
【发明者】龙海峰, 韩继文, 黄玉平, 王春明, 赵国平 申请人:北京精密机电控制设备研究所, 中国运载火箭技术研究院