磁阻式旋转变压器简介专题培训课件.ppt

1、磁阻式旋磁阻式旋转变压器转变压器简介简介内容内容1. 磁阻式旋转变压器介绍l定义l特点l测试l材料l标准l使用注意事项2.磁阻式旋转变压器的应用lEPSl电动汽车l矿山机械l高铁3. 国外磁阻式旋转变压器先进技术l生产商介绍l设计理念l生产线l焊接l封装l下线4.磁阻式旋转变压器存在的挑战和发展趋势11.1.磁阻式旋转变压器介绍磁阻式旋转变压器介绍l 定义l 特点l 测试l 材料l 标准l 使用注意事项(WHT)(ORG)R31R(RED)S(BLU)S4S(YEL)23S(BLK)1Primary SideSecondary Side 磁阻式旋变是一种利用气隙磁阻变化而输出信号变化的旋转变压

2、器磁阻式旋变是一种利用气隙磁阻变化而输出信号变化的旋转变压器. .其是依其是依据电磁感应原理，利用气隙变化磁阻变化，而使输出绕阻的感生电压随机械转据电磁感应原理，利用气隙变化磁阻变化，而使输出绕阻的感生电压随机械转角作相应正弦或余弦变化的角度传感元件。角作相应正弦或余弦变化的角度传感元件。 转角变化转角变化-气隙磁导变化气隙磁导变化-气隙磁通密度变化气隙磁通密度变化-副边感生电动势变化副边感生电动势变化 凸极转子弧线决定气隙分布磁导变化，气隙磁导影响信号绕组感应电势变化。pEEpEEmmcossincossin1.11.1定义定义 结构简单； 成本低； 环境要求不高； 容易实现传动系统一体化，

3、如ISG电机、TM电机； 21.21.2特点特点设备配置设备配置 主要测试项目主要测试项目 设备仪器图设备仪器图 静态高精度测试平台（含：光学分度头、功率 信号发生器、测试仪） 电气误差、变压比、基准电气 零位标记检测 示波器 相位移、零位电压 间接测量：空载电流、消耗功 率、阻抗 绝缘电阻仪 绝缘电阻检测 耐电压测试仪 绝缘介电强度检测 高低温试验箱 高低温测试 振动试验台 振动检测1.31.3测试测试7n 磁阻旋变主要由两大系统组成：电路系统和磁路系统磁阻旋变主要由两大系统组成：电路系统和磁路系统。铁磁材料是组成磁路的主要部分。铁磁材料是组成磁路的主要部分。1.41.4材料材料8n 铁芯是

4、有阻值的，当磁通交变时，铁芯中就会感应交铁芯是有阻值的，当磁通交变时，铁芯中就会感应交变的电势，在导电的铁芯中就会产生环流，这种电流变的电势，在导电的铁芯中就会产生环流，这种电流在铁芯构成的回路与磁通相环链，故称在铁芯构成的回路与磁通相环链，故称涡流。涡流。n 涡流产生的损耗称为涡流产生的损耗称为涡流损耗涡流损耗。22mwwBfkpk kw w与材料有关的比例系数与材料有关的比例系数p pW W=K=K2 2f f2 2d d2 2B Bm m2 2V/12V/12 V V：钢片的体积：钢片的体积 ：硅钢片的电阻率：硅钢片的电阻率 d d：硅钢片厚度：硅钢片厚度p pW W f f2 2、d

5、d2 2 、B Bm m2 2、1/1/ 、V V 加入加入硅硅硅钢片硅钢片增大增大1.41.4材料材料91.41.4材料材料10n 为减小涡流损耗，电机和变压器的铁心都用含为减小涡流损耗，电机和变压器的铁心都用含硅硅量较量较高的高的薄薄硅钢片硅钢片叠成叠成。1.41.4材料材料 磁阻式旋转变压器上海市企业标准由上海赢双电机有限公司于2012年5月提出并起草。 内容：本标准规定了磁阻式旋转变压器的术语和定义、分类和标记、要求、试验方法、检验方法、检验规则、标志、标签和包装、运输、贮存 21.51.5标准标准 1.1.施加给旋转变压器的激励电压、频率应当与产品参数一致，施加给旋转变压器的激励电压

6、、频率应当与产品参数一致， 2. 2.旋转变压器使用环境如冲击、震动、温湿度、盐雾、海拨应符合标准，旋转变压器使用环境如冲击、震动、温湿度、盐雾、海拨应符合标准， 3.3.旋转变压器定子端部引出线在装配、包装、运输、保存、安装、使用过程中应该注旋转变压器定子端部引出线在装配、包装、运输、保存、安装、使用过程中应该注意保护。意保护。 4. 4.旋转变压器使用时应该有屏蔽和接地措施。旋转变压器使用时应该有屏蔽和接地措施。 安装在电机内部时，由于马达内部的磁场会影响旋变本身的磁通量变化率，从而影响安装在电机内部时，由于马达内部的磁场会影响旋变本身的磁通量变化率，从而影响其解码精度，因此必须加装屏蔽罩

7、。并且在旋变的输出线上套上屏蔽线，降低空间电其解码精度，因此必须加装屏蔽罩。并且在旋变的输出线上套上屏蔽线，降低空间电磁干扰。采用这种安装方法将使旋变得到很好的保护，不会受到灰尘、油污等的影响磁干扰。采用这种安装方法将使旋变得到很好的保护，不会受到灰尘、油污等的影响， 因此旋变使用寿命长，故障率低，因此旋变使用寿命长，故障率低， 是一种理想的使用方法。是一种理想的使用方法。 1.61.6注意事项注意事项2.2.磁阻式旋转变压器应用磁阻式旋转变压器应用l EPS上应用l 电动汽车上应用l 矿山机械上应用l 高铁上应用 EPSEPS是一个典型的电机伺服系统。在是一个典型的电机伺服系统。在EPSEP

8、S中中, ,汽车转向时汽车转向时, ,转矩传感器检测到转向盘的力转矩传感器检测到转向盘的力矩和转动方向，将这些信号输送到电控单元矩和转动方向，将这些信号输送到电控单元, ,电控单元根据转向盘的转动力矩、转动方向和电控单元根据转向盘的转动力矩、转动方向和车辆速度等数据向电动机控制器发出信号指令车辆速度等数据向电动机控制器发出信号指令, ,使电动机输出相应大小及方向的转动力矩以使电动机输出相应大小及方向的转动力矩以产生助动力。目前产生助动力。目前, ,国外各大国外各大EPSEPS研发单位正在开发助力电机为交流电机的研发单位正在开发助力电机为交流电机的EPS,EPS,以取代原有以取代原有的有刷直流电

9、机的有刷直流电机EPSEPS。 EPS EPS必须满足很高的实时性和较高的精度要求必须满足很高的实时性和较高的精度要求, ,同时同时, ,要确保其具有高的可靠性。无刷旋要确保其具有高的可靠性。无刷旋转变压器是较好的选择。转变压器是较好的选择。2.1EPS2.1EPS上的应用上的应用5.1.15.1.1旋转变压器在电动汽车电机上面的应用旋转变压器在电动汽车电机上面的应用 混合动力汽车的动力系统以动力传输路线分类，可分为串联式、并联式和混联式等混合动力汽车的动力系统以动力传输路线分类，可分为串联式、并联式和混联式等三种。三种。 不管采用何种方式，在电动机参与传动时都需要速度反馈，控制器接收到速度反

10、馈信不管采用何种方式，在电动机参与传动时都需要速度反馈，控制器接收到速度反馈信号后控制电动机驱动机构将车速稳定在目标速度，号后控制电动机驱动机构将车速稳定在目标速度， 也可以根据速度选择传动方式。也可以根据速度选择传动方式。 常用的速度反馈元件有旋转编码器，霍尔速度传感器、旋转变压器（简称旋变）。常用的速度反馈元件有旋转编码器，霍尔速度传感器、旋转变压器（简称旋变）。 从功能上来讲，三者都能完成速度反馈的功能，但是编码器由于码盘防护等级不高，从功能上来讲，三者都能完成速度反馈的功能，但是编码器由于码盘防护等级不高，容易震坏，虽然有较高的分辨率，但是维修频率高，从而影响整台车质量可靠性；霍尔速容

11、易震坏，虽然有较高的分辨率，但是维修频率高，从而影响整台车质量可靠性；霍尔速度传感器价格便宜、度传感器价格便宜、 但是分辨率低，使得控制精度受到限制，但是分辨率低，使得控制精度受到限制， 而且霍尔元件长时间受热而且霍尔元件长时间受热后磁性会减弱，所以使用寿命不长；旋转变压器由于转子和定子分离，无接触，而且采用后磁性会减弱，所以使用寿命不长；旋转变压器由于转子和定子分离，无接触，而且采用无刷设计，所以有很高的防护等级，能耐高强度的震动，不怕水和油污，使用寿命可以长无刷设计，所以有很高的防护等级，能耐高强度的震动，不怕水和油污，使用寿命可以长达数十年，另外采用专用的转换芯片解码，可以将旋变输出的模

12、拟信号转换为数字信号，达数十年，另外采用专用的转换芯片解码，可以将旋变输出的模拟信号转换为数字信号，有和旋转编码器相当的解码精度。有和旋转编码器相当的解码精度。 因此，做为混合动力汽车的速度反馈元件，旋变可以说一种比较理想的选择。因此，做为混合动力汽车的速度反馈元件，旋变可以说一种比较理想的选择。2.22.2电动汽车上的应用电动汽车上的应用2.22.2电动汽车上的应用电动汽车上的应用2.22.2电动汽车上的应用电动汽车上的应用2.22.2电动汽车上的应用电动汽车上的应用 35 磁阻式旋转变压器应用范围：混合动力汽车、纯电动汽车等。2.22.2电动汽车上的应用电动汽车上的应用4位置Tmax引擎燃

13、烧室*1500引擎*1200Pruis 允许电机绕组温升*2170Pruis 电机冷却油允许温升*2158振动15g/50200Hz/3维/无共振冲击距混凝土地面90cm的高处落下100g/11ms/3维湿度10%100%RH/-40120污浊盐雾、污浊溶液及油中的浸渍 热冲击-40120/各温度下存放30min/800次循环 发动机室温度发动机用传感器的典型环境条件汽车引擎热环境 某型号混合动力汽车汽车热管理研究2.22.2电动汽车上的应用电动汽车上的应用 旋转变压器在矿山机械上面的应用主要是井下运煤车、传输带电机等，一般旋转变压器在矿山机械上面的应用主要是井下运煤车、传输带电机等，一般以磁

14、阻式旋变为主。以磁阻式旋变为主。2.32.3矿山机械上的应用矿山机械上的应用222.42.4高铁上的应用高铁上的应用3.3.国外磁阻式旋变先进技术国外磁阻式旋变先进技术l 生产商介绍l 设计理念l 生产流水线l 焊接l 封装l 下线国内旋变生产商-西安西电微电机有限责任公司、青岛青微电器有限责任公司、中国电子科技集团公司第二十一研究所、深圳厚施电子科技有限公司、上海赢双电机有限公司等等。3.1 3.1 磁阻旋变生产商介绍磁阻旋变生产商介绍国内旋变科研构-西安交通大学、哈尔滨工业大学、南京航空航天大学、上海大学等等。3.1 3.1 磁阻旋变生产商介绍磁阻旋变生产商介绍国外旋变生产商-日本多摩川精

15、机、日本美蓓亚、德国LTN、德国西门子、瑞士ABB、美国泰科电气、美国托菲电气、荷兰ATAS等等。3.1 3.1 磁阻旋变生产商介绍磁阻旋变生产商介绍 采用有限元分析与RDC耦合联合仿真，缩短产品开发周期、提升产品性能、降低研发成本143.2 3.2 设计理念设计理念28采用磁场分析来设计在磁场解析中容易造成问题的是漏磁通。旋转变压器是位于马达内的磁传感器，因此马达机身泄漏出来的磁通量会使信号失真。为了将这一影响降低至最小限度，美蓓亚采取了使用磁场分析来设计的方法。这种方法是凭借在EPS马达用途中积累的经验确立的a）马达机身泄漏出来的漏磁通导致失真。（b）确立了将失真量降至最小的设计方法。 3

16、.2 3.2 设计理念设计理念29泰国邦芭茵工厂的生产线有数十条由78台绕线机排列成的生产线3.2 3.2 生产流水线生产流水线30采用TIG（Tungsten Inert Gas，钨极惰性气体）焊接3.3 3.3 焊接焊接31采用树脂成型封装3.4 3.4 封装封装32自动绕线、下线自动绕线、下线3.5 3.5 绕线绕线4.4.磁阻式旋变存在的挑战和发展趋势磁阻式旋变存在的挑战和发展趋势l 磁阻式旋变存在的挑战l 磁阻式旋变发展趋势 l 分析研究漏磁屏蔽对于磁阻式旋变非常重要l 旋变输出信号会导致IPM电机相移l 选用不同的隔磁材料改善信号失真l 旋变电磁设计需先于IPM电极设计磁路屏蔽结构

17、IPM电机与旋变三维结构由磁阻式旋变激磁引起的IPM电机反电势失真a.32nm负载，b.80nm负载磁路屏蔽后磁场分析10磁阻式旋变与IPM电机之间磁场干扰问题4.14.1磁阻式旋变存在的挑战磁阻式旋变存在的挑战l 低成本、模块标准化汽车行业追求低成本，通过研究基于单片机及DSP的低成本解码模块模数变换软件技术的模块化l 控制解码一体化通过DSP或FPGA将电机控制与位置信号解码集成在一块芯片上l 补偿技术基于有限元结果的补偿技术214.24.2磁阻式旋变发展趋势磁阻式旋变发展趋势参考资料参考资料邢敬娓. 新型磁阻式旋转变压器相关问题研究曲家骐. 伺服控制系统中的传感器曲家骐. 车用旋技术发展与应用ppt谢谢！谢谢！