[发明专利]四相32/24结构开关磁阻电机及其转子位置检测方法

说明书

本发明公开了四相32/24结构开关磁阻电机及其转子位置检测方法，它包括转子、光敏式转子位置传感器和定子，所述定子包括A、B、C、D四相，所述光敏式转子位置传感器包括安装在转子转轴上的转盘和分别安装在定子中心线两侧7.5°、（11.25+15×(n‑1)）°处的光电脉冲发生器。通过位置传感器的反馈信号，保证电机相绕组按照预定目标顺序导通，并根据准确的相对位置信息用于角度位置控制，使得电机能够稳定运行。

技术领域

本发明涉及开关磁阻电机领域，尤其涉及四相32/24结构开关磁阻电机及其转子位置检测方法。

背景技术

当前，传动电动机系统正逐渐趋向于无级变速、高可靠性、数字化的方向发展。研究并开发可实现无级变速运行、高可靠性、数字化调速来直接驱动电动汽车的新型电动机系统，已成为电气传动领域前沿性创新研究工作的新发展趋势和重要方向。开关磁阻电机，其电机结构简单紧凑、转动惯量小，适用于在高温、高速的环境下工作；电机各绕组相互独立，容错性能好，功率变换器的结构简单；电机可控参数较多，调速性能很好，调速范围宽，启动转矩大，传动效率高，功耗小。目前国内外广泛应用的电动机传动系统为感应电动机，不能无级变速。若由直流调速电动机实现无级变速传动，其直流电动机的结构复杂、造价偏高、维护困难且寿命较短。若由感应电动机变频调速系统实现无级变速传动，其系统控制方案采用矢量变换控制或直接转矩控制，但实现矢量变换或直接转矩控制计算复杂，且其低速力矩小、低速性能不佳。开关磁阻电机结构简单坚固耐用，转子上没有任何形式的绕组，而定子上只有简单的集中绕组，绝缘结构简单，制造简便，成本低，且发热大部分在定子，易于冷却，恶劣条件下具有调速性能良好、控制灵活、工作可靠性高、容错性好、使用寿命长的特点，具有很好的市场应用前景。

开关磁阻必须工作于自同步状态。位置闭环是开关磁阻电机系统正常工作的基本条件，也是开关磁阻电机区别于步进电机重要标志之一。通过位置传感器的反馈信号，开关磁阻电机控制系统才能保证电机相绕组按照预定目标顺序导通，并在正确位置换相，同时位置信息还被作为开关磁阻电机速度反馈信号，以实现开关磁阻电机系统的速度闭环控制。因此开关磁阻电机系统中位置反馈信号作用相当重要。开关磁阻电动机传动系统是一种新型机电一体化交流调速系统，主要由开关磁阻电动机、功率变换器、控制器和位置检测器四部分组成。其中，位置检测的目的是确定电机定子与转子的相对位置，作为控制功率变换器主开关器件通断的依据。目前，开关磁阻电机传动系统普遍采用光敏式位置检测器，它是由固定在定子上的光电传感器和与转子同轴旋转的感应器(俗称遮光盘)组成的。光电传感器通常是U型结构，其发射器即发光二极管，接收器即光敏三极管，它们分别位于U型槽的两侧，并形成一个光轴，当物体经过U型槽且阻断光轴时，光电传感器就产生开关信号。感应器有齿和齿槽，其齿、齿槽数等于转子极数。感应器的齿或齿槽通过光电传感器的U型槽，就使光敏元件导通或关断，产生包含转子位置信息的周期性脉冲信号。由于现有检测器均采用齿和齿槽宽度相等的感应盘，每个光电传感器产生的脉冲信号的高低电平宽度相等。相隔一定角度的N路位置脉冲组合，如四相电机N＝2，三相电机N＝3，在一个通电周期内产生2N种宽度均匀的位置信号状态。这种位置检测器能够确定各相绕组的通断时刻，但不能用于常用的开关磁阻电机如四相8/6级、三相6/4极开关磁阻电机的角度控制。同时，这种检测器检测到的绕组换相时刻也不是最佳的开断时刻。为此，中国发明专利申请号CN201010622914.3公开了开关磁阻电机的角度位置检测器与检测方法，角度位置检测器具有N个静止的传感器和一个旋转的感应器；传感器采用光电传感器或磁敏传感器；但其结构复杂，控制策略繁琐，转矩脉动较大；又如中国发明专利申请号CN201510123495.1公开了开关磁阻电机转子位置检测装置及转子的定位控制方法，包括固定在转子转轴上的编码盘、设置在电机壳体上的位置传感器及配套的控制器，所述编码盘上均布有m个齿，齿的宽度小于相邻齿间槽的宽度，所述位置传感器与转子转轴的轴心等距设有个且相间隔，K=0、1、2、3、4、5…m-1，其中n为开关磁阻电机的定子极数，m为开关磁阻电机的转子极数，其制造工艺要求高，成本高，转矩脉动大。

发明内容