馬達(dá)控制器的制造方法
【專利摘要】一種用于控制SRM的馬達(dá)控制器，所述馬達(dá)控制器包括：逆變器，所述逆變器用于與SRM連接；轉(zhuǎn)矩和磁通估計(jì)器，所述轉(zhuǎn)矩和磁通估計(jì)器基于來(lái)自所述逆變器的輸出和所述開關(guān)磁阻馬達(dá)的轉(zhuǎn)子角度，估計(jì)在所述SRM中生成轉(zhuǎn)矩和磁通,作為估計(jì)轉(zhuǎn)矩和估計(jì)磁通；開關(guān)模式選擇器，所述開關(guān)模式選擇器基于基準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩和所述估計(jì)轉(zhuǎn)矩的比較結(jié)果、基準(zhǔn)磁通與所述估計(jì)磁通的比較結(jié)果和磁通相位角來(lái)選擇開關(guān)模式中的一個(gè)，并且根據(jù)所選擇的開關(guān)模式執(zhí)行所述逆變器的開關(guān)；以及基準(zhǔn)磁通計(jì)算器，所述基準(zhǔn)磁通計(jì)算器在改變磁通軌跡的情況下，根據(jù)所述磁通軌跡和所述轉(zhuǎn)子角度獲得所述基準(zhǔn)磁通，所述磁通軌跡指示所述轉(zhuǎn)子角度與所述基準(zhǔn)磁通之間的關(guān)系。
【專利說(shuō)明】馬達(dá)控制器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種控制開關(guān)磁阻馬達(dá)的馬達(dá)控制器。
【背景技術(shù)】
[0002]近來(lái)開關(guān)磁阻馬達(dá)由于其低制造成本、簡(jiǎn)單而堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)而被提及。開關(guān)磁阻馬達(dá)(在下文中稱為“SRM”)既沒有轉(zhuǎn)子繞組也沒有永磁體，并且具有高速和速度范圍寬的良好的魯棒性。在SRM中，在電感改變時(shí)通過(guò)將電流施加至定子繞組來(lái)生成轉(zhuǎn)矩。如果在電感增加時(shí)施加電流，則產(chǎn)生正轉(zhuǎn)矩，而如果在電感減少時(shí)施加電流，則產(chǎn)生負(fù)轉(zhuǎn)矩。
[0003]為了有效地控制SRM，通常在高速、中速和低速中使用單獨(dú)算法。例如，在低速中，使用斬波模式控制，其中將離散的恒定電流施加到每個(gè)相位。在高速中，使用被稱為角度控制的另一種控制。這種控制的開關(guān)模式被稱為“單脈沖模式”，其中將單脈沖施加至電感的每個(gè)周期。在中速中，使用低速和高速的混合控制。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)SRM所需的電流模式，提出了各種特定逆變器。例如，Zeljko等(A Novel Power Inverter for Switched Reluctance Motor Drives, Elec.Energ.vol.18, N0.3，Dec.2005, 453-465)公開了一種拓?fù)?，其中針?duì)三相SRM電源提供了四個(gè)逆變器臂。利用四臂來(lái)連接三相繞組的星點(diǎn)。因?yàn)檫@種拓?fù)?，可以單?dú)地控制每個(gè)相位。
[0005]另一方面，W02011/65406公開了一種用于內(nèi)部永磁體馬達(dá)的直接轉(zhuǎn)矩控制(在下文中稱為“DTC”)系統(tǒng)。在DTC系統(tǒng)中，根據(jù)轉(zhuǎn)矩、基準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩、磁通、基準(zhǔn)磁通、相位角等來(lái)選擇逆變器的開關(guān)模式中的一種。通過(guò)參照示出了磁通大小和相位角之間的關(guān)系的磁通軌跡(flux trajectory)來(lái)獲得基準(zhǔn)磁通。W02011/65406中所示的DTC系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)矩、基準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩、馬達(dá)速度和交越速度(crossover speed)在圓形與多邊形之間變化磁通軌跡的形式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]技術(shù)問(wèn)題
[0007]傳統(tǒng)的用于SRM的逆變器具有特定的拓?fù)?，因此，逆變器?yīng)當(dāng)具有分立元件。在逆變器中使用分立元件而非單個(gè)模塊增加了成本、重量、尺寸、組裝時(shí)間和復(fù)雜度，并且降低了逆變器的可靠性和魯棒性。此外，逆變器不能用于任何其它類型的馬達(dá)。
[0008]此外，用于SRM的逆變器需要針對(duì)高速、中速和低速的單獨(dú)算法，其增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度和設(shè)置時(shí)間。
[0009]問(wèn)題的解決方案
[0010]作為本發(fā)明的實(shí)施方式的一個(gè)方面，一種用于控制開關(guān)磁阻馬達(dá)的馬達(dá)控制器包括:逆變器，所述逆變器與開關(guān)磁阻馬達(dá)連接；轉(zhuǎn)矩和磁通估計(jì)器，所述轉(zhuǎn)矩和磁通估計(jì)器基于來(lái)自所述逆變器的輸出和所述開關(guān)磁阻馬達(dá)的轉(zhuǎn)子角度，估計(jì)在所述開關(guān)磁阻馬達(dá)中生成的轉(zhuǎn)矩和磁通，作為估計(jì)轉(zhuǎn)矩和估計(jì)磁通；開關(guān)模式選擇器，所述開關(guān)模式選擇器基于基準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩與所述估計(jì)轉(zhuǎn)矩的比較結(jié)果、基準(zhǔn)磁通與所述估計(jì)磁通的比較結(jié)果和磁通相位角來(lái)選擇開關(guān)模式中的一個(gè)，并且根據(jù)所選擇的開關(guān)模式執(zhí)行所述逆變器的開關(guān)；以及基準(zhǔn)磁通計(jì)算器，所述基準(zhǔn)磁通計(jì)算器在根據(jù)所述基準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩和所述開關(guān)磁阻馬達(dá)的轉(zhuǎn)速改變磁通軌跡的情況下，根據(jù)所述磁通軌跡和所述轉(zhuǎn)子角度獲得所述基準(zhǔn)磁通，所述磁通軌跡指示所述轉(zhuǎn)子角度與所述基準(zhǔn)磁通之間的關(guān)系。
[0011]根據(jù)結(jié)合附圖時(shí)的本發(fā)明的以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的這些和其它目的、特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯。
[0012]本發(fā)明的有益效果
[0013]本發(fā)明簡(jiǎn)化了對(duì)開關(guān)磁阻馬達(dá)的控制。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是示出馬達(dá)控制器的構(gòu)造的框圖。
[0015]圖2是SRM的示意圖。
[0016]圖3示出了逆變器的構(gòu)造。
[0017]圖4示出了磁通相位角K與電壓矢量之間的關(guān)系。
[0018]圖5示出了線圈的位置。
[0019]圖6示出了線圈的連接。
[0020]圖7示出了基準(zhǔn)磁通計(jì)算器的構(gòu)造。
[0021 ]圖8示出了磁通軌跡。
[0022]圖9示出了磁通軌跡。
[0023]圖10示出了磁通軌跡。
[0024]圖11示出了逆變器與繞組之間的連接。
[0025]圖12示出了線圈的連接。
[0026]圖13不出了電壓矢量的分量。
[0027]圖14示出了磁通相位角K與電壓矢量之間的關(guān)系。
【具體實(shí)施方式】
[0028]圖1是示出馬達(dá)控制器I的構(gòu)造的框圖。馬達(dá)控制器I在DTC(直接轉(zhuǎn)矩控制)下控制SRM (開關(guān)磁阻馬達(dá))9。
[0029]圖2是SRM9的示意圖。SRM9包括轉(zhuǎn)子91和定子92。通過(guò)軸承機(jī)構(gòu)(沒有示出)在旋轉(zhuǎn)軸周圍可轉(zhuǎn)動(dòng)地支撐轉(zhuǎn)子91。轉(zhuǎn)子91具有朝向定子92突出的多個(gè)部分911，并且定子92具有朝向轉(zhuǎn)子91突出的多個(gè)部分921，換言之，SRM9具有雙凸極。通過(guò)鋼層壓形成定子92的鐵心。導(dǎo)線圍繞定子92的每個(gè)突出部分921纏繞以形成線圈922。轉(zhuǎn)子91通過(guò)鋼層壓形成并且既沒有線圈也沒有永磁體。通過(guò)在各相繞組(即線圈922)的電感改變時(shí)切換電流供應(yīng)模式來(lái)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。
[0030]如圖1所示，電極控制器I包括:逆變器11、轉(zhuǎn)矩和磁通估計(jì)器12、開關(guān)模式選擇器13、轉(zhuǎn)矩滯后比較器141、磁通滯后比較器142、轉(zhuǎn)矩減法器151、磁通減法器152和基準(zhǔn)磁通計(jì)算器16。轉(zhuǎn)矩和磁通估計(jì)器12估計(jì)出估計(jì)轉(zhuǎn)矩T和估計(jì)磁通Ψ (Psi)0
[0031]開關(guān)模式選擇器13從預(yù)先準(zhǔn)備的開關(guān)模式中選擇一種開關(guān)模式，并且根據(jù)所選擇的模式執(zhí)行對(duì)逆變器11的開關(guān)。轉(zhuǎn)矩減法器151獲得估計(jì)轉(zhuǎn)矩T與基準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩T*之間的差值并且將該差值輸入到轉(zhuǎn)矩滯后比較器141。轉(zhuǎn)矩滯后比較器141在將滯后引入到該差值的情況下將該差值輸入到開關(guān)模式選擇器13。磁通減法器152獲得估計(jì)磁通Ψ與基準(zhǔn)磁通Ψ*之間的差值并且將該差值輸入到磁通滯后比較器151。磁通滯后比較器151在將滯后引入到該差值的情況下將該差值輸入到開關(guān)模式選擇器13。稍后將討論基準(zhǔn)磁通計(jì)算器16的功能。
[0032]圖3示出了與SRM9連接的逆變器11的構(gòu)造。該逆變器是通用VSI (電壓源逆變器)，通用VSI是具有6個(gè)開關(guān)元件的三相橋式逆變器。逆變器11具有電容器111、三對(duì)開關(guān)元件112和三對(duì)二極管113。這些元件與DC電源114并聯(lián)連接。三條電流供應(yīng)線中的每一條均從每對(duì)開關(guān)元件的元件之間的點(diǎn)開始抽出并且連接至SRM9。SRM9的繞組923是三角形連接的。從逆變器11供應(yīng)的電流是雙極的。
[0033]如圖1所示，將從逆變器11輸出的電流I和轉(zhuǎn)子角度Θr輸入到轉(zhuǎn)矩和磁通估計(jì)器12。轉(zhuǎn)矩和磁通估計(jì)器12估計(jì)由SRM9產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩和在SRM9中生成的磁通，作為估計(jì)轉(zhuǎn)矩T和估計(jì)磁通Ψ。估計(jì)轉(zhuǎn)矩T被輸入到轉(zhuǎn)矩減法器151。估計(jì)磁通Ψ被輸入到磁通減法器152。
[0034]基準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩T*也被輸入到轉(zhuǎn)矩減法器151。轉(zhuǎn)矩減法器151獲得估計(jì)轉(zhuǎn)矩T與基準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩T*之間的(帶符號(hào)的)差值，以將該差值輸入到轉(zhuǎn)矩滯后比較器141。例如通過(guò)計(jì)算器(未示出)計(jì)算基準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩T*作為使得轉(zhuǎn)子91的轉(zhuǎn)速達(dá)到目標(biāo)速度的轉(zhuǎn)矩?；鶞?zhǔn)磁通Ψ*也被輸入到磁通減法器152。磁通減法器152獲得估計(jì)磁通Ψ與基準(zhǔn)磁通Ψ*之間的(帶符號(hào)的)差值，以將該差值輸入到磁通滯后比較器142。通過(guò)稍后將討論的基準(zhǔn)磁通計(jì)算器16來(lái)計(jì)算基準(zhǔn)磁通Ψ*。
[0035]轉(zhuǎn)矩滯后比較器141是三值比較器。轉(zhuǎn)矩滯后比較器141在基準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩T*與估計(jì)轉(zhuǎn)矩T之間的(帶符號(hào)的)差值大于預(yù)定的正閾值的情況下輸出“ 1”，并且在該差值小于預(yù)定的負(fù)閾值的情況下輸出“-1”。如果該差值在正閾值與負(fù)閾值之間，則轉(zhuǎn)矩滯后比較器141輸出“O”。磁通滯后比較器142是二進(jìn)制比較器。磁通滯后比較器142在基準(zhǔn)磁通Ψ*與估計(jì)磁通Ψ之間的(帶符號(hào)的)差值大于預(yù)定的正閾值的情況下輸出“1”，并且在該差值小于預(yù)定的負(fù)閾值的情況下輸出“-1”。如果該差值在正閾值與負(fù)閾值之間，則磁通滯后比較器142保持輸出作為之前條件的“1”或“-1”。
[0036]從轉(zhuǎn)矩滯后比較器141和磁通滯后比較器142輸出的值(換言之，基準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩T*與估計(jì)轉(zhuǎn)矩T的比較結(jié)果以及基準(zhǔn)磁通Ψ*與估計(jì)磁通Ψ的比較結(jié)果)被輸入到開關(guān)模式選擇器13。另一方面，轉(zhuǎn)矩和磁通估計(jì)器12對(duì)磁通相位角Θ P進(jìn)行估計(jì)并且將該磁通相位角Θ P輸入到開關(guān)模式選擇器13。開關(guān)模式選擇器13基于這些輸入值從多個(gè)開關(guān)模式131中選擇開關(guān)模式，并且根據(jù)所選擇的開關(guān)模式執(zhí)行對(duì)逆變器11的開關(guān)。
[0037]表格1示出了選擇開關(guān)模式的表格。轉(zhuǎn)矩T的列中的“丨”指示從轉(zhuǎn)矩滯后選擇器141輸入到開關(guān)模式選擇器13的值是“1”。換言之，它指示SRM9中的磁通矢量逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)并且逆時(shí)針轉(zhuǎn)矩增加。“丨”指示輸入的值是“-1”，SRM9中的磁通矢量順時(shí)針旋轉(zhuǎn)并且逆時(shí)針轉(zhuǎn)矩減少?！耙弧敝甘据斎氲闹凳恰?”，轉(zhuǎn)矩被保持。實(shí)際上，轉(zhuǎn)矩根據(jù)磁通的逐漸減少而逐漸地減少。
[0038][表格1]
[0039]
【權(quán)利要求】
1.一種用于控制開關(guān)磁阻馬達(dá)的馬達(dá)控制器，所述馬達(dá)控制器包括: 逆變器，所述逆變器與開關(guān)磁阻馬達(dá)連接； 轉(zhuǎn)矩和磁通估計(jì)器，所述轉(zhuǎn)矩和磁通估計(jì)器基于來(lái)自所述逆變器的輸出和所述開關(guān)磁阻馬達(dá)的轉(zhuǎn)子角度，估計(jì)在所述開關(guān)磁阻馬達(dá)中生成的轉(zhuǎn)矩和磁通，作為估計(jì)轉(zhuǎn)矩和估計(jì)磁通； 開關(guān)模式選擇器，所述開關(guān)模式選擇器基于基準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩與所述估計(jì)轉(zhuǎn)矩的比較結(jié)果、基準(zhǔn)磁通與所述估計(jì)磁通的比較結(jié)果和磁通相位角來(lái)選擇開關(guān)模式中的一個(gè)，并且根據(jù)所選擇的開關(guān)模式執(zhí)行所述逆變器的開關(guān)；以及 基準(zhǔn)磁通計(jì)算器，所述基準(zhǔn)磁通計(jì)算器在根據(jù)所述基準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩和所述開關(guān)磁阻馬達(dá)的轉(zhuǎn)速改變磁通軌跡的情況下，根據(jù)所述磁通軌跡和所述轉(zhuǎn)子角度求出所述基準(zhǔn)磁通，所述磁通軌跡指示所述轉(zhuǎn)子角度與所述基準(zhǔn)磁通之間的關(guān)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的馬達(dá)控制器，其中 所述逆變器是具有6個(gè)開關(guān)元件的三相橋式逆變器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的馬達(dá)控制器，其中 根據(jù)所述基準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩和所述開關(guān)磁阻馬達(dá)的所述轉(zhuǎn)速，通過(guò)所述基準(zhǔn)磁通計(jì)算器使所述磁通軌跡相對(duì)于所述轉(zhuǎn)子角度進(jìn)行移位。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的馬達(dá)控制器，其中 在極坐標(biāo)系中描繪的所述磁通軌跡具有多個(gè)凹部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的馬達(dá)控制器，其中 所述開關(guān)磁阻馬達(dá)的繞組是三角形連接的。
【文檔編號(hào)】H02P25/08GK103875177SQ201380002277
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月11日
【發(fā)明者】G·阿哈默德 申請(qǐng)人:日本電產(chǎn)株式會(huì)社