專利名稱：一種開關(guān)磁阻電機(jī)的運(yùn)行方法和實(shí)現(xiàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種開關(guān)磁阻電機(jī)的運(yùn)行方法和實(shí)現(xiàn)裝置。屬于開關(guān)磁阻電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，適 用于三相、四相、五相開關(guān)磁阻電機(jī)。 技術(shù)背景-近年來(lái)，開關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)引起各國(guó)電力傳動(dòng)界的廣泛關(guān)注， 其應(yīng)用和發(fā)展取得了明顯的進(jìn)步。開關(guān)磁阻電機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工作方式為單相繞組通電，轉(zhuǎn) 矩由一相繞組產(chǎn)生。單相繞組導(dǎo)通的工作方式存在的最大不足之處是，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大。針對(duì)單相導(dǎo)通的局限性，1999年韓國(guó)的學(xué)者提出了一種三相開關(guān)磁阻電機(jī)兩相同時(shí)勵(lì)磁的新型控制方案。這種方案類似于步進(jìn)電機(jī)的三相六拍運(yùn)行，任何時(shí)刻都有兩相繞組同時(shí)供電， 避免了繞組的突然切換，從而大大的降低了電機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，降低了電機(jī)的噪聲，并且提高了電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出。其缺點(diǎn)在于采用雙相導(dǎo)通模式，由于繞組續(xù)流的緣故，實(shí)際存在 兩相繞組同時(shí)導(dǎo)通和三相繞組同時(shí)導(dǎo)通的情況，使得部分通電繞組產(chǎn)生負(fù)轉(zhuǎn)矩，增加了控 制的復(fù)雜性。并且，隨著轉(zhuǎn)子極轉(zhuǎn)向與定子極重合位置，部分鐵心中較高的磁密對(duì)電機(jī)產(chǎn) 生較大影響，增加了電機(jī)的損耗進(jìn)而降低電機(jī)效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種開關(guān)磁阻電機(jī)的運(yùn)行方法和實(shí)現(xiàn)裝置。針對(duì)常用的三相、 四相、五相開關(guān)磁阻電機(jī)，提出在電機(jī)的一個(gè)步進(jìn)角內(nèi)，于特定的定子轉(zhuǎn)子相對(duì)位置處 實(shí)行雙相繞組通電切換至單相繞組通電的混合通電方法。這樣的運(yùn)行方法，所需的電流幅 值小于單相勵(lì)磁所需電流幅值，有利于降低主開關(guān)管的電流容量，降低系統(tǒng)成本，在輸出 較大轉(zhuǎn)矩的同時(shí)避免了磁路飽和的影響。本發(fā)明提供的一種開關(guān)磁阻電機(jī)的運(yùn)行方法包括的步驟-開關(guān)磁阻電機(jī)的步進(jìn)動(dòng)作所致磁場(chǎng)每隔一個(gè)步進(jìn)角重復(fù)一次，開關(guān)磁阻電機(jī)從初始位 置起兩相定子繞組通電運(yùn)轉(zhuǎn)，兩相繞組通電的開關(guān)磁阻電機(jī)只能單方向起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，按照開 關(guān)磁阻電機(jī)起動(dòng)正方向，在一個(gè)步進(jìn)角內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，當(dāng)轉(zhuǎn)子極到達(dá)與前相勵(lì)磁定子極對(duì) 齊位置前截止前相定子繞組電流，由后相定子繞組單相通電提供動(dòng)力轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動(dòng)，直至轉(zhuǎn)子 沿正方向轉(zhuǎn)入下一個(gè)步進(jìn)角，重復(fù)上述過(guò)程。所述正方向?yàn)閹躁P(guān)磁阻電機(jī)從初始位置起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)的方向。所述的前相為一個(gè)步進(jìn)角中，按照開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)正方向，最先與轉(zhuǎn)子極重合的定 子相。所述的后相為繞組持續(xù)通電一個(gè)步進(jìn)角，并將在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)入下一個(gè)步進(jìn)角中繼續(xù)導(dǎo)通的 定子相。所述的初始位置為，按照開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)正方向，定子極中心線與轉(zhuǎn)子極中心線 相差一個(gè)步進(jìn)角位置處。所述的對(duì)齊位置為定子極中心線與轉(zhuǎn)子極中心線重合處。所述的運(yùn)行方法的實(shí)現(xiàn)裝置主要包括光電編碼器和DSP控制器，電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè) 采用光電編碼器，光電編碼器與電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸相連。光電編碼器輸出脈沖信號(hào)傳入DSP控 制器的捕獲引腳CAP/QEP， DSP控制器通過(guò)記錄脈沖個(gè)數(shù)獲得轉(zhuǎn)子具體位置，輸出邏輯電 平型的脈寬調(diào)制控制信號(hào)(PB1)，來(lái)控制開關(guān)磁阻電機(jī)功率電路中開關(guān)管的通斷，控制各 相繞組電流的導(dǎo)通開斷時(shí)間。本發(fā)明所提供的方法與現(xiàn)有方法相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)采用此種控制方法的開關(guān)磁阻 電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩高，雙相通電期間輸出的最小轉(zhuǎn)矩為單相通電輸出轉(zhuǎn)矩的最大轉(zhuǎn)矩，雙相通 電期間輸出的最大轉(zhuǎn)矩為單相通電時(shí)最大轉(zhuǎn)矩的兩倍。調(diào)整定子相供電時(shí)刻和斷電時(shí)刻， 在對(duì)齊位置前截止前相繞組電流切換到后相繞組單相通電，會(huì)在定子極轉(zhuǎn)子極重疊位置出 現(xiàn)較低磁阻的路徑，對(duì)于相同的磁動(dòng)勢(shì)，可以產(chǎn)生更大的轉(zhuǎn)矩。并且對(duì)齊位置處定子軛的 高度磁飽和緩解，輸出轉(zhuǎn)矩增加的同時(shí)，損耗減少。在轉(zhuǎn)子接近對(duì)齊位置處，由前相通電 繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用在轉(zhuǎn)子上幾乎不產(chǎn)生有效切向轉(zhuǎn)矩，徑向拉力很大。應(yīng)用此種方法作 為電機(jī)的運(yùn)行工作方式可以有效地減小電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，增加電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，同時(shí)降低電機(jī) 能量損耗，提高電機(jī)效率。


-結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明圖1為所述四相8/6極開關(guān)磁阻電機(jī)的一個(gè)步進(jìn)角15°示意圖。 圖2為所述四相8/6極開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子初始位置P示意圖。 圖3為所述四相8/6極開關(guān)磁阻電機(jī)的前相、后相和對(duì)齊位置Q示意圖。 圖4為本發(fā)明實(shí)施例電機(jī)轉(zhuǎn)子極到達(dá)定子極中心線與轉(zhuǎn)子極中心線夾角為6°換流位 置處示意圖。圖5為所述開關(guān)磁阻電機(jī)的光電編碼器位置安裝圖。 圖6為光電編碼器的A、 B兩路正交脈沖輸出信號(hào)。 圖7為本發(fā)明實(shí)施例的位置控制裝置組成。圖8為本發(fā)明實(shí)施例四相8/6極開關(guān)磁阻電機(jī)繞組勵(lì)磁電壓波形。 圖9為本發(fā)明實(shí)施例四相8/6極開關(guān)磁阻電機(jī)與采用兩相導(dǎo)通方法在一個(gè)步進(jìn)角范圍 的輸出轉(zhuǎn)矩對(duì)比圖。圖10為本發(fā)明實(shí)施例四相8/6極開關(guān)磁阻電機(jī)與釆用兩相導(dǎo)通方法運(yùn)行的鐵心損耗 對(duì)比圖。具體實(shí)施方案結(jié)合附圖具體說(shuō)明如下-如圖3所示，P初始位置，Q對(duì)齊位置，l前相，2后相。 如圖5所示，3-定子，4-轉(zhuǎn)子，5-繞組，6-電機(jī)軸，7-光電編碼器。 如圖1所示，四相8/6極開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子的一個(gè)步進(jìn)角為15° 。所述轉(zhuǎn)子初始位 置P如圖2所示，如圖3所示轉(zhuǎn)子從初始位置P開始，前相1與后相2繞組同時(shí)通電，轉(zhuǎn) 子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)子臨近定子轉(zhuǎn)子極對(duì)齊位置Q，截止前相l(xiāng)的繞組電流，由后相2定 子繞組單相通電提供所需的動(dòng)力轉(zhuǎn)矩，直至轉(zhuǎn)子到達(dá)對(duì)齊位置Q繼續(xù)轉(zhuǎn)入下一個(gè)步進(jìn)角， 重復(fù)上述由兩相繞組供電切換為單相繞組供電過(guò)程。開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子從位置P開始逆時(shí) 針旋轉(zhuǎn)一周的勵(lì)磁過(guò)程中，各繞組通電相序?yàn)锳B-B-BC-C-CD-D-DA-A-AB。由前相1繞組與后相2繞組同時(shí)通電調(diào)整為后相2定子繞組單相通電時(shí)關(guān)斷角a ，是 與電機(jī)的尺寸參數(shù)相對(duì)應(yīng)的角度，切換角范圍在10°~5°。對(duì)于本例四相8/6極電機(jī)來(lái)說(shuō)， 切換角為9° ，即轉(zhuǎn)子極到達(dá)定子極中心線與轉(zhuǎn)子極中心線夾角為6°位置處換流，如圖 4所示。電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)采用2500線光電編碼器(日本多摩川，0IH48-2500) 7,光電編碼 器7與轉(zhuǎn)子4同電機(jī)軸6相連，光電編碼器7輸出兩路相互正交的A、 B脈沖信號(hào)，如圖 7所示，將A、 B信號(hào)反饋傳至DSP控制器(美國(guó)德州儀器，TMS320LF2407)的捕獲引腳 CAP1/QEP1和CAP2/QEP2。 DSP控制器內(nèi)置正交編碼脈沖電路，可以自動(dòng)識(shí)別由外部引腳 上輸入的正交編碼脈沖，記錄脈沖的個(gè)數(shù)。電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周360。， DSP控制器根據(jù)上下沿檢 測(cè)得到光電編碼器7輸入的共10000個(gè)位置脈沖，控制器根據(jù)光電編碼器7輸出的脈沖數(shù) 值獲得電機(jī)轉(zhuǎn)子的具體位置，輸出邏輯電平型的脈寬調(diào)制控制信號(hào)，以來(lái)控制開關(guān)磁阻電 機(jī)功率電路中開關(guān)管的通斷，控制各相繞組電流的導(dǎo)通開斷時(shí)間，電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置控制裝 置的組成如圖7所示，包括指令裝置、DSP控制器、功率電路，依次連接，再連接電機(jī)， 電機(jī)與DSP控制器之間有光電編碼器。指令裝置和功率電路為通用的指令裝置和通用的 功率電路。在本實(shí)施例中，從初始位置開始算起，0。時(shí)為繞組AB通電，當(dāng)轉(zhuǎn)子到達(dá)9。處即光電 編碼器輸出第(10000/360)*9個(gè)脈沖時(shí)截止A相繞組電流，當(dāng)檢測(cè)轉(zhuǎn)子到達(dá)15。位置處即光 電編碼器輸出第(10000/360)*15個(gè)脈沖時(shí)開始為C相繞組通電，當(dāng)檢測(cè)到轉(zhuǎn)子到達(dá)24°位 置處即光電編碼器輸出第(10000/360)*24個(gè)脈沖時(shí)截止B相的繞組電流，以此類推。相應(yīng)開關(guān)磁阻電機(jī)的繞組勵(lì)磁電壓波形如圖8所示，采用本發(fā)明方法與兩相導(dǎo)通方法 的輸出轉(zhuǎn)矩對(duì)比如圖9所示，在增加電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的同時(shí)使轉(zhuǎn)矩曲線更加平緩，有效降低 了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，減小噪聲。如圖10所示為采用本發(fā)明方法運(yùn)行與采用兩相導(dǎo)通方法運(yùn)行的 開關(guān)磁阻電機(jī)鐵心損耗對(duì)比，由于采用本發(fā)明方法使在對(duì)齊位置處定子軛的高度磁飽和緩 解，使得鐵心損耗減少，提高電機(jī)效率。本發(fā)明應(yīng)用于三相6/4極開關(guān)磁阻電機(jī)，五相10/8極開關(guān)磁阻電機(jī)等各種相數(shù)、結(jié) 構(gòu)的開關(guān)磁阻電機(jī)方法與上述方法類似。三相6/4極開關(guān)磁阻電機(jī)步進(jìn)角為30° ，前相 定子繞組電流截止范圍在轉(zhuǎn)子極到達(dá)定子極中心線與轉(zhuǎn)子極中心線夾角為15°~5°范圍內(nèi)； 五相10/8極開關(guān)磁阻電機(jī)步進(jìn)角為9° ,前相定子繞組電流截止范圍在轉(zhuǎn)子極到達(dá)定子極 中心線與轉(zhuǎn)子極中心線夾角為3。位置處。
權(quán)利要求
1、一種用于開關(guān)磁阻電機(jī)的運(yùn)行方法，其特征在于包括的步驟開關(guān)磁阻電機(jī)從初始位置起兩相繞組通電運(yùn)轉(zhuǎn)，在一個(gè)步進(jìn)角內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，當(dāng)轉(zhuǎn)子極到達(dá)與前相勵(lì)磁定子極對(duì)齊位置前截止前相定子繞組電流，由后相定子繞組單相通電提供所需動(dòng)力轉(zhuǎn)矩，直至轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)入下一個(gè)步進(jìn)角，重復(fù)上述過(guò)程。
2、 按照權(quán)利要求1所述的運(yùn)行方法，其特征在于所述正方向?yàn)殚_關(guān)磁阻電機(jī)從初始 位置起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)的方向。
3、按照權(quán)利要求1所述的運(yùn)行方法，其特征在于所述的前相為一個(gè)步進(jìn)角中，按照開 關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)正方向，最先與轉(zhuǎn)子極重合的定子相。
4、 按照權(quán)利要求1所述的運(yùn)行方法，其特征在于所述的后相為繞組持續(xù)通電一個(gè)步進(jìn)角，并將在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)入下一個(gè)步進(jìn)角中繼續(xù)導(dǎo)通的定子相。
5、 按照權(quán)利要求1所述的運(yùn)行方法，其特征在于所述的初始位置為，按照開關(guān)磁阻 電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)正方向，定子極中心線與轉(zhuǎn)子極中心線相差一個(gè)步進(jìn)角位置處。
6、 按照權(quán)利要求1所述的運(yùn)行方法，其特征在于所述的對(duì)齊位置為定子極中心線與 轉(zhuǎn)子極中心線重合處。
7、 按照權(quán)利要求1所述的運(yùn)行方法，其特征在于所述的開關(guān)磁阻電機(jī)是三相6/4極開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，所述的截止前相定子繞組電流處位于轉(zhuǎn)子到達(dá)定子極中心線與轉(zhuǎn)子極中心 線夾角為15° ~5°位置。
8、 按照權(quán)利要求1所述的運(yùn)行方法，其特征在于所述的開關(guān)磁阻電機(jī)是四相8/6極開 關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，所述的截止前相定子繞組電流處位于轉(zhuǎn)子到達(dá)定子極中心線與轉(zhuǎn)子極中心 線夾角為10° ~5°位置。
9、 按照權(quán)利要求1所述的行方法，其特征在于所述的開關(guān)磁阻電機(jī)是五相10/8極開 關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，所述的截止前相定子繞組電流處位于轉(zhuǎn)子到達(dá)定子極中心線與轉(zhuǎn)子極中心 線夾角為3。位置。
10、 一種權(quán)利要求1所述的運(yùn)行方法的實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于它主要包括光電編碼器，用于檢測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置，光電編碼器與電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸相連，光電編碼 器輸出脈沖信號(hào)傳入DSP控制器的捕獲引腳CAP/QEP;DSP控制器，用于根據(jù)光電編碼器輸出的脈沖數(shù)值獲得轉(zhuǎn)子具體位置，輸出邏輯電平型的脈寬調(diào)制控制信號(hào)來(lái)控制開關(guān)磁阻電機(jī)功率電路中開關(guān)管的通斷，控制各相繞組電流的導(dǎo)通開斷時(shí)間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種開關(guān)磁阻電機(jī)的運(yùn)行方法和實(shí)現(xiàn)裝置。在開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，電機(jī)從初始位置起兩相繞組通電運(yùn)轉(zhuǎn)，在一個(gè)步進(jìn)角內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，當(dāng)轉(zhuǎn)子極到達(dá)與前相勵(lì)磁定子極對(duì)齊位置前截止前相定子繞組電流，由后相定子繞組單相通電提供所需動(dòng)力轉(zhuǎn)矩，直至轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)入下一個(gè)步進(jìn)角，重復(fù)上述過(guò)程。即在轉(zhuǎn)子極未到達(dá)與定子極對(duì)齊位置時(shí)勵(lì)磁方式由兩相繞組供電切換為單相繞組供電。本發(fā)明所需的電流幅值小于單相勵(lì)磁所需電流幅值，有利于降低主開關(guān)管的電流容量，降低系統(tǒng)成本，在輸出較大轉(zhuǎn)矩的同時(shí)避免了磁路飽和的影響，使得鐵心損耗減少，提高電機(jī)效率。
文檔編號(hào)H02P6/08GK101404474SQ200810152919
公開日2009年4月8日 申請(qǐng)日期2008年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月11日
發(fā)明者孫鶴旭, 潔 李, 米彥青, 硯 董, 易 鄭, 潔 高 申請(qǐng)人:河北工業(yè)大學(xué)