轨道列车牵引永磁同步电机转子位置检测装置及轨道列车
阅读说明：本技术 轨道列车牵引永磁同步电机转子位置检测装置及轨道列车 (Rail train traction permanent magnet synchronous motor rotor position detection device and rail train ) 是由 王鸿雪 隋德磊 李磊 于 2018-12-20 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种轨道列车牵引永磁同步电机转子位置检测装置及轨道列车,包括：主控制器、现场可编程门阵列、信号转换器、第一旋转变压器以及第二旋转变压器；主控制器与现场可编程门阵列电连接；第一旋转变压器的激励端以及第二旋转变压器的激励端均与现场可编程门阵列电连接；第一旋转变压器的输出端和第二旋转变压器的输出端均与信号转换器的输入端电连接,信号转换器的输出端与现场可编程门阵列电连接；第一旋转变压器的转子与第一牵引电机传动连接,第二旋转变压器的转子与第二牵引电机传动连接；可以同时检测第一牵引电机和第二牵引电机的转子转动角度,降低了轨道列车的成本。(The invention provides a rail train traction permanent magnet synchronous motor rotor position detection device and a rail train, comprising: the system comprises a main controller, a field programmable gate array, a signal converter, a first rotary transformer and a second rotary transformer; the main controller is electrically connected with the field programmable gate array; the excitation end of the first rotary transformer and the excitation end of the second rotary transformer are both electrically connected with the field programmable gate array; the output end of the first rotary transformer and the output end of the second rotary transformer are both electrically connected with the input end of the signal converter, and the output end of the signal converter is electrically connected with the field programmable gate array; the rotor of the first rotary transformer is in transmission connection with the first traction motor, and the rotor of the second rotary transformer is in transmission connection with the second traction motor; the rotor rotation angles of the first traction motor and the second traction motor can be detected simultaneously, and the cost of the rail train is reduced.)
技术领域
本发明涉及轨道列车牵引控制技术领域，尤其涉及一种轨道列车牵引永磁同步电机转子位置检测装置及轨道列车。
背景技术
轨道列车的动力一般通过轨道列车牵引电机提供，轨道列车牵引电机为永磁同步电机，轨道列车牵引电机包括由永磁体构成的转子、以及由线圈构成的定子，因此如何检测转子的位置以控制线圈的磁场进而控制轨道列车牵引电机工作成为研究的热点。
现有技术中，一般通过永磁同步电机转子位置检测装置来检测转子的位置，永磁同步电机转子位置检测装置包括旋转变压器、解码芯片以及主控制器，旋转变压器的转子与轨道列车牵引电机的转子传动连接，旋转变压器与解码芯片电连接，解码芯片与主控制器电连接，主控制器与轨道列车牵引电机电连接。工作时，轨道列车牵引电机的转子发生转动，轨道列车牵引电机的转子带动旋转变压器的转子转动，旋转变压器可以检测出轨道列车牵引电机转子的转动信号，进而将转动信号输入到解码芯片，解码芯片对转动信号进行处理以获取轨道列车牵引电机转子的转动角度。
然而，现有技术中的解码芯片与旋转变压器一一对应，轨道列车上具有多个轨道列车牵引电机，相应的需设置多个解码芯片，导致轨道列车的成本较高。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种轨道列车牵引永磁同步电机转子位置检测装置及轨道列车，以解决现有技术中的解码芯片与旋转变压器一一对应，轨道列车上具有多个轨道列车牵引电机，相应的需设置多个解码芯片，导致轨道列车的成本较高的技术问题。
本发明实施例提供了一种轨道列车牵引永磁同步电机转子位置检测装置，包括：主控制器、现场可编程门阵列、信号转换器、第一旋转变压器以及第二旋转变压器；
所述主控制器与所述现场可编程门阵列电连接；
所述第一旋转变压器的激励端以及所述第二旋转变压器的激励端均与所述现场可编程门阵列电连接；
所述第一旋转变压器的输出端和所述第二旋转变压器的输出端均与所述信号转换器的输入端电连接，所述信号转换器的输出端与所述现场可编程门阵列电连接；
所述第一旋转变压器的转子与第一牵引电机传动连接，所述第二旋转变压器的转子与第二牵引电机传动连接。
如上所述的轨道列车牵引永磁同步电机转子位置检测装置，优选地，所述轨道列车牵引永磁同步电机转子位置检测装置还包括第一放大器和第二放大器，所述第一旋转变压器的激励端通过所述第一放大器与所述现场可编程门阵列连接，所述第一放大器用于对输入到所述第一旋转变压器的激励信号进行放大；
所述第二旋转变压器的激励端通过所述第二放大器与所述现场可编程门阵列连接，所述第二放大器用于对输入到所述第二旋转变压器的激励信号进行放大。
如上所述的轨道列车牵引永磁同步电机转子位置检测装置，优选地，所述第一放大器包括第一差分放大电路，所述第二放大器包括第二差分放大电路。
如上所述的轨道列车牵引永磁同步电机转子位置检测装置，优选地，所述轨道列车牵引永磁同步电机转子位置检测装置还包括第三旋转变压器，所述第三旋转变压器的激励端与所述现场可编程门阵列电连接，所述第三旋转变压器的输出端与所述信号转换器电连接；所述第三旋转变压器与第三牵引电机电连接。
如上所述的轨道列车牵引永磁同步电机转子位置检测装置，优选地，所述轨道列车牵引永磁同步电机转子位置检测装置还包括第三放大器，所述第三旋转变压器的激励端通过所述第三放大器与所述现场可编程门阵列连接，所述第三放大器用于对输送至所述第三旋转变压器的激励信号进行放大。
如上所述的轨道列车牵引永磁同步电机转子位置检测装置，优选地，所述轨道列车牵引永磁同步电机转子位置检测装置还包括第四旋转变压器，所述第四旋转变压器的激励端与所述现场可编程门阵列电连接，所述第四旋转变压器的输出端与所述信号转换器电连接；所述第三旋转变压器与第四牵引电机电连接。
如上所述的轨道列车牵引永磁同步电机转子位置检测装置，优选地，所述轨道列车牵引永磁同步电机转子位置检测装置还包括第四放大器，所述第四旋转变压器的激励端通过所述第四放大器与所述现场可编程门阵列电连接，所述第四放大器用于对输送至所述第四旋转变压器的激励信号进行放大。
如上所述的轨道列车牵引永磁同步电机转子位置检测装置，优选地，所述第三放大器包括第三差分放大电路，所述第四放大器包括第四差分放大电路。
如上所述的轨道列车牵引永磁同步电机转子位置检测装置，优选地，所述信号转换器包括模数转换器。
本发明实施例还提供一种轨道列车，其特征在于，包括如上所述的轨道列车牵引永磁同步电机转子位置检测装置。
本发明提供的轨道列车牵引永磁同步电机转子位置检测装置及轨道列车，通过使主控制器与现场可编程门阵列电连接；第一旋转变压器的激励端以及第二旋转变压器的激励端均与现场可编程门阵列电连接；第一旋转变压器的输出端和第二旋转变压器的输出端均与信号转换器的输入端电连接，信号转换器的输出端与现场可编程门阵列电连接；可以同时检测第一牵引电机和第二牵引电机的转子转动角度，降低了轨道列车的成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的轨道列车牵引永磁同步电机转子位置检测装置的连接示意图。
附图标记说明：
1、第一旋转变压器；
2、第二旋转变压器；
3、第三旋转变压器；
4、第四旋转变压器；
5、第一放大器；
6、第二放大器；
7、第三放大器；
8、第四放大器；
10、主控制器；
20、现场可编程门阵列；
30、信号转换器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例提供的轨道列车牵引永磁同步电机转子位置检测装置的连接示意图。
请参照图1。本实施例提供一种轨道列车牵引永磁同步电机转子位置检测装置，包括：主控制器10、现场可编程门阵列20、信号转换器30、第一旋转变压器1以及第二旋转变压器2。
主控制器10与现场可编程门阵列20电连接。
第一旋转变压器1的激励端以及第二旋转变压器2的激励端均与现场可编程门阵列20电连接。
第一旋转变压器1的输出端和第二旋转变压器2的输出端均与信号转换器30的输入端电连接，信号转换器30的输出端与现场可编程门阵列20电连接。
第一旋转变压器1的转子与第一牵引电机传动连接，第二旋转变压器2的转子与第二牵引电机传动连接。
具体地，主控制器10可以为任意能够控制轨道列车牵引电机工作的装置，例如：主控制可以为单片机或者可编程逻辑控制器等，能够接收来自现场可编程门阵列20的信号，并且可以向现场可编程门阵列20发送信号的装置。另外主控制器10还与轨道列车的各轨道列车牵引电机电连接，以便对来自现场可编程门阵列20的信号进行分析后，控制各轨道列车牵引电机工作。
第一旋转变压器1为电磁式传感器又称同步分解器；第一旋转变压器1包括定子和转子，定子包括原线圈，第一旋转变压器1的激励端与原线圈电连接，第一旋转变压器1的激励端还与现场可编程门阵列20电连接，可编程门阵列可以向原线圈发送激励信号，以为原线圈供电；第一旋转变压器1的转子包括副线圈，第一旋转变压器1的转子与第一牵引电机的转子传动连接；当第一牵引电机的转子转动时带动第一旋转变压器1的转子转动，进而产生检测信号；信号转换器30接收检测信号，并且对检测信号进行转换，以形成能够被现场可编程门阵列20接收的信号，进而现场可编程门阵列20对信号进行处理以获得第一牵引电机的转动角度。
示例性的，第一旋转变压器1可以检测第一牵引电机转动的正弦电压信号和余弦电压信号，可编程门阵列接收到正弦电压信号和余弦电压信号后，根据坐标旋转数字计算方法(Coordinate Rotation Digital Computer，简称CORDIC)计算出第一牵引电机的转子转动角度。
本实施例中，第二旋转变压器2和第一旋转变压器1的结构和工作原理相同，在此不再赘述。第一牵引电机和第二牵引电机可以为轨道列车中同一车厢内的不同转向架上的牵引电机，当然第一牵引电机和第二牵引电机还可以为轨道列车中不同车厢内转向架上的牵引电机。
本实施例中，现场可编程门阵列20(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)可以对来自第一旋转变压器1和第二旋转变压器2的检测信号进行处理，以获得第一牵引电机和第二牵引电机转子的转动角度，进而将第一牵引电机和第二牵引电机转子的转动角度输送至主控制器10内，主控制器10内根据第一牵引电机和第二牵引电机转子的转动角度控制第一牵引电机和第二牵引电机工作。另外，现场可编程门阵列20还可以向第一旋转变压器1和第二旋转变压器2输送激励信号，使第一旋转变压器1和第二旋转变压器2工作。值得注意的是，现场可编程门阵列20通过执行内部储存的程序实现上述功能。
本实施例中信号转换器30可以为任意能够将第一旋转变压器1和第二旋转变压器2输送的检测信号转变成能够被现场可编程门阵列20识别的信号的装置；例如：信号转换器30可以包括模数转换器，模数转换器可以将第一旋转变压器1和第二旋转变压器2输出的模拟信号转变成数字信号，并输送至现场可编程门阵列20中。
本实施例中，主控制器10可以为TMS320F28335型数字信号处理器，现场可编程门阵列20可为XC3S500E型FPGA，信号转换器30可以为AD7606型模数转换器。
本实施例提供的轨道列车牵引永磁同步电机转子位置检测装置的工作过程为：现场可编程门阵列20向第一旋转变压器1和第二旋转变压器2输送激励信号，当第一牵引电机的转子转动时，带动第一旋转变压器1的转子转动，第一旋转变压器1可以检测出正弦电压信号和余弦电压信号，信号转换器30对正弦电压信号和余弦电压信号进行转换，并将转换后的正弦电压信号和余弦电压信号输送至现场可编程门阵列20中，现场可编程门阵列20对接收到的正弦电压信号和余弦电压信号进行处理，以获得第一牵引电机的转动角度，控制器根据转动角度控制第一牵引电机工作。
与此同时，当第二牵引电机的转子转动时，带动第二旋转变压器2的转子转动，第二旋转变压器2可以检测出正弦电压信号和余弦电压信号，信号转换器30对正弦电压信号和余弦电压信号进行转换，并将转换后的正弦电压信号和余弦电压信号输送至现场可编程门阵列20中，现场可编程门阵列20对接收到的正弦电压信号和余弦电压信号进行处理，以获得第二牵引电机的转动角度，控制器根据转动角度控制第二牵引电机工作。
本实施例提供的轨道列车牵引永磁同步电机转子位置检测装置，通过使主控制器10与现场可编程门阵列20电连接；第一旋转变压器1的激励端以及第二旋转变压器2的激励端均与现场可编程门阵列20电连接；第一旋转变压器1的输出端和第二旋转变压器2的输出端均与信号转换器30的输入端电连接，信号转换器30的输出端与现场可编程门阵列20电连接；可以同时检测第一牵引电机和第二牵引电机的转子转动角度，降低了轨道列车的成本。
本实施例中，轨道列车牵引永磁同步电机转子位置检测装置还包括第一放大器5和第二放大器6，第一旋转变压器1的激励端通过第一放大器5与现场可编程门阵列20连接，第一放大器5用于对输入到第一旋转变压器1的激励信号进行放大；第二旋转变压器2的激励端通过第二放大器6与现场可编程门阵列20连接，第二放大器6用于对输入到第二旋转变压器2的激励信号进行放大。
第一放大器5和第二放大器6可以对现场可编程门阵列20输出的激励信号进行放大，可以将现场可编程门阵列20的输出功率设置的较小。
进一步地，第一放大器5包括第一差分放大电路，第二放大器6包括第二差分放大电路。差分放大电路的信号输出较为稳定。
本实施例中，轨道列车牵引永磁同步电机转子位置检测装置还包括第三旋转变压器3，第三旋转变压器3的激励端与现场可编程门阵列20电连接，第三旋转变压器3的输出端与信号转换器30电连接；第三旋转变压器3与第三牵引电机电连接。
可以对三个牵引电机同时进行检测，进一步降低了轨道列车的成本。需要说明的是，第三旋转变压器3与第一旋转变压器1和第二旋转变压器2的结构和工作原理大体相同，在此不再赘述。
进一步地，轨道列车牵引永磁同步电机转子位置检测装置还包括第三放大器7，第三旋转变压器3的激励端通过第三放大器7与现场可编程门阵列20连接，第三放大器7用于对输送至第三旋转变压器3的激励信号进行放大。
具体地，轨道列车牵引永磁同步电机转子位置检测装置还包括第四旋转变压器4，第四旋转变压器4的激励端与现场可编程门阵列20电连接，第四旋转变压器4的输出端与信号转换器30电连接；第三旋转变压器3与第四牵引电机电连接。可以对四个牵引电机同时进行检测，进一步降低了过道列车的成本。需要说明的是，第四旋转变压器4与第一旋转变压器1和第二旋转变压器2的结构和工作原理大体相同，在此不再赘述。
进一步地，第一牵引电机、第二牵引电机、第三牵引电机以及第四牵引电机可以均为同一车厢转向架上的牵引电机；当然，第一牵引电机、第二牵引电机、第三牵引电机以及第四牵引电机也可以为不同车厢转向架上的电机。
本实施例中，轨道列车牵引永磁同步电机转子位置检测装置还包括第四放大器8，第四旋转变压器4的激励端通过第四放大器8与现场可编程门阵列20电连接，第四放大器8用于对输送至第四旋转变压器4的激励信号进行放大。
进一步地，第三放大器7包括第三差分放大电路，第四放大器8包括第四差分放大电路。差分放大电路的信号输出较为稳定。
在其他实施例中还提供一种轨道列车，包括：如上所述的轨道列车牵引永磁同步电机转子位置检测装置。
在本发明中，除非另有明确的规定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸的连接，或一体成型，可以是机械连接，也可以是电连接或者彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒体间接连接，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的互相作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。