專利名稱：轉(zhuǎn)換式磁阻驅(qū)動裝置的轉(zhuǎn)子位置檢測的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁阻電機(jī)中的無傳感器轉(zhuǎn)子位置檢測，尤其是轉(zhuǎn)換式磁阻電機(jī)中的無傳感器轉(zhuǎn)子位置檢測。
有關(guān)轉(zhuǎn)換式磁阻電機(jī)的控制和運(yùn)行，在J M Stephenson和R J Blake于1993年6月21日-24日在德國Nurnberg舉辦的PCIM′93會議和展覽上發(fā)表的論文“轉(zhuǎn)換式磁阻電機(jī)和傳動裝置的特點(diǎn)、設(shè)計(jì)和應(yīng)用”(TheCharacteristics，Design and Applications of Switched Reluctance Motorsand Drives)中作了介紹，此處作為參考結(jié)合到本文中。在那篇論文中，對于電機(jī)分別在低速和高速下運(yùn)行，介紹了轉(zhuǎn)換式磁阻電機(jī)激勵的“斬波”和“單脈沖”模式。
圖1示意性地示出了一種典型的現(xiàn)有技術(shù)驅(qū)動裝置。它包括一個(gè)直流電源11，該直流電源11可以是一個(gè)電池組或是經(jīng)過整流和濾波的交流電源。由電源11所提供的直流電壓，在電子控制裝置14的控制下，通過電力變換器13，在電機(jī)12的相繞組16上轉(zhuǎn)換。圖2中示出了許多已知變換器的布局之一，這里電源11設(shè)置在供電線路26、27上，該供電線路26、27具有一個(gè)電容器25跨接在它們之間，以便滿足電流的任何交流分量。相繞組16通過上開關(guān)21和下開關(guān)22連接到供電線路上。能量返回二極管23，24用常規(guī)方式連接。電阻器28與下開關(guān)22串聯(lián)連接，以便提供一個(gè)電流反饋信號。多相系統(tǒng)通常用圖2的幾個(gè)“相支線”并聯(lián)連接，以便激勵電機(jī)的各相。
轉(zhuǎn)換式磁阻電機(jī)的性能部分地取決于相對于轉(zhuǎn)子位置的相激勵的精確定時(shí)。轉(zhuǎn)子位置的檢測，通常是用一種如圖1所示意示出的變換器15，如安裝在電機(jī)轉(zhuǎn)子上的一個(gè)旋轉(zhuǎn)式帶齒圓盤來實(shí)現(xiàn)，該變換器15與安裝在定子上的一種光學(xué)、磁性或其它傳感器相配合。傳感器產(chǎn)生一個(gè)表示轉(zhuǎn)子相對于定子位置的信號，比如一個(gè)脈沖鏈，并供給控制電路，使得可以進(jìn)行精確的相激勵。這種系統(tǒng)在許多應(yīng)用中簡單而工作良好。然而，轉(zhuǎn)子位置變換器增加了組件的總成本。它還給電機(jī)增加額外的電氣連接，并因此是一種不安全的潛在來源。
人們已經(jīng)提出了各種用于省去轉(zhuǎn)子位置變換器的方法。這些方法中的某些方法在W F Ray和I H Al-Bahadly的論文“用于測定轉(zhuǎn)換式磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的無傳感器法”(Sensorless Methods for Determining the RotorPosition of Switched Reluctance Motors)中作了評述，該論文在Proceedings of the European Power Electronics Conference，Brighton，UK，13-16 Sep 1993，Vol.6，pp7-13，中發(fā)表，這里作為參考文獻(xiàn)結(jié)合近來。
用于轉(zhuǎn)子位置估計(jì)所提出的這些方法中，許多方法是采用在單相或多相中相磁鏈(亦即，施加電壓對時(shí)間的積分)和電流的測量。利用電機(jī)電感隨角度和電流而改變的函數(shù)計(jì)算位置。這種特點(diǎn)可以作為一個(gè)磁鏈/角度/電流表存儲，并在圖3中用圖示出。存儲這種數(shù)據(jù)是個(gè)缺點(diǎn)，因?yàn)樗ㄊ褂靡粋€(gè)大存儲器陣列和/或附加的系統(tǒng)支出，來進(jìn)行各存儲點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)插補(bǔ)。
在改變擴(kuò)展轉(zhuǎn)矩的主要控制策略是“斬波”電流控制的情況下，某些方法在低速下利用這種數(shù)據(jù)。斬波控制在圖4(a)中用圖示出，其中電流和電感波形在一個(gè)相電感周期(注意，電感變化以理想化形狀示出)上示出。這些方法通常不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩相中使用診斷脈沖。一種適合于低速運(yùn)行的方法是由N M Mvungi和J M Stepheson在他們的論文“在SR電機(jī)中的精確無傳感器轉(zhuǎn)子位置檢測”(Accurate Sensorless Rotor Position Detectionin an S R Motor)中提出，該論文在Proceedings of the European PowerElectronics Conference，F(xiàn)irenze，意大利，1991，Vol.1，pp 390-393中發(fā)表，此處作為參考結(jié)合到本申請中。
另一些方法在高速下以“單脈沖”激勵方式操作。這種方式在圖4(b)中示出，其中電流和電感波形在一個(gè)相電感周期上示出。這些方法在不干擾正常運(yùn)行情況下監(jiān)測有源相的工作電壓和電流。一種典型的較高速方法在國際專利申請WO91/02401中作了介紹，此處作為參考文獻(xiàn)結(jié)合到本申請中。
為了在沒有位置傳感器情況下工作，而必須存儲一個(gè)二維陣列的電機(jī)數(shù)據(jù)，是一個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn)。人們已經(jīng)提出了一些可供選擇的方法，這些方法省去了大多數(shù)涉及角度的信息，而代之以只在一個(gè)角度下存儲數(shù)據(jù)。在歐洲專利申請EP-A-0573198(Ray)中介紹了一種這樣的方法，此處作為參考文獻(xiàn)結(jié)合到本申請中。這種方法目的在于通過根據(jù)計(jì)算的偏離理想點(diǎn)的偏差調(diào)節(jié)診斷點(diǎn)，來檢測一預(yù)先規(guī)定的角處相磁鏈和電流。磁鏈通過將施加到相上的電壓測量結(jié)果(對時(shí)間)積分進(jìn)行估計(jì)。在優(yōu)選實(shí)施例中存儲了兩個(gè)一維表，一個(gè)表是在一個(gè)基準(zhǔn)轉(zhuǎn)子角處的磁鏈/電流，而另一個(gè)是磁鏈對轉(zhuǎn)子角/電流的微分。通過監(jiān)測相電壓和電流，借助于查找表，可以確定與預(yù)定角度的偏差，并因此可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行。倘若可以以足夠精度隨時(shí)用位置檢測算法測定磁鏈，則這種方法證明是可靠的。為了避免磁鏈積分器漂移(由于系統(tǒng)中不希望有的噪音和積分器中的缺陷)，當(dāng)電流降到零和相繞組不再磁鏈任何磁力線時(shí)，在每個(gè)傳導(dǎo)周期結(jié)束處將磁鏈積分器設(shè)定為零。這種方法是一種“預(yù)報(bào)器/校正器”法，其中它首先預(yù)測轉(zhuǎn)子何時(shí)將在一個(gè)基準(zhǔn)位置處，當(dāng)確信已達(dá)到基準(zhǔn)位置時(shí)，測量電機(jī)的參數(shù)，并利用這些測量的結(jié)果來檢測預(yù)報(bào)中的誤差，并因此通過對下一個(gè)基準(zhǔn)位置采用新的預(yù)報(bào)，進(jìn)行校正。
轉(zhuǎn)換式磁阻電機(jī)的特殊運(yùn)行模式是連續(xù)電流模式，如在美國專利US5469039(Ray)中所公開的，此處作為參考結(jié)合到本申請中。在這種方式中，繞組在磁力線，及因此電流，在能量返回周期結(jié)束時(shí)已返回到零之前，重新連接到電源上。因此相繞組在電流連續(xù)地流過它們并且總是通過磁力線連接的情況下工作。對一些必須在它們工作周期的某些點(diǎn)處產(chǎn)生高的超負(fù)荷輸出的系統(tǒng)來說，這是一種重要的方式。盡管傳動裝置的效率在這種方式中下降，但它能達(dá)否則就需要較大電機(jī)達(dá)到的技術(shù)要求。然而，在這種方式中，迄今為止，還不能用任何先有技術(shù)方法來進(jìn)行無傳感器轉(zhuǎn)子位置檢測，因?yàn)樵谙嘀芷谥?，沒有機(jī)會在某個(gè)已知的零磁力線和電流的點(diǎn)處使積分器復(fù)位，因?yàn)檫@一點(diǎn)并不存在。
為找出對這個(gè)問題的解決辦法的努力包括一些方案，這些方案使傳動裝置能以連續(xù)電流方式工作，除了當(dāng)控制系統(tǒng)判斷它對重新估計(jì)位置很重要的時(shí)候之外，在這時(shí)退出連續(xù)電流方式，估計(jì)位置，并將傳動裝置放回到連續(xù)電流方式中。具體地說，可以這樣實(shí)現(xiàn)，使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)在主要是連續(xù)電流模式下運(yùn)行，但以預(yù)定的時(shí)間間隔退回到不連續(xù)電流中。以便能導(dǎo)出位置信息。該技術(shù)取決于速度實(shí)際上是固定不變，在較高速度(連續(xù)電流通常在此速度下應(yīng)用)下，速度固定不變可能接近真實(shí)。盡管如此，脫離連續(xù)電流會產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的損失。一種可供選擇的方法是，以連續(xù)電流運(yùn)行每個(gè)相一給定的周期數(shù)，例如10個(gè)周期，然后使該相在下一個(gè)周期上激勵一個(gè)較短的時(shí)間，以使電流一定降到零，使積分器復(fù)位并精確估計(jì)磁鏈。通過使這個(gè)“短”周期與其它的以連續(xù)電流工作的相交錯(cuò)，減輕了轉(zhuǎn)矩?fù)p失的有害影響。
然而，在所有這些方法情況下，轉(zhuǎn)矩?fù)p失都可以使電機(jī)性能變得不穩(wěn)定，并且在再次達(dá)到穩(wěn)定性之前需要幾個(gè)周期，因?yàn)殡娏鞅仨氁赃B續(xù)電流形式在一個(gè)周期范圍內(nèi)建立。
本發(fā)明在所附獨(dú)立權(quán)利要求中限定。某些優(yōu)選的特點(diǎn)在從屬權(quán)利要求中列舉出。
按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種檢測磁阻電機(jī)中轉(zhuǎn)子位置的方法，該方法包括在電壓施加到那一相的時(shí)刻，在第一點(diǎn)處，導(dǎo)出與電機(jī)的那一相或至少一相有關(guān)的磁鏈值；在轉(zhuǎn)子的隨后一點(diǎn)處導(dǎo)出一個(gè)相電流和磁鏈值；將所導(dǎo)出的各磁鏈值結(jié)合，以便導(dǎo)出該隨后的點(diǎn)處一個(gè)總磁鏈值；及從相電流和總磁鏈值導(dǎo)出轉(zhuǎn)子位置。
優(yōu)選的是，提供了一種方法，其中電壓施加到相上的時(shí)刻是在磁鏈開始的這點(diǎn)處。在上述時(shí)刻的電流可以是基本為零或是非零。
優(yōu)選的是，在電壓施加到相上的時(shí)刻，磁鏈值是從上述時(shí)刻處的電流導(dǎo)出。例如，在上述時(shí)刻的磁鏈?zhǔn)菑碾娏骱痛鎯Φ挠糜陔娏骺v坐標(biāo)的電感值導(dǎo)出的。
因此，本發(fā)明的實(shí)施例在轉(zhuǎn)換式磁阻電機(jī)的單脈沖運(yùn)行方式中特別有用。本發(fā)明可以用第一點(diǎn)處的電流值導(dǎo)出磁鏈值。當(dāng)電流不連續(xù)時(shí)，零電流值導(dǎo)致零磁鏈值。當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，可以用電流值導(dǎo)出非零磁鏈值。
優(yōu)選的是，通過將相電壓從上述時(shí)刻到隨后的點(diǎn)積分，導(dǎo)出來自上述第一點(diǎn)的磁鏈。上述隨后點(diǎn)處的磁鏈，可以通過將相電壓從上述時(shí)刻到隨后的點(diǎn)積分導(dǎo)出。轉(zhuǎn)子位置可以從存儲的參數(shù)導(dǎo)出，這些參數(shù)具有相電流和磁鏈的坐標(biāo)。
根據(jù)一個(gè)特定實(shí)施例所述的本發(fā)明方法，測量磁力線開始時(shí)在相繞組接通處的電流，并用這個(gè)電流值來檢索電感表。然后將該表所提供的電感值乘以電流，以便導(dǎo)出相中穩(wěn)定的磁鏈的估計(jì)。另外在接通時(shí)，將一個(gè)測量磁力線的積分器設(shè)定為零，放入積分方式中。在一預(yù)定的后面點(diǎn)處，將積分器所提供的磁鏈值加到穩(wěn)定磁鏈的計(jì)算值上，并用所導(dǎo)出的總磁鏈值來確定轉(zhuǎn)子位置。
由于電感是在開關(guān)接通，亦即在相電感周期中磁力線開始處測定，所以該方法不要求大量的存儲數(shù)據(jù)。在波形上有噪音時(shí)，它也很穩(wěn)固，它從波形推斷位置。
另外根據(jù)本發(fā)明，提供了一種方法，其中轉(zhuǎn)子位置是從與多相電機(jī)中每一相有關(guān)的值導(dǎo)出。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供一種穩(wěn)固而低成本的監(jiān)測轉(zhuǎn)子位置的方法和一種轉(zhuǎn)子位置檢測器，它可以在單脈沖模式中沒有轉(zhuǎn)子位置變換器、有或沒有連續(xù)電流的情況下工作。
本發(fā)明可以用許多種方式實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在作為例子并參照


其中某些方式，其中圖1示出一種典型的現(xiàn)有技術(shù)轉(zhuǎn)換式磁阻傳動裝置；圖2示出一種已知的圖1變換器中一相的布局；圖3示出典型的以轉(zhuǎn)子位置作為參數(shù)的磁鏈和相電流曲線；圖4(a)示出斬波控制中一種典型的穩(wěn)步電流(motoring current)波形；圖4(b)示出單脈沖控制中一種典型的穩(wěn)步電流(motoring current)波形；圖5以示意形式示出一種體現(xiàn)本發(fā)明的轉(zhuǎn)換式磁阻傳動裝置；圖6示出在圖5的傳動裝置中連續(xù)電流方式的磁鏈波形；圖7示出用于圖5傳動裝置的連續(xù)電流波形；圖8示出圖5中的傳動裝置不連續(xù)電流方式的磁鏈波形。
轉(zhuǎn)換式磁阻電機(jī)的相電感周期，是例如當(dāng)定子各磁極和相對的對應(yīng)轉(zhuǎn)子各磁極完全對準(zhǔn)時(shí)，各最大值之間該相，或每相的電感變化周期。要說明的示例性實(shí)施例在穩(wěn)步模式(motoring mode)中，用一個(gè)2相轉(zhuǎn)換式磁阻傳動裝置，但是1以上的任何相數(shù)都可以用，同時(shí)傳動裝置處于穩(wěn)步模式或發(fā)生模式。
圖5示出一種用于實(shí)施體現(xiàn)本發(fā)明的方法的系統(tǒng)。圖7圖示出用于圖5系統(tǒng)的連續(xù)電流波形。在這個(gè)系統(tǒng)中，電力變換器13通常與圖1所示的電力變換器相同，并且在合適的地方采用相同的標(biāo)號。變換器13如前所述，控制轉(zhuǎn)換式磁阻電機(jī)。變換器13本身由一個(gè)控制器42控制，在這個(gè)實(shí)施例中，控制器42包括一個(gè)數(shù)字信號處理器44，比如2181系列模擬器件之一。一些可供選擇的實(shí)施例可以包括一種微處理器或其它形式的可編程序裝置，如在該技術(shù)中眾所周知的那些。所示的2相電機(jī)具有一個(gè)定子30和一個(gè)轉(zhuǎn)子32。定子具有4個(gè)磁極50，相繞組34/36繞在磁極50上。轉(zhuǎn)子具有轉(zhuǎn)子磁極52，并且，為了幫助啟動電機(jī)，轉(zhuǎn)子具有一個(gè)極面54，該極面54與定子極面一起限定一個(gè)階梯形氣隙。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會理解，可以使用具有不同相數(shù)或磁極組合的電機(jī)，因?yàn)楸景l(fā)明不是專用于任何特定的電機(jī)布局。同樣，本發(fā)明不限于特定類型的控制技術(shù)，并且可以用任何控制器和變換器，只要它適合于可編程序。
相電流用一個(gè)電流傳感器38檢測，該電流傳感器相對于每個(gè)相繞組安裝。表示每一相中的電流的輸出信號被饋送到控制器42。儲存轉(zhuǎn)子角相位電感的查找表46也與控制器42連接。盡管示出了用于每一相的電流傳感器，但根據(jù)本發(fā)明，可以監(jiān)測一相或選定的一組相的相電流。
利用控制器42中所示的積分器40，通過將電壓傳感器43所提供的繞組的相電壓V積分來導(dǎo)出磁力線測量。為了導(dǎo)出更大的精度，繞組的電壓降(IR)可以作為公因子從積分值提出，由于電源電壓對每一相是公用的，圖5中只示出一個(gè)電壓傳感器43。應(yīng)該理解，每一相都可以具有各自的電壓傳感器。盡管積分器作為一個(gè)分立器件40示出，但優(yōu)選的是在微處理器44內(nèi)以軟件運(yùn)行的方式實(shí)施。
根據(jù)本發(fā)明這個(gè)實(shí)施例所述的方法運(yùn)行如下。假定電機(jī)是以連續(xù)電流模式運(yùn)轉(zhuǎn)，并且已知轉(zhuǎn)子位置足以讓繞組被激勵。在接通點(diǎn)處，當(dāng)在該相加正電壓時(shí)，電流值由變換器38測量并由控制器42保持。若已知接通角，則查詢相電感與角度關(guān)系查找表46，以便復(fù)原相應(yīng)于轉(zhuǎn)子角的相電感。將電感值乘以所儲存的電流值，以便導(dǎo)出該相在接通點(diǎn)處的磁鏈。將此值存儲起來。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時(shí)，積分器40運(yùn)行，以便將相繞組的電壓積分。當(dāng)控制系統(tǒng)確定，估計(jì)后面的預(yù)定位置已經(jīng)達(dá)到時(shí)，則變換器38測量有源相電流，并把積分器40中的磁鏈估計(jì)值加到表46中的存儲值上，以便導(dǎo)出在那個(gè)位置處該相中的磁鏈總值。然后利用這個(gè)總值，與電流相結(jié)合，來求出實(shí)際位置，必要時(shí)，可以用此實(shí)際位置來校正前面的估計(jì)。
預(yù)計(jì)的轉(zhuǎn)子位置θm和基準(zhǔn)轉(zhuǎn)子位置θr之間的角度差Δθ，可以由處理器42按下式計(jì)算Δθ={∂θ}∂ψm·Δψ---(1)]]>為了確定預(yù)計(jì)位置(在此處進(jìn)行磁力線和電流測量)和基準(zhǔn)位置之間的角度差，因此這個(gè)實(shí)施例的還有一個(gè)特點(diǎn)是對于基準(zhǔn)位置，在處理器中存儲偏導(dǎo)數(shù)θ/ψ(或它的倒數(shù)ψ/θ)值，用于一組相電流值i。
由于已知基準(zhǔn)轉(zhuǎn)子位置θr，所以在預(yù)計(jì)的瞬間處的轉(zhuǎn)子實(shí)際位置可以由Δθ按下式計(jì)算θm＝θr+Δθ (2)然后可以用已知的轉(zhuǎn)子速度值估計(jì)達(dá)到下一個(gè)轉(zhuǎn)子位置的預(yù)期時(shí)間。在加速或減速條件下，可能必須對電機(jī)速度進(jìn)行校正。
如果所有相都用于測量，則下一個(gè)轉(zhuǎn)子基準(zhǔn)位置將是相2的基準(zhǔn)位置(或諸如此類按順序是下一相)。對于一個(gè)具有p個(gè)轉(zhuǎn)子極的n相電機(jī)，到達(dá)這個(gè)位置的旋轉(zhuǎn)角將是(360/np)°-Δθ，并且通過將這個(gè)角除以速度，可以估計(jì)出達(dá)到這下一個(gè)位置所需的時(shí)間。
如果只有一相用于測量，則下一個(gè)轉(zhuǎn)子基準(zhǔn)位置將是在旋轉(zhuǎn)(360/p)°-θ之后，并且通過將這個(gè)角度除以速度，可以估計(jì)出到達(dá)這個(gè)位置所需的時(shí)間。
然后用一高頻時(shí)鐘(未示出)，通過已知的方法算出預(yù)計(jì)到下一個(gè)基準(zhǔn)位置的時(shí)間，并在這個(gè)時(shí)間已過的瞬間處，對相應(yīng)的相進(jìn)一步進(jìn)行磁力線ψm和電流Im的測量。由于速度上的變化，及儲存數(shù)據(jù)和計(jì)算上的允許差，預(yù)計(jì)的位置θm將不等同于基準(zhǔn)位置θr?？梢杂梅匠?1)和(2)及上述步驟再次進(jìn)行計(jì)算角度差θr-θm。
將一相一相地預(yù)測轉(zhuǎn)子位置并在每個(gè)測量瞬間處測量實(shí)際轉(zhuǎn)子位置的方法重復(fù)，以便提供轉(zhuǎn)子位置的增量指示，作為現(xiàn)有光學(xué)或電磁轉(zhuǎn)子位置傳感器的直接代替物。
在再生條件下單脈沖運(yùn)行情況的步驟與上述情況相同，不過對相應(yīng)典型的基準(zhǔn)轉(zhuǎn)子位置來說，圖6中所示的θ/ψ值將是負(fù)值(而不是正值)。
可以用各種裝置來測量磁力線。任何已知形式的磁通傳感器都可以用。然而，測量優(yōu)選的是利用模擬或數(shù)字電子可復(fù)位積分器(它將相電壓對時(shí)間t積分)，與用于補(bǔ)償相繞組中電阻性電壓降的裝置一起進(jìn)行。
積分器執(zhí)行下列方程ψ=∫totm(V-iR)dt---(3)]]>式中V是相電壓i是相電流R是相電阻
tm是測量瞬間積分器開始時(shí)間to安排成每次相激勵時(shí)對該相施加電壓的瞬間(用于較高速度方式)。電子控制器用一個(gè)控制接口(未示出)通知數(shù)字處理器將電壓施加到該相的瞬間。在每次進(jìn)行磁力線讀出之后，積分器由數(shù)字處理器復(fù)位。
在直接電源電壓V與電力變換器中半導(dǎo)體開關(guān)上的壓降相比較大的一些應(yīng)用中，可以測量和積分直接電源電壓代替單個(gè)的相電壓。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是只需測量一個(gè)電壓。
然后按下式測量磁力線ψ=∫totm(V-iR)dt---(4)]]>作為使用分開的電子積分器的一種可供選擇的方案，可以使用數(shù)字處理器一步一步地用時(shí)間乘以直接電源(相)電壓。這樣做的缺點(diǎn)是數(shù)字處理器十分忙碌并且可能必需是一個(gè)分開的器件。
然而，倘若電源電壓基本上恒定，并且比電阻性電壓iR大，則可以進(jìn)行各種近似。例如ψm＝(V-kimR)(tm-to) (5)式中K是常數(shù)，通常K＝0.5，因此kim(tm-to)≈∫ttmidt]]>作為另一個(gè)實(shí)施例，在電源電壓V與電阻性電壓iR相比較大的情況下，通過使用存儲數(shù)據(jù)中磁力線修改值或完全忽略iR，可以免除補(bǔ)償電阻性電壓降。
在這種情況下，存儲在數(shù)字處理器中特定電流I和特定轉(zhuǎn)子位置θ的相磁鏈值ψ，被電壓二次積分值ψ′代替，對轉(zhuǎn)子位置θ產(chǎn)生相電流1所需的電壓二次積分值ψ′由下式給出
ψ′＝∫νdt在試驗(yàn)電機(jī)以形成ψ′和θ/ψ′數(shù)值表時(shí)，為方便起見，V可以保持恒定(倘若V比較大)，并且優(yōu)選的是等于電源電壓。轉(zhuǎn)子位置測量步驟與這個(gè)應(yīng)用中已說明的步驟相同，不過測量的磁力線ψm和預(yù)期的磁力線ψe及偏導(dǎo)數(shù)(θ/ψ)，分別用ψm′、ψe′和ψ/ψ′代替，此處ψe′和(θ/ψ′)如上所述從圖4和6所代表的存儲數(shù)據(jù)中導(dǎo)出，并且此處磁力線ψm′用下式測量ψm′＝V(tm-to) (6)方程(3)，(4)，(5)和(6)代表不同的估計(jì)相磁鏈的方法，用于識別轉(zhuǎn)子位置的目的，并且這些方程代表不同的技術(shù)執(zhí)行程序。
上述各種實(shí)施例全都是基于在一預(yù)計(jì)的轉(zhuǎn)子位置處測量磁力線ψm和電流Im，對相應(yīng)于基準(zhǔn)轉(zhuǎn)子位置的測得電流im查找預(yù)期的磁力線ψc，并按照下面方程計(jì)算基準(zhǔn)轉(zhuǎn)子位置和預(yù)期轉(zhuǎn)子位置之間的差值ΔθΔθ={∂θ∂ψ}m·(ψm-ψe)---(7)]]>圖6以圖示的方式示出本發(fā)明的方法。鋸齒波形ψa代表電機(jī)處于連續(xù)電流方式時(shí)與相有關(guān)的實(shí)際磁鏈。磁鏈值ψs是極小值，或在在循環(huán)過程中是“固定”值。鋸齒波形ψi代表由積分器輸出所指示的磁鏈。相在角度θon處接通，在接通之前，已經(jīng)由來自處理器44的信號使積分器在一段時(shí)間R保持復(fù)位。這段時(shí)間R長到足以使積分器輸出回到零。在θon處，測量電流(見圖7)，并查閱電感查找表46，以便找出那個(gè)轉(zhuǎn)子角度的相電感。用處理器44計(jì)算電流和電感的乘積。這個(gè)乘積給出ψs的估計(jì)值，然后將該ψs用控制器42存儲。在θon之后，相中的實(shí)際磁鏈以一個(gè)受施加電壓控制的速率增加，并被積分器的輸出跟蹤，同時(shí)偏移ψs。在某一點(diǎn)處(對這個(gè)討論無關(guān)緊要)，相被斷開，并且磁鏈開始向下傾斜。當(dāng)控制系統(tǒng)確定轉(zhuǎn)子是在預(yù)定的位置θref處時(shí)，對來自積分器的輸出和相電流值進(jìn)行取樣并保持。將存儲的ψs估計(jì)值加到ψi值上，以便導(dǎo)出一個(gè)ψa估計(jì)值。然后可以用電流和ψa按照上述方法和Ray在EP-A-0573198中所述的方法，求出實(shí)際轉(zhuǎn)子角。
本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例的特別有利之處在于，在相電流不連續(xù)，亦即，在常規(guī)的單脈沖模式中，它同樣能順利工作。這在圖8中以圖形的方式示出。因?yàn)樵讦萶n之前電流就為零，所以與電感值的乘積導(dǎo)出零固定磁鏈的校正結(jié)果。因此，在控制器42中，可以將同一程序代碼用于不連續(xù)電流和連續(xù)電流二者。
上述方法提供一種將連續(xù)電流運(yùn)行和無傳感器位置檢測相結(jié)合的簡單而高效的方法，同時(shí)在電機(jī)性能上沒有任何不希望有的下降。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離本發(fā)明情況下，對所公開的裝置，尤其是在控制器中算法執(zhí)行程序的細(xì)節(jié)上，進(jìn)行各種改變是可能的。另外，轉(zhuǎn)子位置檢測所依據(jù)的診斷，可以只在多相電機(jī)的其中一相中進(jìn)行。因此，上述幾個(gè)實(shí)施例的說明僅僅是作當(dāng)例子，而沒有限制的目的。對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，顯然，在對上述操作沒有顯著變化的情況下，可以對傳動電路可以進(jìn)行局部修改。本發(fā)明打算只由下述權(quán)利要求書的范圍限制。
權(quán)利要求
1.一種檢測磁阻電機(jī)中轉(zhuǎn)子位置的方法，包括在一第一點(diǎn)處，在將電壓加到某一相或至少其中一相上的時(shí)刻，導(dǎo)出與電機(jī)的該相有關(guān)的磁鏈值；在轉(zhuǎn)子的隨后一點(diǎn)處，導(dǎo)出一個(gè)相電流和相磁鏈值；在隨后的點(diǎn)處將導(dǎo)出的磁鏈值結(jié)合，以便給出一個(gè)總磁鏈值；和從相電流和總磁鏈值導(dǎo)出轉(zhuǎn)子位置。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中上述時(shí)刻是在磁鏈增長開始時(shí)的點(diǎn)處。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中在上述時(shí)刻處的電流是非零的。
4.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中在上述時(shí)刻處的電流為零。
5.如權(quán)利要求1-4之一所述的方法，其中在正電壓施加到相上的時(shí)刻，磁鏈值從上述時(shí)刻處的電流導(dǎo)出。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中在上述時(shí)刻處的磁鏈由電流和存儲的電感值導(dǎo)出。
7.如權(quán)利要求1-6之一所述的方法，其中在上述隨后的點(diǎn)處的磁鏈，通過將從上述時(shí)刻到隨后點(diǎn)的相電壓積分導(dǎo)出。
8.權(quán)利要求7所述的方法，其中上述時(shí)刻是最小磁鏈的點(diǎn)，并且積分是在上述時(shí)刻處開始。
9.如權(quán)利要求1-8之一所述的方法，其中轉(zhuǎn)子位置是從存儲的相電流和磁鏈的參數(shù)中導(dǎo)出。
10.如權(quán)利要求1-9之一所述的方法，其中轉(zhuǎn)子位置是從與多相電機(jī)中每一相有關(guān)的值中導(dǎo)出。
11.如權(quán)利要求1-9之一所述的方法，其中轉(zhuǎn)子位置是從與多相電機(jī)其中一相有關(guān)的值中導(dǎo)出。
12.一種磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置檢測器，包括用于在一第一點(diǎn)處，在加電壓到相或至少一相的時(shí)刻，確定與該相有關(guān)的磁鏈值的裝置；用于在轉(zhuǎn)子的隨后一點(diǎn)處，導(dǎo)出相電流和相磁鏈值的裝置；用于將所導(dǎo)出的磁鏈值結(jié)合，以便在隨后點(diǎn)處給出一個(gè)總磁鏈值的裝置；和用于從相電流和總磁鏈值導(dǎo)出轉(zhuǎn)子位置的裝置。
13.權(quán)利要求12所述的檢測器，包括一個(gè)存儲用于相電流值的電感值的查找表。
14.權(quán)利要求12或13所述的檢測器，其中用于導(dǎo)出隨后點(diǎn)的磁鏈值的裝置包括一個(gè)積分器，用于將從上述時(shí)刻到隨后點(diǎn)的相電壓積分。
15.權(quán)利要求14所述的檢測器，包括復(fù)位裝置，對于上述時(shí)刻它可以將積分器復(fù)位。
16.如權(quán)利要求12、13、14或15所述的檢測器，包括處理器裝置，它可以確定當(dāng)磁鏈增長開始時(shí)的磁鏈值。
17.如權(quán)利要求16所述的檢測器，其中處理器裝置可以從上述時(shí)刻處的電流導(dǎo)出磁鏈值。
18.如權(quán)利要求12-17之一所述的檢測器，其中用于導(dǎo)出轉(zhuǎn)子位置的裝置包括存儲裝置，用于存儲對于相電流和磁鏈值的轉(zhuǎn)子位置值。
全文摘要
一種轉(zhuǎn)換式磁阻驅(qū)動裝置，不用實(shí)際的轉(zhuǎn)子位置檢測器控制?？刂品椒ü烙?jì)與相有關(guān)的固定磁鏈，并用這種估計(jì)來改善其轉(zhuǎn)子位置估計(jì)。方法穩(wěn)固地工作，而不管電流是連續(xù)的還是不連續(xù)的。
文檔編號H02P6/16GK1427541SQ0215665
公開日2003年7月2日 申請日期2002年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月18日
發(fā)明者H·J·斯萊特 申請人:開關(guān)磁阻驅(qū)動有限公司