CN1322668C - 用于保持可变磁阻电动机动力的方法和设备 - Google Patents

用于保持可变磁阻电动机动力的方法和设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种在电动机速度增加时，用于保持由可变磁阻电动机所提供的动力或转矩的方法和设备。该方法包括如下步骤：检测电动机(204)的速度并根据检测的速度改变电动机相线圈(206)的匝数。该设备包括一个用于检测电动机(204)的速度的电动机速度传感器(205)，和一个根据检测的速度用于将相线圈(206)的匝数从第一值切换到第二值的电感开关(203)。本发明的一个实施例包括一个电感补偿电路(260)，以补偿在切换相线圈的匝数时负载电感的变化。

Description

用于保持可变磁阻电动机动力的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种电动机控制电路，尤其涉及一种增进电动机性能如可变磁阻电动机性能的电感切换电路。
背景技术
传统的可变磁阻电动机采用多个线圈(下文称“相线圈”)操作，每个线圈对应电动机的一相并包括固定的线圈匝数。在每个相线圈中的电流在转子磁极每次经过定子磁极时被接通和断开。这种配置产生使得转子相对于定子移动的磁动势。
传统的可变磁阻电动机所带来的问题是，在高速下由该电动机所提供的电动机动力(回转马达为转矩)的减少，就是说，在该速度下由于相线圈的电感，电动机相线圈中的电流不会达到预期值。在工业上，实际上总需要电动机能在较高速度下有效运行。因此，最好要克服传统电动机的上述性能限制，包括在较高速度下获得较高的电动机动力。
发明内容
本发明提供一种用于在电动机速度增加时，保持由包括至少一个相线圈的可变磁阻电动机所提供的动力(回转马达为转矩)的方法和设备。该方法包括以下步骤：检测所述可变磁阻电动机的速度，并根据检测的速度改变相线圈的电感，其中，改变所述相线圈电感的步骤包括将所述相线圈的匝数从第一匝数改变为第二匝数的步骤。该设备包括一个检测电动机速度的电动机速度传感器，和根据检测的速度将相线圈的电感从第一值切换到第二值的电感开关。本发明的一个实施例包括一个电感补偿电路，以补偿在切换相线圈电感时负载电感的变化。
本发明还提供一种包含具有至少一个相线圈的可变磁阻电动机的电动机系统，该系统包括：连接于所述可变磁阻电动机的传感器，所述传感器提供表示至少在低范围和高范围之间的所述可变磁阻电动机速度的反馈信号；比较电路，用于比较所述反馈信号与参考信号并根据所述比较的结果提供切换信号；以及开关，它连接于所述比较电路并响应所述切换信号，使得所述相线圈的匝数从用于所述低范围的高匝数改变到用于所述高范围的低匝数，从而保持所述可变磁阻电动机所提供的动力。
本发明还提供一种包括至少一个具有第一匝数的相线圈的可变磁阻电动机的电动机系统，所述系统进一步包括：连接于所述可变磁阻电动机用于检测所述可变磁阻电动机速度的电动机速度传感器；连接于所述可变磁阻电动机的所述相线圈的开关；以及驱动电路，它连接于所述电动机速度传感器及所述开关，使得所述开关在所述可变磁阻电动机的速度达到一个参考值时将所述相线圈的匝数从所述第一匝数改变到第二匝数，从而保持所述可变磁阻电动机所提供的动力。
附图说明
结合附图阅读可更好的理解以举例的方式而不是限制有关发明的方式所涵盖的发明的上文内容以及最佳实施例的下列详细说明。
图1是本发明设备的框图。
图2是本发明另一个实施例的框图。
图3为图1所示的伺服放大器的详图。
图4是说明在两个T值时电动机动力和电动机速度之间关系的曲线图，其中T是相线圈的匝数。
具体实施方式
图1说明了本发明电动机系统200的一个典型实施例。电动机系统200包括具有至少一个电动机绕组206(下文称作“相线圈”206)的电动机204。相线圈206包括至少一个具有第一匝数Na的第一线圈部分206a，和具有第二匝数Nb的第二线圈部分206b。
通常，由电动机提供给负载的动力或转矩在电动机速度增加时趋于减小。减小的速率与电动机相线圈的电感有关。相线圈的电感与线圈包含的匝数有关。图4说明了两条动力曲线A和B。曲线将电动机动力表示为电动机速度的函数。曲线A表示电动机在相线圈中有T1(如50)匝。曲线B表示电动机在相线圈中有更少数的T2(如25)匝。如图所示，在电动机速度较低时，例如低于约1.75米/秒，由曲线A所表示的动力高于曲线B所表示的动力。然而，当电动机速度增加，超过约1.75米/秒时，曲线A所表示的动力减少到曲线B所表示的动力以下的一个值。
本发明利用了图4所示的曲线A和曲线B的关系，在电动机速度的“临界值”时，将相线圈206的匝数从一个较高值如T1切换到一个相对较低值如T2。临界值为C点，在这里曲线A和B相交。以这种方式切换匝数具有在电动机速度增加时将电动机动力保持同样大的效果。
为实现这种切换，如图1所示，系统200包括开关203。开关203与第一线圈部分206a和第二线圈部分206b相连，这样使得包括相线圈206的总匝数可在第一匝数T1和第二匝数T2之间切换。在图1所示的实施例中，第一线圈部分206a和206b串联连接。因此，当开关203被设置于位置A时，相线圈206的总匝数为：
(1)T1＝Na+Nb
当开关203被设置于位置B时，相线圈206的总匝数为：
(2)T2＝Nb
图2中说明了本发明另一个实施例，其中第一线圈部分206a和第二线圈部分206b是独立切换的线圈部分。当开关203被设置于位置A时，相线圈203的总匝数为：
(3)T1＝Nb
当开关203设置于位置B时，相线圈206的总匝数为：
(4)T2＝Na
那些普通的技术人员将会认识到线圈部分的配置变化，并提供开关用以实现在第一电感值(T1)和第二电感值(T2)之间切换。所有这些布置都属于本发明的范围。
回到图1，系统200还包括连接到电动机204的传感器205。传感器205是用于检测电动机速度并提供表示所检测的电动机速度的输出信号210的一个常用的可买到的电动机速度传感器。在所示的实施例中，信号210作为一个反馈信号提供给电动机驱动电路220。电动机驱动电路220包括典型的电动机驱动元件，如伺服控制器201和伺服放大器202。然而，与常用的电动机驱动电路相反，电路220还包括一个比较电路230，它具有提供给电感开关203的输出信号250。
比较电路230接收反馈信号210并将它与参考信号231相比较。参考信号231代表在图4中C点表示的电动机速度临界值。在本发明的一个实施例中，参考信号231设置为表示电动机速度约1.75米/秒的一个值。当反馈信号210逼近临界值时，满足比较条件，而比较电路230向开关203提供一个切换信号250，使得开关203从位置A切换到位置B。因此，相线圈206的匝数T从较高值T1被切换到较低电感的值T2。当电动机204在较高速度运行时，与较低值时提供的动力相比，较高值趋于增加由电动机204提供的动力。
当相线圈206的匝数从T1切换到T2时，在伺服放大器202输出端所能看到的负载磁阻发生变化。通常，商业可得到的伺服放大器最好在有限的负载电感范围运行。因此，本发明的一个实施例包括一个如图3所示的负载电感补偿电路260。当包括相线圈206的匝数从T1(低速)切换到T2(高速)时，电路260补偿负载电感的变化。为此，切换信号250被提供给电感补偿开关261，以及电感开关203。
当电动机速度反馈信号210低于参考信号231时，电感补偿开关261位于位置A。在该位置，电阻R2与补偿电路260断开。当电动机204的速度，如反馈信号210所代表的，变得大于参考信号231时，切换信号250使得开关261切换至位置B。在该位置，电阻R2与补偿电路260相连。
基于脉冲宽度调制器(PWM)的放大器22通过开关203连接于相线圈206。基于脉冲宽度调制器(PWM)的放大器22由电流误差放大器21的输出控制。基于脉冲宽度调制器的放大器22也向电流误差放大器21提供与电动机204的相线圈206中的电流成比例的电流监视信号。比较电流监视信号与电流参考信号241。电流参考信号与电流监视信号之间的差由放大器21放大并提供给脉冲宽度调制器22。电流误差放大器21的放大系数由负载电感补偿电路260控制。如前面所讨论的，放大系数因相线圈206的匝数从T1到T2的变化而变化，反之亦然。
对于一种合适的可变负载电感补偿电路的详细实例，见Zalesski的美国专利5912542。
在本发明的一个实施例中，传感器205检测电动机204的速度。当所述检测速度约为使所述电动机的一个相线圈磁芯发生饱和的速度时，进行切换。在另一个实施例中，传感器205检测电动机204的位置。本发明的一个实施例还包括根据电动机204的速度产生反馈信号的一个处理器。检测电动机速度或位置的传感器是已知的和易于商业得到的。在本发明的一个实施例中，反馈电路205连续地确定电动机的速度。在本发明的另一个实施例中，反馈电路206在以时间间隔采样电动机速度。在一个实施例中，反馈信号是数字信号而在另一个实施例中是模拟信号。在一个实施例中，临界速度被预定并存储在系统控制器201中。
在本发明的一个实施例中，开关203是由切换信号250控制的单投双极开关。在一个实施例中，开关203是一种固态开关。开关203要选择能耐受所需要的电流以便于操纵电动机204。在一个典型的实施例中，开关203在至少30安培的峰-峰值的交流下运行。在本发明的另一个实施例中，开关203在相线圈206中的电流标称为零时启动。
在本发明的一个实施例中，电动机204为一线性可变磁阻电动机。在本发明的另一个实施例中，电动机204为一旋转可变磁阻电动机。在本发明的一个实施例中，电动机204包括三相绕组。然而，本发明适用于具有二相、三相及多相绕组的电动机。
当体现本发明的典型系统和方法借助举例的方式被展示时，当然要明白，本发明不限于这些实施例。可以由熟练的技术人员完成这些修改，尤其是根据前文所述的启示。例如，前面提到的实施例中的每个元件可以单独使用或者与其它实施例中的元件组合使用。

Claims (7)

1.一种用于保持由包括至少一个相线圈的可变磁阻电动机所提供的动力的方法，该方法包括以下步骤：
检测至少在低范围和高范围之间的所述可变磁阻电动机的速度；及
根据所述检测速度改变所述相线圈的电感，其中，改变所述相线圈电感的步骤包括将所述相线圈的匝数从用于所述低范围的第一匝数改变为用于所述高范围的第二匝数。
2.如权利要求1所述的方法，其中，当所述检测速度达到一个参考速度时，执行改变所述相线圈电感的步骤。
3.如权利要求1所述的方法，其中，当所述检测速度约为使所述可变磁阻电动机的相线圈的磁芯发生饱和的速度时，执行改变所述相线圈电感的步骤。
4.如权利要求1所述的方法，其中，大约在对应于所述相线圈的第一匝数(T1)的电动机动力与对应于所述相线圈的第二匝数(T2)的电动机动力大致相同的电动机速度，发生改变所述相线圈电感的步骤。
5.如权利要求1所述的方法，其中，还包括补偿所述可变磁阻电动机的所述相线圈的所述电感变化的步骤。
6.一种包含具有至少一个相线圈的可变磁阻电动机的电动机系统，该系统包括：
连接于所述可变磁阻电动机的传感器，所述传感器提供表示至少在低范围和高范围之间的所述可变磁阻电动机速度的反馈信号；
比较电路，用于比较所述反馈信号与参考信号并根据所述比较的结果而提供切换信号；以及
开关，它连接于所述比较电路并响应所述切换信号，使得所述相线圈的匝数从用于所述低范围的高匝数改变到用于所述高范围的低匝数，从而保持所述可变磁阻电动机所提供的动力。
7.一种包括至少一个具有第一匝数的相线圈的可变磁阻电动机的电动机系统，所述系统进一步包括：
连接于所述可变磁阻电动机用于检测所述可变磁阻电动机速度的电动机速度传感器；
连接于所述可变磁阻电动机的所述相线圈的开关；以及
驱动电路，它连接于所述电动机速度传感器及所述开关，使得所述开关在所述可变磁阻电动机的速度达到一个参考值时将所述相线圈的匝数从所述第一匝数改变到第二匝数，从而保持所述可变磁阻电动机所提供的动力。
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