專利名稱：開關(guān)型磁阻設(shè)備的控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制磁阻設(shè)備的方法。特別但不僅僅涉及使用減少轉(zhuǎn)子 鐵耗的激發(fā)圖形來控制開關(guān)型磁阻設(shè)備的運轉(zhuǎn)。
背景技術(shù)：
開關(guān)型磁阻系統(tǒng)的特征與運行為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，并可描述為例
如由Stephenson和Blake在1993年六月的第21至24期的紐倫堡(Niimberg) PCIM，93 發(fā)表的"The characteristics, design and application of switched reluctance motors and drives"，結(jié)合于此作為參考。圖l (a)為典型的幵關(guān) 磁阻驅(qū)動器的示意圖，其中開關(guān)型磁阻設(shè)備12連接至負載19。直流(DC) 電源11可以是整流過濾(rectified and filtered)交流(AC)電源或電池組或 其它形式的電源存儲設(shè)備。由電源11供應(yīng)的DC電壓通過電子控制單元14 控制下的電力轉(zhuǎn)換器13進行跨接設(shè)備12的相繞組16的開關(guān)。所述開關(guān)必 須被正確地同步到轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動角以使驅(qū)動器正確運行，并且典型地使用轉(zhuǎn)子 位置檢測器15來提供與轉(zhuǎn)子角坐標一致的信號。轉(zhuǎn)子位置檢測器15可以采 用多種形式，包括一種軟件算法，并且轉(zhuǎn)子位置檢測器15的輸出也可以用 于產(chǎn)生速率反饋信號。位置檢測器的存在和完全取決于轉(zhuǎn)子的瞬時位置的激 發(fā)(通常稱做"勵磁")策略的使用導致這些設(shè)備具有"轉(zhuǎn)子位置開關(guān)的" 的一般性描述。該設(shè)備以雙倍凸極為特征，也就是說，如上述Stephenson的 論文所述，所述設(shè)備在定子和轉(zhuǎn)子上均有磁性凸極。
許多不同的電源轉(zhuǎn)換器拓撲結(jié)構(gòu)已被熟知，其中的一些已在上述 Stephenson的論文中進行討論。其中一個最常見的結(jié)構(gòu)是圖2中所示的多相 系統(tǒng)的單個相位，其中設(shè)備的相繞組16與跨接母線26和27的兩個開關(guān)裝置21和22串聯(lián)。母線26和27 —起被描述為轉(zhuǎn)換器的"DC線路"。能量 恢復(fù)二極管23和24與繞組連接以使當開關(guān)21和22開啟時允許繞組電流回 流到DC線路。低阻電阻28與較低的開關(guān)串聯(lián)以作為電流感測電阻。被稱 為"DC線路電容器"的電容器25跨接DC線路以提供或匯集DC線路電流 的所有交流分量(也就是所謂的"紋波電流")，所述DC線路電流不能從 電源中得到或返回到電源。實際上，電容器25可以包括數(shù)個串聯(lián)和/或并眹 連接的電容器，在使用并聯(lián)連接時， 一些元件的分配可能遍及整個轉(zhuǎn)換器。 圖3顯示的是當設(shè)備處于電機運行模式時圖2所示電路的運行周期的典 型波形。圖3 (a)顯示的是當開關(guān)21和22關(guān)閉時，在導電角e。的持續(xù)期間 內(nèi)應(yīng)用在"開角"e。n的電壓，從而激發(fā)一個相位。繞組的磁通量是電壓的 時間積分，并且在理想的零繞組電阻情況下如圖所示的向上線性地傾斜。如 圖3 (b)所示，相繞組16的電流上升到頂點，然后微微下降。在導通周期 的末端，達到"關(guān)角"e。ff，開關(guān)開啟，電流流向二極管，產(chǎn)生跨接繞組的反 向線路電壓，并由此迫使通量和電流下降到零。在零點通量和零點電流，二 極管停止傳導，電路處于非活動狀態(tài)直到導通周期開始。當開關(guān)開啟時DC 線路中的電流反向，如圖3 (c)所示，并且返回電流代表電能回到電源。電 流波形形狀的變化取決于設(shè)備的運行點和采用的開關(guān)策略。如眾所周知的和 已經(jīng)描述的，例如，上述Stephenson論文中引用的，低速運行通常包括利用 電流切斷來包含電流峰值，而不同時地關(guān)閉開關(guān)提供通常被稱為"自由
(freewheeling)"的運行模式。
如本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，開關(guān)型磁阻設(shè)備可以在發(fā)電模式運轉(zhuǎn)。圖1
(b)所示為典型的布置，其中圖1 (a)的負載19變?yōu)樘峁C械能量的原動 力19'，而電源11變?yōu)殡娏ω撦d11'，電力負載U'通過電力轉(zhuǎn)換器13從電 力設(shè)備12接受凈能。通常地，相電流是電機模式相電流的鏡象(時間上)。 這樣的系統(tǒng)在例如由Radim在1994年2月第13至17期的佛羅里達州奧蘭多第九屆正EE輸入功率電子技術(shù)會議記錄發(fā)表的名為"Generating with the switched reluctance motor"—文中已進行談?wù)?，結(jié)合于此作為參考。圖4 (a) 顯示了當系統(tǒng)為電機模式時的通量波形和相應(yīng)的電流波形，而圖4 (b)顯示 了發(fā)電時相應(yīng)的波形。從圖4 (b)可以看出，設(shè)備在能量回到DC線路之前 需要"啟動"或建立磁通量(以及必要的支持該通量的電流)。
盡管有許多用于開關(guān)型磁阻設(shè)備的電力轉(zhuǎn)換器的拓撲結(jié)構(gòu)，所有這些拓 撲結(jié)構(gòu)都使用某些數(shù)量的有源開關(guān)，并且這些開關(guān)代表了轉(zhuǎn)換器成本的重要 部分。為發(fā)展經(jīng)濟成本電路已經(jīng)花費了很多努力。從以上說明和圖形可以獲 悉，電流僅僅需要在相繞組中以一個方向流動，也就是說，"單極"激發(fā)即 可滿足全部需要。然而，如果交變的(或雙極的)激發(fā)可以實現(xiàn)，那也是可 以使用的，因為由設(shè)備產(chǎn)生的扭矩與繞組中電流方向無關(guān)。EPA0886370 (Turner)結(jié)合于此作為參考，它公開了一種使用開關(guān)裝置的半橋組件產(chǎn)生 設(shè)備相繞組的雙極激發(fā)的方法。類似地，EPA1398870(Tankard)結(jié)合于此作 為參考，它公開了一種使用用于電機運行和發(fā)電的不等額定開關(guān)產(chǎn)生設(shè)備的 雙極激發(fā)的方法。
磁阻設(shè)備運行中的損失可以分為三類
"電"損失，表現(xiàn)為繞組的熱量(也常被認為是^R損失)；
"磁"損失，表現(xiàn)為定子和轉(zhuǎn)子的磁電路中鐵的熱量(也常被稱作"鐵" 損失)；
"機械"損失，通常包括與轉(zhuǎn)子在周圍空氣中運行相關(guān)的空氣阻力和在 轉(zhuǎn)子軸承的摩擦損失。
所有這些損失產(chǎn)生的熱量必須通過適當?shù)姆绞较⒌簟Ｓ袝r，自然對流 和發(fā)散足夠排除由損失產(chǎn)生的熱量，并在必須的限制內(nèi)保持設(shè)備溫度，所述 限制為在其它情況下需要使用更多的結(jié)構(gòu)冷卻方法來排除熱量。
針對高速的設(shè)備，存在冷卻方面的特別問題。出于對機械應(yīng)力和轉(zhuǎn)子動力學的考慮，重要的是保持轉(zhuǎn)子盡可能地小，但是這樣通常會導致轉(zhuǎn)子中較 高的損耗密度。為了將高速下空氣阻力損失保持在易控制的水平，轉(zhuǎn)子經(jīng)常 在半真空環(huán)境運轉(zhuǎn)，但是這樣又增加了消除轉(zhuǎn)子鐵損的困難，因為對流熱交 換已經(jīng)不存在。開關(guān)型磁阻設(shè)備在這種環(huán)境中有特別的優(yōu)勢，因為它們沒有 轉(zhuǎn)子線圈，由此沒有相關(guān)的"電"損失。然而，它們有磁轉(zhuǎn)子損耗，仍然需 要小心管理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明由所附獨立權(quán)利要求限定。本發(fā)明的優(yōu)選特征在各個從屬權(quán)利要 求中列出。
至少有一些在開關(guān)型磁阻設(shè)備中減少轉(zhuǎn)子損耗的實施例。
根據(jù)實施例，提供了一種操作磁阻設(shè)備的方法，該磁阻設(shè)備具有由定子
限定的定子磁極，定子具有被設(shè)置為至少三個獨立激發(fā)相位的繞組；以及由
轉(zhuǎn)子限定的轉(zhuǎn)子磁極。該方法包括激發(fā)繞組，從而每一轉(zhuǎn)子磁極的通量都 是單極的，用以在轉(zhuǎn)子磁極與被激發(fā)的定子磁極基本上對準時對繞組進行連 續(xù)地激發(fā)。
定子磁極的數(shù)量可以改變，但只能按照一些實施例被限定為每個相位有
2n個被激發(fā)，其中n是正整數(shù)。在一些實施例中，設(shè)備具有奇數(shù)相位。例如 設(shè)備具有三個相位、六個定子磁極和四個轉(zhuǎn)子磁極。這可能用于一個極性的 電壓的兩個激發(fā)脈沖和另一極性的兩個激發(fā)脈沖的相位激發(fā)圖形。
在另一實例中，設(shè)備具有四個相位、八個定子磁極和六個轉(zhuǎn)子磁極，以 及一個極性的三個相位激發(fā)脈沖和之后另一極性的三個激發(fā)脈沖。
本發(fā)明不局限于三個和四個相位，設(shè)備可具有q個相位(q=3或更多)， 其中定子繞組的激發(fā)圖形被設(shè)置，從而被選擇的相位根據(jù)若干個大于或小于 q的激發(fā)的一個極性來激發(fā)，然后根據(jù)同樣數(shù)量的激發(fā)的另一極性來激發(fā)。
例如，可用q-l個激發(fā)的一個極性來激發(fā)，并且根據(jù)之后的q-l個激發(fā)的另一極性來激發(fā)。
雖然公開的實施例在轉(zhuǎn)子磁極中使用單極通量，相位也可以被激發(fā)，從 而在定子中的通量是雙極的。
當設(shè)備運轉(zhuǎn)時改變定子磁極的激發(fā)順序是可能的。
在一些實施例中，激發(fā)會導致被激發(fā)的定子磁極的極性在相鄰磁極之間定子磁極的激發(fā)圖形可以是成組的，從而同極性的定子磁極是相鄰的。 有益的是，激發(fā)圖象可以在設(shè)備運轉(zhuǎn)時改變。
實施例公開的內(nèi)容還涉及一種磁阻設(shè)備的運轉(zhuǎn)方法，該方法包括根據(jù)相 位的激發(fā)極性的第一圖象來激發(fā)定子磁極，當設(shè)備運轉(zhuǎn)時改變圖象，并且根 據(jù)相位的激發(fā)極性的第二圖象來激發(fā)繞組。
操作方法可特別有利地應(yīng)用于雙倍凸極設(shè)備。


本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在下面實施例的詳細說明和參考附圖中進行詳細描述。其中
圖1 (a)為現(xiàn)有技術(shù)中開關(guān)型磁阻驅(qū)動器以電機模式運行時的示意圖1 (b)為現(xiàn)有技術(shù)中開關(guān)型磁阻驅(qū)動器以發(fā)電模式運行時的示意圖2為現(xiàn)有技術(shù)中用于圖1的開關(guān)型磁阻設(shè)備的一個相位的激發(fā)電路；
圖3 (a)為圖2中所示電路的相電壓和通量波形圖3 (b)為對應(yīng)于圖3 (a)的相電流波形圖3 (c)為對應(yīng)于圖3 (a)的電源電流波形圖4 (a)和圖4 (b)分別顯示了電機模式和發(fā)電模式的通量和電流波 形圖5為開關(guān)型磁阻設(shè)備的迭片和繞組的示意圖； 圖6為三相設(shè)備的通量波形圖7為雙極反饋(bipolar-fed)三相設(shè)備的通量波形圖8 (a)為根據(jù)一個實施方式的通量波形圖8 (b)為示例設(shè)備在一個轉(zhuǎn)子位置的磁通路徑；
圖8 (c)為圖8 (b)的設(shè)備在另一個轉(zhuǎn)子位置的磁通路徑;
圖9為另一個公開的實施方式的通量波形圖IO為適用于實施方式的電力轉(zhuǎn)換器的一部分；
圖11為三相設(shè)備的連接圖解；以及
圖12為三相設(shè)備的另一連接圖解。
具體實施例方式
圖5為典型的幵關(guān)型磁阻設(shè)備的剖面示意圖。定子60由由具有適當磁 化能力的鋼鐵制成的一堆迭片組成，每一迭片都具有若干同樣的磁性凸極61 (這里為6個)。定子磁極被對稱地分配在迭片的內(nèi)面。每個磁極帶有一個 跨距單個磁極的線圈63。類似地，轉(zhuǎn)子66由由具有磁化能力的鋼鐵制成的 一堆迭片組成，每一迭片都具有若干同樣的磁性凸極64 (這里為4個)。轉(zhuǎn) 子磁極被對稱地分配在迭片的外面。轉(zhuǎn)子被安裝在軸68上以允許在定子內(nèi) 部中心旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子上沒有繞組。當定子和轉(zhuǎn)子磁極被定位時，在它們之間存 在一個小的縫隙。
典型地，完全對置的線圈被串聯(lián)或并聯(lián)地連接在一起，以形成相位繞組。 在圖5中，與定子磁極相關(guān)的六個定子線圈A和A，， B和B'， C和C'可被 連接在一起以提供三個獨立的相位繞組。典型地，該設(shè)備的轉(zhuǎn)子磁極(4個) 的數(shù)量比定子磁極的數(shù)量少兩個。在本領(lǐng)域中這種設(shè)置常被用做6/4三相設(shè)備。
許多變化都是公知的。相位的數(shù)量可以根據(jù)改變定子磁極(Ns)的數(shù)量 而改變基本原則是相位數(shù)量最多可以是定子磁極數(shù)量的一半，即(Ns/2)。 轉(zhuǎn)子磁極的數(shù)量(Nr)也可以改變通常為(Nr=Ns62)以實現(xiàn)所謂的"游標尺" 的效果，但是，對于特定的應(yīng)用，可以是其他的數(shù)量。其他的設(shè)置由基本的
磁極聯(lián)合而產(chǎn)生，例如，8/6，乘以一整數(shù)可實現(xiàn)16/12、 24/18，...等。這類 設(shè)備的相位感應(yīng)周期是此(或每個)相位的感應(yīng)變化周期，例如，當轉(zhuǎn)子磁 極和有各自相關(guān)定子磁極是完全對準時，在最大量之間。單個相位的相位感 應(yīng)周期被等于360/ (q+Nr)的角度所代替，其中q是相位的數(shù)量。該角度也 被稱為步進角"是設(shè)備的重要屬性。線圈不需要被放置在設(shè)備的每個磁極 上，并且建議為例如具有在交替磁極上的線圈的設(shè)備進行設(shè)置。然而，所有 這些不同的設(shè)置利用了這類設(shè)備的基本特性，即，具有線圈環(huán)繞單個磁極的 雙倍凸極結(jié)構(gòu)導致隨轉(zhuǎn)子位置而變的相位感應(yīng)。這樣的結(jié)果導致迭片的一個 或多個部分中的通量也隨角度而變。如果相位由圖3所示的"方形"脈沖激 發(fā)提供，則迭片的不同部分的通量將大大不同。
這些波形的形狀最初由Lawrenson PJ; Stephenson, JM; Blenkinsop， PT; Corda, J;和Fulton， NN在1980年7月的IEE Proc巻127，頁表B，編號4 的第253至265頁的名為"Variable - speed switched reluctance motors，，的 論文中發(fā)表，結(jié)合于此作為參考。該論文描述了類似于圖5所示的三相，6/4 設(shè)備，其中每個線圈A， B&C被連接以產(chǎn)生一個極性的通量，而線圈A'， B，和C，被連接以產(chǎn)生另一極性的通量。該設(shè)備的通量波形如圖6所示。這些 波形顯示的是設(shè)備在單脈沖圖形勻速運轉(zhuǎn)時的基本波形。所應(yīng)用的相電壓是 在某些自由轉(zhuǎn)角上的恒定電壓。
每個定子磁極在轉(zhuǎn)子的每個完整旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)經(jīng)歷四個不定向通量脈沖。 在磁極之間的定子磁芯部分(即背鐵)受制于通量波形，該通量波形由在其 兩側(cè)的定子磁極的極性所確定。在磁極A和B、 B和C、 A'和B'、 B'和C'之間的定子磁芯部分每個都具有如圖6中"定子磁芯通量(1)"所示的交 替波形，單個波形可以被適當?shù)奶鎿Q或反向。波形的細節(jié)取決于外加電壓的 寬度是顯而易見的，例如，當一個相位的斷開點與下一個相位的接入點相符， 兩個峰值將形成一個平坦的頂部。在極性相反的定子磁極之間的部分，即c
到A'和C'到A，具有如圖6中"定子磁芯通量(2)"所示的波形。相反的
是，該波形是單極的，并很少取決于激發(fā)的細節(jié)。就鄰接激發(fā)的相位，在這 部分波形時間沒有變化，在穩(wěn)態(tài)沒有相關(guān)的鐵損。
每個轉(zhuǎn)子磁極的波形都具有如圖6中"轉(zhuǎn)子磁極通量"所示的雙極圖形， 即由高次諧波調(diào)諧的每轉(zhuǎn)一次(once-per-revolution)低頻形狀。轉(zhuǎn)子的磁芯 與轉(zhuǎn)子磁極延伸的范圍分開。轉(zhuǎn)子磁芯被激發(fā)時具有在磁極之間的通量。每 個轉(zhuǎn)子磁芯部分具有相同的通量波形，如圖6中"轉(zhuǎn)子磁芯通量"所示，盡 管它比轉(zhuǎn)子磁極通量波形更為復(fù)雜，也具有與具有有效高次諧波的低頻圖形 相同的特性。通過觀察，可以得出當轉(zhuǎn)子處于穩(wěn)態(tài)時，不具有可導致非時變 波形的相位激發(fā)的寬度。因而，轉(zhuǎn)子磁芯的通量的時間變化導致在轉(zhuǎn)子迭片 中的"磁"損失，與控制系統(tǒng)需要的激發(fā)寬度無關(guān)。
對應(yīng)的波形可以根據(jù)設(shè)備或高或低的相位數(shù)量由基本磁極的結(jié)合得出， 例如，4/2用于2相位，8/6用于4相位等等，但是可以發(fā)現(xiàn)在每種情況下， 轉(zhuǎn)子磁極中的雙極通量和轉(zhuǎn)子磁芯都導致磁損失。這是由于每個轉(zhuǎn)子磁極在 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)周期期間面對具有兩個極性的定子磁極。
開關(guān)型磁阻設(shè)備的雙極激發(fā)已被建議在某些場合下使用。例如，上面引 用的Turner的專利公開了具有交替極性的交替激發(fā)塊。在圖7中，顯示了定 子磁極通量圖形。這些正如期望的那樣，存在具有加倍轉(zhuǎn)子速度頻率的交替 圖形。轉(zhuǎn)子磁極通量圖形的頻率也增加，并具有三倍轉(zhuǎn)子速度。兩個轉(zhuǎn)子磁 芯通量部分具有相同的波形(盡管相位彼此替換)，但是其基本頻率以三分 之一增加。這些變化的實際效果是轉(zhuǎn)子中的鐵損大大地增加。
發(fā)明人已經(jīng)知道轉(zhuǎn)子磁極的通量圖形可能與現(xiàn)有技術(shù)中公開的由應(yīng)用 于定子的適當?shù)募ぐl(fā)圖形而產(chǎn)生不定向的通量圖形相反。這種圖案的一種推 導方式是從所需的轉(zhuǎn)子通量圖形開始并回到定子激發(fā)。這一過程在圖8中進 行例示，其顯示了用于6/4,三相系統(tǒng)的激發(fā)。
由于要求轉(zhuǎn)子磁極通量為單極的，對于每兩個相鄰的磁極被當作起始
點，如圖8 (a)在轉(zhuǎn)子磁極通量(1) 80和轉(zhuǎn)子磁極通量(2) 82所示。磁 極具有通量，在電機或發(fā)電模式中移入并穿過與被激發(fā)的定子基本在一直線 上的位置上時，該磁極在此意義上是"活動的"。圖8 (b)顯示的是當轉(zhuǎn)子 基本上與相位A和標準磁通軌跡在一直線上時設(shè)備沿著轉(zhuǎn)子磁極64,穿過轉(zhuǎn) 子磁芯并且沿著另一轉(zhuǎn)子磁極64，，并且圍繞圖中由虛線的標識的定子。由于 幾何的對稱和相位繞組，相對的磁路部分將具有同樣的波形(有時會極性相 反)。例如，轉(zhuǎn)子磁極64'將具有與磁極64同樣的通量波形，但是它會是反 向的。圖8 (b)顯示了轉(zhuǎn)子中的磁路中重要的部分，即，轉(zhuǎn)子磁極80的軀 殼；轉(zhuǎn)子磁芯90和92的兩個相鄰部分；以及當被激發(fā)時被吸引到相位B的 轉(zhuǎn)子磁極82。由于幾何學和存在的磁對稱，基于這四個部分就足夠描述所有 其他轉(zhuǎn)子部分的通量圖形。
由于轉(zhuǎn)子磁極中的通量已經(jīng)作為起始點，產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁極通量(1) 80的 激發(fā)圖形可被確定并顯示為圖8 (a)中的外加電壓(1) 84。類似地，相鄰 磁極82的激發(fā)被導出并在外加電壓(2) 86示出。通過將這兩個圖形結(jié)合， 可以確定外加電壓88的總量。
激發(fā)圖形需要的單個相位現(xiàn)由具有極性85的兩個激發(fā)和隨后具有另一 極性87的兩個激發(fā)組成。然而，這還不能限定總體圖形，因為圖形的相移 也必須是指定的。從圖8 (a)中可以看出，在每個相位的激發(fā)波形之間的相 移從圖6中所示的常規(guī)設(shè)備值+s變?yōu)?2e，即從+30°變?yōu)?60°。
當轉(zhuǎn)子從圖8 (b)所示的位置轉(zhuǎn)到圖8 (c)所示的位置(這種情況下，轉(zhuǎn)子上的箭頭為順時針方向)，并在兩種可能情況下顯示于圖8 (a)底部的
轉(zhuǎn)子軸68的一側(cè)時，轉(zhuǎn)子磁芯通量圖形現(xiàn)在可以通過該轉(zhuǎn)子磁極通量來確
定。通過比較轉(zhuǎn)子在兩個位置之間移動時卯部分的通量方向，可以看出來
自磁極部分的通量與90部分方向相同。這可以在圖8 (a)的頭兩個通量脈 沖看出。整體波形可以由貫穿轉(zhuǎn)子的完整旋轉(zhuǎn)周期的每個通量脈沖的類似考 慮進行構(gòu)造。可以看出轉(zhuǎn)子磁芯通量(1) 90的波形現(xiàn)在是單極的(與圖6 和圖7所示的現(xiàn)有技術(shù)相反)，具有小的成階波紋。該波形的相關(guān)轉(zhuǎn)子損耗 與現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)的雙極激發(fā)相比大大減少。
通過比較當轉(zhuǎn)子在兩個位置間移動時92部分的通量方向，可以看出來 自磁極部分的通量與92部分的方向相反。這在圖8 (a)的頭兩個通量脈沖 示出。完整波形可以如前所述進行構(gòu)造，并可以看出轉(zhuǎn)子磁芯通量(2) 92 具有6倍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的基本頻率，但是與正弦形式相差不遠，所以會具有相對 少的諧波。這與圖6中現(xiàn)有技術(shù)的多諧波波形完全不同，對于導電角的特定 值，也會減少鐵損失。因此，轉(zhuǎn)子磁芯中的通量是常規(guī)單極通量和雙極通量 的混合物。通過利用轉(zhuǎn)子磁極中單極通量的轉(zhuǎn)子鐵耗的總的減少大大地簡化 了冷卻轉(zhuǎn)子的任務(wù)。
本發(fā)明不局限于三相系統(tǒng)。圖9顯示的是8/6四相系統(tǒng)相應(yīng)的波形圖。 步進角^是360/&*^)=15° (與三相系統(tǒng)的30°相反)，所以轉(zhuǎn)子的一個旋轉(zhuǎn) 需要24步。所示的三個轉(zhuǎn)子磁極通量波形94， 96， 98采用6個轉(zhuǎn)子磁極。 如前所述，產(chǎn)生每一個該類單極通量所需的激發(fā)極性可以通過檢査來確定， 然后合并在一起提供總的外加電壓100。相位A，需要一個極性102的三個 脈沖，以及隨后的反向極性104的三個脈沖(與圖8的用于三相系統(tǒng)的兩個 脈沖塊相反)。四個波形的位移是-3s。
圖9也顯示了轉(zhuǎn)子磁芯通量(1)和(2)圖形106和108。對于三相系 統(tǒng)， 一個磁芯截面帶有具有小的成階波紋的單極通量，而其他兩個部分的圖
形有偏移。需注意的是，具有單極轉(zhuǎn)子磁極通量的系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子通量圖形與那 些具有相同極數(shù)的定子的通量圖形和單極定子磁極通量圖形相同，即，四相
8/6設(shè)備的轉(zhuǎn)子通量圖形相當于三相6/4設(shè)備的定子的通量圖形。
通過介紹正確圖形和相移的雙極激發(fā)，轉(zhuǎn)子磁極和磁芯中的通量波形可 以被操控以提供具有減小的基本頻率和/或減少的諧波含量的圖形，從而減少
轉(zhuǎn)子的磁損耗。圖10中顯示了用于如圖5中所示的磁阻設(shè)備的雙極運轉(zhuǎn)的 適當?shù)碾娐罚瑘D中顯示了由電源V。c和DC線路電容器140供電的多相轉(zhuǎn)換 器電路的一個相腳(phase leg)。設(shè)備的相位繞組130連接到由四個開關(guān) 110-113和四個二極管118 - 121組成的全橋中。開關(guān)對和二極管通常在兩個 開關(guān)和兩個二極管的預(yù)裝配模塊中有效，如圖中虛線122和123所示，因而 便于電橋的裝配。在某些情況下，具有全部八個裝置完全橋接為一個模塊。 雙極的激發(fā)從其他的變換器電路生效，例如，如上面引用的Turner專利中所 公開的。
現(xiàn)在描述利用雙極激發(fā)的另一個優(yōu)點。這種類型電機的每個相位繞組通 常由完全相反的線圈連接(串聯(lián)或并聯(lián))組成，使通量與轉(zhuǎn)子交叉，回路圍 繞定子。通量的方向，即繞組的極性是選擇的問題，但可以選擇，從而相鄰 相位具有相同的極性，如圖11的三相設(shè)備。線圈已被連接，從而如果正電
壓依次被施加于A、 B & C，定子磁極將具有環(huán)繞定子的成組極性NNNSSS。 圖12顯示了一個替換方案，其中相位B的極性被反轉(zhuǎn)，提供了交替的 NSNSNS圖形。對于第一階，這樣的設(shè)置是等效的，但是每個具有第二階的 優(yōu)點。可以看出NNNSSS的設(shè)置具有四個"背鐵"部分，在它們的任何一 側(cè)都具有相同極性的磁極，以及兩個相反極性的磁極部分。該設(shè)置具有根據(jù) 這種構(gòu)造得來的圖6的定子通量圖形。定子磁芯通量(2)的單極波形的相 關(guān)鐵耗較低，所以在高速時，其導電角較寬，這種連接通常會具有低損耗和 由此帶來的高效率。
對于成組NNNSSS連接，相位的磁平衡依賴"背鐵"部分的磁線性度。
這可能會存在于高速運行的相對低的通量級中，而不會存在于當所有的磁路 部分都變?yōu)榇棚柡蜁r的低速、高扭矩的情況中。這導致相位利用不再是相同 的磁路，因此從相位輸出的扭矩不再是相等的，并且相電流也是不平衡的。 這導致低頻圖形被疊加在整個轉(zhuǎn)矩脈動上并且可產(chǎn)生多余的噪聲。
交替的NSNSNS連接的對稱導致每個背鐵部分是相同的，因此在低速 時消除了相位不對稱的問題。然而在高速時將導致較高的損失，因為單極波 形已不存在，被雙極波形所取代。
設(shè)計者因此可以選擇定子磁極的極性采用哪種成組或交替順序。 NNNSSS連接在高速時可達到最高的效率。NSNSNS連接在低速高負荷情況 下可減少相位不平衡。相同的考慮適用于五相和七相設(shè)備。這些情況不會出 現(xiàn)在相位為偶數(shù)的相同范圍內(nèi)，因為不可能將相位設(shè)置為提供具有交變極性 的交變磁極。
但是，如果提供雙極的相位是可行的，則可能在圖形之間進行選擇并且 在任何時候根據(jù)運行的需要而生成任一個圖形。例如，設(shè)備可以在運行期間 通過簡單地將施加到相位B的激發(fā)的極性反向來從NNNSSS順序改變到 NSNSNS順序。因此設(shè)備可以在給定速度和/或負載范圍時以最好地連接來 運轉(zhuǎn)。在低速時它可以以NSNSNS運轉(zhuǎn)以獲得最好的輸出扭矩，而在以可 能花費它大部分使用年限的高速時可以以NNNSSS運轉(zhuǎn)。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解本發(fā)明所公開的方案的變化不會背離本發(fā)明。 因此，上述個別的實施例的說明不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。本領(lǐng)域技術(shù)人 員應(yīng)當清楚對本發(fā)明的方案的細微修改對以上描述的運行方式也不會帶來 顯著的變化。本發(fā)明僅限于所附權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1、一種操作磁阻設(shè)備的方法，該磁阻設(shè)備具有由定子限定的定子磁極以及由轉(zhuǎn)子限定的轉(zhuǎn)子磁極，所述定子具有被設(shè)置為至少三個獨立激發(fā)相位的繞組；所述方法包括對繞組進行激發(fā)，從而在每個轉(zhuǎn)子磁極中的通量都是單極的，用以當轉(zhuǎn)子磁極與被激發(fā)的定子磁極基本上對準時對繞組進行連續(xù)地激發(fā)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中每個相位有2n個定子磁極被激發(fā)， 其中n是正整數(shù)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述設(shè)備具有六個定子磁極、 四個轉(zhuǎn)子磁極和三個單獨激發(fā)相位，每個相位的激發(fā)圖形包含具有一個極性 的兩個激發(fā)脈沖以及具有另一極性的兩個激發(fā)脈沖。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述相位的激發(fā)圖形之間的相移 是所述設(shè)備的步進角的兩倍。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述設(shè)備具有八個定子磁極， 六個轉(zhuǎn)子磁極和四個單獨激發(fā)相位，每個相位的激發(fā)圖形包含具有一個極性 的三個激發(fā)脈沖以及具有另一極性的三個激發(fā)脈沖。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述相位的激發(fā)圖形之間的相移 是所述設(shè)備的步進角的三倍。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項權(quán)利要求所述的方法，其中所述設(shè)備具 有q個相位，9=3或更多，其中定子繞組的激發(fā)圖形被設(shè)置，從而所選擇的相位對于若干個大于或小于q的激發(fā)根據(jù)一個極性來激發(fā)，并接著對于同樣 數(shù)量的激發(fā)根據(jù)另一極性來激發(fā)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所選擇的相位對于q-l個激發(fā)根 據(jù)一個極性來激發(fā)，并對于后續(xù)的q-l個激發(fā)根據(jù)另一極性來激發(fā)。
9、 根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，所述方法包括對相位進行激 發(fā)，從而在定子磁極中的通量是雙極的。
10、 一種操作磁阻設(shè)備的方法，該方法包括根據(jù)相位的激發(fā)極性的第一 圖形來激發(fā)定子磁極，當設(shè)備運轉(zhuǎn)時改變激發(fā)圖形，并且根據(jù)相位的激發(fā)極 性的第二圖形來激發(fā)繞組。
11、 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中所述激發(fā)圖形根據(jù)設(shè)備的速度 而改變。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述圖形在定子磁極的交替的 極性和相同極性的定子磁極組之間改變。
全文摘要
開關(guān)型磁阻設(shè)備的繞組，由可以提供雙極激發(fā)的轉(zhuǎn)換器提供。應(yīng)用于繞組的激發(fā)圖形取決于設(shè)備中定子和轉(zhuǎn)子的數(shù)量并且被選擇以在轉(zhuǎn)子磁極中生成單極激發(fā)。這依次減少了轉(zhuǎn)子中的損失，該損失在另外的情況下將由雙極的激發(fā)引起。該設(shè)備也可提供適于在其運行速度范圍內(nèi)的不同部分提供最佳性能的激發(fā)圖形。
文檔編號H02P6/00GK101197553SQ20071019590
公開日2008年6月11日 申請日期2007年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月4日
發(fā)明者S·P·蘭德爾 申請人:開關(guān)磁阻驅(qū)動有限公司