开关磁阻电机传感器冗余系统及自动切换方法与流程

本发明属于电机调速技术领域，尤其是涉及一种开关磁阻电机传感器冗余系统及自动切换方法。

背景技术：

随着电力电子技术、控制技术的发展，使开关磁阻电机调速控制技术得以迅速发展。开关磁阻电机的控制需要获取转子位置。开关磁阻电机的各相磁路的磁阻随转子的角位置而变，为使其正常工作，必须在转子转到适当位置时开通或者关断相应的相绕组的电流，保证各相的电流与相应的转子位置同步，并且在转子转动过程中始终正确切换各相绕组。因此转子的角位置检测是一个非常重要的环节。因为无传感器技术并不成熟、性能不高，所以目前市场上开关磁阻电机产品以带位置传感器产品为主，且大部分为光电开关（霍尔开关）式位置传感器。其原理为根据开关磁阻电机的相数，设置不同几个位置传感器，用于获取转子相对于定子的位置，根据传感器的信号控制相输出和测速。然而这种传感器依然存在自身的不足：1、传感器防护等级比较低，易受尘土、雨水的影响，传感器易老化、损坏；

2、对电机位置的检测依赖于光电传感器码盘的加工精度，当码盘加工精度不高时，影响速度计算和电机角度控制的精度，易导致电机控制时各相电流不平衡，电机振动、噪音大，且控制器功率器件容易损坏。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种抗干扰能力强，操作简单，误差小，防护等级高，可以实现故障传感器的自动切换功能，提高调速系统无故障运行时间的开关磁阻电机传感器冗余系统及自动切换方法。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的：

本发明的开关磁阻电机传感器冗余系统，其特征在于包括与电机的电机轴相连接的磁环支撑件，固定在此磁环支撑件上的磁环，固定在所述电机端盖上且位于所述磁环外围的数个传感器板，与此数个传感器板通过信号线相连接的接口电路板，设置在所述传感器板上的ns个霍尔传感器，设置在所述传感器板上边沿上的信号输出接口ⅰ，设置在所述接口电路板两边沿上的两个信号输入接口ⅰ，设置在所述接口电路板上的一个信号输出接口ⅱ，此信号输出接口ⅱ与电机控制板相连接，

所述的接口电路板内设有多路选择器、故障检测模块、故障标识模块、输入切换开关和输出切换开关，所述的两个信号输入接口和一个信号输出接口ⅱ均与所述的多路选择器相连接。

所述的传感器板与接口电路板集成为传感器集成板，由此传感器集成板上的信号输出接口ⅲ与所述的电机控制板相连接。

所述的ns个霍尔传感器的个数是根据电机的相数ns布置。

所述的电机相数ns>3时，霍尔传感器的个数可以通过信号对称取反方式减少个数。

所述的磁环根据电机转子极数nr进行2nr段径向充磁。

一种开关磁阻电机传感器冗余系统的自动切换方法，其特征在于，所述开关磁阻电机传感器冗余系统为上述权利要求1-5中任一所述的开关磁阻电机传感器冗余系统；所述方法包括：

基于霍尔传感器和径向方波充磁磁环，进行位置检测，并生成检测信息；

速度、转子位置信号通过接口电路板的信号输出接口连接开关磁阻电机的电机控制板，从而实现对电机转速闭环控制；

接口电路板电路包括多路选择器，故障检测模块，故障标识模块，输入切换开关，输出切换开关，信号输入接口，信号输出接口；闭合输出切换开关，操作输入切换开关处于未连接状态，信号输入接口接收来自两个或多个传感器信号，两个或多个故障检测模块判断该传感器是否工作正常，输出故障组合逻辑用于多路选择器的选择信号，选择一个无故障的传感器信号作为多路选择器的输出，经信号输出接口连接开关磁阻电机的电机控制板；

打开输出切换开关，通过操作输入切换开关实现手动选择传感器。

所述的故障检测模块的检测方法为：判断输入的传感器信号是否同时为高或同时为低，如果是，则锁存住该信号，输出故障逻辑信电平号。

所述的故障标识模块为一组与传感器信号位数相同的固定逻辑电平信号，当所有输入传感器信号均出现故障，多路选择器选择输出此组信号，用于开关磁阻电机的电机控制板对电机传感器失效的故障判断。

本发明的优点：

本发明的开关磁阻电机传感器冗余系统及自动切换方法，与外界的连线简单，抗干扰能力强，操作简单，误差小，由于无光学元件，耐油污，坚固，整个检测装置防护等级高，适合用于环境恶劣场合，可以实现故障传感器的自动切换功能，提高了调速系统的无故障运行时间。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的切换电路图。

图3为本发明实施例2的结构示意图。

图4为本发明实施例2的切换电路图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方式。

如图1-4所示，本发明的开关磁阻电机传感器冗余系统，其特征在于包括与电机的电机轴相连接的磁环支撑件4，固定在此磁环支撑件4上的磁环3，固定在所述电机端盖上且位于所述磁环3外围的数个传感器板1，与此数个传感器板1通过信号线相连接的接口电路板2，设置在所述传感器板1上的ns个霍尔传感器5，设置在所述传感器板1上边沿上的信号输出接口ⅰ6，设置在所述接口电路板2两边沿上的两个信号输入接口ⅰ7，设置在所述接口电路板2上的一个信号输出接口ⅱ8，此信号输出接口ⅱ8与电机控制板9相连接，

所述的接口电路板2内设有多路选择器10、故障检测模块11、故障标识模块12、输入切换开关13和输出切换开关14，所述的两个信号输入接口7和一个信号输出接口ⅱ8均与所述的多路选择器10相连接。

所述的传感器板1与接口电路板2集成为传感器集成板15，由此传感器集成板15上的信号输出接口ⅲ16与所述的电机控制板9相连接。

所述的ns个霍尔传感器5的个数是根据电机的相数ns布置。

所述的电机相数ns>3时，霍尔传感器5的个数可以通过信号对称取反方式减少个数。

所述的磁环3根据电机转子极数nr进行2nr段径向充磁。

一种开关磁阻电机传感器冗余系统的自动切换方法，其特征在于，所述开关磁阻电机传感器冗余系统为上述任一所述的开关磁阻电机传感器冗余系统；所述方法包括：

基于霍尔传感器5和径向方波充磁磁环3，进行位置检测，并生成检测信息；

速度、转子位置信号通过接口电路板2的信号输出接口连接开关磁阻电机的电机控制板9，从而实现对电机转速闭环控制；

接口电路板2电路包括多路选择器10，故障检测模块11，故障标识模块12，输入切换开关13，输出切换开关14，信号输入接口，信号输出接口；闭合输出切换开关14，操作输入切换开关13处于未连接状态，信号输入接口接收来自两个或多个传感器信号，两个或多个故障检测模块11判断该传感器是否工作正常，输出故障组合逻辑用于多路选择器10的选择信号，选择一个无故障的传感器信号作为多路选择器10的输出，经信号输出接口连接开关磁阻电机的电机控制板9；

打开输出切换开关14，通过操作输入切换开关13实现手动选择传感器。

所述的故障检测模块11的检测方法为：判断输入的传感器信号是否同时为高或同时为低，如果是，则锁存住该信号，输出故障逻辑信电平号。

所述的故障标识模块12为一组与传感器信号位数相同的固定逻辑电平信号，当所有输出传感器均出现故障，多路选择器10选择输出此组信号，用于开关磁阻电机的电机控制板9对电机传感器失效的故障判断。

实施例1：如图1和图2所示，

系统由两个传感器板1、接口电路板2、磁环3、磁环支撑件4构成。传感器板1上根据电机的相数布置3个霍尔传感器5及其相关的信号处理电路，传感器板1的板边沿布置信号输出接口ⅰ6。传感器板1通过信号线连接至接口电路板2，接口电路板2上布置有两个信号输入接口ⅰ7,一个信号输出接口ⅱ8，设置有故障自动切换电路，可以实现一路传感器板1故障的情况下，自动切换至备用的传感器板1。磁环3根据电机转子极数16段径向充磁，传感器板1、接口电路板2固定于电机端盖；磁环3固定在磁环支撑件4上，磁环支撑件4连接电机轴，随电机轴同步转动。速度、转子位置信号通过接口电路板2的信号输出接口ⅱ8连接开关磁阻电机的电机控制板9，从而实现对电机转速闭环控制。

本发明实施例1的开关磁阻电机传感器冗余系统，可以实现传感器故障时的自动切换，接口电路板2电路包括多路选择器10，故障检测模块11，故障标识模块12，输入切换开关13，输出切换开关14，信号输入接口ⅰ7，信号输出接口ⅱ8。其工作原理为，闭合输出切换开关14，操作输入切换开关13处于未连接状态，输入接口接收来自两个或多个传感器信号，两个或多个故障检测模块11判断该传感器是否工作正常，输出故障组合逻辑用于多路选择器10的选择信号，选择一个无故障的传感器信号作为多路选择器10的输出，经信号输出接口ⅱ8连接开关磁阻电机的电机控制板9。打开输出切换开关14，通过操作输入切换开关13也可以实现手动选择传感器。

多路选择器10可以由数据选择器等分立器件搭建，也可以采用cpld或fpga等可编程器件实现。

故障检测模块11的检测方法为，判断输入的传感器信号是否同时为高或同时为低，如果是，则锁存住该信号，输出故障逻辑信电平号。此模块可以用组合逻辑门电路实现，也可用可编程逻辑电路实现。

故障标识模块12为一组与传感器信号位数相同的固定逻辑电平信号，当所有输出传感器均出现故障，多路选择器10选择输出此组信号，用于开关磁阻电机的电机控制板9对电机传感器失效的故障判断。

自动切换电路可以单独置于接口电路板2，也可以集成到传感器板1，简化安装结构。

实施例2：如图3和图4所示，

将传感器板1和接口电路板2集成为传感器集成板15，由此传感器集成板15上的信号输出接口ⅲ16与所述的电机控制板9相连接。

系统由两个传感器集成板15、磁环3、磁环支撑件4构成。传感器集成板15上根据电机的相数布置3个霍尔传感器5及其相关的信号处理电路、切换电路，板边沿布置信号输出接口ⅲ16和信号输入接口ⅱ17。传感器集成板15设置有故障自动切换电路，可以实现本传感器板1故障的情况下，自动切换至备用传感器板1。磁环3根据电机转子极数16段径向充磁，传感器集成板15固定于电机端盖；磁环3固定在磁环支撑件4上，磁环支撑件4连接电机轴，随电机轴同步转动。速度、转子位置信号通过信号输出接口ⅲ16连接开关磁阻电机的电机控制板9，从而实现对电机转速闭环控制。

本发明实施例2的开关磁阻电机传感器冗余系统，可以实现传感器故障时的自动切换，切换电路包括多路选择器10，故障检测模块11，故障标识模块12，输入切换开关13，输出切换开关14，信号输入接口ⅱ17，信号输出接口ⅲ16。信号输入接口ⅱ17-1用于连接备用传感器板1，信号输入接口ⅱ17-2用于连接当前传感器板1的传感器信号，其工作原理为，闭合输出切换开关14，操作输入切换开关13处于未连接状态，信号输入接口ⅱ17接收来自两个或多个传感器信号，两个或多个故障检测模块11判断该传感器是否工作正常，输出故障组合逻辑用于多路选择器10的选择信号，选择一个无故障的传感器信号作为多路选择器10的输出，经信号输出接口ⅲ16连接开关磁阻电机的电机控制板9。打开输出切换开关14，通过操作输入切换开关13也可以实现手动选择传感器。

多路选择器10可以由数据选择器等分立器件搭建，也可以采用cpld或fpga等可编程器件实现。

故障检测模块11的检测方法为，判断输入的传感器信号是否同时为高或同时为低，如果是，则锁存住该信号，输出故障逻辑信电平号。此模块可以用组合逻辑门电路实现，也可用可编程逻辑电路实现。

故障标识模块12为一组与传感器信号位数相同的固定逻辑电平信号，当所有输出传感器均出现故障，多路选择器10选择输出此组信号，用于开关磁阻电机控制板对电机传感器失效的故障判断。

本发明的开关磁阻电机传感器冗余系统及自动切换方法，与外界的连线简单，抗干扰能力强，操作简单，误差小，由于无光学元件，耐油污，坚固，整个检测装置防护等级高，适合用于环境恶劣场合，可以实现故障传感器的自动切换功能，提高了调速系统的无故障运行时间。