CN101958627A - 一种光电式非计算机控制的开关磁阻电机 - Google Patents

Abstract

光电式开关磁阻电机由电机本体、光电控制器构成，光电控制器由光电信号发生器和功率输出单元构成，其中功率输出单元与传统的开关磁阻电机的功率输出部分相当。光电信号发生器由遮光盘和光电盘构成，其中遮光盘上的透光区域个数等于转子极数，透光区域的角程等于相绕组导通角，光电盘上的光电对管数量等于电机相数。本发明的三个优选实施例由简至繁地提出了对透光区域和光电盘位置的三种处理方案，以便能够在光电式开关磁阻电机上完美再现传统开关磁阻电机的导通角和导通时刻的控制方式。

Description

一种光电式非计算机控制的开关磁阻电机 

技术领域

本发明涉及一种基于非接触式位置传感器的开关磁阻电机，特别是光电式开关磁阻电机，属于无需计算机程序控制的开关磁阻电机。 

背景技术

传统的开关磁阻电机(SRM)都是在计算机程序控制下运转的。这种SRM由电机本体和开关磁阻电机的控制器(SRD)构成，其中电机本体包括电机和转子位置传感器，SRD包括计算机控制器和功率输出装置。通常转子位置传感器是光栅传感器。光栅的疏密度越高，控制精度就越高，但对计算机运算速度的要求就越高。 

虽然在传统的SRM的之中也有像光电开关元件这样的非接触式位置或角度传感器，但这些传感器是属于SRM的转子位置传感器。SRD需要转子位置传感器提供转子位置信息，以便计算机控制器能够在适当的时机对电机的绕组进行电流的通断控制。 

传统的SRM自上世纪70年代被发明以来，以其很高的机电效率和宽阔的效率平台获得了极高的声誉，被视为节能降耗的利器，其多样性的控制方式也被视为未来电动机的发展方向。SRM在工业动力和车辆牵引方面的应用尤其令人瞩目，但由于振动和噪声等原因，至今不能得以广泛应用。 

通常在稳定转速下的SRM运转得令人非常满意，而一旦运转条件改变，很容易造成电机剧烈振动，产生强烈的噪声，同时电机转矩输出剧烈变化，最终不得不将SRM断电，然后再重新启动。同样的问题是，如果电机启动的转速增加太快，电机仍然会陷入强烈的振动之中，因此几乎所有SRD控制下的SRM，都具有软启动功能。 

有许多公开的技术文章试图揭示SRM这种现象的实质，但都未能解决问题。比较经典的解释是，电机的转子在运转中的径向拉力与电机结构弹性匹配不利，周期性的径向拉力导致电机在运转中的振动，并因此认为SRM的振动是不可避免的。 

还有人指出，相绕组续流时间过长，导致在定转子磁极对正之后，相绕组中仍然有磁场能转化的电流，并认为这是SRM振动的主要原因。 

但经本发明人研究发现，电机转速剧变才是使电机陷入振动以至于难以自拔的基本原因。因为SRD是在转速稳定的前提下，对转子的位置进行前向差值，以便在规定的延后时刻到来时，能够在预定的转子位置下对指定的绕组进行通断控制。如果SRM的转速发生剧烈变化，预计的位置就会发生误差。比如，如果发生转速骤降，那么在预定时刻下发生的SRD控制就会导致控制位置提前， 反之就会出现控制位置延后。控制位置提前将导致绕组电流增大，致使电磁能转化而来的续流延续时间过长，造成刹车力矩；同样，控制位置延后也会使关断角延至磁极对正之后，从而导致刹车力矩；更严重的控制位置错误将导致开磁阻电机的失步，同样会产生巨大的刹车力矩。刹车力矩的存在使得SRM在360°之内产生多次正负交替的转矩波动，这是造成SRM振动和噪声的根本原因。 

另外，转速骤变所导致的转矩剧烈抖动，却反过来加剧转速的急剧变化，从而造成这种振动现象的正反馈，使SRM无法自行脱离振动的状态。 

问题原因的进一步深究自然是由于计算机控制系统具有一定的操作延迟性。因为位置采样和控制输出属于计算机控制器的两个不同的操作进程，计算机控制器不可能在同一时刻做两件事情，因此SRD具有必须在一个很短的预定时间之后才能实施控制行为的特点。这就是计算机控制系统的离散型。因此说计算机控制系统的离散性才是导致SRM振动问题的根本。 

既然如此，开发非计算机控制的SRM的想法就自然而然地产生了。 

中国专利1《自控式磁阻电机》(申请号01225951.9)叙述了一种多电刷控制的磁阻电机。该电机为每一相绕组配备了一个电刷，但其所述的内容还仅仅是一个发明思想，尚未构成一个完整的技术方案。另外这种电机似乎与普通直流电机一样，仅能采用直流调压的控制方式对电机的输出进行调控。 

中国专利2《组合式分组控制磁阻电机》(申请号02292519.8)叙述了一种光电控制的两相磁阻电机。该发明人认为SRM的振动是由续流时间过长导致的。该技术方案采用探测转子位置的光电开关直接驱动定子绕组，虽然有可能解决SRM的振动问题，但却丧失了SRD对SRM的多种多样的控制方式。该专利如同中国专利1一样，与传统的SRM相比没有竞争力。 

中国专利3《磁阻电机与自控式光耦开关及运动控制、结构阻尼及运动》(申请号200710103675.9A)所描述的方案在中国专利2的基础上做了改进。中国专利3以三相6-4极磁阻电机为例，不再像专利2那样在两极转子的侧面粘贴反光条，而是采用了与传统光电式转子位置传感器一样的遮光片，只不过在遮光片的不同径圆上，设置了14～25个位置标识孔及2个透光缺口，并采用多达12个光电对管，以适应电机正反转的需要。有趣的是，该电机还采用以电位器调整光电发射管的光线强度，以控制开关电子管的基极电流的技术方案，以便对这种电机的转速进行控制。 

即使中国专利3所述的磁阻电机具有正反转和调速能力，但也不可能像传统的SRM那样，通过调整导通角和导通时刻来改善电机的运转状态。而且采用调整开关电子管基极电流的方式将导致开关损耗过大，因此这类电机的效率和效率平台都将远远不如传统的SRM，用这种磁阻电机来替代传统的SRM也就无从谈起了。 

本发明人在2007年7月，提出了中国专利4《单刷换向器在磁阻电机和直流 永磁转子电机中的应用》(申请号200710143834.8)，即采用单刷换向器驱动SRM。该发明提出了以单刷换向器作为转子位置传感器，同时可以替代传统的SRD的技术方案。 

2009年1月，本发明人又提出了中国专利5《一种直流换向器式双凸极磁阻电机》(申请号200910000999.9)，完备了专利5所提出的方案，使电刷驱动的SRM具有和计算机程序控制的SRM完全相似的控制方式。但专利5在调整导通角方面，只能做到在最大导通角的50％ 

100％范围内调整。 

为了能够获得0 

100％的调整范围，本发明在中国专利4和5的换向器和电刷技术基础上，发明了利用非接触式位置传感器，特别是光电开关，实现中国专利5控制思想的技术。这也是一种革命性的变革，因为这毕竟可以避免电刷和换向器维护的烦扰，使非计算机控制的SRM具有更加多样化的、更广泛的应用前景。 

发明内容

本发明公开了一种采用非接触式位置传感器作为信号发生器的SRM技术方案，尤其是以光电开关作为信号发生器的SRM的控制方案。 

这种SRM由电机本体和信号控制器构成；信号控制器由信号发生器和功率输出单元构成，其中信号发生器由开关盘、传感器盘构成；具有实时调整功能的本发明SRM，其信号发生器还包括调整机构；传感器盘上设置有非接触式的位置或角度传感器，功率输出单元由功率开关管组及其触发控制电路构成，功率输出单元与传统的SRD功率输出部分相当，其特征在于： 

开关盘随转轴旋转，开关盘上具有信号开区域，其余为信号关区域； 

信号开区域具有一定的角程，且其角程与电机绕组的导通角相等； 

信号开区域的位置在开关盘上均匀分布，且其数量与转子极数相等； 

传感器盘上设置了非接触式传感器，非接触式传感器的数量等于电机的相数，或等于相数的倍数； 

传感器盘可以绕转轴做相对于定子绕组的位置做调整性运动，非接触式传感器在传感器盘上的位置分布与电机相绕组的分布相关； 

每个非接触式传感器都在功率输出单元中有其对应的相绕组功率开关管，且其开关状态与最终可以唯一地决定这个相绕组功率开关管的导通或截止； 

当开关盘上的信号开区域转到某非接触式传感器的位置时，该非接触式传感器导通，使对应的相绕组功率开关管导通；当信号开区域转过某非接触式传感器的位置时，该非接触式传感器截止，使对应的相绕组功率开关管截止； 

调整信号开区域的大小相当于调整传统SRM的导通角，调整传感器盘相对于定子绕组的角位置相当于调整传统SRM的开通角。 

除此之外，还可以依靠两个独立的调整机构分别调整信号开区域的大小和传 感器盘相对于定子绕组的位置，以事先预制地或实时地调整信号开区域的位置和角程。为此，其开关盘由定开关体和动开关体组成，可以通过动开关体调整机构调整开关盘信号开区域的角程，以达到调整导通角的目的，其特征在于： 

定开关体仅随转轴转动，而动开关体不仅可以随转轴转动，还可以在其调整机构控制下绕转轴相对于定开关体做位置调整性运动； 

两个开关体沿轴向比邻安装，且其上各有数量与转子极数相等且均匀分布的信号开全域； 

两个开关体信号开全域的交错叠置，形成信号开区域；当动开关体在其调整机构驱动下调整位置时，信号开区域的角程发生变化。 

再者，还可以将信号开区域的位置和角程按一定的函数关系关联起来，采用一个调整机构联动地调整信号开区域的位置和角程，其特征在于： 

将传感器盘的位置与信号开区域的大小，事先拟合出一个相关曲线，并将这个曲线以角度与轴向位移的相关形式，表达在信号开区域调整机构上； 

当调整传感器盘的位置时，传感器盘的转动角度带动信号开区域调整机构做相应的运动，使信号开区域调整机构在其作用下发生相应的轴向位移，从而带动信号开区域的角程做相应的变化，使传感器盘的位置与信号开区域角程的对应关系完全再现事先确定的曲线关系。 

上述非接触式传感器可以是采用霍尔、磁阻(MR)、电感、电容或涡电流等技术原理制成的非接触式位置或角度传感器。采用不同的传感器将导致开关盘上信号开区域的材质不同。作为非计算机控制的SRM的特例，光电式SRM所用的传感器是光电对管，其传感器盘就是光电盘，其上设置的非接触式传感器就是光电对管，其开关盘上就是遮光盘，其信号开区域就是透光区域。 

附图说明

图1是本发明光电式SRM第一实施例遮光盘的示意图； 

图2是本发明光电式SRM第一实施例光电盘和遮光盘的工作原理示意图； 

图3是本发明光电式SRM光电控制电路的示意图； 

图4是本发明光电式SRM第一实施例光电开关控制下绕组通断电的电流波形； 

图5是本发明光电式SRM第二实施例遮光片组的构造示意图； 

图6是本发明光电式SRM第三实施例的遮光盘和光电盘的工作原理示意图。 

其中： 

1.遮光盘；11.定遮光片；111.定遮光片透光缺口；12.动遮光片；121.动遮光片透光缺口；13.遮光盘透光区域；2.光电盘；21.光电对管；211.光电对管发射管；212.光电对管接收管；22.光电盘轴向凸轮；221.凸轮的函数曲面；3.转轴；4.驱动电路；41.功率开关管；42.续流二极管。 

优选实施例

本发明的各种实施例在调整机构上与本发明人的中国发明5中采用的动电刷和定电刷的调整机构可以完全相同。本发明的所有实施例主要陈述关于信号发生器的工作原理部分，而不再赘述调整机构的细节。 

本发明的优选实施例是采用光电管作为传感器的光电式SRM。其中针对调整机构的不同分为三种不同的优选实施例。 

这种光电式磁阻电机，由电机本体和光电控制器构成，光电控制器由光电信号发生器和功率输出单元构成；功率输出单元由功率开关管组及其触发控制电路构成，功率输出单元与传统的SRD功率输出部分相当；光电信号发生器由遮光盘、光电盘构成；遮光盘上有一定角程的透光区域，其特征在于： 

透光区域的数量与转子的极数相等，透光区域的角程与磁阻电机相绕组的导通角相等； 

光电盘上设置的光电对管的数量，与电机相数相等； 

光电盘可以绕转轴相对于定子绕组做位置调整性的运动。 

光电式SRM的光电管就是前述本发明非计算机控制SRM的非接触式传感器，其光电控制器就是信号控制器，其光电信号发生器就是信号发生器，遮光盘就是开关盘，光电盘就是传感器盘，透光区域就是信号开区域。 

光电式SRM的实施例全都是针对四相8-6极的光电式SRM，其他相数和极数的光电式SRM可以根据本发明所述的原理和传统开关磁阻电机的公知技术推理而来。 

第一优选实施例是光电式SRM的遮光盘和光电盘的位置都是固定不变的，也就是说，这种光电式SRM是应用于有限调速类应用场合的，它只能借助直流斩波调压的方式进行调速。 

图1示意了第一实施例遮光盘的构造。 

在遮光盘1外缘上，沿其周向均匀分布着具有一定角程的透光区域13。所述透光区域13的角程，就是透光区域13对转轴3的角投影的数值，也就是按遮光盘1的转动方向，遮光盘1上透光区域13的前缘对转轴3的连线，与透光区域13后缘对转轴3的连线夹角的数值。 

透光区域13的角程与电机绕组的导通角相等。 

遮光盘1中心的扁方孔构造，决定了遮光盘1只能随具有轴端扁方的转轴3转动，还有轴端螺母可以制止遮光盘的沿轴向运动。 

对于8-6极电机，转子的极数为6，因此透光区域13的数量也是6。对于同样是4相的16-12极电机，转子的极数是12，那么透光区域13的数量就是12。而对于3相的6-4极SRM，转子的极数是4，透光区域13的数量就是4；对于5相的10-8极SRM，转子的极数是8，透光区域的数量就是8。 

也就是说：透光区域13的数量与转子的极数相等。 

图2示意了光电盘和遮光盘的工作原理，也就是本发明光电信号发生器的工作原理。 

光电盘2上设置了光电对管21；光电对管21的数量等于电机定子相数。对于四相的8-6极SRM电机，光电对管21的最小数量等于4。每个光电对管在光电盘上的位置分布与其相应的相绕组的位置分布相关。 

对于四相的8-6极SRM电机，共有八个绕组，各自相对于转轴呈45°角分置与定子上。由于8-6电机上两个位置相对的绕组属于同一相，因此光电对管可以按图2所示的方案排列。 

对于6-4极的SRM，相数为3，光电对管最小数为3，相绕组共6个，各自呈60°角相邻分布，因此光电对管在光电盘上的分布，就是三个光电对管各自呈60°角相邻的形式。 

光电对管21的数量也可以等于相数的倍数，但出于等效原则和最低成本的考虑，光电对管21的数量应等于电机定子的相数。

当光电盘2绕转轴相对于定子绕组做位置调整时，绕组的开通角θ1和关断角θ2同时同量地变化。当光电盘2的转动使θ1和θ2的值向减小的方向变化时，电机转速提高。但这种提高有个限度。当光电盘在改变电机转速的调整方向上发生位置超调时，SRM将发生失步，使SRM转向立即发生逆转。 

图3示意了本发明第一实施例的光电控制电路。该图中并不包括功率电路的限流装置。 

沿光电对管发射管211的光轴，在遮光盘1的对面设置着该光电对管的接收管212。通常光电对管21采用槽式光电对管，其槽宽应当能容纳下遮光盘1的厚度。 

当遮光盘1随转轴转动时，光电对管的发射管211发出的持续光线，经遮光盘1上的透光区域调制后成为具有位置信息的光信号，被光电接收管212接收。光电对管的接收管212的输出信号，经限位和限流元件的作用后，与功率输出单元的功率开关器件41的控制端相连。功率输出单元件通常采用IGBT、功率达林顿开关管或其他高功率开关电子管。对于IGBT来说，其控制端就是栅极，对于功率达林顿开关管来说，其控制极就是基极。因此，光电对管的接收管212，其导通或截止的状态最终可以唯一地决定一个相绕组功率开关管的导通或截止。功率开关管截止时，磁场能量以续流的形式转化为电流，经续流二极管42返回电源正极。 

也就是说，当遮光盘1上的透光区域13转到某光电管接收管212的位置时，该光电接收管212导通，与之相应的相绕组的功率开关管导通；当遮光盘1上的透光区域13转过某光电管接收管212的位置，该光电接收管212截止，与之相应的相绕组的功率开关管截止。 

针对非计算机控制的SRM来说，这种非计算机控制的SRM由电机本体和信号控制器构成；信号控制器由信号发生器和功率输出单元构成，其中信号发生器由开关盘、传感器盘构成；具有实时调整功能的本发明SRM，其信号发生器还包括调整机构；传感器盘上设置有非接触式的位置或角度传感器，功率输出单元由功率开关管组及其触发控制电路构成，功率输出单元与传统的SRD功率输出部分相当，其特征在于： 

开关盘随转轴旋转，开关盘上具有信号开区域，其余为信号关区域； 

信号开区域具有一定的角程，且其角程与电机绕组的导通角相等； 

信号开区域的位置在开关盘上均匀分布，且其数量与转子极数相等； 

传感器盘上设置了非接触式传感器，非接触式传感器的数量等于电机的相数，或等于相数的倍数； 

传感器盘可以绕转轴做相对于定子绕组的位置做调整性运动，非接触式传感器在传感器盘上的位置分布与电机相绕组的分布相关； 

每个非接触式传感器都在功率输出单元中有其对应的相绕组功率开关管，且其开关状态与最终可以唯一地决定这个相绕组功率开关管的导通或截止； 

当开关盘上的信号开区域转到某非接触式传感器的位置时，该非接触式传感器导通，使对应的相绕组功率开关管导通；当信号开区域转过某非接触式传感器的位置时，该非接触式传感器截止，使对应的相绕组功率开关管截止； 

调整信号开区域的大小相当于调整传统SRM的导通角，调整传感器盘相对于定子绕组的角位置相当于调整传统SRM的开通角。 

由于本发明第一实施例的光电式SRM，其透光区域13的角程和光电盘2的位置都是固定的，因此只能在电机出厂前，按照应用的需求，事先调整好二者的数值或状态。 

在图4a中，电流波形所表达的本发明第一实施例的样本导通角是22°，其中开通角是-4°，关断角是18°。 

如果要使开通角θ1和关断角θ2达到图4b的状态，即开通角θ1＝-6°，关断角θ2＝15°，除了在出厂前事先设置，或者在现场临时更改设置之外，还可以采用本发明第二实施例的可实时调控方案。 

图5是本发明光电式SRM第二实施例遮光片组的构造示意图。 

图中的遮光盘1是由两个遮光片构成的，其中一个定遮光片11仅随转轴3转动，而另一个动遮光片12不但可以随转轴3转动，还可以在动遮光片调整机构的控制下，绕转轴3相对于定遮光片11做位置调整性运动；两个遮光片沿轴向比邻安装，其上各有透光缺口111和121；两个遮光片透光缺口111和121的交错叠置，形成透光区域13；当动遮光片12在其调整机构驱动下调整位置时，两个遮光片透光缺口111和121的交叠部分发生变化，致使透光区域13的角程发生变化。 

定遮光片11的中心部位采用的是扁方孔构造，以便与转轴3的轴端扁方构造相匹配，使定遮光片11仅随转轴3转动。另有轴端螺母限制了定遮光片11的轴向自由度。而动遮光片12的中心部位采用圆孔构造，因而可以相对于转轴3和定遮光片11做独立的转动。动遮光片调整机构可以驱动动遮光片12绕转轴3相对于定遮光片11的独立转动，其转动的幅度和方向由动遮光片调整机构的运动幅度和方向决定。一般动遮光片12的最大转动幅度为绕组的最大导通角。也就是说，这种构造的遮光片组可以输出的导通角范围，可以达到0～100％最大导通角的范围。 

可以通过光电盘调整机构调整光电盘2的位置，以达到调整绕组通电时刻和反转的目的，此时光电盘调整机构使光电盘2绕转轴3做位置调整性运动。 

优先选用的两个调整机构的方案是：沿轴向运动的调整机构控制透光区域的大小，沿周向运动的调整机构控制光电盘的位置。 

对于光电式SRM和非计算机控制SRM来说，前者的动遮光片对应于后者的动开关体，前者的的定遮光片对应于后者的定开关体，前者的透光缺口对应后者的信号开全域。 

因此对于非计算机控制SRM来说，通过调整机构分别调整信号开区域和传感器盘的位置，其特征在于： 

开关盘是由两个开关体构成的，其中一个定开关体仅随转轴转动，而另一个动开关体既可以随转轴转动，还可以在其调整机构控制下绕转轴相对于定开关体做位置调整性运动；两个开关体沿轴向比邻安装，且其上各有数量与转子极数相等且均匀分布的信号开全域；两个开关体信号开全域的交错叠置，形成信号开区域；当动开关体在其调整机构驱动下调整位置时，信号开区域的角程发生变化。 

可以通过传感器盘调整机构调整传感器盘的位置，以达到调整绕组通电时刻和反转的目的，其特征在于：通过传感器盘调整机构使传感器盘绕转轴做位置调整性运动。 

本发明光电式SRM的第二种实施例和中国专利5的相关实施例，都是将导通角与导通时刻由两个独立的调整机构进行分别调整，已达到最佳的控制目的。当SRM进入振动状态而难以自拔时，可以直接通过增大开通角或减小关断角的方法减小续流强度，使SRM自振动状态中解脱出来。关于开通角和关断角的取值问题，如图4所述。 

对于已知的负载或简单的控制，可以采用本发明第一实施例和中国专利5的第一实施例的方式，在SRM出厂前，或者在现场事先按需求固定透光区域和光电盘的位置。除此而外，还可以采用本发明光电式SRM的第三种实施例的方案，即利用轴向凸轮将光电盘调整机构的转角与透光区域调整机构的轴向位移关联起来的方案。 

光电盘与轴向凸轮固定连接，轴向凸轮通过凸轮顶杆驱动透光区域调整机构。将光电盘的位置与透光区域的大小，根据负载的性质和控制目标事先拟合出一个相关曲线或函数关系，并将这个曲线或函数关系以角度与轴向位移的相关形式，表达在轴向凸轮上。当调整光电盘的位置时，光电盘的转动角度带动轴向凸轮转过相应的角度，使透光区域调整机构的顶杆盘在轴向凸轮的作用下发生相应的位移，带动透光区域的角程做相应的变化，使光电盘的位置与透光区域角程的对应关系完全再现事先确定的曲线关系。 

图6是本发明第三种优选实施例的遮光片组和光电盘以及一种联合调整机构的示意图。图中的轴向凸轮22与光电盘2固定联在一起，并可以随光电盘做相对于定子绕组的转动。轴向凸轮22具有轴向函数曲面。该函数曲面在轴向上表达了透光区域与光电盘位置的联动关系，以使调整机构发生符合要求的轴向运动。这种轴向函数曲面在轴向凸轮上通常多达数个，以便于调整机构在被驱动于轴向运动时保持平衡。 

除轴向凸轮之外，还可以采用机电形式表达透光区域与光电盘的位置的关系，光电盘的转动角度作为输入参数，通过计算机控制系统驱动透光区域调整机构，其特征在于：以光电盘位置变化角度为输入参数，通过计算机程序按预定函数关系的计算，得到透光区域调整机构在轴向运动所需的方向和距离，以齿条或直线电机，向透光区域调整机构传递轴向运动。 

对于非计算机控制的SRM来说，传感器盘与轴向凸轮相连，轴向凸轮通过凸轮顶杆驱动信号开区域调整机构，其特征在于：将传感器盘的位置与信号开区域的大小，事先拟合出一个相关曲线，并将这个曲线以角度与轴向位移的相关形式，表达在信号开区域调整机构上；当调整传感器盘的位置时，传感器盘的转动角度带动信号开区域调整机构做相应的运动，使信号开区域调整机构在其作用下发生相应的轴向位移，从而带动信号开区域的角程做相应的变化，使传感器盘的位置与信号开区域角程的对应关系完全再现事先确定的曲线关系。 

另外，还可以将传感器盘的转动角度作为输入参数，通过计算机控制系统驱动信号开区域调整机构，其特征在于：以传感器盘位置变化角度为输入参数，通过计算机程序按预定函数关系的计算，得到信号开区域调整机构在轴向运动所需的方向和距离，以齿条或直线电机，向信号开区域调整机构传递轴向运动。 

上述三种优选实施例均是本发明应用光电开关作为非接触传感器的一个特例。但前述三个实施例所采用的技术方案，完全可以用于以霍尔元件为基础的磁控式SRM的方案。 

所述磁控式SRM，可以采用霍尔传感器作为信号源。磁控式SRM由电机本体和磁信号控制器构成，磁信号控制器由磁信号发生器和功率输出单元构成；功率输出单元由功率开关管组及其触发控制电路构成，功率输出单元与传统的SRD功率输出部分相当；磁信号发生器由永磁体盘、霍尔盘构成；永磁体盘上有一 定角程的有磁区域，设定某一极性的有磁区域为磁信号开区域，而另一极性的有磁区域或无磁区域就是磁信号关区域，其特征为：磁信号开区域在永磁体盘上均匀分布，且其数量与转子的极数相等，磁信号开区域的角程与磁阻电机相绕组的导通角相等，霍尔盘上设置的霍尔元件的数量，与电机相数相等，霍尔盘可以绕转轴相对于定子绕组做位置调整性的运动。 

每个霍尔元件，其导通或截止的状态最终可以唯一地决定一个相绕组功率开关管的导通或截止；当永磁体盘上的磁信号开区域转到某霍尔元件的位置，该霍尔元件导通，与之相应的相绕组的功率开关管导通；当永磁体盘上的磁信号开区域转过某霍尔元件的位置，该霍尔元件截止，与之相应的相绕组的功率开关管截止。 

相对于光电式SRM第二实施例来说，磁控式SRM有蔽磁片与动遮光片对应，而永磁体盘则对应定遮光片。另外还有蔽磁片的调整机构。蔽磁片是由顺磁材料制成的，其比邻永磁体盘，安装于其靠近霍尔元件的一侧，并使其可以绕转轴相对于永磁体盘做位置调整性运动，以改变霍尔元件可感知的有磁区域的大小。其上开有数量与转子极数相等的透磁缺口。蔽磁片上透磁缺口的角程与永磁体盘上有磁区域的角程交叠之后，形成有磁区域；当蔽磁片在其调整机构驱动下调整位置时，有磁区域的角程发生变化。 

同理，磁控式SRM也有与光电式SRM相似的第三种实施例的方案，其技术特征可以做到实际上与光电式SRM各组件对应相似的程度。 

在传统的SRM上，无论是选用光电式的转子位置传感器还是磁控式的转子位置传感器，或是其他非接触式传感器技术的转子位置传感器，主要是根据成本和可靠性因素考虑的，其各种非接触式传感器技术下应该使用什么样相应类型的开关盘，可以由公知技术推理而出，而实时地或预先地确定开关盘的信号开区域的大小才是本发明的技术思想之一。 

藉此，还可以构建出基于其他非接触式传感器的费计算机控制的SRM。比如基于电容式的、电感式的、涡电流等非接触传感器。 

凭借上述三个优选实施例，已经使非计算机控制的SRM具有与传统SRM完全相同的控制方式，并避免了传统SRM的振动和噪声，这就为这种非计算机控制的SRM替代传统的SRM打下了理论基础。以光电式SRM的工艺简单及效率高的优势，以及光电式乃至磁控式SRM无需维护的特点，这种非计算机控制的SRM不但可以大规模地替代直流串激电机、直流他励电机等直流有刷电机，甚至可以相当程度地替代交流异步电机。 

Claims (9)

1.一种光电式开关磁阻电机，由电机本体和光电控制器构成，光电控制器由光电信号发生器和功率控制器构成，光电信号发生器由遮光盘、光电盘构成，遮光盘上有一定角程的透光区域，其特征为：透光区域的数量与转子极数相等。

2.如权利要求1所述的光电式开关磁阻电机，其特征在于：透光区域的角程与电机相绕组的导通角相等。

3.如权利要求2所述的光电式开关磁阻电机，光电盘上设置了光电对管，功率控制器由功率开关管及其触发控制电路构成，功率控制器与传统的SRD功率输出部分相当，其特征在于：每个光电对管的接收管，其导通或截止的状态最终可以唯一地决定一个相绕组功率开关管的导通或截止；当遮光盘上的透光区域转到光电管接收管位置，光电接收管导通，与之相应的相绕组的功率开关管导通；当遮光盘上的透光区域转过光电管接收管位置，光电接收管截止，与之相应的相绕组的功率开关管截止。

4.如权利要求3所述的光电式开关磁阻电机，其特征在于：光电对管的数量与定子磁极的相数相等。

5.如权利要求2和3所述的光电式开关磁阻电机，其遮光盘由定遮光片和动遮光片组成，可以通过动遮光片调整机构调整透光区域的角程，以达到调整导通角的目的，其特征在于：遮光盘是由两个遮光片构成的，其中一个定遮光片仅随转轴转动，而另一个动遮光片既可以随转轴转动，还可以在其调整机构控制下绕转轴相对于定遮光片做位置调整性运动；两个遮光片沿轴向比邻安装，且其上各有数量与转子极数相等且均匀分布的透光缺口；两个遮光片透光缺口的交错叠置，形成透光区域；当动遮光片在其调整机构驱动下调整位置时，透光区域的角程发生变化。

6.如权利要求4所述的光电式开关磁阻电机，可以通过光电盘调整机构调整光电盘的位置，以达到调整绕组通电时刻和反转的目的，其特征在于：通过光电盘调整机构使光电盘绕转轴做位置调整性运动。

7.如权利要求5和6所述的光电式开关磁阻电机，动遮光片和光电盘都在其各自的调整机构驱动下做位置调整运动，其特征在于：沿轴向运动的调整机构控制透光区域的大小，沿周向运动的调整机构控制光电盘的位置。

8.如权利要求5、6和7所述的光电式开关磁阻电机，光电盘与轴向凸轮相连，轴向凸轮通过凸轮顶杆驱动透光区域调整机构，其特征在于：将光电盘的位置与透光区域的大小，事先拟合出一个相关曲线，并将这个曲线以角度与轴向位移的相关形式，表达在轴向凸轮上；当调整光电盘的位置时，光电盘的转动角度带动轴向凸轮转过相应的角度，使透光区域调整机构的顶杆盘在轴向凸轮的作用下发生相应的位移，带动透光区域的角程做相应的变化，使光电盘的位置与透光区域角程的对应关系完全再现事先确定的曲线关系。

9.如权利要求8所述的光电式开关磁阻电机，光电盘的转动角度作为输入参数，通过计算机控制系统驱动透光区域调整机构，其特征在于：以光电盘位置变化角度为输入参数，通过计算机程序按预定函数关系的计算，得到透光区域调整机构在轴向运动所需的方向和距离，以齿条或直线电机，向透光区域调整机构传递轴向运动。

Images