专利名称：双转子永磁风力发电机转子转速和位置测量装置及方法
技术领域：
本发明属于测量新能源发电领域，特别涉及双转子永磁风力发电机转子转速和位置测量装置以及方法。
背景技术：
对于近年来较为热门的双机械端口双转子电机诸如四象限能量转换器4QT (即双层永磁外转子式EVT)以及双机械端口 DMP (即单层永磁外转子式EVT)单层永磁外转子式而言，由于电机本身具有两个机械输出转轴，其测速也是比较方便的，可通过装上两个测速装置来获得两个转子的转速，而对于该单输出轴双转子永磁风力发电机而言，由于只有一个输出轴与外界风力机相连，所以要同时获得两个转子转速和位置比较困难，目前还没有可以测量的装置和方法。

发明内容
发明目的针对现有技术存在对于单输出轴的双转子永磁风力发电机中两个转子的转速和位置测量困难的问题，本发明提供一种测量两个转子的转速和位置方法简单、结果精准的装置和方法。技术方案一种双转子永磁风力发电机转子转速和位置测量装置，包括定子、内转子和外转子、霍尔元件，其中，光电编码器设置在双转子永磁风力发电机的内转子转轴上，所述光电编码器输出信号接入数字信号处理器DSP的一组CAP捕获端口，在定子齿表面设有凹槽，在所述凹槽内设置有霍尔元件，所述霍尔元件引出信号送入霍尔信号处理电路，所述霍尔信号处理电路输出信号接入DSP的另一组CAP捕获端口，外转子内外表面贴装弧形永磁体。其中，霍尔元件产生的信号经过整形滤波电路输入数字信号处理器DSP的CAP捕获端口，这样可以使输入到数字信号处理器DSP中的信号波形更方便处理。由于霍尔元件容易损坏的特点，所以选择3个定子齿，在其表面分别设置凹槽，在凹槽内分别安装霍尔元件，在使用过程中可互为备份，保证霍尔元件正常工作故障状态下均可精确测量出外转子转速。为了测量精确需要，3个表面设置有凹槽的定子齿之间的空间夹角分别为120°。其中，内转子为内置有三相对称绕组的绕线式内转子。本发明还提供了 一种双转子永磁风力发电机转子转速和位置测量方法，包括对双转子永磁风力发电机的内转子和外转子的转速和位置的测量，其中，所述双转子永磁风力发电机的内转子的转速和位置测量的具体步骤如下步骤101 :将光电编码器装置在双转子永磁风力发电机的内转子转轴上，光电编码器的输出端与数字信号处理器的一组CAP捕获端口连接；步骤102 :光电编码器输出的用于判断内转子的旋转方向、旋转速率的A、B信号以及用于同步或者调零的Z信号输入至数字信号处理器中，其中，数字信号处理器采集得到A、B信号正交，内转子每转一圈光电编码器输出一个Z信号；步骤103 :当信号处理器的一组CAP捕获端口捕获到脉冲信号时，进入定时器中断，读取该时刻作为时钟基准的定时器中计数器的计数值，定时器中计数器用于对于时间脉冲进行计数；步骤104 :将上述获得的数据带入到公式
权利要求
1.一种双转子永磁风力发电机转子转速和位置测量装置，其特征在于包括光电编码器、定子、内转子和外转子、霍尔元件；所述光电编码器设置在双转子永磁风力发电机的内转子转轴上，所述光电编码器输出信号接入数字信号处理器DSP的一组CAP捕获端口，在定子齿表面设有凹槽，在所述凹槽内设置有霍尔元件，所述霍尔元件引出信号送入霍尔信号处理电路，所述霍尔信号处理电路输出信号接入数字信号处理器DSP的另一组CAP捕获端口，外转子内外表面贴装弧形永磁体。
2.根据权利要求1所述的一种双转子永磁风力发电机转子转速和位置测量装置，其特征在于还包括整形滤波电路，所述光电编码器的输出信号及所述霍尔元件产生的信号经过整形滤波电路输入数字信号处理器DSP的两组CAP捕获端口。
3.根据权利要求1所述的一种双转子永磁风力发电机转子转速和位置测量装置，其特征在于所述表面设置有凹槽的定子齿有3个，在凹槽内分别设有霍尔元件。
4.根据权利要求3所述的一种双转子永磁风力发电机转子转速和位置测量装置，其特征在于所述3个表面设置有凹槽的定子齿之间的空间夹角分别为120°。
5.根据权利要求1所述的一种双转子永磁风力发电机转子转速和位置测量装置，其特征在于所述内转子为内置有三相对称绕组的绕线式内转子。
6.一种双转子永磁风力发电机转子转速和位置测量方法，包括对双转子永磁风力发电机的内转子和外转子的转速和位置的测量，其特征在于所述双转子永磁风力发电机的内转子的转速和位置测量的具体步骤如下步骤101 :将光电编码器装置在双转子永磁风力发电机的内转子转轴上，光电编码器的输出端与数字信号处理器的一组CAP捕获端口连接；步骤102:光电编码器输出的用于判断内转子的旋转方向、旋转速率的A、B信号以及用于同步或者调零的Z信号输入至数字信号处理器中，其中，数字信号处理器采集得到A、B信号正交，内转子每转一圈光电编码器输出一个Z信号；步骤103 :当信号处理器的一组CAP捕获端口捕获到脉冲信号时，进入定时器中断，读取该时刻作为时钟基准的定时器中计数器的计数值，定时器计数器用于对于时间脉冲进行计数；Μ = ΖΜ))χ360步骤104:将上述获得的数据带入到公式 /’⑴—Π0) 和4x/ 就可以获得双转子永磁风力发电机的内转子的转速和位置，式中，ω表示内转子转速，t表示一组CAP捕获端口中的定时中断从一次中断进入下一次中断的时间间隔，T(O), T(I)分别表示计数器在相隔t时间间隔前后所记录的数值，Λ Θ表示t时间间隔内转子转过的位置差，Θ (O)、Θ⑴分别表示t时间间隔前后内转子的位置角大小，m为光电编码器的光栅数；所述双转子永磁风力发电机的外转子的转速和位置测量的具体步骤如下步骤201 :在定子冲片的定子齿的表面加工凹槽，将霍尔元件安装在凹槽中；步骤202 :随着电机外转子转动，霍尔元件对磁场的强弱变化进行反应产生脉冲信号， 将霍尔元件产生的脉冲信号送入数字信号处理器的另一组CAP捕获端口 ；步骤203 :数字信号处理器对霍尔元件输出的矩形脉冲信号的进行上升沿捕获，设置两个捕获中断，当上升沿到达时，分别读取作为时钟基准的定时器中计数器的计数值，获得从一次捕获中断进入下一次捕获中断的时间脉冲数，进而得到进入两次捕获中断的时间间隔;步骤204:根据两次捕获中断时间间隔内外转子转过的角度，和两次中断的时间间隔获得外转子的转速；步骤205 :对霍尔元件产生的脉冲信号进行N倍频，将倍频后信号送入另一个CAP捕获端口，每一次上升沿到达时，进入一次捕获中断，并记录捕获中断的次数，获得外转子的位置。
7.根据权利要求6所述的双转子永磁风力发电机转子转速和位置测量方法，其特征在于还包括整形滤波电路，所述光电编码器的输出信号及所述霍尔元件产生的信号经过整形滤波电路输入数字信号处理器DSP的两组CAP捕获端口。
8.根据权利要求6所述的双转子永磁风力发电机转子转速和位置测量方法，其特征在于所述步骤201中分别在3个定子齿的表面加工凹槽，并在凹槽中安装霍尔元件。
9.根据权利要求6所述的双转子永磁风力发电机转子转速和位置测量方法，其特征在于3个表面设置有凹槽的定子齿之间的空间夹角分别为120°。
10.根据权利要求6或8所述的双转子永磁风力发电机转子转速和位置测量方法，其特征在于在所述步骤203先设置一个中断函数，在中断函数中设置三个对输入数字信号处理器的霍尔信号进行判别的中断向量，当三个霍尔元件正常发出脉冲信号时，三个中断向量分别进行一次O、I变换，若其中一个中断向量未更新，进行步骤203-205，若三个中断向量均正常更新，获得外转子的转速和位置的方法如下步骤301 :通过数字信号处理器的三个捕获端口分别对三路脉冲霍尔信号的上升沿进行捕获；步骤302 :设置捕获中断，当任一 CAP端口捕获上升沿时，进入捕获中断；步骤303 :通过作为时钟基准的定时器中计数器对于两次相邻捕获中断的时间间隔内的时钟脉冲进行计数，获得相邻两次捕获中断的时间差；步骤304 :基于霍尔元件工作原理，根据电机极对数及霍尔元件放置的空间位置获得相邻两次捕获中断对应的外转子转过的角度；步骤305 :根据上述步骤获得的相邻两次捕获中断的时间差与相邻两次捕获中断的时间内外转子转过的弧度得到外转子的转速；步骤306 :设置另一定时器中断，当满足定时器中断条件时进入定时器中断，获得前后两次中断之间经过的时间；步骤307 :调取步骤305中获得的外转子的转速与步骤6中获得两次中断之间经过的时间获得在两次中断之间外转子转过的角度差；步骤308 :通过对步骤307中获得的外转子转过的角度的累加获得外转子的位置，并在每次捕获中断时，更新一次转子位置信号，获取准确转子位置信号。
全文摘要
本发明公开了一种双转子永磁风力发电机转子转速和位置测量装置及方法，主要是通过数字信号处理器对安装在双转子永磁风力发电机转子上的光电编码器和定子表面凹槽内设置的霍尔元件产生的信号进行检测，分别获得内外转子的转速和位置。本发明对于无法安装测速装置的外转子来说，利用更为廉价的霍尔元件通过对于电机内部磁场强度的检测测量出转子转速和位置信号，故障状态时也保证可以较为精确的测量出外转子转速，通过硬件倍频或软件倍频、霍尔元件的数量大小以及放置位置的不同可得到不同的测量精度，组合灵活，测量方法简单，测量装置成本低廉，而且完全可以满足相应的精度。
文档编号G01P3/486GK103048486SQ20121058400
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者张建忠, 王元元, 程明 申请人:东南大学