一種電磁式磁阻電動(dòng)機(jī)控制裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電機(jī)節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電磁式磁阻電動(dòng)機(jī)控制裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)SRM，是二十世紀(jì)八十年代興起的一種新型電機(jī)產(chǎn)品，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低、效率高等優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛的應(yīng)用于交通運(yùn)輸、通用工業(yè)、航空工業(yè)、家用電器等各個(gè)領(lǐng)域，顯示出強(qiáng)大市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，但由于其雙凸極和固有的工作方式，其轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是由一些脈沖轉(zhuǎn)矩疊加而成，不是一個(gè)恒定轉(zhuǎn)矩而有一定的諧波分量，這直接影響了開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能，開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的噪音與震動(dòng)比一般電動(dòng)機(jī)要大，盡管極力解決，但始終沒(méi)有徹底解決其存在的缺陷，現(xiàn)有的開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)具有電源再生能力，將磁場(chǎng)儲(chǔ)能所釋放的續(xù)流電流反饋回主電源，磁場(chǎng)儲(chǔ)能沒(méi)有被充分利用起來(lái)，其再生能力差，節(jié)能效果一般，因此現(xiàn)有的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)技術(shù)雖然有很多顯著的優(yōu)點(diǎn)，但因其性能的局限性，限制了開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種電磁式磁阻電動(dòng)機(jī)控制裝置及方法，以達(dá)到使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)、可靠，在高低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)平滑、噪音小、且節(jié)電率尚的目的；
[0004]一種電磁式磁阻電動(dòng)機(jī)控制裝置，該裝置包括電磁式磁阻電動(dòng)機(jī)、第一電刷、第二電刷、第三電刷、第一滑環(huán)、第二滑環(huán)、第三滑環(huán)、位置檢測(cè)盤(pán)、a相轉(zhuǎn)子開(kāi)關(guān)電路盤(pán)、b相轉(zhuǎn)子開(kāi)關(guān)電路盤(pán)、定子凸極繞組控制電路、續(xù)流二極管、主繞組公共開(kāi)關(guān)和儲(chǔ)能電容；
[0005]所述的電磁式磁阻電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子軸依次穿過(guò)位置檢測(cè)盤(pán)的轉(zhuǎn)子盤(pán)的中心孔、a相轉(zhuǎn)子開(kāi)關(guān)電路盤(pán)中心孔和b相轉(zhuǎn)子開(kāi)關(guān)電路盤(pán)中心孔，電磁式磁阻電動(dòng)機(jī)的后端蓋通過(guò)固定螺栓連接位置檢測(cè)盤(pán)的定子盤(pán)，所述的固定螺栓上依次設(shè)置有第一電刷、第二電刷和第三電刷，電磁式磁阻電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子軸上依次設(shè)置有第一滑環(huán)、第二滑環(huán)、第三滑環(huán)，且所述的第一電刷與第一滑環(huán)對(duì)齊相接觸，第二電刷與第二滑環(huán)對(duì)齊相接觸，第三電刷與第三滑環(huán)對(duì)齊相接觸；
[0006]所述的定子凸極繞組控制電路第一端連接電源負(fù)極和儲(chǔ)能電容負(fù)極端，定子凸極繞組控制電路第二端連接定子凸極繞組的負(fù)極接線端，定子凸極繞組控制電路第三端連接第一電刷，定子凸極繞組控制電路第四端連接位置檢測(cè)盤(pán)的第一輸出端；
[0007]所述的位置檢測(cè)盤(pán)的第二輸出端連接a相轉(zhuǎn)子開(kāi)關(guān)電路盤(pán)的控制信號(hào)輸入端，位置檢測(cè)盤(pán)的第三輸出端連接b相轉(zhuǎn)子開(kāi)關(guān)電路盤(pán)的控制信號(hào)輸入端；
[0008]所述的第一滑環(huán)、第二滑環(huán)和第三滑環(huán)均與a相轉(zhuǎn)子開(kāi)關(guān)電路盤(pán)相連接，且第一滑環(huán)、第二滑環(huán)和第三滑環(huán)均與b相轉(zhuǎn)子開(kāi)關(guān)電路盤(pán)相連接；所述的第二電刷連接續(xù)流二極管的陽(yáng)極，所述的第三電刷連接24V電源；
[0009]所述的a相轉(zhuǎn)子凸極繞組的正極和負(fù)極與a相轉(zhuǎn)子開(kāi)關(guān)電路盤(pán)相連接，所述的b相轉(zhuǎn)子凸極繞組的正極和負(fù)極與b相轉(zhuǎn)子開(kāi)關(guān)電路盤(pán)還相連接；
[0010]所述的續(xù)流二極管的陰極連接定子凸極繞組的正極接線端和主繞組公共開(kāi)關(guān)的一端，主繞組公共開(kāi)關(guān)的另一端連接電源正極和儲(chǔ)能電容的正極端。
[0011]所述的定子凸極繞組控制電路包括A相定子凸極繞組電子開(kāi)關(guān)、B相定子凸極繞組電子開(kāi)關(guān)、C相定子凸極繞組電子開(kāi)關(guān)、A相續(xù)流二極管、B相續(xù)流二極管、C相續(xù)流二極管、A相可控硅整流器、B相可控硅整流器、C相可控硅整流器和單片機(jī)；
[0012]其中，所述的A相定子凸極繞組電子開(kāi)關(guān)的一端同時(shí)連接B相定子凸極繞組電子開(kāi)關(guān)的一端和C相定子凸極繞組電子開(kāi)關(guān)的一端，并作為定子凸極繞組控制電路的第一端;
[0013]A相定子凸極繞組電子開(kāi)關(guān)的另一端同時(shí)連接A相續(xù)流二極管的陽(yáng)極和A相定子凸極繞組負(fù)極接線端，A相續(xù)流二極管的陰極連接A相可控硅整流器的陽(yáng)極；
[0014]B相定子凸極繞組電子開(kāi)關(guān)的另一端同時(shí)連接B相續(xù)流二極管的陽(yáng)極和B相定子凸極繞組負(fù)極接線端，B相續(xù)流二極管的陰極連接B相可控硅整流器的陽(yáng)極；
[0015]C相定子凸極繞組電子開(kāi)關(guān)的另一端同時(shí)連接C相續(xù)流二極管的陽(yáng)極和C相定子凸極繞組負(fù)極接線端，C相續(xù)流二極管的陰極連接C相可控硅整流器的陽(yáng)極；
[0016]所述的A相定子凸極繞組電子開(kāi)關(guān)的另一端、B相定子凸極繞組電子開(kāi)關(guān)的另一端和C相定子凸極繞組電子開(kāi)關(guān)的另一端共同作為定子凸極繞組控制電路的第二端；
[0017]所述的A相可控硅整流器的陰極同時(shí)連接B相可控硅整流器的陰極和C相可控硅整流器的陰極，并作為定子凸極繞組控制電路的第三端；
[0018]所述的單片機(jī)的輸入端作為定子凸極繞組控制電路的第四端，單片機(jī)的輸出端同時(shí)連接A相定子凸極繞組電子開(kāi)關(guān)的控制端、B相定子凸極繞組電子開(kāi)關(guān)的控制端和C相定子凸極繞組電子開(kāi)關(guān)的控制端。
[0019]所述的a相轉(zhuǎn)子開(kāi)關(guān)電路盤(pán)和b相轉(zhuǎn)子開(kāi)關(guān)電路盤(pán)結(jié)構(gòu)相同，包括四個(gè)電子開(kāi)關(guān)，均采用IGBT，第一 IGBT的集電極連接第二 IGBT的集電極，轉(zhuǎn)子凸極繞組的正極輸入端同時(shí)連接第一 IGBT的發(fā)射極和第四IGBT的集電極，轉(zhuǎn)子凸極繞組的負(fù)極輸入端同時(shí)連接第三IGBT的集電極和第二 IGBT的發(fā)射極，第三IGBT的發(fā)射極和第四IGBT的發(fā)射極連接第二滑環(huán)；電子開(kāi)關(guān)的電源端連接第三滑環(huán)；電子開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)端連接位置檢測(cè)盤(pán)。
[0020]所述的位置檢測(cè)盤(pán)采用霍爾編碼盤(pán)或光電編碼器。
[0021]所述的霍爾編碼盤(pán)包括定子盤(pán)和轉(zhuǎn)子盤(pán)，其中，定子盤(pán)設(shè)置有與定子凸極排列角度相同的12塊磁鐵和以30度排列的3個(gè)單極性霍爾元件，所述的12塊磁鐵包括S極磁鐵和N極磁鐵；轉(zhuǎn)子盤(pán)設(shè)置有磁環(huán)和以45度排列的兩組定子磁場(chǎng)檢測(cè)器；所述的磁環(huán)同極性相鄰放置，所述的定子磁場(chǎng)檢測(cè)器由兩個(gè)極性相反的單極性霍爾元件組成；所述的以30度排列的3個(gè)單極性霍爾元件用于檢測(cè)轉(zhuǎn)子盤(pán)上的磁環(huán)，定子磁場(chǎng)檢測(cè)器用于檢測(cè)定子盤(pán)上的12塊磁鐵。
[0022]采用電磁式磁阻電動(dòng)機(jī)控制裝置進(jìn)行的控制方法，包括以下步驟:
[0023]步驟1、采用位置檢測(cè)盤(pán)采集轉(zhuǎn)子凸極繞組換相信號(hào)和轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，并將轉(zhuǎn)子凸極繞組換相信號(hào)發(fā)送至單片機(jī)中，轉(zhuǎn)子位置信號(hào)發(fā)送至a相轉(zhuǎn)子開(kāi)關(guān)電路盤(pán)或b相轉(zhuǎn)子開(kāi)關(guān)電路盤(pán)中，控制其中電子開(kāi)關(guān)的開(kāi)啟與關(guān)斷；
[0024]步驟2、單片機(jī)根據(jù)轉(zhuǎn)子凸極繞組換相信號(hào)的編碼，判斷與轉(zhuǎn)子凸極軸線相重合的定子凸極的相；
[0025]步驟3、根據(jù)獲得的軸線相重合的定子凸極的相，單片機(jī)發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào)至該相定子凸極繞組電子開(kāi)關(guān)，使其關(guān)閉，即使該相定子凸極繞組切斷電源，并根據(jù)實(shí)際所需轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向，確定相隔定子凸極的相，單片機(jī)發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào)至該相定子凸極繞組電子開(kāi)關(guān)和主繞組公共開(kāi)關(guān)，使其導(dǎo)通，即使該相定子凸極繞組連接電源；
[0026]步驟4、被切斷電源的定子凸極繞組將儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)為一個(gè)與主電源相反的自感電動(dòng)勢(shì)，經(jīng)過(guò)該相定子凸極繞組所連接的續(xù)流二極管、可控硅整流器和轉(zhuǎn)子凸極繞組形成閉合回路，使被切斷電源的定子凸極繞組產(chǎn)生與切斷電源前相同的磁場(chǎng)，被切斷電源的定子凸極繞組與軸線重合的轉(zhuǎn)子凸極繞組產(chǎn)生排斥力，推動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0027]步驟5、返回執(zhí)行步驟1，采用位置檢測(cè)盤(pán)實(shí)時(shí)檢測(cè)轉(zhuǎn)子凸極繞組換相信號(hào)和轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電磁式磁阻電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0028]當(dāng)步驟I所述的位置檢測(cè)盤(pán)采用霍爾編碼盤(pán)時(shí)，采集轉(zhuǎn)子位置信號(hào)具體過(guò)程為:當(dāng)a相定子磁場(chǎng)檢測(cè)器或b相定子磁場(chǎng)檢測(cè)器與定子盤(pán)上的S極磁鐵相對(duì)應(yīng)時(shí)，發(fā)送高電平信號(hào)控制a相轉(zhuǎn)子開(kāi)關(guān)電路盤(pán)或b相轉(zhuǎn)子開(kāi)關(guān)電路盤(pán)中第一 IGBT和第三IGBT導(dǎo)通，當(dāng)a相定子磁場(chǎng)檢測(cè)器或b相定子磁場(chǎng)檢測(cè)器與定子盤(pán)上的