磁阻电机的控制制造技术

公开了一种具有定子（３０）和转子（３１）的电机。该电机具有由适当的供电电子控制器（４０１）进行赋能的励磁绕组（Ｆ）和电枢绕组（Ａ）。控制器（４００）向供电电子控制器（４０１）发送信号以控制电枢电流，从而控制电机操作。当电机作为电动机操作时，通过与转子（３１）的旋转同步地施加所施加的电压，向电枢绕组（Ａ）提供来自供电电子控制器的电流。取决于转子旋转位置的互感第一电信号将感应在励磁绕组（Ｆ）中。这将在通过供电电子控制器（４０１）得到的励磁电流中产生叠加的梯度。模块（４０２）可以自励磁电流中提取该互感第一电信号，该模块（４０２）可以是微分器电路或者可以是耦合到围绕励磁电流导线的磁场的线圈。提供了信号调节电路（４０３），其可以包含滤波器电路。模块（４０４）产生用于比较器（４０５）的参考电压。该参考电压可以是零，由此比较器（４０５）确定该互感第一电信号的极性。来自比较器的输出是表示该互感第一电信号是否小于或者大于由模块（４０４）施加的阈值的数字信号。该比较器的输出，即第二电信号，表示转子相对于定子的旋转位置，并且提供给控制器（４００），用以维持电枢激励和转子位置之间的同步。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
磁阻电机的控制本专利技术涉及电机的控制，更具体地且非排他性地，涉及不具有机械轴位置传感器的电机。图1a和1b示出了传统的两相开关磁阻电动机，其包括：定子2，具有两对相对安置的指向内部的凸出极3、4，其提供有对应于两个相位的两对赋能绕组5、6；和转子7，具有一对相对安置的指向外部的凸出极8，其不具有绕组。四个赋能绕组的每一个是绕其相应的极缠绕的，如符号Y-Y和符号X-X所指出的，Y-Y表示绕组对6的每个绕组的两个径向相对的部分，X-X表示绕组对5的每个绕组的两个径向相对的部分。提供了激励电路(未示出)，用于通过与转子旋转同步地交变地赋能定子绕组来在定子2中旋转转子7，由此，在由绕组产生的磁场中，由转子7使其自身布置在具有最小磁阻的位置的趋势，建立了转矩，如下文将更加详细描述的。该可变磁阻电动机提供的优于传统绕线转子电动机之处在于，不需要用以向转子提供电流的整流器和电刷，其是易损部件。而且，所提供的其他优点在于，由于在转子上不存在导体，使得不需要高成本的永磁体。图1a和1b中的符号+和B示出了处于两个交变激励模式中绕组中的电流方向，其中转子7被吸引到水平位置，或者被吸引到垂直位置，如图中所示。应认识到，转子7的旋转需要对绕组对5和6的交变赋能，优选地，在任一时间仅赋能一个绕组对5或者6，并且在该赋能过程中，通常仅在一个方向上向绕组对5或者6中的每一个提供电流。然而，如果需要产生有用的转矩，则可对绕组进行赋能仅持续最大为每周旋转时间的一半，因此对于该电动机，电路的高利用率是不可能的。-->相比之下，全节距(fully pitched)可变磁阻电动机，其如J.D.Waleand C.Pollock，“Novel Converter Topologies for a Two-Phase SwitchedReluctance Motor with Fully Pitched Windings”，IEEE Power ElectronicsSpecialists Conference，Baveno，June 1996，pp.1798-1803所述并如图2a和2b(其中相同的参考数字用于表示图1a和1b中相似的部件)所示出，包括两个绕组10和11，这两个绕组10、11具有两倍于电动机极节距的节距，其在所说明的示例中是180°，并且相互成90°安置。绕组11可以缠绕成使得该绕组在转子7一侧的一部分填充了限定在极对3、4的相邻极之间的定子槽12，且绕组11在转子7的径向相对侧的另一部分填充了限定在极对3、4的两个另外相邻极之间的定子槽13。绕组10具有填充了径向相对的定子槽14和15的相应部分。这样，两个绕组10和11跨越了电动机的宽度，其中绕组10、11的轴相互成直角。而且，在图2a和2b中示出了对应于转子7的水平和垂直位置的该电动机的两个交变的激励模式，从中将认识到，绕组10、11在两个激励模式中均被赋能，然而，鉴于绕组10中的电流方向在两个模式中是相同的，而绕组11中的电流方向在两个模式之间发生改变。由于在两个模式中均向两个绕组10、11提供电流，并且由于每个绕组10或11占有总定子槽区域的一半，因此该系统可以实现其槽区域的100％的利用率。这与利用上文所述的传统绕线式可变磁阻电动机实现的50％的利用率形成对比，在后者中，任一时间仅对一相绕组进行赋能。而且，由于不需要改变绕组10中的电流方向，因此可以向绕组10(其可被称为励磁绕组)提供不需要任何转换的直流电流，其导致了所使用的激励电路的简化。然而，绕组11(其可被称为电枢绕组)必须通过与转子位置同步交变的电流进行赋能，以便于确定所需用于交替地将转子吸引至水平位置和垂直位置的定子磁通量的变化方向。在该电动机中对向电枢绕-->组提供交流电流的需要可以导致具有高的复杂性和成本的激励电路。WO 98/05112公开了全节距磁通量开关可变磁阻电动机，其具有配备了励磁绕组10和电枢绕组11的四极定子2(如图3a中概略性示出的)，其中励磁绕组10和电枢绕组11中的每一个均分为紧密耦合(利用基本上独立于转子位置的耦合)和缠绕的两个线圈22和23或者24和25，由此该两个线圈的径向相对的部分均安置在径向相对的定子槽中。图3b示出了用于赋能电枢线圈24和25的概括性电路图。线圈24和25在电路中被连接成使得提供给端子26和27的直流电流以相同的方向流过线圈24和25，以便于产生相反方向的磁动势(magnetomotive)作为线圈的反向绕组的结果。开关28和29(其可以包括例如，场效应晶体管或者绝缘栅双极型晶体管)与线圈24和25串联连接，并且被交替地开关，以实现线圈24和25的交变赋能，从而提供所需的作用于相反方向的磁动势。该布置的一个优点在于，电枢绕组是由两个紧密耦合的线圈制成的，其使得每个线圈能够通过仅处于一个方向的电流进行赋能，由此可以使用相对简单的激励电路。在电动交流发电动机中也提供了相似的布置。由WO 98/05112所引入的电路中的简化实现了简单的和低成本的电子电动机控制。为了自在WO 98/05112公开的电机中获得最优性能，需要位置测定装置来确定转子的位置，并由此确定开关28和29的正确的状态，用于所需方向上的连续旋转。在传统的磁通量开关电机中，位置测定装置可由安装在电机定子上的光学传感器提供，其观察具有反射或透明部分的码盘的旋转。该光学传感器提供了与转子旋转同步变化的电信号。可替换地，定子上的传感器可以响应于磁极性，诸如霍尔效应(Hall effect)设备，并且转子上的码盘可以包括表示转子齿的磁性图。编码磁盘连同转子的旋转产生了固定传感器中的电信号，其与转子的旋转同步改变。许多其他形式的位置测定装置对于本领域-->的技术人员而言也是已知的，但是它们全都受到机械对准误差问题的影响。在电机的制造过程中，固定传感器必须安装到电机定子的已知或者预定的位置处。而且，码盘必须也安装到转子上相对于转子极处于已知或者预定的角度位置处。这需要具有高度精确性的制造过程，因此其不易于在低成本下实现。该位置测定布置是普遍使用的，但是具有显著的机械复杂性，并且不总是具有低的制造成本。而且，由于开关相对于转子位置的时序对于电动机的性能有直接的影响，因此必须实现具有精确的编码传感器盘对转子的对准以及电子拾取器(光学的或者霍尔效应的)在定子上的定位。随着转子运转速度的增加，该对准具有更大的重要性。完全基于对定子或其电绕组的直接和间接的电气测量的转子位置检测系统是优选的，这是因为其中不存在出现机械错误的可能性。在无刷电动机中不使用机械传感器的某些现有技术转子位置检测方法取决于反电动势(back emf)波形重构，用以寻找反电动势的过零点。该重构技术严重地依赖于对电枢绕组的电阻和电感的精确模型，用以确保精确的反电动势波形的再现。由于电阻将在制造公差内变化并随温度显著变化，且电感将随制造公差变化并显著随电流电平变化，因此，在不具有很大的成本和复杂性的前提下，该方法是非常难于实现的。在任何由励磁绕组提供励磁电动势的磁通量开关电机中，由于励磁电动势的非恒定的值，使得反电动势检测方法是更加复杂的。其他现有技术的方法使用了，将高频信号注入到源绕组中的正常监测电流的顶部。在源绕组中或者在其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将电能转换为机械能和／或将机械能转换为电能的电机，该电机包括：转子，其具有多个转子极；定子，用于以可旋转方式接收所述转子，并且具有用于在所述转子和所述定子之间产生第一磁动势的场磁体装置，该定子并入了至少两个电绕组，其中至少一个是电枢绕组，该电枢绕组适于承载与所述转子相对于所述定子的旋转同步变化的电流，用以产生变化的第二磁动势，该第二磁动势具有横向于所述第一磁动势的分量；控制装置，用于控制给该所述电枢绕组或每个所述电枢绕组的电流供应；和位置测定装置，用于检测取决于所述转子相对于所述定子的旋转位置的至少一个感应第一电信号，该所述第一电信号或者每个所述第一电信号是通过跨越至少一个其他所述绕组的电压而被感应在所述绕组的各自绕组中，所述电压是用于将电能转换为机械能和／或将机械能转换为电能的电机正常操作的要求，用以由此向所述控制装置提供至少一个第二电信号，该第二电信号表示所述转子相对于所述定子的旋转位置。

【技术特征摘要】
GB 2002-9-12 0221117.51.一种用于将电能转换为机械能和/或将机械能转换为电能的电机，该电机包括：转子，其具有多个转子极；定子，用于以可旋转方式接收所述转子，并且具有用于在所述转子和所述定子之间产生第一磁动势的场磁体装置，该定子并入了至少两个电绕组，其中至少一个是电枢绕组，该电枢绕组适于承载与所述转子相对于所述定子的旋转同步变化的电流，用以产生变化的第二磁动势，该第二磁动势具有横向于所述第一磁动势的分量；控制装置，用于控制给该所述电枢绕组或每个所述电枢绕组的电流供应；和位置测定装置，用于检测取决于所述转子相对于所述定子的旋转位置的至少一个感应第一电信号，该所述第一电信号或者每个所述第一电信号是通过跨越至少一个其他所述绕组的电压而被感应在所述绕组的各自绕组中，所述电压是用于将电能转换为机械能和/或将机械能转换为电能的电机正常操作的要求，用以由此向所述控制装置提供至少一个第二电信号，该第二电信号表示所述转子相对于所述定子的旋转位置。2.权利要求1的电机，其中所述定子具有多个定子极，并且至少一个所述电枢绕组被缠绕成具有对应于多个定子极节距的节距。3.权利要求1或2的电机，其中所述场磁体装置包括至少一个励磁绕组，其适于同包含至少一个所述电枢绕组的电路串联或者并联连接。4.权利要求3的电机，其中位置测定装置适于检测在所述至少一个励磁绕组中的所述至少一个感应第一电信号。5.前面任何一个权利要求的电机，其中位置测定装置适于检测至少一个所述感应第一电信号何时通过至少一个阈值，用以产生所述至少一个第二电信号。6.权利要求5的电机，其中位置测定装置适于在当至少一个所述绕组由基本均匀的电压进行赋能时和/或当至少一个所述绕组没有被赋能时，检测至少一个所述感应第一电信号何时通过至少一个各自的阈值，所述电压是用以将电能转换为机械能和/或将机械能转换为电能的电机正常操作的要求。7.权利要求5或6的电机，其中位置测定装置适于通过确定在所述转子的预定旋转周期期间、在至少一个所述绕组中、至少一个所述感应第一电信号大于或者小于至少一个各自阈值的时间的相对比例，确定何时开始和/或结束至少一个所述电枢绕组的赋能。8.权利要求7的电机，其中位置测定装置适于控制至少一个所述电枢绕组的赋能的时序，用以维持在预定的限制内、在至少一个所述绕组中、所述至少一个感应第一电信号大于或者小于至少一个各自阈值的时间的相对比例。9.权利要求8的电机，其中该预定的限制适于取决于所述电机的输出性能进行变化。10.权利要求8或9的电机，其中位置测定装置适于借助于输入到所述控制装置的至少一个误差信号来控制所述赋能的时序。11.权利要求8至10的任何一个的电机，其中位置测定装置适于响应于在预定周期期间对至少一个感应第一电信号通过阈值的检测的失败，选择性地控制所述赋能的时序。12.权利要求5至11的任何一个的电机，其中位置测定装置适于检测至少一个所述感应第一电信号何时通过至少一个各自阈值，用以产生至少一个所述第二电信号，该至少一个所述阈值是相应的所述感应第一电信号的函数。13.前面任何一个权利要求的电机，其中位置测定装置适于从在电机电绕组中出现的电流变化的速率中提取取决于所述转子相对于所述定子的旋转位置的至少一个感应第一电信号，该电流变化是作为跨越至少一个所述绕组的电压的存在结果而出现。14.权利要求13的电机，其中位置测定装置包括至少一个各自的线圈，其适于磁耦合到由承载通过至少一个所述绕组的电流的导线产生的磁场。15.前面任何一个权利要求的电机，其中位置测定装置适于获得与至少一个所述感应第一电信号相关的数据，并且将所述数据同与至少一个已知转子位置相关的数据进行比较。16.前面任何一个权利要求的电机，其中位置测定装置适于通过在至少一个其他所述绕组被赋能时确定至少一个所述绕组中的至少一个所述感应第一电信号，提供表示处于停顿的转子的旋转位置的至少一个所述第二电信号。17.权利要求16的电机，其中控制装置适于响应于来自所述位置测定装置的、所述转子停顿时产生的至少一个所述第二电信号，使所述转子相对于所述定子移动至稳定平衡的位置。18.权利要求17的电机，其中位置测定装置适于通过在所述至少一个其他绕组被赋能时观察所述至少一个绕组中的各自所述感应第一电信号，指出所述转子相对于所述定子的稳定平衡的最接近位置。19.前面任何一个权利要求的电机，其中位置测定装置适于通过间歇地对至少一个所述感应第一电信号进行采样来监视所述信号。20.前面任何一个权利要求的电机，其中位置测定装置适于通过间歇地对至少一个所述第二电信号进行采样来监视所述信号。21.前面任何一个权利要求的电机，其中位置测定装置适于检测由通过所述绕组的磁通量中变化而引起的所述至少一个感应第一电...

【专利技术属性】
技术研发人员：查尔斯波洛克，海伦杰拉尔丁菲利斯波洛克，
申请(专利权)人：百得有限公司，莱斯特大学，
类型：发明
国别省市：US[美国]