公开了一种磁通开关电机（１０２）。该电机包括转子（１０４）、定子（１０６）、磁场绕组（１２４，１２６）以及电枢绕组（１２８，１３０）。微控制器（１３４）对向该磁场绕组和电枢绕组的电流供应进行控制。转子位置传感器包括除法器，用于：（ｉ）接收取决于至少一个磁场绕组中的电流变化率的输入信号，（ｉｉ）接收取决于至少一个电枢绕组两端的电压的输入信号，经过该至少一个电枢绕组的电流导致了该磁场绕组中的至少部分电流，以及（ｉｉｉ）向微控制器（１３４）提供取决于除法器所接收的输入信号的比率的控制信号。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电机的控制，更具体但非唯一地，涉及在不需要机械转子位置传感器的情况下对磁通开关(flux switching)电机或发电机的控制。 磁通开关电机可用于诸多应用中，这是因为磁通开关电机在向电机的转子提供电力时不需要使用换向器(commutator)或电刷。由于这些组件会受到明显的磨损，因此非常期望避免使用它们。 在附图说明图1至9中示出了磁通开关电机的工作原理。磁通开关电机2具有转子4，转子4具有一对电极6，8并且被可旋转地装配到具有四个定子齿12，14，16，18的定子10中。缠绕磁场线圈(field coil)20，以使得磁场线圈20的绕组被布置在定子10的直径上对置的槽22，24中。磁场线圈20在其绕组中传送单向电流(其意为向线圈20的绕组施加的电压脉冲的极性不被反转)，槽22中的绕组中的电流方向与槽24中的绕组的电流方向相反。 类似地，与磁场线圈20成直角地布置电枢线圈26，以使得电枢线圈26的绕组被布置在定子的直径上对置的槽28，30中。电枢线圈26在其绕组中传送电流，以使得槽28中的绕组中的电流方向与槽30中的绕组中的电流方向相反。然而，与向磁场线圈20施加的电压相反地，以具有可反转极性的脉冲的形式向电枢线圈26施加电压，其原因将在下文中更详细地解释。 当电流以图1所示的方向(即，进入纸面的A+和F+以及离开纸面的A-和F-)流经磁场线圈20和电枢线圈26时，磁通量如同所示地穿过相对地布置的定子齿14，18之间，其结果是转子4趋向于使其自身沿着磁通量的方向来进行对准。如图2所示，当流经磁场线圈26的电流的方向被反转而流经磁场线圈20的电流的方向保持不变时，通过定子4起作用的合成磁场被改变90度，其结果是磁通量穿过相对地布置的定子齿12，16之间，即，与相对地布置的定子齿14，18成直角。转子仍趋向于使其自身沿着磁通量的方向进行对准，从而导致了转子4经过如图2至5所示的直角的逆时针旋转。 如果流经电枢线圈26的电流的方向再次被反转，同时保持磁场线圈20中的电流方向，则如图6所示，磁通量再次穿过定子齿14，18之间。这导致了转子4经过如图6至9所示的另一直角而逆时针旋转，以恢复到图1所示的布置。因此，这表示了图1至9所示的双极电机2的完整周期。 为了控制转子4相对于定子10的旋转，必须使得电枢线圈26的绕组中的电流方向的反转与转子4相对于定子10的旋转同步。因此，为了控制经过电枢线圈26的电流的切换，现有的磁通开关电机需要具有用于指示转子4的旋转位置的装置。这通常是装配到转子轴上的光位置传感器或磁位置传感器，本领域的技术人员应该熟知其操作，因此在下文中将不再赘述。在制作电机期间需要对这种位置传感器进行非常精确的对准，从而显著地增加了电机的制造成本。 WO 2004/025822公开了一种磁通开关电机，在该磁通开关中可以控制向该电机的电枢线圈施加的电压脉冲的极性切换，而不使用机械转子位置传感器。在图10中示出了这种电机，其具有一对磁场线圈40，42以及一对电枢线圈44，46。每个线圈40，42，44，46具有是定子齿48的节距的两倍的节距，其结果是在一个线圈中产生的磁场延伸通过相邻线圈。这种重叠的结果是在电枢线圈与磁场线圈之间存在显著的互感，该互感取决于转子的旋转位置。这使得可以通过对电枢线圈中的电流所导致的磁场线圈中感生的电压进行监测，来确定转子的旋转位置。 本专利技术的优选实施例寻求改进这种机器的操作。 根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于将电能转换为机械能和/或将机械能转换为电能的电机，该电机包括 转子，具有多个转子极(pole)； 定子，用于可旋转地容纳所述转子，并且具有(i)至少一个场磁体设备，用于产生所述转子与所述定子之间的第一磁动势，并且包括至少一个第一电绕组，以及(ii)至少一个电枢磁体设备，包括至少一个第二电绕组，该第二电绕组适用于传送与所述转子相对于所述定子的旋转同步地变化的电流，以产生具有垂直于所述第一磁动势的分量的第二磁动势； 至少一个控制设备，用于对去向或来自所述第二电绕组或每个所述第二电绕组的电流的供应进行控制；以及 至少一个转子位置传感器设备，用于检测至少一个电信号，该至少一个电信号与转子相对于定子的旋转位置相关并且是作为经过相应的第二或第一电绕组的电流的结果而在相应的所述第一或第二电绕组中所感生的，其中至少一个所述转子位置传感器设备包括至少一个除法器设备，用于(i)接收与至少一个所述第一或第二绕组中的电流的变化率相关的至少一个第一电输入信号，(ii)接收与至少一个相应的所述第二或第一绕组两端的电压相关的至少一个相应的第二电输入信号，经过该至少一个相应的所述第二或第一绕组的电流导致了至少一个所述第一电输入信号的至少一部分，以及(iii)向至少一个所述控制设备提供至少一个相应的控制信号，该至少一个相应的控制信号与至少一个所述第一电输入信号和至少一个所述第二电输入信号的比率相关。 本专利技术基于这样的发现在第一绕组(例如磁场绕组(field winding))两端的电压基本恒定的机器如磁通开关电机中，在第一绕组中流动的电流的变化率与第二绕组(例如电枢绕组)两端的电压的比率提供了对该两个绕组之间的互感的测量，该测量与转子的旋转位置相关并且很大程度上独立于向第二绕组施加的电压，其中该第二绕组磁耦合至该第一绕组，以使得在第二绕组中流动的电流感生了第一绕组中的电压。这提供了使得即使在机器的第二绕组(例如电枢绕组)两端的电压快速变化时、也能够确定取决于转子相对于定子的旋转位置的信息的优点。这从而可以用于控制去向或来自机器的电力供应，以最大化机器的工作效率。然而，本专利技术还被发现具有以下惊人的优点在某些情况下，当第二绕组两端的电压非常显著地变化时该近似仍然有效，这意味着可以在很大范围的工作条件下容易地控制该机器。 至少一种所述除法器设备可适用于提供数字控制信号。 这提供了以下优点使得能够在诸如微控制器之类的数字控制器中直接使用除法器设备的输出信号，以控制去向或来自该机器的电力的供应。 至少一种所述除法器设备可包括至少一个模数转换器，该模数转换器适用于在其第一模拟输入端子处接收所述第一输入信号并在其基准端子处接收所述第二输入信号。 这提供了以下优点自动提供表示这两个输入信号的比率的数字输出信号，同时避免了执行数值除法以获得第一输入信号和第二输入信号的比率的必要性。 该机器还可包括至少一个电压调节设备，该电压调节设备与至少一个所述模数转换器的基准端子相连，并且适用于接收至少一个所述第一电输入信号。 这提供了允许最大程度地使用模数转换器的可用输入电压范围的优点。 至少一个所述除法器设备可包括第一模数转换器，适用于接收至少一个所述第一电输入信号；至少一个第二模数转换器，适用于接收至少一个所述第二电输入信号；以及数值除法器设备，用于接收来自所述第一模数转换器和第二模数转换器的数字输出信号，并提供与至少一个所述第一电输入信号和至少一个所述第二电输入信号的比率相关的数字输出信号。 转子位置传感器装置可包括至少一个第一感应线圈，适用于磁耦合至在与至少一个所述第二或第一绕组相串联的导体中流动的电流所产生的磁场。 电压调节装置可包括至少一个分压器，该分压器连接在相本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于将电能转换为机械能和／或将机械能转换为电能的电机，所述电机包括： 转子，具有多个转子极； 定子，用于可旋转地容纳所述转子，并且具有：（ｉ）至少一个场磁体设备，用于产生所述转子与所述定子之间的第一磁动势，并且包括至少一个第一电绕组，以及（ｉｉ）至少一个电枢磁体设备，包括至少一个第二电绕组，所述第二电绕组适用于传送与所述转子相对于所述定子的旋转同步地变化的电流，以产生具有垂直于所述第一磁动势的分量的第二磁动势； 至少一个控制设备，用于对去向或来自所述第二电绕组或每个所述第二电绕组的电流的供应进行控制；以及 至少一个转子位置传感器设备，用于检测至少一个电信号，所述至少一个电信号与所述转子相对于所述定子的旋转位置相关并且是作为经过相应的第二或第一电绕组的电流的结果而在相应的所述第一或第二电绕组中感生的，其中至少一个所述转子位置传感器设备包括至少一个除法器设备，该至少一个除法器设备用于：（ｉ）接收与至少一个所述第一或第二绕组中的电流的变化率相关的至少一个第一电输入信号，（ｉｉ）接收与至少一个相应的所述第二或第一绕组两端的电压相关的至少一个相应的第二电输入信号，经过所述至少一个相应的所述第二或第一绕组的电流导致了至少一个所述第一电输入信号的至少一部分，以及（ｉｉｉ）向至少一个所述控制设备提供至少一个相应的控制信号，所述至少一个相应的控制信号与至少一个所述第一电输入信号和至少一个所述第二电输入信号的比率相关。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：查尔斯波洛克，海伦波洛克，
申请(专利权)人：百得有限公司，电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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