專利名稱：單相電動機(jī)的起動的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及單相的電子換向電機(jī)。本發(fā)明雖然不是專門用于，但特別適合用于單相的轉(zhuǎn)換磁阻電動機(jī)。
轉(zhuǎn)換磁阻電機(jī)通常包括一個定子，定子帶有一些定子凸極和一些用于激勵定子極的定子繞組；和一個轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子帶有一些轉(zhuǎn)子凸極。轉(zhuǎn)子裝在軸承上，使轉(zhuǎn)子同定子同軸地轉(zhuǎn)動。定子極根據(jù)定子繞組的激勵來影響轉(zhuǎn)子的運(yùn)動。已有許多資料說明上述電機(jī)的理論和設(shè)計例如，1993年6月21至24日在德國尼恩貝格公開的PCIM’93會議和展示會上，由Stephenson和Blake介紹的文章“轉(zhuǎn)換磁阻電動機(jī)和傳動裝置的特征、設(shè)計和應(yīng)用”。
與其它類型的電機(jī)一樣，轉(zhuǎn)換磁阻電機(jī)也能具有一個、兩個或多個獨(dú)立的電路，即所謂的相。在上述參考資料中討論了這些電機(jī)。雖然各種相數(shù)具有各種不同的優(yōu)點(diǎn)，但通常認(rèn)為，對低功率的驅(qū)動系統(tǒng)來說，單相系統(tǒng)的成本效果特好。

圖1示出單相電機(jī)的一個實(shí)例。圖1所示電機(jī)的定子S和轉(zhuǎn)子R各有兩個凸極，且兩個定子極皆具有繞于其上的勵磁線C。兩個線圈被連接在一起，以形成相繞組。這個實(shí)例示出的定子和轉(zhuǎn)子各有兩個極，但其它數(shù)目的極也是可用的。此外，雖然在熟知的裝置中，轉(zhuǎn)子繞定子外側(cè)轉(zhuǎn)動(它們叫作“轉(zhuǎn)樞式”電機(jī))，但本實(shí)例示出的轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)孔內(nèi)轉(zhuǎn)動。
圖2示出電機(jī)的靜轉(zhuǎn)矩曲線，即，當(dāng)把一個任意的恒定勵磁電流加到相繞組上時，轉(zhuǎn)矩T隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動角θ而變的曲線。這種曲線以雙極電動機(jī)為特征，且能被計算或測量。
電機(jī)控制包括在低速下進(jìn)行電動機(jī)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)的‘?dāng)夭āＪ?。通過在相導(dǎo)期間反復(fù)地斬斷繞組電流，禁止繞組電流上升到最大電平以上，從而控制轉(zhuǎn)矩。在較高的速度下，控制電流的上升和下降時間，使每個相導(dǎo)期的電流只接通和斷開一次，并且在正常操作中不斬斷。通過轉(zhuǎn)換角，即在相繞組中施加和倒換電壓的角度位置，控制轉(zhuǎn)矩。這就是所謂的操作的‘單脈沖模式’。在上面提到的Stephenson和Black的文章中討論斬波模式和單脈沖模式。
上述電機(jī)通常是‘轉(zhuǎn)子位置轉(zhuǎn)換’的，即根據(jù)轉(zhuǎn)子的角度位置在相繞組中施加和倒換電壓。通過一個測量轉(zhuǎn)子軸位置的物理變換器，或者通過從電機(jī)其它變量，例如電流和磁通推導(dǎo)位置的算法，確定轉(zhuǎn)子的位置。在低成本的驅(qū)動裝置中，通常采用簡單的物理變換器，它一般包括一個光學(xué)的或霍爾效應(yīng)的器件，該器件固定于定子上且起傳感器的作用，用于對裝于轉(zhuǎn)子軸上的齒形葉片或磁鐵組件的接近度進(jìn)行檢測。雖然其它的裝置也是可能的，但葉片齒數(shù)通常與轉(zhuǎn)子極數(shù)相同。
熟知的變換器裝置常把一個單獨(dú)的傳感器用于一相和二相系統(tǒng)；把兩個傳感器用于一個4相系統(tǒng)，且把三個傳感器用于一個三相系統(tǒng)。在帶有一個傳感器的單相系統(tǒng)中，用簡單的邏輯去譯碼傳感器的輸出，以便提供一個轉(zhuǎn)子極距范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)子位置信息。在圖1所示的電機(jī)中，傳感器通常被定位成指示何時轉(zhuǎn)子極完全對準(zhǔn)定子極(即，顯示轉(zhuǎn)子位置，它通常叫作Lmax，因?yàn)橄嗬@組在這個轉(zhuǎn)子位置具有最大的電感)。假設(shè)葉片的信號和空號比值為1，則傳感器還可指示90°以外的位置(通常叫作Lmin，因?yàn)橄嗬@組在這個位置具有最小的電感)；即，轉(zhuǎn)子極處于定子極之間的中間位置。
在此，正轉(zhuǎn)矩被看成是在向前的順時鐘方向驅(qū)動電動機(jī)，使圖2所示的轉(zhuǎn)動角θ正向地增加。參照圖2可知，如果轉(zhuǎn)子處于一個相當(dāng)于正轉(zhuǎn)矩區(qū)的位置，即處于圖2中點(diǎn)2與4之間的區(qū)域，則電動機(jī)只在正方向從靜止起動。另一方面，如果當(dāng)轉(zhuǎn)子處于一個相當(dāng)于負(fù)轉(zhuǎn)矩的區(qū)中，即處于點(diǎn)5與6之間時激勵相繞組，則轉(zhuǎn)子會在相反方向運(yùn)動。如果在一個基本為零轉(zhuǎn)矩的區(qū)中，即，至少在點(diǎn)1與2之間或在點(diǎn)4與5之間，激勵相繞組，則電動機(jī)不能起動。
為了解決這個起動不可靠的問題，已得出各種方法去在相對于定子的正確角度位置上把轉(zhuǎn)子定位，然后激勵相繞組，借此保證電動機(jī)會在期望的方向上起動和轉(zhuǎn)動。這樣一種系統(tǒng)公開于例如美國專利US4932069中，它公開所謂‘停泊’磁鐵的使用，這些磁鐵通常裝在定子上且作用在轉(zhuǎn)子上，使轉(zhuǎn)子在靜止時保持于一個優(yōu)選的起動位置。這樣一個位置通常在圖2的點(diǎn)3附近，此處轉(zhuǎn)矩處于或接近最大值。
當(dāng)驅(qū)動裝置一直在工作，并且被斷開時，停泊磁鐵有一個通常是明顯的特征轉(zhuǎn)子的慣性運(yùn)動減速，直到速度低到足以使磁鐵“抓住”轉(zhuǎn)子且阻止進(jìn)一步向前運(yùn)動為止；然后轉(zhuǎn)子圍繞一個最終靜止位置擺動，并且擺動幅度逐漸衰減，因?yàn)檗D(zhuǎn)子的功能由于摩擦損失和定子與轉(zhuǎn)子中磁場感應(yīng)的渦流損失而消散。這種慣性下降和擺動的過程會占用一段時間，尤其當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩隨著速度的降低而減小并且系統(tǒng)摩擦低時，更是如此。
這一特征能產(chǎn)生一些驅(qū)動裝置操作問題。例如，如果驅(qū)動裝置被斷開，并且試圖在短時間后重新起動，則在RPT信號指示轉(zhuǎn)子處于一個對繞組重新施加激勵的適當(dāng)位置時，轉(zhuǎn)子可能仍處于擺動狀態(tài)。在這些條件下，當(dāng)轉(zhuǎn)子已擺動通過它產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩的區(qū)而擺向近零區(qū)(即從圖2中點(diǎn)3擺向點(diǎn)4)時，可能激勵繞組。在這個點(diǎn)，來自停泊磁鐵的轉(zhuǎn)矩反對(比較小的)主轉(zhuǎn)矩，并且轉(zhuǎn)子可能逗留在這個位置，而不起動。
在一些已知的系統(tǒng)中，這樣定位傳感器，以致于在轉(zhuǎn)子到達(dá)對準(zhǔn)位置之前，它可產(chǎn)生信號轉(zhuǎn)移。這樣作的原因在于在高速下更好地操作。于是，在零速或低速下，相繞組的激勵直接涉及傳感器脈沖串的邊緣，從而在一個負(fù)轉(zhuǎn)矩足以使轉(zhuǎn)子反向轉(zhuǎn)動的區(qū)中，這些系統(tǒng)容許激勵繞組。而為了解決這些和其它問題，只可能等待到擺動逐漸消失和轉(zhuǎn)子處于期望的起動位置，對于需要迅速重新起動的用戶來說，這是不能接受的。
本發(fā)明的一個目的在于提供一種轉(zhuǎn)子位置變換器，同以前可能存在的變換器相比，它提供更可靠的電機(jī)起動，尤其是單相轉(zhuǎn)換磁阻電動機(jī)的起動。
本發(fā)明的又一個目的在于對容許較快重新起動的電機(jī)，提供一種轉(zhuǎn)子位置變換器。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種電機(jī)，它包括一個限定定子極的定子，一個用于激勵一個或多個極的單相繞組，一個限定轉(zhuǎn)子極的轉(zhuǎn)子，和一個轉(zhuǎn)子位置變換器。該變換器包括一個被安排成隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的部件；一個第一傳感器，被安排成受所述部件運(yùn)動的影響，以便產(chǎn)生一些指示相對于基本零轉(zhuǎn)矩的定子的轉(zhuǎn)子位置的第一信號；和一個第二傳感器，被安排成受所述部件的影響，以產(chǎn)生一些第二信號去指示在第一信號前面的角度位置，和產(chǎn)生第一信號與第二信號之間的間隔去指示不同的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)。
本發(fā)明包括把第二傳感器用于單相電機(jī)的常規(guī)轉(zhuǎn)子位置變換器；以這樣一種方式定位這個傳感器，以致于可提供關(guān)于轉(zhuǎn)子位置的額外信息。這就容許電機(jī)的控制系統(tǒng)，去確定何時應(yīng)該激勵繞組，從而提供可靠的起動，和何時不應(yīng)該激勵相繞組，從而避免以錯誤方向轉(zhuǎn)動。第二傳感器還可用作計時傳感器，以便電機(jī)在高速下操作。
還根據(jù)本發(fā)明提供一種系統(tǒng)，它包括一個如上所述的電機(jī)，一個控制器，和一個開關(guān)裝置。開關(guān)裝置由控制器可操作地聯(lián)接，以激勵相繞組?？刂破鲗Φ谝缓偷诙盘柶鸱磻?yīng)，以便按照所述的間隔確定起動程序的計時，從而激勵開關(guān)裝置，借此使電機(jī)可靠地起動。
本發(fā)明還引伸出一種起動如上所述單相電機(jī)的方法，該方法包括監(jiān)測第一和第二信號；和在一個處于第一信號之一與第二信號之一之間的間隔中激勵相繞組，使轉(zhuǎn)子在一個期望的方向上運(yùn)動。
本發(fā)明能夠用各種方式付諸實(shí)施，現(xiàn)在參照附圖，通過實(shí)例描述其中一些方式，在附圖中圖1是一個已知單相轉(zhuǎn)換磁阻電機(jī)的截面圖；圖2是一個圖1所示電機(jī)的靜轉(zhuǎn)矩的曲線圖；圖3是一個根據(jù)本發(fā)明的傳感器相對于電動機(jī)定子的位置的示意圖；圖4是一個根據(jù)本發(fā)明說明電動機(jī)系統(tǒng)的示意圖；圖5是一個圖3所示位置傳感器輸出的曲線圖；圖6說明根據(jù)本發(fā)明的一個電機(jī)和控制系統(tǒng)；圖7是一個體現(xiàn)本發(fā)明的延遲控制系統(tǒng)的示意圖；和圖8是一個使用圖7所示系統(tǒng)的延遲控制計時圖。
圖3說明根據(jù)本發(fā)明的磁阻電動機(jī)上的轉(zhuǎn)子位置變換器(PRT)的裝置。圖4說明具有圖3所示結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的第一實(shí)施例，在一個轉(zhuǎn)換磁阻電機(jī)驅(qū)動裝置中具有該結(jié)構(gòu)。驅(qū)動裝置包括一個具有定子10和轉(zhuǎn)子12的磁阻電機(jī)。在一對相對定子極16的每一個極上皆安裝線圈14，連接線圈14以形成一個相繞組。轉(zhuǎn)子12限定相對的轉(zhuǎn)子極15。停泊磁鐵17裝于定子上，如圖3所示。在靜止時，假設(shè)在電動機(jī)上有充分低的負(fù)載，則停泊磁鐵會吸引轉(zhuǎn)子，使它被維持在一個非零轉(zhuǎn)矩起動位置上。為了便于闡明，在圖3的電動機(jī)中只部分地描這些部件。對于這個示出的實(shí)施例，除了停泊磁鐵17之外，這些部件都具有與圖1所示單相電機(jī)相同的結(jié)構(gòu)。如同圖1的情況一樣，轉(zhuǎn)子和定子之一或二者的極數(shù)可以與圖示的極數(shù)不同。
PRT18包括一個葉片20，它被安裝成隨軸22上轉(zhuǎn)子12而轉(zhuǎn)動。第一和第二位置傳感器24和26被安排成受葉片20的扇形體28的通道的影響。
PRT18與單相電子換向電機(jī)的已知PRT不同，具有兩個和葉片18相配合的位置傳感器24和26。在這個實(shí)例中，葉片由鋁或某種其它適宜材料制作，該材料對缸外光不透明，而傳感器對紅外光起反應(yīng)。此外，在這個實(shí)例中，傳感器是光開關(guān)，由美國伊利諾斯州弗里波特市Honeywell公司制作，部件號為HOA0825。本專業(yè)的技術(shù)人員會了解，其它類型的傳感器，例如霍爾效應(yīng)或電容傳感器也可以與適宜的葉片一起使用。
葉片20的每個扇形體28的邊緣30相對于相應(yīng)轉(zhuǎn)子極的位置，和第一傳感器24相對于定子極16的位置是這樣的，以致于第一傳感器24指示這個轉(zhuǎn)子極15的中心線與定子極16的中心線32是角度重合的(即Lmax位置)。葉片上的扇形體28根據(jù)其間的空隙，具有的信號和空號比率為1。在空隙通道通過一個傳感器期間，傳感器的輸出是高的。這樣，第一傳感器還指示，在通過定子極16的中心線32(即Lmin位置)的轉(zhuǎn)子12上的極間間隙的中心線的通道。第一傳感器24的輸出示于圖5中，它是圖3中轉(zhuǎn)子順時鐘轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子角度的函數(shù)。會看得出來，第一傳感器的輸出是一個等于1的信號和空號比率信號，根據(jù)第一傳感器相對于葉片20的位置，轉(zhuǎn)換與最小和最大電感點(diǎn)一致。
第二傳感器26被定位成，在一個從圖3中第一傳感器24角位移一個角度X的位置上，與各個扇形體28相配合。在這個實(shí)例中，角度X是30°。一般說來，雖然該角度是轉(zhuǎn)子極距的0．10與0．20之間的一個值通常是可以接受的，但應(yīng)該在0．17左右。第二傳感器26的輸出也示于圖5中。第二傳感器的輸出基本上相同于第一傳感器的輸出，但在轉(zhuǎn)子周期中提前30°。
本專業(yè)的技術(shù)人員會了解，傳感器和葉片皆可相對于定子和轉(zhuǎn)子移動，而不變更從PRT得到的信息性質(zhì)。換句話說，通過使葉片和傳感器移動相同的角度數(shù)量，傳感器會指示和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時相同的位置。有時需要用這種方式移動傳感器和葉片，因?yàn)殚g隔有要求或便于機(jī)械固定。
在圖4所示的實(shí)施例中，一個馬達(dá)控制器36控制一個常規(guī)開關(guān)裝置38的激勵，以便按照輸入速度或轉(zhuǎn)矩要求去激勵相繞組。葉片通過傳感器24和26的運(yùn)動產(chǎn)生兩個輸出，它們由控制器36譯碼，用于據(jù)此而起動電機(jī)和激勵開關(guān)。
利用第二傳感器26存在提供的額外信息的一個方法是，邏輯地組合兩個輸出，使控制器36只在第一和第二傳感器輸出皆高，即圖5中P區(qū)時才容許激勵相繞組。這可防止在Lmax位置附近進(jìn)行激勵，從圖2會看出來，轉(zhuǎn)矩低，且把不充足的能量給予轉(zhuǎn)子，使它可克服停泊磁鐵17的制動轉(zhuǎn)矩。這種激勵方式可改善起動過程的可靠性。這是容易執(zhí)行的，方法是把來自傳感器24／26的輸出供給用于轉(zhuǎn)換磁阻電動機(jī)的控制器36，并且使用組合邏輯，使點(diǎn)火信號只在期望轉(zhuǎn)子角度下，即只在圖5中P區(qū)用于相激勵。從圖5可知，起動區(qū)P是用兩個高的或等于1的傳感器24和26的數(shù)字輸出表示的。
在本發(fā)明的一個變例中，可以利用第二傳感器26提供的附加信息，方法是不僅使用附加位置信息，而且使用根據(jù)傳感器24和26的兩個輸出的上升和下降邊緣的出現(xiàn)序列而導(dǎo)出的方向信息。當(dāng)控制器36接收一個起動驅(qū)動裝置的命令時，能夠立即確定轉(zhuǎn)子的位置處于兩個傳感器輸出的4個區(qū)P、Q、R或S之一?？刂破?6等待接收關(guān)于轉(zhuǎn)子是否移向另一區(qū)的信息。例如，如果R區(qū)后面是Q區(qū)，則轉(zhuǎn)子正在逆時鐘方向運(yùn)動，不采取行動。監(jiān)測過程繼續(xù)下去，一直到已知轉(zhuǎn)子正在P區(qū)或Q區(qū)以順時鐘方向運(yùn)動為止。然后以正常方式激勵相繞組，并且電動機(jī)隨后起動和達(dá)到使用正常激勵模式的速度，這是技術(shù)上熟知的。
在圖6所示的又一個實(shí)施例中，加入一個計時器40。雖然為清楚起見，在圖6中作為一個單獨(dú)的實(shí)體示出計時器，但計時器應(yīng)構(gòu)成控制器36的一部分。
計時器40被安排成接收兩個傳感器24和26的輸出。從所接收的輸出中，計時器40對接收一個接通的命令以后把轉(zhuǎn)子從一個區(qū)運(yùn)動到另一個區(qū)，進(jìn)行計時。計時器40的用途在于確定轉(zhuǎn)子12何時有效地停下來，在這種情況下，計時器達(dá)到某種預(yù)定的超時計數(shù)，而不被來自傳感器24和26的輸出之一的變化所復(fù)位。可用此指示擺動已逐漸停下來，并且可用任何一種從靜止起動的適宜方法重新起動驅(qū)動裝置。
因?yàn)橛赏２创盆F給予轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩是非線性的，故擺動的振幅和頻率在回復(fù)期間是變化的。然而，已發(fā)現(xiàn)約200毫秒的預(yù)定超時值適用于直達(dá)約1kw額定功率的小驅(qū)動裝置。更大的驅(qū)動裝置可能需要相應(yīng)地增加超時值。雖然這種方法實(shí)際上能夠使用傳感器之間的任何間隔，但發(fā)現(xiàn)最好是設(shè)置第二傳感器的轉(zhuǎn)變點(diǎn)，使它接近在起動磁鐵影響下的停泊轉(zhuǎn)子的停止或靜止位置。這是因?yàn)橛蓛蓚€傳感器提供的關(guān)于轉(zhuǎn)子位置的信息是在接近激勵點(diǎn)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動的最大反差處。
當(dāng)開始進(jìn)行起動程序時，計時器40能夠復(fù)位，并且用于監(jiān)測隨后的起動程序。如果來自第一和第二傳感器的位置信息沒有指示，轉(zhuǎn)子已在一個預(yù)定的初始時間移過比如說P、Q、R和S區(qū)中的兩個區(qū)，則中止起動程序，并且在想另外重新起動之前使驅(qū)動裝置固定。一種適宜初始時間對于小的驅(qū)動裝置可以是400毫秒的量級。
在驅(qū)動裝置達(dá)到它的工作速度以后，還能利用RPT18中存在的附加第二傳感器26。EP-A-0692865(Turner)公開一種為轉(zhuǎn)換磁阻電機(jī)而產(chǎn)生點(diǎn)火角的方法，它通過從RPT信號的上升或下降邊緣計時延遲周期，確定接通角。
參照圖7，一個用于轉(zhuǎn)換磁阻電動機(jī)的控制器包括一個比較器120，它被安排成接收第一輸入122。這是一個正比于電動機(jī)中相繞組電流的信號。這種應(yīng)用的一種典型比較器是一種由國家半導(dǎo)體公司制作的LN339，它帶有或不帶有附加的磁滯部件。
一個第二輸入124相當(dāng)于一個預(yù)定的或可可調(diào)的最大電流基準(zhǔn)信號。在固定電流基準(zhǔn)值的情況下，能夠使用更簡單的比較器，例如適當(dāng)加偏壓的晶體管。在這個具有簡化的比較器的實(shí)施例中，對一種相當(dāng)于一個預(yù)期以單脈沖模式工作的電流峰值以上電流電平的特定電動機(jī)，選擇基準(zhǔn)信號。這就如下所述，可以在操作的斬波模式與單脈沖模式之間進(jìn)行自動轉(zhuǎn)移。
一個來自比較器120的輸出126觸發(fā)一個單穩(wěn)態(tài)多諧振電路，它具有一個在相當(dāng)于斷開信號的邏輯電平‘0’下的固定持續(xù)時間的脈沖輸出，它連接于雙輸入AND門130的一個輸入端。到AND門130的另一輸入是來自一個計時器和延遲器電路134的輸出132。到計時器和延遲器電路134的一個第一輸入136是來自轉(zhuǎn)子位置變換器135的輸出。RPT135是依據(jù)本發(fā)明的。
會看得出來，RPT包括一個帶有4個扇形體137的葉片，它們從偶數(shù)信號和空號比率的第一和第二傳感器24和26產(chǎn)生數(shù)字輸出。4個扇形體137指示它連接于單相電機(jī)的一個4極轉(zhuǎn)子。第二傳感器26和第一傳感器24隔開轉(zhuǎn)子極距的0．1到0．2，即9°-18°。在這個實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子極距是90°。傳感器24和26的輸出由控制器按照如上所述用于起動。在起動以后，只有第一和第二傳感器24／26之一的輸出需要用于控制電動機(jī)。來自RPT傳感器24和26的輸出大約是方形或其它形狀，可在相對于定子的固定轉(zhuǎn)子位置按如上所述提供轉(zhuǎn)移。使用控制器36按如上所述實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的起動。
到計時器和延遲器電路134的另一輸入138是一個時間延遲控制信號，它可在把一個接通信號加到AND門130之前調(diào)節(jié)所加的延遲。雖然示出一個AND門，但會了解，還能夠使用其它的互相門控裝置達(dá)到相同的效果。
可以調(diào)節(jié)電動機(jī)的運(yùn)行速度，方法是對由計時器和延遲輸出132引入的延遲進(jìn)行手工調(diào)節(jié)，而輸出132又由信號138自身控制或按照也調(diào)節(jié)時間延遲的總控制系統(tǒng)輸出的信號來控制。另一方面，可以固定輸出132。下面討論延遲策略。
按照低速斬波模式，當(dāng)繞組電流超過預(yù)定的最大電流基準(zhǔn)信號124時，比較器120生成它的輸出；為一個控制器連接于其上的特定電動機(jī)設(shè)置該基準(zhǔn)信號124。如上所述，這可以等效于繞組電流，繞組電流超過單脈沖模式預(yù)期的電流，上述電動機(jī)預(yù)計以此模式操作。一般說來，按照變換器開關(guān)電路中半導(dǎo)體開關(guān)的額定值和電動機(jī)的熱額定值，選擇最大電流基準(zhǔn)電平。最大電流基準(zhǔn)信號在開關(guān)電流額定值范圍內(nèi)可以是用戶可調(diào)的，以便一個特定控制器能被調(diào)節(jié)和為一特定電動機(jī)而設(shè)置，或者在電動機(jī)運(yùn)行時用作速度或轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)的裝置。
在低速下，在相導(dǎo)通期有充分的時間，使繞組電流上升到最大電流基準(zhǔn)電平以上。在超過最大電流基準(zhǔn)時產(chǎn)生的比較器輸出可觸發(fā)一個在邏輯電平‘0’產(chǎn)生固定持續(xù)時間脈沖的單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器128，這是一個繞組電流轉(zhuǎn)接禁止(斷開)信號。
這個邏輯‘0’輸出會從AND門130產(chǎn)生一個邏輯‘0’(斷開)輸出，使涉及相繞組的轉(zhuǎn)接電路至少斷開一段低脈沖持續(xù)時間，即，使繞組電流降到最大電流基準(zhǔn)電平以下。在去除脈沖以后，根據(jù)來自計時器和延遲器電路134的信號的狀態(tài)，該開關(guān)或開關(guān)組重新接通。這樣，當(dāng)電動機(jī)速度低時，圍繞最大電流基準(zhǔn)電平建立斬波電流控制。
當(dāng)電動機(jī)速度增加時，會到達(dá)一個點(diǎn)；在該點(diǎn)，在相導(dǎo)通期未達(dá)到最大電流基準(zhǔn)電平，使來自單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的輸出是一個恒定的邏輯‘1’。這就使AND門130能夠持久地根據(jù)時間和延遲電路134的計時輸出工作，該輸出然后用于控制通到繞組的電流的轉(zhuǎn)接，即，用于以單脈沖模式工作。然后，通過在計時器和延遲器電路134生成一個接通信號之前調(diào)節(jié)延遲，可控制電動機(jī)的速度／轉(zhuǎn)矩。
圖8(a)和(b)圖示地說明觸發(fā)時間延遲的兩種方法。
在圖8(a)中，RPT的輸出具有一個后沿N，它用于接通相繞組中的電流，和起動計時延遲。在終止預(yù)定的延遲以后，又接通電流和重復(fù)循環(huán)。
在圖8(b)中，用RPT信號的前沿M啟動延遲。在任何一種情況下，皆可設(shè)置由斷開引起的時間延遲，以便根據(jù)受控的電動機(jī)，給出例如在期望全功率操作條件下的接近最佳的導(dǎo)電角，或者可以改變它，這時使用延遲電路控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩和運(yùn)行速度。
會注意到，雖然上述的系統(tǒng)執(zhí)行和操作起來是簡單的，但要由RPT輸出的后沿N觸發(fā)接通點(diǎn)的定位。雖然可以相對于轉(zhuǎn)子極機(jī)械地調(diào)節(jié)RPT葉片的位置，移動這個后沿，但這可能要損害電機(jī)的起動性能。
會意識到，采用本發(fā)明可以比較容易地改善轉(zhuǎn)接磁阻電動機(jī)的高速控制，因?yàn)榈诙鞲衅?6進(jìn)一步提供前沿和后沿，從而可以更靈活地選擇用來啟動控制延遲的邊沿。第一傳感器24的輸出具有一個對準(zhǔn)Lmax位置的后沿，這是一個適宜的斷開點(diǎn)，用于正好在斬波模式區(qū)以上的工作速度。當(dāng)速度進(jìn)一步增加時，它有利于推進(jìn)斷開點(diǎn)。來自第二傳感器的輸出的后沿提供一個適宜的邊沿。因此，通過精心選擇第二傳感器相對于第一傳感器的超前角，能夠把第二傳感器的邊沿安排在一個也能夠在以高速起動以后用于驅(qū)動電機(jī)的位置。因此，如上所述，能夠用來自兩個傳感器的信息起動電機(jī)，用取自第一傳感器24的信息以斬波模式運(yùn)行到某一中等速度，且此后用來自第二傳感器26的信息在單脈沖控制下在其高速工作范圍內(nèi)工作。
雖然所說明的實(shí)施例示出一對傳感器，但有可能從一個單獨(dú)的傳感器和一個適當(dāng)形狀的葉片得到相同的信息。會意識到，轉(zhuǎn)子循環(huán)中點(diǎn)的指示與前沿和后沿相關(guān)。這樣，單獨(dú)傳感器實(shí)施例具有在轉(zhuǎn)子一些適當(dāng)位置重復(fù)第一和第二信號中轉(zhuǎn)換的葉片形狀。通過這一技術(shù)，使用按目的適當(dāng)修改的葉片形狀，確定超前的第二信號。然后，把上述兩個傳感器的輸出合并成一個單獨(dú)傳感器輸出，以提供兩個前信號的各種轉(zhuǎn)換。
雖然上面已描述用于轉(zhuǎn)接磁阻電動機(jī)的本發(fā)明，但本發(fā)明同樣可用于任何按照轉(zhuǎn)子位置函數(shù)控制電機(jī)的電子換向電機(jī)。
上面以實(shí)例方式描述一些實(shí)施例，但并沒有限制之意?？梢詫Υ酥泄_的實(shí)施例作許多變更。例如，本發(fā)明可用于任何形式的磁阻電機(jī)，而與其極數(shù)目、極形狀、速度范圍等無關(guān)。本發(fā)明只受下述權(quán)利要求的精神和范圍的限制。
權(quán)利要求
1．一種電機(jī)，包括一個確定定子極的定子，一個用于激勵一個或多個極的單相繞組，一個確定轉(zhuǎn)子極的轉(zhuǎn)子，和一個轉(zhuǎn)子位置變換器；該變換器包括一個被安排成隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的部件，一個被安排成受該部件運(yùn)動的影響以產(chǎn)生一些指示轉(zhuǎn)子相對于大體上零轉(zhuǎn)矩的定子的位置的第一信號的第一傳感器，和一個被安排成受該部件的影響以產(chǎn)生一些指示在第一信號前面的角度位置的第二信號的第二傳感器；在第一信號與第二信號之間的間隔指示同的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)。
2．一種電機(jī)，包括一個確定定子極的定子，一個用于激勵一個或多個極的單相繞組，一個確定轉(zhuǎn)子極的轉(zhuǎn)子，和一個轉(zhuǎn)子位置變換器；該變換器包括一個被安排成隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的部件，和一個被安排成受該部件運(yùn)動的影響以產(chǎn)生第一和第二信號的單獨(dú)傳感器；這些信號指示轉(zhuǎn)子相對于大體上零轉(zhuǎn)矩的定子的位置和在第一信號前面的角度位置，在第一與第二信號之間的間隔指示不同的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電機(jī)，其中，第一和第二信號中每一個信號都轉(zhuǎn)移于偶數(shù)信號和空號比率的數(shù)字輸出的狀態(tài)之間。
4．根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的電機(jī)，其中，所述的部件限定一組用于影響傳感器以產(chǎn)生第一和第二信號的特征。
5．根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的電機(jī)，其中，第二信號超前于第一信號，超前量是轉(zhuǎn)子極距的10％到20％，最好是17％。
6．根據(jù)權(quán)利要求1至5中任何一項(xiàng)所述的電機(jī)，其中，定子、相繞組和轉(zhuǎn)子被裝配成一個轉(zhuǎn)接磁阻電機(jī)。
7．一種電機(jī)系統(tǒng)，包括一個如權(quán)利要求1至6中任何一項(xiàng)所述的電機(jī)，一個控制器，和一個可操作地連接用于由控制器啟動以激勵相繞組的開關(guān)裝置；所述的控制器對第一和第二信號起反應(yīng)，以便按照所述的間隔執(zhí)行一個啟動開關(guān)裝置的程序，從而起動電機(jī)。
8．根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述的控制器能夠進(jìn)行譯碼第一和第二信號的操作，以確定轉(zhuǎn)子是否正在所期望方向上運(yùn)動，和根據(jù)所譯碼的輸出繼續(xù)或中止電機(jī)的起動。
9．根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的系統(tǒng)，其中，所述的控制器包括一個能夠在信號出現(xiàn)之間進(jìn)行計時操作的計時器，用于一旦收到起動電機(jī)的信號就立即確定轉(zhuǎn)子是否實(shí)際上處于運(yùn)動之中，該控制器能夠在沒有所述第一或第二信號出現(xiàn)的情況下在時間超過一個預(yù)定時間時起動電機(jī)。
10．根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，計時器是可重調(diào)的，用于根據(jù)隨后的第一和第二信號的出現(xiàn)在由控制器起動時監(jiān)測轉(zhuǎn)子的運(yùn)動。
11．根據(jù)權(quán)利要求7至10中任何一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，控制器是可操作的，用于從第一或第二信號得出相繞組激勵計時信息。
12．一種起動根據(jù)權(quán)利要求1至6中任何一項(xiàng)所述的單相電機(jī)系統(tǒng)的方法，該方法包括監(jiān)測第一和第二信號；和在第一與第二信號之間的間隔激勵相繞組，使轉(zhuǎn)子在期望的方向上運(yùn)動。
13．根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，包括譯碼第一和第二信息順序，以確定轉(zhuǎn)子正在運(yùn)動的方向；和根據(jù)所譯碼順序，繼續(xù)或中止電機(jī)的起動。
14．根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，包括在起動之前對第一與第二信號之間的時間間隔進(jìn)行計時；和如果該時間間隔超過一個預(yù)定的閾值，則起動電機(jī)。
15．根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，包括重新設(shè)置計時器，以便根據(jù)隨后的第一和第二信號的出現(xiàn)，監(jiān)測起動的進(jìn)展。
16．一種控制根據(jù)權(quán)利要求7至11中任何一項(xiàng)所述的電機(jī)系統(tǒng)的方法，包括選擇第一信號或第二信號，以便對相繞組的激勵進(jìn)行計時。
全文摘要
一種用于電子換向電動機(jī)的簡單轉(zhuǎn)子位置變換器具有一個被安裝成隨轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動的葉片和一對傳感器。一個傳感器具有一個與零轉(zhuǎn)矩位置一致的輸出。另一傳感器產(chǎn)生稍微超前的信號。信號的重疊部分表示同轉(zhuǎn)矩范圍區(qū)。第二傳感器輸出還能用于電動機(jī)的高速單脈沖控制。
文檔編號H02P25/02GK1206239SQ9811631
公開日1999年1月27日 申請日期1998年7月17日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月18日
發(fā)明者彼得·理查德·梅斯, 詹姆斯·克里斯托弗·拉德·斯馬特 申請人:開關(guān)磁阻驅(qū)動有限公司