[发明专利]开关磁阻电机及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电机领域，尤其是涉及一种开关磁阻电机以及这种开关磁阻电机的控制方法。 

背景技术

开关磁阻电机具有结构紧凑牢固、驱动电路简单、成本低、性能可靠等优点，而且还具有方便地实现四象限控制的特点，使其很适合电动车辆的各种工况运行，是应用在电动车辆中极具有潜力的电机。 

开关磁阻电机大多为双凸极结构，即定子铁芯与转子铁芯均具有凸极，且只在定子铁芯的磁极上缠绕有线圈，而转子铁芯的磁极上既没有缠绕线圈，又不是永磁铁。通常，定子铁芯凸极的数量为偶数，且凸极在定子铁芯的周向上均匀分布。在定子铁芯径向上，相对的一对凸极上缠绕的线圈为同一相线圈，且缠绕在同一对凸极上的线圈串联连接，构成一相线圈。 

向定子铁芯上的线圈通电后，在定子铁芯上产生旋转的磁场，由此推动转子旋转。因此，开关磁阻电机与其他电机相比，具有结构牢固、转矩惯性比高、调速范围宽等优势。 

但是，开关磁阻电机的最大缺点是转矩脉动大、噪声大，如何降低开关磁阻电机的转矩脉动，进而解决噪声是开关磁阻电机应用于电动汽车的关键技术。 

公开号为CN102291068A的中国发明专利申请公开了一种名为“四象限无位置传感器开关磁阻电机控制装置”的发明创造，该控制装置包括可控整流控制回路和有源逆变控制回路，可控整流控制回路和有源逆变控制回路之间连接有直流电容器。控制装置工作时，向开关磁阻电机的三相绕组输出高频脉冲信号，确定激励相，并启动开关磁阻电机。然后，通过检测的各相线圈的相电压和相电流信号，计算得到电动状态下的实时磁链，与参考磁链进行比较，由此实现电动状态下的换相。并且，控制装置还通过逆变主控制器发出脉冲信号，关断工作相，开通非工作相，从而实现开关磁阻电机从电动状态到制动状态的转换。 

由于该开关磁阻电机是通过磁链的计算与对比来实现对电机的控制，但仍未能有效地解决电机运行时转矩脉动较大、噪声过大的问题，开关磁阻电机的应用仍受到限制。 

发明内容

本发明的主要目的是提供一种减小开关磁阻电机转矩脉动的开关磁阻电机的控制方法。 

本发明的另一目的是提供一种运行时转矩脉动较小、噪声小的开关磁阻电机。 

为实现本发明的主要目的，本发明提供的开关磁阻电机控制方法中，该开关磁阻电机的定子铁芯上缠绕有二相以上的线圈，每一相线圈串联在两个功率管之间，该方法包括选取多个功率管的多个工作状态，计算每一工作状态下功率驱动电路的电压矢量，应用多个电压矢量将一个电角度周期划分为多个工作区间，每一工作区间下，多个功率管工作在所选取的两个工作状态下；采样流经多相线圈的电流信号，并对所采样的电流信号进行克拉克变换；采样开关磁阻电机转子的转速信号，应用转速信号与进行克拉克变换后的电流信号进行派克变换，获得直轴电流信号与交轴电流信号；对直轴电流信号与交轴电流信号进行积分比例运算，获得直轴电压信号与交轴电压信号，对直轴电压信号与交轴电压信号进行派克反变换；应用伏秒积矢量法根据派克反变换后的信号计算每一工作区间下，向每一功率管加载的脉冲宽度调制信号的占空比，并向多个功率管加载脉冲宽度调制信号。 

由上述方案可见，开关磁阻电机运行时，通过采样电机线圈的电流信号、转子的转速信号，并对信号进行克拉克变换、派克变换以及派克反变换后，根据所选取的多个工作区间确定多个功率管的工作状态，并控制向多个功率管加载的脉冲宽度调制信号的占空比。这样，开关磁阻电机将按照选取的工作状态运行，从而减小转矩脉动，运行时噪声较小，满足电动车使用的要求。 

一个优选的方案是，所选取的工作状态的数量为线圈相数的二倍。这样，工作区间的数量也为线圈相数的二倍，有利于实现对电机的控制。 

进一步的方案是，采样电流信号的步骤中，被采样电流信号的线圈的数量少于开关磁阻电机的总线圈的数量。 

由此可见，由于开关磁阻电机的各相线圈的电流信号矢量和为零，因此通过采样比开关磁阻电机线圈总相数少一相的线圈的电流信号，可以计算出最后一相的电流信号。这样，可以减少采样电流信号的线圈的相数，降低控制的计算量。 

更进一步的方案是，采样转速信号后，对转速信号进行积分比例运算，应用经过积分比例运算后的转速信号与进行克拉克变换后的电流信号进行派克变换。 

可见，对采样得到的转速信号进行积分比例运行后，再使用该信号进行派克反变换，能够对采样的转速信号进行适当的调节，有利于实现电机平稳地控制。