赵佳蓉，李文韬，黄苏融

   (上海大学机电工程与自动化学院，上海200072)

摘要：提出一种磁阻式旋变及其解码电路的场路协同仿真方法.基于于磁阻式旋变及其解码技术，搭建Maxwell2D/MATLAB协同仿真模型，直接对旋变解码信码进行相应的误差分析。磷阻式旋变样机试验数据与协同仿真结果相吻合，验汪了该仿真模型正确、协I司仿真方法可行.

　　关键词：磁阻式旋变；电动汽车；场路协同仿真中图分类号：TM 301.2 文献标志码：A文章编号：1673—6540(2010)08-0019-040  引  言磁阻式旋变是电动汽车电机系统的关键部件，具有坚固可靠，对环境和温度变化无特殊要求，并能满足电动汽车电机控制系统精度要求的特点。为分析磁阻式旋变的位置解算精度，一种磁阻式旋变理想转子凸极分析方法在文献中提出。但是该方法无法综合旋变的输出信号谐波，以及同有特性对旋变位置角及其误差的影响。

　　结合磁阻式旋变位置传感器及其解码技术，本文提出一种磁阻式旋变及其解码电路的场路协同仿真方法。该方法可综合旋变的输出信号谐波以及固有特性对旋变位置角的影响，直接对旋变解码信号进行误差分析；并以一个2对极lO槽磁阻式旋变样机为例，完成了磁阻式旋变及其RDc解码电路的场路协同仿真分析与试验验证工作。

　　1  磁阻式旋变及其解码技术磁阻式旋变位置传感器系统包括多极磁阻式旋变本体和RDc解码电路两部分，其系统组成如图l所示.旋变本体由定子、转子、励磁绕组Ex和两相正交信号绕组sin、cos组成，磁阻式旋变励磁绕组Ex和信号绕组sin、cos均安装在定子侧，其转子为一使气隙正弦变化的凸极转子。RDc解码电路可由专用芯片或通用数字处理芯片及其外围电路组成。

　　当旋变转子随电机同步旋转时，激磁绕组Ex输入高频交流激磁电压Uex，两相正交输出信号绕组sin、cos输出转子旋转角的正、余弦信号Usin、Ucos0当Uex=Uexsin(ωt)时，旋变两相信号绕组输出电压为

 

 

　　2磁阻式旋变及其解码仿真分析传统旋变仿真分析方法根据设计参数选择旋变绕组匹配方案，并按照磁路法直接设计出磁阻式旋变AutocAD模型，再通过有限元分析得出磁阻式旋变的本体模型参数。根据分析结果修改绕组匹配方案后，再次建立模型进行有限元分析比较后得到最终设计方案。其设计方法流程如图2(a)所示，该方法无法综合分析旋变的输出信号谐波及固有特性对旋变位置角及其误差的影响.

　　因此，以2极10槽磁阻式旋变为例，开展磁阻式旋变及其RDc解码电路的场路协同仿真方法研究，其设计流程如图2(b)所示。

　　使用传统分析方法，仿真结果磁密分布如图3所示，旋变定转子铁心磁密并不饱和，气隙随凸极转子轮廓变化使得槽漏磁分布电随之变化，转子与定子间气隙小的槽1漏磁少，而转子与定子间气隙大的槽2漏磁多，转子旋转时，定子齿槽的漏磁分布也随转子凸极轮廓变化而旋转变化。

 

　　某一时刻定转子之间的气隙磁密分布曲线及其频谱分析如图4所示。从图4(a)中可以看出，受齿槽的影响，气隙磁密呈现出波动变化。用谐波分析法可求出其基波分量，如图4(b)所示。定子与转子间气隙磁密波形O次谐波为直流分量，4、5、6、9、10、11次谐波分量为齿槽谐波分量。

　　通过旋变信号绕组的分布技术可以削弱4、6、10等偶次谐波对输出信号的影响，而其余各次气隙谐波仍无法削弱，导致输出调制信号产生相位移和幅值误差，如图5所示。图5(a)中虚框内时间段sin、cos绕组输出信号与激磁绕组相位移差Δt，如图5(b)所示；sin绕组和cos绕组输出调制信号峰值差△U，如图5(c)所示。旋变固有特性产生误差，经RDc转换后表现为转子位置角的波动.

 

　　为了综合旋变的输出信号谐波及固有特性对旋变位置角的影响，作仿真分析。基于磁阻式旋变及其RDC解码技术，搭建MaxweII 2D／MAT-LAB协同仿真模型，直接对旋变解码信号进行相应的误差分析。采用MaxweII／simplorer有限元电磁仿真软件与MALAB搭建的旋变与RDC解码电路的场路耦合协同仿真平台如图6所示.

　　仿真试验以输入有限元瞬态模型的转速为基准，有限元瞬态模型按匀速转动转角位置，每转动一个时刻对应一个转角位置θ和sin／cos输出信号。将有限元仿真输出的sin／cos信号及θref经simplorer-Sim2sim组件与MATLAB旋变解码模块协同计算。MATLAB旋变解码模块包括sin／cos信号乘法器、调制解调器、比例积分环节及角度变换翻转功能。通过比较RDc解码模块解调出的角度位置信号θ与经过变换的输入基准角度位置信号θref，确定旋变设计模型所存在的误差。

　　2极10槽磁阻式旋变样机有限元模耍4的理想机械角度随时问变化曲线如图7(a)所示，图7(b)为旋变样机输出信号经解码后电角度随时间变化曲线.sin／cos输出信号的幅值误差△U和相位移产生的误差△f可以由RDC解码输出的误差来表示，解码误差曲线如图7(c)所示。RDC解码输出的误差可分为4类：幅值不对称产生的转换误差εl，相位移产生的转换误差εer，两相绕组不完全对称的转换误差εpk及高次谐波误差，假设不考虑高次谐波误差，其位置角理论综合误差可表示为

    图7(c)中实线为旋变样机协同仿真计算的旋变位置角误差曲线，虚线为旋变样机有限元仿真计算的理论综合位置角误差曲线.从图中可看出协同仿真计算结果与理论综合计算结果基本一致，且能更直观地反映各种干扰对旋变输出信号的影响，分析可得旋变样机电气误差带最犬值≤+20，满足车用磁阻式旋变的技术要求。根据协同仿真分析平台计算位数不同，可用于分析精度范围10～32位的解算精度，即0.0003角秒的最小误差，可以满足各种高精度解算设计要求。

　　3   样性性能的试验验证2列极10槽电动汽车用磁阻式旋变样机如图8所示。分别进行旋变本体的静态误差测试和RDc解码电路误差测试，试验结果如图9所示。

　　静态试验误差与理论误差周期分布基本一致，由于加工精度有限，以及试验安装时不同轴等情况所造成的误差，实测旋变误差幅值比理论误差幅值大，目含有大量谐波；电气误差带****值≤±50，满足电动汽车电驱动系统的技术要求.

　　4  结  语基于MaxweII_2D／MATLAB的磁阻式旋变磁场及其解码电路的场路协同仿真方法，可综合旋变的输出信号谐波及固有特性对旋变位置角的影响，直接对旋变解码信号进行误差分析。以一个2对极10槽磁阻式旋变样机为例，完成了磁阻式旋变及其RDC解码电路的场路协同仿真分析与试验验证工作。样机试验数据与协同仿真结果相吻合，验证了仿真模型正确、协同仿真方法可行.