控制器制造技术

提供一种用于电动马达的电子控制器。用于电动马达的控制系统包含：在任何给定时间将激磁电流供应至马达的不同绕组的装置。而且，激磁电流的振幅独立于该激磁电流应用至所述绕组的时机和持续时间而变化。这允许加大马达的控制，且促进马达操作于高机械速度和/或高电子速度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于电动马达的电力控制器。特别地，本专利技术涉及一种用于改进交流电动马达控制及操作的系统，其中当稳定的电气绕组(electrical winding)存在时，永磁体或稳定激磁电磁体(steadily excited electromagnet)会移动。这种马达将被统称为永磁交流(PMAC)马达(尽管某些可用稳定激磁电磁体替代永磁体)。PMAC马达可存在于，例如，高速混合润轮增压器(turbocharger)或其他高速电子装置。
技术介绍
传统的PMAC马达在稳定的电气绕组存在时，利用了永磁体的移动。定子绕组(stator winding)必须由振荡的或间歇性电流(即，交流电或脉波宽度调变)激磁(excite),以便当磁体绕着绕组转动或移动(translate)时,施加电动势至磁体上。这种马达通常被描述为无刷交流永磁马达，或永磁同步马达(permanent magnet synchronousmotor, PMSM)。很重要的是应注意，这种马达与无刷直流永磁马达的区别在于，此种马达具有不同的结构和控制方法。就机械上而言,无刷交流永磁马达属于最为简单、小型化(compact)且有效率的一种马达。然而，在电动马达的历史中，实际的实施例通常具有整合的设计特征，这些设计特征牺牲了简单、小型性(compactness)和效率，以便赋予较佳的简化控制马达的工作的操作特性。牺牲的例子包括:1.磁场削弱(field weakening),以限制来自马达固有性质的速度。2.螺旋磁体(helical magnets),以在低速时增强起动转矩(starting torque)及可预测性。3.使用电磁体而不使用永磁体，以允许通过提供电磁体动力的直流信号调整起动转矩。4.选择定子绕组的分布，以便当给予平滑交流电(振荡)输入时，使马达的转矩输出平滑。5.可变气隙(特别是在“轴向磁通(axial flux) ”型马达中)，以允许马达常数(电流输入和转矩输出之间的关系)通过机械方式被调整；以及6.使用较弱的磁体或被动激磁(金属)材料，以减少马达对于交流信号输入的形状的敏感度(sensitivity)。电动马达通常操作以200赫以下的速度(即，电动车为20赫至100赫，汽车启动马达为30赫至50赫，英国电站发电机为50赫，典型的泵马达为50赫，家用电器为10赫至50赫，输送带和滑轮为I赫至50赫)。高速应用具有上述清单中第七项典型的较佳设计方式:被动激磁材料的使用。例子包包括:JR Bumby, E Spooner, &M Jagiela, “Solid Rotor Induction Machines for usein Electrically-Assisted Turbochargers，，，Proceedings of the XVII InternationalConference on Electric Machines (ICEM)，2006 ;以及 S Calverly, “High-speed switchedreluctance machine for automotive turbo-generators，，，Mag.Soc.Seminar on Motorsand Actuators for Automotive Applications, 2002.上述设计特征的结合大大地增加马达的尺寸、重量、成本及能量效率。此外，对任一所选设计而言，马达的尺寸、重量及成本一般是正比于转矩输出的。以高速操作的马达可以低转矩来供给等量功率，因此设备和传动装置常常被指定尽可能地容纳(accommodate)较高速马达。然而，较高的速度易于加重与马达控制有关的挑战。一个特别值得注意的应用领域为涡轮机械。这种装置(利用气体以接近音障的速度操作)以超过1500赫的速度旋转。涡轮机在航天及天然气发电方面相当知名，但它们逐渐被应用于汽车引擎(涡轮增压器)、工业制程(压缩机及热回收系统)、家用电器(真空吸尘器)以及建筑采暖和通风。与定量(fixed-displacement)泵及膨胀腔室相比，润轮机的日益普及创造了对高速马达的更多需求，并提供减少或消除高比例传输成本的可能性(如果能提供较高速度马达)。本专利技术特别值得注意之处在于汽车涡轮增压器的电气化，其是较早专利(B Richards, “Turbocharger concept”，英国专利 n0.0624599.7，2006)的主题。涡轮机需要超过1500赫的操作速度，且一些汽车应用需要超过2500赫的速度。低于200赫的典型的马达速度并不适用于此应用。使用较弱磁体或被动磁化材料的设计折中方案可使速度达到1500赫,但这些折中方案具有相对较低的功率密度(power density)。典型的20千瓦涡轮压缩机在形状上约为15cm xl5cm xlOcm，且在稳定状态中需要1.6Nm的转矩输入。典型的操作在相同速度的被动激磁式电动马达可以从足够大的马达供应所需的转矩。但这种马达将具有大转子惯量(rotor inertia)。当马达的尺寸进一步增加以提供过量转矩以便在瞬时加速时克服它本身的惯量时，马达增加的惯量与产生的额外转矩成正t匕，造成收益递减。相比之下，具有强力永磁体的马达以同样体积可达到十倍的转矩，允许马达变小(10cm xlOcm xlOcm为2Nm的数量级)，而仍提供足够的转矩以供加速。管理控制器电流的问题仍然存在。由于上述设计优点以及用于高速机器的新兴应用，过去三十年间，更加难以控制的马达成为总体趋势。这一趋势与以下现象相符且依赖以下现象:电子学和计算机的广泛应用，使更为繁复的控制策略变得可行。传统的无刷永磁式马达一般为直流类型或交流类型两者之一。无刷直流式马达接受“粗糙(rough)”的电压输入，并通过马达绕组的电感及电阻，在马达内部使电流平滑。无刷交流马达(也称为同步马达)需要控制器给予的平滑且正弦(或接近正弦)的电流。这两种马达都不是被设计为接受“粗糙”的电流输入波形。控制无刷永磁式马达的传统方式为脉宽调制(pulse width modulation, PWM)。该方式的示例(尤其涉及PMAC)示出在EP2159909中。该文件利用快速PWM，以模拟输入至马达的平滑正弦波电压输入。这允许位置的精确控制以及马达的平滑操作(尤其是低速时)。无刷直流永磁式马达也使用PWM来控制马达输入电压的振幅及相位。无刷直流永磁式机器与无刷交流永磁式机器之间的本质区别在于:无刷交流马达额外地需要其PWM控制器合成正弦信号，而直流马达允许PWM的输出为“粗糙”的电压波形。在这两种情况下(直流或交流)，PWM产生固定振幅和频率的马达控制信号，并于每一整流(commutation)时应用该信号。所需信号(例如“粗糙”信号(直流)或正弦信号(交流))的供应是通过改变供应至马达的脉冲的数量及持续时间而获得的。这一般需要为每次马达整流提供数个脉冲，以尝试近似马达使用所需要的理想波形输入。因此，PWM所供应的总振幅(或电压)通过改变任何给定相位的供应至马达的脉冲的数量和持续时间而被控制。然而，PWM控制器的使用需密集计算，且需要控制器在超出马达的转动频率至少十倍(典型地1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.06.22 GB 1010443.81.一种用于电动马达的控制系统，该控制系统包含:在任何给定时间将激磁电流供应给马达的不同绕组的装置，其中该激磁电流的振幅独立于该激磁电流应用至所述绕组的时机和持续时间而变化。2.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述供应装置包含:电流供应反馈回路，以及与该电流供应反馈回路相分离的整流反馈回路，所述电流供应反馈回路用于将电流振幅提供给马达绕组，所述整流反馈回路用于控制将激磁电流供应至所述马达绕组的时机和持续时间。3.根据权利要求2所述的控制系统，其中所述电流供应反馈回路还包含调节反馈回路，该调节反馈回路用于调节所述电流振幅。4.根据上述权利要求中的任一项权利要求所述的控制系统，该控制系统还包含用于提供指示马达速度和/或所述马达的角度位置的信号的装置。5.根据权利要求2-4中的任一项权利要求所述的控制系统，其中所述电流供应反馈回路包含:用于表现目标马达速度的输入，以及用于响应于所述马达的目标速度和马达速度信号而提供电流振幅的装置。6.根据权利要求4或5所述的控制系统，其中所述整流反馈回路可操作用于根据所述角度位置信号，控制至所述马达绕组的所述激磁电流的所述时机和持续时间。7.根据权利要求4-6中的任一项权利要求所述的控制系统，其中指示所述马达速度和/或所述马达的角度位置且由所述控制装置所测量的信号是指示所述马达绕组中所感应的电流的整流信号。8.根据权利要求6所述的控制系统，其中所述马达的旋转在对应于所述装置信号的每一相绕组中产生反电动势，所述马达的旋转响应于至多个相绕组的任一给定的马达绕组的所述激磁电流的供应。9.根据权利要求8所述的控制系统，其中当对应相绕组所感测的反电动势的振幅比关于其他所述多个相绕组所感测的所述反电动势的振幅大时，所述整流反馈回路向所述给定相绕组提供电流脉冲。10.根据权利要求9所述的控制系统，其中该整流反馈回路包含:滤波器，该滤波器用来滤波所感测的反电动势，以促进所述给定绕组的电流供应与所述角度位置信号之间的同步。11.根据权利要求10所述的控制系统，其中所述滤波器将相位偏移导入至所感测的反电动势，以促进所述同步。12.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：布林·杰佛瑞·罗迪克·理查兹，胡文山，
申请(专利权)人：艾利思科技控制技术有限公司，
类型：
国别省市：