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车门玻璃升降系统-纹波电机工作原理

标签开关窗
摘要

纹波电机是一种用于车门控制的防夹设备,通过信号处理得到阻抗脉冲信号,分析阻抗脉冲的频率和数量来实现对车窗玻璃运行速度和位置的控制。电流纹波信号由阻抗脉冲和多种干扰信号组成,通过傅里叶变换可以去除干扰信号,得到阻抗脉冲。阻抗脉冲产生的原因包括瞬时回路电阻差异和干扰信号。根据回路电阻差异可以得出电流变化,而干扰信号包括感抗、机械原因和化学原因。为了保证纹波电机的可靠性,需要满足换向器级数、电刷要求、纹波频率、波形品质、振幅、建立时间等要求。

纹波电机(见图片1)防夹原理是车门控制器通过信号处理得到由阻抗原因产生的脉冲信号(见图片2),通过分析阻抗脉冲的频率和数量来实现对车窗运行速度和位置的控制。

电流纹波信号组成:红色纹波信号是由阻抗脉冲及多种干扰信号组成,通过信号处理(傅里叶变换)去除干扰信号可以得到阻抗脉冲,用于判断电机的转动速度及转动圈数见图片3。以博世有8个线圈的纹波电机为例,电机转动一圈产生8个纹波信号(K=8)。

1. 阻抗脉冲产生原因:碳刷在换向器圆周面上旋转传输电流的过程中,由于瞬时回路电阻差异,从而产生纹波电流并获得周期性的脉冲信号。

瞬时回路电阻差异产生是由于碳刷与换向片2种不同的接触状态导致的。假设线圈电阻为R, 当每个碳刷只与一个换向片接触时,回路电阻为2R,见图3。

当每个碳刷同时与两个换向片接触时,则回路电阻为1.5R,见图片4。

根据回路电阻差异可以得出电流变化为 ΔI=U/(1.5R)-U/(2.0R)

2. 干扰信号产生原因:

2.1 感抗原因:电机线圈转动过程中切割永磁体产生的磁感线产生感应电流(低负载其主要作用)

2.2 机械原因:由于机械加工使电机零部件和换向器的加工存在尺寸误差和形位公差而产生振动。是电刷与换向器接触不良,从而产生火花

2.3 化学原因:在电机正常工作和正常换向时,电刷与换向器的接触表面会有一层动态氧化膜产生,这层动态氧化膜既导电又有一定的厚度,且随着电机工作环境(温度、湿度、空气压力等)变化而动态变化。这层动态氧化膜一旦不能及时形成,将使换向恶化,换向火花明显加大,电刷与换向器的磨损显著加快。例如在高原地区空气中缺氧,且压力低时动态氧化膜形成困难,火花严重。

纹波电机要求:

为了保证电流纹波信号中阻抗脉冲部分具有足够高的品质及可靠性,并明显区别于其它干扰信号,并通过信号处理得到阻抗脉冲,要求纹波电机需要满足下面要求。

换向器级数k:一般为8、10、12。不同的换向器级数,可以用来区分供应商

电刷要求:水平布置,为保证纹波电流波形和接触可靠性,电刷宽度不能小于换向器宽度的75%

纹波频率fs:根据信号处理原则纹波频率为车门控制采样频率(3.33KHz)的一半,电机在无负载下运行时,电机纹波频率应不大于1 550 Hz; 纹波频率计算方法见下面计算公式

纹波振幅:电机在无负载情况下运转, 纹波电流幅值不小于0. 5A (幅值);

波形品质:基波振幅(阻抗脉冲)为0 dB, 则谐波振幅(干扰信号) -6 dB 值之下; 见下图6。

电机纹波建立时间:10ms<t < 50ms;

基波频率fn 和一次谐波2fn 占纹波总能量百分比[P( fn ) +P( 2fn )] / ( Ptotal) ≥75%;

基波频率fn占纹波总能量百分比P(fn) / (Ptotal )≥55%。

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