TW201620243A - 降低切換式磁阻馬達電能轉換損失方法 - Google Patents

Abstract

一種降低切換式磁阻馬達電能轉換損失的方法，其包含：第一步驟：執行一初始設定程序，其包括：以查表的方式依一需求轉速數值和一需求轉矩數值產生一激磁電流之初始值；執行一第一運算以獲得一導通角之初始值；及執行一第二運算以獲得一截止角之初始值；第二步驟：執行一激磁電流調整程序以使該切換式磁阻馬達之轉速數值等於該需求轉速數值；以及第三步驟：執行一導通角調整程序，其係依該切換式磁阻馬達在一時間間隔之功耗差決定是否調整所述導通角的數值並在調整所述導通角的數值後回去執行所述第二步驟。

Description

降低切換式磁阻馬達電能轉換損失方法

本發明係有關於切換式磁阻馬達，特別是關於一種降低切換式磁阻馬達電能轉換損失的方法。

科技的進步帶動工商業快速的發展，在工廠大量的自動化過程中，電動機皆扮演著非常重要的角色。另外，近年來石油大量的開發使得石油危機浮現，目前有相當多的科學家希望將燃油引擎改由電動機的方式產生動力。而在電動機的發展中，期望能提升電能與機械能的轉換效率，以及用較簡單的驅動方式，透過各種演算法則得到高性能及高效率的控制，使電動機性能與效能都能符合工業自動化以及電動車用的電動引擎需求。

由於工業快速發展，經濟突飛猛進，使得傳統工業面臨轉型局面，而須朝高科技自動化生產邁進；隨著自動化生產設備需求日益增加，電動機扮演著關鍵性角色，因其為生產設備的主要驅動裝置，所以多年來，人類一方面努力研發新型的電動機結構，以期得到更有效率的電能-機械能轉換；另一方面就現有的電動機結構，研究更好的控制方法與設計更適合驅動電路，以得高性能操控，使電動機性能能完全符合自動化生產設備伺服控制需求。

交流馬達沒有碳刷，所以較無火花產生之虞，且具有維護容易、散熱佳等優點。近二十年來隨著電力電子技術和微處理機快速發展，交流馬達已逐漸的取代直流伺服馬達。

傳統用來作為交流伺服的馬達有感應馬達(Induction Motor)和永磁式同步馬達(Permanent Magnet Synchronous Motor)。感應馬達雖然結構堅固，製造成本低，維護容易，但因運轉時所衍生的轉子感應電流會導致能量損失，故效率較差；此外，其亦有因滑差(Slip)現象而使磁軸不易估測的問題-由於滑差角度的計算與轉子電感有關，而轉子的電阻、電感等參數又易受溫度影響，故滑差估測有一定的困難度。在永磁式同步馬達方面，由於轉子是磁性材料，所以轉子無感應電流，故其效率較高，又因永磁式同步馬達磁軸與轉軸處於同一位置，故沒有滑差，控制上也較感應馬達容易。然而，因良好的磁性材料(稀土)產量稀少且價格昂貴，故永磁式同步馬達不易為工業界大量使用。

磁阻馬達之應用場合十分廣泛，其兩大主要領域為：(1)變速-變轉矩驅動系統，如壓縮機，輸送帶，幫浦、紡織機、攪拌機、牽引機等。(2)位置、速度，或轉矩控制之伺服驅動系統，如X-Y平台、機械手臂、供料機等。另外日本與歐美國家之汽車製造廠看準磁阻馬達結合交、直流馬達之優點，紛紛將其應用在電動汽機車上。在能源逐漸短缺，環保意識高漲之下，磁阻電動機在未來的電動機驅動系統中將扮演重要角色。

切換式磁阻馬達(Switched Reluctance Motor；SRM)起於1838年，其驅動系統可概分為以下幾個研究方向：

1.馬達結構設計及特性分析：切換式磁阻馬達硬體結構設計 的研究主要是克服雙凸極結構運轉時所產生的噪音及轉矩漣波的缺點，因此有許多專家學者研究針對切換式磁阻馬達的結構匹配對振動之影響。研究轉子及定子的形狀對轉矩大小及漣波之影響。利用有限元素(finite element)法進行最佳的結構設計。

2.功率轉換器設計：探討驅動切換式磁阻馬達的轉換器電路架構，以期望達到架構簡單、高效率，且驅動能力佳的轉換器，改善轉矩漣波的缺點。

3.切換式磁阻馬達建模：因為切換式磁阻馬達具有高度非線性之特性，因此許多專家學者研究使用不同的量測方式得到完整的切換式磁阻馬達參數，並建立接近實際切換式磁阻馬達之數學模型。例如：

a.利用分析切換式磁阻馬達數學模型計算切換式磁阻馬達的定子電感最大與最小感值並與有限元素分析法比較。

b.實際量測切換式磁阻馬達的特性。因為使用交流電激磁的方式，所以得到的磁通值較低，而在激磁相端加一個輔助線圈(Search Coil)以獲得感應電壓的波形求得磁通鏈，但必須拆解磁阻馬達機殼才能完成量測的動作，因此實際應用上不容易。之後有學者利用簡單、低成本的實驗程序與實驗資料處理技巧，量測在不同的轉子位置角度下獲得磁通鏈-電流的曲線，雖有改善量測方式，但由於使用鉛酸電池提供直流激磁源，在測量磁阻馬達的特性時，需偵測電池電壓，反而造成不便。

c.利用有限元素法分析切換式磁阻馬達的磁路特性，可得到較精確的磁路曲線，但需要較多的周邊裝置及耗時等缺點，此對於工業上的應用更不實際。

d.以Matlab/Simulink模擬切換式磁阻馬達之線性模型。

e.利用切換式磁阻馬達量測的數據建立轉子位置與電流以及轉矩查表方式，得到非線性動態模型。

4.馬達控制技術、激磁角度調整與最佳化效能之研究：由於切換式磁阻馬達的輸出轉矩在控制上具有高度的非線性，而這些非線性特性，以傳統的線性控制策略，無法得到良好的響應，故希望藉由控制策略的改善，使馬達有更好的響應。近年來控制技術進步，高等控制學理之應用皆有良好的成果，也有許多學者提出高等控制學理應用於切換式磁阻馬達驅動系統上，皆具高度參考性。例如使用模糊邏輯控制設計驅動系統、以適應性模糊邏輯控制器來克服切換式磁阻馬達在欠相運轉時的問題、設計一高性能反覆學習型的電流控制器，改善電流響應，增加效能、設計一非線性控制器於切換式磁阻馬達驅動系統來改善其系統響應速度等。在激磁角度調整技術方面，由於其牽涉轉矩特性、電流響應及馬達運轉效率，有人提出介於最小轉矩漣波與最佳效率間的激磁角度調整方式。改善轉矩漣波方面，有人提出以最佳化激磁電流來降低轉矩漣波、利用小腦模型控制器之神經網路架構及使用強制最小均方演算法來降低轉矩漣波等。在最佳化效能方面，有人提出藉由控制激磁角度的方式得到最佳化效能，也有人提出最佳化程序來改善轉矩漣波，以得到最佳化效能。

5.轉軸角度估測技術：由於切換式馬達須要依照定轉子相對角度來決定各相激磁時機，因此轉軸角度資訊相當重要，該資訊取得精確，攸關系統運轉與整體效能。一般採用轉軸估測元件來取得轉軸角度，但轉軸角度偵測元件價格昂貴、易受雜訊干擾、且結構上較脆弱，較不符 合工業界需求。因此，在切換式磁阻馬達的轉軸角度的估測技術發展，近年來已引起廣泛的研究興趣。例如有人提出利用激磁電流估測轉軸角度、以電壓電流建立狀態觀測器的方式來估測轉軸角度、設計一電路量測非激磁向的感應電壓來得到轉軸角度的估測等。

一般而言，SRM之主要優點有：

1.構造簡單、製造成本低：SRM之轉子結構簡單，且不需使用昂貴的永磁性材料，亦無轉子繞組；此外，由於定子採集中式繞組，加工容易，故製造成本較低。

2.結構堅固：SRM之轉子並無繞組，也未貼附或鑲嵌永磁材料，使得其結構堅固，可承受高溫及高速運轉。

3.可忍受惡劣工作環境：轉子因沒有碳刷、換向片、或轉子繞組，因此無換向時產生火花的問題，故可應用於較惡劣的工作環境。此外，由於馬達未使用永磁式材料，轉子為矽鋼片疊成，結構強健，因此可忍受高達600℃的溫度，有利於高溫高速下運轉。

4.效率高：SRM之轉矩是利用磁阻變化的原理來產生的，因此轉子沒有電流，故無轉子銅損，也無滑差，故其效率較一般感應機為高。

5.具容錯性：由於SRM之定子每相繞組各自獨立，因此即使其中一相發生短路或開路故障，電動機仍能繼續運轉，對於航太等需要高容錯能力的應用場合具有競爭優勢。

6.高轉矩/轉動慣量比：由於轉子不需轉子繞組，使得其轉子之轉動慣量較小，因此具有較高的轉矩/轉動慣量比值。

7.轉換器結構簡單；由於只需單一極性的激磁電流，故不需使用全橋式結構，避免了上下臂功率元件短路的問題。且即使電動機的繞組發生斷路時，亦不會產生高電壓，轉換器之可靠度也因而提升。

SRM雖擁有上述優點，但仍有以下缺點：

1.脈動轉矩大：由於雙凸極式的結構，雖然具有較大的轉矩產生能力，卻同時伴隨著較大的轉矩漣波(Torque Ripple)。因此必須適當的規劃激磁電流，才能減低其轉矩漣波。

2.需閉迴路控制：SRM基本上是一個「調制電流的步進馬達」，必須依據轉軸角度，產生適當的定子激磁電流，故需使用較複雜的角度回授閉迴路控制，才能得到良好的控速特性。

3.非線性的轉矩產生特性：由於SRM的轉矩大小和激磁電流的平方，及自感對轉軸角度的變化率乘積成正比，且自感又隨著定子激磁電流而變化，故轉矩的產生具高度的非線性特性。

4.噪音大：其雙凸極結構會導致較大的運轉噪音。此外，切換式激磁電流亦會造成較大的電磁噪音(Acoustic Noise)。

為解決前述的問題，吾人亟需一可有效降低切換式磁阻馬達電能轉換損失的方法。

本發明之主要目的在於揭露一種降低切換式磁阻馬達電能轉換損失的方法，其可根據不同的負載條件適應性地自動調變激磁導通角，以改善激磁電流波形、減少產生無效轉矩之激磁範圍，從而減少電磁能量轉換功耗。

為達前述目的，一種降低切換式磁阻馬達電能轉換損失的方法乃被提出，其包含以下步驟：第一步驟：利用一控制器執行一初始設定程序，其包括：以查表的方式依一需求轉速數值和一需求轉矩數值產生一切換式磁阻馬達之一激磁電流之初始值；執行一第一運算：α_u-I_ph(ω_rL_min)/(DV_dc)以獲得該切換式磁阻馬達之一導通角之初始值；以及執行一第二運算：α_a-I_ph(ω_rL_max)/(V_dc)以獲得該切換式磁阻馬達之一截止角之初始值，其中α_u為一不重合角度，L_min為該切換式磁阻馬達之最小電感值，I_ph為該激磁電流之初始值，ω_r為該需求轉速數值，D為一驅動信號之一責任週期，V_dc為一電源電壓，α_a為一重合角度，以及L_max為該切換式磁阻馬達之最大電感值；第二步驟：利用該控制器執行一激磁電流調整程序，其係藉由調整該激磁電流的數值以使該切換式磁阻馬達之轉速數值等於該需求轉速數值；以及第三步驟：利用該控制器執行一導通角調整程序，其係依該切換式磁阻馬達在一時間間隔之功耗差決定是否調整所述導通角的數值，其中，當該功耗差小於一預設值時即停止該導通角調整程序；當該功耗差不小於該預設值時，若該功耗差為一負值則使所述導通角的數值加上一調整量並接著執行所述第二步驟，及若該功耗差為一正值則使所述導通角的數值減去所述的調整量並接著執行所述第二步驟。

在一實施例中，該切換式磁阻馬達為一四相8/6極之切換 式磁阻馬達。

為使 貴審查委員能進一步瞭解本發明之結構、特徵及其目的，茲附以圖式及較佳具體實施例之詳細說明如后。

100‧‧‧轉子

110‧‧‧定子

111‧‧‧繞組

圖1繪示一四相8/6極SRM的結構剖面圖。

圖2a繪示一切換式磁阻馬達操作時的電壓、電流、電感、轉矩及磁通鏈之波形圖。

圖2b繪示相對於圖2a操作波形之電磁能量轉換迴圈圖。

圖3繪示一切換式磁阻馬達之電感值與定子、轉子相對角度之關係。

圖4繪示一切換式磁阻馬達在外加電壓96V、48V、24V下之導通角-速度-電流關係圖。

圖5繪示本發明之一控制策略流程圖。

圖6繪示本發明降低切換式磁阻馬達電能轉換損失的方法其一實施例之流程圖。

圖7a-7b為ω ^*=1000rpm、T _L =1Nm、固定激磁導通角度θ _on =7.5°與電能轉換控制器啟動運轉所測得之SRM輸入電壓、激磁電流、及磁通鏈波形圖。

圖8為圖7a-7b磁通鏈和電流波形所得到的電能轉換迴圈圖。

圖9a-9b繪示在圖7a-7b之操作點下固定激磁導通角和激磁導通角調變控制之四相激磁電流波形圖。

圖10繪示一激磁導通角調變過程。

圖11a-11b為在一操作點下固定激磁導通角度θ _on =3.5°與有電能轉換控 制運轉所測得之SRM輸入電壓、激磁電流、及磁通鏈波形圖。

圖12為由圖11a-11b之磁通鏈和電流波形所得到的電能轉換迴圈圖。

圖13a-13b繪示在圖11a-11b之操作點下固定激磁導通角和激磁導通角調變控制之四相激磁電流波形圖。

圖14繪示另一激磁導通角調變過程。

SRM因其雙凸極結構與高度非線性數學模型，使得在激磁運轉時易產生大的轉矩漣波，而造成震動與噪音問題，從而使SRM在高性能伺服控制，或高精準度工具機之位置控制應用上受到限制。由於切換式磁阻馬達驅動系統之動態特性可以說是時變且非線性的，故要在寬廣之速度範圍內得到較低的轉矩漣波之高性能運轉控制並不容易做到。

本發明之降低切換式磁阻馬達電能轉換損失方法主要係藉由一適應性的導通激磁角決定程序使在不同操作情況下之激磁能量最小化。本發明的方法首先係依一轉速命令和一負載轉矩的要求，以及SRM之精確特性參數，提供適當的激磁導通角初始值、截止角初始值、和激磁電流初始值，以在滿足要求的操作情況下加速系統的動態響應。在馬達轉速穩定後，再藉由連續調控導通角來降低整個驅動系統之電磁能量轉換損失，以達成最小化能量轉換之目標。

以下將先說明SRM的工作原理。請參照圖1，其繪示一四相8/6極SRM的結構剖面圖。如圖1所示，該SRM具有一轉子100及一定子110，轉子100具有6凸極而定子110具有8凸極，其中，定子110每相均採用獨立的繞組111，轉子100既無繞組也不需磁性材料，而是由導磁性良好的矽鋼片疊 成，可減少因磁力線變化時引起渦流損與鐵損。SRM主要是利用凸極的效應使得磁阻的大小隨著角度變化進而產生磁阻力與轉矩。因為SRM是利用變頻器上的開關切換而轉動，故稱為切換式磁阻馬達。一SRM的轉矩是由其定、轉子間的磁阻變化而產生，而其磁阻變化則與一電機共能(Co-Energy)變化有關，其中該電機共能為一磁通鏈之函數，而該磁通鏈之變化則與一磁路之電感值及激磁電流有關，且該電感值為該激磁電流與轉子角度之函數。所以只要能得到磁通鏈對電流之曲線，就可得到在不同轉子角度下之自感值變化曲線，而利用此自感值變化曲線，就可在適當時機注入激磁電流於適當相序之繞組，來精確操控一切換式磁阻馬達。

請參照圖2a，其繪示一切換式磁阻馬達操作時的電壓、電流、電感、轉矩及磁通鏈之波形圖；以及圖2b，其繪示相對於圖2a操作波形之電磁能量轉換迴圈圖。如圖2a及圖2b所示，當命令轉速愈快時，激磁導通角θ_on須適度提前，以提供足夠的電流上升時間來滿足轉速要求，又由於在定、轉子完全重合與完全不重合處之感值幾乎是定值，故在激磁導通角θ_on與定、轉子磁極剛開始重疊的角度θ_T之間所注入的激磁電流，是無法產生有效轉矩的。因此在高速操作時，θ_on的提前部分無法產生電磁轉矩。故在相同的轉速要求下，圖2a中激磁導通角θ_on會比θ_{on_p}造成較多的功耗。另一方面不適當的激磁導通角會導致不佳的激磁電流波形，而使得電磁能量轉換迴圈面積變大(如圖2b所示，A_{θ on}>A_{θ on_p})，造成較大的電磁能量轉換功耗。另外，由圖2b中也可看出最佳的激磁導通角θ_{on_p}可得最佳的激磁電流波形I_{on_p}，進而可得到最小化電磁能量轉換迴圈A_{θ on_p}。

本發明的精神係在於如何適應性地提供一切換磁阻馬達的 最佳化激磁操作，而其原理為：在一切換磁阻馬達的運轉範圍內，對任意所要的操作點(同時滿足轉速與轉矩需求)，利用改變一外加電壓之責任週期，來快速得到所要轉速，接下來在穩態狀況時，在能滿足一負載轉矩需求情況下，利用一最佳激磁導通角搜尋方式，來最小化該馬達之功率損失。切換式磁阻馬達之激磁電流波形對效率影響相當大，而控制參數主要是轉速、電流、導通角與截止角之關係。首先，請參照圖3，其繪示一切換式磁阻馬達之電感值與定子、轉子間相對角度之關係。如圖3所示，電感值在θ=α_u附近有最小值L_min，在θ=α_a附近有最大值L_max，其中：α_a為定子和轉子磁極重合位置之角度；α_u為定子和轉子磁極不重合位置之角度；α₁為定子和轉子磁極剛開始重合時之角度。則在所要求的轉速與轉矩操作情況下，所需的激磁導通角與截止角可表示為：α_on=α_u-I_ph(ω_rL_min)/(DV_dc) (1)

其中α_on：導通角，α_u：為不重合角度，L_min：最小電感值，I_ph：激磁電流大小，ω_r：需求轉速，D：責任週期，V_dc：電源端電壓。

α_off=α_a-I_ph(ω_rL_max)/(V_dc) (2)

其中α_off：截止角，α_a：為重合角度，L_max：最大電感值，I_ph：激磁電流大小。

圖4所示為一切換式磁阻馬達在外加電壓96V、48V、24V下，根據(1)式所得到之導通角-速度-電流關係圖。由圖中可看出當外加電壓愈大時，則所需之提前導通角度愈小。一般控制器設計可依不同轉速命令與不同電流命令來適時調整所需之導通與截止角。本發明即以此二式子來提供激磁導通角與截止角之初始值。

為了使一SRM在廣域的之負載及轉速要求下，都能達到系統運轉效率最佳化，我們的目標函數為最小化總能量損失P_total-losses，此最佳化問題可用公式表示為：最小化 P_total-losses(α_on，I)

限制條件 T(α_off，I)，ω_r=指定值

i(θ_on，v)<I_max，v<V_DC-max (3)

其中為ω_r轉速、T為負載轉矩，I_max為最大電流值、V_DC-max為最大電壓值、α_on與α_off為導通角與截止角。

上述的總能量損失包含了馬達的損失及驅動變頻器的損失，在一SRM中導通角α_on改變將會影響馬達的激磁電流波形，進而造成電磁轉矩的改變。本發明提出一新的控制架構，一開始為了要達到一速度命令要求，利用內迴路的電流控制器來控制轉速，在這段期間，先規劃初始導通角α_on(i)及初始截止角α_off(i)，必須滿足速度上升的動態響應及滿足轉矩要求。當SRM運轉到達穩態時，靠即時的搜尋及連續調整導通角α_on，在操作範圍內達到整個系統總能量消耗的最小化，而其搜尋方法乃利用監測直流鏈能量輸出之變化。效率最佳化搜尋時間長短和初始導通角α_on(i)有很大的關係，這裡採用(1)式計算來提供適當的初始導通角，可使其能滿足最短搜尋時間及轉矩速度要求。根據轉速命令和轉矩要求，透過換算提供適當的導通角初始值、截止角初始值、和激磁電流初始值，可大幅縮短起動時間、改善暫態響應、及縮短效率最佳化的搜尋時間。所規劃之截止角初始值係為了防止負的轉矩產生，從而改善轉矩漣波。激磁電流初始值可透過查詢一所建立之轉矩-速度表來獲得，以使轉速快速達到速度命令值並且獲 得良好的動態響應。

圖5繪示本發明之一控制策略流程圖。如圖5所示，本發明先設定激磁電流、導通角、和截止角的初始值，接著，藉由調整激磁電流大小來控制轉速。當轉速達到穩態時，輸入功率變化可透過量測之後一個導通角α_on之功率值減去前一個導通角α_on之功率值來計算，假如功率變化在誤差容許內，則最佳導通角可確定，否則繼續根據搜尋法則之△P的正負號來調整導通角。本發明由於在一開始即基於馬達特性獲得一較佳的導通角，故可較快獲得效率最佳化。

依上述的說明，本發明乃提出一降低切換式磁阻馬達電能轉換損失的方法，其中所述的切換式磁阻馬達為一(M+1)相(2M+2)/2M極之切換式磁阻馬達，其中M為正整數。本發明的流程請參照圖6。如圖6所示，該流程包括：步驟a：利用一控制器執行一初始設定程序，其包括：以查表的方式依一需求轉速數值和一需求轉矩數值產生一切換式磁阻馬達之一激磁電流之初始值；執行一第一運算：α_u-I_ph(ω_rL_min)/(DV_dc)以獲得該切換式磁阻馬達之一導通角之初始值；以及執行一第二運算：α_a-I_ph(ω_rL_max)/(V_dc)以獲得該切換式磁阻馬達之一截止角之初始值，其中α_u為一不重合角度，L_min為該切換式磁阻馬達之最小電感值，I_ph為該激磁電流之初始值，ω_r為該需求轉速數值，D為一驅動信號之一責任週期，V_dc為一電源電壓，α_a為一重合角度，以及L_max為該切換式磁阻馬達之最大電感值；步驟b：利用該控制器執行一激磁電流調整程序，其係藉由調整該激磁電流的數值以使該切換式磁阻馬達之轉速數值等於該需求轉速 數值；以及步驟c：利用該控制器執行一導通角調整程序，其係依該切換式磁阻馬達在一時間間隔之功耗差決定是否調整所述導通角的數值，其中，當該功耗差小於一預設值時即停止該導通角調整程序；當該功耗差不小於該預設值時，若該功耗差為一負值則使所述導通角的數值加上一調整量並接著執行所述第二步驟，及若該功耗差為一正值則使所述導通角的數值減去所述的調整量並接著執行所述第二步驟。

以下接著說明本發明之實測結果。在負載固定及激磁截止角度固定為θ _off =22.5°之條件下，圖7a-7b為操作命令ω ^*=1000rpm、T _L =1Nm、固定激磁導通角度θ _on =7.5°與電能轉換控制器(ECC)啟動運轉所測得之SRM輸入電壓、激磁電流、及磁通鏈波形圖；圖8為圖7a-7b磁通鏈和電流波形所得到的電能轉換迴圈，迴圈的面積即為此操作點下之功率損耗。由圖中可以明顯看出所提出的最小化電能轉換損失控制策略所形成的電能轉換迴圈小於固定激磁導通角運轉之電能轉換迴圈。另外，圖9a-9b所示為在圖7a-7b之操作點下固定激磁導通角和激磁導通角調變控制之四相激磁電流波形。由圖中可看出，在同樣速度操作下，有作激磁導通角調變控制所需之繞組電流小於固定激磁導通角操作之電流，且其驅動功耗也會比較小；圖10為其激磁導通角調變過程，其激磁導通角度係由7.5°往下調整，直到穩定於4.5°為止。

當操作命令變為ω ^*=2000rpm、T _L =1Nm時，因速度增加，為使繞組電流可以及時到達產生所需速度要求之準位，需將激磁導通角度往前提到θ _on =3.5°。圖11a-11b為此操作點下固定激磁導通角度θ _on =3.5°與有電 能轉換控制(ECC)運轉所測得之SRM輸入電壓、激磁電流、及磁通鏈波形圖。圖12為由圖11a-11b之磁通鏈和電流波形所得到的電能轉換迴圈，迴圈的面積即為此操作點下之功率損耗。由圖中可以明顯看出所提出的最小化電能轉換損失控制策略所形成的電能轉換迴圈小於固定激磁導通角運轉之電能轉換迴圈。另外，圖13a-13b所示為在圖11a-11b之操作點下固定激磁導通角和激磁導通角調變控制之四相激磁電流波形，由圖中可看出，在同樣速度操作下，有作激磁導通角調變控制所需之繞組電流小於固定激磁導通角操作之電流，則其驅動功耗也會比較小；圖14為其激磁導通角調變過程，其激磁導通角度由7.5°往下調整，直到穩定於1.4°左右為止。

由測試結果可以驗證本發明所提出的自動激磁導通角調變技術確實可降低驅動切換式磁阻馬達之電能轉換損失，根據不同的負載條件，經由適應性激磁導通角自動調變，可改善激磁電流波形，並減少產生無效轉矩之激磁範圍，使得電磁能量轉換迴圈面積減少，以減少電磁能轉轉換功耗，進一步提升SRM的驅動效率。

本案所揭示者，乃較佳實施例，舉凡局部之變更或修飾而源於本案之技術思想而為熟習該項技藝之人所易於推知者，俱不脫本案之專利權範疇。

綜上所陳，本案無論就目的、手段與功效，在在顯示其迴異於習知之技術特徵，且其首先發明合於實用，亦在在符合發明之專利要件，懇請 貴審查委員明察，並祈早日賜予專利，俾嘉惠社會，實感德便。

Claims (2)

1. 一種降低切換式磁阻馬達電能轉換損失的方法，其包含以下步驟：第一步驟：利用一控制器執行一初始設定程序，其包括：以查表的方式依一需求轉速數值和一需求轉矩數值產生一切換式磁阻馬達之一激磁電流之初始值；執行一第一運算：α_u-I_ph(ω_rL_min)/(DV_dc)以獲得該切換式磁阻馬達之一導通角之初始值；以及執行一第二運算：α_a-I_ph(ω_rL_max)/(V_dc)以獲得該切換式磁阻馬達之一截止角之初始值，其中α_u為一不重合角度，L_min為該切換式磁阻馬達之最小電感值，I_ph為該激磁電流之初始值，ω_r為該需求轉速數值，D為一驅動信號之一責任週期，V_dc為一電源電壓，α_a為一重合角度，以及L_max為該切換式磁阻馬達之最大電感值；第二步驟：利用該控制器執行一激磁電流調整程序，其係藉由調整該激磁電流的數值以使該切換式磁阻馬達之轉速數值等於該需求轉速數值；以及第三步驟：利用該控制器執行一導通角調整程序，其係依該切換式磁阻馬達在一時間間隔之功耗差決定是否調整所述導通角的數值，其中，當該功耗差小於一預設值時即停止該導通角調整程序；當該功耗差不小於該預設值時，若該功耗差為一負值則使所述導通角的數值加上一調整量並接著執行所述第二步驟，及若該功耗差為一正值則使所述導通角的數值減去所述的調整量並接著執行所述第二步驟。
2. 如申請專利範圍第1項所述之降低切換式磁阻馬達電能轉換損失的方 法，其中所述的切換式磁阻馬達為一(M+1)相(2M+2)/2M極之切換式磁阻馬達，其中M為正整數。