CN1371165A - 用于减少开关磁阻电动机的转矩脉动的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种用于减少开关磁阻电动机的转矩脉动的方法,其使用一个位置检测传感器检测转子位置;将位置检测信号的脉宽设计为最佳脉宽,以及通过调整脉宽调制信号的占空比,减少电动机的转矩脉动。该方法的步骤包括:根据电动机转子位置检测结果,设置位置检测信号的脉宽;与位置检测信号的上升沿和下降沿同步,输出用于控制各相的信号;以及从检测到位置检测信号的下降沿的时刻起,改变和输出脉宽调制信号的占空比。因而具有减少50%以上转矩脉动的优点。
Description
发明领域
本发明涉及用于减少开关磁阻电动机(Switched Reluctance Motor)(SRM)的转矩脉动的方法，具体涉及一种减少SRM的转矩脉动的方法，其通过使用位置检测传感器检测电动机转子的位置，并通过设计位置检测信号的最佳脉宽和调整脉宽调制信号的占空比来减少电动机的转矩脉动。
背景技术
通常，需要电动机转子的位置信号来驱动SRM(下称“电动机”)，并且通过使用至少一个位置传感器来准确识别旋转的正向/反向转向点，可在正向/反向上控制电动机。
图1是示出了根据常规技术的电动机的方框图。如该图所示，常规电动机包括：三个位置检测传感器301、302和303，用于检测电动机转子的位置；脉宽调制信号110；主控制单元100，用于控制三个相信号120、130和140以及位置检测传感器301、302和303；电动机驱动单元50，用于利用从主控制单元100输入的三个相信号，将三个相电流输入到电动机；以及电动机200，它由从电动机驱动单元50输入的三个相电流驱动。参考编号115、125和135均表示“与”门。
图2示出了从图1输出的信号的各波形图，而图3是根据常规技术的转矩脉动的波形图。
下面将参照图1、2和3，对根据常规技术的电动机的驱动进行说明。
位置检测传感器301、302和303通过检测电动机的转子位置，将位置检测信号150、160和170输入到主控制单元100。根据传感器的检测结果，通过逻辑“与”运算，对从主控制单元100输出的脉宽调制信号110以及三个相信号120、130和140分别进行计算，然后将结果输入到电动机驱动单元50。电动机驱动单元50根据从主控制单元100输入的信号，将电流输入到各相。
图2示出了根据电动机200的旋转的各信号的波形。首先，在各相的波形中，每当相应传感器处在相应检测信号的上升沿时，位置检测信号接通一段时间，例如，电动机转子旋转15度机械角(在下文中，机械角将省略)所花的时间，并且各信号在与脉宽调制信号110一起执行了逻辑“与”运算之后，被输入到电动机驱动单元。所计算的信号对电动机驱动单元的三个相电流进行控制，并且电动机驱动单元50的各相电流被输入到电动机200。
这就是说，如果第一传感器301接通，则A相信号120在第一位置检测信号150的上升沿接通。A相信号120在与脉宽调制信号110一起执行了逻辑“与”运算之后，被输入到电动机驱动单元50。电动机驱动单元50根据该信号的控制，将A相电流输入到电动机200。此时，电动机200开始旋转，并且在一段时间之后(例如，电动机转子旋转15度所花的时间)，如果第二传感器302接通，则B相信号130在第二位置检测信号160的上升沿接通。B相信号130在与脉宽调制信号110一起执行了逻辑“与”运算之后，被输入到电动机驱动单元50。电动机驱动单元50根据该信号的控制，将B相电流输入到电动机200。
稍后，如果第二传感器302断开，则A相信号120在第二位置检测信号的下降沿断开。如果第三传感器在一段时间后接通，则C相信号140在第三位置检测信号170的上升沿接通。C相信号140在与脉宽调制信号110一起执行了逻辑“与”运算之后，被输入到电动机驱动单元50。电动机驱动单元50根据该信号的控制，将C相电流输入到电动机200。
如果第三传感器303断开，则B相信号130在第三位置检测信号的下降沿断开。如果第一传感器301在一段时间后接通，则A相信号120在第一位置检测信号150的上升沿接通，并且C相信号140在第一位置检测信号的下降沿断开。
根据上述过程，各相信号与脉宽调制信号110在分别执行了逻辑“与”运算之后，被输入到电动机驱动单元50。此外，电动机驱动单元50将各相电流输入到定子线圈，并且电动机200按照上述方式旋转。
此时，各转矩相加得到的转矩和由输入到电动机的三个相电流产生，并且产生如图3所示的转矩脉动。在图3中，水平轴表示旋转角，而垂直轴表示转矩脉动的大小。
常规技术中的电动机驱动方法有一个缺点是，由于转矩脉动量大，会产生大量噪声。
发明综述
因此，本发明的目的是提供一种用于减少SRM的转矩脉动的方法，其使用一个位置检测传感器来检测转子位置；将位置检测信号的脉宽设计为最佳脉宽；以及通过调整脉宽调制信号的占空比来减少电动机的转矩脉动。
为获得这些和其他优点并根据本发明的目的，本发明包括以下步骤：根据电动机转子的位置检测结果，设置位置检测信号的脉宽；与位置检测信号的上升沿和下降沿同步，输出用于控制各相的信号；以及从检测到位置检测信号的下降沿的时刻起，改变和输出脉宽调制信号的占空比。
通过下文结合附图对本发明所作的详细说明，将对本发明的上述和其他目的、特征、方面和优点有更加清楚的了解。
附图的简要说明
附图包含在本文中以便于进一步了解本发明，并且纳入本说明书并构成本说明书的一部分。这些附图不仅显示本发明的实施例，而且还与说明书一起用来阐明本发明的原理。在附图中：
图1是示出了根据常规技术的电动机的方框图；
图2示出了根据常规技术的电动机的三相驱动、传感器和脉宽调制的各波形图；
图3是根据常规技术的转矩脉动的波形图；
图4是根据本发明的电动机的方框图；
图5是示出了根据本发明的电动机的三相驱动、传感器和脉宽调制的波形图；
图6是根据本发明的用于减少电动机的转矩脉动的流程图；
图7是示出了在根据本发明，在位置检测信号的最佳脉宽条件下控制脉宽调制信号的占空比之前产生的转矩脉动的波形图；以及
图8是示出了在根据本发明，在位置检测信号的最佳脉宽条件下控制脉宽调制信号的占空比之后产生的转矩脉动的波形图。
优选实施例的详细说明
以下将参照附图中的示例对本发明的优选实施例进行详细论述。
图4是根据本发明的电动机的方框图。如该图所示，根据本发明的电动机包括：位置检测传感器310，用于检测电动机转子的位置；脉宽调制信号110；主控制单元300，用于控制脉宽调制信号和三个相信号；脉冲占空比控制单元400，用于根据在位置检测传感器内检测的位置检测信号，控制脉宽调制信号的占空比；电动机驱动单元50，用于利用从主控制单元300输入的三个相信号，将三个相电流输入到电动机；以及电动机200，它由从电动机驱动单元50输入的三个相电流驱动。参考编号115、125和135均表示“与”门。
图5是在图4中输出的各信号的波形图。
图6是根据本发明的用于减少电动机的转矩脉动的流程图。下面将参照图4、5和6，对用于减少电动机的转矩脉动的方法进行说明。位置检测传感器310检测电动机的转子位置，并将位置检测信号350输入到主控制单元300(S1)。
根据电动机转子位置的检测结果，主控制单元300将位置检测信号的脉宽定义为转矩脉动的最小值(S2)。
此时，当转子旋转角约6度时，产生最佳脉宽结果。根据上述确定的位置检测传感器的脉宽，主控制单元300与位置检测信号的上升沿或下降沿同步将三个相信号120、130和140输入到电动机驱动单元50。电动机驱动单元50根据这些信号的控制，将三个相电流输入到电动机200。
而且，当传感器310根据上述确定的脉宽接通时，转子旋转一定角度(6度)，并且传感器310再次断开。稍后，在转子又旋转一定角度(9度)之后，传感器310再次接通。采用上述方法，确定传感器的接通和断开(S3)。
此外，脉冲占空控制单元400改变在位置检测信号350各下降沿的脉宽调制信号的占空比，然后对各相中的信号以及脉宽调制信号410执行逻辑“与”运算，并将结果输入到电动机驱动单元50(S4)。
这就是说，当传感器310首次接通时，A相信号120接通，并且该信号在执行了逻辑“与”运算之后被输入到电动机驱动单元50。电动机驱动单元50根据主控制单元300中输入的A相信号120的控制，将A相电流输入到电动机200。因此，传感器310旋转。此时，转子又旋转一定角度(6度)，并且传感器断开。然而，电动机200连续旋转，因为A相信号120仍然接通。
如果电动机又旋转一定角度(9度)，则传感器310再次接通。在位置检测信号350为上升沿的时刻，B相信号130就接通。B相信号130在与脉宽调制信号410一起执行了逻辑“与”运算之后，被输入到电动机驱动单元50。电动机驱动单元50根据主控制单元300中输入的B相信号130的控制，将B相电流输入到电动机，从而驱动电动机。
如果转子又旋转一定角度(6度)，则传感器310断开。在位置检测信号350为下降沿的时刻，A相信号120就断开。A相信号120在与脉宽调制信号410一起执行了逻辑“与”运算之后，被输入到电动机驱动单元50。电动机驱动单元50通过该信号，停止输入到电动机200的A相电流。然而，电动机转子连续旋转，因为B相信号仍然接通。
而且，如果转子又旋转一定角度(9度)，则传感器310接通。在位置检测信号350为上升沿的时刻，C相信号140就接通。C相信号130在与脉宽调制信号410一起执行了逻辑“与”运算之后，被输入到电动机驱动单元50。然后，电动机驱动单元50将C相电流输入到电动机200。
而且，如果转子又旋转一定角度(6度)，则传感器310断开。B相信号130在与脉宽调制信号410一起执行了逻辑“与”运算之后，被输入到电动机驱动单元50。电动机驱动单元50通过该信号的控制，停止输入到电动机200的B相电流。
而且，如果转子又旋转一定角度(9度)，则传感器310接通。在位置检测信号350为上升沿的时刻，A相信号120就接通。A相信号120在与脉宽调制信号410一起执行了逻辑“与”运算之后，被输入到电动机驱动单元50。电动机驱动单元50将A相电流120输入到电动机200。
稍后，如果转子又旋转一定角度(6度)，则传感器310断开。并且在位置检测信号350为下降沿的时刻，C相信号140就断开。C相信号140在与脉宽调制信号410一起执行了逻辑“与”运算之后，被输入到电动机驱动单元50。电动机驱动单元50通过该信号的控制，停止输入到电动机200的C相电流。
采用上述方法，通过使用一个位置检测传感器310，就可对输入到电动机200的各相电流120、130和140进行控制。
在主控制单元300中，使用双极结型晶体管(Bipolar JunctionTransistor)(BJT)来调整接通和断开，但也可使用其他开关装置(例如，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和金属氧化物半导体门双极晶体管(MBT))。
如果位置检测信号350被检测为下降沿，则脉宽调制信号的占空比发生改变，该占空比先是在几秒钟内减少，然后逐渐增加。这就是说，如果脉宽调制信号410的脉宽减少一半，则脉宽减少一半的时间从检测到传感器检测信号的下降沿之后约为600μs。而且，在600μs之后，脉宽再次变为正常。
然后，各相位的转矩相加得到的转矩和由输入到各相的电流产生，并且产生转矩脉动。
图7是示出了在根据本发明，在位置检测信号的最佳脉宽条件下控制脉宽调制信号的占空比之前产生的转矩脉动的波形图。此处，水平轴表示旋转角，而垂直轴表示转矩强度。如该图所示，本发明中的转矩脉动与常规转矩脉动几乎没有区别。
图8是示出了在根据本发明，在位置检测信号的最佳脉宽条件下控制脉宽调制信号的占空比之后产生的转矩脉动的波形图。此处，水平轴表示旋转角，而垂直轴表示转矩强度。如该图所示，通过设置最佳机械角，并控制占空比，将减少约50％的转矩脉动。
如上所述，通过把使用一个位置检测传感器310检测的转子位置检测信号的脉宽设计成最佳脉宽，可从位置检测信号350为下降沿的时刻起，将用于驱动开关装置的脉宽调制信号的占空比更改一段时间，从而减少50％以上的转矩脉动。
由于本发明可采用几种形式予以实施，而不背离本发明的精神或主要特点，因此也应理解成，如果未有其他规定，上述实施例不受前面任何一种详细说明的限制，而应在按照所附权利要求中定义的本发明的精神和范围内作广义解释。因此，凡是在权利要求得到满足和允许的范围内，或者在与此类权利要求得到满足和允许的等效范围内所作的全部变动和修改，都将包含在所附权利要求之内。
Claims (5)
1.用于减少开关磁阻电动机的转矩脉动的方法，包括以下步骤：
根据电动机转子的位置检测结果，设置位置检测信号的脉宽；
与位置检测信号的上升沿和下降沿同步，输出用于控制各相的信号；以及
从检测到位置检测信号的下降沿的时刻起，改变和输出脉宽调制信号的占空比。
2.如权利要求1所述的方法，其中，位置检测信号的脉冲周期被设置成具有电动机转子旋转15度机械角所经历的时间周期。
3.如权利要求2所述的方法，其中，脉冲周期的高电平脉宽被设置成具有电动机转子旋转6度机械角所经历的时间周期。
4.如权利要求1所述的方法，其中，控制三个相电流的步骤为：如果检测到位置检测信号的上升沿，则接通用于控制各相电流的开关装置，然后针对在下次产生的位置检测信号的下降沿，断开该开关装置。
5.如权利要求1所述的方法，其中，从在每一周期检测到位置检测信号的下降沿的时刻起，脉宽调制信号的占空比就减少一半，然而再逐渐增加。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20050316 Termination date: 20100930 |