一种电机转子位置和转子温度集成监测装置

本发明涉及电机测量，尤其涉及一种电机转子位置和转子温度集成监测装置。

背景技术：

1、永磁同步电机由于有着结构简单、高转矩密度等众多优点，因此被广泛应用于新能源汽车、轨道交通等行业。同时，由于市场需要，永磁同步电机体积越来越小而功率更大，导致永磁同步电机的发热情况也越来越严重。当永磁同步电机转子温度过高时，会导致如下情况：

2、(1)可能会导致绕组电阻率增高，进而增加损耗，严重时会导致绕组的绝缘层失效，进而造成短路。

3、(2)会导致永磁体失磁，严重时会导致永磁体永久性失磁，进而使电机无法正常运行甚至损坏。

4、所以对永磁同步电机转子进行实时测温有着重要意义。对其进行实时测温可以提前对电机进行控制调节，使其转子温度不会过高对其造成损坏，进而可以保证永磁同步电机能够高效、安全稳定的运行。

5、相关技术中，针对电机转子的温度监测技术分为直接测温法和间接测温两种方法。直接测温是通过在电机转子内部安置温度传感器，并通过特定的传输方式将信号输出。由于该方法是对旋转物体的温度进行监测，信号由旋转侧传输至静止侧在技术上有一定的挑战性。间接测温法利用反电动势谐波法、信号注入法等方法测量转子的温度。该方法通过对永磁同步电机永磁体磁链相关的参数进行估算测量等，利用其与温度之间的相关性，进而来对永磁同步电机转子的温度进行测量。

6、然而，对于直接测温法，该方法对信号传输有着较高的要求。例如，无线传输例如蓝牙等方式，会受到电机运行的电磁干扰，进而使信号受到干扰。而间接测量由于不使用温度传感器，所以该方法有着较为明显的局限性。例如信号注入法仅适用于静止和低速工况，磁通量观测器测试法则与之相反。

7、如何稳定的对电机转子温度进行测量，是本发明所解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种电机转子位置和转子温度集成监测装置，能够稳定的对电机转子温度进行测量。

2、为了实现上述发明目的，本发明采用技术方案具体为：一种电机转子位置和转子温度集成监测装置，包括环形耦合变压器，所述环形耦合变压器包括环形耦合定子铁芯、环形耦合转子铁芯、定子原边绕组和转子副边绕组，所述环形耦合定子铁芯套设在所述环形耦合转子铁芯上，所述定子原边绕组设置在所述环形耦合定子铁芯上，所述转子副边绕组设置在所述环形耦合转子铁芯上，所述定子原边绕组和所述转子副边绕组相互靠近设置，所述环形耦合转子铁芯上同轴固定有转轴，所述转轴和电机转子同轴连接，所述转子副边绕组上串联有电阻式温度传感器，所述电阻式温度传感器和电机转子连接。

3、本发明在实际使用时：在对电机转子的温度测试前，将转轴和待测电机转子通过联轴器进行同轴固定，将电阻式温度传感器与转子副边绕组串联，并将电阻式温度传感器和电机转子的永磁体进行固定。在对电机转子的温度测试时，对定子原边绕组通电，电机转子转动时，带动环形耦合转子铁芯、转子副边绕组及电阻式温度传感器同步转动，当电机转子的温度变化时，电阻式温度传感器的电阻值发生改变，使得转子副边绕组的电流值改变，并通过转子副边绕组和定子原边绕组之间的耦合关系传递，进而通过测量定子原边绕组的电流即可间接的得到电阻式温度传感器的阻值，从而能够根据电阻式温度传感器的特性得出电机转子的温度值。由于电机转子、环形耦合转子铁芯、转子副边绕组及电阻式温度传感器同步转动，电机转子、环形耦合转子铁芯、转子副边绕组及电阻式温度传感器保持相对静止，从而能够保持信号传递的稳定性，由于定子原边绕组为静止端，因此更加容易对定子原边绕组的电流值进行监测。综上，通过该装置能够稳定的对电机转子的温度进行测量。

4、进一步地，还包括磁阻式旋转变压器，所述磁阻式旋转变压器包括磁阻式定子铁芯、磁阻式转子铁芯和多组正余弦信号绕组，所述磁阻式定子铁芯同轴固定在所述环形耦合定子铁芯的端部，所述磁阻式转子铁芯固定在所述环形耦合转子铁芯的端部，所述磁阻式定子铁芯包覆所述磁阻式转子铁芯的外周，所述磁阻式定子铁芯上开设有多个绕组线槽，多组所述正余弦信号绕组隔齿设置在多组所述绕组线槽内，所述磁阻式定子铁芯和所述磁阻式转子铁芯之间的气隙成正弦分布。

5、通过采用上述技术方案，在对电机转子进行测温时，磁阻式旋转变压器施加励磁，电机转子转动时带动磁阻式转子铁芯转动，由于磁阻式定子铁芯和磁阻式转子铁芯之间的气隙正弦分布，磁阻式转子铁芯转动时，正余弦信号绕组的感应电动势分别包含了电机转子角速度的正弦调制波和余弦调制波，通过对正余弦调制波处理，从而能够得出电机转子的位置。

6、进一步地，所述磁阻式转子铁芯的截面形状呈正弦分布。

7、通过采用上述技术方案，使得磁阻式定子铁芯和磁阻式转子铁芯之间的气隙正弦分布。

8、进一步地，所述绕组线槽的数量至少为八个，多个所述绕组线槽呈圆周阵列排布。

9、通过采用上述技术方案，设置足够多的绕组线槽和正余弦信号绕组，使得采集到的正余弦感应电动势更加精准，能够提高检测电机转子位置的准确性。

10、进一步地，所述环形耦合定子铁芯和所述磁阻式定子铁芯一体连接，所述环形耦合转子铁芯和所述磁阻式转子铁芯一体连接。

11、通过采用上述技术方案，环形耦合变压器和磁阻式旋转变压器为一体结构，在加工制造的过程中，能够保证环形耦合定子铁芯和磁阻式定子铁芯的同轴度，也能够保证环形耦合转子铁芯的轴线和磁阻式转子铁芯的中心线保持重合，从而能够保证数据采集的稳定性，能够提高检测电机转子温度和电机转子位置的准确性。

12、进一步地，所述环形耦合定子铁芯的内周壁上开设有第一环形线槽，所述定子原边绕组设置在所述第一环形线槽内，所述环形耦合转子铁芯的外周壁上开设有第二环形线槽，所述转子副边绕组设置在所述第二环形线槽内，所述第一环形线槽和所述第二环形线槽连通，所述绕组线槽和所述第一环形线槽连通。

13、通过采用上述技术方案，第一环形线槽便于放置定子原边绕组，第二环形线槽便于放置转子副边绕组，绕组线槽便于放置正余弦信号绕组，通过该种方式能够保证绕组线槽的两侧镂空，能够保证磁阻式旋转变压器工作的稳定性，使得环形耦合变压器和磁阻式旋转变压器之间不会相互干扰，且该种结构简单，便于制造。

14、进一步地，所述正余弦信号绕组产生的磁场和所述定子原边绕组、所述转子副边绕组产生的磁场相互垂直。

15、通过采用上述技术方案，由于环形耦合变压器和磁阻式旋转变压器在工作过程中所产生的磁场互相垂直，因此环形耦合变压器和磁阻式旋转变压器在工作过程中不会相互干扰，能够保证测量精度。

16、进一步地，所述电阻式温度传感器为铂电阻。

17、通过采用上述技术方案，铂电阻的精度较高，其能够达到±0.05℃，铂电阻具有较高的工作温度，一般可工作在-200℃至1000℃的温度范围内。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

19、1、本发明通过环形耦合变压器配合铂电阻，铂电阻能够将电机转子的温度信号转化为转子副边绕组的电流信号，并通过转子副边绕组和定子原边绕组之间的耦合关系传递，进而通过测量定子原边绕组的电流即可间接的得到电阻式温度传感器的阻值。由于电机转子、环形耦合转子铁芯、转子副边绕组及电阻式温度传感器同步转动，电机转子、环形耦合转子铁芯、转子副边绕组及电阻式温度传感器保持相对静止，从而能够保持信号传递的稳定性，由于定子原边绕组为静止端，因此更加容易对定子原边绕组的电流值进行监测。

20、2、本发明通过设置磁阻式旋转变压器，在对电机转子进行测温时，磁阻式旋转变压器施加励磁，电机转子转动时带动磁阻式转子铁芯转动，由于磁阻式定子铁芯和磁阻式转子铁芯之间的气隙正弦分布，磁阻式转子铁芯转动时，使得正余弦信号绕组的感应电动势分别包含了电机转子角速度的正弦调制波和余弦调制波，通过对正余弦调制波处理，从而能够得出电机转子的位置。

21、3、本发明环形耦合变压器和磁阻式旋转变压器为一体结构，从而能够保证环形耦合变压器和磁阻式旋转变压器的位置关系不会改变，使得环形耦合变压器和磁阻式旋转变压器在工作过程中不易产生干涉。

22、4、本发明环形耦合变压器和磁阻式旋转变压器在工作过程中所产生的磁场互相垂直，因此环形耦合变压器和磁阻式旋转变压器在工作过程中不会相互干扰，能够保证测量精度。