开关型磁阻设备的控制制造技术

开关型磁阻设备的绕组，由可以提供双极激发的转换器提供。应用于绕组的激发图形取决于设备中定子和转子的数量并且被选择以在转子磁极中生成单极激发。这依次减少了转子中的损失，该损失在另外的情况下将由双极的激发引起。该设备也可提供适于在其运行速度范围内的不同部分提供最佳性能的激发图形。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种控制磁阻设备的方法。特别但不仅仅涉及使用减少转子 铁耗的激发图形来控制开关型磁阻设备的运转。
技术介绍
开关型磁阻系统的特征与运行为本领域技术人员所公知，并可描述为例如由Stephenson和Blake在1993年六月的第21至24期的纽伦堡(Niimberg) PCIM，93 发表的"The characteristics, design and application of switched reluctance motors and drives"，结合于此作为参考。图l (a)为典型的幵关 磁阻驱动器的示意图，其中开关型磁阻设备12连接至负载19。直流(DC) 电源11可以是整流过滤(rectified and filtered)交流(AC)电源或电池组或 其它形式的电源存储设备。由电源11供应的DC电压通过电子控制单元14 控制下的电力转换器13进行跨接设备12的相绕组16的开关。所述开关必 须被正确地同步到转子的转动角以使驱动器正确运行，并且典型地使用转子 位置检测器15来提供与转子角坐标一致的信号。转子位置检测器15可以采 用多种形式，包括一种软件算法，并且转子位置检测器15的输出也可以用 于产生速率反馈信号。位置检测器的存在和完全取决于转子的瞬时位置的激 发(通常称做"励磁")策略的使用导致这些设备具有"转子位置开关的" 的一般性描述。该设备以双倍凸极为特征，也就是说，如上述Stephenson的 论文所述，所述设备在定子和转子上均有磁性凸极。许多不同的电源转换器拓扑结构已被熟知，其中的一些已在上述 Stephenson的论文中进行讨论。其中一个最常见的结构是图2中所示的多相 系统的单个相位，其中设备的相绕组16与跨接母线26和27的两个开关装置21和22串联。母线26和27 —起被描述为转换器的"DC线路"。能量 恢复二极管23和24与绕组连接以使当开关21和22开启时允许绕组电流回 流到DC线路。低阻电阻28与较低的开关串联以作为电流感测电阻。被称 为"DC线路电容器"的电容器25跨接DC线路以提供或汇集DC线路电流 的所有交流分量(也就是所谓的"纹波电流")，所述DC线路电流不能从 电源中得到或返回到电源。实际上，电容器25可以包括数个串联和/或并眹 连接的电容器，在使用并联连接时， 一些元件的分配可能遍及整个转换器。 图3显示的是当设备处于电机运行模式时图2所示电路的运行周期的典 型波形。图3 (a)显示的是当开关21和22关闭时，在导电角e。的持续期间 内应用在"开角"e。n的电压，从而激发一个相位。绕组的磁通量是电压的 时间积分，并且在理想的零绕组电阻情况下如图所示的向上线性地倾斜。如 图3 (b)所示，相绕组16的电流上升到顶点，然后微微下降。在导通周期 的末端，达到"关角"e。ff，开关开启，电流流向二极管，产生跨接绕组的反 向线路电压，并由此迫使通量和电流下降到零。在零点通量和零点电流，二 极管停止传导，电路处于非活动状态直到导通周期开始。当开关开启时DC 线路中的电流反向，如图3 (c)所示，并且返回电流代表电能回到电源。电 流波形形状的变化取决于设备的运行点和采用的开关策略。如众所周知的和 已经描述的，例如，上述Stephenson论文中引用的，低速运行通常包括利用 电流切断来包含电流峰值，而不同时地关闭开关提供通常被称为"自由(freewheeling)"的运行模式。如本领域技术人员所公知，开关型磁阻设备可以在发电模式运转。图1(b)所示为典型的布置，其中图1 (a)的负载19变为提供机械能量的原动 力19'，而电源11变为电力负载11'，电力负载U'通过电力转换器13从电 力设备12接受净能。通常地，相电流是电机模式相电流的镜象(时间上)。 这样的系统在例如由Radim在1994年2月第13至17期的佛罗里达州奥兰多第九届正EE输入功率电子技术会议记录发表的名为"Generating with the switched reluctance motor"—文中已进行谈论，结合于此作为参考。图4 (a) 显示了当系统为电机模式时的通量波形和相应的电流波形，而图4 (b)显示 了发电时相应的波形。从图4 (b)可以看出，设备在能量回到DC线路之前 需要"启动"或建立磁通量(以及必要的支持该通量的电流)。尽管有许多用于开关型磁阻设备的电力转换器的拓扑结构，所有这些拓 扑结构都使用某些数量的有源开关，并且这些开关代表了转换器成本的重要 部分。为发展经济成本电路已经花费了很多努力。从以上说明和图形可以获 悉，电流仅仅需要在相绕组中以一个方向流动，也就是说，"单极"激发即 可满足全部需要。然而，如果交变的(或双极的)激发可以实现，那也是可 以使用的，因为由设备产生的扭矩与绕组中电流方向无关。EPA0886370 (Turner)结合于此作为参考，它公开了一种使用开关装置的半桥组件产生 设备相绕组的双极激发的方法。类似地，EPA1398870(Tankard)结合于此作 为参考，它公开了一种使用用于电机运行和发电的不等额定开关产生设备的 双极激发的方法。磁阻设备运行中的损失可以分为三类"电"损失，表现为绕组的热量(也常被认为是^R损失)；"磁"损失，表现为定子和转子的磁电路中铁的热量(也常被称作"铁" 损失)；"机械"损失，通常包括与转子在周围空气中运行相关的空气阻力和在 转子轴承的摩擦损失。所有这些损失产生的热量必须通过适当的方式消散掉。有时，自然对流 和发散足够排除由损失产生的热量，并在必须的限制内保持设备温度，所述 限制为在其它情况下需要使用更多的结构冷却方法来排除热量。针对高速的设备，存在冷却方面的特别问题。出于对机械应力和转子动力学的考虑，重要的是保持转子尽可能地小，但是这样通常会导致转子中较 高的损耗密度。为了将高速下空气阻力损失保持在易控制的水平，转子经常 在半真空环境运转，但是这样又增加了消除转子铁损的困难，因为对流热交 换已经不存在。开关型磁阻设备在这种环境中有特别的优势，因为它们没有 转子线圈，由此没有相关的"电"损失。然而，它们有磁转子损耗，仍然需 要小心管理。
技术实现思路
本专利技术由所附独立权利要求限定。本专利技术的优选特征在各个从属权利要 求中列出。至少有一些在开关型磁阻设备中减少转子损耗的实施例。根据实施例，提供了一种操作磁阻设备的方法，该磁阻设备具有由定子限定的定子磁极，定子具有被设置为至少三个独立激发相位的绕组；以及由转子限定的转子磁极。该方法包括激发绕组，从而每一转子磁极的通量都 是单极的，用以在转子磁极与被激发的定子磁极基本上对准时对绕组进行连 续地激发。定子磁极的数量可以改变，但只能按照一些实施例被限定为每个相位有2n个被激发，其中n是正整数。在一些实施例中，设备具有奇数相位。例如 设备具有三个相位、六个定子磁极和四个转子磁极。这可能用于一个极性的 电压的两个激发脉冲和另一极性的两个激发脉冲的相位激发图形。在另一实例中，设备具有四个相位、八个定子磁极和六个转子磁极，以 及一个极性的三个相位激发脉冲和之后另一极性的三个激发脉冲。本专利技术不局限于三个和四个相位，设备可具有q个相位(q=3或更多)， 其中定子绕组的激发图形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种操作磁阻设备的方法，该磁阻设备具有由定子限定的定子磁极以及由转子限定的转子磁极，所述定子具有被设置为至少三个独立激发相位的绕组；所述方法包括：对绕组进行激发，从而在每个转子磁极中的通量都是单极的，用以当转子磁极与被激发的定子磁极基本上对准时对绕组进行连续地激发。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：SP兰德尔，
申请(专利权)人：开关磁阻驱动有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]