永磁电动机和发电机的控制制造技术

描述了一种永磁电动机(2)和永磁发电机(102)，包括多个相绕组、控制系统(16)和换相电路(6)的。换相电路(6)可操作用于根据永磁电动机(2)的角位置控制供应给相绕组的电流的定时。控制系统(16)可操作用以在发生于换相事件内的电流脉冲事件中向相绕组中的单个绕组供应电流。电流脉冲事件的持续时间小于换相事件的持续时间，并且确定电流被供应给相绕组中的单个绕组的换相事件的比例以控制电动机(2)的速度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】永磁电动机和发电机的控制
本专利技术涉及具有控制系统和换相电路的永磁电动机，以及具有控制系统和换相电路的永磁发电机。
技术介绍
永磁电动机包括永磁转子和具有绕组的定子。永磁转子包括多个磁极对。由于永磁体之间的磁力以及由于定子绕组中的电流而引起的磁场，电能被转换为机械能。随着永磁体旋转，它们的位置相对于固定绕组而变化。这意味着在旋转周期中的不同点电流需要流过不同的绕组。电子换相提供了一种手段，以确保电流在正确的时间传递到正确的定子绕组，从而在转子上产生最大的转矩。这需要感应转子位置的装置(其可以是专用的转子位置传感器)或者测量电动机电动势的装置。基于位置测量，生成电子信号以使直流电流切换到正确的绕组。每个换相事件对应于电流流向相同绕组的时段。例如，对于4极3相电动机，单个换相事件持续30度的轴旋转。在换相事件结束时，永磁体靠近不同的绕组并且需要切换电流。除了换相之外，还需要电子控制以通过改变作用在转子上的转矩来设定转子速度。为了做到这一点，控制器调节电动机绕组中的电流。脉宽调制是众所周知的用于调节电动机绕组中的电流的方法。在脉宽调制中，在换相事件期间，高频电子切换在定子绕组上施加恒定幅值的电压脉冲。这些电压脉冲的每个都会在定子绕组中产生一个电流脉冲。换相事件的占空比是该事件期间导通时间与非导通时间之比。设置电压脉冲的占空比允许针对每次换相事件控制绕组中的平均电流。电动机的基本电频率是电动机的转速乘以转子上的磁极对的数量。电动机通常以小于200Hz(每秒200转)的转速运转。但是，在某些应用中，需要更高的电动机速度。这方面的一个例子就是涡轮机械，其中需要转速超过1500Hz、在一些汽车应用中需要超过2500Hz。在脉冲宽度调制期间，脉冲的切换频率必须远远高于(至少10倍，通常100倍的)电动机的基本电频率。由此，在上述高速应用中，实现脉宽调制所需的电子切换频率非常高。这意味着电子元件的成本和复杂性很高。考虑到前述内容设计了本专利技术。
技术实现思路
在本专利技术的一个方面中，提供了一种永磁电动机，其包括多个相绕组、控制系统和换相电路。换相电路可操作用于根据永磁电动机的角位置控制供应给相绕组的电流的定时。控制系统可操作为在发生于换相事件内的电流脉冲事件中向相绕组中的单个相绕组供应电流。电流脉冲事件的持续时间小于换相事件的持续时间，并且确定电流被供应给相绕组中的单个绕组的换相事件的比例以控制电动机的速度。本专利技术的一个优点在于可以控制永磁电动机而不需要部件的非常高的频率切换。在一个实施例中，电流脉冲事件包括单个电流脉冲。在一个实施例中，电流脉冲事件包括多个电流脉冲。优选地，以比永磁电动机的基本电频率的四倍小的频率供应电流脉冲事件中的多个脉冲。在一个实施例中，换相电路包括换相反馈回路，其在针对给定相绕组所感测的反电动势的幅值大于针对多个相绕组的其他绕组所感测的反电动势时，向相应的相绕组提供电流脉冲事件。在一个实施例中，换相反馈回路包括用于对所感测的反电动势进行滤波的滤波器，并且滤波器向所感测的反电动势引入相移以使电流脉冲事件和角位置信号同步。在一个实施例中，换相电路包括用于测量永磁电动机的位置的传感器。在一个实施例中，换相电路在操作上独立于控制系统。在本专利技术的第二方面中，提供了一种永磁发电机，其包括多个相绕组、控制系统和换相电路。换相电路可操作用于根据永磁电动机的角位置控制从相绕组抽取的电流的定时。控制系统可操作以在发生于换相事件内的电流脉冲事件中将电流提取到相绕组中的单个相绕组。电流脉冲事件的持续时间小于换相事件的持续时间，并且确定从相绕组中的单个相绕组中抽取电流的换相事件的比例以控制永磁发电机的速度。本专利技术的优点在于可以控制永磁发电机而不需要部件的非常高的频率切换。在一个实施例中，电流脉冲事件包括单个电流脉冲。在一个实施例中，电流脉冲事件包括多个电流脉冲。优选地，以比永磁发电机的基本电频率的四倍小的频率抽取电流脉冲事件中的多个电流脉冲。在一个实施例中，换相电路包括换相反馈回路，当针对给定的相绕组所感测的反电动势的幅值大于针对多个相绕组中的其他绕组所感测的反电动势时，从相应的相绕组抽取电流脉冲。在一个实施例中，换相反馈回路包括用于对所感测的反电动势进行滤波的滤波器，并且滤波器向所感测的反电动势引入相移以使电流脉冲事件和角位置信号同步。在一个实施例中，换相电路包括用于测量永磁发电机的位置的传感器。在一个实施例中，换相电路在操作上独立于控制系统。另一方面，提供了一种强制进气系统，用于具有曲轴的内燃发动机，所述系统包括：压缩机，用于增加进入发动机的气体的压力；涡轮机，被设置为由发动机排气驱动；发电机，被设置为由涡轮机驱动的；以及根据第一方面的任一实施例的永磁电动机，被设置为驱动压缩机，其中发电机和电动机电连接，并且由此由涡轮机的输出扭矩经由电连接至少部分地驱动压缩机。在实施例中，涡轮机可以与压缩机机械地分离。附图说明现在将参照附图通过示例进一步描述本专利技术，其中：图1是示出根据本专利技术第一实施例的电动机控制回路的示意图。图2是示出根据本专利技术第一实施例的IGBT模块的电路图。图3a是电动机相电压与时间的曲线图。图3b是电动机相间电压与时间的曲线图。图3c是滤波后的电动机相间电压图。图4是根据本专利技术第一实施例的滤波器的电路图。图5是示出根据本专利技术第一实施例的比较器电路的电路图。图6a是根据本专利技术第一实施例的比较器输出信号的曲线图。图6b是根据本专利技术第一实施例的所需换相信号的曲线图。图7是根据本专利技术第一实施例的占空比的图示。图8是示出根据本专利技术第二实施例的IGBT模块的电路图。具体实施方式参考图1，示出了无刷直流电动机控制器1的示意图，其包括无刷直流电动机2、集成栅双极型晶体管(IGBT)模块4、换相逻辑电路6、占空比计算模块8、速度设定模块10以及用于电动机速度测量12和用于电动机位置测量14的反馈回路。用于电动机位置测量14的反馈回路包括滤波器15。对期望的电动机速度10和转子速度测量结果12进行比较，该比较结果用于执行占空比计算8以确定所需的电动机电流。换相逻辑电路6基于经滤波的电动机位置测量结果14确定哪些定子绕组需要电流，在这种情况下经滤波的电动机位置测量结果14来自于电动机电动势的测量结果。所计算的占空比和换相信号馈入电动机控制器4中，该电动机控制器4确保正确的电流流过电动机2的正确绕组。电动机控制回路1的每个元件的功能将在下面参照图2至图7进行解释。参考图2，示出了用于3相无刷直流电动机控制器1的IGBT模块4的电路图，其包括直流电压源16、三个顶部开关元件18a、18b、18c、三个底部开关元件20a、20b、20c、无刷直流电动机2以及换相逻辑电路6的图示。换相逻辑电路6使开关信号通过顶部开关线路17a、17b、17c传递给顶部开关元件18a、18b、18c，并且通过底部开关线路19a、19b、19c传递到底部开关元件20a、20b、20c。被激活的开关组件的组合确定在电动机2的哪个相位上施加来自直流电源16的电压。一个顶部开关组件和一个底部开关组件与三个电动机相位中的每一个相关联。当电流供应给电动机时，单个顶部开关组件和单个底部开关组件接收高电平信号并被激活。换相逻辑电路6基于电动机位置测量确定哪些开关需要被本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种永磁电动机，包括：多个相绕组；控制系统；以及换相电路，可操作用于根据所述永磁电动机的角位置控制供应给所述相绕组的电流的定时；其中，所述控制系统可操作为在发生于换相事件内的电流脉冲事件中向所述相绕组中的单个相绕组供应电流；其中，所述电流脉冲事件的持续时间小于所述换相事件的持续时间，并且确定所述换相事件中的所述电流被供应给所述相绕组中的所述单个相绕组的比例，以控制所述永磁电动机的速度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.17 GB 1514588.11.一种永磁电动机，包括：多个相绕组；控制系统；以及换相电路，可操作用于根据所述永磁电动机的角位置控制供应给所述相绕组的电流的定时；其中，所述控制系统可操作为在发生于换相事件内的电流脉冲事件中向所述相绕组中的单个相绕组供应电流；其中，所述电流脉冲事件的持续时间小于所述换相事件的持续时间，并且确定所述换相事件中的所述电流被供应给所述相绕组中的所述单个相绕组的比例，以控制所述永磁电动机的速度。2.根据权利要求1所述的永磁电动机，其中所述电流脉冲事件包括单个电流脉冲。3.根据权利要求1所述的永磁电动机，其中所述电流脉冲事件包括多个电流脉冲。4.根据权利要求3所述的永磁电动机，其中以比所述永磁电动机的基本电频率的四倍小的频率供应所述电流脉冲事件中的所述多个电流脉冲。5.根据前述权利要求中任一项所述的永磁电动机，其中所述换相电路包括换相反馈回路，用于在针对给定相绕组所感测的反电动势的幅值大于针对所述多个相绕组中的其他相绕组所感测的反电动势时，向相应的相绕组供应电流脉冲。6.根据权利要求5所述的永磁电动机，其中所述换相反馈回路包括用于对所感测的反电动势进行滤波的滤波器，所述滤波器向所感测的反电动势引入相移以使所述电流脉冲事件与所述角位置信号同步。7.根据权利要求1至4中任一项所述的永磁电动机，其中所述换相电路包括用于测量所述永磁电动机的位置的传感器。8.根据前述权利要求中任一项所述的永磁电动机，其中所述控制系统包括用于测量所述永磁电动机的速度的传感器。9.根据前述权利要求中任一项所述的永磁电动机，其中所述换相电路在操作上独立于所述控制系统。10.一种永磁发电机，包括：多个相绕组；控制系统；以及换相电路，可操作用于根据所述永磁发电机的角位置控制从所述相绕组抽取的电流的定时；其中，所述控制系统可操作以在发生于换相事件内的电流脉冲事件中...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·G·R·理查德斯，M·卡尔巴切克，
申请(专利权)人：艾利思科技控制技术有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB