CN202094831U - 一种开关磁阻电机的定位控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种开关磁阻电机的定位控制装置，包括驱动电机的功率模块及和功率模块相连的整流模块，电机上或由电机带动的负载上设有位置检测器，位置检测器的输出端和四细分解码器的输入端相连，四细分解码器的输出端和位置比较器的一个输入端相连，位置比较器的另一个输入端和输出位置指令的上位机相连，位置比较器的输出端和位置控制器的输入端相连，位置控制器的输出端和开关脉冲控制单元的输入端相连，开关脉冲控制单元的输出端和功率模块的控制端相连。本实用新型既能对电机旋转位置进行定位，又能对电机进行调速控制，结构简单，实现方便，从而使开关磁阻电机也能应用到有定位要求的领域，扩大开关磁阻电机的使用范围。

Description

一种开关磁阻电机的定位控制装置

技术领域

 本实用新型涉及一种开关磁阻电机，尤其涉及一种开关磁阻电机的定位控制装置。

背景技术

开关磁阻电机是一种新型调速电机，电机为双凸极结构，转子既无绕组也无永磁体，定子各极上绕有集中绕组，径向相对极的绕组串联，构成一相。开关磁阻电机的运行原理遵循“磁阻最小原理”——磁通总是沿着磁阻最小的路径闭合，因磁场扭曲而产生磁阻性质的电磁转矩，而具有一定形状的铁心在移动到最小磁阻位置时，必使自己的主轴线与磁场的轴线重合。开关磁阻电机具有几个比较显著的优点：结构简单、成本低，功率电路简单可靠，系统可靠性高，起动转矩大、起动电流低，可控参数多，调速性能好，效率高、损耗小，适用于频繁起停及正反向转换运行。虽然开关磁阻电机已具备上述的许多优点，但是目前的开关磁阻电机仍存在不足，就是对于电机的旋转位置都不能定位，电机只能随机地起停，无法使用到有定位要求的领域（如电梯升降机、矿山牵引车辆等），因此造成了其使用范围的局限性。

发明内容

本实用新型主要解决原有开关磁阻电机不能对电机旋转位置进行定位，电机只能随机地起停，无法使用到有定位要求的领域，造成其使用范围存在局限性的技术问题；提供一种开关磁阻电机的定位控制装置，其能对电机旋转位置进行定位，结构简单，实现方便，从而使开关磁阻电机也能应用到有定位要求的领域，扩大开关磁阻电机的使用范围。

本实用新型另一目的是提供一种既能对电机定位又能对电机进行调速的开关磁阻电机的定位控制装置。

本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本实用新型包括驱动电机的功率模块及和功率模块相连的整流模块，所述的电机上或由电机带动的负载上设有位置检测器，位置检测器的输出端和四细分解码器的输入端相连，四细分解码器的输出端和位置比较器的一个输入端相连，位置比较器的另一个输入端和输出位置指令的上位机相连，位置比较器的输出端和位置控制器的输入端相连，位置控制器的输出端和开关脉冲控制单元的输入端相连，开关脉冲控制单元的输出端和所述的功率模块的控制端相连。电机当前的位置由位置检测器测得，并通过四细分解码器的处理再输送给位置比较器。给定的位置指令通过上位机发送给位置比较器。位置比较器对当前位置和给定位置进行比较，得到的位置误差输送给位置控制器进行处理，得出电流指令。电流指令输送给开关脉冲控制单元进行处理，获得的控制信号输送给功率模块的控制端，控制电机每一相绕组电流。和本实用新型匹配的开关磁阻电机的转子及定子在结构上再作些改进，转子凸极的弧面和定子凸极的弧面弧度重合，且弧长相等。从而控制电机旋转到指定位置，使得开关磁阻电机也能应用到有定位要求的领域（如电梯升降机、矿山牵引车辆等），扩大开关磁阻电机的使用范围。

作为优选，所述的整流模块的输出侧设有相电流采集电路和直流总线电压采集电路，所述的开关脉冲控制单元包括换相角度处理模块、多路转接器、电流比较器、电流控制器、直流电压控制器和脉宽调制发生器，电流比较器的一个输入端作为开关脉冲控制单元的输入端，电流比较器的另一个输入端和所述的多路转接器的输出端相连，电流比较器的输出端和所述的电流控制器的输入端相连，电流控制器的输出端和所述的直流电压控制器的一个输入端相连，直流电压控制器的另一个输入端和直流总线电压采集电路的输出端相连，直流电压控制器的输出端和所述的脉宽调制发生器的一个输入端相连，脉宽调制发生器的另一个输入端和所述的换相角度处理模块的输出端相连，脉宽调制发生器的输出端和所述的功率模块的控制端相连，所述的换相角度处理模块的一个输入端及所述的多路转接器的输入端均和所述的相电流采集电路的输出端相连，换相角度处理模块的另一个输入端和所述的四细分解码器的输出端相连。相电流采集电路检测整流模块输出侧的直流母线上的相电流，同时输送给多路转接器和换相角度处理模块，通过多路转接器将当前相电流输送给电流比较器。位置控制器输出的电流指令也输送给电流比较器。电流比较器对当前相电流和电流指令进行比较，得到的电流误差输送给电流控制器进行处理，得到的目标电压输送给直流电压控制器，由直流总线电压采集电路检测到的整流模块输出侧的直流总线电压也输送给直流电压控制器，经过直流电压控制器的处理得到占空比信号，控制脉宽调制发生器，以此来调节开关脉冲，再由脉宽调制发生器发出控制信号给功率模块的控制端，控制电机每一相绕组电流，从而控制电机旋转到指定位置。

作为优选，所述的定位控制装置还包括速度处理模块、速度比较器和速度控制器，所述的四细分解码器的输出端和速度处理模块的输入端相连，速度处理模块的输出端和速度比较器的一个输入端相连，速度比较器的另一个输入端和输出速度指令的上位机相连，速度比较器的输出端和速度控制器的输入端相连，速度控制器的输出端和所述的开关脉冲控制单元的输入端相连。位置检测器测得的信号经过四细分解码器的处理，再输送给速度处理模块，获得的速度反馈信号输送给速度比较器。给定的速度指令通过上位机发送给速度比较器。速度比较器对速度指令和速度反馈信号进行比较，得到的速度误差输送给速度控制器进行处理，得出电流指令。电流指令输送给开关脉冲控制单元进行处理，获得的控制信号输送给功率模块的控制端，控制电机每一相绕组电流，从而控制电机转速。通过本实用新型，既能实现开关磁阻电机的定位控制，又能对开关磁阻电机进行调速控制。

作为优选，所述的定位控制装置还包括速度处理模块、速度比较器和速度控制器，所述的四细分解码器的输出端和速度处理模块的输入端相连；速度处理模块的输出端，一路和速度比较器的一个输入端相连，另一路和所述的换相角度处理模块的又一个输入端相连，速度比较器的另一个输入端和输出速度指令的上位机相连，速度比较器的输出端和速度控制器的输入端相连，速度控制器的输出端和所述的开关脉冲控制单元的输入端相连。位置检测器测得的信号经过四细分解码器的处理，再输送给速度处理模块，获得的速度反馈信号输送给速度比较器。给定的速度指令通过上位机发送给速度比较器。速度比较器对速度指令和速度反馈信号进行比较，得到的速度误差输送给速度控制器进行处理，得出的电流指令输送给电流比较器，当前相电流通过多路转接器输送给电流比较器，电流比较器对电流指令和当前相电流进行比较，得到电流的误差输送给电流控制器处理，得到目标电压。目标电压和直流总线电压经过直流电压控制器的处理，得到的占空比信号控制脉宽调制发生器，以此来调节开关脉冲，再由脉宽调制发生器发出控制信号给功率模块的控制端，控制电机每一相绕组电流，从而控制电机转速。

作为优选，所述的速度控制器的输出端、位置控制器的输出端分别和一个开关的两个输入端相连，开关的输出端和所述的开关脉冲控制单元的输入端相连。电机转速的指定、旋转位置的指定可以通过同一台上位机根据用户的需要进行选择设定，两个工作模式选择其一进行工作。需要控制转速时，开关被拨动到速度控制器一端；需要控制位置时，开关被拨动到位置控制器一端。开关可以是手动开关、电子开关或软开关。

本实用新型的有益效果是：既能对电机旋转位置进行定位，又能对电机进行调速控制，结构简单，实现方便，从而使开关磁阻电机也能应用到有定位要求的领域，扩大开关磁阻电机的使用范围。

附图说明

图1是本实用新型的一种连接结构示意图。

图中1.功率模块，2.整流模块，3.位置检测器，4.四细分解码器，5.位置比较器，6.上位机，7.位置控制器，8.换相角度处理模块，9.多路转接器，10.电流比较器，11.电流控制器，12.直流电压控制器，13.脉宽调制发生器，14.速度处理模块，15.速度比较器，16.速度控制器，17.开关，18.电机，19.开关脉冲控制单元，20.相电流采集电路，21.直流总线电压采集电路，22.负载。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：本实施例的一种开关磁阻电机的定位控制装置，如图1所示，包括驱动电机的功率模块1、和功率模块1相连的整流模块2以及位置检测器3、四细分解码器4、位置比较器5、位置控制器7、速度处理模块14、速度比较器15、速度控制器16、开关17和开关脉冲控制单元19。整流模块2的输出侧连接有相电流采集电路20和直流总线电压采集电路21。开关脉冲控制单元19包括换相角度处理模块8、多路转接器9、电流比较器10、电流控制器11、直流电压控制器12和脉宽调制发生器13。本实施例中，位置检测器3安装在由电机18带动的负载22上。位置检测器3的输出端和四细分解码器4的输入端相连，四细分解码器4的输出端和位置比较器5的一个输入端相连，位置比较器5的另一个输入端和上位机6输出的位置指令信号相连，上位机6可以输出位置指令也可以输出速度指令，位置比较器5的输出端和位置控制器7的输入端相连，位置控制器7的输出端和开关17的一个输入端相连。同时四细分解码器的输出端还和速度处理模块14的输入端相连，速度处理模块14的输出端和速度比较器15的一个输入端相连，速度比较器15的另一个输入端和上位机输出的速度指令信号相连，速度比较器15的输出端和速度控制器16的输入端相连，速度控制器16的输出端和开关17的另一个输入端相连。开关17的输出端和开关脉冲控制单元19中的电流比较器的一个输入端相连，电流比较器10的另一个输入端和多路转接器9的输出端相连，多路转接器的输入端和相电流采集电路20的输出端相连，电流比较器10的输出端和电流控制器11的输入端相连，电流控制器11的输出端和直流电压控制器12的一个输入端相连，直流电压控制器12的另一个输入端和直流总线电压采集电路21的输出端相连，直流电压控制器12的输出端和脉宽调制发生器13的一个输入端相连。换相角度处理模块8有三个输入端，分别和四细分解码器的输出端、速度处理模块的输出端、相电流采集模块的输出端相连，换相角度处理模块8的输出端和脉宽调制发生器13的另一个输入端相连。脉宽调制发生器13的输出端和功率模块1的控制端相连。

电机转速的指定、旋转位置的指定可以通过上位机根据用户的需要进行选择设定。需要控制转速时，控制开关使速度控制器和电流比较器接通；需要控制位置时，控制开关使位置控制器和电流比较器接通。

定位工作模式：电机当前的位置由位置检测器测得，并通过四细分解码器的处理，输出位置反馈信号给位置比较器和换相角度处理模块。给定的位置指令通过上位机发送给位置比较器。位置比较器对当前位置和给定位置进行比较，得到的位置误差输送给位置控制器进行处理，得出的电流指令输送给电流比较器。换相角度处理模块对位置反馈信号和相电流信号进行计算和处理，输出控制信号给脉宽调制发生器，确定需要对哪相上的绕组电流进行调整。

调速工作模式：四细分解码器输出的位置反馈信号经速度处理模块的处理，获得速度反馈信号，输送给速度比较器和换相角度处理模块。给定的速度指令通过上位机发送给速度比较器。速度比较器对当前速度和给定速度进行比较，得到的速度误差输送给速度控制器进行处理，得出的电流指令再输送给电流比较器。换相角度处理模块对速度反馈信号和相电流信号进行计算和处理，输出控制信号给脉宽调制发生器，确定需要对哪相上的绕组电流进行调整。

当前相电流通过多路转接器输送给电流比较器，上述两种工作模式下，电流比较器对电流指令和当前相电流进行比较，得到电流的误差输送给电流控制器处理，得到目标电压。目标电压和直流总线电压经过直流电压控制器的处理，得到的占空比信号控制脉宽调制发生器，以此来调节开关脉冲，再由脉宽调制发生器发出控制信号给功率模块的控制端，控制电机每一相绕组电流，和本实用新型匹配的开关磁阻电机的转子及定子在结构上也有改进，转子凸极的弧面和定子凸极的弧面弧度重合，且弧长相等，从而控制电机转速或定位。

Claims (5)

1.一种开关磁阻电机的定位控制装置，包括驱动电机的功率模块（1）及和功率模块（1）相连的整流模块（2），其特征在于所述的电机（18）上或由电机（18）带动的负载（22）上设有位置检测器（3），位置检测器（3）的输出端和四细分解码器（4）的输入端相连，四细分解码器（4）的输出端和位置比较器（5）的一个输入端相连，位置比较器（5）的另一个输入端和输出位置指令的上位机（6）相连，位置比较器（5）的输出端和位置控制器（7）的输入端相连，位置控制器（7）的输出端和开关脉冲控制单元（19）的输入端相连，开关脉冲控制单元（19）的输出端和所述的功率模块（1）的控制端相连。

2.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电机的定位控制装置，其特征在于所述的整流模块（2）的输出侧设有相电流采集电路（20）和直流总线电压采集电路（21），所述的开关脉冲控制单元（19）包括换相角度处理模块（8）、多路转接器（9）、电流比较器（10）、电流控制器（11）、直流电压控制器（12）和脉宽调制发生器（13），电流比较器（10）的一个输入端作为开关脉冲控制单元（19）的输入端，电流比较器（10）的另一个输入端和所述的多路转接器（9）的输出端相连，电流比较器（10）的输出端和所述的电流控制器（11）的输入端相连，电流控制器（11）的输出端和所述的直流电压控制器（12）的一个输入端相连，直流电压控制器（12）的另一个输入端和直流总线电压采集电路（21）的输出端相连，直流电压控制器（12）的输出端和所述的脉宽调制发生器（13）的一个输入端相连，脉宽调制发生器（13）的另一个输入端和所述的换相角度处理模块（8）的输出端相连，脉宽调制发生器（13）的输出端和所述的功率模块（1）的控制端相连，所述的换相角度处理模块（8）的一个输入端及所述的多路转接器（9）的输入端均和所述的相电流采集电路（20）的输出端相连，换相角度处理模块（8）的另一个输入端和所述的四细分解码器（4）的输出端相连。

3.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电机的定位控制装置，其特征在于包括速度处理模块（14）、速度比较器（15）和速度控制器（16），所述的四细分解码器（4）的输出端和速度处理模块（14）的输入端相连，速度处理模块（14）的输出端和速度比较器（15）的一个输入端相连，速度比较器（15）的另一个输入端和输出速度指令的上位机相连，速度比较器（15）的输出端和速度控制器（16）的输入端相连，速度控制器（16）的输出端和所述的开关脉冲控制单元（19）的输入端相连。

4.根据权利要求2所述的一种开关磁阻电机的定位控制装置，其特征在于包括速度处理模块（14）、速度比较器（15）和速度控制器（16），所述的四细分解码器（4）的输出端和速度处理模块（14）的输入端相连；速度处理模块（14）的输出端，一路和速度比较器（15）的一个输入端相连，另一路和所述的换相角度处理模块（8）的又一个输入端相连，速度比较器（15）的另一个输入端和输出速度指令的上位机相连，速度比较器（15）的输出端和速度控制器（16）的输入端相连，速度控制器（16）的输出端和所述的开关脉冲控制单元（19）的输入端相连。

5.根据权利要求3或4所述的一种开关磁阻电机的定位控制装置，其特征在于所述的速度控制器（16）的输出端、位置控制器（7）的输出端分别和一个开关（17）的两个输入端相连，开关（17）的输出端和所述的开关脉冲控制单元（19）的输入端相连。

Images