[發(fā)明專利]一種非計(jì)算機(jī)控制的開關(guān)磁阻電機(jī)

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910157975.4
• 申請(qǐng)日: 2009-07-20
• 公開（公告）號(hào): CN101789673A
• 公開（公告）日: 2010-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮魯民
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 馮魯民
• 主分類號(hào): H02K29/10
• 分類號(hào): H02K29/10;H02P6/08;H02P6/16
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于非接觸式位置傳感器的開關(guān)磁阻電機(jī)，特別是光電式開關(guān)磁阻電機(jī)，屬于無需計(jì)算機(jī)程序控制的開關(guān)磁阻電機(jī)。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的開關(guān)磁阻電機(jī)(SRM)都是在計(jì)算機(jī)程序控制下運(yùn)轉(zhuǎn)的。這種SRM由電機(jī)本體和開關(guān)磁阻電機(jī)的控制器(SRD)構(gòu)成，其中電機(jī)本體包括電機(jī)和轉(zhuǎn)子位置傳感器，SRD包括計(jì)算機(jī)控制器和功率輸出裝置。通常轉(zhuǎn)子位置傳感器是光柵傳感器。光柵的疏密度越高，控制精度就越高，但對(duì)計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度的要求就越高。

雖然在傳統(tǒng)的SRM的之中也有像光電開關(guān)元件這樣的非接觸式位置或角度傳感器，但這些傳感器是屬于SRM的轉(zhuǎn)子位置傳感器。SRD需要轉(zhuǎn)子位置傳感器提供轉(zhuǎn)子位置信息，以便計(jì)算機(jī)控制器能夠在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)對(duì)電機(jī)的繞組進(jìn)行電流的通斷控制。

傳統(tǒng)的SRM自上世紀(jì)70年代被發(fā)明以來，以其很高的機(jī)電效率和寬闊的效率平臺(tái)獲得了極高的聲譽(yù)，被視為節(jié)能降耗的利器，其多樣性的控制方式也被視為未來電動(dòng)機(jī)的發(fā)展方向。SRM在工業(yè)動(dòng)力和車輛牽引方面的應(yīng)用尤其令人矚目，但由于振動(dòng)和噪聲等原因，至今不能得以廣泛應(yīng)用。

通常在穩(wěn)定轉(zhuǎn)速下的SRM運(yùn)轉(zhuǎn)得令人非常滿意，而一旦運(yùn)轉(zhuǎn)條件改變，很容易造成電機(jī)劇烈振動(dòng)，產(chǎn)生強(qiáng)烈的噪聲，同時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出劇烈變化，最終不得不將SRM斷電，然后再重新啟動(dòng)。同樣的問題是，如果電機(jī)啟動(dòng)的轉(zhuǎn)速增加太快，電機(jī)仍然會(huì)陷入強(qiáng)烈的振動(dòng)之中，因此幾乎所有SRD控制下的SRM，都具有軟啟動(dòng)功能。

有許多公開的技術(shù)文章試圖揭示SRM這種現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)，但都未能解決問題。比較經(jīng)典的解釋是，電機(jī)的轉(zhuǎn)子在運(yùn)轉(zhuǎn)中的徑向拉力與電機(jī)結(jié)構(gòu)彈性匹配不利，周期性的徑向拉力導(dǎo)致電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中的振動(dòng)，并因此認(rèn)為SRM的振動(dòng)是不可避免的。

還有人指出，相繞組續(xù)流時(shí)間過長(zhǎng)，導(dǎo)致在定轉(zhuǎn)子磁極對(duì)正之后，相繞組中仍然有磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化的電流，并認(rèn)為這是SRM振動(dòng)的主要原因。

但經(jīng)本發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，電機(jī)轉(zhuǎn)速劇變才是使電機(jī)陷入振動(dòng)以至于難以自拔的基本原因。因?yàn)镾RD是在轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的前提下，對(duì)轉(zhuǎn)子的位置進(jìn)行前向差值，以便在規(guī)定的延后時(shí)刻到來時(shí)，能夠在預(yù)定的轉(zhuǎn)子位置下對(duì)指定的繞組進(jìn)行通斷控制。如果SRM的轉(zhuǎn)速發(fā)生劇烈變化，預(yù)計(jì)的位置就會(huì)發(fā)生誤差。比如，如果發(fā)生轉(zhuǎn)速驟降，那么在預(yù)定時(shí)刻下發(fā)生的SRD控制就會(huì)導(dǎo)致控制位置提前，反之就會(huì)出現(xiàn)控制位置延后。控制位置提前將導(dǎo)致繞組電流增大，致使電磁能轉(zhuǎn)化而來的續(xù)流延續(xù)時(shí)間過長(zhǎng)，造成剎車力矩；同樣，控制位置延后也會(huì)使關(guān)斷角延至磁極對(duì)正之后，從而導(dǎo)致剎車力矩；更嚴(yán)重的控制位置錯(cuò)誤將導(dǎo)致開磁阻電機(jī)的失步，同樣會(huì)產(chǎn)生巨大的剎車力矩。剎車力矩的存在使得SRM在360°之內(nèi)產(chǎn)生多次正負(fù)交替的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，這是造成SRM振動(dòng)和噪聲的根本原因。

另外，轉(zhuǎn)速驟變所導(dǎo)致的轉(zhuǎn)矩劇烈抖動(dòng)，卻反過來加劇轉(zhuǎn)速的急劇變化，從而造成這種振動(dòng)現(xiàn)象的正反饋，使SRM無法自行脫離振動(dòng)的狀態(tài)。

問題原因的進(jìn)一步深究自然是由于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)具有一定的操作延遲性。因?yàn)槲恢貌蓸雍涂刂戚敵鰧儆谟?jì)算機(jī)控制器的兩個(gè)不同的操作進(jìn)程，計(jì)算機(jī)控制器不可能在同一時(shí)刻做兩件事情，因此SRD具有必須在一個(gè)很短的預(yù)定時(shí)間之后才能實(shí)施控制行為的特點(diǎn)。這就是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的離散型。因此說計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的離散性才是導(dǎo)致SRM振動(dòng)問題的根本。

既然如此，開發(fā)非計(jì)算機(jī)控制的SRM的想法就自然而然地產(chǎn)生了。

中國(guó)專利1《自控式磁阻電機(jī)》(申請(qǐng)?zhí)?1225951.9)敘述了一種多電刷控制的磁阻電機(jī)。該電機(jī)為每一相繞組配備了一個(gè)電刷，但其所述的內(nèi)容還僅僅是一個(gè)發(fā)明思想，尚未構(gòu)成一個(gè)完整的技術(shù)方案。另外這種電機(jī)似乎與普通直流電機(jī)一樣，僅能采用直流調(diào)壓的控制方式對(duì)電機(jī)的輸出進(jìn)行調(diào)控。

中國(guó)專利2《組合式分組控制磁阻電機(jī)》(申請(qǐng)?zhí)?2292519.8)敘述了一種光電控制的兩相磁阻電機(jī)。該發(fā)明人認(rèn)為SRM的振動(dòng)是由續(xù)流時(shí)間過長(zhǎng)導(dǎo)致的。該技術(shù)方案采用探測(cè)轉(zhuǎn)子位置的光電開關(guān)直接驅(qū)動(dòng)定子繞組，雖然有可能解決SRM的振動(dòng)問題，但卻喪失了SRD對(duì)SRM的多種多樣的控制方式。該專利如同中國(guó)專利1一樣，與傳統(tǒng)的SRM相比沒有競(jìng)爭(zhēng)力。