开关磁阻电机中转子位置的检测制造技术

一种多相开关磁阻电机由使用无检测器的位置检测方法的控制系统控制。以高速操作电机的一种方法探测每个第ｎ个相基准点，从而使得具有足够的时间计算位置，其中ｎ是大于１的整数。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
开关磁阻电机中中转子位置的检测本专利技术涉及开关磁阻电机中转子位置的检测，尤其涉及那些不用检测器检测转子位置来操作的电机。一般地说，磁阻电机是这样一种电机，其中借助于其可动部件朝向磁路的磁阻最小的位置，即激磁绕组的电感最大的位置运动的趋势产生转矩。在一种磁阻电机中，配备有电路装置用于检测转子的角位置并根据转子的位置向相绕组供电。这种类型的磁阻电机一般被称为开关磁阻电机。其可以作为电动机或发电机来工作。这种开关磁阻电机的特性是熟知的，并且例如Stephenson和Blake在PCIM’93，Nurberg，21-24 June 1993的“The characteristics，design andapplication of switched reluctance motors and drives”中描述了，这篇文章被包括在本专利说明中作为参考。这篇文章说明了开关磁阻电机的特点，这些特点还形成相绕组的磁阻被周期地接改变这一特性。图1表示一种典型的开关磁阻驱动系统的主要元件。输入直流电源11可以是电池或者是被整流并被滤波的交流电源，并且其幅值可以是固定的或者是变化的。由电源11提供的直流电压在电子控制单元14的控制下通过功率变换器13以开关方式加到电动机12的相绕组16两端。其中的开关操作必须正确地和转子的旋转角度同步，以便正确地进行驱动操作。一般使用转子位置检测器15提供指示转子的角度位置的信号。转子位置检测器15的输出也可以用于产生速度反馈信号。通过电流传感器18在控制器14中提供电流反馈，电流传感器18用于采样一个或几个相绕组中的电流。转子位置检测器15可以采用多种形式，例如可以采取硬件的形式，如图1示意地表示的。在一些系统中，转子位置检测器15可以包括转子位置传感器，每当转子转动到要求功率变换器13中的器件-->改变其连接接线时其提供用于改变状态的输出信号。在另一种系统中，位置检测器可以是一种软件算法，其根据驱动系统的其它被监测的参数计算还判断转子位置。这些系统通常被称为“无位置检测器的系统”，因为人们不使用和转子相连的用于测量位置的实际的传感器。正如本领域熟知的，为了探求可靠的无检测器系统，采用过许多不同的方法。在开关磁阻电机中对相绕组的供电取决于转子的角位置的检测。这可以参照图2和图3进行说明，其中说明了作为电动机操作的磁阻电机的开关操作。图2一般地表示按照箭头22接近定子25的定子磁极21的具有转子磁极20的转子24。如图2所示，整个相绕组16的一部分23被围绕定子磁极21绕制。当围绕定子磁极21的相绕组16的一部分23被供电时，就在转子上施加一个力，试图拖动转子磁极20和定子磁极21对齐。图3一般地表示功率变换器13中的用于控制包括绕在定子磁极21上的部分23的相绕组16的供电的典型的开关电路。当开关31和32闭合时，相绕组和直流电源相连，因而被供电。许多其它的层叠的几何结构、绕组布局和开关电路在本领域中是熟知的：其中一些在上面引用的Stephenson&Blake的文章中讨论过。当开关磁阻电机的相绕组以上述方式供电时，由磁路中的磁通建立的磁场产生一个如上所述的拖动转子磁极和定子磁极对齐的圆周力。一般地说，按下述方式给相绕组供电以便使转子旋转。在转子的第一角位置(称为“导通角”θON)，控制器14提供开关信号使开关元件31和32导通。当开关元件31和32导通时，相绕组和直流母线相连，在电机中建立一个逐渐增加的磁通。该磁通在气隙中产生一个作用在转子磁极上从而产生拖动转矩的磁场。电机中的磁通由从直流电源通过开关元件31和32以及相绕组16流动的电流提供的磁动势(mmf)支持。一般使用电流反馈，并且相电流的幅值通过使开关元件31与/或32中的一个或两个快速地导通与截止对电流斩波进行控制。图4(a)表示在斩波操作方式下一个典型的电流-->波形，其中电流在两个固定值之间被斩波。在拖动操作时，导通角θON通常被选择为这样一个转子位置，在此位置转子上的极间间距的中心线和定子磁极的中心线对齐，但是也可以是其它的角度。在许多系统中，直到转子旋转达到被称为“惯性角”θFW时一直保持和直流母线的连接(如果使用斩波，则是断续地连接)。当转子达到相应于惯性角(例如图2中所示的位置)的角位置时，一个开关例如31被截止。因而，流过相绕组中的电流继续流动，但是现在只通过两个开关中的一个开关(在本例中为32)和二极管33/34中的一个(在本例中为34)流动。在惯性运行期间，加于相绕组上的电压很小，并因而磁通基本保持恒定。电路被保持在这种惯性状态，直到转子转动到被称为“截止角”θOFF的角位置，(例如当转子磁极的中心线和定子磁极的中心线对齐时)。当转子达到截止角时，两个开关31和32都截止，相绕组23中的电流开始通过二极管33和34流动。此时，二极管33和34提供和直流母线方向相反的电压，使电机中的磁通(因而相电流)减少。在本领域中已知也使用其它的开关角和其它的电流控制方案。随着电机速度的增加，用于使电流上升到斩波值的时间减少，因而驱动系统一般运行在“单脉冲”操作方式下。在这种方式下，导通角、惯性角和截止角例如按照速度和负载转矩进行选择。一些系统不使用惯性角时间间隔，即开关31和32被同时接通和断开。图4(b)表示一种典型的单脉冲电流波形，其中惯性角是0。还已知导通角、惯性角和截止角的值可以被预先确定并按照一些合适的格式被存储，以便按照需要由控制系统检索，或者可以被计算或者实时地推导。在Ray等人在Proc EPE’93 Conerence，Brighton，UK，13-16 Sept93，Vol 6，pp 7-13“Sensorless methods for determining the rotorposition of switched reluctance motors”中回顾了许多无检测器位置检测系统，并且进行了分类，这篇文章在此列为参考。这篇文章得出的结论是，没有一种方法在整个操作范围内是满意的。在EP-A--->0573198(Ray)中描述了一种已知的用于在高速(单脉冲)方式下操作的方法(也在此列为参考)，该方法披露了一种在预测转子位置之前测量磁通和电流的方法。对于大多数无检测器位置检测方法的一个共同问题是为了预测转子位置所需的计算需要有限的时间。利用市场上可得到的微处理器和数字信号处理器，这个时间一般比在电机工作在斩波方式下时的一个相周期短。不过，随着电机速度的增加，操作方式变为单脉冲方式，相周期变得更短，并且最终达到不再能够及时地进行计算以便使电机被连续地正确操作的速度。这一困难被一些研究者广泛地报道了，例如在Russa等人发表于PESC98，29th Annual IEEEPower Electronics Specialists Conference，Fukuoka，Japan，17-22May 1998，Vol2，pp1269-1275的文章“A self-tuning controller forswitched reluctance machines”。本专利技术的目的在于提供一种可在高速下操作的开关磁阻驱动装置的可靠的经济的无检测器位置检测方法。本专利技术一般可应用于作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于开关磁阻电机的转子位置检测的方法，所述开关磁阻电机具有转子、定子和多个相绕组，其中转子可以按照每个相的磁性能的周期性的改变相对于定子而转动，所述方法包括： 确定在磁性能的每个周期性的变化中转子相对于定子的基准位置； 以计算的到达一个基准位置的所用的时间采样至少一个电机的特性数据； 从采样的特性数据导出转子位置； 使转子向前运动超出下一个基准位置并再次采样至少一个特性数据，使得有更多的时间用于下一次转子位置的导出。

【技术特征摘要】
GB 1999-1-11 9900534.01.一种用于开关磁阻电机的转子位置检测的方法，所述开关磁阻电机具有转子、定子和多个相绕组，其中转子可以按照每个相的磁性能的周期性的改变相对于定子而转动，所述方法包括：确定在磁性能的每个周期性的变化中转子相对于定子的基准位置；以计算的到达一个基准位置的所用的时间采样至少一个电机的特性数据；从采样的特性数据导出转子位置；使转子向前运动超出下一个基准位置并再次采样至少一个特性数据，使得有更多的时间用于下一次转子位置的导出。2.如权利要求1所述的方法，其中所述前进的量是基准位置的整数倍。3.如权利要求1或2所述的方法，包括：确定转子的一组速度范围，其包括一个低速范围和至少一个第一高速范围；确定转子速度处于哪一个速度范围；以及如果转子速度处于低速范围之外，则使转子前进超过相继的基准位置。4.如权利要求3所述的方法，其中所述超过相继的基准位置而前进的量是一个相电感周期的一部分。5.如权利要求4所述的方法，其中所述的一部分是m/n，其中n是相数，m是小于n的整数。6.如权利要求3，4或5所述的方法，其中一组速度范围包括第二高速范围，前进而超过下一个基准位置的值是一个或几个相电感周期。7.如前面任何一个权利要求所述的方法，其中被采样的特性数据被用于提供代表相应的相绕组中的相电流和磁链的信号。8.如前面任何一个权利要求所述的方法，其中被采样的特性数据是施加于相应的绕组中的相电流和电压。9.如前面任何一个权利要求所述的方法，包括由采样的特性数据检测转子速度。10.一种开关磁阻驱动系统，其包括：具有多个相绕组的定子；可相对于定子运动的转子；以及控制器，所述控制器可以按照在电机的每相的磁性能的每个周期性的改变中的转子相对于定子的基准位置被编程，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：查尔斯爱德华布兰登格林，
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]