專利名稱：檢測開關(guān)磁阻電機(jī)的位置的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于檢測開關(guān)磁阻電機(jī)(SRM)的位置的裝置，尤其涉及一種用于檢測這樣一開關(guān)磁阻電機(jī)(SRM)的位置的裝置，即該開關(guān)磁阻電機(jī)通過沿傳感片不同的同心邊緣形成的同心切口組來探測轉(zhuǎn)子的相對位置，并且通過形成在傳感片上的補償切口來補償轉(zhuǎn)子的位置。
一般來講，開關(guān)磁阻電機(jī)(SRM)為一種主要包括如下器件的磁阻電機(jī)通過捆扎電樞線圈產(chǎn)生磁力的多相定子；一轉(zhuǎn)子，它根據(jù)齒(tooth)的相對位置和由定子產(chǎn)生的磁力所產(chǎn)生的磁引力而轉(zhuǎn)動；位置探測單元，它具有位置探測傳感單元和傳感片，并且在轉(zhuǎn)子的位置變化時由預(yù)定的角分辨率(resolution)通過檢測位置探測脈沖來探測轉(zhuǎn)子的位置。這里，多個齒對稱地形成在轉(zhuǎn)子上，以及電樞線圈對稱地捆扎在每一個多相定子上。位置探測傳感單元通過探測轉(zhuǎn)子的位置來輸出位置探測脈沖，并與位置探測脈沖同步，因此連續(xù)驅(qū)動多相電樞線圈。
供給與多相定子相聯(lián)的電樞線圈的電源通過開關(guān)元件控制。此時，當(dāng)輸入脈沖信號通過與位置探測單元的位置探測脈沖同步而被施加到開關(guān)元件的控制終端時，通過連續(xù)改變轉(zhuǎn)子和定子間的激勵狀態(tài)，對應(yīng)于輸入脈沖信號的前向轉(zhuǎn)矩通過磁引力在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生。并且，在特定的激勵狀態(tài)不變的情況下，有可能使轉(zhuǎn)子在預(yù)置位置停止轉(zhuǎn)動。此外，通過控制基于感應(yīng)達(dá)到其最大值而施加于開關(guān)元件的輸入脈沖信號的相位，可產(chǎn)生一個相反的轉(zhuǎn)力。如上所述，有可能在洗衣機(jī)等變化方向中廣泛使用該控制操作。
此時，為了連續(xù)改變每個相位的激勵狀態(tài)，必需檢測轉(zhuǎn)子的位置。
已公開了許多涉及到SRM的現(xiàn)有技術(shù)，比如USP 4,748,387(其授予專利權(quán)日為1988年5月)的“用于精確控制轉(zhuǎn)子起始位置的直流無刷電機(jī)驅(qū)動方法和裝置(DC brushless motor driving method and apparatus for accuratelycontrolling starting position of rotor)”；USP 4,990,843(其授予專利權(quán)日為1991年2月)的“磁阻電機(jī)(Reluctance motor)”；USP 5,111,095(其授予專利權(quán)日為1992年5月)的“多相開關(guān)磁阻電機(jī)(Polyphase switched reluctance motor)”；USP 5,461,295(其授予專利權(quán)日為1995年10月)的“在開關(guān)磁阻電機(jī)中通過電流分布操作降低噪音(Noise reduction in a switched reluctance motor bycurrent profile manipulation)”；和USP 5,539,293(其授予專利權(quán)日為1996年7月)的“具有在可解碼角位置中的特征的轉(zhuǎn)子位置編碼器(Rotor positionencoder having features in decodable angular position)”。


圖1為在常規(guī)的SRM中用于檢測轉(zhuǎn)子位置的傳感片結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，在傳感片10上有具有多個切口的第一同心切口組12，這些切口是沿具有第一半徑的同心周邊以一預(yù)置解分辨率被鑿孔的，并以轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸11為中心分布；和具有多個切口的第二同心切口組13，這些切口是沿具有小于第一半徑的第二半徑的同心周邊以一預(yù)置角分辨被鑿孔的，并以轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸11為中心分布。通常，形成第一同心切口組12和第二同心切口組13的切口相互間非準(zhǔn)直(misaligned)。因為傳感片10位于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸11的上端，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時傳感片與轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動。此處，應(yīng)用具有多個切口的切口組的原因是為提高用于檢測轉(zhuǎn)子位置的角分辨率。
用于檢測常規(guī)SRM的位置的裝置包括傳感片10和通過位置探測脈沖來檢測轉(zhuǎn)子位置的探測傳感單元，而該位置探測脈沖是由光學(xué)上透過在傳感片10上形成的切口的光離散產(chǎn)生的。
為探測該位置探測脈沖，SRM包括具有光發(fā)射元件(未示出)和光接收元件(未示出)的光傳感器的位置探測傳感單元。當(dāng)傳感片10沿轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，從光發(fā)射元件發(fā)射的光通過透過傳感片10的切口不連續(xù)地投射在光接收元件上。此時，光接收元件產(chǎn)生并輸出一個預(yù)置的位置探測脈沖。
通過接收從位置探測傳感單元輸出的位置探測脈沖，微機(jī)(未示出)推測轉(zhuǎn)子的位置。此后，通過控制施加到電機(jī)驅(qū)動單元的開關(guān)單元控制終端的輸入脈沖信號的相位，微機(jī)可使轉(zhuǎn)子前向和反向轉(zhuǎn)動或在特定位置停止轉(zhuǎn)動。
在常規(guī)的SRM中的位置探測傳感單元包括一個單個位置傳感器的情況下，由于它很難充分得到對于多相控制所必需的轉(zhuǎn)子的位置上的信息，故SRM一般使用多個位置探測傳感單元。
如上所述，當(dāng)用于探測轉(zhuǎn)子位置的位置傳感單元在轉(zhuǎn)子位置變化時通過預(yù)置的角分辨率來輸出位置探測脈沖時，電樞線圈處于通電(turned on)的位置與位置探測脈沖同步。此時，當(dāng)每個電樞線圈處于通電時的時間決定性地影響SRM的功能。
然而，在用于檢測常規(guī)SRM的位置的裝置中，當(dāng)從第一同心切口組12和第二同心切口組13檢測到的位置探測脈沖失真或變得無規(guī)則或這種失真被累積時，它將對SRM的操作造成不利的影響。
換言之，位置探測脈沖的失真導(dǎo)致相對大的轉(zhuǎn)矩波動。此外，它減小轉(zhuǎn)矩并引起噪聲。結(jié)果是，它降低了SRM的效率。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一個用于檢測開關(guān)磁阻電機(jī)(SRM)的位置的裝置，而該開關(guān)磁阻電機(jī)通過沿傳感片不同的同心邊緣形成的同心切口組來探測轉(zhuǎn)子的相對位置，并且通過形成在傳感片上的補償切口來補償轉(zhuǎn)子的位置，因此，通過限定部分歸因于相對關(guān)位置而產(chǎn)生的位置探測脈沖的失真所造成的不好影響，可有效地阻止位置探測脈沖失真的累積和傳播。
為達(dá)到上述目的，用以檢測具有開關(guān)控制單元的SRM的位置的裝置，該開關(guān)控制單元根據(jù)轉(zhuǎn)子與多相定子的相對位置而可變地切換定子的每一相位的激勵狀態(tài)，該裝置包括傳感片；位置探測傳感單元；位置補償傳感單元和位置探測補償單元。這里，穿過該傳感片，一個具有多個穿鑿切口以具有沿同心周邊的預(yù)置角分辨率的同心切口組，與至少一個具有多個沿不同的同心周邊形成的切口的切口組非準(zhǔn)直。此外，用于補償轉(zhuǎn)子位置的補償切口位于傳感片的不同的同心周邊上的一點。當(dāng)傳感片被附到轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸上時，位置探測傳感單元被轉(zhuǎn)動，故通過光學(xué)上穿過同心切口組的每一個切口的光不連續(xù)地產(chǎn)生位置探測脈沖。當(dāng)位置補償傳感單元檢測到一個通過光學(xué)上穿過補償切口的光不連續(xù)地產(chǎn)生的位置補償脈沖時，位置探測補償單元通過接收位置探測脈沖來探測的轉(zhuǎn)子的位置，以及基于位置補償脈沖在每一預(yù)置轉(zhuǎn)動周被檢測的位置來補償轉(zhuǎn)子的位置。后此，補償位置被提供給開關(guān)控制單元，因此使SRM的效率達(dá)到最大。
通過參考下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，將更全面地了解本發(fā)明及其伴隨的優(yōu)點，同時將更容易地理解本發(fā)明，附圖中相同的符號表示相同或類似的元件，附圖中圖1是在常規(guī)的開關(guān)磁阻電機(jī)(SRM)中用于檢測轉(zhuǎn)子位置的傳感片結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2是常規(guī)SRM的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3是表示具有三相的SRM的驅(qū)動電路單元的一部分的電路圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的SRM的傳感片示意圖；和圖5是根據(jù)本發(fā)明用于檢測SRM的位置的裝置的一個優(yōu)選實施例的框圖。
通過參考附圖的優(yōu)選實施例，上述發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點將得到更為清晰的理解。
為便于理解根據(jù)本發(fā)明用于檢測開關(guān)磁阻電機(jī)(SRM)的位置的裝置，下面將首先解釋常規(guī)SRM的全部結(jié)構(gòu)。
圖2是描述常規(guī)的SRM的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一個例子。SRM裝有一個具有A、B和C三相的定子。如圖所示，常規(guī)的SRM被做成具有多相并且控制施加到每一相的電樞線圈的電流的相位。SRM通過根據(jù)轉(zhuǎn)子及其相對位置所產(chǎn)生的磁引力可前向和反向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子。
圖3是描述具有三相的SRM的驅(qū)動電路單元的一部分。如圖所示，具有三相的常規(guī)SRM的驅(qū)動電路包括第一驅(qū)動單元A，用于當(dāng)一個開關(guān)元件被一個輸入脈沖信號開啟時，對轉(zhuǎn)子提供與第一相的磁通量成比例的磁力；第二驅(qū)動單元B，用于當(dāng)該開關(guān)元件被該輸入脈沖信號開啟時，對轉(zhuǎn)子提供與第二相的磁通量成比例的磁力；第三驅(qū)動單元C，用于當(dāng)該開關(guān)元件被該輸入脈沖信號開啟時，對轉(zhuǎn)子提供與第三相的磁通量成比例的磁力。此處，第一驅(qū)動單元A包括第一電樞線圈L1，用于產(chǎn)生第一相磁通量；第一開關(guān)單元S1，它具有第一三極管Q1和第一二極管dl，該第一三極管Q1用于連接第一電樞線圈L1的一端并且根據(jù)通過控制端輸入的輸入脈沖信號控制供電，該第一二極管dl用于當(dāng)?shù)谝蝗龢O管Q1被開啟/關(guān)閉時，保護(hù)第一三極管Q1不受由第一電樞線圈L1產(chǎn)生的反電動勢的破壞；第二開關(guān)單元S2，它具有第二三極管Q2和第二二極管d2，該第二三極管Q2連接第一電樞線圈L1的另一端并且根據(jù)通過控制端輸入的輸入脈沖信號控制供電，該第二二極管d2用于當(dāng)?shù)诙龢O管Q2被開啟/關(guān)閉時，保護(hù)第二二極管Q2不受由第一電樞線圈L1產(chǎn)生的反電動勢的破壞；第一電流反饋二極管D1，它連接于第一電樞線圈L1的一端并反饋電流；以及第二電流反饋二極管D2，它連接第一電樞線圈L1的另一端并反饋電流。第二和第三相驅(qū)動單元B和C中的每一個都有著與該第一相驅(qū)動單元A相同的結(jié)構(gòu)。
為了在每一相感應(yīng)的最大峰值限度之內(nèi)以前向轉(zhuǎn)動的方向連續(xù)操作第一相驅(qū)動單元A、第二相驅(qū)動單元B和第三相驅(qū)動單元C，關(guān)鍵是檢測轉(zhuǎn)子的位置?；谟嘘P(guān)轉(zhuǎn)子對多相定子的相對位置的信息，開關(guān)控制單元切換第一、第二和第三相驅(qū)動單元A、B和C的電壓狀態(tài)。結(jié)果，通過改變定子每一相的激勵狀態(tài)，有可能使SRM的轉(zhuǎn)子向理想方向轉(zhuǎn)動。
如上所述，由于轉(zhuǎn)子相對于多相定子的位置的信息的精確性是決定SRM的操作特征的基本參數(shù)，故提供用于檢測SRM的位置的裝置以防止轉(zhuǎn)子的位置信息的失真和失真信息的累積。
圖4是SRM傳感片的示意圖；以及圖5是根據(jù)本發(fā)明用于檢測SRM的位置的裝置的一個優(yōu)選實施例的框圖。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，用于檢測SRM的位置的裝置包括一個傳感片，具有多個切口穿鑿于其中以具有沿同心周邊的預(yù)置角分辨率的一個同心切口組與至少一個具有多個沿不同的同心周邊形成的切口的切口組非準(zhǔn)直。此外用于補償轉(zhuǎn)子位置的補償切口位于傳感片的不同同心周邊上的一點。
圖4是兩個同心切口組的示意圖。如圖所示，在傳感片100上，有第一同心切口組102，它具有多個穿鑿切口，以具有沿具有第一半徑的同心周邊的預(yù)置角分辨率，并以轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸101為中心分布；第二同心切口組103，它具有多個穿鑿切口，以具有沿具有小于第一半徑的第二半徑的同心周邊的預(yù)置角分辨率，并以轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸101為中心分布；和補償切口104，用于在以轉(zhuǎn)軸101為中心的具有第三半徑的不同的同心周邊的一點上補償轉(zhuǎn)子位置。通常，包括第一同心切口組102和第二同心切口組103的切口組相互非準(zhǔn)直。
此處，每一切口組具有多個切口的原因是為提高用于檢測轉(zhuǎn)子位置的角分辨率。正如在常規(guī)的SRM中，因為傳感片100位于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸101上端，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時傳感片與轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動。
當(dāng)傳感片100與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸101連結(jié)然后轉(zhuǎn)動時，位置探測傳感單元110檢測由光學(xué)上穿過第一和第二同心切口組102和103的切口的光離散產(chǎn)生的位置探測脈沖。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，建議采用兩個同心切口組。然而，穿過傳感片100所形成的至少一個同心切口組是足夠的。太多的同心切口組使得系統(tǒng)復(fù)雜化并且不會有助于增加實際的角分辯率。因此，考慮到SRM的應(yīng)用領(lǐng)域、技術(shù)水平、期望的精確度和用于設(shè)計SRM的費用，要適當(dāng)決定同心切口組的數(shù)量。
還有，沿同心周邊穿鑿并且形成同心切口組的切口數(shù)量可根據(jù)期望的角分辨率來決定，以及穿鑿位置可根據(jù)設(shè)計目的來決定。
位置補償傳感單元120檢測通過光學(xué)上穿過補償切口104的光離散產(chǎn)生的補償脈沖。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，僅僅提供了一個位于以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸101為中心的具有第三半徑的同心周邊上的任一點的補償切口104。然而，設(shè)置多個補償切口同樣是可能的。通過在位于以轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸101為中心的具有第四半徑的同心周邊上的任一點穿鑿另一補償切口以及進(jìn)一步包括位置補償傳感單元，有可能增加用于補償位置的分辨率。此處，第三半徑和第四半徑可以大于或小于第一半徑和第二半徑?；蛘?，它們可大于第二半徑和小于第一半徑。
此后，位置探測補償單元130從位置探測傳感單元110接收位置探測脈沖并探測轉(zhuǎn)子的位置。而且，位置探測補償單元130從位置補償傳感單元120接收位置探測補償脈沖，然后基于位置補償脈沖在每一預(yù)置周期所檢測的轉(zhuǎn)子的位置來補償轉(zhuǎn)子的位置，由此提供補償?shù)奈恢眯畔⒔o開關(guān)控制單元140。
當(dāng)從位置探測補償單元130接收到補償后的轉(zhuǎn)子的位置信息時，基于轉(zhuǎn)子對于多相定子的相對位置的信息，開關(guān)控制單元140切換圖3中第一、第二和第三驅(qū)動單元A、B和C的電壓狀態(tài)。結(jié)果，通過改變定子每一相的激勵狀態(tài)，可使SRM的轉(zhuǎn)子向需要方向轉(zhuǎn)動。
根據(jù)本發(fā)明的功能可決定后述項目并且它們可根據(jù)技術(shù)人員的期望或通常的實踐被改變，項目的決定應(yīng)當(dāng)考慮到本發(fā)明說明書的全部內(nèi)容。
如上所述，用以檢測具有開關(guān)控制單元的SRM的位置的裝置，該開關(guān)控制單元用于根據(jù)轉(zhuǎn)子與多相定子的相對位置而變化地切換定子每一相的激勵狀態(tài)，該裝置包括傳感片、位置探測傳感單元、位置補償傳感單元和位置探測補償單元。這里，穿過該傳感片，一個具有多個穿鑿切口以具有沿同心周邊的預(yù)置角分辨率的同心切口組，與至少一個具有多個沿不同的同心周邊形成的切口的切口組非準(zhǔn)直。此外，用于補償轉(zhuǎn)子位置的補償切口位于傳感片的不同的同心周邊上的一點。當(dāng)傳感片被附到轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸上時，位置探測傳感單元被轉(zhuǎn)動，故通過光學(xué)上穿過同心切口組的每一個切口的光不連續(xù)地產(chǎn)生位置探測脈沖。當(dāng)位置補償傳感單元檢測到一個通過光學(xué)上穿過補償切口的光不連續(xù)地產(chǎn)生的位置補償脈沖時，位置探測補償單元通過接收位置探測脈沖來探測轉(zhuǎn)子的位置，以及基于位置補償脈沖在每一預(yù)置轉(zhuǎn)動周被檢測的位置來補償轉(zhuǎn)子的位置。此后，補償位置被提供給開關(guān)控制單元。結(jié)果，因為通過限定部分歸因于相關(guān)位置而產(chǎn)生的位置探測脈沖的失真所造成的不好影響，有可能防止位置探測脈沖失真的累積和傳播，使得轉(zhuǎn)矩波動和噪聲被降低，因此使SRM的效率達(dá)到最大。
雖然圖示和描述了所認(rèn)為的本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，在不偏離本發(fā)明的實質(zhì)范圍的情況下可對本發(fā)明做許多改變和修改，并可用等效物來代替其元件。另外，在不背離本發(fā)明的中心范圍的情況下，可做出許多的修改，以適應(yīng)本發(fā)明的教示的特定情況。因此，本發(fā)明并不限于在此作為實施本發(fā)明的最佳模式的特定實施例，但是本發(fā)明包括落在所附權(quán)利要求書內(nèi)的所有實施例。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測開關(guān)磁阻電機(jī)(SRM)的位置的裝置，它具有一開關(guān)控制單元，該開關(guān)控制單元用于根據(jù)轉(zhuǎn)子對多相定子的相對位置而變化地切換一定子的每一相的激勵狀態(tài)，該裝置包括傳感片，穿過該傳感片，一個具有多個穿鑿切口以具有沿同心周邊的預(yù)置角分辨率的同心切口組，與至少一個具有多個沿不同的同心周邊形成的切口的切口組非準(zhǔn)直，以及，穿過該傳感片，用于補償所述轉(zhuǎn)子的位置的補償切口位于不同同心周邊的一個點上；一個位置探測傳感單元，用于檢測通過光學(xué)上穿過所述同心切口組的切口的光不連續(xù)地產(chǎn)生的位置探測脈沖，而所述傳感片被附到所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸上然后被轉(zhuǎn)動；一個位置補償傳感單元，用于檢測通過光學(xué)上穿過所述補償切口的光不連續(xù)地產(chǎn)生的位置補償脈沖；以及一個位置探測補償單元，用于通過接收所述位置探測脈沖來探測該轉(zhuǎn)子位置、基于所述位置補償脈沖在所述轉(zhuǎn)子的每一預(yù)置轉(zhuǎn)動周被檢測的位置來補償所述轉(zhuǎn)子的位置、然后提供該補償信息給所述開關(guān)控制單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述傳感片包括第一同心切口組，它具有多個穿鑿切口，以具有沿具有第一半徑的同心周邊的預(yù)置角分辨率，并且以所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸為中心分布；第二同心切口組，它具有多個穿鑿切口，以具有沿具有小于所述第一半徑的第二半徑的同心周邊的預(yù)置角分辨率，并且以所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸為中心分布；和一個補償切口，用于在以所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸為中心的具有第三半徑的不同的同心周邊的一點上補償所述轉(zhuǎn)子位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述預(yù)置轉(zhuǎn)動周為1周。
全文摘要
一種用于檢測開關(guān)磁阻電機(jī)(SRM)的位置的裝置,通過沿傳感片的不同同心周邊形成的同心切口組來探測轉(zhuǎn)子的相對位置,并通過形成在傳感片上的補償切口來補償轉(zhuǎn)子位置,因此通過限定部分歸因于相關(guān)位置而產(chǎn)生的位置探測脈沖的失真所造成的不良影響,可有效地阻止該脈沖失真的累積和傳播。結(jié)果,由于通過限定位置探測脈沖的失真所造成的不良影響而有可能阻止該脈沖失真的累積和傳播,故可降低轉(zhuǎn)矩波動和噪聲,使SRM的效率到最大。
文檔編號H02K19/10GK1195917SQ9810800
公開日1998年10月14日 申請日期1998年3月18日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月18日
發(fā)明者表尚淵 申請人:三星電子株式會社