本發(fā)明涉及磁阻電機(jī)中轉(zhuǎn)子位置的無(wú)傳感器監(jiān)測(cè)及控制領(lǐng)域；尤其涉及開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，更尤其涉及低速開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，更尤其涉及相電流受斬波約束的低速開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)。

背景技術(shù)：

在開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)中，轉(zhuǎn)子位置的相位勵(lì)磁精確定時(shí)可能是獲得最優(yōu)性能的一個(gè)重要因素。轉(zhuǎn)子位置傳感器可以廣泛用于開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)中，用于監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)子位置。常規(guī)地，這種監(jiān)測(cè)可以通過(guò)用光學(xué)或磁傳感器檢測(cè)安裝在轉(zhuǎn)子或電機(jī)軸上的特征來(lái)完成。磁阻電機(jī)中轉(zhuǎn)子位置的控制可以基于轉(zhuǎn)子位置相關(guān)數(shù)據(jù)。

為了避免依賴(lài)傳感器，形成了無(wú)傳感器監(jiān)測(cè)和控制方法。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的無(wú)傳感器監(jiān)測(cè)方法可以包括信號(hào)注入法和直接相位測(cè)量法。

信號(hào)注入法可以依靠診斷供電脈沖，例如，非扭矩產(chǎn)生的脈沖，其允許控制器監(jiān)測(cè)診斷電流及電感的相應(yīng)變化，從而計(jì)算出轉(zhuǎn)子位置。一般地，信號(hào)注入法可以在起始速度或低速運(yùn)行時(shí)比較有效，但在運(yùn)行速度較高時(shí)可能?chē)?yán)重影響電機(jī)性能。

直接相位測(cè)量法可以依靠監(jiān)測(cè)相電流和電壓來(lái)確定轉(zhuǎn)子位置。直接相位測(cè)量法可以利用相續(xù)流的概念?？梢酝ㄟ^(guò)將相繞組兩端的電壓在一段時(shí)間內(nèi)設(shè)定為0，在開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生相續(xù)流。在續(xù)流周期內(nèi)，電流可以圍繞繞組循環(huán)，并且磁通量可以是恒定的。

EP0780966B1描述了一種磁阻電機(jī)中轉(zhuǎn)子位置無(wú)傳感器監(jiān)測(cè)方法。所述方法包括確定繞組中電流可以設(shè)置為續(xù)流的特定點(diǎn)的電流變化率。所述點(diǎn)可以與轉(zhuǎn)子和定子極對(duì)齊，從而使電流變化率預(yù)計(jì)為0。與預(yù)計(jì)變化率在大小與極性上的任何不同都可以表示轉(zhuǎn)子位置沒(méi)有與實(shí)際轉(zhuǎn)子位置對(duì)齊，以及與預(yù)計(jì)位置相比靠前還是靠后。

EP2712075披露了一種磁阻電機(jī)中轉(zhuǎn)子位置的控制方法。所述方法涉及對(duì)相繞組供電，以使轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子運(yùn)動(dòng)，使電流在續(xù)流周期內(nèi)續(xù)流通過(guò)相繞組，對(duì)相電流變化率及相電流振幅進(jìn)行采樣，將相繞組斷電，以及計(jì)算轉(zhuǎn)子的角位置。

本發(fā)明至少部分針對(duì)改善或克服現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)方面。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

第一方面，本發(fā)明描述了一種控制磁阻電機(jī)中轉(zhuǎn)子位置的方法，所述磁阻電機(jī)包括定子、可以相對(duì)于所述定子運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子以及耦合至所述定子的至少一個(gè)相繞組。所述方法包括以下步驟：對(duì)相繞組供電至供電狀態(tài)，以使所述轉(zhuǎn)子相對(duì)于所述定子運(yùn)動(dòng)；在脈沖周期內(nèi)，使所述相繞組在供電狀態(tài)和續(xù)流狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，以產(chǎn)生多個(gè)相電流脈沖，其中，所述相電流在每個(gè)電流脈沖的續(xù)流周期內(nèi)在續(xù)流狀態(tài)下續(xù)流；對(duì)多個(gè)續(xù)流周期內(nèi)的相電流變化率和相電流振幅進(jìn)行采樣；將所述相繞組斷電；以及計(jì)算所述轉(zhuǎn)子的角位置。

第二方面，本發(fā)明描述了一種控制磁阻電機(jī)中轉(zhuǎn)子位置的系統(tǒng)，所述磁阻電機(jī)包括定子、可以相對(duì)于所述定子運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子以及耦合至所述定子的至少一個(gè)相繞組。所述系統(tǒng)包括：開(kāi)關(guān)，其對(duì)所述相繞組供電至供電狀態(tài)，從而使所述轉(zhuǎn)子相對(duì)于所述定子運(yùn)動(dòng)，并且，在脈沖周期內(nèi)，使所述相繞組在所述供電狀態(tài)和續(xù)流狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，以產(chǎn)生多個(gè)相電流脈沖，其中，所述相電流在每個(gè)電流脈沖的續(xù)流周期內(nèi)在續(xù)流狀態(tài)下續(xù)流；點(diǎn)火控制器，其構(gòu)造為指令多個(gè)續(xù)流周期內(nèi)相電流變化率和相電流振幅的采樣；以及微處理器，其計(jì)算所述轉(zhuǎn)子的角位置。

附圖說(shuō)明

結(jié)合以下各種實(shí)施例描述及附圖，可以更充分地理解本發(fā)明的上述及其它特征和優(yōu)勢(shì)，其中：

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的相供電模式下的不對(duì)稱(chēng)半橋；

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的續(xù)流模式下的不對(duì)稱(chēng)半橋；

圖3示出根據(jù)本發(fā)明的斷電模式下的不對(duì)稱(chēng)半橋；

圖4示出根據(jù)本發(fā)明的相電流波形圖；

圖5示出多個(gè)脈沖相電流波形圖，其中標(biāo)出了相電流變化率和相電流振幅的采樣點(diǎn)；

圖6示出單個(gè)脈沖周期內(nèi)采樣電流比與時(shí)間的關(guān)系圖；

圖7示出給定電機(jī)速度的情況下，參考轉(zhuǎn)子角和電流比的關(guān)系示例圖；

圖8示出轉(zhuǎn)子角隨時(shí)間的變化圖；以及

圖9示出根據(jù)本發(fā)明的控制電路示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明主要涉及一種用于監(jiān)測(cè)和控制磁阻電機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)子位置的方法和系統(tǒng)。

圖1-3示出開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)11三種運(yùn)行模式下的示例性不對(duì)稱(chēng)半橋功率變換器電路10，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)11包括定子12，定子12包括至少一個(gè)定子極13，以及轉(zhuǎn)子14，轉(zhuǎn)子14包括至少一個(gè)轉(zhuǎn)子極15。相繞組W可以連接在開(kāi)關(guān)S1和開(kāi)關(guān)S2之間，其中，開(kāi)關(guān)S1與二極管D1相聯(lián)，開(kāi)關(guān)S2與二極管D2相聯(lián)。在一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)11可以包括多個(gè)相繞組W。多個(gè)相繞組W可以設(shè)置在多個(gè)定子極13上。

本發(fā)明的方法可以在開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)11中實(shí)施，其中，轉(zhuǎn)子14可以相對(duì)于定子12運(yùn)動(dòng)。至少一個(gè)轉(zhuǎn)子極15可以相對(duì)于至少一個(gè)定子極13運(yùn)動(dòng)。至少一個(gè)相繞組W可以耦合至定子12，以控制轉(zhuǎn)子位置。在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)相繞組W可以耦合至定子12，以控制轉(zhuǎn)子位置。

所述方法可以包括以下步驟：對(duì)相繞組W供電至供電狀態(tài)，以使轉(zhuǎn)子14相對(duì)于定子12運(yùn)動(dòng)；在脈沖周期P內(nèi)，使相繞組W在供電狀態(tài)和續(xù)流狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，以產(chǎn)生多個(gè)相電流脈沖，其中，電流在每個(gè)電流脈沖的續(xù)流周期F內(nèi)在續(xù)流狀態(tài)下續(xù)流；對(duì)多個(gè)續(xù)流周期內(nèi)的相電流變化率和相電流振幅采樣；將相繞組W斷電；以及計(jì)算轉(zhuǎn)子14的角位置。

續(xù)流周期F可以具有可變時(shí)長(zhǎng)。續(xù)流周期F的可變時(shí)長(zhǎng)可以取決于控制器。在一個(gè)實(shí)施例中，續(xù)流周期F的可變時(shí)長(zhǎng)可以取決于電機(jī)速度、轉(zhuǎn)子位置及上下閾值電流。在可選實(shí)施例中，當(dāng)相電流遇到滯后電流斬波時(shí)，續(xù)流周期F可以具有可變時(shí)長(zhǎng)。續(xù)流周期F可以具有可變時(shí)長(zhǎng)，從而獨(dú)立于施加的電流、相電感變化和速度，在整個(gè)供電循環(huán)中保持恒定電流帶。

在進(jìn)一步的實(shí)施例中，續(xù)流周期F可以具有固定時(shí)長(zhǎng)。續(xù)流周期F的固定時(shí)長(zhǎng)可以取決于控制器。

參見(jiàn)圖1，相繞組可以通過(guò)閉合電路10中的開(kāi)關(guān)S1和S2從直流電源供電，從而使電流可以流經(jīng)相繞組W，使轉(zhuǎn)子14相對(duì)于定子12運(yùn)動(dòng)。當(dāng)開(kāi)關(guān)S1和S2閉合時(shí)，相繞組W可以處于供電狀態(tài)。

參見(jiàn)圖2，當(dāng)開(kāi)關(guān)S1和S2中的任意一個(gè)斷開(kāi)時(shí)，相繞組W可以處于續(xù)流狀態(tài)。在續(xù)流狀態(tài)下，相電流可以在每個(gè)續(xù)流周期F內(nèi)續(xù)流通過(guò)相繞組W。

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)中的續(xù)流電流是眾所周知的?？梢酝ㄟ^(guò)將開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的相繞組兩端的電壓設(shè)定為0來(lái)影響經(jīng)過(guò)相繞組W的續(xù)流電流。可以通過(guò)設(shè)置跨越相繞組兩端的短接通路將電壓設(shè)置為接近0，從而使電流圍繞相繞組循環(huán)。

當(dāng)用約束和脈沖相電流低速運(yùn)行開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)11時(shí)，續(xù)流可以用于降低開(kāi)關(guān)損耗。少量續(xù)流可以通過(guò)其在高速運(yùn)行時(shí)的電流剖析能力，減少噪音產(chǎn)生。

參見(jiàn)圖3，可以通過(guò)均斷開(kāi)電路10中的開(kāi)關(guān)S1和S2將相繞組W斷電，從而沒(méi)有電流可以流經(jīng)相繞組W。當(dāng)開(kāi)關(guān)S1和S2斷開(kāi)時(shí)，相繞組W可以處于斷電狀態(tài)。在斷電狀態(tài)下，電流將通過(guò)D1和D2流經(jīng)相繞組W，直到開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)11內(nèi)的磁通量下降為0。

圖4示出作為非限定性實(shí)例的6/4電機(jī)相電流波形圖。對(duì)于初始相位的低速磁阻電機(jī)來(lái)說(shuō)，脈沖相電流波形圖可能是典型的?？梢栽诶@組W(未示出)兩端施加電壓。施加的電壓可以在相對(duì)較短的時(shí)間間隔內(nèi)迅速增加相電流。相繞組W可以處于供電狀態(tài)。電感可以很小，幾乎恒定。

在一個(gè)實(shí)施例中，可以在轉(zhuǎn)子14相對(duì)于定子12的未對(duì)齊位置A處在繞組W兩端施加電壓。在未對(duì)齊位置A處，至少一個(gè)轉(zhuǎn)子極15可以不與至少一個(gè)定子極13對(duì)齊。未對(duì)齊位置可以限定為轉(zhuǎn)子極15恰好處于兩個(gè)定子極13正中間的位置。

在所述示例性6/4電機(jī)中，未對(duì)齊位置A可以呈45度、135度、225度及315度。未對(duì)齊位置A對(duì)于具有特定定子極/轉(zhuǎn)子極構(gòu)造的電機(jī)來(lái)說(shuō)是特定的。例如，在8/6電機(jī)中，未對(duì)齊位置A可以呈60度分開(kāi)。

在可選實(shí)施例中，相繞組W可以在接近或恰好開(kāi)始增加電感間隔時(shí)轉(zhuǎn)換為供電狀態(tài)。相繞組W可以在最小電感時(shí)轉(zhuǎn)換為供電狀態(tài)。相繞組W可以在峰值磁阻接近或恰好結(jié)束時(shí)轉(zhuǎn)換為供電狀態(tài)。相繞組W可以在最大磁阻時(shí)轉(zhuǎn)換為供電狀態(tài)。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，未對(duì)齊位置可以是最小電感處的位置。

相電流可以增加至電流上限L1。在電流上限L1處，相繞組W可以從供電狀態(tài)轉(zhuǎn)換為續(xù)流狀態(tài)。相電流可以續(xù)流通過(guò)相繞組W，直到相電流達(dá)到電流下限L2。續(xù)流周期F可以是電流從電流上限L1減弱至電流下限L2的周期。在電流下限L2處，相繞組W可以從續(xù)流狀態(tài)轉(zhuǎn)換為供電狀態(tài)。相電流可以在電流增加周期C內(nèi)從電流下限L2增加至電流上限L1。單相電流脈沖可以包括續(xù)流周期F和電流增加周期C。在一個(gè)實(shí)施例中，單相電流脈沖中的續(xù)流周期F可以先于電流增加周期C。

在脈沖周期P內(nèi)，相電流可以保持為電流上限L1和電流下限L2之間的多個(gè)相電流脈沖。脈沖周期P可以始于相繞組W第一次從供電狀態(tài)轉(zhuǎn)換為續(xù)流狀態(tài)時(shí)。電流上限L1和電流下限L2可以預(yù)先確定。

脈沖相電流可以通過(guò)電力電子電路的電流反饋斬波控制保持在特定滯后帶內(nèi)。在這種運(yùn)行模式下，電流及扭矩通過(guò)改變電流斬波水平控制。在未改變電流斬波水平的情況下，扭矩/速度特征可以接近恒定。

相繞組W可以在脈沖周期P結(jié)束時(shí)轉(zhuǎn)換為斷電狀態(tài)。脈沖周期P可以在相繞組W從供電狀態(tài)轉(zhuǎn)換為斷電狀態(tài)時(shí)結(jié)束。在一個(gè)實(shí)施例中，脈沖周期P可以在最后的電流增加周期C后結(jié)束。在繞組W兩端施加的電壓可以逆轉(zhuǎn)，從而迫使電流在電感下降的負(fù)扭矩區(qū)之前迅速減弱為0。在一個(gè)實(shí)施例中，相繞組W可以在轉(zhuǎn)子14相對(duì)于定子12的對(duì)齊位置B處轉(zhuǎn)換為斷電狀態(tài)。在對(duì)齊位置B處，至少一個(gè)轉(zhuǎn)子極15可以與至少一個(gè)定子極13對(duì)齊。

在所述示例性6/4電機(jī)中，對(duì)齊位置B可以呈0度、90度、180度及270度。對(duì)齊位置B對(duì)于具有特定定子極/轉(zhuǎn)子極構(gòu)造的電機(jī)來(lái)說(shuō)是特定的。例如，在8/6電機(jī)中，對(duì)齊位置B可以呈60度分開(kāi)。

在可選實(shí)施例中，相繞組W可以在接近或恰好結(jié)束增加電感間隔時(shí)轉(zhuǎn)換為斷電狀態(tài)。相繞組W可以在峰值電感接近或恰好結(jié)束時(shí)轉(zhuǎn)換為斷電狀態(tài)。

在脈沖周期P內(nèi)，相電流在相繞組W的供電狀態(tài)和續(xù)流狀態(tài)之間脈沖，脈沖周期P可以與轉(zhuǎn)子14的角運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)。在轉(zhuǎn)子14的角運(yùn)動(dòng)期間，可以產(chǎn)生多個(gè)相電流脈沖。在轉(zhuǎn)子14的角運(yùn)動(dòng)期間，可以出現(xiàn)多個(gè)續(xù)流周期F。

脈沖周期P可以取決于具體的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)11。脈沖周期P可以是基于開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)11的未對(duì)齊位置A和對(duì)齊位置B選定的值。脈沖周期P可以始于未對(duì)齊位置A并結(jié)束于對(duì)齊位置B。

在一個(gè)實(shí)施例中，脈沖周期P可以從轉(zhuǎn)子14角運(yùn)動(dòng)的0％-50％的范圍內(nèi)選擇。

在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)于初始低速的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)11來(lái)說(shuō)，脈沖周期P可以是轉(zhuǎn)子14角距的50％。脈沖周期P可以在相鄰定子12/轉(zhuǎn)子14的極對(duì)齊位置之間。

例如，示例性6/4電機(jī)的脈沖周期P可以是45度。扭矩可以根據(jù)通過(guò)斬波或PWM電壓控制的電流振幅設(shè)定。

在相電感周期內(nèi)，可以影響脈沖周期P。在相電感周期的任意部分，可以執(zhí)行相電流的脈沖。相電感周期可以是開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)11內(nèi)的電感變化周期。在相電感周期內(nèi)，可以產(chǎn)生多個(gè)相電流脈沖。在相電感周期內(nèi)，可以出現(xiàn)多個(gè)續(xù)流周期F。

在一個(gè)實(shí)施例中，在給定速度的前提下，其特征可以在于開(kāi)關(guān)S1和S2均斷開(kāi)時(shí)轉(zhuǎn)子14的角度，以及開(kāi)關(guān)S1和S2中的一個(gè)斷開(kāi)時(shí)轉(zhuǎn)子14的角度?？梢酝ㄟ^(guò)推進(jìn)開(kāi)關(guān)S1和S2均首次開(kāi)啟時(shí)的角度及增加脈沖周期P的時(shí)長(zhǎng)來(lái)增加軸功率?？梢酝ㄟ^(guò)提高電流上限L1、電流下限L2或同時(shí)提高電流上限L1和電流下限L2來(lái)增加軸功率。

在給定速度的前提下，可以調(diào)整相繞組W的供電，直到相電流的變化率和相電流的振幅可以匹配該速度所需的關(guān)斷角點(diǎn)(開(kāi)關(guān)S1和S2均斷開(kāi)或開(kāi)關(guān)S1和S2中的一個(gè)斷開(kāi)時(shí)轉(zhuǎn)子14的角)。

可以對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)執(zhí)行所述特征，以根據(jù)開(kāi)始運(yùn)行前的關(guān)斷點(diǎn)確立轉(zhuǎn)子14的參考角位置。參考轉(zhuǎn)子角位置可以用于比較采樣相電流變化率和相電流振幅的角位置。參考轉(zhuǎn)子角位置可以實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的優(yōu)化控制。

相電流變化率和相電流振幅可以在瞬時(shí)間隔內(nèi)采樣。采樣間隔可以是微秒級(jí)的。采樣間隔可以由控制電路中使用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器確定。

參見(jiàn)圖5，相電流變化率(電流梯度)和相電流振幅的采樣可以在續(xù)流周期F接近或恰好結(jié)束時(shí)執(zhí)行。采樣可以恰好在相繞組W開(kāi)始供電之前執(zhí)行。采樣可以由柵極信號(hào)轉(zhuǎn)換觸發(fā)?？梢酝ㄟ^(guò)柵極驅(qū)動(dòng)電路中的傳播延遲減少樣品中的噪音。相電流變化率和相電流振幅的采樣可以在開(kāi)關(guān)S1和S2均關(guān)閉前的采樣點(diǎn)執(zhí)行。

在一個(gè)實(shí)施例中，相電流變化率和相電流振幅的采樣可以在相繞組W從續(xù)流狀態(tài)到供電狀態(tài)的相應(yīng)轉(zhuǎn)換之前執(zhí)行。在可選實(shí)施例中，可以根據(jù)對(duì)應(yīng)于從續(xù)流狀態(tài)和供電狀態(tài)的轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)子位置選擇采樣點(diǎn)。在其它可選實(shí)施例中，相電流變化率和相電流振幅的采樣可以在位于或接近預(yù)定電流下限L1處執(zhí)行。

相電流變化率和相電流振幅的采樣可以在規(guī)定數(shù)量的續(xù)流周期F內(nèi)執(zhí)行。相電流變化率和相電流振幅的采樣可以在脈沖周期P的規(guī)定部分處執(zhí)行。相電流變化率和相電流振幅的采樣可以在脈沖周期P的多個(gè)部分處執(zhí)行。在一個(gè)實(shí)施例中，所述多個(gè)部分可以是不連續(xù)的。

在一個(gè)實(shí)施例中，相電流變化率和相電流振幅的采樣可以在至少最后三個(gè)續(xù)流周期F內(nèi)執(zhí)行。在可選實(shí)施例中，相電流變化率和相電流振幅的采樣可以在至少最初三個(gè)續(xù)流周期F內(nèi)執(zhí)行。在進(jìn)一步的可選實(shí)施例中，相電流變化率和相電流振幅的采樣可以在至少最初三個(gè)續(xù)流周期F和最后三個(gè)續(xù)流周期F內(nèi)執(zhí)行。在其它進(jìn)一步可選實(shí)施例中，相電流變化率和相電流振幅的采樣可以在多個(gè)電流脈沖P的每個(gè)續(xù)流周期F內(nèi)執(zhí)行。

圖6示出轉(zhuǎn)子角上每個(gè)樣品電流梯度與電流振幅的比率(電流比)圖。每個(gè)電流比可以對(duì)應(yīng)于在各個(gè)續(xù)流周期F(在圖5中用圓圈表示)內(nèi)從每個(gè)采樣點(diǎn)獲得的各個(gè)電流梯度樣品。

圖7示出特定電機(jī)速度下參考電流比與轉(zhuǎn)子角關(guān)系圖。該表可以由開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)11的特征描述生成。圖示關(guān)系允許將繪入圖6的電流梯度比轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子角。圖8示出由電流梯度率(通過(guò)圖7圖表)生成的轉(zhuǎn)子角。

采樣的電流梯度變化率、電流振幅或電流梯度與電流振幅的比率(電流比)可以與之前在開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)11轉(zhuǎn)子位置處獲得的電流振幅、電流梯度變化率或電流比特征相比較。測(cè)量值與特征值或參考值之間的任意偏差可以用于估算實(shí)際轉(zhuǎn)子位置與估算轉(zhuǎn)子位置之間的誤差，從而更正誤差。

可以對(duì)相電流變化率和相電流振幅進(jìn)行采樣，以計(jì)算轉(zhuǎn)子14的角位置。采樣的相電流變化率和相電流振幅可以與參考相電流變化率和相電流振幅相比較，以判斷轉(zhuǎn)子位置是否有角度誤差。在一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算轉(zhuǎn)子14角位置進(jìn)一步包括：計(jì)算相電流梯度變化率與相應(yīng)相電流振幅的比率。

可以根據(jù)對(duì)應(yīng)于能量狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，即供電狀態(tài)與續(xù)流狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)子位置選擇采樣點(diǎn)。可以根據(jù)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)11的優(yōu)化運(yùn)行選擇采樣點(diǎn)。

圖9示出控制電路20的示意圖，其用于實(shí)施監(jiān)測(cè)磁阻電機(jī)中轉(zhuǎn)子位置的方法。控制電路20可以包含在磁阻電機(jī)11內(nèi)，磁阻電機(jī)11包括定子12、可相對(duì)于定子12運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子14，以及耦合至定子12以控制轉(zhuǎn)子位置的至少一個(gè)相繞組W?？刂齐娐?0可以控制開(kāi)關(guān)S1、S2，開(kāi)關(guān)S1、S2可以致動(dòng)為對(duì)相繞組W供電以使轉(zhuǎn)子14相對(duì)于定子12運(yùn)動(dòng)，使相電流在續(xù)流周期內(nèi)續(xù)流通過(guò)相繞組W，以及將相繞組W斷電。

控制電路20可以利用電流角位置估測(cè)信息22、電流電機(jī)速度信息24以及電機(jī)扭矩需求信息28。點(diǎn)火控制器和電力電子設(shè)備26(點(diǎn)火控制器)可以接收上述信息，以通過(guò)開(kāi)閉開(kāi)關(guān)S1、S2控制相電流。

點(diǎn)火控制器26可以在選定續(xù)流周期恰好或接近結(jié)束時(shí)指令相電流變化率和相電流振幅的采樣。在一個(gè)實(shí)施例中，點(diǎn)火控制器26可以在從相繞組W的選定續(xù)流狀態(tài)轉(zhuǎn)換為供電狀態(tài)時(shí)指令相電流變化率和相電流振幅的采樣。在可選實(shí)施例中，點(diǎn)火控制器26可以在相繞組W的相應(yīng)供電狀態(tài)恰好或接近開(kāi)始時(shí)指令執(zhí)行相電流變化率和相電流振幅的采樣。

相電流感測(cè)可以通過(guò)電流傳感器40執(zhí)行。電流傳感器40的輸出信號(hào)可以指示各個(gè)相電流振幅。相電流振幅可以用于計(jì)算采樣點(diǎn)處的各個(gè)相電流變化率。相電流變化率(電流梯度)可以計(jì)算并作為輸出信號(hào)發(fā)出，相電流振幅可以計(jì)算并作為另一輸出信號(hào)發(fā)出。電流梯度和電流振幅的輸出信號(hào)可以形成指示轉(zhuǎn)子14相對(duì)于定子12的位置的根據(jù)。

對(duì)于每個(gè)樣品來(lái)說(shuō)，電流梯度可以根據(jù)電流振幅劃分以提供給出類(lèi)似圖6所示的一段時(shí)間內(nèi)的一系列電流比值。采樣電流比與假定角位置和速度的參考值相比較，所述參考值來(lái)源于類(lèi)似圖7所示的參考數(shù)據(jù)。采樣值與參考值之間的任意偏差可以用于估算假定角位置的誤差。所述誤差可以用于更新轉(zhuǎn)子14的估算角位置。

由于采樣周期取決于開(kāi)關(guān)S1和S2的定時(shí)，點(diǎn)火控制器26可以指令電流傳感器40執(zhí)行采樣。電流傳感器40在點(diǎn)火控制器26設(shè)定的時(shí)間進(jìn)行采樣。

電流傳感器40可以是物理電流傳感器，如霍耳效應(yīng)設(shè)備或具有差分運(yùn)算放大器的電阻器。確定相電流的變化率可能需要其它微分器。其它微分器可以是運(yùn)放電路。相電流變化率可以通過(guò)先在微處理器中雙采樣，然后計(jì)算相電流變化率確定。

相電流變化率和相電流振幅的采樣可以沿包括相繞組W和開(kāi)關(guān)S1和S2的電路執(zhí)行。相電流變化率和相電流振幅的采樣可以在相繞組W處，或靠近開(kāi)關(guān)S1和S2處執(zhí)行。電流比測(cè)量模塊30可以在相電流變化率和相電流振幅采樣后計(jì)算電流比。

電流比比較模塊32可以將計(jì)算的電流比與參考值相比較。如果給定電流振幅的相電流變化率與參考相電流變化率之間的誤差為0，那么轉(zhuǎn)子位置的誤差可能為0。在一個(gè)實(shí)施例中，如果采樣電流比與參考電流比之間的誤差為0，那么轉(zhuǎn)子位置的誤差可能為0。偏差模塊34可以記錄預(yù)期電流比與實(shí)際電流比之間的任意偏差。

如果轉(zhuǎn)子位置存在誤差，那么所述位置誤差可以通過(guò)角位置更新器38施加至電流角位置估算22。在一個(gè)實(shí)施例中，電流比誤差信號(hào)反饋(從電流比比較模塊32輸出并記錄在偏差模塊34中)可以發(fā)送至角位置更新器。所述位置誤差信號(hào)可以用于更新電流角位置估算22。

更新的角位置可以發(fā)送至點(diǎn)火控制器和電力電子設(shè)備26(以確保脈沖周期內(nèi)正確的角對(duì)齊)和電流比比較模塊32(以允許選定恰當(dāng)?shù)念A(yù)期相電流值，與測(cè)量值相比較)。

在潛在實(shí)施例中(未示出)，控制器利用估算電機(jī)速度24，而不是測(cè)量電機(jī)速度操作，所述估算速度可以根據(jù)轉(zhuǎn)子位置誤差更新。如果轉(zhuǎn)子位置誤差指示轉(zhuǎn)子14可能在預(yù)期位置前方，轉(zhuǎn)子14的轉(zhuǎn)動(dòng)速度可能比預(yù)先估算的快。如果轉(zhuǎn)子位置誤差指示轉(zhuǎn)子14在預(yù)期位置后方，轉(zhuǎn)子14的轉(zhuǎn)動(dòng)速度可能比預(yù)先估算的慢。

點(diǎn)火控制器26可以包括自由運(yùn)行定時(shí)器，用于設(shè)定開(kāi)關(guān)點(diǎn)火事件的角位置。通過(guò)從電流變化率和相電流振幅中獲得轉(zhuǎn)子位置誤差，所述定時(shí)器可以在每個(gè)相位重設(shè)。之后，給定速度的情況下，點(diǎn)火控制器26可以用一個(gè)相位內(nèi)轉(zhuǎn)子位置的修正評(píng)估，以及點(diǎn)火控制策略的預(yù)定數(shù)據(jù)，確定從續(xù)流狀態(tài)到供電狀態(tài)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)。

當(dāng)給定速度和電機(jī)扭矩時(shí)，點(diǎn)火控制器26可以根據(jù)點(diǎn)火控制策略確定續(xù)流應(yīng)該結(jié)束的時(shí)間。此時(shí)，點(diǎn)火控制器26可以啟動(dòng)對(duì)電流強(qiáng)度和變化率的測(cè)量。

在計(jì)算相電流變化率及確定相電流振幅或電流比(電流梯度與電流振幅的比率)時(shí)，對(duì)應(yīng)于相電流變化率信號(hào)、相電流振幅信號(hào)和電流比的信號(hào)可以由處理器處理。所述處理器可以用公式或查找表編程，以確定轉(zhuǎn)子角位置。在給定電機(jī)速度的條件下，所述公式或查找表可以對(duì)應(yīng)于圖7所示圖表。

一種控制磁阻電機(jī)中轉(zhuǎn)子位置的系統(tǒng)，所述磁阻電機(jī)包括定子12、可以相對(duì)于定子12運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子14，以及耦合至定子12的至少一個(gè)相繞組W。所述系統(tǒng)可以包括：開(kāi)關(guān)S1、S2，其將所述相繞組W供電至供電狀態(tài)，從而使轉(zhuǎn)子14相對(duì)于定子12運(yùn)動(dòng)，并且，在脈沖周期內(nèi)，使所述相繞組W在供電狀態(tài)和續(xù)流狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，以產(chǎn)生多個(gè)相電流脈沖，其中，相電流在每個(gè)電流脈沖的續(xù)流周期內(nèi)在續(xù)流狀態(tài)下續(xù)流；點(diǎn)火控制器26，其構(gòu)造為指令多個(gè)續(xù)流周期內(nèi)相電流變化率和相電流振幅的采樣；以及微處理器，其計(jì)算轉(zhuǎn)子14的角位置。

點(diǎn)火控制器26可以構(gòu)造為從速度控制器或速度傳感器接收速度誤差信號(hào)。所述系統(tǒng)可以包括定時(shí)器，以估算轉(zhuǎn)子14的位置。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修改或組合，以獲得本發(fā)明的方法或系統(tǒng)。

工業(yè)實(shí)用性

本發(fā)明描述了一種控制開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)11內(nèi)轉(zhuǎn)子位置的方法和系統(tǒng)。所述方法可以包括監(jiān)測(cè)并估算轉(zhuǎn)子位置。所述方法可以在開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)11啟動(dòng)時(shí)實(shí)施。所述方法可以在開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)11低速運(yùn)行時(shí)實(shí)施。低速磁阻電機(jī)可以是，例如，在單脈沖運(yùn)行(即需要電流斬波)時(shí)不受相電流限制的磁阻電機(jī)。低速磁阻電機(jī)可以是，例如，峰值相電流受電流斬波限制的磁阻電機(jī)。在初始階段及低速運(yùn)行時(shí)，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)11中的電流受斬波約束。所述方法涉及與電流斬波相對(duì)應(yīng)的多個(gè)續(xù)流周期?？梢愿鶕?jù)電流斬波獲得相電流變化率和相電流振幅的多個(gè)瞬時(shí)樣本。所述樣本可以在續(xù)流周期內(nèi)獲得。樣本數(shù)量可以改變。

在一個(gè)實(shí)施例中，樣本數(shù)量可以隨著角位置估算精確度與控制器處理要求之間的權(quán)衡改變。所述方法可以涉及根據(jù)一段時(shí)間內(nèi)的采樣相電流變化率和相電流振幅計(jì)算轉(zhuǎn)子位置。

當(dāng)用約束、斬波相電流低速運(yùn)行磁阻電機(jī)時(shí)，續(xù)流可以有效降低開(kāi)關(guān)損耗。在續(xù)流模式與完全供電模式之間的多個(gè)瞬時(shí)轉(zhuǎn)換相位間隔觀察電流變化率。之后，可以參考磁阻電機(jī)的預(yù)定特征計(jì)算轉(zhuǎn)子的角位置。

所述方法克服了對(duì)機(jī)電轉(zhuǎn)子位置傳感器的需求，這種傳感器可能會(huì)引入其它運(yùn)動(dòng)部件，導(dǎo)致高速、緊湊或嚴(yán)苛環(huán)境應(yīng)用中的巨大挑戰(zhàn)。可以通過(guò)電力電子電路中的控制軟件和簡(jiǎn)單而穩(wěn)健的電子電流傳感器實(shí)施無(wú)傳感器控制，從而排除運(yùn)動(dòng)部件。

由于采用多個(gè)電流變化率和相電流振幅，以及磁阻電機(jī)非線性電磁特征的預(yù)定模型，所述方法可以提高轉(zhuǎn)子位置計(jì)算精度。通過(guò)使用相電流續(xù)流，可以不需要磁鏈。一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于磁鏈的連續(xù)計(jì)算，其等于直流鏈電壓一段時(shí)間的積分，可以不必計(jì)算轉(zhuǎn)子的角位置。所述方法的優(yōu)勢(shì)在于降低直流鏈電壓測(cè)量的復(fù)雜性，以及減少計(jì)算需求。使用相電流變化率測(cè)量轉(zhuǎn)子位置可以避免需要使用直流鏈電壓測(cè)量。

可以實(shí)施所述方法以控制開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)在電動(dòng)模式或發(fā)電/制動(dòng)模式下運(yùn)行。上述控制方法也可以通過(guò)偏移轉(zhuǎn)子極和定子極各自的對(duì)齊位置和未對(duì)齊位置用于發(fā)電模式，以及“關(guān)”與“續(xù)流”交替的“供電”與“續(xù)流”交替的情況。將使用單獨(dú)查找表組用于生成發(fā)電模式的電流比，并且電流比偏差補(bǔ)償器用于發(fā)電模式的設(shè)定可以與電動(dòng)模式不同。

所述方法可以用于具有開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的機(jī)器中。所述方法可以用于以工業(yè)重型柴油機(jī)為動(dòng)力、配備電動(dòng)渦輪輔助系統(tǒng)或真空吸塵器的工業(yè)機(jī)械或非公路車(chē)輛中。

相應(yīng)地，本發(fā)明包括適用法律允許范圍內(nèi)權(quán)利要求書(shū)所述主題的所有改進(jìn)及等同物。此外，除非另有說(shuō)明，否則以上所述元件的所有可能變體及其組合也包含在本發(fā)明范圍內(nèi)。

對(duì)于任何權(quán)利要求中帶有附圖標(biāo)記的技術(shù)特征，添加附圖標(biāo)記的目的僅在于提高權(quán)利要求的可理解性，因此，有沒(méi)有附圖標(biāo)記對(duì)上述技術(shù)特征或任何權(quán)利要求元件的范圍均不具有限制作用。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，本發(fā)明可以在不偏離其內(nèi)容或必要特征的情況下體現(xiàn)為其它具體形式。因此，上述實(shí)施例僅旨在說(shuō)明，而非限定本發(fā)明。因此，本發(fā)明范圍由權(quán)利要求書(shū)限定，而非上述描述，并且，權(quán)利要求等同物含義和范圍內(nèi)的所有更改均包含在其范圍內(nèi)。