本發(fā)明涉及開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，特別是啟動(dòng)這樣的電動(dòng)機(jī)的方法。

背景技術(shù)：

在圖1A、1B和2到4中展示了典型的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。這個(gè)例子具有在定子1上的六個(gè)，優(yōu)選地，均勻間隔的極2和在轉(zhuǎn)子4上的四個(gè)，優(yōu)選地，均勻間隔的極3的組合。在這個(gè)例子中，定子的極從定子環(huán)5向內(nèi)突出，該環(huán)在定子極之間提供低磁阻材料的路徑。

轉(zhuǎn)子由十字形的疊片堆疊形成，并且由低磁阻材料形成。因此，由于將變得顯而易見的原因，每個(gè)轉(zhuǎn)子極均通過低磁阻路徑連接到直徑上對(duì)置的轉(zhuǎn)子極。因此，如所標(biāo)記的，極U通過低磁阻路徑連接到極U’，并且極V通過低磁阻路徑連接到V’。

定子的每個(gè)極均纏繞有線圈6，這些線圈成對(duì)排布，每對(duì)包括位于穿過定子的旋轉(zhuǎn)軸的各直徑的相反的兩端的線圈。因此在這種情況下，如所標(biāo)記的，這些對(duì)為線圈AA’、BB’和CC’。在同一時(shí)間用來自電動(dòng)機(jī)控制電路10的電流(圖5)對(duì)一對(duì)的線圈通電，并且在某種意義上使得一個(gè)提供朝向旋轉(zhuǎn)軸的磁場，一個(gè)提供遠(yuǎn)離該軸的磁場。在圖中，在線圈上的箭頭表示在紙平面的上方的線圈中的電流的方向，虛線箭頭表示磁通量。由通電的線圈產(chǎn)生的磁通量和它們各自的極一起通常沿著它們之間的直徑排布，接著沿著定子環(huán)(在圓周方向上)到達(dá)該對(duì)的另一個(gè)通電線圈。

轉(zhuǎn)子改變在通電的一對(duì)定子極之間的空間中的磁場線分布。沿通電的一對(duì)定子極之間的直徑對(duì)齊的轉(zhuǎn)子的直徑上對(duì)置的一對(duì)極所處的轉(zhuǎn)子位置，對(duì)于包含了在該對(duì)齊的轉(zhuǎn)子極之間的轉(zhuǎn)子的磁路，為具有最小磁阻轉(zhuǎn)子的位置。在于1B中展示了對(duì)齊在定子極A和A’之間的轉(zhuǎn)子極U和U’的例子。因此，這樣的位置是磁能最小的位置。在未對(duì)齊位置，例如，如圖1A中，磁通量仍然沿著轉(zhuǎn)子的極之間的低磁阻路徑流動(dòng)，因此該通量從定子的通電的極之間的直徑轉(zhuǎn)移，結(jié)果是它不得不跨過轉(zhuǎn)子和定子極之間更大的空氣間隙，增大磁路的磁阻和磁能。因此，如果轉(zhuǎn)子沒有對(duì)齊，那么在其上存在轉(zhuǎn)矩，牽引其朝向?qū)R的位置。

在運(yùn)行轉(zhuǎn)速，通過對(duì)定子線圈對(duì)依次充電以牽引轉(zhuǎn)子的極朝向旋轉(zhuǎn)方向來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。因此，當(dāng)例如，轉(zhuǎn)子處在圖1A的位置中，并且轉(zhuǎn)子順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，以致轉(zhuǎn)子極U和U’接近定子極A和A’時(shí)，A和A’的線圈被通電使得U和U’朝向A和A’牽引。當(dāng)?shù)竭_(dá)U和U’與線圈A和A’對(duì)齊的圖1B的位置時(shí)，A和A’被關(guān)閉(圖2)，使得轉(zhuǎn)子可以繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，而不會(huì)減慢或牽引回到A和A’。這時(shí)候，轉(zhuǎn)子極V和V’也接近線圈B和B’的定子極，因此B和B’被通電(圖2)從而朝向B和B’在順時(shí)針方向上向前牽引轉(zhuǎn)子極V和V’。

當(dāng)?shù)竭_(dá)V和V’與線圈B和B’對(duì)齊的圖3的位置時(shí)，B和B’被關(guān)閉，使得轉(zhuǎn)子可以繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，而不會(huì)減慢或牽引回到B和B’。這時(shí)候，轉(zhuǎn)子極U’和U接近線圈C和C’的定子極，因此線圈C和C’被通電從而朝向C和C’在順時(shí)針方向上向前牽引轉(zhuǎn)子極U’和U。

當(dāng)?shù)竭_(dá)U和U’與C和V’對(duì)齊的圖4的位置時(shí)，線圈C和C’被關(guān)閉，使得轉(zhuǎn)子可以繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，而不會(huì)減慢或牽引回到C和C’。這時(shí)候，轉(zhuǎn)子極V’和V接近定子極A和A’，因此線圈A和A’被通電從而朝向A和A’在順時(shí)針方向上向前牽引轉(zhuǎn)子極V’和V。

當(dāng)V’和V到達(dá)A和A’時(shí)，轉(zhuǎn)子已經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)90°，因此，由于轉(zhuǎn)子具有四折旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，其實(shí)際上處于圖2所示的相同位置，因此重復(fù)對(duì)線圈B和B’，接著對(duì)C和C’，然后對(duì)A和A’的通電的循環(huán)，從而推進(jìn)定子到下一個(gè)90°，依此類推。

在本領(lǐng)域眾所周知的，在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的特定角度關(guān)閉或接通線圈，例如，響應(yīng)由線圈產(chǎn)生的傳感信號(hào)，因?yàn)楫?dāng)轉(zhuǎn)子極經(jīng)過線圈時(shí)同時(shí)由電流和線圈的電感變化驅(qū)動(dòng)這些線圈。在圖5中展示了已知的第一電動(dòng)機(jī)控制電路10。該第一電動(dòng)機(jī)控制電路10包括在電源20上并聯(lián)連接的定子線圈對(duì)。通過閉合開關(guān)21和22對(duì)彼此并聯(lián)連接的線圈A和A’通電，并且類似地，通過閉合開關(guān)23和24對(duì)線圈B和B’通電，通過閉合開關(guān)25和26對(duì)線圈C和C’通電。這些開關(guān)是由控制電路10操作的，當(dāng)要對(duì)線圈通電時(shí)，控制電路10閉合開關(guān)。線圈A和A’由其共用的一對(duì)開關(guān)操作(類似地，每個(gè)線圈對(duì)B和B’和C和C’具有其自己的共用開關(guān)對(duì))，這足以提供上述線圈通電的模式。開關(guān)21到26作為，例如，F(xiàn)ET或IGBT晶體管提供。電動(dòng)機(jī)控制電路10使用電流的測量值來確定轉(zhuǎn)子的位置，并且依次確定開關(guān)21到26的運(yùn)行的時(shí)序。

更具體地，圖5的控制電路10檢測由線圈產(chǎn)生的信號(hào)，因?yàn)楫?dāng)轉(zhuǎn)子極經(jīng)過線圈時(shí)同時(shí)由電流和線圈的電感變化驅(qū)動(dòng)這些線圈。這種電感包括跨過DC電源20并聯(lián)連接的定子線圈對(duì)。電源的電壓取決于應(yīng)用，可能是例如，12V、24V、48V或300V。通過閉合開關(guān)21和22對(duì)彼此并聯(lián)連接的線圈A和A’通電，并且類似地，通過閉合開關(guān)23和24對(duì)線圈B和B’通電，通過閉合開關(guān)25和26對(duì)線圈C和C’通電。這些開關(guān)是由開關(guān)控制單元27操作的，當(dāng)要對(duì)線圈通電時(shí)，開關(guān)控制單元27閉合開關(guān)。在每個(gè)線圈對(duì)中的電流由與其串聯(lián)連接的傳感器28檢測，以提供產(chǎn)生的與電流成比例的電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)用于確定轉(zhuǎn)子位置，這些轉(zhuǎn)子位置依次用于確定開關(guān)21和22、23和24，以及25和26的運(yùn)行的時(shí)序。

電動(dòng)機(jī)控制電路10在多個(gè)階段處理來自線圈的信號(hào)，形成控制回路。位置評(píng)估器30接收表明線圈電流的信號(hào)，根據(jù)這些信號(hào)連續(xù)計(jì)算轉(zhuǎn)子的位置，并且輸出轉(zhuǎn)子位置值信號(hào)31。該計(jì)算通過微控制器執(zhí)行。速度評(píng)估器32區(qū)分這種相對(duì)于時(shí)間的信號(hào)，從而提供轉(zhuǎn)子速度信號(hào)33?？刂苹芈吩O(shè)計(jì)為控制電動(dòng)機(jī)的速度由輸入信號(hào)——速度命令信號(hào)35設(shè)定，減法器36形成速度命令信號(hào)和轉(zhuǎn)子速度信號(hào)之間的差值，從而形成速度誤差信號(hào)37?；芈房刂破?8，例如在這種情況下的比例-積分控制器，使用這個(gè)信號(hào)來調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩命令39。由電動(dòng)機(jī)施加的轉(zhuǎn)矩和該電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)速度之間的關(guān)系通常單調(diào)遞增。因此，如果速度誤差表明發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行得比需要的太慢，那么控制器38增大命令的轉(zhuǎn)矩，而如果速度誤差表明發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行得比命令的快，那么控制器38減小命令的轉(zhuǎn)矩。控制器38還過濾繞控制回路傳播的信號(hào)以便使回路響應(yīng)變平滑。

電動(dòng)機(jī)1當(dāng)然不直接受轉(zhuǎn)矩命令的控制，轉(zhuǎn)矩命令39轉(zhuǎn)換為電動(dòng)機(jī)的開關(guān)的控制角度42。這些角度為電動(dòng)機(jī)的開關(guān)操作所處的轉(zhuǎn)子的角度，特別是線圈對(duì)接通所處的角度、允許線圈對(duì)為“自由輪”的角度，以及線圈對(duì)關(guān)閉所處的角度。

為了接通線圈，該線圈相關(guān)的兩個(gè)開關(guān)都要接通(對(duì)于線圈AA’為開關(guān)21和22)。在自由輪模式中，將線圈連接至正極的開關(guān)(例如，21)被斷開，但是電流繼續(xù)通過二極管循環(huán)，在截止角，兩個(gè)開關(guān)都被斷開，在線圈中的電流通過另一標(biāo)記的二極管傳遞到地，在開關(guān)斷開之后的短時(shí)間內(nèi)消失。(可選地，對(duì)于自由輪模式，可能替代地?cái)嚅_將線圈連接至負(fù)極的開關(guān)，電流繼續(xù)流過該對(duì)的線圈和標(biāo)記的另一個(gè)二極管。在自由輪模式中斷開的兩個(gè)開關(guān)可以依次交替，以共同平衡由它們之間的切換消耗的功率)。

由查找表41執(zhí)行轉(zhuǎn)矩命令信號(hào)到這些角度的轉(zhuǎn)換。需要提供所需的轉(zhuǎn)矩的角度取決于轉(zhuǎn)子的速度，因此還向查找表41提供轉(zhuǎn)子速度信號(hào)33，從而為轉(zhuǎn)矩和速度提供角度。當(dāng)電動(dòng)機(jī)連接至它所需的負(fù)載上時(shí)驅(qū)動(dòng)該電動(dòng)機(jī)時(shí)，可以按照經(jīng)驗(yàn)確定這些角度。

由查找表產(chǎn)生的角度42傳遞到開關(guān)控制單元27，當(dāng)這些角度與轉(zhuǎn)子位置值信號(hào)31匹配時(shí)，該開關(guān)控制單元27相應(yīng)地以角度42操作開關(guān)。更具體地，對(duì)于每個(gè)線圈，提供的角度42都是相同的，并且提供的角度42與線圈對(duì)的角度位置相關(guān)。開關(guān)控制器27持續(xù)追蹤接下來要操作的是哪個(gè)線圈對(duì)，并且以30°為模使用轉(zhuǎn)子位置值31，用于與角度42的比較。

優(yōu)選地由微控制器執(zhí)行電路塊30、32、36、38、41和27。

控制電路的其他形式是已知的。一個(gè)類似的電路例子使用霍爾效應(yīng)傳感器而不是線圈電流來記錄轉(zhuǎn)子何時(shí)穿過各位置。

在本領(lǐng)域還眾所周知的是，對(duì)于電動(dòng)機(jī)可以由定子和轉(zhuǎn)子極的其他組合。這些組合具有線圈通電的不同階段，以便在正方向上保持轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩。定子極和轉(zhuǎn)子極的數(shù)量之間的共同關(guān)系是定子極的數(shù)量比轉(zhuǎn)子極多兩個(gè)，并且定子極和轉(zhuǎn)子極都為偶數(shù)。極的數(shù)量的選擇通?？紤]電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度、運(yùn)行功率、轉(zhuǎn)矩波動(dòng)(由電動(dòng)機(jī)提供的轉(zhuǎn)矩隨著轉(zhuǎn)子的角度的變化)的可接受程度，以及所需的電路。

當(dāng)轉(zhuǎn)子以運(yùn)行速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，使用上述切換循環(huán)。以下給出使用上述6極定子和4極轉(zhuǎn)子的例子啟動(dòng)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的已知方法。

首先，電動(dòng)機(jī)處于任意靜止位置，例如，如在圖6中所示。在這個(gè)位置，電動(dòng)機(jī)已經(jīng)關(guān)閉，因此所有的線圈都被關(guān)閉。

在第二步驟，通過僅對(duì)定子線圈對(duì)(例如，A和A’)通電，其接著被保持一段時(shí)間，建立電動(dòng)機(jī)的初始期望靜止位置(圖7)。這些吸引轉(zhuǎn)子最接近的一對(duì)極，例如，U和U’。由于線圈A和A’被保持，并且由于轉(zhuǎn)子隨著極U和U’被吸引到A和A’而獲得角動(dòng)量，無論轉(zhuǎn)子連接至什么(例如，增壓器的壓縮機(jī)輪)，極U和U’超越A和A’，并且在A和A’的位置附近搖擺，但是由于摩擦損失能量，并且最終停留于U和U’對(duì)齊在A和A’的直徑上。

在第三步驟(圖8)，根據(jù)所需的旋轉(zhuǎn)方向，A和A’的線圈關(guān)閉，B和B’或C和C’的線圈開啟。在順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的上述例子中，使用線圈B和B’，如圖8所示。

一旦轉(zhuǎn)子極V和V’已經(jīng)到達(dá)B和B’，那些線圈被關(guān)閉(第四步驟)，并且已經(jīng)向轉(zhuǎn)子提供已知的旋轉(zhuǎn)速度。

然而，上述已知的敘述的方法的缺點(diǎn)在于，第一步驟的持續(xù)時(shí)間可能長得難以接受。它還提出了線圈的大電流需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在本發(fā)明的第一方面，提供了一種使開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子加速的方法，該開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)具有多對(duì)定子線圈，每對(duì)包括在所述電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸的相對(duì)變上的線圈，所述方法包括：

在保持其他定子線圈關(guān)閉的同時(shí)反復(fù)地開啟和關(guān)閉一個(gè)或多個(gè)特定對(duì)的定子線圈，以使所述電動(dòng)機(jī)加速，每對(duì)的第一線圈與該對(duì)的第二另一線圈同時(shí)開啟和關(guān)閉。

當(dāng)使用例如查找表41高度控制帶有所有線圈的電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的第二方面的加速是特別有益的。這為電動(dòng)機(jī)速度的運(yùn)行范圍提供了詳細(xì)的值。然而，對(duì)于那些運(yùn)行速度的加速，轉(zhuǎn)矩、效率等的最優(yōu)化是不需要的，因此，可能使用本發(fā)明的簡便方法而無需設(shè)計(jì)那些細(xì)節(jié)。

所述定子線圈對(duì)可能以恒定頻率被反復(fù)開啟和關(guān)閉(同時(shí)保持其他定子線圈關(guān)閉)。所述定子線圈對(duì)被開啟和關(guān)閉所處的時(shí)序優(yōu)選地獨(dú)立于所需的轉(zhuǎn)矩和/或速度(轉(zhuǎn)矩/速度設(shè)定點(diǎn))。例如，所述時(shí)序優(yōu)選地不是從查找表中獲得。所述時(shí)序可能是恒定的。所述時(shí)序可能是響應(yīng)來自位置傳感器的輸出。例如，當(dāng)(優(yōu)選地通過所述位置傳感器的測量)所述轉(zhuǎn)子處于第一位置時(shí)，優(yōu)選地開啟所述定子線圈對(duì)。當(dāng)(優(yōu)選地通過所述位置傳感器的測量)所述轉(zhuǎn)子處于第二位置時(shí)，優(yōu)選地開啟所述定子線圈對(duì)。這樣的布置是有益的，因此它提供了一種使電動(dòng)機(jī)加速的簡便方法，無需計(jì)算時(shí)序或者時(shí)序的選擇的其他形式。

在保持其他定子線圈關(guān)閉的同時(shí)以相同時(shí)間反復(fù)地開啟和關(guān)閉的定子線圈可能是單對(duì)定子線圈。

在以相同時(shí)間反復(fù)地開啟和關(guān)閉多對(duì)定子線圈一對(duì)或多對(duì)定子線圈之前，所述方法可能還包括：向所述轉(zhuǎn)子設(shè)置預(yù)定速度。

在以相同時(shí)間反復(fù)地開啟和關(guān)閉多對(duì)定子線圈一對(duì)或多對(duì)定子線圈之前，所述方法可能還包括步驟：

以相同時(shí)間對(duì)第一和第二對(duì)定子線圈通電，

為所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的減少等待一段時(shí)間，并且接著

關(guān)閉這兩對(duì)線圈中的第一對(duì)，同時(shí)讓所述第二對(duì)線圈通電以致所述第二對(duì)線圈引起所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。

所述第一和第二對(duì)定子線圈可能是最近鄰的。

在以相同時(shí)間反復(fù)地開啟和關(guān)閉多對(duì)定子線圈一對(duì)或多對(duì)定子線圈之前，所述方法可能還包括：

對(duì)第一、單對(duì)定子線圈通電，

為所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的減少等待一段時(shí)間，并且

關(guān)閉所述第一對(duì)線圈，并且對(duì)不同的第二對(duì)定子線圈通電以致所述第二對(duì)線圈引起所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。

所述第一和第二對(duì)定子線圈可能是最近鄰的。

對(duì)于通電的每對(duì)定子線圈，該對(duì)的線圈可能直徑上對(duì)置地位于所述定子上。

本發(fā)明的第一方面還一個(gè)了用于開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的控制電路，其包括：

開關(guān)，其用于將所述發(fā)動(dòng)機(jī)的定子線圈連接至電源，以及

啟動(dòng)控制器，其連接為操作所述開關(guān)以執(zhí)行所述方法的步驟。

本發(fā)明的第一方面還提供了裝置，該裝置包括：

開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，其包括轉(zhuǎn)子，并且包括定子線圈，

所述控制電路，其連接至所述電動(dòng)機(jī)的所述定子線圈，

增壓器，其具有連接至所述電動(dòng)機(jī)的所述轉(zhuǎn)子的壓縮機(jī)輪，由所述電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)所述壓縮機(jī)輪。

在本發(fā)明的第二方面，提供了一種啟動(dòng)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的方法，該開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)具有多對(duì)定子線圈，每對(duì)包括在所述電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸的相對(duì)邊上的線圈，所述方法包括：

在相同時(shí)間對(duì)第一和第二對(duì)定子線圈通電，

為所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的減少等待一段時(shí)間，并且接著

關(guān)閉這兩對(duì)線圈中的第一對(duì)，同時(shí)讓所述第二對(duì)線圈通電以致所述第二對(duì)線圈引起所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。

兩對(duì)線圈的使用解決了轉(zhuǎn)子安頓在其啟動(dòng)位置的問題，其優(yōu)點(diǎn)在于它是更快的，因?yàn)橛蓪?duì)兩對(duì)線圈通電而提供的磁場中的角窗更窄，轉(zhuǎn)子將更快地安頓。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，它在安頓步驟中平衡了這兩對(duì)線圈之間的電流負(fù)載。這降低了在多次消耗電流的啟動(dòng)操作后在單對(duì)線圈上所引起的退化。這有助于保持線圈對(duì)以平衡的方式運(yùn)行。

所述兩對(duì)定子線圈可能是最近鄰的。

對(duì)于所述多對(duì)定子線圈的每一對(duì)，每對(duì)的線圈可能直徑上對(duì)置地位于所述定子上。

所述方法還包括在特定的一段時(shí)間之后關(guān)閉所述第二對(duì)線圈的步驟。所述特定的一段時(shí)間可能是所述轉(zhuǎn)子到達(dá)特定位置的預(yù)定時(shí)段。

所述方法可能包括當(dāng)已經(jīng)到達(dá)預(yù)定轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速時(shí)關(guān)閉所述第二對(duì)定子線圈的步驟。

所述方法可能還包括開啟定子線圈對(duì)以進(jìn)一步使所述電動(dòng)機(jī)加速的步驟。

所述方法可能還包括在保持其他定子線圈關(guān)閉的同時(shí)反復(fù)地開啟和關(guān)閉特定對(duì)的定子線圈以進(jìn)一步使所述電動(dòng)機(jī)加速的步驟。

所述方法可能包括使用所述電動(dòng)機(jī)的多對(duì)定子線圈驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)機(jī)的進(jìn)一步步驟，每對(duì)帶有其自身相位。

所述方法可能應(yīng)用于開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，該開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)連接為驅(qū)動(dòng)增壓器的所述壓縮機(jī)輪。

本發(fā)明的第二方面還提供了用于開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的控制電路，其包括：

開關(guān)，其用于將所述發(fā)動(dòng)機(jī)的定子線圈連接至電源，以及

啟動(dòng)控制器，其連接為操作所述開關(guān)以執(zhí)行所述方法的步驟。

本發(fā)明的第二方面還提供了裝置，該裝置包括：

開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，其包括轉(zhuǎn)子，并且包括定子線圈，

所述控制電路，其連接至所述電動(dòng)機(jī)的所述定子線圈，

增壓器，其具有連接至所述電動(dòng)機(jī)的所述轉(zhuǎn)子的壓縮機(jī)輪，由所述電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)所述壓縮機(jī)輪。

本發(fā)明的第一和第二方面可能一起使用?？梢岳斫獾氖?，參照一個(gè)方面所述的特征同樣可以應(yīng)用于另一方面，反之亦然。

附圖說明

現(xiàn)在將參照以下附圖對(duì)本發(fā)明的示例進(jìn)行描述：

圖1-4展示了已知的開關(guān)磁阻在運(yùn)行速度下的操作中定子旋轉(zhuǎn)的連續(xù)階段；

圖5為圖1等的電動(dòng)機(jī)的控制電路的電路框圖；

圖6-8展示了在用于啟動(dòng)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的已知過程中旋轉(zhuǎn)的各階段；

圖9-11展示了在根據(jù)本發(fā)明的用于啟動(dòng)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的示例過程中旋轉(zhuǎn)的各階段；

圖12為本發(fā)明的示例過程的流程圖；

圖13為根據(jù)本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)控制電路的電路框圖。

具體實(shí)施方式

圖12的流程圖展示了啟動(dòng)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的示例方法，如圖9到11所示，展示了開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)的各階段。在本示例中的電動(dòng)機(jī)類似于圖1到8的電動(dòng)機(jī)，具有六個(gè)定子極和四個(gè)轉(zhuǎn)子極(類似地標(biāo)記為ABCA’B’C’和UVU’V’)。(ABCA’B’C’同樣表示極和極的各線圈)。它操作的電動(dòng)機(jī)控制電路類似于圖5的電動(dòng)機(jī)控制電路，除了該控制電路10’(圖13)布置為控制開關(guān)21到26以如本示例所述的開啟和關(guān)閉電動(dòng)機(jī)的線圈。為了做到這一點(diǎn)，設(shè)置有啟動(dòng)控制器50(優(yōu)選地采用微控制器中的附加程序?qū)崿F(xiàn))。

轉(zhuǎn)子開始于任意位置，其中，轉(zhuǎn)子可能是靜止的或者緩慢移動(dòng)的，如圖9所示(圖12中的步驟101)，所有的線圈關(guān)閉。在這樣的一個(gè)位置，轉(zhuǎn)子極U位于定子極A和B之間，并且它的相對(duì)轉(zhuǎn)子極U’位于定子極A’和B’之間。

在第二步驟，如圖10所示(圖12中的步驟102)，兩個(gè)線圈對(duì)，A和A’和B和B’被通電。為了做到這一點(diǎn)，啟動(dòng)控制器50發(fā)出直接指令到開關(guān)控制器。這將轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到最小能量位置，其中，轉(zhuǎn)子極(在這種情況下為U)位于A和B之間，它的相對(duì)極(在這種情況下為U’)位于A’和B’之間。對(duì)于其他啟動(dòng)位置，一個(gè)轉(zhuǎn)子極將在通電的兩對(duì)線圈之間停止移動(dòng)。

轉(zhuǎn)子可能在低能量位置附近擺動(dòng)一會(huì)兒，但是將衰減并停止移動(dòng)，該示例方法的第三步驟(步驟103)是為等待轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)減少的時(shí)間(啟動(dòng)控制器監(jiān)視的時(shí)間)。

在等待之后，在第四步驟(步驟104)中，根據(jù)轉(zhuǎn)子所需的旋轉(zhuǎn)方向，(通過啟動(dòng)控制器)關(guān)閉通電的線圈對(duì)A和A’，或B和B’中的一個(gè)。如圖11所示，線圈B和B’被關(guān)閉，因此轉(zhuǎn)子極U和U’被吸引到定子極A和A’，轉(zhuǎn)子從而順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。在第五步驟(步驟105)中，在預(yù)定時(shí)段后，線圈AA’被關(guān)閉，接著轉(zhuǎn)子具有預(yù)定的旋轉(zhuǎn)速度。(啟動(dòng)控制器再次監(jiān)視時(shí)段和操作線圈。)

轉(zhuǎn)子現(xiàn)在以已知的速度旋轉(zhuǎn)，并且可以正常地使用所有線圈相位驅(qū)動(dòng)該轉(zhuǎn)子，其最初是依照已知的速度被計(jì)時(shí)。

然而，在本示例中，電動(dòng)機(jī)優(yōu)選地通過根據(jù)下面示例方法對(duì)線圈通電而通過中間階段被提升到運(yùn)行速度。對(duì)于這些，只使用一對(duì)線圈，例如，線圈A和A’。每次轉(zhuǎn)子極U、V、U’、V’到達(dá)線圈時(shí)，線圈A和A’被短期通電。因此，在每輪旋轉(zhuǎn)，總共有四次。

為此目的，在第一示例方法中，電動(dòng)機(jī)設(shè)置有位置傳感器。該位置傳感器包括安裝為隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的磁指示環(huán)60，該磁指示環(huán)固定在相同的柄上。該磁指示環(huán)具有交替的北和南磁化的八個(gè)交替域?；魻栃?yīng)傳感器61位于環(huán)的附近以檢測從北到南的磁化變化(這不同于從南到北變化的傳感器61)。當(dāng)每個(gè)轉(zhuǎn)子極達(dá)到線圈A時(shí)，存在的四個(gè)北到南邊界定位為穿過霍爾效應(yīng)傳感器61，傳感器將其每次發(fā)生的時(shí)序作為信號(hào)62傳送到啟動(dòng)控制器50。接著，啟動(dòng)控制器根據(jù)該時(shí)序?qū)€圈A和A’通電一段時(shí)間，因此朝向線圈A和A’使轉(zhuǎn)子加速。

設(shè)置為位置估計(jì)器30的霍爾效應(yīng)傳感器可能在低速是不可靠。

然而，線圈對(duì)AA’的通電期間的時(shí)序是預(yù)定的。該時(shí)序首先是由上述第三103和第四104步驟預(yù)定的，其為轉(zhuǎn)子提供定義的轉(zhuǎn)速，可以測量該轉(zhuǎn)速，并且在第二示例方法中，在制造過程中提供給電動(dòng)機(jī)控制電路。通過線圈AA’的通電時(shí)期(除初始速度以外)預(yù)先確定每個(gè)后續(xù)通電所需的時(shí)序，在制造過程中，那些時(shí)序類似地提供到電動(dòng)機(jī)控制電路。(優(yōu)選地，這些時(shí)序預(yù)編程到啟動(dòng)控制器50中，其在那些時(shí)序操作線圈。)這些時(shí)序代替由霍爾效應(yīng)傳感器提供的時(shí)序來對(duì)線圈AA’通電。這種方法消除了對(duì)霍爾效應(yīng)傳感器的需要，但是在另一方面，在預(yù)定時(shí)序中的誤差意味著它將只對(duì)一定旋轉(zhuǎn)圈數(shù)有效。

對(duì)于這兩個(gè)示例中間加速方法，線圈AA’優(yōu)選地被通電設(shè)定的旋轉(zhuǎn)角度時(shí)期。然而，由于這種方法只是啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，不需要用例如介意的效率，準(zhǔn)確地確定角度，因此，不用使用更復(fù)雜的控制回路，該控制回路涉及按照在正常運(yùn)行過程中使用的轉(zhuǎn)子速度和轉(zhuǎn)矩設(shè)定開關(guān)角度。因此，使用的開關(guān)角度既不用準(zhǔn)確地確定，也不用存儲(chǔ)在查找表41中，優(yōu)選地使用簡單恒定角度。

在特定轉(zhuǎn)速之上，也就是說，在特定轉(zhuǎn)速之上查找表41具有根據(jù)通過電阻器28由線圈產(chǎn)生的信號(hào)檢測到的轉(zhuǎn)子的角位置的數(shù)據(jù)，并且當(dāng)線圈被導(dǎo)通時(shí)，位置估計(jì)器30用于例如，圖2到4的方法的運(yùn)行速度的控制。

還可能如圖6到8的已知啟動(dòng)方法一樣，在通過從一對(duì)通電的線圈切換到另一對(duì)通電的線圈提供初始旋轉(zhuǎn)的情況下使用將轉(zhuǎn)子提升到運(yùn)行速度的示例方法。

以下記錄了圖9到11和12的示例方法的一些進(jìn)一步要點(diǎn)。

圖9到11的示例電動(dòng)機(jī)具有很高程度的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，在步驟102中(圖10)，兩對(duì)線圈以相同程度通電。這意味著最小能量位置在A和B之間并且與A和B等距。然而，本發(fā)明不限于此。如果由于某種原因線圈是不一樣的，或者沒有以相同程度通電，那么最小能量位置不會(huì)與兩個(gè)定子極等距。盡管如此，轉(zhuǎn)子可能從那里啟動(dòng)。

在本示例中，通電的兩對(duì)線圈也是最近鄰的。在具有更大數(shù)量的極的電動(dòng)機(jī)中，這是優(yōu)選的，因?yàn)槭褂眠M(jìn)一步分開的線圈定義了轉(zhuǎn)子所安頓的更寬的窗，但是這沒有排除在本發(fā)明之外。

在第三步驟103中，轉(zhuǎn)子如上所述在它通過第四步驟(步驟104)被加速之前被帶入到靜止位置。然而，轉(zhuǎn)子不需要絕對(duì)靜止。如果當(dāng)?shù)谒牟襟E開始時(shí)轉(zhuǎn)子仍然輕微移動(dòng)，那么產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子的初始速度是不確定的，但是這可能在用一對(duì)線圈將轉(zhuǎn)子提升到運(yùn)行速度的后續(xù)階段(其實(shí)馬上開始線圈的正常循環(huán))是可以容許的。這意味著如果需要，在執(zhí)行步驟104之前可以減少方法等待的時(shí)間。

在另一方面，在轉(zhuǎn)子底座中的摩擦，或者來自轉(zhuǎn)子所連接的物體(例如，在增壓器中的壓縮機(jī)輪)的摩擦，可以導(dǎo)致轉(zhuǎn)子停止在離最小磁能不遠(yuǎn)的位置，但是這也可能產(chǎn)生可以容許的初始轉(zhuǎn)子速度的不確定。

在加速的中間階段，一對(duì)以上線圈可以用于加速，為簡單起見，一對(duì)是優(yōu)選的，并且無論如何，為簡單起見，這需要比定子的所有線圈少。如果使用一對(duì)以上線圈，那么優(yōu)選的對(duì)每對(duì)使用相同的恒定開關(guān)角。

此外，本示例描述的加速的中間階段使用圖9到11的初始加速方法，但是它可以使用其他方法，例如，圖6到8的方法。

最后要注意的是，在這樣的電動(dòng)機(jī)中，由于轉(zhuǎn)矩平衡的原因，通電的成對(duì)線圈的線圈通常優(yōu)選地在直徑上彼此對(duì)置。