CN104467338A - 一种无转子位置传感器的开关磁阻电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无转子位置传感器的开关磁阻电机。它包括定子磁极AA'、定子磁极BB'、定子磁极CC'、励磁绕组WA、励磁绕组WB、励磁绕组WC，位置电势感应线圈、感应电势滤波整形器、变增益比例调节器、鉴幅器及位置脉冲形成器；位置电势感应线圈的同名端与感应电势滤波整形器的输入端相连，位置电势感应线圈的异名端接地，感应电势滤波整形器经变增益比例调节器与鉴幅器及位置脉冲形成器相连，鉴幅器及位置脉冲形成器的输出端与开关磁阻电机的控制器相连。本发明无旋转部件，无需整定定子、转子磁极对齐操作，电机体外无任何安装器件，结构简单，不影响电机的外结构，运行可靠、体积小、成本低的，能提供准确的换相信息，实用性强。

Description

一种无转子位置传感器的开关磁阻电机
技术领域
本发明涉及一种开关磁阻电机，特别涉及一种无转子位置传感器的开关磁阻电机。
背景技术
随着电力电子和电气传动控制技术的发展，开关磁阻电机的制造技术和控制技术得到了迅速发展。开关磁阻电机传动系统以其优良的力能指标以及高效节能的性能得到电气传动领域一致认可。但是开关磁阻电机的定转子磁极是凸极结构，运行于磁路磁阻最小的原理上，开关磁阻电机控制器必须根据转子位置进行换相才能正常运行。开关磁阻电机可分为有转子位置传感器开关磁阻电机和无转子位置传感器开关磁阻电机，由于纯无转子位置传感器的开关磁阻电机，转子信息是通过其它的物理量计算间接获取，当前工程应用技术还不成熟，目前工程应用中几乎都是有转子位置传感器的开关磁阻电机。转子位置传感器通常有光电式、霍尔元件式、电磁式等。开关磁阻电机采用专用转子位置传感器增加了电机的复杂性，体积大，降低了电机运行的可靠性，提高了成本。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、运行可靠、体积小、成本低、能提供准确换相信息的无转子位置传感器的开关磁 阻电机。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：包括定子磁极AA′、定子磁极BB′、定子磁极CC′、励磁绕组WA、励磁绕组WB、励磁绕组WC，其特征在于，还包括位置电势感应线圈、感应电势滤波整形器、变增益比例调节器、鉴幅器及位置脉冲形成器；所述位置电势感应线圈分为嵌在定子磁极AA′上的位置电势感应线圈WAH、嵌在定子磁极BB′上的位置电势感应线圈WBH、嵌在定子磁极CC′上的位置电势感应线圈WCH；所述位置电势感应线圈的同名端与感应电势滤波整形器的输入端相连，所述位置电势感应线圈的异名端接地，所述感应电势滤波整形器经所述变增益比例调节器与所述鉴幅器及位置脉冲形成器相连，所述鉴幅器及位置脉冲形成器的输出端与开关磁阻电机的控制器相连。
上述的无转子位置传感器的开关磁阻电机中，所述位置电势感应线圈是在各相的一个定子磁极上绕制一个，或在同相各个磁极上绕制一个线圈，同相位置电势感应线圈顺极性串联连接。
上述的无转子位置传感器的开关磁阻电机中，所述变增益比例调节器包括输入电阻R1和等效负反馈电阻RF，所述变增益比例调节器的放大倍数为K＝1+RF/R1，等效负反馈电阻RF的阻值与电机转速n呈线性反比例，即在电机1.2倍额定转速时整定放大倍数K＝1，零速时，RF的阻值整定为5R1。
所述感应电势滤波整形器由电感、电容和二极管组成，所述电感的左端与所述位置电势感应线圈的同名端相连，右端分别与所述电容和二极管的输入端相连，所述电容另一端接地，所述二极管的输出端 与所述变增益比例调节器相连。
本发明的有益效果在于：本发明中安装在定子磁极上的位置电势感应线圈的感应电势的幅值与定转子磁极轴线重合度直接相关，当定子、转子磁极重合时，对应相感应线圈的感应电势达到最大值，即幅值。感应电势经感应电势滤波整形器滤波整形、变增益比例调节器处理后，由鉴幅器及位置脉冲形成器输出位置脉冲。
本发明提供的无转子位置传感器的开关磁阻电机无旋转部件，无需整定定子、转子磁极对齐操作，电机体外无任何安装器件，结构简单，不影响电机的外结构，运行可靠、体积小、成本低的，能提供准确的换相信息，实用性强。
附图说明
图1为本发明中基于电势幅值法获取转子位置脉冲的原理框图；
图2为本发明中三相6/4极开关磁阻电机的结构图；
图3为本发明感应电势滤波整形器的电路结构图；
图4为本发明中变增益比例调节器的电路结构图；
图5为本发明中鉴幅器及位置脉冲形成器的电路结构图；
图6为本发明中利用电势幅值获得位置脉冲的波形图。
具体实施方式
参见图1，图1为本发明中基于电势幅值法获取转子位置脉冲的原理框图。图中WA是A相的励磁绕组，WAH是A相的位置电势感应线圈，绕制在A相的一个定子磁极上，位置电势感应线圈的输出送到电势滤波整形器的输入端，经过整形后送到变增益比例调节器，再 利用鉴幅器获得位置脉冲。
下面以一台三相6/4极开关磁阻电机为例结合附图对本发明的工作原理作出进一步说明。
如图2所示，AA′是A相的一对定子磁极，WA是A相的励磁绕组，WAH是A相的位置电势感应线圈，绕制在A相的一个定子磁极上。同样的，WBH是B相的位置电势感应线圈，绕制在B相的一个定子磁极上；WCH是C相的位置电势感应线圈，绕制在C相的一个定子磁极上。位置电势感应线圈WAH的同名端与A相的感应电势滤波整形器的输入端相连，异名端接在系统地上；位置电势感应线圈WBH的同名端与B相的感应电势滤波整形器的输入端相连，异名端接在系统地上；位置电势感应线圈WCH的同名端与C相的感应电势滤波整形器的输入端相连，异名端接在系统地上。
当电机A相的励磁绕组WA已供电励磁，电机以转速n顺时针方向旋转，运行过程中A相转子磁极轴线与定子磁极轴线夹角不断减小，感应电势eA不断增大，如图6所示，当定、转子磁极对齐时感应电势eA达到幅值。
由于开关磁阻电机定子励磁绕组中流过的是单方向的直流脉冲电流，由于磁通Φm是平顶波，故感应电势eA正半周为平顶波，感应电势eA负半周的波形由漏感和互感确定，感应电势eA的正半周波形反映了定转子磁极重合程度，感应电势eA通过感应电势滤波整形器后变为只含正半周的电势eA1，如图6所示。
考虑到感应电势eA的幅值直接受电机转速的影响，转速高时感应电势eA的幅值大，转速低时感应电势eA的幅值小，而鉴幅器及位置脉 冲形成器的参考电压UR是确定的，一旦设定不能修改。因此有必要对感应电势eA和电势eA1进行反比例放大，电势eA1经变增益比例调节器调节后输出电势eAx，电势eA2与电势eA1的波形相同，但电势eA2是一个等幅不等宽的位置电势，如图6所示。这有利于鉴幅器及位置脉冲形成器在参考电压UR下鉴别出其幅值且产生位置脉冲HA。
变增益比例调节器采用场效应管在放大区工作，还包括输入电阻R1和等效负反馈电阻RF，变增益比例调节器的放大倍数为K＝1+RF/R1。等效负反馈电阻RF的阻值与电机转速n呈线性反比例，即场效应管反比例受控于电机转速n经D/A转换后的控制信号，即电机速度越高，等效负反馈电阻RF的阻值越小，反之等效负反馈电阻RF的阻值越大。在电机1.2倍额定转速时整定放大倍数K＝1，零速时，RF的阻值整定为5R1。
等幅的位置电势eA2输入到鉴幅器及位置脉冲形成器的输入端，同相输入的比较器是鉴幅器及位置脉冲形成器的主要电路，设置参考电压UR为+5V，当位置电势eA2≤+5V时，位置脉冲HA＝0；当位置电势eA2＞+5V时，位置脉冲HA＝+5V，即输出的位置脉冲HA为高电平，此高电平的位置脉冲HA为开关磁阻电机的控制器中的微处理器提供转子位置信息。控制器的微处理器MCU接受到A相转子位置脉冲HA，经处理后，停止对A相的励磁绕组WA供电，同时为C相的励磁绕组WC供电。
则电机在C相励磁绕组WC的电磁作用下，继续沿顺时针方向旋转，C相转子磁极轴线与定子磁极轴线夹角不断减小，感应电势eC不断增大，当定、转子磁极对齐时达到幅值。感应电势eC通过感应电 势滤波整形器后变为只含正半周的电势eC1，经变增益比例调节器调节后输出电势eC2，最后在鉴幅器及位置脉冲形成器参考电压UR下鉴别出其幅值并产生位置脉冲HC。控制器的微处理器MCU接受到C相转子位置脉冲HC，经处理后，停止对C相的励磁绕组WC供电，同时为B相的励磁绕组WB供电。
则电机在B相励磁绕组WB的电磁作用下，继续沿顺时针方向旋转，B相转子磁极轴线与定子磁极轴线夹角不断减小，感应电势eB不断增大，当定、转子磁极对齐时达到幅值。感应电势eB通过感应电势滤波整形器后变为只含正半周的电势eB1，经变增益比例调节器调节后输出电势eB2，最后在鉴幅器及位置脉冲形成器参考电压UR下鉴别出其幅值并产生位置脉冲HB。控制器的微处理器MCU接受到B相转子位置脉冲HB，经处理后，停止对B相的励磁绕组WB供电，同时为A相的励磁绕组WA供电。
上述过程周而复始，实现无转子位置传感器的开关磁阻电机的顺时针运行。开关磁阻电机逆时针运行的过程与此类似，仅励磁绕组接通顺序不同。
注：如图2所示的三相6/4极开关磁阻电机：
(1)电机顺时针方向运转通电顺序
(2)电机逆时针方向运转通电顺序。

Claims (4)

1.一种无转子位置传感器的开关磁阻电机，包括定子磁极AA′、定子磁极BB′、定子磁极CC′、励磁绕组WA、励磁绕组WB、励磁绕组WC，其特征在于，还包括位置电势感应线圈、感应电势滤波整形器、变增益比例调节器、鉴幅器及位置脉冲形成器；所述位置电势感应线圈分为嵌在定子磁极AA′上的位置电势感应线圈WAH、嵌在定子磁极BB′上的位置电势感应线圈WBH、嵌在定子磁极CC′上的位置电势感应线圈WCH；所述位置电势感应线圈的同名端与感应电势滤波整形器的输入端相连，所述位置电势感应线圈的异名端接地，所述感应电势滤波整形器经所述变增益比例调节器与所述鉴幅器及位置脉冲形成器相连，所述鉴幅器及位置脉冲形成器的输出端与开关磁阻电机的控制器相连。
2.如权利要求1所述的无转子位置传感器的开关磁阻电机，其特征在于，所述位置电势感应线圈是在各相的一个定子磁极上绕制一个，或在同相各个磁极上绕制一个线圈，同相位置电势感应线圈顺极性串联连接。
3.如权利要求1所述的无转子位置传感器的开关磁阻电机，其特征在于，所述变增益比例调节器包括输入电阻R1和等效负反馈电阻RF，所述变增益比例调节器的放大倍数为K＝1+RF/R1，等效负反馈电阻RF的阻值与电机转速n呈线性反比例，即在电机1.2倍额定转速时整定放大倍数K＝1，零速时，RF的阻值整定为5R1。
4.如权利要求1所述的无转子位置传感器的开关磁阻电机，其特征在于，所述感应电势滤波整形器由电感、电容和二极管组成，所述电感的左端与所述位置电势感应线圈的同名端相连，右端分别与所述电容和二极管的输入端相连，所述电容另一端接地，所述二极管的输出端与所述变增益比例调节器相连。
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