一种电磁式磁阻电动机控制装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电机节能技术领域，具体涉及一种电磁式磁阻电动机控制装置及方法。
【背景技术】
[0002]开关磁阻电机简称SRM，是二十世纪八十年代兴起的一种新型电机产品，由于其结构简单，成本低、效率高等优点，目前已广泛的应用于交通运输、通用工业、航空工业、家用电器等各个领域，显示出强大市场竞争力，但由于其双凸极和固有的工作方式，其转矩脉动是由一些脉冲转矩叠加而成，不是一个恒定转矩而有一定的谐波分量，这直接影响了开关磁阻电动机运行性能，开关磁阻电动机传动系统的噪音与震动比一般电动机要大，尽管极力解决，但始终没有彻底解决其存在的缺陷，现有的开关磁阻电动机具有电源再生能力，将磁场储能所释放的续流电流反馈回主电源，磁场储能没有被充分利用起来，其再生能力差，节能效果一般，因此现有的开关磁阻电机技术虽然有很多显著的优点，但因其性能的局限性，限制了开关磁阻电动机技术的发展。
【发明内容】
[0003]根据现有技术的不足，本发明提出一种电磁式磁阻电动机控制装置及方法，以达到使电动机运行平稳、可靠，在高低速运转时，实现电动机转矩脉动平滑、噪音小、且节电率尚的目的；
[0004]一种电磁式磁阻电动机控制装置，该装置包括电磁式磁阻电动机、第一电刷、第二电刷、第三电刷、第一滑环、第二滑环、第三滑环、位置检测盘、a相转子开关电路盘、b相转子开关电路盘、定子凸极绕组控制电路、续流二极管、主绕组公共开关和储能电容；
[0005]所述的电磁式磁阻电动机的转子轴依次穿过位置检测盘的转子盘的中心孔、a相转子开关电路盘中心孔和b相转子开关电路盘中心孔，电磁式磁阻电动机的后端盖通过固定螺栓连接位置检测盘的定子盘，所述的固定螺栓上依次设置有第一电刷、第二电刷和第三电刷，电磁式磁阻电动机的转子轴上依次设置有第一滑环、第二滑环、第三滑环，且所述的第一电刷与第一滑环对齐相接触，第二电刷与第二滑环对齐相接触，第三电刷与第三滑环对齐相接触；
[0006]所述的定子凸极绕组控制电路第一端连接电源负极和储能电容负极端，定子凸极绕组控制电路第二端连接定子凸极绕组的负极接线端，定子凸极绕组控制电路第三端连接第一电刷，定子凸极绕组控制电路第四端连接位置检测盘的第一输出端；
[0007]所述的位置检测盘的第二输出端连接a相转子开关电路盘的控制信号输入端，位置检测盘的第三输出端连接b相转子开关电路盘的控制信号输入端；
[0008]所述的第一滑环、第二滑环和第三滑环均与a相转子开关电路盘相连接，且第一滑环、第二滑环和第三滑环均与b相转子开关电路盘相连接；所述的第二电刷连接续流二极管的阳极，所述的第三电刷连接24V电源；
[0009]所述的a相转子凸极绕组的正极和负极与a相转子开关电路盘相连接，所述的b相转子凸极绕组的正极和负极与b相转子开关电路盘还相连接；
[0010]所述的续流二极管的阴极连接定子凸极绕组的正极接线端和主绕组公共开关的一端，主绕组公共开关的另一端连接电源正极和储能电容的正极端。
[0011]所述的定子凸极绕组控制电路包括A相定子凸极绕组电子开关、B相定子凸极绕组电子开关、C相定子凸极绕组电子开关、A相续流二极管、B相续流二极管、C相续流二极管、A相可控硅整流器、B相可控硅整流器、C相可控硅整流器和单片机；
[0012]其中，所述的A相定子凸极绕组电子开关的一端同时连接B相定子凸极绕组电子开关的一端和C相定子凸极绕组电子开关的一端，并作为定子凸极绕组控制电路的第一端;
[0013]A相定子凸极绕组电子开关的另一端同时连接A相续流二极管的阳极和A相定子凸极绕组负极接线端，A相续流二极管的阴极连接A相可控硅整流器的阳极；
[0014]B相定子凸极绕组电子开关的另一端同时连接B相续流二极管的阳极和B相定子凸极绕组负极接线端，B相续流二极管的阴极连接B相可控硅整流器的阳极；
[0015]C相定子凸极绕组电子开关的另一端同时连接C相续流二极管的阳极和C相定子凸极绕组负极接线端，C相续流二极管的阴极连接C相可控硅整流器的阳极；
[0016]所述的A相定子凸极绕组电子开关的另一端、B相定子凸极绕组电子开关的另一端和C相定子凸极绕组电子开关的另一端共同作为定子凸极绕组控制电路的第二端；
[0017]所述的A相可控硅整流器的阴极同时连接B相可控硅整流器的阴极和C相可控硅整流器的阴极，并作为定子凸极绕组控制电路的第三端；
[0018]所述的单片机的输入端作为定子凸极绕组控制电路的第四端，单片机的输出端同时连接A相定子凸极绕组电子开关的控制端、B相定子凸极绕组电子开关的控制端和C相定子凸极绕组电子开关的控制端。
[0019]所述的a相转子开关电路盘和b相转子开关电路盘结构相同，包括四个电子开关，均采用IGBT，第一 IGBT的集电极连接第二 IGBT的集电极，转子凸极绕组的正极输入端同时连接第一 IGBT的发射极和第四IGBT的集电极，转子凸极绕组的负极输入端同时连接第三IGBT的集电极和第二 IGBT的发射极，第三IGBT的发射极和第四IGBT的发射极连接第二滑环；电子开关的电源端连接第三滑环；电子开关的驱动端连接位置检测盘。
[0020]所述的位置检测盘采用霍尔编码盘或光电编码器。
[0021]所述的霍尔编码盘包括定子盘和转子盘，其中，定子盘设置有与定子凸极排列角度相同的12块磁铁和以30度排列的3个单极性霍尔元件，所述的12块磁铁包括S极磁铁和N极磁铁；转子盘设置有磁环和以45度排列的两组定子磁场检测器；所述的磁环同极性相邻放置，所述的定子磁场检测器由两个极性相反的单极性霍尔元件组成；所述的以30度排列的3个单极性霍尔元件用于检测转子盘上的磁环，定子磁场检测器用于检测定子盘上的12块磁铁。
[0022]采用电磁式磁阻电动机控制装置进行的控制方法，包括以下步骤:
[0023]步骤1、采用位置检测盘采集转子凸极绕组换相信号和转子位置信号，并将转子凸极绕组换相信号发送至单片机中，转子位置信号发送至a相转子开关电路盘或b相转子开关电路盘中，控制其中电子开关的开启与关断；
[0024]步骤2、单片机根据转子凸极绕组换相信号的编码，判断与转子凸极轴线相重合的定子凸极的相；
[0025]步骤3、根据获得的轴线相重合的定子凸极的相，单片机发送驱动信号至该相定子凸极绕组电子开关，使其关闭，即使该相定子凸极绕组切断电源，并根据实际所需转子转动方向，确定相隔定子凸极的相，单片机发送驱动信号至该相定子凸极绕组电子开关和主绕组公共开关，使其导通，即使该相定子凸极绕组连接电源；
[0026]步骤4、被切断电源的定子凸极绕组将储存的磁场能转为一个与主电源相反的自感电动势，经过该相定子凸极绕组所连接的续流二极管、可控硅整流器和转子凸极绕组形成闭合回路，使被切断电源的定子凸极绕组产生与切断电源前相同的磁场，被切断电源的定子凸极绕组与轴线重合的转子凸极绕组产生排斥力，推动转子转动；
[0027]步骤5、返回执行步骤1，采用位置检测盘实时检测转子凸极绕组换相信号和转子位置信号，实现电磁式磁阻电动机转子的转动。
[0028]当步骤I所述的位置检测盘采用霍尔编码盘时，采集转子位置信号具体过程为:当a相定子磁场检测器或b相定子磁场检测器与定子盘上的S极磁铁相对应时，发送高电平信号控制a相转子开关电路盘或b相转子开关电路盘中第一 IGBT和第三IGBT导通，当a相定子磁场检测器或b相定子磁场检测器与定子盘上的