[发明专利]带有故障指示器的位置编码器

说明书

本发明一般涉及带有故障指示器的位置编码器。具体来说，本发明涉及用于磁阻并关驱动系统的带有故障指示器的位置编码器。

一般来说，磁阻设备可作为一个电动机来操作，其中通过它的可移动部件移入磁路磁阻最小的位置(即，激励绕组的电感最大的位置)的趋势来产生转矩。

在一种类型的磁阻设备中，相绕组的激励是以一个可控的频率发生的。这些设备可作为电动机或发电动机操作。通常称这些设备为同步磁阻电动机。在第二种类型的磁阻设备中，要提供检测转子的角位置的电路，并且按照转子位置的变化来激励相绕组。第二种类型的磁阻设备也可以是一个电动机或是一个发电动机，并且通常将这种设备称之为磁阻开关设备。本发明一般来说可应用于磁阻开关设备，本发明一般来说可应用于磁阻开关设备，其中包括作为电动机或发电动机操作的磁阻开关设备。

图1表示作为电动机操作的磁阻开关设备的磁阻开关驱动系统10的主要部件。输入直流电源11可以是电池、也可以是经整流、滤波的交流电源。电源11提供的直流电压在电控单元14的控制下在电极12的相绕组上进行开/关变化。这种开/关操作必须和转子的旋转角度同步才能准确操作驱动系统10。一般还要使用一个转子位置检测器15来提供和转子的角位置对应的信号。还可以使用转子位置检测器15来产生速度反馈信号。

转子位置检测器15可以采用许多形式。在某些系统中，转子位置检测器15可以包括一个转子位置传感器，一旦转子转动到一个在电源变换器13中需要有不同的设备转接安排的位置时，该传感器即提供改变状态的输出信号。在另一些系统中，转子位置检测器15可以包括一个相对位置编码器，一旦转子转过一个预先选定的角度，该编码器即提供一个时钟脉冲(或类似信号)。

在转子位置检测器15包括一个转子位置传感器的系统中，如果转子位置传感器电路出了故障，不能准确地提供代表转子的角度位置的输出信号，那么就可能严重地降低系统的性能，或者在最坏的情况下会使电动机失效。在某些情况下，试图根据转子位置传感器的错误输出控制一个设备的控制器14有可能使设备和控制电路的其余部分全都损坏。

通过参照图2和3，就可说明从转子位置检测器15输出准确的信号的重要性。图2和3说明的是作为电动机操作的磁阻设备的开/关操作。

大体如图2所示，转子极20正在按箭头20所示靠近定子极21。如图2所示，一个完整的相绕组23的一部分绕在定子极21的周围。如以上所述，当定子极21周围缠绕的部分相绕组23被激励时，将在转子上施加一个力，推动转子极20与定子极21对齐。

图3大体表示出控制绕在定子极21上的部分相绕组的激励的电源变换器13中的开关电路。当电源开关器件31和32接通时，相绕组23偶合到直流电源上，并且激励相绕组。

一般来说，相绕组被激励以实现转子的下述转动：在转子的第一角位置(称之为导通角)，控制器14提供开关信号，使两个开关器件31和32都导通。当开关器件31和32都导通时，相绕组偶合到直流母线上，使电动机中建立的磁通增加。正是这种加在转子极上的磁通，才产生了电动机转矩。随着设备中磁通的增加，电流就从直流总线提供的直流电源穿过开关31和32、并且穿过相绕组23流动。在某些控制器中，采用了电流反馈，并且通过通/断电流来控制相位电流的幅度，而电流的通/断是通过迅速接通和断开一个或两个开关器件31和/或32实现的。

在许多系统中，相绕组保持与直流母线的连接(如果采用了通/断装置，则保持与通/断装置的连接)，直到转子转到被称之为转子的“自由转角”时为止。当转子到达与自由转角相对应的一个角位置(在图2中的位置24)时，其中的一个开关(如，开关31)断开。因此，流过相绕组的电流继续流动，但这种流动只通过一个开关(在该例中，为开关32)，并且只通过一个返回二极管(在该例中，为二极管34)。在自由转动期间，在相绕组两端几乎没有电位差、磁通基本上保持不变。电动机系统保持在该自由转动状态，直到转子转到称之为“断开”角的一个角位置(在图2中由位置25表示)时为止。当转子达到断开角时，两个开关31和32都截止，并且相绕组中的电流开始流过二极管33和34。然后，二极管33和34在相反的方向向绕组23施加来自直流母线的直流电压，因而使设备中的磁通减小，因而使相位电流减小。