[发明专利]改进的位置编码器

说明书

本发明涉及一种位置编码器，且具体地说，本发明涉及一种用于切换磁阻驱动器的位置编码器。

一般地，磁阻电机是以电动机的形式运行的，其中转矩是由其运动部件移向磁路的磁阻最小即激励线圈的电感最大的位置的倾向产生的。

在一种磁阻电机中，相绕组的激励是以受控的频率发生的。这些机器可以作为电动机或发电机工作。它们一般被称为同步磁阻电动机。在第二种磁阻电机中，提供了用于检测转子的角位置和作为转子位置的函数的相绕组的激励的电路。这第二种磁阻电机也可以是电动机或发电机，且这种机器通常被称为切换磁阻电机。本发明一般地适用于切换磁阻电机，包括作为电动机或发电机工作的切换磁阻电机。

图1显示了用于作为电动机工作的切换磁阻电机的切换磁阻驱动系统10的主要部件。输入DC电源11可以是电池或整流和滤波交流电源。电源11提供的DC电压在电控制单元14的控制下由功率转换器13切换到电动机12的相绕组上。这种切换必须正确地与转子的转角相同步，以使驱动器10能适当地运行。因此，通常采用一种转子位置检测器15来提供与转子的角位置相对应的信号。转子位置检测器15的输出还被用于产生速度反馈信号。

转子位置检测器15可以有很多种形式。在某些系统中，转子位置检测器15可以包括一个转子位置传感器，它提供输出信号，每当转子转动到需要功率转换器13中的装置的不同的切换设置的位置时，该输出信号就改变状态。换言之，转子位置检测器15可以包括一个相对位置编码器，每当转子转过预定的角度时，该相对位置编码器就提供时钟脉冲(或类似的信号)。

在其中转子位置检测器15包括转子位置传感器的系统中，转子位置传感器电路未能适当提供表示转子的角位置的输出信号的故障，会严重地降低性能，或者在最恶劣的情况下使电动机不能运行。在某些情况下，试图根据故障的转子位置传感器输出来控制机器的控制器14，会对机器和其余的控制电路部分造成损坏。

来自转子位置检测器15的精确信号的重要性，可以参考图2和3进行解释。图2和3解释了作为电动机的磁阻电机的切换。

图2一般地显示了按照箭头22接近定子极21的转子极20。如图2所示，完整的相绕组23的一部分被缠绕在定子极21上。如上所述，当绕在定子极21上的相绕组23的该部分被激励时，一个倾向于将转子极20拉入与对准的位置的力。

图3一般地显示了控制绕在定子极21上的相绕组23的部分的激励的功率转换器13的切换电路。当功率切换装置31和32被切换到ON时，相绕组23与DC电源相耦合且相绕组受到激励。

一般地，相绕组受到激励，以使转子以如下方式转动：在转子的第一个角位置(称为启动角)，控制器14提供启动切换装置31和32的切换信号。当切换装置31和32被导通时，相绕组与DC母线相耦合，这使得在电动机中建立起增大的磁通量。只是这种作用在转子极上的磁通量产生了电动机转矩。随着机器中磁通量的增大，电流从DC母线提供的DC电源流过切换装置31和32并流过相绕组23。在某些控制器中，采用了电流反馈且相位电流的幅度，通过迅速地关断切换装置31和/或32中的一个或两者以限制电流，而得到控制。

在很多系统中，相绕组直到转子转动从而到达被称为“自由转动角”的位置时都保持与DC母线相连(或者在采用限制器的情况下与限制器相连。)当转子到达与自由转动角(图2中的位置24)对应的角位置时，切换器中的一个，例如31，被关断。因此，流过相绕组的电流将继续流动，但现在只流过切换器中的一个(在此例中为32)且只通过返回二极管中的一个(在此例中为34)。在自由转动期间，相绕组上的电压差很小，且通量基本上为常数。马达系统保持在这种自由转动状态，直到转子转动到一个被称为“关断”角(在图2中用位置25表示)的角位置。当转子到达该关断角时，切换器31和32关断且相绕组23中的电流开始流过二极管33和34。二极管33和34随后以相反的方向施加来自DC母线的直流电压，使得机器中的磁通量(因而相电流)降低。