專利名稱：?jiǎn)蜗嚅_關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單相開關(guān)磁阻電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方法，特別是涉及一種元件開關(guān)頻率低、驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定可靠的單相開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)方法。
開關(guān)磁阻電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子均為凸極形構(gòu)造并分別具有不同的凸極數(shù)，特別是只在定子部分繞制線圈，轉(zhuǎn)子部分則不存在任何形態(tài)的線圈或永久磁鐵，因此，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單是開關(guān)磁阻電機(jī)的最大特點(diǎn)。由于這一特點(diǎn)，開關(guān)磁阻電機(jī)在生產(chǎn)制造方面具有很大的優(yōu)勢(shì)；而且，與直流電機(jī)一樣，其轉(zhuǎn)矩大、啟動(dòng)性好，也不必定期更換電刷。與反相器驅(qū)動(dòng)的感應(yīng)電機(jī)相比較，開關(guān)磁阻電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置構(gòu)造簡(jiǎn)單，在單位體積轉(zhuǎn)矩、效率和換能器額定值等方面，都具有良好的特性；同時(shí)，在超低速運(yùn)轉(zhuǎn)中也表現(xiàn)出非常良好的性能。因此，開關(guān)磁阻電機(jī)的使用范圍不斷擴(kuò)大。


圖1是傳統(tǒng)的單相開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的方框圖。由圖1可知，傳統(tǒng)的單相開關(guān)磁阻電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置主要由以下各部分組成將工業(yè)電源101的交流電壓濾波為直流電壓的濾波電路102；將濾波電路輸出的直流電壓與微機(jī)106控制信號(hào)疊加以驅(qū)動(dòng)電機(jī)104的驅(qū)動(dòng)電路103；檢測(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)104的位置和轉(zhuǎn)速并向微機(jī)106輸出信號(hào)的霍爾傳感器105。傳統(tǒng)的單相開關(guān)磁控電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的工作原理如下。
首先由濾波電路102對(duì)輸入的工業(yè)電源101進(jìn)行濾波，濾波后的直流電壓送入驅(qū)動(dòng)電路103；驅(qū)動(dòng)電路103按照微機(jī)106的控制信號(hào)，向電機(jī)104提供直流電壓。霍爾傳感器105檢測(cè)出電機(jī)104的轉(zhuǎn)速和相位并向微機(jī)106輸出信號(hào)，以控制電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路向電機(jī)104提供直流電壓。
圖2是一般開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)圖，其主要組成部分是對(duì)輸入的交流電源進(jìn)行濾波并提供直流電壓的直流連接電容器201；與直流連接電容器201并聯(lián)并用于輸出門驅(qū)動(dòng)信號(hào)的開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路(圖中未表示)；互相串聯(lián)的上、下部開關(guān)元件202、203；隨上、下部開關(guān)元件202、203接通或斷開而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電機(jī)線圈206；接于上部開關(guān)元件202和下部開關(guān)元件203一側(cè)的二極管204；接于上部開關(guān)元件202和下部開關(guān)元件203另一側(cè)的二極管205。上述開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的工作原理如后。
首先，直流連接電容器201將輸入的交流電壓濾波成直流電壓，濾波后的直流電壓依靠上、下部開關(guān)元件202、203的開關(guān)動(dòng)作向電機(jī)線圈206送電。也就是說，上部和下部開關(guān)元件202、203隨著轉(zhuǎn)子208和定子207的位置變化而在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)接通，由直流連接電容器201、上部開關(guān)元件202、電機(jī)線圈206和下部開關(guān)元件203形成電流通路，使電機(jī)線圈206激磁而使定子207產(chǎn)生磁力，從而牽動(dòng)轉(zhuǎn)子208，開關(guān)磁阻電機(jī)得以轉(zhuǎn)動(dòng)。經(jīng)過一段時(shí)間后，使上部開關(guān)202和下部開關(guān)203同時(shí)斷開，流經(jīng)電機(jī)線圈206上的直流電流經(jīng)二極管204、電機(jī)線圈206、二極管205和直流連接電容器201而消失。由此可見，開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路是依靠上、下部開關(guān)元件202、203的接通和斷開而向電機(jī)供電或斷電來驅(qū)動(dòng)電機(jī)的。
如圖1所示，霍爾傳感器檢測(cè)到電機(jī)的轉(zhuǎn)速和相位后，將向微機(jī)輸出信號(hào)，微機(jī)即按霍爾傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制并按照其占空比控制上、下部開關(guān)元件202、203的接通和斷開。但是，在高速轉(zhuǎn)動(dòng)的開關(guān)磁阻電機(jī)中，由低速向高速調(diào)整占空比而控制上、下部開關(guān)元件時(shí)，將因開關(guān)動(dòng)作頻繁而造成元件的開關(guān)損耗或產(chǎn)生大量的磁波。
圖3(a)和圖3(b)是開關(guān)磁阻電機(jī)的正常停車位置和非正常停車位置的示意圖。由圖3(a)和圖3(b)可以看出，在電機(jī)的正常停車位置[圖3(a)]、停車磁鐵303a的N極和固定在轉(zhuǎn)子302a上的磁鐵304a的S極以及停車磁鐵303a的S極和磁鐵304a的N極互相對(duì)應(yīng)并靠相互間的吸引力而實(shí)現(xiàn)停車。但是，如圖3(b)所示，轉(zhuǎn)子302b停轉(zhuǎn)時(shí)，固定在轉(zhuǎn)子302b上的磁鐵304b的N極和停車磁鐵303b的N極以及磁鐵304b的S極和停車磁鐵303b的S極相對(duì)應(yīng)，則相互間的排斥力將產(chǎn)生非正常的停車狀態(tài)。這時(shí)，即使有電流流過定子線圈，轉(zhuǎn)子也不可能轉(zhuǎn)動(dòng)，或者出現(xiàn)動(dòng)作不穩(wěn)定。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明單相開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)方法包括以下各步驟(a)接通輸入電源并對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子進(jìn)行初始調(diào)節(jié)；
(b)在初始調(diào)節(jié)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子后留下一定的空白時(shí)間；(c)空白時(shí)間過后疊加電機(jī)初始轉(zhuǎn)動(dòng)分離脈沖；(d)由啟動(dòng)傳感器獲取檢測(cè)信號(hào)并調(diào)整脈沖寬度調(diào)制占空比，使電機(jī)增速；(e)將電機(jī)轉(zhuǎn)速與規(guī)定轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較；(f)(e)步驟比較結(jié)果如電機(jī)轉(zhuǎn)速高于規(guī)定轉(zhuǎn)速，則由運(yùn)轉(zhuǎn)傳感器獲取檢測(cè)信號(hào)并采用靜態(tài)時(shí)間控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。
采用上述驅(qū)動(dòng)方法驅(qū)動(dòng)單相開關(guān)磁阻電機(jī)時(shí)，可防止因電機(jī)非正常停車位置而造成的電機(jī)不啟動(dòng)并且使電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路開關(guān)元件的開關(guān)頻率和開關(guān)損耗降低，從而可快速、高效驅(qū)動(dòng)單相開關(guān)磁阻電機(jī)。
以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明單相開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)方法的技術(shù)特征作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
圖2是一般單相開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖。
圖3a和圖3b是轉(zhuǎn)子正常停車位置和非正常停車位置示意圖。
圖4是本發(fā)明中單相開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的方框圖。
圖5是相位變化電感曲線及啟動(dòng)傳感器和運(yùn)轉(zhuǎn)傳感器產(chǎn)生信號(hào)圖。
圖6是本發(fā)明中驅(qū)動(dòng)過程圖。
圖7是本發(fā)明的單相開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)方法的示意圖。
首先，濾波電路402對(duì)輸入的工業(yè)電源401交流電壓進(jìn)行濾波；濾波后的直流電壓提供給電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路403；電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路403按照微機(jī)406的控制信號(hào)向電機(jī)404提供直流電壓。然后，啟動(dòng)傳感器405和運(yùn)轉(zhuǎn)傳感器406檢測(cè)電機(jī)404的轉(zhuǎn)速和相位并產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)，此時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)傳感器406檢測(cè)出的相位超前于啟動(dòng)傳感器405檢測(cè)的相位。啟動(dòng)傳感器405和運(yùn)轉(zhuǎn)傳感器406所產(chǎn)生的檢測(cè)信號(hào)輸入到微機(jī)407；電機(jī)最初啟動(dòng)時(shí)，微機(jī)407選擇啟動(dòng)傳感器405產(chǎn)生的信號(hào)并產(chǎn)生用于控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路403的控制信號(hào)；當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速超過規(guī)定轉(zhuǎn)速時(shí)，微機(jī)407選擇輸入運(yùn)轉(zhuǎn)傳感器406產(chǎn)生的檢測(cè)信號(hào)并輸出用于控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路403的控制信號(hào)。
圖5是開關(guān)磁阻電機(jī)相位變化導(dǎo)致電感變化及啟動(dòng)傳感器和運(yùn)轉(zhuǎn)傳感器產(chǎn)生的檢測(cè)信號(hào)圖。由圖5可以看出，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子凸極部和定子凸極部準(zhǔn)確交錯(cuò)而不重合時(shí)，其電感量最小。電感開始增加時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路即向電機(jī)供電，電流流經(jīng)電機(jī)線圈。本發(fā)明中的開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置所選用的啟動(dòng)傳感器即檢測(cè)電感開始增加時(shí)的相位并產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)，而運(yùn)轉(zhuǎn)傳感器則檢測(cè)比啟動(dòng)傳感器檢測(cè)的相位超前的相位并產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)；啟動(dòng)傳感器和運(yùn)轉(zhuǎn)傳感器檢測(cè)出電機(jī)轉(zhuǎn)速和相位后所產(chǎn)生的檢測(cè)信號(hào)送入微機(jī)，微機(jī)則在隨電機(jī)轉(zhuǎn)速輸入的兩個(gè)傳感器檢測(cè)信號(hào)中選擇一個(gè)作為輸入并將控制信號(hào)輸出至電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。
圖6是圖4所示驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)流程圖，本發(fā)明單相開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)方法的各步驟如后。
首先，為驅(qū)動(dòng)單相開關(guān)磁阻電機(jī)而接通電源(601步驟)并進(jìn)行初始調(diào)節(jié)(602步驟)。其所以要進(jìn)行初始調(diào)節(jié)，是因?yàn)楣潭ㄔ陔姍C(jī)轉(zhuǎn)子上的磁鐵特性決定了其轉(zhuǎn)矩存在零點(diǎn)，也即解決停車磁鐵與固定在轉(zhuǎn)子上的磁鐵因相互間出現(xiàn)排斥力而造成的非正常停車問題。初始調(diào)節(jié)的方法是，對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的上、下部開關(guān)元件輸出多個(gè)小脈沖而將電流臨時(shí)加到電機(jī)線圈上。
隨著初始調(diào)節(jié)的結(jié)束，轉(zhuǎn)子即停車在圖3a所示的正常停車位置上并留下一段空白時(shí)間(603步驟)，本發(fā)明中設(shè)定的空白時(shí)間約1秒左右。
轉(zhuǎn)子到達(dá)正常停車位置后即對(duì)電機(jī)線圈加上大分離脈沖即大電流，以使轉(zhuǎn)子脫開停車位置(604步驟)。如上所述，如在電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路加分離脈沖使其產(chǎn)生瞬間轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子即開始轉(zhuǎn)動(dòng)，并采用小占空比脈沖寬度調(diào)制，以使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速慢慢增加；然后，持續(xù)增加脈沖寬度調(diào)制的占空比，使轉(zhuǎn)子的速度提升(605步驟)。這里的占空比由下式?jīng)Q定D=TonTno+Toff]]>其中D為占空比，Ton為上下部開關(guān)元件的接通時(shí)間，Toff為上、下部開關(guān)元件斷開時(shí)間。
從上式可以看出，由于分母值不變，因此占空比取決于分子值Ton。因此，增加占空比就意味著延長(zhǎng)圖2所示的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路上、下部開關(guān)元件的接通時(shí)間，也就意味著在電機(jī)線圈上流過更多的電流而使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)更快。而且，上述的脈沖寬度調(diào)制要在啟動(dòng)傳感器的上升邊緣至跌落邊緣區(qū)間內(nèi)采用。
接著，利用啟動(dòng)傳感器檢測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和相位并與規(guī)定的轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較(606步驟)。比較的結(jié)果，如電機(jī)的轉(zhuǎn)速快于規(guī)定轉(zhuǎn)速，則換向的標(biāo)準(zhǔn)由啟動(dòng)傳感器移到運(yùn)轉(zhuǎn)傳感器并采用靜止時(shí)間控制(607步驟)；如果電機(jī)的轉(zhuǎn)速低于規(guī)定轉(zhuǎn)速，則繼續(xù)調(diào)整脈沖寬度調(diào)制占空比的過程。上述的靜態(tài)時(shí)間控制并不像上述的脈沖寬度調(diào)制那樣按占空比來接通或斷開開關(guān)元件，而是在微機(jī)規(guī)定的時(shí)間內(nèi)作一次電流的通斷。因此，與脈沖寬度調(diào)制相比較，驅(qū)動(dòng)電路開關(guān)元件的開關(guān)次數(shù)將明顯減少。
接著，如外部電源斷開(608步驟)，則判斷外部電源是否又被接通(609步驟)。判斷結(jié)果如外部電源未接通，則結(jié)束驅(qū)動(dòng)(611步驟)；如判斷結(jié)果外部電源又被接通，則判斷電機(jī)是否轉(zhuǎn)動(dòng)(610步驟)。610步驟判斷結(jié)果如電機(jī)已停止，則返回至602步驟，從初始調(diào)節(jié)開始反復(fù)執(zhí)行上述各步驟；如電機(jī)未停轉(zhuǎn)，則由于不需要上述602、603、604步驟，可直接返回到605步驟，重復(fù)進(jìn)行上述各步驟。
圖7是本發(fā)明的單相開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)方法的示意圖。
權(quán)利要求
1.一種單相開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于包括以下各步驟(a)接通輸入電源并對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子進(jìn)行初始調(diào)節(jié)；(b)在初始調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子和定子后留下一定的空白時(shí)間；(c)空白時(shí)間過后疊加電機(jī)初始轉(zhuǎn)動(dòng)分離脈沖；(d)由啟動(dòng)傳感器獲取檢測(cè)信號(hào)并調(diào)整脈沖寬度調(diào)制占空比，提高啟動(dòng)后電機(jī)的轉(zhuǎn)速；(e)將電機(jī)轉(zhuǎn)速與規(guī)定轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較；(f)步驟(e)比較結(jié)果如電機(jī)轉(zhuǎn)速快于規(guī)定轉(zhuǎn)速，則由運(yùn)轉(zhuǎn)傳感器獲取檢測(cè)信號(hào)并采用靜態(tài)時(shí)間控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單相開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)方法，其特征是(g)在f步驟后切斷電源并判斷電源是否又被接通；(h)g步驟判斷結(jié)果如電源已被接通，則判斷電機(jī)是否停轉(zhuǎn)；(i)h步驟判斷結(jié)果如電機(jī)已停轉(zhuǎn)，則返回至(d)步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單相開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)方法，其特征是所述(h)步驟判斷結(jié)果如電機(jī)已停轉(zhuǎn)，則返回至(a)步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單相開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)方法，其特征是所述初始調(diào)節(jié)是將多個(gè)小脈沖輸出至電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的上、下部開關(guān)元件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單相開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)方法，其特征是所述(e)步驟比較結(jié)果如電機(jī)轉(zhuǎn)速比規(guī)定轉(zhuǎn)速慢，則繼續(xù)由啟動(dòng)傳感器獲取檢測(cè)信號(hào)并調(diào)整脈沖寬度調(diào)制占空比。
全文摘要
單相開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)方法包括以下各步驟(a)接通輸入電源并對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子進(jìn)行初始調(diào)節(jié)；(b)初始調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子和定子后留有一定的空白時(shí)間；(c)空白時(shí)間過后疊加電機(jī)初始轉(zhuǎn)動(dòng)分離脈沖；(d)由啟動(dòng)傳感器獲取檢測(cè)信號(hào)并調(diào)整脈沖寬度調(diào)制占空比，以使啟動(dòng)后的電機(jī)增加轉(zhuǎn)速；(e)將電機(jī)轉(zhuǎn)速與規(guī)定轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較；(f)比較結(jié)果如電機(jī)轉(zhuǎn)速高于規(guī)定轉(zhuǎn)速，則從運(yùn)轉(zhuǎn)傳感器獲取檢測(cè)信號(hào)并采用靜態(tài)時(shí)間控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。采用本發(fā)明可防止因非正常停車位置而造成的電機(jī)不啟動(dòng)，并使驅(qū)動(dòng)電路開關(guān)元件的開關(guān)頻率及損耗降至最低。
文檔編號(hào)H02P6/08GK1412931SQ0113633
公開日2003年4月23日 申請(qǐng)日期2001年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月10日
發(fā)明者林俊榮 申請(qǐng)人:樂金電子(天津)電器有限公司