[发明专利]开关磁阻电机的控制

说明书

本发明涉及开关磁阻电机的控制，特别涉及那些不用测量转子位置的传感器来操作的电机的控制。

一般来说，磁阻电机是这样一种电机，其中利用它的可动部分趋于移到一个位置，使磁路的磁阻最小，即激励绕组的电感最大，来产生转矩。在一种类型的磁阻电机中，相绕组的激励按控制频率发生。这种类型一般称为同步磁阻电机，并且它可以操作为电动机或发电机。在一种第二类型的磁阻电机中，设有电路，用于检测转子的角位置，并且作为转子位置的函数，激励相绕组。这种第二类型的磁阻电机一般称为开关磁阻电机，并且它可以操作为电动机或发电机。这样的开关磁阻电机的特性为周知，并且例如在“The characteristics，design andapplication of switched reluctance motors and drives”by Stephensonand Blake，PCIM’93，Nürnberg，21-24 June 1993中叙述，在此引入作为参考。该文比较详细地叙述了开关磁阻电机的特点，这种电机共同产生周期地改变相绕组的电感的特性。

图1表示典型开关磁阻驱动系统的主要部件，输入DC电源11可以是电池或整流和滤波AC电源，并且幅值可以固定或变化。在一些已知的驱动系统中，电源11包括一个谐振电路，它产生一个在零与预定值之间快速变化的DC电压，以允许电源开关的零电压转接。由电源11提供的DC电压在电子控制装置14的控制下，由电源转换器13在电动机12的相绕组16之间转接。为了适当地操作驱动系统，转接必须正确地与转子的旋转角度同步。典型地使用一个转子位置检测器15，以供给指示转子的角位置的信号。转子位置检测器15的输出还可以用来产生速度反馈信号。

转子位置检测器15可以取许多形式，例如，它可以取如图1示意所示的硬件形式。在其他系统中，位置检测器可以是根据驱动系统的其他监视参数来计算或估计位置的软件算法。这些系统通常称为“无传感器位置监测系统”，因为它们不用与转子联合的测量位置的物理变换器。如本领域所周知，在探求可靠无传感器系统中，采用了许多不同的方法。以下讨论这些方法中的某些。

开关磁阻电机中相绕组的激励取决于转子角位置的检测。这一点可以参考图2和图3说明，这两个图说明了操作为电动机的磁阻电机的转接。图2一般地表示在转子磁极20按照箭头22接近定子25的定子磁极21时的转子24。如图2和图3说明，整个相绕组16的一部分23缠绕在定子磁极21周围。当定子磁极21周围的相绕组16的部分23被激励时，将对转子施加一个力，趋于把转子磁极20拉向与定子磁极21直线对准。图3一般地表示电源转换器13中的典型开关电路，该电路控制包括定子磁极21周围的部分23的相绕组16的激励。当开关31和32闭合时，相绕组与DC电源耦合并且激励。许多其他布置的层叠几何、绕组布局和开关电路在本领域已知，这些布置中的有些在以上所述的Stephenson和Blake的文章中讨论。当开关磁阻电机的相绕组按上述方式激励时，由磁路中磁通量建立的磁场产生圆周力，该力如上所述作用为把转子磁极拉为与定子磁极成直线。

一般来说，激励相绕组，使转子旋转如下进行。在转子的第一角位置(称为“接通角”，θ_ON)，控制器14提供开关信号，以使开关装置31和32都接通。当开关装置31和32接通时，相绕组与DC母线耦合，使电机中建立增加磁通量。磁通量在空气间隙中产生磁场，该磁场作用在转子磁极上，产生电动转矩。电机中的磁通量由从DC电源流过开关31和32及相绕组23的电流所提供的磁动势(mmf)来支持。一般使用电流反馈，并且相电流的幅值通过快速接通或断开开关装置31和/或32中的一个或两个，对电流斩波来控制。图4(a)表示在斩波操作方式下的典型电流波形，其中电流在两个固定电平之间斩波。在电动操作下，接通角θ_ON通常选择为这样转子位置，其中转子上的两极间的中心线与定子磁极的中心线对准，但是可以为某个其他角度。