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用于感应电机转速估计的感应线圈设计方法
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感应电机矢量控制需要准确的转速值以实现闭环控制。实际中一般利用转速传感器测量电机转速，如旋转变压器和光电编码器等，这些装置技术成熟，测量精度较高，但在一些对环境、空间以及可靠性要求苛刻的场合，存在测量精度下降、线路维护困难等问题，特别是当发生浸水、振动偏心等情况时无法正常工作，这些问题均会降低电机系统的可靠性，限制其应用范围。
为提高电机系统的可靠性，可采用无速度传感器转速估计方法作为替代或者冗余。目前转速估计方法主要有两类，第一类方法基于电机数学模型进行计算，如全阶状态观测器、扩展卡尔曼滤波（Extended Kalman Filter, EKF）、滑模观测器和模型参考自适应系统（Model Reference Adaptive System, MRAS）等方法，这类方法依赖电机数学模型的准确性，在使用过程中不可避免地受到电机参数变化的影响；第二类方法利用电机固有的磁凸极结构特性获取电机转速信息，如转子槽谐波（Rotor Slot Harmonics, RSH）法和高频信号注入法等，这类方法对电机参数变化具有较强的鲁棒性，在可靠性和稳定性上具备一定优势。
笼型感应电机的转子各向异性较弱，适宜利用转子齿槽效应产生的磁凸极进行转速估计，而高频信号注入法会增加电机的转矩脉动，同时对转子凸极效应要求较高，所以本文沿袭转子槽谐波法的思路开展研究。
自20世纪90年代起，国内外学者开始尝试利用定子电流中的转子槽谐波估计电机转速。该方法操作简便，成本低廉，然而其应用范围受到电机结构限制，当转子槽数与电机极对数的比值为奇数或分数时，定子各槽中的转子槽谐波感应电动势相互抵消，不会产生转子槽谐波电流。此外电机定子电流中的转子槽谐波幅值很小，尤其当电机轻载或定子相电压较小时，与附近频域的谐波及电磁噪声相比幅值区分度不大]，降低了转速测量的准确性和可靠性。
针对基于定子电流的转子槽谐波法存在的问题，有学者提出引出定子绕组的抽头进行连接作为探测线圈，所得转子槽谐波信号不会由于电机结构抵消为零，同时对信号处理有一定简化作用，但只能应用于三相电机。还有学者提出在感应电机外壳加装导磁物质，在其上布置线圈感应转子槽谐波电压。这种方法可以显著简化转速估计算法，适用范围更广，但线圈中转子槽谐波信号幅值较小，信噪比差，难以保证在极端工况下转速估计的准确性。
本文提出一种在电机内部布置感应线圈感应转子槽谐波的方法，提高传统方法在不同电机结构条件下的通用性，同时增强转子槽谐波信号信噪比。通过研究感应线圈的布置方式对转子槽谐波的信噪比的影响，提出对感应线圈进行优化设计的方法，进一步增强了转子槽谐波信噪比，降低了信号处理的难度。通过仿真和实验，验证了理论分析和方法的有效性，实验中转速估计结果证明此方法具有良好的精度。
图6 实验电机感应线圈实物图
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