專利名稱：開關(guān)磁阻電機(jī)的激勵(lì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及開關(guān)磁阻電機(jī)的激勵(lì)。尤其是，它涉及降低為特定輸出而引出的供電電流的激勵(lì)。
背景技術(shù)：
開關(guān)磁阻系統(tǒng)的特征和運(yùn)行在本技術(shù)領(lǐng)域中是眾所周知的，并且在例如1993年6月21-24日Nürnberg召開的PCIM’93上由Stephenson和Blake所提出的“The characteristics，design and application of switchedreluctance motors and drives”中作了介紹，其在此引入作為參考。圖1以示意圖形式示出一種典型的開關(guān)磁阻驅(qū)動(dòng)裝置，其中開關(guān)磁阻電機(jī)12驅(qū)動(dòng)一個(gè)負(fù)載19。輸入直流(DC)電源11可以是經(jīng)過整流的交流(AC)電源、蓄電池或某種其它的DC電源。由電源11所提供的DC電壓在電子控制單元14的控制下由一個(gè)功率轉(zhuǎn)換器13跨過電機(jī)12的相繞組16接通。接通必須正確地與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角同步，用于驅(qū)動(dòng)裝置的合適運(yùn)行，并且通常采用一個(gè)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器15，來供給與轉(zhuǎn)子的角位置對(duì)應(yīng)的信號(hào)。轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器15可以采取許多種形式，并且它的輸出也可以用來產(chǎn)生一個(gè)速度反饋信號(hào)。
已知有許多不同的功率轉(zhuǎn)換器拓?fù)?，其中一些已在上面所引用的Stephenson論文中進(jìn)行了討論。對(duì)于一個(gè)多相系統(tǒng)的一相，最常見的配置之一在圖2中示出，在圖2中，電機(jī)的相繞組16在母線26和27之間與兩個(gè)開關(guān)器件21和22串聯(lián)。母線26和27統(tǒng)稱為轉(zhuǎn)換器的“DC聯(lián)絡(luò)線”。能量恢復(fù)二極管23和24連接到繞組上，以便當(dāng)開關(guān)21和22斷開時(shí)使繞組電流流回到DC聯(lián)絡(luò)線上。一個(gè)稱為“DC聯(lián)絡(luò)線電容器”的電容器25跨DC聯(lián)絡(luò)線連接以作為DC聯(lián)絡(luò)線電流的任何交流分量(亦即所謂的“脈動(dòng)電流”)的源或宿，上述交流分量不能從電源引出或返回電源。實(shí)際上，電容器25可以包括幾個(gè)串聯(lián)和/或并聯(lián)的電容器，并且，在采用并聯(lián)連接的地方，其中一部分元件可以分布在整個(gè)轉(zhuǎn)換器中。
對(duì)于任何系統(tǒng)，都要求知道轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的位置。盡管可以用高分辨率的解算裝置，但這些對(duì)大多數(shù)應(yīng)用來說都是比較昂貴和不必要地復(fù)雜的。相反，通常使用一種比較簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)子位置傳感器(RPT)，所述RPT包括一個(gè)固定到轉(zhuǎn)子上的齒形構(gòu)件和一組相對(duì)于定子固定的檢測(cè)器。常見的系統(tǒng)在轉(zhuǎn)子上采用盤形或杯形片，以及在定子上采用光學(xué)或電磁檢測(cè)器，上述片具有與轉(zhuǎn)子極相同的齒數(shù)，通常驅(qū)動(dòng)裝置的每一相都具有一個(gè)檢測(cè)器。這一系統(tǒng)在圖5中表示為帶4個(gè)轉(zhuǎn)子極的3相系統(tǒng)。
開關(guān)磁阻驅(qū)動(dòng)裝置基本上是一種變速系統(tǒng)，并且其特征在于電機(jī)各相繞組中的電壓和電流，上述電壓和電流與傳統(tǒng)的、正弦饋入類型的電機(jī)中所發(fā)現(xiàn)的那些十分不同。正如眾所周知的，有兩種主要的開關(guān)磁阻系統(tǒng)的運(yùn)行模式斬波模式和單脈沖模式，它們二者在上面所引用的Stephenson論文中已有介紹。圖3示出在單脈沖控制中的典型波形。圖3(a)示出由控制器加到相繞組上的電壓波形。在預(yù)定的轉(zhuǎn)子角度下，電壓通過接通功率轉(zhuǎn)換器13中的開關(guān)施加，并在規(guī)定角θc內(nèi)，即導(dǎo)通角內(nèi)加恒定電壓。電流從零升高，達(dá)到一個(gè)峰值并稍微下降，如圖3(b)所示。當(dāng)θc已經(jīng)經(jīng)過時(shí)，開關(guān)斷開，并且能量返回二極管的動(dòng)作跨繞組加一個(gè)負(fù)電壓，使得電機(jī)中的磁通量，進(jìn)而使電流衰減到0。然后通常有一個(gè)0電流的期間，直至周期重復(fù)為止。很顯然，相在θc期間從電源引入能量，并在此之后將較少量能量返回電源。圖3(c)示出必須由功率轉(zhuǎn)換器加到繞組上的電流及在能量返回周期期間流回到轉(zhuǎn)換器的電流。與同時(shí)斷開兩個(gè)開關(guān)相反，眾所周知，使一個(gè)開關(guān)在另一個(gè)開關(guān)之前斷開而使得電流圍繞環(huán)路循環(huán)具有優(yōu)點(diǎn)，上述環(huán)路由閉合開關(guān)、相繞組和二極管形成—這稱為“慣性運(yùn)行(freewheeling)”，并由于各種原因而使用，其中包括峰電流限制和減少噪聲。單脈沖模式通常用于典型的驅(qū)動(dòng)裝置速度范圍內(nèi)的中速和高速。
然而，在0和低速下，單脈沖模式因?yàn)閷?huì)經(jīng)歷的高的峰電流而不合適，因而采用斬波模式。斬波模式主要有兩種變形。最簡(jiǎn)單的方法是同時(shí)斷開與一相繞組有關(guān)的兩個(gè)開關(guān)，比如圖2中的開關(guān)21和22。這使能量從電機(jī)返回到DC聯(lián)絡(luò)線，相電流相應(yīng)地快速下降。這有時(shí)稱為“硬斬波”。另一種方法是斷開開關(guān)中的僅僅一個(gè)，并讓慣性運(yùn)行發(fā)生這稱為“慣性運(yùn)行斬波”或“軟斬波”。在這種控制模式中，沒有能量從相繞組返回DC聯(lián)絡(luò)線。
在任何斬波方案下，都存在用于確定待用的電流電平的策略選擇。許多這種策略在本技術(shù)領(lǐng)域中是已知的。一種常用的方案是利用一種磁滯控制器，所述磁滯控制器能在上電流和下電流之間斬波。用于硬斬波的典型方案在圖4(a)中示出。在一選定的接通角θon(所述接通角常常是相具有最小電感的位置，但也可以是某些其它位置)下，將電壓加到相繞組上，并使相電流升高直至它達(dá)到上磁滯電流Iu時(shí)為止。在該點(diǎn)處，兩個(gè)開關(guān)斷開，并且電流降至它達(dá)到下電流Il時(shí)為止，再將開關(guān)閉合，重復(fù)斬波循環(huán)，直至達(dá)到選定的斷開角θoff時(shí)為止。圖4(b)示出利用慣性運(yùn)行的磁滯控制器的相應(yīng)的相電流波形斬波頻率的減少立即很顯著。
盡管在此關(guān)于電流控制及隱含地，它到控制器的反饋說明了開關(guān)磁阻電機(jī)，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，開關(guān)磁阻電機(jī)的輸出可以代之以經(jīng)受磁通量控制。實(shí)際上，磁通量與輸出轉(zhuǎn)矩或力具有更直接的關(guān)系，并因此可以是電機(jī)控制所基于的更準(zhǔn)確的特征。
上述的控制策略全都沒有考慮當(dāng)考慮兩相或多相的分配時(shí)會(huì)發(fā)生什么情況。在這種情況下，將與各個(gè)相有關(guān)的總線電流相加，以便給出總的DC聯(lián)絡(luò)線電流。
一起導(dǎo)通的兩相或多相可以在許多不同的系統(tǒng)中出現(xiàn)。盡管在兩相系統(tǒng)中，通常僅是交替式運(yùn)行各相，但美國專利5747962公開了一種在電機(jī)的電周期部分上同時(shí)運(yùn)行兩相的方法，上述美國專利5747962共同轉(zhuǎn)讓給本受讓人，并在此引入作為參考。在3相電機(jī)中，可能通過單獨(dú)激勵(lì)相A，然后單獨(dú)激勵(lì)相B，然后單獨(dú)激勵(lì)相C進(jìn)行運(yùn)行。這種激勵(lì)模式在本技術(shù)領(lǐng)域中被不同地稱為33％導(dǎo)通(因?yàn)橐幌嘀粚?dǎo)通一個(gè)周期的33％)和1相導(dǎo)通(因?yàn)樵谌魏螘r(shí)刻都只有一相導(dǎo)通)。然而，為了提高電機(jī)的最小轉(zhuǎn)矩和平均轉(zhuǎn)矩輸出二者，常常利用這一事實(shí)，即將每相周期的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生部分重疊。因此，常常采用A，AB，B，BC，C，CA，A...的激勵(lì)模式。這種模式在本技術(shù)領(lǐng)域中被不同地稱為50％導(dǎo)通(因?yàn)槊恳幌鄬?dǎo)通其周期的50％)或1相導(dǎo)通(因?yàn)樵谥芷趦?nèi)平均有1個(gè)相導(dǎo)通)。同樣，對(duì)4相電機(jī)來說，通常總有兩相在所要求的方向上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，因此各相可以成對(duì)激勵(lì)A(yù)B，BC，CD，DA，AB...。相應(yīng)的規(guī)則適用于更高的相數(shù)，其中可能在電周期的至少一部分上使用3相或多相。
對(duì)一規(guī)定的激勵(lì)電平，以這種方式運(yùn)行大大增加了電源上的負(fù)擔(dān)。例如，對(duì)一3相系統(tǒng)，平均電流需求為50％以上，而在一4相系統(tǒng)中為100％以上。盡管在某些應(yīng)用中DC聯(lián)絡(luò)線電流的絕對(duì)大小對(duì)轉(zhuǎn)矩輸出來說是次要的，但在另一些應(yīng)用中，對(duì)DC聯(lián)絡(luò)線電流極為敏感，因?yàn)殡娫纯赡芫哂杏邢薜娜萘?。通常，這些限制是在具有獨(dú)立的產(chǎn)生的地方，或是在移動(dòng)的情形如汽車、航?；蚝娇諔?yīng)用中出現(xiàn)的。這些地方不適用于有兩相同時(shí)導(dǎo)通的驅(qū)動(dòng)裝置，因?yàn)樵黾恿穗娏餍枨蟆?br> 在EPA1265349中公開了另一種解決這個(gè)問題的方式，上述專利申請(qǐng)被共同轉(zhuǎn)讓給本受讓人，并在此引入作為參考。其介紹了一種在輸出相中慣性運(yùn)行而同時(shí)從電源中激勵(lì)輸入相的方法。其試圖提供1相激勵(lì)的轉(zhuǎn)矩分布圖而同時(shí)只把電流加到一相。當(dāng)慣性低時(shí)，這種方法工作良好，但當(dāng)慣性高時(shí)，轉(zhuǎn)子緩慢加速。與此同時(shí)，慣性運(yùn)行的相中的電流作為時(shí)間而不是轉(zhuǎn)子位置的函數(shù)衰減，因此有一個(gè)很大的危險(xiǎn)，即在轉(zhuǎn)子到達(dá)一個(gè)位置之前電流(及進(jìn)而轉(zhuǎn)矩)將衰減到0，在上述位置處待激勵(lì)的下一相可以靠自身提供足夠的轉(zhuǎn)矩。如果這種情況發(fā)生，電機(jī)將停止運(yùn)轉(zhuǎn)，并只能重新起動(dòng)，如果輸出相已準(zhǔn)備好重新形成慣性運(yùn)行電流的話。
共同轉(zhuǎn)讓給本受讓人并在此引入作為參考的US5539293，公開了一種用于起動(dòng)開關(guān)磁阻電機(jī)的控制系統(tǒng)，其中各相完全不參照轉(zhuǎn)子位置而在一個(gè)開環(huán)中按順序激勵(lì)。這種現(xiàn)有技術(shù)針對(duì)零負(fù)載起動(dòng)。
需要有一種起動(dòng)系統(tǒng)，所述起動(dòng)系統(tǒng)可以以對(duì)于最小電流消耗的最大轉(zhuǎn)矩量來起動(dòng)高慣性負(fù)載。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在所附的獨(dú)立權(quán)利要求中限定。某些優(yōu)選特征在各從屬權(quán)利要求中描述。
在一種形式中，本發(fā)明在如下事實(shí)的基礎(chǔ)上通過按周期，而不是按轉(zhuǎn)子位置激勵(lì)各相，解決了在所希望的方向上產(chǎn)生力(轉(zhuǎn)矩)的各相的模糊性問題，該事實(shí)是一對(duì)相鄰相的其中之一處于與運(yùn)動(dòng)部件(轉(zhuǎn)子)成適當(dāng)?shù)禺a(chǎn)生力的關(guān)系以便實(shí)施初始運(yùn)動(dòng)。
按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種起動(dòng)開關(guān)磁阻電機(jī)的方法，上述開關(guān)磁阻電機(jī)具有帶至少兩相的定子、運(yùn)動(dòng)部件、和位置傳感器，所述位置傳感器用于提供關(guān)于運(yùn)動(dòng)部件相對(duì)于各相的相對(duì)位置的信息，該傳感器具有輸出，該輸出具有不比電機(jī)步距角的一半更精細(xì)的分辨率，上述方法包括從傳感器輸出中確定可用的以在所希望的方向上產(chǎn)生力的多個(gè)相；激勵(lì)各可用的相的第一相預(yù)定的周期；及在第一相的激勵(lì)開始之后激勵(lì)各可用的相的第二相。
本發(fā)明的實(shí)施例還擴(kuò)展到一種用于起動(dòng)開關(guān)磁阻電機(jī)的控制器，上述開關(guān)磁阻電機(jī)包括帶至少兩相的定子、運(yùn)動(dòng)部件、和位置傳感器，所述位置傳感器提供關(guān)于運(yùn)動(dòng)部件相對(duì)于各相的相對(duì)位置的信息，該傳感器具有輸出，該輸出具有不比電機(jī)步距角的一半更精細(xì)的分辨率，該控制器包括用于從傳感器輸出中確定可用的以在所希望的方向上產(chǎn)生力的多個(gè)相的裝置；用于激勵(lì)各可用的相的第一相預(yù)定周期的裝置；及用于在第一相激勵(lì)開始之后激勵(lì)各可用的相的第二相的裝置。
本發(fā)明利用一個(gè)相在另一相之前的固定時(shí)間激勵(lì)，以便找到最能產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的那個(gè)相并在那個(gè)相上運(yùn)行。
優(yōu)選的是，第二相是在第一相之后激勵(lì)。在通過激勵(lì)兩相所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩起動(dòng)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)之后，隨后的激勵(lì)可以按照運(yùn)動(dòng)部件(比如轉(zhuǎn)子)位置信息進(jìn)行。
第一相可以在激勵(lì)第二相的一部分時(shí)間中激勵(lì)。如果它不激勵(lì)，則它可以慣性運(yùn)行，以便電流在零電壓環(huán)路中圍繞相再循環(huán)。
在本發(fā)明的特定優(yōu)選的形式中，當(dāng)起動(dòng)取決于轉(zhuǎn)子位置信息時(shí)，選擇待激勵(lì)的各相，以便確定模糊性存在于其間的各相。在某些情況下，運(yùn)動(dòng)部件的停止位置可以與隨后的起動(dòng)沒有模糊性，亦即只有一相可用一致。在這種情況下，本發(fā)明可以安排成確定是否需要使用起動(dòng)技術(shù)，或者是否可以用另一種起動(dòng)方法。
優(yōu)選的是，相的激勵(lì)由電流或磁通量控制來控制。正如開關(guān)磁阻電機(jī)中常見的，理想的是利用某種運(yùn)動(dòng)部件相對(duì)于定子的位置反饋的形式。這可以從監(jiān)視電機(jī)的特征如相電流中傳感，或者它可以利用位置傳感器裝置得到。因此，位置信息可以直接從運(yùn)動(dòng)部件的位置中傳感，或者當(dāng)運(yùn)動(dòng)部件停止時(shí)從(比如)電流中間接傳感。


本發(fā)明可以用各種方式付諸實(shí)踐，其中某些方式現(xiàn)在通過實(shí)例參照附圖進(jìn)行說明，其中圖1示出一種已知開關(guān)磁阻系統(tǒng)的示意圖；圖2示出一個(gè)相繞組與圖1驅(qū)動(dòng)裝置的功率轉(zhuǎn)換器的連接；圖3(a)，(b)和(c)分別示出用于已知單脈沖運(yùn)行模式的電壓、相電流和供電電流的波形；圖4(a)示出用于已知硬斬波運(yùn)行模式的相電流波形；圖4(b)示出用于已知慣性運(yùn)行斬波運(yùn)行模式的相電流波形；圖5示出一種現(xiàn)有技術(shù)轉(zhuǎn)子位置傳感器；圖6示出來自圖5的傳感器的輸出信號(hào)；圖7(a)示出3相電機(jī)中的兩相的轉(zhuǎn)矩曲線；圖7(b)示出將圖7(a)轉(zhuǎn)矩曲線合成的方法；圖8(a)和(b)示出用于3相電機(jī)的兩種激勵(lì)模式；
圖9(a)和(b)示出對(duì)應(yīng)于圖8(a)和(b)的轉(zhuǎn)矩/角度曲線；圖10(a)示出轉(zhuǎn)矩/角度和負(fù)載曲線；及圖10(b)示出按照本發(fā)明一個(gè)方面所述的一種激勵(lì)模式。
具體實(shí)施例方式
在本實(shí)施例中，本發(fā)明是在例如圖1所示的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中實(shí)施的?？梢岳萌鐖D2所示的用于每一相的開關(guān)電路，但開關(guān)電路不需要有慣性運(yùn)行能力。按照待說明的本發(fā)明，控制策略適合于通過控制器14的編程來利用選定的開關(guān)電路的能力。
一種用于圖1的3相驅(qū)動(dòng)裝置的典型RPT在圖5中示意性示出。3個(gè)感應(yīng)器以120°機(jī)械偏置示出，但可以具有任何等于120°電角度的偏置。所示的示意圖具有齒，上述齒具有唯一的占空比。實(shí)際上，這可以稍微改變，以便適應(yīng)各感應(yīng)器的任何非理想的特性，比如光學(xué)感應(yīng)器中的光束寬度或Hall效應(yīng)感應(yīng)器中的邊緣效應(yīng)，從而來自RPT的最終信號(hào)是處于或可接受地接近于唯一的占空比。來自圖5的RPT的輸出在圖6中示出，其中可以看出每個(gè)RPT信號(hào)都具有一個(gè)周期，所述周期等于電機(jī)的一個(gè)電周期。通常，片和各感應(yīng)器相對(duì)于定子對(duì)準(zhǔn)，以使相信號(hào)中的躍遷對(duì)應(yīng)于那一相的最小和最大電感的位置。然后，有可能在低速下使電機(jī)直接根據(jù)這些躍遷換向，比如，當(dāng)RPT輸出為1時(shí)，相可以激勵(lì)，而當(dāng)RPT輸出為0時(shí)，相可以去激勵(lì)，給出了對(duì)于3相電機(jī)的上面所述的A，AB，B，BC，...的激勵(lì)模式。
圖7(a)示出在三相系統(tǒng)的兩相中恒定激勵(lì)電流的轉(zhuǎn)矩/角度曲線。轉(zhuǎn)矩在那一相的最小電感(Lmin)和最大電感(Lmax)點(diǎn)處穿過零轉(zhuǎn)矩軸。這一事實(shí)的原因在上面所引用的Stephenson論文中進(jìn)行了討論。通過在各相都產(chǎn)生正轉(zhuǎn)矩(亦即上面所述的1相導(dǎo)通)的任何時(shí)候激勵(lì)各相，得到如圖7(b)中A+B所示的合成曲線。盡管確切形狀取決于電機(jī)的電磁幾何形狀和所加電流的電平的詳細(xì)情況，但所示的曲線是通常所看到的形狀所特有的。對(duì)一規(guī)定的相電流來說，這種激勵(lì)模式產(chǎn)生最大的轉(zhuǎn)矩，因?yàn)樗谕暾陌胫芷谥屑?lì)相，在上述完整的半周期中它產(chǎn)生所希望極性的轉(zhuǎn)矩。但是，在那樣做時(shí)，它在其轉(zhuǎn)矩曲線的產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩小的部分處激勵(lì)相。因此，盡管它產(chǎn)生最大可能的轉(zhuǎn)矩，但在系統(tǒng)中的損失高，并且DC聯(lián)絡(luò)線電流的利用比較差，當(dāng)兩相導(dǎo)通時(shí)具有峰。這種缺點(diǎn)尤其是在3相系統(tǒng)情況下很明顯。
為了避免這個(gè)問題，有時(shí)采用一次只用一相的簡(jiǎn)單策略。在將這種激勵(lì)策略應(yīng)用于電機(jī)時(shí)，從圖6顯然可看出，如果采用標(biāo)準(zhǔn)RPT信號(hào)，則必須做出決定是用方塊的第一2/3還是用第二2/3，因?yàn)檐S遷點(diǎn)只知是在方塊的1/3和2/3處。這些可選方案分別在圖8(a)和8(b)中示出，其中畫陰影線部分表示加到各相上的電流。這兩種可選方案不產(chǎn)生同樣的效果，因?yàn)樵趯?shí)際電機(jī)中，轉(zhuǎn)矩曲線在部分重疊的極區(qū)域的角度內(nèi)不是直線，如圖9(a)和9(b)中所示。圖9(a)示出利用第一2/3模式，亦即在最小電感位置處接通所產(chǎn)生的合成轉(zhuǎn)矩曲線。圍繞躍遷點(diǎn)有一個(gè)大的明顯傾斜。同樣，圖9(b)示出利用第二2/3模式，亦即在最大電感位置處斷開的改進(jìn)，其具有一較窄傾斜。盡管如此，這些模式中的二者都產(chǎn)生一個(gè)合成轉(zhuǎn)矩曲線，所述合成轉(zhuǎn)矩曲線在周期中的3個(gè)點(diǎn)處降到零。這種傾斜在這種激勵(lì)模式下是不可避免的，并且產(chǎn)生一個(gè)在許多應(yīng)用中都不能接受的轉(zhuǎn)矩分布圖。
從圖7(a)中可以注意到，通過將躍遷點(diǎn)移動(dòng)角度δ到鄰近相曲線穿過的點(diǎn)，可以進(jìn)行重大改進(jìn)。這代表了在33％導(dǎo)通的情況下可以達(dá)到的最好的結(jié)果，并產(chǎn)生了最小的傾斜。躍遷點(diǎn)的移動(dòng)是通過將RPT感應(yīng)器的接通點(diǎn)移動(dòng)角度δ來實(shí)現(xiàn)的，并且是開關(guān)磁阻電機(jī)中通用的技術(shù)，其常常叫作“偏移”RPT。然而，通過檢查圖7(a)可以看出，當(dāng)要求轉(zhuǎn)矩朝相反方向時(shí)，要求-δ的角度，因此RPT也需要機(jī)械漂移以進(jìn)行反向(不實(shí)際的事情)；RPT可以留在+δ位置處(一點(diǎn)也不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩傾斜，但產(chǎn)生用于反向的正轉(zhuǎn)矩和負(fù)轉(zhuǎn)矩)；或者可以提供第二RPT，專用于反向操作。盡管已知采用了最后一個(gè)解決方案，但它是昂貴的并引入不想要的控制復(fù)雜性。
眾所周知，電機(jī)的“步距角”定義為(360/qNr)，式中q是電機(jī)中的相數(shù)，而Nr是轉(zhuǎn)子極數(shù)。這種步距角代表電機(jī)各轉(zhuǎn)矩曲線之間的間距。換句話說步距角是電機(jī)各相的轉(zhuǎn)矩曲線之間的角度間隔。在圖6中還可以看出，步距角是感應(yīng)器輸出A，B和C之間的角度差。圖6還示出感應(yīng)器ABC的二進(jìn)制組合及組合的信號(hào)，所述組合信號(hào)可從RPT得到，以便表示所有3個(gè)感應(yīng)器波形中的躍遷點(diǎn)，組合信號(hào)的周期是各個(gè)感應(yīng)器波形周期的1/q。因此，RPT能把轉(zhuǎn)子位置表示在步距角的一半之內(nèi)，但對(duì)于在步距角的一半之內(nèi)的轉(zhuǎn)子位置則是模糊的。步距角的概念在作必要修正的情況下適用于直線磁阻電機(jī)。
本發(fā)明的第一實(shí)施例用于轉(zhuǎn)子靜止(比如可以是驅(qū)動(dòng)裝置被要求從停止開始或者過載的轉(zhuǎn)矩已經(jīng)使轉(zhuǎn)子停止運(yùn)轉(zhuǎn))，且來自RPT的信號(hào)表明該位置是兩個(gè)相鄰相都提供所希望的方向上的轉(zhuǎn)矩的一個(gè)位置的情況。然而，對(duì)于哪一相是最適合于從那個(gè)位置起動(dòng)的提供轉(zhuǎn)矩的相仍然模糊。例如在圖6中，110的RPT輸出表明無論是相A還是相B都產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。困難在于，由于RPT不能提供更精細(xì)的轉(zhuǎn)子位置分辨率，所以無法確定是相A還是相B提供足夠的轉(zhuǎn)矩來使轉(zhuǎn)子加速離開停止。此外，如果選定相A(這相當(dāng)于使用圖9(b))，則有可能是，即使轉(zhuǎn)子一開始運(yùn)動(dòng)，但來自該相的減小的轉(zhuǎn)矩將降到低于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，并且轉(zhuǎn)子在達(dá)到到相B的躍遷點(diǎn)之前將停止運(yùn)轉(zhuǎn)。
這些問題通過將控制器14編程來檢測(cè)RPT輸出(比如110)和指定可能會(huì)最好地貢獻(xiàn)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的候選相(比如對(duì)RPT輸出110來說A和B)得到克服。然后控制器用一選定的躍遷間時(shí)間間隔交替式激勵(lì)兩相A和B。選定間隔以考慮到系統(tǒng)的慣性—耦合的慣性越高，間隔越長(zhǎng)。如果在經(jīng)過激勵(lì)的相中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩超過負(fù)載轉(zhuǎn)矩，則轉(zhuǎn)子向RPT的下一個(gè)躍遷點(diǎn)方向加速。如果產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，則轉(zhuǎn)子將不運(yùn)動(dòng)，并且該間隔將屆滿。然后將激勵(lì)加到另一相上相同的時(shí)間間隔。如果第一相未能使轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)，則第二相的轉(zhuǎn)矩將更大，并且將使轉(zhuǎn)子在所希望的方向上加速經(jīng)過一點(diǎn)，在該點(diǎn)只有第二相將貢獻(xiàn)轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生。
在轉(zhuǎn)子是沿著下降的轉(zhuǎn)矩曲線運(yùn)動(dòng)的情況下，這種技術(shù)也是成功的，因?yàn)檗D(zhuǎn)子一開始運(yùn)動(dòng)，然后停止運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)相激勵(lì)交替進(jìn)行時(shí)，現(xiàn)在進(jìn)入的相處于一個(gè)產(chǎn)生更多轉(zhuǎn)矩的位置，然后轉(zhuǎn)子再次起動(dòng)。
圖10更詳細(xì)地示出這種技術(shù)。該圖示出在加有典型負(fù)載轉(zhuǎn)矩的情況下圖7(a)的一個(gè)放大部分。把圖10(a)看作轉(zhuǎn)子在位置1處靜止的情況，上述位置1在標(biāo)有x和y的RPT躍遷點(diǎn)之間。如果激勵(lì)現(xiàn)在加到比如說如圖10(b)所示的相B上，則將產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于相B曲線上的點(diǎn)2的轉(zhuǎn)矩。因?yàn)檫@個(gè)轉(zhuǎn)矩遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，所以轉(zhuǎn)子不運(yùn)動(dòng)，但激勵(lì)仍然在選定的時(shí)間間隔中加到該相上。在時(shí)間間隔結(jié)束處，激勵(lì)從相B除去并加到相A上，其中產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于圖10(a)上的點(diǎn)3的轉(zhuǎn)矩。這個(gè)轉(zhuǎn)矩比負(fù)載轉(zhuǎn)矩大得多，因此轉(zhuǎn)子加速，直至其達(dá)到位置4，亦即負(fù)載轉(zhuǎn)矩和相A曲線之間的交點(diǎn)時(shí)為止。在這點(diǎn)處的行為將取決于負(fù)載和耦合慣性的特性。如果慣性為零，則轉(zhuǎn)子將在這里停止。隨著慣性增加，轉(zhuǎn)子將會(huì)過沖，使相A曲線向著點(diǎn)y下降。如果負(fù)載是具有回復(fù)力的元件，則轉(zhuǎn)子將傾向于圍繞點(diǎn)4振蕩，但最后將在該點(diǎn)處停止。當(dāng)時(shí)間間隔經(jīng)過時(shí)，激勵(lì)從相A中除去并重新加到相B上，由此產(chǎn)生與點(diǎn)5相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩。這個(gè)轉(zhuǎn)矩現(xiàn)在超過負(fù)載轉(zhuǎn)矩，因此轉(zhuǎn)子加速經(jīng)過位置y，并進(jìn)入可采用常規(guī)激勵(lì)的區(qū)域。
從上面可以看出，可以將合適的編碼加到激勵(lì)算法上，以便確定兩個(gè)候選相對(duì)于選定旋轉(zhuǎn)方向的激勵(lì)順序。通過選擇按順序激勵(lì)各相，在該順序中各相被激勵(lì)以按照選定的方向運(yùn)行，使候選相之間的激勵(lì)交替的數(shù)量減至最小。
可以認(rèn)識(shí)到，時(shí)間間隔必須選定以便適合系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩和慣性，比如，在一個(gè)系統(tǒng)中，選定間隔為250msec。
利用本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例，在不知道各RPT躍遷之間的轉(zhuǎn)子位置、不偏移RPT和不將所需的供電電流增加到超出單相所需電流的情況下，將最大可能的轉(zhuǎn)矩加到負(fù)載上。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例利用功率轉(zhuǎn)換器的能力，以便如果該能力在所選的開關(guān)電路中存在的話，使相電流慣性運(yùn)行。在這個(gè)實(shí)施例中，無論何時(shí)從一相中除去激勵(lì)，都能使相電流慣性運(yùn)行。即使這個(gè)電流不持續(xù)到供電電流加到另一相上的整個(gè)時(shí)間間隔，它仍然在正確方向上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，而對(duì)供電的需求沒有任何影響，因此是有益的。
對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，很顯然，倘若利用本發(fā)明得到電機(jī)的初始旋轉(zhuǎn)，則任何常規(guī)的激勵(lì)模式都可以用于繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。
盡管上述說明是關(guān)于一個(gè)方向上的旋轉(zhuǎn)的，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該意識(shí)到，通過利用合適的激勵(lì)順序，雙向運(yùn)行是可行的。同樣，本發(fā)明可以在旋轉(zhuǎn)和直線兩種系統(tǒng)中付諸實(shí)踐，并且不限于任何特定的疊片(lamination)幾何形狀、極數(shù)或相數(shù)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離本發(fā)明的情況下，改變所公開的各種安排是可能的。因此，上述幾個(gè)實(shí)施例的說明僅是通過實(shí)例進(jìn)行，并非是用作限制的目的。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，很顯然，在對(duì)上述操作不作重大改變的情況下，對(duì)各種安排可以進(jìn)行微小修改。本發(fā)明打算僅由下面權(quán)利要求書的精神和范圍來限定。
權(quán)利要求
1.一種起動(dòng)開關(guān)磁阻電機(jī)的方法，上述開關(guān)磁阻電機(jī)具有帶至少兩相的定子、運(yùn)動(dòng)部件、和位置傳感器，上述位置傳感器用于提供關(guān)于運(yùn)動(dòng)部件相對(duì)于各相的相對(duì)位置的信息，該傳感器具有輸出，所述輸出具有不比電機(jī)步距角的一半精細(xì)的分辨率，所述方法包括從傳感器輸出中確定可用的以在所希望的方向上產(chǎn)生力的多個(gè)相；將各可用的相的第一相激勵(lì)預(yù)定的周期；及在第一相激勵(lì)開始之后激勵(lì)各可用的相的第二相。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在激勵(lì)從第一相中除去之后激勵(lì)第二相。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中在第二相的激勵(lì)開始之后按照來自傳感器的關(guān)于運(yùn)動(dòng)部件位置的信息激勵(lì)各相。
4.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中將第二相激勵(lì)預(yù)定的周期，在第二相的激勵(lì)開始之后激勵(lì)第一相，此后，按照來自傳感器的位置信息激勵(lì)各相。
5.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的方法，其中第一相慣性運(yùn)行，以便第一相中的電流在至少一部分隨后的相激勵(lì)期間再循環(huán)。
6.如權(quán)利要求1-5其中之一所述的方法，其中利用來自位置傳感器的信息，來確定一相還是多于一相是可用的以在所希望的方向上產(chǎn)生力，如果多于一相是可用的，則將第一相激勵(lì)預(yù)定的周期。
7.一種用于起動(dòng)開關(guān)磁阻電機(jī)的控制器，上述開關(guān)磁阻電機(jī)包括帶至少二相的定子、運(yùn)動(dòng)部件、和位置傳感器，所述位置傳感器提供關(guān)于運(yùn)動(dòng)部件相對(duì)于各相的相對(duì)位置的信息，該傳感器具有輸出，上述輸出具有不比電機(jī)步距角的一半更精細(xì)的分辨率，上述控制器包括用于從傳感器輸出中確定可用的以在所希望的方向上產(chǎn)生力的多個(gè)相的裝置；用于將各可用的相的第一相激勵(lì)預(yù)定的周期的裝置；及用于在第一相的激勵(lì)開始后激勵(lì)各可用的相的第二相的裝置。
8.如權(quán)利要求6所述的控制器，其中用于激勵(lì)第二相的裝置是可操作的以在從第一相除去激勵(lì)之后激勵(lì)第二相。
9.如權(quán)利要求7或8所述的控制器，包括用于在第二相激勵(lì)開始之后按照來自傳感器的位置信息激勵(lì)各相的裝置。
10.如權(quán)利要求7或8所述的控制器，包括用于激勵(lì)第二相預(yù)定周期的裝置，用于在第二相激勵(lì)開始之后激勵(lì)第一相的裝置，及用于在此之后按照來自傳感器的轉(zhuǎn)子位置信息激勵(lì)各相的裝置。
11.如權(quán)利要求7，8，9或10其中之一所述的控制器，包括用于使第一相慣性運(yùn)行以使第一相中的電流在第二相的激勵(lì)期間再循環(huán)的裝置。
12.如權(quán)利要求7-11其中之一所述的控制器，包括用于確定一相還是多于一相是可用的以在所希望的方向上產(chǎn)生力的裝置，如多于一相是可用的，則將第一相激勵(lì)預(yù)定的周期。
全文摘要
一種開關(guān)磁阻驅(qū)動(dòng)裝置由電源供電。電機(jī)的各相由電流控制器控制，所述電流控制器利用一種激勵(lì)策略以使為特定輸出而引出的供電電流降至最小。上述策略在兩相之間交替激勵(lì)一段規(guī)定的時(shí)間，直至轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)到所希望的位置為止。
文檔編號(hào)H02P25/08GK1551482SQ20041003413
公開日2004年12月1日 申請(qǐng)日期2004年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月7日
發(fā)明者M·J·特納, P·A·賽克斯, M J 特納, 賽克斯 申請(qǐng)人:開關(guān)磁阻驅(qū)動(dòng)有限公司