CN101741303A - 一种开关磁阻电动机的定位控制方式 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种开关磁阻电动机的定位控制方式，电动机相数为N，相应于定子每相凸极对数为K，2KN个凸极在圆周上均布；凸极的极弧角约为，凸极内径是一圆心为轴心的圆；所有定子凸极上都嵌有线圈，均布的2K个凸极的线圈连成一相绕组，各相绕组的规格一样；在相绕组中通有电流时，属于同一相的2K个凸极的磁性呈N.S间隔排列；转子凸极数为常规的2K(N-1)，它们也在圆周上均布。该电动机具有呈正弦波规律的矩角特性，可分相控制定子绕组。定位控制时两相邻相被同时通电，绕组中的驱动电流恰当，并且顺序换向，就可在总复位转矩幅值不变下，让转子停在任意的转角，且在带负载时有良好的定位性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种开关磁阻电动机任意转角的定位控制方式，具体地说，涉及一种转子的矩角特性以及带负载转矩工作的开关磁阻电动机的定位控制方式。
背景技术
对电动机转子的转角作定位控制时，要求定位后有一定的恢复能力，如果转子偏离已定位的转角，就会产生电磁转矩，让转子可靠地恢复到原来的转角。
关于开关磁阻电动机任意转角的定位控制方法，2003年国内就有人申请了专利。专利中电动机的各相磁路和电路独立，绕组中单方向地流过驱动电流。如果相邻两相通以适当大小的电流，并且顺序换相，就可以让转子停在任意的转角。
以12/8极的3相开关磁阻电动机为例，假设A相定子绕组通有最大电流时，转子已停在转子某个凸极和A相定子凸极的中心线重合处，令此时转子的转角为零。由于B相定子凸极顺时针转向地相邻在处，当改为在B相绕组通以电流Im时，则转子将逆时针转动，最后停在
处。
为了让转子停在0至
间任意转角，A相和B相定子绕组要同时通电。定位控制时，先固定Ia＝Im，而将Ib从0至Im增大，转子定位角就可从0增大到
接着固定Ib＝Im，将Ia从Im减少到0，转子定位角就可从
增大到
按AB-BC-CA顺序改变通电的两相邻相组合，转子定位角扩到把这一过程重复8次，定位角就扩至0～2π。上述顺序换相是按顺时针转向进行的，如果改为逆时针转向，亦即AC-CB-BA顺序换相，然后重复8次，则定位角范围为0～-2π。也是一个圆周。
相绕组的通电周期是转子转角
图1示为三个相电流的大致波形，电流的幅值为Im，总共导通角为
电流的上升段和下降段一般为单调变化的曲线，图中简化为直线。
据介绍，该专利可推广到相数大于2的开关磁阻电动机，定位控制时有许多优点，但该专利没有考虑转子上带有负载转矩，这是有很大问题的，从根本上影响了其使用价值。
在转子与定子凸极的中心线重合时，一相通电，所产生的电磁转矩为零，无法与负载转矩平衡；在两相邻相同时通电阶段，当转子凸极与两相邻相定子凸极间槽的中心线重合时，两相邻相的电流相等，对于一般的开关磁阻电动机说来，带载时可能根本不存在电流相等的定位角。
应当允许电动机转子带载，为了带载时有良好的定位性能，本发明从分析复位转矩特性着手，改进开关磁阻电动机设计。对于两相邻相的同时通电的机理，也作了崭新的考虑。
发明内容
本发明正是为了解决上述技术问题而设计的一种开关磁阻电动机的定位控制方式。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种开关磁阻电动机的定位控制方式，电动机相数为N，相应于定子每相凸极对数为K，2KN个凸极在圆周上均布；凸极的极弧角约为
凸极内径是一圆心为轴心的圆；所有定子凸极上都嵌有线圈，均布的2K个凸极的线圈连成一相绕组，各相绕组的规格一样；在相绕组中通有电流时，属于同一相的2K个凸极的磁性呈N.S间隔排列；转子凸极数为常规的2K(N-1)，它们也在圆周上均布；电动机具有呈正弦波规律的矩角特性；定位控制时两相邻相绕组被同时通电，绕组中驱动电流恰当，并且顺序换相，可在总复位转矩幅值不变的前提下，让转子停在任意的转角。
所述一种开关磁阻电动机的定位控制方式，其电动机相数N＞2，各相的磁路独立，定子绕组的接法上，可以分相控制定子绕组；电动机在一相绕组中通有恒定的电流时，复位转矩近似地是
mj以逆时针转向为正，Mj是mj的幅值；此处θj为通电相产生的磁场方位角，也即转子的空载定位角，
为转子凸极的方位角，把除以转子凸极的极数，就是转子对定子凸极的失调。
所述一种开关磁阻电动机的定位控制方式，除了通电相产生复位转矩mj以外，相邻相产生复位转矩
总复位转矩为m＝mj+mj+1；现在令 
就可得
对于介于θj、θj+1之间的任意方位角θ，Mj和Mj+1的正负号相同，而m的幅值M不变；随着θ的改变，在Mj＝0后，则两相邻相中的这一相断电，开始另一组两相邻相同时通电。
所述一种开关磁阻电动机的定位控制方式，每组两相邻相时通电的定位角范围为
同一转向上有N个不同的两相邻相组合，对它们顺序通电后，定位角范围扩大到2π；上述定位角是电气角度，就机械角度而言，则转子只转过了一个极距，定转子凸极间关系又回到初始状态；这过程重复多次，转子就可停在任意的转角。
所述一种开关磁阻电动机的定位控制方式，直接测得的反馈信号是绕组中驱动电流Ij，为了使相复位转矩幅值Mj符合要求，先把Mj给定值用M/I变换器变成电流给定值，再利用Ij进行电流闭环控制。
所述一种开关磁阻电动机的定位控制方式，直接测得的反馈信号是绕组中驱动电流Ij，为了使相复位转矩幅值Mj符合要求，先用I/M变换器把反馈电流Ij变成反馈转矩，然后利用Mj给定值直接进行转矩闭环控制。
所述一种开关磁阻电动机的定位控制方式，在逆时针转向的静负载转矩m0作用下，转子定位角从空载的θ变为(θ+β)；式中负载角
在m0恒定时不变。两相邻相同时通电的换相，也比空载时增加β角。
本发明的有益效果是：该电动机具有呈正弦波规律的矩角特性，可分相控制定子绕组。定位控制时两相邻相被同时通电，绕组中的驱动电流恰当，并且顺序换向，就可在总复位转矩幅值不变下，让转子停在任意的转角。允许开关磁阻电动机带载，在静负载转矩的作用下，定位角以及换向角要逆着静负载转矩转向偏移一个负载角。
附图说明
图1为现有开关磁阻电动机三相电流的波形图。
图2为本发明两相通电时三个转矩的矢量图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明一种开关磁阻电动机的定位控制方式，电动机相数为N，相应于定子每相凸极对数为K，2KN个凸极在圆周上均布；凸极的极弧角约为凸极内径是一圆心为轴心的圆；所有定子凸极上都嵌有线圈，均布的2K个凸极的线圈连成一相绕组，各相绕组的规格一样；在相绕组中通有电流时，属于同一相的2K个凸极的磁性呈N.S间隔排列；转子凸极数为常规的2K(N-1)，它们也在圆周上均布；电动机具有呈正弦波规律的矩角特性；定位控制时两相邻相绕组被同时通电，绕组中驱动电流恰当，并且顺序换相，可在总复位转矩幅值不变的前提下，让转子停在任意的转角。
该开关磁阻电动机的相数N＞2，各相磁路独立，电气上可分相控制定子绕组；电动机转子凸极的结构特殊，在一相绕组上通有恒定电流时，复位转矩近似地为
以逆时针转向为正，Mj为mj的幅值。此处θj为通电相产生的磁场方位角，也即转子的空载定位角，
为转子凸极的方位角。
本发明两相邻相同时通电时，除了产生复位转矩mj外，相邻相还产生复位转矩所以总复位转矩为m＝mj+mj+1。现在令
对于介于θj、θj+1之间的任意方位角θ，Mj和Mj+1的正负号相同，而m的幅值M不变。
转矩m、mj和mj+1都随
作正弦波变化，可表示为图2示复平面上的旋转矢量
和
三个矢量间满足
故M、θ可唯一地变换为Mj、Mj+1，反过来一样。
Mj和Mj+1随θ变化，在Mj＝0后，则两相邻相中的这一相已经断电，开始另一组两相邻相同时通电。
每组两相邻相同时通电的定位角范围为
同一转向上有N个不同的两相邻相组合，对它们顺序通电后，定位角范围扩大到2π。在2π周期中，相绕组的总的导通角为
上述定位角是电气角度，就机械角度而言，转过2π电气角度时，转子只转过了一个极距，极距乘以转子凸极的齿数才是2π；转子转过一个极距，意味着定/转子凸极间关系又回到初始状态。上述定位过程可重复多次，因此转子就可停在任意的转角。
本发明靠分相闭环控制来使相复位转矩幅值Mj符合要求，相应于测得的相绕组中驱动电流Ij，一种控制方案是先用M/I变换器把Mj给定值变成电流给定值，再进行电流闭环控制；另一种方案则是用I/M变换器把Ij变成反馈转矩，然后直接进行转矩闭环控制。
无论M/I变换或者I/M变换，都牵涉到开关磁阻电动机的磁键特性和转矩形成机理，变换关系是相当复杂的，需要用计算器技术来实现。由于Mj的给定也要采用计算器技术，在采用优先的M/I变换时，两者可以归并起来，直接给出各相的电流给定，所以比较简单。
本发明允许电动机带有负载，在逆时针转向的静负载转矩m0的作用下，
解得
可见定位角从空载的θ变为(θ+β)。式中β叫负载角，在m0恒定时不变，故定位性能良好。同时两相邻相同时通电的换相，也增加了负载角β。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下得出的其他任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种开关磁阻电动机的定位控制方式，其特征在于：电动机相数为N，相应于定子每相凸极对数为K，2KN个凸极在圆周上均布；凸极的极弧角约为
凸极内径是一圆心为轴心的圆；所有定子凸极上都嵌有线圈，均布的2K个凸极的线圈连成一相绕组，各相绕组的规格一样；在相绕组中通有电流时，属于同一相的2K个凸极的磁性呈N.S间隔排列；转子凸极数为常规的2K(N-1)，它们也在圆周上均布；电动机具有呈正弦波规律的矩角特性；定位控制时两相邻相绕组被同时通电，绕组中驱动电流恰当，并且顺序换相，可在总复位转矩幅值不变的前提下，让转子停在任意的转角。
2.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电动机的定位控制方式，其特征在于：电动机相数N＞2，各相的磁路独立，定子绕组的接法上，可以分相控制定子绕组；电动机在一相绕组中通有恒定的电流时，复位转矩近似地是
mj以逆时针转向为正，Mj是mj的幅值；此处θj为通电相产生的磁场方位角，也即转子的空载定位角，
为转子凸极的方位角，把
除以转子凸极的极数，就是转子对定子凸极的失调。
3.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电动机的定位控制方式，其特征在于：除了通电相产生复位转矩mj以外，相邻相产生复位转矩
总复位转矩为m＝mj+mj+1；现在令 就可得对于介于θj、θj+1之间的任意方位角θ，Mj和Mj+1的正负号相同，而m的幅值M不变；随着θ的改变，在Mj＝0后，则两相邻相中的这一相断电，开始另一组两相邻相同时通电。
4.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电动机的定位控制方式，其特征在于：每组两相邻相时通电的定位角范围为
同一转向上有N个不同的两相邻相组合，对它们顺序通电后，定位角范围扩大到2π；上述定位角是电气角度，就机械角度而言，则转子只转过了一个极距，定转子凸极间关系又回到初始状态；这过程重复多次，转子就可停在任意的转角。
5.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电动机的定位控制方式，其特征在于：直接测得的反馈信号是绕组中驱动电流Ij，为了使相复位转矩幅值Mj符合要求，先把Mj给定值用M/I变换器变成电流给定值，再利用Ij进行电流闭环控制。
6.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电动机的定位控制方式，其特征在于：直接测得的反馈信号是绕组中驱动电流Ij，为了使相复位转矩幅值Mj符合要求，先用I/M变换器把反馈电流Ij变成反馈转矩，然后利用Mj给定值直接进行转矩闭环控制。
7.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电动机的定位控制方式，其特征在于：在逆时针转向的静负载转矩m0作用下，转子定位角从空载的θ变为(θ+β)；式中负载角在m0恒定时不变；两相邻相同时通电的换相，也比空载时增加β角。
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|---|---|---|---|
| CN200810227424A CN101741303A (zh) | 2008-11-26 | 2008-11-26 | 一种开关磁阻电动机的定位控制方式 |
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| CN200810227424A CN101741303A (zh) | 2008-11-26 | 2008-11-26 | 一种开关磁阻电动机的定位控制方式 |
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|---|---|
| CN (1) | CN101741303A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106841901A (zh) * | 2017-03-09 | 2017-06-13 | 浙江大学 | 一种变频器驱动内嵌式永磁同步电机定子匝间短路故障诊断方法 |
-
2008
- 2008-11-26 CN CN200810227424A patent/CN101741303A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106841901A (zh) * | 2017-03-09 | 2017-06-13 | 浙江大学 | 一种变频器驱动内嵌式永磁同步电机定子匝间短路故障诊断方法 |
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