专利名称：开关磁阻电机的绕组定相装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种适用于三相以及三相以上相数的开关磁阻电机的 绕组定相装置，特别涉及一种基于绝对型旋转编码器的开关磁阻电机的开 关磁阻电机的绕组定相装置。技术背景开关磁阻电机具有结构简单、性能可靠、启动转矩大、调速范围宽以 及效率高等优点，近年来得到快速发展。开关磁阻电机与电机控制器配套 构成系统，前者包含定子、转子、角位置传感器等，后者装有功率电路、 控制电路和显示电路等部件。开关磁阻电机为定子、转子的双凸极结构，其定子和转子都是由硅钢 片叠压而成，定子极上装有集中绕组，当绕组通电时将对临近的转子极产 生电磁吸引力。开关磁阻电机可以设计成不同的绕组相数和不同的定转子极数，如三相6/4极、三相12/8极、四相8/6极等。图1是三相12/8极开 关磁阻电机的结构图，每四个定子齿极的绕组相连接，构成a、 b、 c三相 绕组。开关磁阻电机的各相磁路的磁阻随转子的角位置而变，当某相绕组通 电时，将对临近的转子极产生电磁吸引力，使转子极转到与该相绕组定子 极中心线相重合的位置；变更通电相，给相邻相通电时，电机转子极转到 稳定位置。把开关磁阻电机相临相单独通电时转子两个稳定位置间的角度 差称为步距，对于N相、Zs/Z (以Zs表示定子极数，A表示转子极数) 结构的开关磁阻电机，步距计算公式为，"(^A)。以三相12/8极开关磁 阻电机为例，给a相通电时，与a相相邻的转子极在电磁转矩的作用下转到与a相定子极中心线相重合的位置；给a相断电，b相通电，电机转子 逆时针转动15。；同理，再改为c相通电，转子继续逆时针转动15。；顺 序对各相绕组通电(如a-b-c-a-...)，则可使转子逆时针连续转动。改变通 电次序，可改变电机转向。开关磁阻电机的绕组通过引线接至电机接线盒或者引出电机外部，要 想有效的控制电机的运行，必须辨识各个引线所属的绕组相，这就是开关 磁阻电机的绕组定相。对于新制造的、经过大修的、绕组标记不清的开关 磁阻电机必须进行绕组定相后才能正常使用。现有的开关磁阻电机的绕组定相通常借助于直流电源给绕组提供电 流，直流电源可以是蓄电池，可以是直流稳压源。假设电机为N相开关磁阻电机，以aic...表示电机绕组，按照a-b-c-... 顺序通电时电机正向(从输出轴方向看方向为顺时针)转动，通过以下步 骤进行开关磁阻电机绕组定相(1) 了解开关磁阻电机正向或者反向转动的通电相序，根据电机的结 构计算开关磁阻电机的步距。(2) 保持电机主轴悬空，按照电机正向转动的通电相序进行定相(反 向同理)。(3) 选择任意一相绕组作为基准相a相。(4) 给a相通电，使电机转子转到稳定位置，并对改位置做记录；对 a相断电。(5) 选择其他任意一相通电，若转子正向转动一个步距，可确定该相 是要找的相邻相b相。如果转子不是正向转动一个步距，说明该相不是要 找的b相；则应重复第4步，再变更通电相，直到找到b相为止。记录b 相通电时转子的稳定位置，然后给b相断电。(6) 选择任意一个未定义绕组通电，找到使转子再正向转动一个步距 的相邻相c相。(7) 以此类推，直到完成所有绕组的定相。对于三相电机，绕组定相过程相对简单；假设a-b-c顺序通电时，电机 正转(从输出轴方向看方向为顺时针)，按照电机正向转动的通电相序进 行定相；给a相通电后，变更通电相，根据电机转动的方向即可判断相序， 如果电机正向转动一个步距，则说明当前相为b相；如果电机反向转动一 个步距，则说明当前相为c相。可以看出采用这种开关磁阻电机的绕组的装置进行绕组定相时，需要 操作人员根据经验粗略判断电机转动的角度，手动记录电机转子的角位 置，操作麻烦。实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种操作简单、不需要手动记 录电机转子的角位置、不需要人工判断电机转动的角度的基于绝对型旋转 编码器的开关磁阻电机的绕组定相装置。本实用新型的开关磁阻电机的绕组定相装置，包括电流单元、定相控 制单元、显示单元。电流单元连接电机的绕组，定相控制单元分别连接电 流单元、显示单元和电机的绝对型旋转编码器，电流单元给电机的绕组提 供定位电流，定相控制单元读取绝对型旋转编码器的信号，通过显示单元 显示电机绕组的相序。电机内部安装与电机主轴相连的绝对型旋转编码器，绝对型旋转编码 器输出电机转子的角位置信号。本实用新型所述的开关磁阻电机的绕组定相装置，可作为单独的装 置，使用时通过导线和电机相连。所述电流单元由一个整流桥、 一个滤波 电容、功率开关器件(如IGBT)和一个电流传感器构成，定相控制单元 包括编码器信号转换单元和微处理器，定相控制单元的微处理器连接电流 传感器、功率开关器件和显示单元。编码器信号转换单元将旋转编码器的输出信号采用电平转换等方法变 成微处理器能够接收的信号，微处理器读取转换后的编码器信号，对位置信号进行处理，采集电流传感器信号，控制电流单元的功率开关器件的导通或者关闭；微处理器通过显示单元将电机绕组的相序显示。本实用新型所述的开关磁阻电机的绕组定相装置，可集成到电机的控 制器中，电流单元集成到控制器的功率电路中，定相控制单元集成到控制 器的控制电路上。所述电流单元的相数与电机绕组的相数相同，电流单元 的每相包括一个功率开关和一个电流传感器，电流单元戶万有相共用一个整 流桥和一个滤波电容，定相控制单元包括编码器信号转换单元和微处理 器，定相控制单元的微处理器连接电流传感器、功率开关器件和显示单元。对于N相电机的控制器而言，控制器的功率电路包含了 N相电流单 元；定相控制单元集成到控制器的控制电路中，定相单元控制每一相的电 流单元；显示单元集成到控制器的显示单元中。这样控制器不仅具有控制 电机运行的功能，还具有绕组定相的附加功能。本实用新型的开关磁阻电机的绕组定相装置，所述显示单元主要由液 晶屏或者七段数码管构成。本实用新型的开关磁阻电机的绕组定相装置，其工作原理是进行绕 组定相时，交流电压施加到电流单元，经过整流桥整流，电容滤波变成直 流电压；当开关管导通时，直流电压加在电机绕组两端，产生定位电流， 定相控制单元的微处理器采集电流信号，根据给定的定位电流与绕组实际 电流之差产生PWM (脉宽调制)信号，控制电流单元的功率开关器件的 导通和关闭，控制电机绕组上的定位电流的大小，进而控制电机的电磁转 矩；在电磁转矩的作用下，与当前电机通电相定子极相邻的转子极转到与 通电相定子极中心线重合的位置；旋转编码器输出转子角位置信号，定相 控制单元的编码器信号转换单元对编码器信号进行电平转换，微处理器读 取当前编码器信号，对信号进行处理，并通过显示单元显示电机绕组的相 序。通过绝对型旋转编码器得到的信号称为转子的绝对位置信号，定转子 之间的相对位置信号由计算得到。对于Zs/^极开关磁阻电机，电机转子的极距角^ =36(r/Zw，定转子的相对位置信号与绝对位置信号的关系是 m0d("Re/H这里，mod表示求余数，^为绝对位置信号，^e/为参考零点信号，e 相对位置信号；^/为单独给基准相通电时，转子的稳定位置。本实用新型的开关磁阻电机的绕组定相装置，作为单独的装置时，使 用方法和步骤是(1) 了解开关磁阻电机正向或者反向转动通电相序，根据电机的结构 计算开关磁阻电机的步距。(2) 保持电机主轴悬空，按照电机正向转动的通电相序进行定相(反 向同理)。(3) 选择任意一相绕组作为基准相。(4) 对基准相通电，使电机转子转到稳定位置，设定当前位置为参考 零点位置，即^,;然后给基准相断电。(5) 选择其他相通电，如果电机转子不动，只需稍微旋转电机主轴， 电机转子位置稳定后，显示单元显示当前通电相的相序；然后断开当前通 电相。(6) 重复第5步，直到完成所有绕组的定相。 本实用新型的开关磁阻电机的绕组定相装置，集成在控制器内部时，工作流程是(1) 根据电机结构计算步距，按照电机正向转动的通电相序进行定相。(2) 选择基准相。(3) 给基准相通电，转子位置稳定后读取编码器的位置信号，将此位 置信号作为参考零点信号；然后给基准相断电。(4) 选择其他任意一相通电，控制器读取编码器的位置信号，若转子 正向转动一个步距，可确定该相是要找的相邻相；如果转子不是正向转动 一个步距，说明该相不是要找的相邻相，则应重复第3步，再变更通电相， 直到找到相邻相为止；最后给当前通电相断电。(5) 选择任意一相未定义的绕组通电，找到使转子再正向转动一个步 距的相邻相。(6) 以此类推，直到完成所有绕组的定相。 本实用新型集成在控制器内部的使用方法(1) 保持电机主轴悬空，连接控制器与电机绕组(2) 选择控制器的绕组定相功能，控制器自动进行绕组定相，控制器完成绕组定相后，将结果通过显示单元显示出来。本实用新型的开关磁阻电机绕组装置使用方便，无需人工记录电机转子的位置；本实用新型装置集成到电机控制器内部时，定相过程由控制器 自动完成。
图1是三相12/8极开关磁阻电机的结构图；图2是本实用新型的开关磁阻电机的绕组定相装置的示意图；图3是本实用新型的定相控制单元的工作原理图；图4是本实用新型的开关磁阻电机绕组定相装置作为单独装置的示意图；图5是本实用新型的开关磁阻电机绕组定相装置集成到电机控制器内 部的示意图。1电流单元，2定相控制单元，3显示单元，4电机，5绝对型旋转编 码器，6接线盒，7整流桥，8滤波电容，9功率开关器件，IO电流传感器， ll编码器信号转换单元，12微处理器，13控制器的功率电路，14控制器 的控制电路。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
详细说明本实用新型。 实施例1图4示，本实用新型所述的基于绝对型旋转编码器的开关磁阻电机绕组定相装置作为单独的装置，电机4采用四相8/6极开关磁阻电机，电机 的步距为15。；编码器采用15V供电的绝对型旋转编码器5。所述开关磁阻电机绕组定相装置包括电流单元l、定相控制单元2、显 示单元3。所述电流单元1，由一个整流桥7、 一个滤波电容8、 一个功率开关器 件9 (IGBT)和一个电流传感器10构成；电流单元的电流传感器10通过 电机接线盒6的端子连接电机的绕组。定相控制单元2的控制电路采用以微处理器为核心的数字电路。定相 控制单元2包括编码器信号转换单元11、微处理器12;编码器信号转换单 元11连接绝对型旋转编码器5，编码器信号转换单元11连接微处理器12， 微处理器12连接电流单元1和显示单元3，编码器信号转换单元11将绝 对型旋转编码器5的输出信号采用电平转换等方法变成微处理器12能够 接收的信号，微处理器12读取转换后的编码器信号，对位置信号进行处 理，采集电流传感器信号，控制电流单元的功率开关器件9的导通或者关 闭；微处理器12通过显示单元3将电机绕组的相序显示。电机4内部安装与电机主轴相连的绝对型旋转编码器5，绝对型旋转 编码器5输出电机转子的角位置信号。电流单元2的整流桥7采用型号为6RB0G-160的三相整流桥，滤波电 容8采用1500u/400V的电解电容，功率开关器件9采用型号为 BSM35GB120DLC的IGBT(绝缘栅双极晶体管)，电流传感器10采用LEM 公司的电流检测模块。定相控制单元2的采用CD4050进行电平转换，将15V转换成5V;微 处理器12以AVR系列芯片中的Atmaga8535为核心，该芯片具有A/D转 换单元和PWM脉冲产生单元。显示单元3采用七段数码管。由于没有给绕组定相，电机接线盒中与电机绕组相连的的端子暂时用 1、 2、 3、 4表示，M表示公共点。首先确定基准相，将与端子l和公共端M相连的绕组作为基准相。连接端子1和公共端M;给电流单元l供电，电机转子稳定后，按下按钮sw，定相控制单元将此位置信号作为零点参考位置，显示单元显示a。然后给装置断电，变更通电相，连接端子2与 公共端M;给电流单元供电，此时转子没有转动,拨动转子，转子位置稳 定后，定相控制单元读取编码器位置信号，显示单元显示c。再变更通电相，选择端子3;转子位置稳定后，显示单元显示b。则剩余一相为d。断开定相装置与电机，根据定相结果对绕组进行标记，从而完成绕组 定相。实施例2图5示，本实用新型所述的基于绝对型旋转编码器的开关磁阻电机绕 组定相装置集成到电机控制器中，电机4采用三相12/8极开关磁阻电机， 电机的步距为15° ;绝对型旋转编码器5采用15V供电的绝对型旋转编码 器。控制器的功率电路13在功能上集成了三相电流单元1，标记为A、 B、 C;控制器的控制电路14集成了定相控制单元2;控制器的显示电路集成 了显示单元3。所述每一相电流单元包括两个功率开关器件9和一个电流 传感器10组成，三相电流单元共用一个整流桥7和滤波电容8。在开关磁阻电机内部安装绝对型旋转编码器5,绝对型旋转编码器5 与电机主轴相连，并通过编码器信号线连接定相控制单元2，定相控制单 元的微处理器12分别连接电流单元1、显示单元3,电流单元1的三个电 流传感器10分别连接电机的三相绕组，电流单元1给电机的绕组施加定 位电流，定相控制单元2读取绝对型旋转编码器5的信号，对位置信号进 行处理，通过显示单元3将电机绕组相序显示出来。电流单元1的整流桥7采用型号为6RD0G-160的三相整流桥，滤波电 容8采用1500u/400V的电解电容，功率开关器件9采用型号为 BSM35GB120DLC的IGBT(绝缘栅双极晶体管)，电流传感器IO采用LEM 公司的电流检测模块。定相控制单元2的编码器信号转换单元11采用CD4050进行电平转换； 微处理器12控制电路以TI公司的TMS320x24x系列DSP中的 TMS320F240芯片为核心，该款芯片具有PWM脉冲产生单元和A/D转换 单元。显示单元3主要由七段数码管组成，显示方法为控制器的电流单元 一电机绕组相。如显示B—c，表示与控制器的B相电流单元相连的电机 绕组是c相。首先使电机空载，转子能够自由转动，按照图5连接控制器和电机。 与控制器的A相电流单元相连的绕组作为基准相a相，选择绕组定相功能， 控制器自动进行绕组定相。通过显示单元可以查询绕组对应的相序。显示结果为A—a、 B—c、 C一b，断开控制器与电机之间的连接，根 据定相结果对绕组进行标记，从而完成绕组定相。
权利要求1、一种开关磁阻电机的绕组定相装置，其特征是，包括电流单元(1)、定相控制单元(2)、显示单元(3)，电流单元(1)连接电机(4)的绕组，定相控制单元(2)分别连接电流单元(1)、显示单元(3)和电机的绝对型旋转编码器(5)。
2、 根据权利要求1所述的开关磁阻电机的绕组定相装置，其特征在 于，所述的绕组定相装置作为单独的装置使用。
3、 根据权利要求2所述开关磁阻电机的绕组定相装置，其特征在于， 所述电流单元(1)由一个整流桥(7)、 一个滤波电容(8)、功率开关器 件(9)和一个电流传感器(10)构成，定相控制单元(2)包括编码器信 号转换单元(11)和微处理器(12)，微处理器(12)连接电流传感器(10)、 功率开关器件(9)和显示单元(3)，电流传感器(10)连接电机绕组。
4、 根据权利要求1所述的开关磁阻电机的绕组定相装置，其特征在 于，所述的绕组定相装置集成到电机的控制器中，电流单元(1)集成到 控制器的功率电路(13)中，定相控制单元(2)集成到控制器的控制电 路(14)中，显示单元(3)集成到控制器的显示单元中。
5、 根据权利要求4所述的开关磁阻电机的绕组定相装置，其特征在 于，所述电流单元(1)的相数与电机的绕组的相数相同，电流单元(1) 的每相包括功率开关器件(9)和一个电流传感器(10)，电流单元所有相 共用一个整流桥(7)和一个滤波电容(8)，定相控制单元(2)包括编码 器信号转换单元(11)和微处理器(12)，微处理器(12)连接电流传感器(10)、功率开关器件(9)和显示单元(3)，电流传感器(10)连接电机 绕组。
6、 根据权利要求1所述的开关磁阻电机的绕组定相装置，其特征在 于，所述显示单元(3)主要由液晶屏或者七段数码管构成。
专利摘要本实用新型提供一种开关磁阻电机的绕组定相装置，包括电流单元、定相控制单元、显示单元；电流单元连接电机的绕组，定相控制单元分别连接电流单元、显示单元和电机的绝对型旋转编码器。电流单元给电机的绕组提供定位电流，定相控制单元读取绝对型旋转编码器的信号，通过显示单元显示电机绕组的相序。本实用新型使用方便，不需要手动记录电机转子的角位置，不需要人工判断电机转动的角度；所述装置集成到电机控制器内部时，定相过程由控制器自动完成。
文档编号H02K29/06GK201096871SQ20072017029
公开日2008年8月6日 申请日期2007年8月20日 优先权日2007年8月20日
发明者伟 毕, 苏建中 申请人:北京中纺锐力机电有限公司