启动开关磁阻电机的方法、计算机程序产品和控制器以及实施其的电装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及启动开关磁阻电机的方法、计算机程序产品、控制器以及实施其的电器装置。
【背景技术】
[0002]由于其低成本结构和高速度/转矩性能，开关磁阻(SR)电机多年以来得到了普及。
[0003]本公开涉及SR电机控制设备和方法。
[0004]顺次逐相给SR电机供电，以产生磁阻转矩并实现平滑的电机转动。在SR电机中，转子的每旋转冲程数(N)取决于定子的相的数目(M)和转子的极的数目(P)。由下列关系式给出:
[0005]N = MXP (I)
[0006]因此，机械度中的冲程角度⑶被定义为:
[0007]S = 360。/N (2)
[0008]在运行条件期间，当极数目非常大而冲程角度非常小时，SR电机通常在开环中作为可变磁阻步进电机操作，并且不需要转子位置信息的知识。另一方面，在运行条件期间，当极数目小而冲程角度非常大时，SR电机通常在闭环中操作，因此精确的转子位置信息的知识对转动电机很重要。
[0009]精确的转子位置信息可以从轴位置传感器获得。然而，轴位置传感器价格昂贵，而且具有可靠性的问题，因此，SR电机的无传感器操作对设计者来说是具有挑战性的替代方案。
[0010]因此，存在着用于驱动SR电机而没有轴位置传感器的技术。例如，在无轴位置传感器的SR电机中，可根据各种方法估计转子角位置，其通常是基于磁链和电机相对于转子位置的电感特性。
[0011]例如，美国专利号US 6，448，736公开了一种控制SR电机的方法，包括对准电机的步骤，该步骤执行一次，其后是在给定子相供电和断电的步骤以及监视SR电机定子相内的相电流的步骤，然后这些步骤连续重复进行。对准电机的步骤包括给电机的单相供电。因为在对准期间，只提供SR电机的一个相，因此转子在该相之下对准。然而，在对准期间不需要的转子振动导致安置转子需要大量时间。这些震动特别是来自于转子的不对称性，其假定电机总是在正确的方向开始转动。在实践中，转子稳定可能需要几秒，例如不超过2秒。
【发明内容】
[0012]正如附属权利要求中所描述的，本发明提供了启动开关磁阻电机的方法、计算机程序产品、控制器以及实施其的电装置。
[0013]本发明的具体实施例在附属权利要求中被陈述。
[0014]根据下文中描述的实施例，本发明的这些或其它方面将会很清晰并且被阐述。
【附图说明】
[0015]根据附图，仅仅通过举例的方式，本发明的进一步细节、方面和实施例将被描述。在附图中，相似的参考符号被用于表示相同或功能相似的元素。为了简便以及清晰，附图中的元素不一定按比例绘制。
[0016]图1A-图1C说明了当执行根据现有技术的转子对准方案时开关磁阻(SR) 2-相电机的简化图，其相应地具有未对准的转子、与一个相对准的转子以及与另一个相对准的转子。
[0017]图2A和图2B说明了当执行根据所提出的实施例的转子对准方案时相应地稳定在一个转子位置和另一个转子位置的图1A的SR电机。
[0018]图3A和图3B显示了当转子相应地稳定在如图2A和图2B所示的位置之后给相断电时、电机的相电流减小的简化时序图。
[0019]图4示意性地显示了耦合于图1A的SR电机的SR电机控制器的一个实施例的一个例子。
[0020]图5说明了根据本发明的实施例的启动SR电机的方法的方法流程图。
[0021 ]图6说明了根据本发明的实施例的在启动序列中图1A的电机的相内电流的简化时序图。
【具体实施方式】
[0022]在下文中，将描述使用无传感器控制技术，即无角位置传感器，例如通过非对称转子，来允许更快启动例如2-相开关磁阻(SR)电机的方法和设备的实施例。
[0023]由于本发明说明的实施例可能大部分是通过使用本领域所属技术人员所熟知的电子元素和电路被实施，因此细节不会在比上述所说明的认为有必要的程度大的任何程度上进行解释。对本发明基本概念的理解以及认识是为了不混淆或偏离本发明所教之内容。
[0024]SR电机是无刷电动电机。虽然定子在每个极上具有绕组(或“线圈”)，而转子没有绕组。串联(或并联)电连接的定子极线圈形成了所谓的相绕组(以下称为“相”)。
[0025]图1A显示了 2-相SR电机100的简化图。
[0026]电机100包括转子110和定子120。定子120有位于定子极的多个线圈121、122、123,124ο该图是顶视图，其中旋转轴线101垂直于页面。具有不对称转子(如图所示)很方便，但不是必要的。
[0027]线圈121/123和122/124电耦合(串联或并联)以形成多个相，其中至少相应地有“第一”相A和“第二”相B。简单起见，图1A显示了只有2个相的电机100。然而，可以理解所提出的方案可以用于具有多于2个相的SR电机。
[0028]图1A方便地说明了转子与相之间的不对准，而图1B和图1C相应地方便地说明了转子和相A之间的对准以及转子和相B之间的对准。当给相供电没有促成转子的任何转矩或转动(最小化磁阻位置)时，转子与该相对准(或“对准”于该相)。相应地，当转子没有对准(或“非对准”)一个相时，给该相供电使转子在上述方向上中的任一个上移动，以对准所述相。
[0029]在电机100的运行操作中，即已经开动转子110的转动之后，控制器以预定序列切换定子120的相，该预定序列与转子相对于定子的角位置(下文中的转子位置)同步。在每个冲程中，单相被供电，并且转子110以大约90度的位置角度移动，使得在转子与相B对准的情况下使其与相A对准，反之亦然。从对应于限定了 O度角度(按照惯例)的参考相的转子位置逆时针移动转子110将会在完成360度转弯之前将角度增大到90度、180度和270度。对于具有多个相的电机，当供电时，转子110通过上述关系式(2)所定义的较小的角度与相邻相对准。
[0030]在操作的任何时间，转子相对于所述定子的位置(“轴角度”)的知识都是需要的，特别是在SR电机所谓的“启动”期间，当控制器开动转子的转动时特别需要。
[0031]已知现有技术中有各种方法来解决启动情形。通常，测量转子位置并且向控制器反馈位置信息。转子位置测量是通过特殊的专用位置传感器或者不通过这些专用位置传感器(所谓的“无传感器”方案)进行的。测量可以包括在供电阶段或在断电阶段估计磁通量、相电感、相电流，或测量其它物理量。
[0032]然而，现在也需要数字无传感器控制技术，以驱动正如图1A所示的2-相SR磁阻电机，以便降低价格并提高解决方法的可靠性。
[0033]同时，SR电机需要启动对准，一边通过全转矩来启动电机。
[0034]由于没有位置传感器，必须知道初始转子位置，以正确启动SR电机。这个问题通常是通过转子对准来解决的。单个的一个相被供电，并且转子与供电相的定子极对准。
[0035]正如图1B所示，转子110可以与相A对准。转子110没有与相B对准。根据已知的技术，这是通过给定子的相A供电而不给相B供电实现的。
[0036]在变型中，正如图1C所示，转子110可以与相B对准。转子110没有与相A对准。这是通过给定子的相B供电而不给相A供电实现的。
[0037]然而在具有非对称转子的2-相SR电机情况下，根据上述“ 1-相”方案的对准需要几秒。在电机启动需要例如500ms之内的许多应用，例如真空吸尘器中，不能接受这样的对准时间。
[0038]所提出的方法使用了 2-相对准，这意味着正如图2A-2B所示，同时给两个相供电。因此，转子稳定在最接近的定子极。在这种情况下，与通常的1-相对准方法相比，转子稳定快了大约5到10倍，事实上，当使用2-相对准时，可以观察到对准时间从大约2s降低到大约200ms。然而，在对准的末端，转子对准在未知的定子极下，即正如图2A所示的转子位置或正如图2B所示的转子位置。所提出的实施例还允许通过检测转子所对准的定子极来确定精确的位置，即转子对准的相。
[0039]总体上，所提出的实施例能够在尽可能最短的时间内对准转子并且识别电机初始位置，以用于电机启动。现有技术中提到的其它方法需要更长的时间来可靠地将转子安置在已知位置中。
[0040]图3A和图3B显示了当作为同时给两个相供电的结果、转子相应地稳定在如图2A和图2B所示的任一位置之后给相断电时、电机的相电流减小的简化时序图。
[0041]在2-相对准的末端，相同的电流流