无刷电机控制制造技术

一种无刷电机，其具有至少在电机中产生磁通的一相绕组。控制器根据所需的磁通和稳定信号控制电机中的磁通，所需磁通和稳定信号的结合能够使控制器在输入或者控制器的参数中有干扰的情况下以稳定的方式工作。控制器能够与硬件的转子位置检测器或者无传感器的位置算法一起工作。

【技术实现步骤摘要】

0001本专利技术涉及开关无刷电机的控制。本专利技术具体但不唯一地涉及开关磁阻电机。
技术介绍
0002开关磁阻电机是一种无刷电机。它包括转子、限定转子磁极、 定子、限定定子磁极以及被设置成与定子磁极相关从而限定一个或者多 于一个独立可通电的相的一套绕组。在磁阻电机中， 一个或者多于一个 相绕组的通电在包括相关定子磁极的电路中建立磁通，促使转子转到最 小磁阻的位置。根据转子位置定时对绕组顺序通电引起转子运动。包括 开关磁阻电机的电驱动器的通常处理方法可以在各种教科书中找到，例 如TJE Miller， Newnes 2001年所写的"Electronic Control of Switched Reluctance Machine (开关磁阻电机的电子控制)"在此并入供参考。 更多的详细内容在1993年6月21-24日德国纽伦堡PC頂，93的会议和 展览上Stephenson禾口 Blake发表的"The Characteristics, Design and Applications of Switched Reluctance Motors and Drives (开关磁阻 电机和驱动器的特性、设计及应用)"的论文中有描述，在此并入供参 考。正如在
公知的，通过改变向相绕组通电的时间这些电机可 以作为电动机或者发电机工作。0003不同于电流在定子线圈中并且场由在转子上的永磁体产生的常 规感应同步"电磁"机(例如所称的无刷直流电机)，开关磁阻电机是 纯粹的"磁"机。当磁路的磁阻改变时，转矩仅由磁场产生。因而断定 控制这两种类型的电机的方法是完全不同的，因为控制与转矩产生的方 法有关。 一般讲，用于给传统电机提供正弦供电的控制方法不适合于开 关磁阻电机。0004图1示出典型的开关磁阻电机的横截面。在这个示例中，可磁化的定子10具有六个定子磁极12。可磁化的转子14具有四个转子磁极16。每个定子磁极承载一个线圈18。在直径方向上相对的磁极上的线圈串联连接从而提供三个相绕组。为了清楚只示出一个相绕组。开关磁阻 电机的控制可以以该
人员熟知的多种方法实现。如果有关转子 的角位置的信息(例如来自位置传感器)可用，则励磁可作为位置的函 数被施加。这种电机通常称作"转子位置开关电机"。0005图2示出典型的开关磁阻驱动器。在这个示例中，电机36与图 1所示的电机相对应。三相绕组A、 B以及C通过一套电力电子开关48 轮流与直流电源V接通。开关工作的时刻(也就是转子的位置)由控制 器38决定，控制器可在处理装置(如微控制器或者数字信号处理器)的 硬件或者软件中实现。控制信号通过数据总线46送到开关。通过使用电 流传感器44检测相电流并且反馈与比作需要的电流i。的相电流成比例 的一个信号来提供闭环电流反馈。控制算法通常包括比例(P)，比例积 分(P+I)，时间最优，反馈线性化，比例/积分/微分(PID)函数，或 者如技术中公知的许多其他的算法之一。通过从位置检测器40反馈转子 位置信号来提供位置或者速度的外部控制环也是普遍的。0006在工作中，与电流需量(current demand) 42相应的信号被提 供到控制器。这个信号根据所采用的特殊控制方案调节绕组中的电流， 从而产生电机的期望输出。0007开关磁阻电机的性能部分取决于关于转子位置的相通电的精确 时间。转子位置的检测常规上通过使用图2示意性所示的实体的转子位 置传感器(RPT) 40实现，例如，与例如安装在定子上的光的或者磁的 传感器协同工作的安装在电机转子上的旋转齿盘。指示转子相对于定子 的位置的脉冲列被生成并且被提供给处理装置，允许进行准确的相通电。 位置检测的可选择的方法包括所称的"无传感器"方法，该方法没有实 体的位置传感器，并且位置是从电机的一个或者多于一个其他参数的测 量中推出的。0008由于在绕组中的电流相对容易测量，所以电机的闭环控制常规 上通过监视和控制绕组中的通电电流来完成。然而，电机的期望输出通常是转矩、位置或者速度，电流与所有这些量具有高度的非线性关系。 结果是电流控制技术通常导致输出不准确，例如转矩波动，位置误差和/ 或者速度误差。已经设计出许多电流控制方案来解决这些缺点。所有这 些都增加了复杂性。0009一些研究者已经提出在开关磁阻电机中更加基本的控制变量是 相绕组通电时在电机的磁路中建立的磁通。磁通是形成作用于转子上促 使转子转到相对被通电的定子磁极的最小磁阻位置的力的直接原因。EP-A-1109307和EP-A-1109308 (两者并入在此供参考)公开了使用磁通 作为主要的控制变量的方法。并且驱动器包括磁通控制器。0010已知有许多不同的功率转换器拓扑，其中的一些在上述引用的 St印henson的论文中有阐述。 一个最普遍的配置在图3的多相系统的单 相中被示出，其中电机的相绕组与横穿母线26和27的两个开关装置21 和22串联连接。母线26和27被总称为转换器的"直流环节"。能量恢 复二极管23和24被连接到绕组从而当开关21和22打开时允许绕组电 流流回直流环节。被称为"直流环节电容器"的电容器25连接到直流环 节的两端，以得到或吸收直流环节电流的任何交流分量(也就是所称的 纹波电流)，该交流分量不能由电源获得或不能返回电源。在实际使用 中，电容器25可以包括以串联和/或者并联方式连接的一些电容器。其 中使用并联连接， 一些元件可以遍及在转换器中。多相系统典型地使用 图3并联连接的若干"相桥臂(phase leg)"，从而独立地对电机的相 通电。0011开关磁阻电机的相电感周期是连续周期中公共点之间的那相或 每相的电感变化时段(例如当转子磁极和各自相关的定子磁极完全地对 齐时的电感最大值之间)。如上面引用的St印henson的论文所述，最大 感应区域Lmax的中心位于一对转子磁极完全地与一对定子磁极对齐的转 子位置附近。类似地，最小感应区域L^对应于转子上的极间轴线与定 子磁极轴线对齐的位置，如图1所示。0012低速时，开关磁阻系统通常工作在电流控制或者"斩波"模式。 利用"硬"斩波的磁滞电流控制器被经常使用，如上面提到的St印henson的论文所述。 一个可替代的方式是当电流达到它的上限水平时只有一个 开关打开的"软"斩波。然后电流更缓慢地流经绕组、第二个开关和一 个二极管而衰减。在
中公知的其他类型的电流控制器(离线控制器，恒定频率控制器)，例如在此并入供参考的EP-A-0769844中所阐 述的那些控制器等等，将不在此阐述。0013较高速时，开关磁阻系统典型地工作在通电的"单脉冲"模式 而不是斩波模式。这在上面提到的St印henson的论文中也有所说明。0014因此，系统通常在低速时使用斩波模式而在较高速时使用单脉 冲模式。上限和下限斩波电流水平一般被设置为比单脉冲模式的预期峰 值电流更高的值，以便这些参数不会干扰单脉冲工作。公知的是将上限 电流水平设置到充当"安全裕度(safety net)"的值，以便如果在驱动 器中出现故障状况电流将超过这个上限水平时，使一个或者多于一个开 关装置打开，从而将电流限制到安全值。0015常规做法是设置一个限度值，在单脉冲模式下超出该限度值不 能获得进一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于具有至少一相绕组的无刷电机的控制器，所述控制器包括控制装置，该控制装置响应输入信号产生给所述相绕组通电的控制信号，该控制装置使用磁通稳定信号修改所述输入信号，因此改变由所述相绕组产生的磁通从而使所述电机的输出稳定。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：PR梅耶斯，MJ特纳，
申请(专利权)人：开关磁阻驱动有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]