低纹波无刷测速发电机制造技术

本实用新型专利技术为低纹波无刷测速发电机，本测速发电机转子有ｎ对永磁，定子单元有ｎ组均布的绕组，各绕组连接开关阵列的电子开关；定子单元上有ｎ个连接编码单元的磁敏元件；开关阵列对应各绕组有４个电子开关，开关阵列的公共端是本发电机输出；编码单元内含磁敏元件信号处理线路。各电子开关选通线路分别连接编码单元选通逻辑信号输出端。调整各磁敏元件和其绕组的相对位置，使磁极位置脉冲有效沿与该绕组电压波形开始进入稳定区域的时刻同步。使用方法为：编码单元依磁极位置信号的编码组合，输出选通逻辑信号，各电子开关通或断，将波形处于稳定区域的绕组正／反接，按转子正／反转输出正／负值电压。本测速发电机输出纹波小，控制精度高、可靠。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及测速发电机，具体为一种低纹波、无刷的测速发电机。(二)
技术介绍
测速发电机是自动控制领域常用的测速元件。测速发电机的转子与被测 旋转体连轴，测速发电机输出电压信号与转子的转速相关联，由此即可得到 其转速值。现有的测速发电机的转子和定子通常是其一为永磁磁钢、另一为绕组。当测速发电机的定子是永磁磁钢、转子是绕组时，转子绕组接换相片、 经滑环或碳刷外引，为有刷测速发电机。这种测速发电机的缺陷为其滑环或 碳刷运行中有磨损，需要经常维护，易出故障。另外滑环或碳刷与换向片之 间有相对滑动，换向时输出的电压纹波较大。总之有刷测速发电机的缺点控 制精度不高、可靠性不高。当测速发电机定子是绕组、转子是永磁磁钢时，绕组直接外引，为无刷 测速发电机。此种测速发电机随转子的转动、定子输出与其转速相关联的脉 动交变电压信号。定子绕组输出的脉动交变电压信号可经整流线路转为脉动 直流电压信号、但纹波很大，影响测量和控制精度。虽然引入滤波单元能消 除部分纹波，但为了消除低转速时的纹波，滤波单元的时间常数必然很大， 将会导致信号严重滞后，使测速机响应的速度大打折扣，制约着测控精度。如上所述现有的测速发电机或者因输出电压纹波制约着其测试精度；或 者滑环或碳刷制约着其应用的可靠性，需要改进。(三)
技术实现思路
本技术的目的是设计一种低纹波、无刷的测速发电机，以获得测控精度高、可靠性高的测速元件。本技术设计的低纹波无刷测速发电机含永磁转子、定子单元，还有开关阵列、编码单元。永磁转子端面均匀地装有n对N、 S永磁磁钢，n为3 至5的整数。定子单元覆设数量与转子磁钢对数相同的n组绕组，各绕组之间的角度间隔均为360度/2n，永磁转子和定子绕组构成发电机，定子单元的 各绕组连接开关阵列的电子开关输入端；定子单元上安装有与其绕组数量相 同、位置相匹配的n个磁敏元件，以监测转子磁极与各绕组的相对位置，各 磁敏元件分别连接编码单元；开关阵列上对应每个绕组的两个输出端各有2 个电子开关，各电子开关受编码单元给出的选通信号控制或断开、或接通， 开关阵列公共输出端是本测速发电机的输出；编码单元内含磁敏元件信号处 理线路，各磁敏元件的输出端连接编码单元。开关阵列中各绕组所接电子开 关输出端的选通线路分别连接编码单元对应的选通逻辑信号输出端；外部供 电电源连接磁敏元件、编码单元、开关阵列，为之供电。依发电机原理，当永磁转子正向转动时，定子绕组因切割磁力线产生感 应电压信号；对于某一组绕组，随着永磁转子转动的N/S磁极逐步进入、直 至远离该绕组区域，该绕组电压信号波形是正/负方向脉动的梯形波；梯形波 顶平直无波动，其高度与转速成正比；因各个绕组电角度的差异，各绕组将 产生相位差明确、波形相似的电压波形。同理，当永磁转子反向转动时，绕 组电压信号波形是负/正方向脉动的梯形波；各绕组电压相位关系与转子正转 时相反。与此同时，随着永磁转子N/S磁极转动，对于某一组绕组，定子单元上 的与之匹配的磁敏元件经过编码单元内的信号处理线路输出与该绕组电压的 波形周期相同、波形相匹配的数字脉冲信号，该数字脉冲信号表征永磁转子 磁极位置；调整某个磁敏元件与所匹配的绕组的相对安装位置可改变该绕组 电压波形与磁极位置脉冲信号的相位关系；调整两者相对位置，使磁极位置 脉冲有效沿与该绕组电压波形开始进入稳定区域的时刻同步，故此磁敏元件 的磁极位置脉冲信号包含与之匹配的绕组电压波形开始进入无换相波动的时 刻信息。按相同规律调整各磁敏元件和与其匹配绕组的相对位置，即可由各 磁敏元件的磁极位置脉冲信号获得各路绕组电压波形开始进入无换相波动的 时刻信息。在一个电角度周期内，每相磁极位置信号有0和1两个状态；n相磁极 位置信号有2n个状态组合；每相绕组各有一个正值和负值的梯形波顶、无换 相波动的区域，n相绕组则有2n所述稳定区域；2n个稳定区域恰好与2n个 磁极位置信号编码组合一一对应。本技术低纹波无刷测速发电机的使用方法如下本测速发电机的转子与被测旋转体连轴，编码单元通过磁敏元件动态获得各个磁敏元件磁极位置信号，依据当前各个磁敏元件磁极位置信号构成的 编码组合，向开关阵列输出各电子开关的选通逻辑信号，决定开关阵列的各 电子开关的通或断。设转子顺时针转动为正转，则转子的逆时针转动则 为反转。另外以绕组输出的某向电压为正，而以绕组输出的另一向电 压为负。当转子正转且绕组产生正电压时，依据编码组合只将对应的电子开关接通、使波形处于稳定区域的绕组正向接通至开关阵列公共输出端;而当转子正转且绕组输出电压为负时，依据编码组合只将对应的电 子开关接通、使波形处于稳定区域的绕组反向接通至开关阵列公共输出端，即转子正转时本测速发电机的当前输出为与转子转速相对应的正值；同样转子反转时，将与此磁极位置信号编码组合相对应的电子开关接通、 使波形处于稳定区域的绕组或正向或反向接通至开关阵列公共输出端，测速 发电机的当前输出为与转子转速相对应的负值。如此动态执行。电子开关的切换速度一般仅为50 100纳秒，故本测速发电机总是动态输出处于稳定 区域的波形。选通逻辑信号与磁极位置信号的逻辑关系由真值表获得，编码单元的信 号处理线路是通用的译码器、或者是可编程逻辑器件。本技术低纹波无刷测速发电机的有益效果是(1)始终输出处于稳 定区域的电压波形，测速发电机的输出纹波小，控制精度高；(2)无碳刷或 换向器，无需经常维护，故障率低，可靠性高；(3)因输出纹波小，不需接 入大延时的消除纹波的滤波线路，响应速度快。附图说明图1为本低纹波无刷测速发电机实施例的结构示意图2为本低纹波无刷测速发电机实施例的永磁转子示意图3为本低纹波无刷测速发电机的使用方法实施例转子正转时的各相绕组输出的电压波形与各磁敏元件的磁极位置脉冲信号的相位关系图4为本低纹波无刷测速发电机的使用方法实施例转子反转时的各相绕组输出的电压波形与各磁敏元件的磁极位置脉冲信号的相位关系图。图中标记为1、永磁转子，2、定子单元，3、开关阵列，4、编码单元， 5、电子开关的选通线路，6、电子开关，7、绕组，8、磁敏元件。具体实施方式本低纹波无刷测速发电机实施例如图1所示，本例中永磁转子1有3对N/S磁极，定子单元2含3组绕组7、 3个磁敏元件8。本实施例的低纹波测速发电机的永磁转子1如图2所示，其端面均匀地 装有3对N、 S永磁磁钢。永磁转子4定子单元2按间隔60度、覆设3组绕 组7，各绕组7之间的角度间隔均为60度。永磁转子1和定子单元2的绕组 7按公知的发电机原理构成发电机。定子单元2的每个绕组7对应开关阵列3 的4个电子开关6，各绕组7的二输出端各连接2个电子开关6的输入端； 定子单元2上安装3个磁敏元件8，分别与三个绕组7的位置相匹配，以监 测转子1的磁极与各绕组7的相对位置。各磁敏元件8的输出端Ma、 Mb、 Mc 分别连接编码单元4;开关阵列3上的12个电子开关6的输出端各接其选通 线路5，受其控制或断开、或接通，12个电子开关6的输出公共端0、 P是本 测速发电机的输出；编码单元4内含磁敏元件8的信号处理线路，编码单元 4的输出端S1、 S2、 S3、 S4、 S5、 S6分别连接开关阵列3的各电子开关6的 选通线路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低纹波无刷测速发电机，含永磁转子（１）和定子单元（２），其特征在于：　还有开关阵列（３）、编码单元（４），永磁转子（１）端面均匀地装有ｎ对Ｎ、Ｓ永磁磁钢，ｎ为３至５的整数；定子单元（２）覆设数量与转子磁钢对数相同的ｎ组绕组（７）， 各绕组（７）之间的角度间隔均为３６０度／２ｎ，永磁转子（１）和定子绕组（７）构成发电机，定子单元（２）的各绕组（７）连接开关阵列（３）的电子开关（６）输入端；定子单元（２）上安装有与其绕组（７）数量相同、位置相匹配的ｎ个磁敏元件（８），各磁敏元件（８）分别连接编码单元（４）；开关阵列（３）上对应每个绕组（７）的两个输出端各有２个电子开关（６），各电子开关（６）受编码单元（４）给出的选通信号控制或断开、或接通，开关阵列（３）的公共输出端是本测速发电机的输出；编码单元（４）内含磁敏元件信号处理线路，各磁敏元件（８）的输出端连接编码单元（４）；开关阵列（３）中各绕组（７）所接电子开关（６）输出端的选通线路（５）分别连接编码单元（４）对应的选通逻辑信号输出端；外部供电电源连接磁敏元件（８）、编码单元（４）、开关阵列（３）。

【技术特征摘要】
1、一种低纹波无刷测速发电机，含永磁转子(1)和定子单元(2)，其特征在于还有开关阵列(3)、编码单元(4)，永磁转子(1)端面均匀地装有n对N、S永磁磁钢，n为3至5的整数；定子单元(2)覆设数量与转子磁钢对数相同的n组绕组(7)，各绕组(7)之间的角度间隔均为360度/2n，永磁转子(1)和定子绕组(7)构成发电机，定子单元(2)的各绕组(7)连接开关阵列(3)的电子开关(6)输入端；定子单元(2)上安装有与其绕组(7)数量相同、位置相匹配的n个磁敏元件(8)，各磁敏元件(8)分别连接编码单元(4)；开关阵列(3)上对应每个绕组(7)的两个输出端各有2个电子开关(6)，各电子开...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕虹，
申请(专利权)人：桂林星辰科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：45[中国|广西]