CN110718995A - 一种多相开关磁阻电机电流检测方法及检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多相开关磁阻电机电流检测方法及检测系统，包括：基于相重叠的各相当前驱动控制信号，在每相的连接在分离负直流母线的不对称半桥功率变换器中一负直流母线上的负母线开关管的驱动控制信号处于低电平时，在该负直流母线上采集一次其它各相的总相电流；基于所有总相电流，计算各相相电流；生成多相等相位差的负母线开关管脉冲信号，采集电机当前转子角度；基于当前转子角度、各相相电流和各相脉冲信号，生成各相开关管驱动控制信号并控制电机，重复上述过程，实现多相开关磁阻电机电流检测。本发明实现只需一个电流传感器，通过多相脉冲注入、电流采样和相电流求解，检测多相开关磁阻电机各相电流，有效降低电流检测系统的成本。

Description

一种多相开关磁阻电机电流检测方法及检测系统

技术领域

本发明属于电机技术领域，更具体地，涉及一种多相开关磁阻电机电 流检测方法及检测系统。

背景技术

随着社会经济的不断发展和思想文化水平的不断提高，环保日渐成为 了人类社会的主题之一。汽车作为能源消耗的主力，已经广泛的存在于我 们的生活之中，成为了我们必不可少的出行工具。传统汽车采用石油作为 能量来源，通过内燃机以燃烧的形式将化学能转化为机械能，这种方案需 要使用不可再生能源石油，排除的尾气易造成空气污染。相反，电动汽车 采用清洁能源电能作为能量来源。电能的获取方式多种多样，解决了石油资源短缺所带来的问题。目前，大多电动汽车采用永磁电机作为驱动电机， 永磁电机需要使用稀土资源，但稀土的开采会带来更为严重的环境污染， 而且汽车电机运行环境往往较为恶劣，而永磁电机的永磁体在高温下存在 退磁问题，在对安全性要求极高的汽车中使用会带来安全隐患。

开关磁阻电机天生具有结构简单，鲁棒性好，调速性能好，启动转矩 大，不需要使用稀土等优势，成为了应用于电动汽车的合适选择。但是， 开关磁阻电机也存在着转矩脉动大和震动噪声大的不足。目前，解决的方 法之一是增加电机相数。但是相数的增加意味着电流传感器数目的增加， 系统的体积和成本都会提升，例如五相开关磁阻电机需要使用分别放置在 五个绕组上的五个电流传感器来检测相电流。

发明内容

本发明提供一种多相开关磁阻电机电流检测方法及检测系统，用以解 决现有多相开关磁阻电机电流检测中因随电机相数增加而存在电流传感器 数量过多的技术问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种多相开关磁阻电机电 流检测方法，包括：

基于相重叠下各相当前驱动控制信号，在每相的连接在分离负直流母 线的不对称半桥功率变换器中一负直流母线上的负母线开关管的驱动控制 信号处于低电平时，在该负直流母线上采集一次其它各相的总相电流；

基于所有所述总相电流，计算各相相电流；

生成多相等相位差的负母线开关管脉冲信号，采集电机当前转子角度；

基于所述当前转子角度、所述各相相电流和各相所述脉冲信号，生成 所述功率变换器中各相开关管的驱动控制信号并驱动电机，重复执行上述 过程，实现多相开关磁阻电机电流检测。

本发明的有益效果是：本发明提出了一种基于多相脉冲注入的多相开 关磁阻电机电流检测方法，因为当连接在分离负直流母线的不对称半桥功 率变换器中一负直流母线上的负母线开关管的驱动控制信号处于低电平时， 此时该负直流母线上的电流为仅除该相以外的其它各相的相电流总和，因 此，基于相重叠下各相当前驱动控制信号，采集各相对应的总相电流，实 现两个负直流母线的电流解耦。基于这种方式，可以采集多个总相电流， 以求解方程组得到各相电流，准确方便。之后，基于当前转子角度可以判 断各相处于工作状态(包括励磁状态和续流状态)还是退磁状态，并根据 每相的相电流可以判断该相处于励磁状态或续流状态，以生成各相开关管 的驱动控制信号，实现多相开关磁阻电机电流检测及电机驱动控制。本发 明只需一个电流传感器在每个时刻采集一个电流信息，通过多相脉冲注入、 电流采样和相电流求解这三个步骤来检测多相开关磁阻电机各相电流，有 效降低了电流检测系统的成本。

上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，各所述脉冲信号的占空比为0.9-0.95。

本发明的进一步有益效果是：各相脉冲信号的占空比设置在0.9-0.95， 使得每相的低电平时间较短，这在保证每相处于低电平时能够测得其它重 叠相的总相电流的同时，使得存在脉冲注入和不存在脉冲注入时各相的相 电流波形基本相同，即脉冲的注入对相电流波形几乎没有影响，不影响电 机正常运行。

进一步，第k相低电平时采集的所述总相电流 I_dck＝i₁+i₂+…+i_k-1+i_k+1+…+i_n；式中，i₁、i₂、i_k-1、i_k+1、i_n分别表示多相开关磁 阻电机的第1、2、k-1、k+1和n相的相电流；

则所述计算各相相电流，具体为：联立n个所述总相电流的方程组计算 得到。

本发明的进一步有益效果是：若存在相重叠时，不论是处于相导通角 范围内的导通相，还是处于非导通角范围内的非导通相，其相电流均可以 采用统一的方程求解，利用各相脉冲处于低电平时采集的电流，求解方程 组，即可得到各相相电流，方便快捷。

进一步，所述计算各相相电流之前，所述方法还包括：

若不存在相重叠时，则从所述直流母线上采集电流，作为当前处于工 作状态的相的相电流。

本发明的进一步有益效果是：若不存在相重叠，那么此时采集的电流 即为该相当前的相电流，本方法增强了适用性。

进一步，所述生成所述功率变换器中各相开关管的驱动控制信号，具 体为：

若判断当前转子角度位于多相导通角内，则重叠各相的负母线开关管 的驱动控制信号为各自对应的所述脉冲信号，否则，单相的负母线开关管 的驱动控制信号为单脉冲方波；正母线开关管的驱动控制信号为基于该相 相电流与其预设参考值大小生成以控制该相处于励磁状态或续流状态。

本发明还提供一种多相开关磁阻电机电流检测系统，包括：分离负直 流母线的不对称半桥功率变换器，控制器，以及分别所述控制器连接的电 流传感器、位置传感器和脉冲发生器；所述功率变换器中每相输出端口与 待检测多相开关磁阻电机中该相绕组连接；所述位置传感器用于采集待检 测多相开关磁阻电机的当前转子角度；所述脉冲发生器用于生成多相等相 位差的负母线开关管脉冲信号；所述电流传感器，还与所述功率变换器中一负直流母线连接，用于采集该负直流母线上的电流信息；

所述控制器，用于基于相重叠下各相当前驱动控制信号，从所述电流 传感器采集的电流信息中提取在每相的连接在所述负直流母线上的负母线 开关管的驱动控制信号处于低电平时其它各相的总相电流，基于所有所述 总相电流，计算各相相电流；基于各相当前所述脉冲信号、所述当前转子 角度和所述各相相电流，生成所述功率变换器中各相开关管的驱动控制信 号并控制所述功率变换器。

本发明的有益效果是：本发明提出了一种基于多相脉冲注入的多相开关 磁阻电机电流检测系统，引入一个电流传感器和脉冲发生器，因为当连接 在分离负直流母线的不对称半桥功率变换器中一负直流母线上的负母线开 关管的驱动控制信号处于低电平时，此时该负直流母线上的电流为仅除该 相以外的其它各相的相电流总和，因此，基于相重叠下各相当前驱动控制 信号，采集各相对应的总相电流，基于这种方式，控制器可以得到多个总 相电流，以求解方程组得到各相电流。之后，控制器基于当前转子角度可 以判断各相处于工作状态(包括励磁状态和续流状态)还是退磁状态，并 根据每相的相电流可以判断该相处于励磁状态或续流状态，以生成各相开 关管的驱动控制信号，实现多相开关磁阻电机电流检测及电机驱动控制。 本发明电流检测系统仅用一个电流传感器来获取多相开关磁阻电机相电流， 有效降低了电流检测系统的体积和成本。同时，进一步本发明仅需要一个 AD通道来采集直流母线电流，有利于降低控制器的成本，减小因不同AD 采样通道差异造成的误差。

进一步，各所述脉冲信号的占空比为0.9-0.95。

进一步，所述控制器用于所述计算各相相电流时，具体为：

式中，i_a，i_b，…，i_n分别为多相开关磁阻 电机a、b、、…、n相的相电流，I_dca、I_dcb、…、I_dcn分别为a、b、…、n 相的所述脉冲信号在低电平时采集到的电流信息。

进一步，所述控制器在计算各相相电流时，还用于：若不存在相重叠 时，则从所述直流母线上采集电流，作为当前处于工作状态的相的相电流。

进一步，所述控制器在生成所述功率变换器中各相开关管的驱动控制 信号时，具体为：

所述控制器判断当前转子角度是否位于多相导通角内，若是，生成重 叠各相的负母线开关管的驱动控制信号为各自对应的所述脉冲信号，否则， 生成单相的负母线开关管的驱动控制信号为单脉冲方波；另外，生成正母 线开关管的驱动控制信号为基于该相相电流与其预设参考值大小生成以控 制该相处于励磁状态或续流状态。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种多相开关磁阻电机电流检测方法的流 程框图；

图2为本发明实施例提供的五相脉冲信号示意图；

图3为本发明实施例提供的一种多相开关磁阻电机电流检测系统的示 意图；

图4为本发明实施例提供的开关磁阻电机A，B和C相的相电流示意 图；

图5为本发明实施例提供的脉冲1注入逻辑框图；

图6为本发明实施例提供的注脉冲后第二负直流母线电流和A，B，C 相的驱动控制信号示意图；

图7为本发明实施例提供的相电流方程组获取示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图 及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体 实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的 本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可 以相互组合。

实施例一

一种多相开关磁阻电机电流检测方法100，如图1所示，包括：

步骤110、基于相重叠下各相当前驱动控制信号，在每相的连接在分离 负直流母线的不对称半桥功率变换器中一负直流母线上的负母线开关管的 驱动控制信号处于低电平时，在该负直流母线上采集一次其它各相的总相 电流；

步骤120、基于所有总相电流，计算各相相电流；

步骤130、生成多相等相位差的负母线开关管脉冲信号，并采集电机当 前转子角度；

步骤140、基于当前转子角度、各相相电流和各相脉冲信号，生成功率 变换器中各相开关管的驱动控制信号并控制电机，重复执行步骤110，实现 多相开关磁阻电机电流检测。

需要说明的是，每个总相电流不包括退磁电流。

例如，功率变换器包括一个电容器、五相不对称半桥逆变器和分离负 直流母线结构；电容器并联在正负直流母线之间，起稳定电压的作用；五 相不对称半桥逆变器相互独立，每一相不对称半桥逆变器具有带反并联二 极管的第一开关管(即为正母线开关管)，带反并联二极管的第二开关管(即 为负母线开关管)，第一续流二极管和第二续流二极管；第一开关管的反并 联二极管阴极与正直流母线相连，第一开关管的反并联二极管阳极与第二 续流二极管的阴极相连，第二开关管的反并联二极管阴极与第一续流二极 管的阳极相连，第二开关管的反并联二极管阳极与第二负直流母线相连， 第一续流二极管的阴极与正直流母线相连，第二续流二极管的阳极与第一 负直流母线相连，每相不对称半桥逆变器输出端从第二续流二极管的阴极 和第一续流二极管的阳极引出，与五相开关磁阻电机各相绕组相连，通过 控制开关管的开通和关断可以实现将不同幅值(三种)的电压加到电机绕组的两端，从而实现对相电压的控制；关于直流母线，每相不对称半桥逆 变器的正端相连构成正直流母线，每相不对称半桥逆变器的各个第二续流 二极管的阳极相连构成第一负直流母线，各个第二开关管的反并联二极管 的阳极相连构成第二负直流母线，这种分离直流母线的形式为电流提供两 个回流路径，第一负直流母线仅流过第二续流二极管中的电流，第二负直 流母线仅流过第二开关管中的电流，实现了第二开关管和第二续流二极管电流的解耦。

则步骤110中，在每相低电平时在分离负直流母线的不对称半桥功率 变换器中第二负直流母线上采集其它各相的总相电流。

基于相重叠的各相当前驱动控制信号，当连接在分离负直流母线的不 对称半桥功率变换器中一负直流母线上的负母线开关管的驱动控制信号处 于低电平时，此时该负直流母线上的电流为仅除该相以外的其它各相的相 电流总和，因此，基于相重叠下各相当前驱动控制信号，采集各相对应的 总相电流，基于这种方式，可以采集多个总相电流，以求解方程组得到各 相电流。之后，基于当前转子角度可以判断各相处于工作状态(包括励磁状态和续流状态)或是退磁状态，并根据每相的相电流可以判断该相处于 励磁状态或续流状态，以生成各相开关管的驱动控制信号，实现多相开关 磁阻电机电流检测及电机驱动控制。本方法只需一个电流传感器，通过多 相脉冲注入、电流采样和相电流求解这三个步骤来检测多相开关磁阻电机 各相电流，有效降低了电流检测系统的成本。

优选的，上述多相等相位差的脉冲信号中，各相脉冲信号的占空比为 0.9-0.95，且相邻两相的脉冲之间相差360°/n(n为总相数)且相互独立。

如上，如果是五相开关磁阻电机，则生成脉冲1、脉冲2、脉冲3、脉 冲4和脉冲5，每个脉冲具有0.9到0.95的占空比，即在一个脉冲周期中有 90％到95％的时间处于高电平，其余时间为低电平，相邻相的脉冲之间相 差72°且相互独立，并且脉冲1到脉冲5分别于五相开关磁阻电机的A，B， C，D和E相相对应，五相相互独立，互补影响。

各相脉冲信号的占空比设置在0.9-0.95，使得每相的低电平时间较短， 这在保证每相处于低电平时能够测得其它重叠相的总相电流(该相处于低 电平而对该从直流母线上采集的总相电流没有贡献)的同时，使得存在脉 冲注入和不存在脉冲注入时各相的相电流波形基本相同，即脉冲的注入对 相电流波形几乎没有影响，不影响电机正常运行。另外，相邻两相的脉冲 之间相差72°，可以保证电流采样频率的一致和程序上的易实现性。

优选的，第k相低电平时采集的总相电流I_dck＝i₁+i₂+…+i_k-1+i_k+1+…+i_n； 式中，i₁、i₂、i_k-1、i_k+1、i_n分别表示多相开关磁阻电机的第1、2、k-1、k+1和 n相的相电流；

则上述计算各相相电流，具体为：联立n个所述总相电流的方程组且对 当前未参与相重叠的其它相相电流取值为0，计算得到。

五相等相位差脉冲如图2所示，其中T_p为脉冲周期，t_on为高电平时间， t_off为低电平时间。I_dc1到I_dc5分别为脉冲1到脉冲5的低电平时，电流传感 器的获取的电流值。

步骤140包括采样电流处理程序、位置信号处理程序、驱动控制信号 产生逻辑控制程序和电流方程组求解程序；其中，采样电流处理程序用于 处理采集到的电流模拟信号，采集的电流信号每五个为一组，将采集到的 电流信号I_dc1，I_dc2，I_dc3，I_dc4和I_dc5存储起来以供电流方程组求解使用；位 置信号处理程序用于处理转子位置信息，将位置传感器传来的位置信号进 行处理，实时地得到开关磁阻电机转子的机械角度；驱动控制信号产生逻辑控制程序通过综合处理电流信号、位置信号和五相脉冲信号，得到五相 不对称半桥逆变器中各个开关管应处于开通或是关断的控制信息，并将此 信息转换为驱动控制信号，由此生成的驱动控制信号可以在不影响电机性 能的前提下，辅助检测五相开关磁阻电机相电流；电流方程组求解程序用 于求解如下所示的相电流方程组，从而实时地得到开关磁阻电机相电流值； 所述的电流方程如下：

所述的相电流方程组求解方法如下：

其中，i_a,i_b,i_c,i_d,i_e分别为五相开关磁阻电机A，B，C，D和E相的相 电流，I_dc1，I_dc2，I_dc3，I_dc4和I_dc5分别为脉冲1，脉冲2，脉冲3，脉冲4和 脉冲5低电平时刻的采集到的电流信号。

若存在相重叠时，不论是处于相导通角范围内的导通相，还是处于非 导通角范围内的非导通相，其相电流均可以采用统一的方程求解，利用各 相脉冲处于低电平时采集的电流，求解方程组，即可得到各相相电流，方 便快捷。

优选的，上述计算各相相电流之前，方法100还包括：

若不存在相重叠时，则从直流母线上采集电流，作为当前处于工作状 态的相的相电流。

若不存在相重叠，那么此时采集的电流即为该相当前的相电流，本方 法增强了适用性。

优选的，上述生成所述功率变换器中各相开关管的驱动控制信号，具 体为：

若判断当前转子角度位于多相导通角内，则重叠各相的负母线开关管 的驱动控制信号为各自对应的所述脉冲信号，否则，单相的负母线开关管 的驱动控制信号为单脉冲方波；正母线开关管的驱动控制信号为基于该相 相电流与其预设参考值大小生成以控制该相处于励磁状态或续流状态

相关具体技术方案及解释说明同下实施例二所述。

实时采集电机当前转子角度，根据转子角度判断当前处于工作状态的 相数，若当前有两个或以上绕组工作时，说明此时存在相重叠，此时从分 离负直流母线的不对称半桥功率变换器中与各相一开关管连接的负直流母 线上采集电流，并从该电流中提取各相的负母线开关管的驱动控制信号为 低电平时的电流，因为当处于低电平时，此时负直流母线上的电流仅由除 该相以外的其它各相的相电流总和，基于此，可联立方程组求解得到各相的相电流。

实施例二

一种多相开关磁阻电机电流检测系统，如图3所示，包括：分离负直 流母线的不对称半桥功率变换器，控制器，以及分别控制器连接的电流采 集器、位置传感器、脉冲发生器和驱动模块；功率变换器中每相输出端口 与待检测多相开关磁阻电机中该相绕组连接；位置传感器用于采集待检测 多相开关磁阻电机的当前转子角度；脉冲发生器用于生成多相等相位差的 负母线开关管脉冲信号；电流采集器，还与功率变换器中一负直流母线连 接，用于采集该负直流母线上的电流信息；控制器用于基于相重叠下各相 当前驱动控制信号，从电流采集器采集的电流信息中提取在每相负母线开 关管的驱动控制信号处于低电平时其它各相的总相电流，基于所有总相电 流，计算各相相电流；基于各相当前脉冲信号、当前转子角度和各相相电 流，生成功率变换器中各相开关管的驱动控制信号并驱动功率变换器。

需要说明的是，图3中S_a1表示为a相不对称半桥功率变换器正母线开 关管，D_a1表示为a相不对称半桥功率变换器第一续流二极管，S_a2表示A 相不对称半桥功率变换器负母线开关管，D_a2表示为A相不对称半桥功率变 换器第一续流二极管。

另外，如图3所示，引入驱动模块，具体的，五相开关磁阻电机的绕 组与功率变换器的输出端口相连；功率变换器的输入端口与驱动模块相连； 驱动模块的输入端口与控制器相连；脉冲发生器的输出端口与控制器相连； 控制器输入端口与电流传感器、位置传感器和脉冲发生器相连；电流传感 器放置在功率变换器的第二负直流母线上；位置传感器与开关磁阻电机转 子共轴连接。功率变换器的具体连接关系同实施例一，在此不再赘述。

本系统引入一个电流采集器和脉冲发生器，因为当连接在分离负直流母 线的不对称半桥功率变换器中一负直流母线上的负母线开关管的驱动控制 信号处于低电平时，此时该负直流母线上的电流为仅除该相以外的其它各 相的相电流总和，因此，基于相重叠下各相当前驱动控制信号，采集各相 对应的总相电流，基于这种方式，控制器可以得到多个总相电流，以求解 方程组得到各相电流。之后，控制器基于当前转子角度可以判断各相处于 工作状态(包括励磁状态和续流状态)或是退磁状态，并根据每相的相电 流可以判断该相处于励磁状态、续流状态，以生成各相开关管的驱动控制 信号，实现多相开关磁阻电机电流检测及电机驱动控制。本发明电流检测 系统仅用一个电流传感器来获取多相开关磁阻电机相电流，有效降低了电 流检测系统的体积和成本。同时，进一步本发明仅需要一个AD通道来采 集直流母线电流，有利于降低控制器的成本，减小因不同AD采样通道差 异造成的误差。

优选的，脉冲发生器生成的多相等相位差的脉冲信号中，各相脉冲信 号的占空比为0.9-0.95，且相邻两相的脉冲之间相差72°。

优选的，所述控制器用于所述计算各相相电流时，具体为：

式中，i_a，i_b，…，i_n分别为多相开关磁阻 电机a、b、、…、n相的相电流，I_dca、I_dcb、…、I_dcn分别为a、b、…、n 相的所述脉冲信号在低电平时采集到的电流信息。

优选的，控制器在计算各相相电流时，还用于：若判断不存在相重叠 时，则从所述直流母线上采集电流，作为当前处于工作状态的相的相电流。

优选的，控制器在生成功率变换器中各相开关管的驱动控制信号时， 具体为：

控制器判断当前转子角度是否位于多相导通角内，若是，生成重叠各 相的负母线开关管的驱动控制信号为各自对应的脉冲信号，否则，生成单 相的负母线开关管的驱动控制信号为单脉冲方波；另外，生成正母线开关 管的驱动控制信号为基于该相相电流与其预设参考值大小生成以控制该相 处于励磁状态或续流状态。

功率变换器中的五个不对称半桥逆变器有三个状态：励磁状态，续流 状态和退磁状态。在励磁状态下：正母线开关管S_n1(n＝a，b，c，d，e)和 负母线开关管S_n2均开通，电机绕组两端电压为直流母线电压U_dc，因此相 电压为U_dc，电流从正直流母线经第一开关管，电机绕组，第二开关管流回 负直流母线，电流值在正电压的作用下不断增大；在续流状态下：上开关 管S_n1(n＝a，b，c，d，e)关断，下开关管S_n2开通，电机绕组两端电压为 0，因此相电压为0，电流经过第二开关管，第二续流二极管和电机绕组构 成回路，电流值在0电压作用下逐渐减小(或者，续流状态为：上开关管 S_n1(n＝a，b，c，d，e)开通，下开关管S_n2关断，电机绕组两端电压为0， 因此相电压为0，电流经过第二开关管，第二续流二极管和电机绕组构成回路，电流值在0电压作用下逐渐减小，为更好的说明本发明，本方法采用 前者的续流状态方式，电流采集在前者的续流状态下在第二负直流母线上 采集)。在退磁状态下：上开关管S_n1(n＝a，b，c，d，e)和下开关管S_n2均关断，电机绕组两端电压为负直流母线电压-U_dc，因此相电压为-U_dc，电 流从负直流母线经第二续流二极管，电机绕组，第一续流二极管流回正直流母线，电流值在负电压作用下迅速减小。

关于导通角，根据开关磁阻电机的运行原理，电机的某一相在转子机 械角度达到开通角θ_n(on)(n＝a，b，c，d，e)时，使该相的不对称半桥逆变 器从退磁状态切换到励磁状态，并在电流达到给定值时使不对称半桥逆变 器交替工作在励磁和续流状态，以控制电流值在给定值附近波动；开关磁 阻电机的某一相在转子机械角度达到关断角θ_n(off)(n＝a，b，c，d，e)时， 使该相的不对称半桥逆变器切换为退磁状态，相电流迅速下降为0，该相不 进行机电能量转换，也不产生转矩。开通角和关断角之间的区域称为该相 的导通角θ_n(ex)(n＝a，b，c，d，e)。

开关磁阻电机的相转矩计算公式如下式所示：

其中T_e为相转矩，i为相电流，L为相电感，θ为转子机械角度。

从转矩计算公式中可以看出，在电感上升区间，相电流将产生正转矩； 在电感下降区间，相电流将产生负转矩。一方面，为了使开关磁阻电机不 产生负的相转矩，需要尽量延后开通角，提前关断角，即减小导通角以避 开电感下降区间；另一方面，为了提高平均转矩和减小转矩脉动，需要尽 量提前开通角，延后关断角，即增大导通角以更多地获取相转矩。因此， 开关磁阻电机存在最大的导通角θ_ex(max)，以保证在不产生负转矩的前提下获 得最大平均转矩并减小转矩脉动。对于开关磁阻电机来说，最大导通角可 根据以下公式计算：

其中N_r为转子极数。

当开关磁阻电机在最大导通角条件下运行时，相邻两相的开通角之差 成为相移角θ_ps，相移角可按下式计算：

其中m为相数，N_r为转子极数。

对于五相10/8极开关磁阻电机来说，相数m为5，转子极数Nr为8， 因此最大导通角θ_ex(max)为22.5°，相移角θ_ps为9°。由于相邻相的开通角 相差9°，而每相的导通角为22。5°，据此可以得到五相开关磁阻电机最 多有三相同时存在电流，并且这个状态的持续时间为4.5°，这种多个相绕 组同时存在电流的情况称为相重叠。在这种情况下，A，B和C相的相电流 示意图如图4所示，其中θ_aoff-θ_con＝4.5°。

另外，需要说明的是，多相脉冲注入逻辑在上述驱动控制信号产生逻 辑控制程序中实现。图5以脉冲1的注入过程为例，对与A相绕组相连的 不对称半桥逆变器第二开关管的驱动控制信号获取过程做出了详细描述。 首先，将A相以外的四个不对称半桥第二开关管的控制信号S_b2，S_c2，S_d2和S_e2号和脉冲1分别经过非门后进行“与”操作得到新信号；接着将得到 的信号与脉冲1再进行“或”操作得到新信号；最后将此信号与A相不对 称半桥逆变器第二开关管控制信号进行“与”操作，这样得到了最终的A 相不对称半桥逆变器第二开关管的驱动控制信号S_{a2_P}。

当除A相以外的其它四相不对称半桥逆变器第二开关管控制信号S_a2， S_b2，S_c2和S_d2均为低电平时，说明此时仅A相有相电流，不存在相重叠，A 相第二开关管驱动控制信号S_{a2_P}与A相第二开关管控制信号S_a2波形相同； 当除A相以外的其它四相不对称半桥逆变器第二开关管的控制信号存在高 电平时，说明此时存在相重叠，直流母线电流包含两相或三相电流，A相驱 动控制信号S_{a2_P}与脉冲1波形相同。其它相不对称半桥逆变器第二开关管的驱动控制信号可以通过同样的方式获得。

这样的驱动控制信号经过驱动模块转化为驱动信号，驱动相应的开关 管开通和关断。因为在脉冲的低电平时刻，相应的不对称半桥逆变器第二 开关管关断，不对称半桥逆变器不可能处于励磁状态，所以此相电流一定 不会流过第二负直流母线。经过图5所述的一系列逻辑操作后，如果在脉 冲1的低电平时刻进行电流采样，采样值I_dc1中一定不含有A相的相电流。 同理，在脉冲2的低电平时刻进行电流采样，采样值I_dc2中一定不含有B相 的相电流。其它脉冲的低电平时刻可以用同样的方法进行分析。

图6为注脉冲后的第二负直流母线电流I_sensor和A，B，C相的驱动控制 信号S_{a2_P}，S_{b2_P}和S_{c2_P}示意图，当A，B，C三相电流重叠时，脉冲1，脉 冲2和脉冲3分别注入到A，B和C相不对称半桥逆变器第二开关管中，以 每相不对称半桥逆变器第二开关管的驱动控制信号的形式体现，在脉冲低 电平时刻的采样值I_dc1，I_dc2，I_dc3，I_dc4和I_dc5含义分别为：I_dc1表示i_b，i_c，i_d和i_e相电流之和；I_dc2表示i_a，i_c，i_d和i_e相电流之和；I_dc3表示i_a，i_b，i_d和 i_e相电流之和；I_dc4表示i_a，i_b，i_c和i_e相电流之和；I_dc5表示i_a，i_b，i_c和i_d相电流之和。

在采集得到五个电流值I_dc1，I_dc2，I_dc3,I_dc4和I_dc5后，图7展示了相电流 方程组的获取过程。使用控制器的一个AD采样通道，在脉冲1到脉冲5的 低电平这五个时刻分别进行采样，根据下面方程构建相电流方程组：

在控制器中对上面相电流方程组进行求解，根据下面公式得到五相开 关磁阻电机相电流值：

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已， 并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等 同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多相开关磁阻电机电流检测方法，其特征在于，包括：

基于相重叠下各相当前驱动控制信号，在每相的连接在分离负直流母线的不对称半桥功率变换器中一负直流母线上的负母线开关管的驱动控制信号处于低电平时，在该负直流母线上采集一次其它各相的总相电流；

基于所有所述总相电流，计算各相相电流；

生成多相等相位差的负母线开关管脉冲信号，采集电机当前转子角度；

基于所述当前转子角度、所述各相相电流和各相所述脉冲信号，生成所述功率变换器中各相开关管的驱动控制信号并控制电机，重复执行上述过程，实现多相开关磁阻电机电流检测。

2.根据权利要求1所述的一种多相开关磁阻电机电流检测方法，其特征在于，各所述脉冲信号的占空比为0.9-0.95。

3.根据权利要求1所述的一种多相开关磁阻电机电流检测方法，其特征在于，第k相低电平时采集的所述总相电流I_dck＝i₁+i₂+…+i_k-1+i_k+1+…+i_n；式中，i₁、i₂、i_k-1、i_k+1、i_n分别表示多相开关磁阻电机的第1、2、k-1、k+1和n相的相电流；

则所述计算各相相电流，具体为：

联立n个所述总相电流的方程组计算得到。

4.根据权利要求1所述的一种多相开关磁阻电机电流检测方法，其特征在于，所述计算各相相电流之前，所述方法还包括：

若不存在相重叠时，则从所述直流母线上采集电流，作为当前处于工作状态的相的相电流。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种多相开关磁阻电机电流检测方法，其特征在于，所述生成所述功率变换器中各相开关管的驱动控制信号，具体为：

若判断当前转子角度位于多相导通角内，则重叠各相的所述负母线开关管的驱动控制信号为各自对应的所述脉冲信号，否则，单相的负母线开关管的驱动控制信号为单脉冲方波；正母线开关管的驱动控制信号为基于该相相电流与其预设参考值大小生成以控制该相处于励磁状态或续流状态。

6.一种多相开关磁阻电机电流检测系统，其特征在于，包括：分离负直流母线的不对称半桥功率变换器，控制器，以及分别所述控制器连接的电流传感器、位置传感器和脉冲发生器；所述功率变换器中每相输出端口与待检测多相开关磁阻电机中该相绕组连接；所述位置传感器用于采集待检测多相开关磁阻电机的当前转子角度；所述脉冲发生器用于生成多相等相位差的负母线开关管脉冲信号；所述电流传感器，还与所述功率变换器中一负直流母线连接，用于采集该负直流母线上的电流信息；

所述控制器，用于基于相重叠下各相当前驱动控制信号，从所述电流传感器采集的电流信息中提取在每相的连接在所述负直流母线上的负母线开关管的驱动控制信号处于低电平时其它各相的总相电流，基于所有所述总相电流，计算各相相电流；基于各相当前所述脉冲信号、所述当前转子角度和所述各相相电流，生成所述功率变换器中各相开关管的驱动控制信号并控制所述功率变换器。

7.根据权利要求6所述的一种多相开关磁阻电机电流检测系统，其特征在于，各所述脉冲信号的占空比为0.9-0.95。

8.根据权利要求6所述的一种多相开关磁阻电机电流检测系统，其特征在于，所述控制器用于所述计算各相相电流时，具体为：

式中，i_a，i_b，…，i_n分别为多相开关磁阻电机a、b、、…、n相的相电流，I_dca、I_dcb、…、I_dcn分别为a、b、…、n相的所述脉冲信号在低电平时采集到的电流信息。

9.根据权利要求6所述的一种多相开关磁阻电机电流检测系统，其特征在于，所述控制器在计算各相相电流时，还用于：若不存在相重叠时，则从所述负直流母线上采集电流，作为当前处于工作状态的单相的相电流。

10.根据权利要求6至9任一项所述的一种多相开关磁阻电机电流检测系统，其特征在于，所述控制器在生成所述功率变换器中各相开关管的驱动控制信号时，具体为：

所述控制器判断当前转子角度是否位于多相导通角内，若是，生成重叠各相的负母线开关管的驱动控制信号为各自对应的所述脉冲信号，否则，生成单相的负母线开关管的驱动控制信号为单脉冲方波；另外，生成正母线开关管的驱动控制信号为基于该相相电流与其预设参考值大小生成以控制该相处于励磁状态或续流状态。

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