学术简报｜计及互感影响的四相开关磁阻电机测试线圈转子位置检测研究
南京航空航天大学自动化学院、南京晓庄学院电子工程学院的研究人员陈辉、张旸明等，在2018年第23期《电工技术学报》上撰文，针对测试线圈用于四相开关磁阻电机（SRM）转子位置检测时互感对角度估算的影响，提出一种转子位置检测方法。
首先分析相绕组对测试线圈的互感、测试线圈之间的互感对测试线圈电感不对称性的影响以及对基于测试线圈电感对称性进行位置解码的特征值交截法和阈值比较法的影响。在此基础上提出电机起动阶段采用两相测试线圈初始定位，起动后采用单相测试线圈进行四相SRM转子位置检测的工作原理，该方法可以有效消除测试线圈间互感对位置检测精度的影响。最后通过仿真和实验进行验证，证明了所提方法的正确性和可行性。
开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor, SRM）以结构简单坚固、容错性高、转子无绕组及永磁体的特点而适用于高温、高速等恶劣工况。转子位置信息是SRM正常运行的基本条件，常见的如光电式、霍尔式、电磁式位置传感器除了增加轴向尺寸和成本外，还使整个系统在高温、高速、振动和冲击下的环境适应性变差。而电涡流传感器、旋转变压器虽然环境适应性较高，但受成本、体积约束，在实际应用中受到局限。
为消除机械式位置传感器使用时存在的不利影响，国内外学者针对SRM无位置传感器技术开展了广泛的研究，提出脉冲注入法、磁链/电流法、电流波形监测法、模型观测器法、智能控制检测法等多种转子位置检测方案。此外，还有学者提出通过在SRM内部附加电容、绕制线圈来辅助转子位置检测，其中针对SRM测试线圈转子位置检测方法的研究较多。
文献[11]首先提出了利用测试线圈进行SRM转子位置检测，将测试线圈绕制在一对转子齿上，将测试线圈电感中隐含的转子位置信息通过频率调制解调电路解算出来；由于测试线圈在转子上，因此该方法需要电刷和滑环，且测试线圈上存在感应电动势影响位置检测精度。
文献[12,13]提出了反串测试线圈的方法，消除了同绕在一对定子齿上的相绕组和测试线圈之间的感应电动势影响，针对测试线圈反串时电感幅度和灵敏度降低，通过RLC串联谐振技术增大信噪比，提高检测精度。文献[14]根据各相测试线圈电感随转子位置变化的几何规律提出特征值交截法，通过幅度调制解调技术加上简单的比较电路得到转子位置。
以上基于SRM测试线圈的转子位置检测方法对相绕组及测试线圈之间的互感都没有进行深入地讨论。文献[15,16]通过建立磁路等效模型推导相绕组、测试线圈的互感，由于模型中只包含各相磁阻，未建立各相之间的磁阻，因此对增加测试线圈后互感对位置检测精度的影响可以做进一步分析。
基于电感模型进行转子位置检测的方法对于互感的影响是无法忽视的，由于互感的存在，实际电感模型与理想自感模型存在差异性，甚至估算的转子位置会出现错误。有关学者针对互感对不同位置检测方法存在的影响以及消除互感影响的方法进行了相关研究，然而针对SRM测试线圈转子位置检测方法中互感的影响尚未有相关文献进行研究。
本文针对四相SRM测试线圈转子位置检测方法，首先分析相绕组对测试线圈的互感、测试线圈间互感对位置检测的影响；为消除测试线圈间的互感，提出了电机起动阶段使用两相测试线圈初始定位，起动后使用单相测试线圈实现四相SRM位置检测的方法；为此研制了一台四相8/6结构SRM样机进行实验验证，并证明了该方法的有效性。
图1 测试线圈位置检测原理框图
图12 实验平台
本文研究计及互感影响的四相SRM测试线圈转子位置检测方法，主要得出如下结论：
1）由测试线圈特征值交截法与阈值比较法工作原理可知，两种位置解码方法都是基于测试线圈自感的对称性与周期性实现转子位置解码。
2）分析相绕组和测试线圈之间的互感影响可知，测试线圈之间的互感对测试线圈位置检测的影响不可忽略，且特征值交截法与阈值比较法在测试线圈间互感影响下检测得到的位置信号误差较大。
3）本文提出电机起动时采用两相测试线圈进行初始定位，电机起动后仅用单相测试线圈实现四相SRM转子位置检测，消除测试线圈之间的互感对位置检测的影响，并通过仿真和实验验证了该方法的可行性。