一种降低开关磁阻电机噪声的方法技术

本发明专利技术公开了一种降低开关磁阻电机噪声的方法，基于调节电机各相开通角和关断角，通过为每相引入不同的角度偏移量，使得各相开通角和关断角不同，以破坏激励的周期性，进而破坏电磁力周期性，避免其频率与电机固有频率一致，达到破坏共振、降低电机噪声的目的。本发明专利技术提出的调节开通角和关断角降低开关磁阻电机噪声的方法无需任何硬件电路辅助，应用成本低廉，易于实现。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及独立式绕组的开关磁阻电机，尤其涉及一种降低开关磁阻电机噪声的方法，该方法基于调节开通角和关断角，可以避免电磁力变化频率与定子固有频率重合，达到破坏共振、降低噪声。特别适用于某些对噪声要求敏感的场合，如航空、电动汽车、家用电器等，属于电机控制

技术介绍
开关磁阻电机由于其无需永磁体材料及转子无绕组，相比于传统的交流感应电机、永磁同步电机等具有简单可靠、免维护、启动力矩大、效率平台宽等优点，已引起电动汽车产业的广泛关注。然而，由于开关磁阻电机的双凸极结构和非连续电流控制方式，其运行时噪声大于传统电机，使得其在对噪声敏感的场合受到了发展限制，如航空、电动汽车、家用电器等。在机加工过程控制优良的前提下，噪声主要来源于电磁力的变化，其产生机理是：由于开关磁阻电机为双凸极结构，其在换相周期内电磁力出现剧烈变化，在运行过程中导致定子产生周期性的伸缩变形后产生振动，尤其当这个变化频率与定子固有频率重合时，振动程度显著增大。因此，需要一种非周期性的控制方式，破坏电磁力变化周期，进而避免电磁力变化频率与定子固有频率一致，达到破坏共振、降低噪声的目的。
技术实现思路
本专利技术针对开关磁阻电机运行过程中周期性的电磁力与定子固有频率重合引起的共振噪声，提出一种降低开关磁阻电机噪声的方法，该方法基于调节电机各相的开通角和关断角，可以避免电磁力变化频率与定子固有频率重合，达到破坏共振、降低噪声。本专利技术的技术方案如下：一种降低开关磁阻电机噪声的方法，开关磁阻电机为独立式绕组开关磁阻电机，以不对称半桥功率变换器作为电源，Aup、Bup、Cup信号分别为控制A相、B相、C相桥臂中的上开关功率管栅极的信号，Adn、Bdn、Cdn信号分别为控制A相、B相、C相桥臂中的下开关功率管栅极的驱动信号，不对称半桥功率变换器通过轮流开通或关断三相电机绕组接通电源，驱动电机运行，完成包括励磁、续流和回流的控制过程；其特征在于：首先，根据实际应用需求，为各相设定相同的开通角和关断角，然后，为每相引入不同的角度偏移量，使得各相的开通角和关断角不同，并以此获得各相新的开通角和新的关断角，但引入的角度偏移量不应使新的开通角和新的关断角进入绕组电感下降区，在角度位置控制APC模式下，采用霍尔位置信号传感器采样开关磁阻电机三相位置信号，并送入微型处理器MCU，利用微型处理器MCU中内置的角度计算算法，分别获取各相当前所处的转子角度位置，当某相的当前转子角度位置介于该相新的开通角及新的关断角之间时，则微型处理器MCU输出对应该相上开关管及下开关管的开通信号；当该相当前的转子角度位置小于新的开通角或大于新的关断角时，则微型处理器MCU输出对应该相上开关管及下开关管的关断信号，实现破坏激励的周期性，避免电磁力变化频率与定子固有频率重合，达到破坏共振、降低电机噪声。可采用以下步骤实现：1)为各相设定相同的开通角In1和关断角In2，作为初始值；2)为A、B、C三相分别引入角度偏移量In3、In4、In5，In3≠In4≠In5，用以破坏激励周期性，In3、In4、In5的取值应始终保持产生的新的开通角和新的关断角处于非绕组电感下降区；3)计算得到A相新的开通角In6、新的关断角In7；B相新的开通角In8、新的关断角In9；C相新的开通角In10、新的关断角为In11，计算公式如下：In6＝In1–In3In7＝In2–In3In8＝In1–In4In9＝In2–In4In10＝In1–In5In11＝In2–In5；4)微型处理器MCU通过霍尔位置信号传感器获取开关磁阻电机A、B、C三相当前的转子角度位置信号In12、In13、In14；5)经过微型处理器MCU中内部的转子位置角度算法，计算得到电机A、B、C三相对应的转子当前的位置角度In15、In16、In17；6)当A相转子当前的位置角度介于新的开通角及新的关断角之间，即In6≤In15≤In7，则微型处理器MCU将A相上、下开关管控制信号Aup、Adn置高，A相导通，进入励磁状态；而当A相转子位置角度不介于新的开通角及新的关断角之间时，即In15<In6或In15>In7时，微型处理器MCU将A相上、下开关管控制信号Aup、Adn置低，A相不导通；同理，当B相转子当前的位置角度介于新的开通角及新的关断角之间，即In8≤In16≤In9时，微型处理器MCU将B相上、下开关管控制信号Bup、Bdn置高，B相导通，进入励磁状态；而当In16<In8或In16>In9时，微型处理器MCU将B相上、下开关管控制信号Bup、Bdn置低，B相不导通；当C相转子当前的位置角度介于新的开通角及新的关断角之间，即In10≤In17≤In11时，微型处理器MCU将C相上、下开关管控制信号Cup、Cdn置高，C相导通，进入励磁状态，而当In17<In10或In17>In11时，微型处理器MCU将C相上、下开关管控制信号Cup、Cdn置低，C相不导通；7)若电机相数N>3，每相均采用上述控制方法。本专利技术具有如下优点及显著效果：1)本专利技术在不影响开关磁阻电机转速、转矩、效率等性能的情况下，大大降低了电机运行过程中的振动噪声。2)噪声抑制范围广，任何转速范围、负载条件下均适用。3)方法简单，无需复杂算法，易于实现。4)无需任何硬件电路辅助，成本低，可靠性高。附图说明图1是本专利技术基于调节开通角和关断角降低开关磁阻电机噪声方法的运行流程图；图2是应用本专利技术后开关磁阻电机控制系统整体结构图；图3是本专利技术中独立绕组式开关磁阻电机绕组示意图。图4是本专利技术中功率变换器所采用的不对称半桥电路结构图。图5是使用本专利技术前后电流及径向电磁力对比图。具体实施方式下面结合附图和实例详细说明本专利技术提供的具体方法和运行过程(以三相12/8极开关磁阻电机为例)。本专利技术方法的运行流程图如图1所示。首先，根据实际应用需求，为各相设定相同的开通角In1和关断角In2，作为初始值(i)；其次为A、B、C三相分别引入角度偏移量In3、In4、In5，In3≠In4≠In5，用以破坏激励周期性，In3、In4、In5的取值应始终保持产生的新的开通角和新的关断角处于非绕组电感下降区(ii)；经计算得到A相新的开通角、新的关断角为In6、In7，B相新的开通角、新的关断角为In8、In9，C相新的开通角、新的关断角为In10、In11(iii)；微型处理器MCU通过霍尔位置信号传感器获取开关磁阻电机A、B、C三相当前的转子角度位置信号In12、In13、In14(iv)；经过MCU中内部的转子位置角度算法，计算得到电机A、B、C三相对应的转子当前的位置角度In15、In16、In17(v)；当A相转子当前的位置角度介于新的开通角及新的关断角之间，即In6≤In15≤In7，则微型处理器MCU将A相上、下开关管控制信号In18、In19置高，而当A相转子当前的位置角度不介于新的开通角及新的关断角之间时，即In15<In6或In15>In7时，微型处理器MCU将A相上、下开关管控制信号In18、In19置低(vi)；同理，当B相转子当前的位置角度介于新的开通角及新的关断角之间，即In8≤In16≤In9时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种降低开关磁阻电机噪声的方法，开关磁阻电机为独立式绕组开关磁阻电机，以不对称半桥功率变换器作为电源，Aup、Bup、Cup信号分别为控制A相、B相、C相桥臂中的上开关功率管栅极的信号，Adn、Bdn、Cdn信号分别为控制A相、B相、C相桥臂中的下开关功率管栅极的驱动信号，不对称半桥功率变换器通过轮流开通或关断三相电机绕组接通电源，驱动电机运行，完成包括励磁、续流和回流的控制过程；其特征在于：首先，为各相设定相同的开通角和关断角，然后，为每相引入不同的角度偏移量，使得各相的开通角和关断角不同，并以此获得各相新的开通角和关断角，但引入的角度偏移量不应使新的开通角和新的关断角进入绕组电感下降区，在角度位置控制APC模式下，采用霍尔位置信号传感器采样开关磁阻电机三相位置信号，并送入微型处理器MCU，利用微型处理器MCU中内置的角度计算算法，分别获取各相当前所处的转子角度位置，当某相的当前转子角度位置介于该相新的开通角及新的关断角之间时，则微型处理器MCU输出对应该相上开关管及下开关管的开通信号，当该相当前的转子角度位置小于新的开通角或大于新的关断角时，则微型处理器MCU输出对应该相上开关管及下开关管的关断信号，实现破坏激励的周期性，避免电磁力变化频率与定子固有频率重合，达到破坏共振、降低电机噪声。...

【技术特征摘要】
1.一种降低开关磁阻电机噪声的方法，开关磁阻电机为独立式绕组开关磁阻电机，以不对称半桥功率变换器作为电源，Aup、Bup、Cup信号分别为控制A相、B相、C相桥臂中的上开关功率管栅极的信号，Adn、Bdn、Cdn信号分别为控制A相、B相、C相桥臂中的下开关功率管栅极的驱动信号，不对称半桥功率变换器通过轮流开通或关断三相电机绕组接通电源，驱动电机运行，完成包括励磁、续流和回流的控制过程；其特征在于：首先，为各相设定相同的开通角和关断角，然后，为每相引入不同的角度偏移量，使得各相的开通角和关断角不同，并以此获得各相新的开通角和关断角，但引入的角度偏移量不应使新的开通角和新的关断角进入绕组电感下降区，在角度位置控制APC模式下，采用霍尔位置信号传感器采样开关磁阻电机三相位置信号，并送入微型处理器MCU，利用微型处理器MCU中内置的角度计算算法，分别获取各相当前所处的转子角度位置，当某相的当前转子角度位置介于该相新的开通角及新的关断角之间时，则微型处理器MCU输出对应该相上开关管及下开关管的开通信号，当该相当前的转子角度位置小于新的开通角或大于新的关断角时，则微型处理器MCU输出对应该相上开关管及下开关管的关断信号，实现破坏激励的周期性，避免电磁力变化频率与定子固有频率重合，达到破坏共振、降低电机噪声。2.根据权利要求1所述的降低开关磁阻电机噪声的方法，包括以下步骤：1)为各相设定相同的开通角In1和关断角In2，作为初始值；2)为A、B、C三相分别引入角度偏移量In3、In4、In5，In3≠In4≠In5，用以破坏激励周期性，In3、In4、In5的取值应始终保持产生的新的开通角和新的关断角处于非绕组电感下降区；3)计算得到A相新的开通角In6、新的关断角In7；B相新的开通角I...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟锐，郭小强，张铭书，孙伟锋，陆生礼，时龙兴，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32