專利名稱：雙轉子永磁風力發電機轉子轉速和位置測量裝置及方法
技術領域：
本發明屬于測量新能源發電領域，特別涉及雙轉子永磁風力發電機轉子轉速和位置測量裝置以及方法。
背景技術：
對于近年來較為熱門的雙機械端口雙轉子電機諸如四象限能量轉換器4QT (即雙層永磁外轉子式EVT)以及雙機械端口 DMP (即單層永磁外轉子式EVT)單層永磁外轉子式而言，由于電機本身具有兩個機械輸出轉軸，其測速也是比較方便的，可通過裝上兩個測速裝置來獲得兩個轉子的轉速，而對于該單輸出軸雙轉子永磁風力發電機而言，由于只有一個輸出軸與外界風力機相連，所以要同時獲得兩個轉子轉速和位置比較困難，目前還沒有可以測量的裝置和方法。

發明內容
發明目的針對現有技術存在對于單輸出軸的雙轉子永磁風力發電機中兩個轉子的轉速和位置測量困難的問題，本發明提供一種測量兩個轉子的轉速和位置方法簡單、結果精準的裝置和方法。技術方案一種雙轉子永磁風力發電機轉子轉速和位置測量裝置，包括定子、內轉子和外轉子、霍爾元件，其中，光電編碼器設置在雙轉子永磁風力發電機的內轉子轉軸上，所述光電編碼器輸出信號接入數字信號處理器DSP的一組CAP捕獲端口，在定子齒表面設有凹槽，在所述凹槽內設置有霍爾元件，所述霍爾元件引出信號送入霍爾信號處理電路，所述霍爾信號處理電路輸出信號接入DSP的另一組CAP捕獲端口，外轉子內外表面貼裝弧形永磁體。其中，霍爾元件產生的信號經過整形濾波電路輸入數字信號處理器DSP的CAP捕獲端口，這樣可以使輸入到數字信號處理器DSP中的信號波形更方便處理。由于霍爾元件容易損壞的特點，所以選擇3個定子齒，在其表面分別設置凹槽，在凹槽內分別安裝霍爾元件，在使用過程中可互為備份，保證霍爾元件正常工作故障狀態下均可精確測量出外轉子轉速。為了測量精確需要，3個表面設置有凹槽的定子齒之間的空間夾角分別為120°。其中，內轉子為內置有三相對稱繞組的繞線式內轉子。本發明還提供了 一種雙轉子永磁風力發電機轉子轉速和位置測量方法，包括對雙轉子永磁風力發電機的內轉子和外轉子的轉速和位置的測量，其中，所述雙轉子永磁風力發電機的內轉子的轉速和位置測量的具體步驟如下步驟101 :將光電編碼器裝置在雙轉子永磁風力發電機的內轉子轉軸上，光電編碼器的輸出端與數字信號處理器的一組CAP捕獲端口連接；步驟102 :光電編碼器輸出的用于判斷內轉子的旋轉方向、旋轉速率的A、B信號以及用于同步或者調零的Z信號輸入至數字信號處理器中，其中，數字信號處理器采集得到A、B信號正交，內轉子每轉一圈光電編碼器輸出一個Z信號；步驟103 :當信號處理器的一組CAP捕獲端口捕獲到脈沖信號時，進入定時器中斷，讀取該時刻作為時鐘基準的定時器中計數器的計數值，定時器中計數器用于對于時間脈沖進行計數；步驟104 :將上述獲得的數據帶入到公式
權利要求
1.一種雙轉子永磁風力發電機轉子轉速和位置測量裝置，其特征在于包括光電編碼器、定子、內轉子和外轉子、霍爾元件；所述光電編碼器設置在雙轉子永磁風力發電機的內轉子轉軸上，所述光電編碼器輸出信號接入數字信號處理器DSP的一組CAP捕獲端口，在定子齒表面設有凹槽，在所述凹槽內設置有霍爾元件，所述霍爾元件引出信號送入霍爾信號處理電路，所述霍爾信號處理電路輸出信號接入數字信號處理器DSP的另一組CAP捕獲端口，外轉子內外表面貼裝弧形永磁體。
2.根據權利要求1所述的一種雙轉子永磁風力發電機轉子轉速和位置測量裝置，其特征在于還包括整形濾波電路，所述光電編碼器的輸出信號及所述霍爾元件產生的信號經過整形濾波電路輸入數字信號處理器DSP的兩組CAP捕獲端口。
3.根據權利要求1所述的一種雙轉子永磁風力發電機轉子轉速和位置測量裝置，其特征在于所述表面設置有凹槽的定子齒有3個，在凹槽內分別設有霍爾元件。
4.根據權利要求3所述的一種雙轉子永磁風力發電機轉子轉速和位置測量裝置，其特征在于所述3個表面設置有凹槽的定子齒之間的空間夾角分別為120°。
5.根據權利要求1所述的一種雙轉子永磁風力發電機轉子轉速和位置測量裝置，其特征在于所述內轉子為內置有三相對稱繞組的繞線式內轉子。
6.一種雙轉子永磁風力發電機轉子轉速和位置測量方法，包括對雙轉子永磁風力發電機的內轉子和外轉子的轉速和位置的測量，其特征在于所述雙轉子永磁風力發電機的內轉子的轉速和位置測量的具體步驟如下步驟101 :將光電編碼器裝置在雙轉子永磁風力發電機的內轉子轉軸上，光電編碼器的輸出端與數字信號處理器的一組CAP捕獲端口連接；步驟102:光電編碼器輸出的用于判斷內轉子的旋轉方向、旋轉速率的A、B信號以及用于同步或者調零的Z信號輸入至數字信號處理器中，其中，數字信號處理器采集得到A、B信號正交，內轉子每轉一圈光電編碼器輸出一個Z信號；步驟103 :當信號處理器的一組CAP捕獲端口捕獲到脈沖信號時，進入定時器中斷，讀取該時刻作為時鐘基準的定時器中計數器的計數值，定時器計數器用于對于時間脈沖進行計數；Μ = ΖΜ))χ360步驟104:將上述獲得的數據帶入到公式 /’⑴—Π0) 和4x/ 就可以獲得雙轉子永磁風力發電機的內轉子的轉速和位置，式中，ω表示內轉子轉速，t表示一組CAP捕獲端口中的定時中斷從一次中斷進入下一次中斷的時間間隔，T(O), T(I)分別表示計數器在相隔t時間間隔前后所記錄的數值，Λ Θ表示t時間間隔內轉子轉過的位置差，Θ (O)、Θ⑴分別表示t時間間隔前后內轉子的位置角大小，m為光電編碼器的光柵數；所述雙轉子永磁風力發電機的外轉子的轉速和位置測量的具體步驟如下步驟201 :在定子沖片的定子齒的表面加工凹槽，將霍爾元件安裝在凹槽中；步驟202 :隨著電機外轉子轉動，霍爾元件對磁場的強弱變化進行反應產生脈沖信號， 將霍爾元件產生的脈沖信號送入數字信號處理器的另一組CAP捕獲端口 ；步驟203 :數字信號處理器對霍爾元件輸出的矩形脈沖信號的進行上升沿捕獲，設置兩個捕獲中斷，當上升沿到達時，分別讀取作為時鐘基準的定時器中計數器的計數值，獲得從一次捕獲中斷進入下一次捕獲中斷的時間脈沖數，進而得到進入兩次捕獲中斷的時間間隔;步驟204:根據兩次捕獲中斷時間間隔內外轉子轉過的角度，和兩次中斷的時間間隔獲得外轉子的轉速；步驟205 :對霍爾元件產生的脈沖信號進行N倍頻，將倍頻后信號送入另一個CAP捕獲端口，每一次上升沿到達時，進入一次捕獲中斷，并記錄捕獲中斷的次數，獲得外轉子的位置。
7.根據權利要求6所述的雙轉子永磁風力發電機轉子轉速和位置測量方法，其特征在于還包括整形濾波電路，所述光電編碼器的輸出信號及所述霍爾元件產生的信號經過整形濾波電路輸入數字信號處理器DSP的兩組CAP捕獲端口。
8.根據權利要求6所述的雙轉子永磁風力發電機轉子轉速和位置測量方法，其特征在于所述步驟201中分別在3個定子齒的表面加工凹槽，并在凹槽中安裝霍爾元件。
9.根據權利要求6所述的雙轉子永磁風力發電機轉子轉速和位置測量方法，其特征在于3個表面設置有凹槽的定子齒之間的空間夾角分別為120°。
10.根據權利要求6或8所述的雙轉子永磁風力發電機轉子轉速和位置測量方法，其特征在于在所述步驟203先設置一個中斷函數，在中斷函數中設置三個對輸入數字信號處理器的霍爾信號進行判別的中斷向量，當三個霍爾元件正常發出脈沖信號時，三個中斷向量分別進行一次O、I變換，若其中一個中斷向量未更新，進行步驟203-205，若三個中斷向量均正常更新，獲得外轉子的轉速和位置的方法如下步驟301 :通過數字信號處理器的三個捕獲端口分別對三路脈沖霍爾信號的上升沿進行捕獲；步驟302 :設置捕獲中斷，當任一 CAP端口捕獲上升沿時，進入捕獲中斷；步驟303 :通過作為時鐘基準的定時器中計數器對于兩次相鄰捕獲中斷的時間間隔內的時鐘脈沖進行計數，獲得相鄰兩次捕獲中斷的時間差；步驟304 :基于霍爾元件工作原理，根據電機極對數及霍爾元件放置的空間位置獲得相鄰兩次捕獲中斷對應的外轉子轉過的角度；步驟305 :根據上述步驟獲得的相鄰兩次捕獲中斷的時間差與相鄰兩次捕獲中斷的時間內外轉子轉過的弧度得到外轉子的轉速；步驟306 :設置另一定時器中斷，當滿足定時器中斷條件時進入定時器中斷，獲得前后兩次中斷之間經過的時間；步驟307 :調取步驟305中獲得的外轉子的轉速與步驟6中獲得兩次中斷之間經過的時間獲得在兩次中斷之間外轉子轉過的角度差；步驟308 :通過對步驟307中獲得的外轉子轉過的角度的累加獲得外轉子的位置，并在每次捕獲中斷時，更新一次轉子位置信號，獲取準確轉子位置信號。
全文摘要
本發明公開了一種雙轉子永磁風力發電機轉子轉速和位置測量裝置及方法，主要是通過數字信號處理器對安裝在雙轉子永磁風力發電機轉子上的光電編碼器和定子表面凹槽內設置的霍爾元件產生的信號進行檢測，分別獲得內外轉子的轉速和位置。本發明對于無法安裝測速裝置的外轉子來說，利用更為廉價的霍爾元件通過對于電機內部磁場強度的檢測測量出轉子轉速和位置信號，故障狀態時也保證可以較為精確的測量出外轉子轉速，通過硬件倍頻或軟件倍頻、霍爾元件的數量大小以及放置位置的不同可得到不同的測量精度，組合靈活，測量方法簡單，測量裝置成本低廉，而且完全可以滿足相應的精度。
文檔編號G01P3/486GK103048486SQ20121058400
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月28日 優先權日2012年12月28日
發明者張建忠, 王元元, 程明 申請人:東南大學