本文關(guān)鍵詞：粗精耦合軸向磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的電磁原理與特性研究　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：軸向磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器是自動裝置中的一類精密控制微電機。在電機控制系統(tǒng)中,它主要用于轉(zhuǎn)子角度的數(shù)據(jù)傳輸,具有精度高、體積小、轉(zhuǎn)動慣量小、抗干擾、耐高溫高濕等特點,可以廣泛地應(yīng)用于國防、航天、汽車等領(lǐng)域中。1對極單通道軸向磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器可以輸出絕對位置信號,但是無法完成高精度測量,多對極單通道軸向磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器可以進行高精度測量,但是無法實現(xiàn)絕對位置信號的輸出。為了保證在高精度情況下對電機轉(zhuǎn)子位置信息進行絕對測量,本文以一種粗精耦合軸向磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器(Axial Reluctance Resolver,ARR)為研究對象,并對其電磁原理分析、電感計算、電磁場的分析與計算、精機信號繞組輸出電勢的分析與優(yōu)化、定轉(zhuǎn)子的偏心與偏移對測量精度的影響等問題進行了研究。本文工作主要包括以下幾個部分:提出了一種新型粗精耦合ARR的結(jié)構(gòu),確定了勵磁繞組與信號繞組的繞組型式、定子鐵心型式、轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁波帶結(jié)構(gòu)。采用解析法推導(dǎo)了理想狀態(tài)下定轉(zhuǎn)子之間的耦合面積,得出了這種磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器氣隙磁導(dǎo)隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角變化的規(guī)律,并建立了電壓方程與等效電路。得到了兩相粗機輸出電勢符合1倍角正弦函數(shù)特性與1倍角余弦函數(shù)特性,兩相精機輸出電勢符合P倍角正弦函數(shù)特性與P倍角余弦函數(shù)特性,證明了粗精耦合ARR設(shè)計理念的可行性。針對粗精耦合ARR結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及電感參數(shù)難以計算的特點,采用繞組函數(shù)法分別推導(dǎo)了等匝繞組型式與正弦繞組型式下粗精耦合ARR的電感,對兩種不同繞組型式下自感與互感的變化規(guī)律進行了對比分析,得出了繞組電感與粗精耦合ARR誤差之間的關(guān)系,為提高此種旋轉(zhuǎn)變壓器的測量精度提供了理論基礎(chǔ)。并對電感的仿真分析與解析計算進行了相應(yīng)的實驗,驗證了電感解析結(jié)果、電感仿真結(jié)果與電感測量結(jié)果基本吻合,證明了這種粗精耦合ARR電感計算方法的可行性與有效性。采用有限元法分析了粗精耦合ARR的電磁場,揭示了各種結(jié)構(gòu)參數(shù)對精耦合ARR磁場分布的影響,為提高粗精耦合ARR的電磁性能提供了指導(dǎo)。建立了考慮齒槽效應(yīng)、磁場分布不均勻等因素下粗精耦合ARR的電壓方程,得出了粗精耦合ARR的輸出特性以及精機輸出電勢諧波畸變率的影響因素,并分析了不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)對精機輸出電勢諧波畸變率的抑制效果。結(jié)果表明,精耦合ARR的結(jié)構(gòu)改進可以使磁場分布更加均勻;對氣隙長度、定子齒數(shù)、轉(zhuǎn)子精粗比、轉(zhuǎn)子相對相位角等參數(shù)進行修正,均能有效地抑制精機輸出電勢諧波畸變率;在轉(zhuǎn)子形狀函數(shù)中疊加諧波的方式也可以實現(xiàn)精機輸出電勢諧波畸變率的抑制。采用有限元法對等匝繞組型式與正弦繞組型式下15對極粗精耦合ARR定子徑向偏心、轉(zhuǎn)子徑向偏心和轉(zhuǎn)子軸向偏移等裝配問題進行了研究,分析了上述問題對該種旋轉(zhuǎn)變壓器測量誤差的影響。并對一臺15對極粗精耦合ARR的樣機進行了實驗,驗證了以上三種裝配問題對測量誤差的影響,得出了不同偏心情況下輸出電勢的變化規(guī)律,為后續(xù)工作中采用測角電路進行補償提供了參考依據(jù)。實驗結(jié)果表明,當(dāng)保證轉(zhuǎn)子軸向偏移量在定子齒高的50%以內(nèi)時,轉(zhuǎn)子的軸向偏移并不會使精機信號繞組輸出電勢出現(xiàn)額外的誤差,只會降低精機輸出電勢的幅值;定轉(zhuǎn)子徑向偏心會導(dǎo)致精機信號繞組輸出電勢出現(xiàn)額外的函數(shù)誤差,定子徑向偏心還會使精機信號繞組輸出電勢產(chǎn)生額外的零位誤差。
[Abstract]:The axial reluctance rotary transformer is a kind of precision automatic control device in micro motor. The motor control system, it is mainly used for data transmission of the rotor angle, with high precision, small volume, small inertia, anti-interference, high temperature and humidity resistance and other characteristics, can be widely used in national defense, aerospace, automobile etc. in the field of.1 single channel axial reluctance resolver absolute position signal output, but can not complete the high precision measurement of single channel multi axial reluctance resolver for high precision measurement, but it is not the absolute position signal output. In order to ensure high precision in case of motor rotor position information absolute measurement, the rotation in a coarse and fine coupling axial reluctance type transformer (Axial Reluctance Resolver, ARR) as the research object, and the electromagnetic principle analysis, inductance calculation of electromagnetic field The analysis and calculation, analysis and optimization of machine output voltage signal winding, eccentric and offset rotor impact on measurement accuracy is studied. This paper mainly includes the following parts: the structure of a new type of coarse and fine coupling ARR, determine the winding type excitation winding and signal winding that type of stator core, a rotor magnetic conduction band structure. The analytical method is used to deduce the coupling area between the ideal state of the rotor, that this reluctance rotary transformer air gap permeance with rotor angle variation, and establishes the voltage equation and the equivalent circuit. The output voltage of two-phase crude machine with 1 double angle sine function characteristics and 1 times the angle cosine function characteristics, two phase precision machine output voltage with P times P times angle characteristics of sine function and cosine function angle characteristics, that the coarse fine coupling ARR design concept is feasible. According to the characteristics of coarse and fine coupling ARR complex structure and inductance parameters are difficult to calculate, using winding function method were used to derive the inductance winding winding type and sinusoidal winding type coarse fine coupling ARR, variation of self inductance and mutual inductance of two different types of winding are compared and analyzed, obtained the relationship between inductance and winding rough fine coupling error of ARR, provides a theoretical basis for improving the measuring accuracy of the rotating transformer. And simulation analysis and analytical calculation of the inductance of the corresponding experiments were carried out to verify the analytical results of measurement results of inductance, inductance and inductance is consistent with the simulation results, to prove the feasibility of this calculation method for coarse and fine coupling inductance ARR and effective. Analyzed by the finite element method of electromagnetic field coupling of coarse and fine ARR, reveals the various structure parameters on the performance of precision coupling of ARR magnetic field distribution, in order to improve the coarse and fine coupling ARR Provides guidance on electromagnetic performance. Considering the cogging effect, the voltage equation of magnetic field distribution factors such as uneven coarse fine coupling of ARR, the factors affecting the output characteristics of coarse and fine coupling of ARR and precision machine output voltage harmonic distortion, and analyzes the different structure parameters of precision machine output voltage harmonic distortion the rate of inhibition effect. The results show that the improved structure of fine coupling of ARR can make the magnetic field distribution is more uniform; the air gap length, the number of teeth of the stator, the rotor rotor forage to concentrate ratio, relative phase angle and other parameters are modified, can effectively restrain the machine output voltage harmonic distortion; the rotor shape function in harmonic superposition the way can also suppress machine output voltage harmonic distortion rate. Using the finite element method, equivalent turn winding type and sinusoidal winding type 15 of coarse and fine coupling ARR stator radial eccentric rotor, radial and eccentric Rotor axial offset assembly was studied, analyzed the impact of these problems on the rotary transformer measurement error. And on a 15 on very coarse and fine coupled ARR prototype experiments were carried out to verify the above three kinds of assembly problems on the effect of measurement errors, the variation of output voltage under different eccentricity and for the follow-up work in the angle measurement circuit provides a reference basis for compensation. The experimental results show that when the rotor axial offset within that stator tooth height 50%, rotor axial offset does not make the output potential additional error of precision machine signal winding, will only reduce the amplitude of output voltage of the machine; eccentric rotor radial lead precision machine signal winding output voltage error function appears additional, stator radial eccentricity will make the precision machine output signal winding potential generated additional zero error.

【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TM383.2

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