專利名稱：開關(guān)偏磁調(diào)速電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于機電領(lǐng)域，特別涉及一種開關(guān)磁阻電機的改進，尤其是一種開關(guān)偏磁調(diào)速電機。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有常用的調(diào)速電機系統(tǒng)有永磁無刷直流電機、異步變頻調(diào)速系統(tǒng)、開關(guān)磁阻電機系統(tǒng)，還有效率較低的有刷直流電機與電磁滑差式調(diào)速電機系統(tǒng)。其中永磁無刷直流電機系統(tǒng)效率最高，但稀土永磁電機成本較高；雖然異步變頻調(diào)速系統(tǒng)突出的性能使其獲得廣泛應(yīng)用，覆蓋的功率范圍從幾千瓦一直到幾兆瓦，但它需要復(fù)雜的矢量變換運算。
而傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電機的效率介于前兩者之間，但沒有被廣泛應(yīng)用，其原因是1)磁阻電機功率因數(shù)低，換相困難；驅(qū)動電路兼容性差，成本高。
2)繞組電感隨轉(zhuǎn)子位置變化，難獲得足夠正弦反電動勢，諧波多。
3)通電方式不合理，脈動性太強，造成機械振動，噪音大。
已有的ZL03241080.8，ZL03241081.6，ZL03241246.0，ZL03241247.9四項主磁路偏磁式磁阻電機專利及其另案申請的200420111869.5(一種齒槽偏磁式磁阻電機)，完全改變了傳統(tǒng)磁阻電機直流脈動驅(qū)動方式，將脈動電流中的直流成份提取出來用直流偏磁或永磁替代，從而將磁阻電機與其它交流電機的運行方式相統(tǒng)一起來。如何實現(xiàn)偏磁式磁阻電機的調(diào)速即成本實用新型的任務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是在偏磁式磁阻電機的基礎(chǔ)上，結(jié)合電子控制技術(shù)設(shè)計一種可以調(diào)速的開關(guān)偏磁電機。
本實用新型技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的一種開關(guān)偏磁調(diào)速電機，由磁阻電機、位置傳感器、驅(qū)動控制器組成，其特征是磁阻電機為偏磁式磁阻電機，電機的定轉(zhuǎn)子間裝設(shè)有位置傳感器，位置傳感器檢出的位置信號反饋給驅(qū)動控制器用以調(diào)控偏磁電機運行。
所述的開關(guān)偏磁調(diào)速電機驅(qū)動控制器包括控制電路、交流橋式驅(qū)動電路、電流檢測電路、位置反饋電路和整流電源，控制電路的輸出連接交流橋式驅(qū)動電路，偏磁繞組串接在整流電源和交流橋式驅(qū)動電路之間，位置傳感器電信號輸出經(jīng)位置反饋電路與控制電路的相應(yīng)控制端連接，電流檢測電路將檢測到的交流橋式驅(qū)動電路輸出電流信號反饋給控制電路的控制端，控制電路控制端還接有調(diào)速器。
本實用新型結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，由偏磁式磁阻電機取代傳統(tǒng)磁阻電機，采用無刷直流電機位置檢測與控制方法，并配合交流橋式開關(guān)驅(qū)動法替代傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電機的直流脈動開關(guān)驅(qū)動法，使本實用新型具有開關(guān)磁阻電機簡單、便宜、牢固的特色，又發(fā)揮無刷直流電機驅(qū)動控制的優(yōu)點，能達到高功率因數(shù)、高效率，高性價比，通用性強的好處。尤其在幾千瓦以下小型電機調(diào)速方面，其性能完全可替代異步電機變頻調(diào)速。


下面結(jié)合具體圖例對本實用新型做進一步說明圖1偏磁式磁阻電機與光電傳感器安裝剖面圖圖2開關(guān)偏磁電機驅(qū)動控制器原理框圖圖3開關(guān)偏磁電機驅(qū)動控制器電路圖圖4反電勢基波法取樣檢測電路圖5反電勢三次諧波法取樣檢測電路圖6電感法間接取樣檢測電路其中1-定子2-轉(zhuǎn)子3-外殼4-端蓋5-軸 6-遮光盤 7-發(fā)光管 8-光電管9-偏磁繞組具體實施方式
偏磁式磁阻電機及位置傳感器結(jié)構(gòu)參照圖1，偏磁式磁阻電機的機械結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)電機相似，包括帶有勵磁繞組的定子1、鐵芯轉(zhuǎn)子2和外殼3。偏磁式磁阻電機分為勵磁偏磁和永磁偏磁兩類，勵磁偏磁是在勵磁繞組中分離一部分繞組獨立由直流供電產(chǎn)生勵磁。此例中電機外殼與尺寸采用通用異步電機標準，主要考慮使之通用性較強，作為專門用途的電機，可選用其它結(jié)構(gòu)。圖中偏磁電機考慮選用最便宜的勵磁偏磁式，由于轉(zhuǎn)子2沒有永磁體，位置傳感器采用光電式結(jié)構(gòu)。為便于裝拆，遮光盤6制成桶形，固定聯(lián)接在轉(zhuǎn)子2上，齒數(shù)等于轉(zhuǎn)子齒數(shù)，齒寬等于槽寬。傳感器用光電式的，每個傳感器由發(fā)光管7與光電管8及支承體組成，支承體固定聯(lián)接在定子上，發(fā)光管7和光電管8的對數(shù)等于電機相數(shù)。以最常用的定、轉(zhuǎn)子齒差數(shù)等于每相磁極數(shù)的三相偏磁電機為例，傳感器個數(shù)為3個，每個傳感器間隔等于定子相鄰磁極距角時，為120度相位差傳感器設(shè)計；每個傳感器間隔等于定子相鄰磁極距角的一半時，為60度相位差傳感器設(shè)計。
傳感器在電機中的安裝位置也可采用開關(guān)磁阻電機常用的平板式遮光盤固定在轉(zhuǎn)軸上，傳感器固定在后端蓋與風(fēng)扇之間，這僅僅是位置傳感器安裝的具體位置不同，而反映出還是定子和轉(zhuǎn)子間相對位置的聯(lián)接關(guān)系，應(yīng)屬于等同的結(jié)構(gòu)。
本例方案也同樣適用于其它種類不同相數(shù)的偏磁式磁阻電機、磁路混合式磁阻電機、永磁雙凸極磁阻電機等。
若為永磁式偏磁電機結(jié)構(gòu)，位置傳感器還可采用更為簡化的磁傳感器，傳感器活動部分永磁磁極對數(shù)等于電機轉(zhuǎn)子齒數(shù)，并與轉(zhuǎn)子固定聯(lián)接，傳感器固定部分的傳感元件個數(shù)等于電機相數(shù)，并與定子固定聯(lián)接。如以轉(zhuǎn)子每個齒槽置入永磁體的齒槽偏磁電機為例，其傳感器固定部分可采用霍爾元件置于定子線槽中即可。
一種典型開關(guān)偏磁電機控制器原理框圖和具體驅(qū)動電路設(shè)計參照圖2，驅(qū)動控制器包括控制電路、交流橋式驅(qū)動電路、電流檢測電路、位置反饋電路和整流電源，控制電路的輸出連接交流橋式驅(qū)動電路，偏磁繞組串接在整流電源和交流橋式驅(qū)動電路之間，實現(xiàn)偏磁繞組與驅(qū)動繞組電流同步控制，具有恒功率特性，位置傳感器電信號輸出經(jīng)位置反饋電路與控制電路的相應(yīng)控制端連接，電流檢測電路將檢測到的交流橋式驅(qū)動電路輸出電流信號反饋給控制電路的控制端，控制電路控制端還接有調(diào)速器。調(diào)速器可選用電位器或者電壓給定器。
其中驅(qū)動控制器中還設(shè)有一速度反饋電路，分別連接在位置傳感器的輸出端和控制電路的相應(yīng)控制端。
圖3為一種典型三相電機控制器電路圖，控制電路為單芯片MC33035作為控制中心，與圖1所示光電傳感器采用120度相位差配合，由于光電管8輸出信號弱，須加一級放大后才能與控制電路MC33035連接。交流橋式驅(qū)動電路采用功率場效應(yīng)管FET或IGBT構(gòu)成三相全橋交流驅(qū)動，前置用IR2110懸浮推動。偏磁繞組9兼作為直流電源濾波，可大幅提高功率因數(shù)。IC555構(gòu)成的轉(zhuǎn)速反饋電路，既能穩(wěn)速，又能提高輕載、低速運行時的效率。
此電路中控制電路可選用其它種類IC或單片機等構(gòu)成不同形式，但主電路采用交流橋式驅(qū)動是不變的。電機相數(shù)可推廣為兩相、四相、五相等多相形式。
位置傳感器為間接傳感器舉例開關(guān)偏磁電機的位置檢測，是本實用新型的關(guān)鍵技術(shù)，除了上述的磁傳感器和光傳感器外，還有定子、轉(zhuǎn)子組成的間接傳感器，由信號轉(zhuǎn)換電路從繞組中分離出位置電信號。具體有反電動勢基波方案，反電勢三次諧波方案，空載電感方案，續(xù)流二極管方案，狀態(tài)觀測方案等，這些方案也都適用于開關(guān)偏磁電機做為位置傳感器。而且勵磁偏磁電機具有的獨特的偏磁繞組，可作為位置檢測元件，比起同步電機直接從驅(qū)動繞組取信號，要來得方便、簡單。下面優(yōu)選三個具體電路實例做詳細分析說明。
1、反電勢基波方案圖4畫出反電勢基波法檢測電路，A、B、C是三相偏磁繞組，電容C1、C2、C3是隔直電容，變壓器T1、T2、T3完成三角形-星形轉(zhuǎn)換。U1、U2、U3三路反電勢，經(jīng)處理后，送往單片機。這種方法需要三個變壓器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本稍高，僅適用于中、高速狀態(tài)檢測。電機先以步進狀態(tài)運行，達一定轉(zhuǎn)速后，反電勢增高，直到控制器能明顯分辨反饋信號后，再轉(zhuǎn)入自控運行。
2、反電勢三次諧波方案圖5所示，為三次諧波法取樣檢測電路。R為取樣電阻，D1、D2為限幅二極管，C1是隔直電容。由方程式sin3t+sin3(t+120°)+sin3(t+240°)＝3sin3t可見三次諧波在此放大三倍。三次諧波方案，相對靈敏度較高，信噪比較好，缺點是不夠精確，電機啟動前，必須先送出一個定位步進脈沖，才能保證相互相位關(guān)系。
3、電感檢測方案圖6是一種電感檢測電路。三相偏磁繞組內(nèi)，由于斬波，總是存在高次諧波成分，利用這種諧波電流，正好組成電感比較。R1、R2、R3是均壓電阻。IC1比較器輸出的U1是反映A相磁阻變化，低電平表示轉(zhuǎn)子齒進入A相范圍；IC2比較器輸出的U3，反映的是C相狀態(tài)，低電平表示轉(zhuǎn)子齒進入C相范圍。U2不是直接測出的，是由單片機運算得出。電感檢測方案，利用的是雜波信號工作，在低速、超低速，甚至停機時，都能準確判斷電機轉(zhuǎn)子所處位置，但中、高速時，反電勢相對雜波強大起來，由于反電勢的相位與電感法測出的相位關(guān)系不同，兩種信號疊加后，容易引起混亂。電感檢測方案僅適用于低速電機。
按上述思路組成的開關(guān)偏磁電機方案，可應(yīng)用于家用空調(diào)、冰箱、辦公機械，以及各種調(diào)速范圍不大，負載較平穩(wěn)的設(shè)備等?？刂齐娐帆@得上級主機送來的轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速等控制指令后，先通過接口電路，按步進方式，通過驅(qū)動電路，帶動電機從零速，按設(shè)定好的升頻特性慢慢啟動。偏磁電機啟動后，單片機開始接收到幾個位置脈沖的中斷信號后，自動從步進狀態(tài)向閉環(huán)自控方式運行的轉(zhuǎn)化，完成啟動過程。
間接位置傳感器控制方案，相對抗干擾能力較弱，僅適用于功率較小，周圍環(huán)境較好，負載較平穩(wěn)的場合。
權(quán)利要求1.一種開關(guān)偏磁調(diào)速電機，由磁阻電機、位置傳感器、驅(qū)動控制器組成，其特征是磁阻電機為偏磁式磁阻電機，電機的定轉(zhuǎn)子間裝設(shè)有位置傳感器，位置傳感器檢出的位置信號反饋給驅(qū)動控制器用以調(diào)控偏磁電機運行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)偏磁調(diào)速電機，其特征是驅(qū)動控制器包括控制電路、交流橋式驅(qū)動電路、電流檢測電路、位置反饋電路和整流電源，控制電路的輸出連接交流橋式驅(qū)動電路，偏磁繞組串接在整流電源和交流橋式驅(qū)動電路之間，位置傳感器電信號輸出經(jīng)位置反饋電路與控制電路的相應(yīng)控制端連接，電流檢測電路將檢測到的交流橋式驅(qū)動電路輸出電流信號反饋給控制電路的控制端，控制電路控制端還接有調(diào)速器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的開關(guān)偏磁調(diào)速電機，其特征是位置傳感器為磁傳感器，傳感器活動部分永磁磁極對數(shù)等于電機轉(zhuǎn)子齒數(shù)，并與轉(zhuǎn)子固定聯(lián)接，傳感器固定部分的傳感元件個數(shù)等于電機相數(shù)，并與定子固定聯(lián)接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的開關(guān)偏磁調(diào)速電機，其特征是位置傳感器為光電傳感器，與轉(zhuǎn)子固定聯(lián)接的遮光盤齒數(shù)等于電機轉(zhuǎn)子齒數(shù)，與定子固定聯(lián)接的發(fā)光管和光電管對數(shù)等于電機相數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的開關(guān)偏磁調(diào)速電機，其特征是位置傳感器為定子、轉(zhuǎn)子組成的間接傳感器，由信號轉(zhuǎn)換電路從繞組中分離出位置電信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的開關(guān)偏磁調(diào)速電機，其特征是調(diào)速器為電位器或者電壓給定器之一。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的開關(guān)偏磁調(diào)速電機，其特征是驅(qū)動控制器中還設(shè)有一速度反饋電路，分別連接在位置傳感器的輸出端和控制電路的相應(yīng)控制端。
專利摘要本實用新型涉及一種開關(guān)偏磁調(diào)速電機，由磁阻電機、位置傳感器、驅(qū)動控制器組成，其特征是磁阻電機為偏磁式磁阻電機，電機的定轉(zhuǎn)子間裝設(shè)有位置傳感器，位置傳感器檢出的位置信號反饋給驅(qū)動控制器用以調(diào)控偏磁電機運行。本實用新型結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，由偏磁式磁阻電機取代傳統(tǒng)磁阻電機，采用無刷直流電機位置檢測與控制方法，并配合交流橋式開關(guān)驅(qū)動法替代傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電機的直流脈動開關(guān)驅(qū)動法，使本實用新型具有開關(guān)磁阻電機簡單、便宜、牢固的特色，又發(fā)揮無刷直流電機驅(qū)動控制的優(yōu)點，能達到高功率因數(shù)、高效率，高性價比，通用性強的好處。尤其在幾千瓦以下小型電機調(diào)速方面，其性能完全可替代異步電機變頻調(diào)速。
文檔編號H02P6/16GK2794026SQ20052009649
公開日2006年7月5日 申請日期2005年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月21日
發(fā)明者朱正風(fēng) 申請人:朱正風(fēng)