[发明专利]一种光电式非计算机控制的开关磁阻电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于非接触式位置传感器的开关磁阻电机，特别是光电式开关磁阻电机，属于无需计算机程序控制的开关磁阻电机。 

背景技术

传统的开关磁阻电机(SRM)都是在计算机程序控制下运转的。这种SRM由电机本体和开关磁阻电机的控制器(SRD)构成，其中电机本体包括电机和转子位置传感器，SRD包括计算机控制器和功率输出装置。通常转子位置传感器是光栅传感器。光栅的疏密度越高，控制精度就越高，但对计算机运算速度的要求就越高。 

虽然在传统的SRM的之中也有像光电开关元件这样的非接触式位置或角度传感器，但这些传感器是属于SRM的转子位置传感器。SRD需要转子位置传感器提供转子位置信息，以便计算机控制器能够在适当的时机对电机的绕组进行电流的通断控制。 

传统的SRM自上世纪70年代被发明以来，以其很高的机电效率和宽阔的效率平台获得了极高的声誉，被视为节能降耗的利器，其多样性的控制方式也被视为未来电动机的发展方向。SRM在工业动力和车辆牵引方面的应用尤其令人瞩目，但由于振动和噪声等原因，至今不能得以广泛应用。 

通常在稳定转速下的SRM运转得令人非常满意，而一旦运转条件改变，很容易造成电机剧烈振动，产生强烈的噪声，同时电机转矩输出剧烈变化，最终不得不将SRM断电，然后再重新启动。同样的问题是，如果电机启动的转速增加太快，电机仍然会陷入强烈的振动之中，因此几乎所有SRD控制下的SRM，都具有软启动功能。 

有许多公开的技术文章试图揭示SRM这种现象的实质，但都未能解决问题。比较经典的解释是，电机的转子在运转中的径向拉力与电机结构弹性匹配不利，周期性的径向拉力导致电机在运转中的振动，并因此认为SRM的振动是不可避免的。 

还有人指出，相绕组续流时间过长，导致在定转子磁极对正之后，相绕组中仍然有磁场能转化的电流，并认为这是SRM振动的主要原因。 

但经本发明人研究发现，电机转速剧变才是使电机陷入振动以至于难以自拔的基本原因。因为SRD是在转速稳定的前提下，对转子的位置进行前向差值，以便在规定的延后时刻到来时，能够在预定的转子位置下对指定的绕组进行通断控制。如果SRM的转速发生剧烈变化，预计的位置就会发生误差。比如，如果发生转速骤降，那么在预定时刻下发生的SRD控制就会导致控制位置提前， 反之就会出现控制位置延后。控制位置提前将导致绕组电流增大，致使电磁能转化而来的续流延续时间过长，造成刹车力矩；同样，控制位置延后也会使关断角延至磁极对正之后，从而导致刹车力矩；更严重的控制位置错误将导致开磁阻电机的失步，同样会产生巨大的刹车力矩。刹车力矩的存在使得SRM在360°之内产生多次正负交替的转矩波动，这是造成SRM振动和噪声的根本原因。 

另外，转速骤变所导致的转矩剧烈抖动，却反过来加剧转速的急剧变化，从而造成这种振动现象的正反馈，使SRM无法自行脱离振动的状态。 

问题原因的进一步深究自然是由于计算机控制系统具有一定的操作延迟性。因为位置采样和控制输出属于计算机控制器的两个不同的操作进程，计算机控制器不可能在同一时刻做两件事情，因此SRD具有必须在一个很短的预定时间之后才能实施控制行为的特点。这就是计算机控制系统的离散型。因此说计算机控制系统的离散性才是导致SRM振动问题的根本。 

既然如此，开发非计算机控制的SRM的想法就自然而然地产生了。 

中国专利1《自控式磁阻电机》(申请号01225951.9)叙述了一种多电刷控制的磁阻电机。该电机为每一相绕组配备了一个电刷，但其所述的内容还仅仅是一个发明思想，尚未构成一个完整的技术方案。另外这种电机似乎与普通直流电机一样，仅能采用直流调压的控制方式对电机的输出进行调控。 

中国专利2《组合式分组控制磁阻电机》(申请号02292519.8)叙述了一种光电控制的两相磁阻电机。该发明人认为SRM的振动是由续流时间过长导致的。该技术方案采用探测转子位置的光电开关直接驱动定子绕组，虽然有可能解决SRM的振动问题，但却丧失了SRD对SRM的多种多样的控制方式。该专利如同中国专利1一样，与传统的SRM相比没有竞争力。