CN108462415A - 一种基于单个位置传感器的开关磁阻电机位置信息检测方法 - Google Patents

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Chen Hao
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Abstract

本发明公开的一种基于单个位置传感器的开关磁阻电机位置信息检测方法，通过优化传统的位置检测器开槽圆盘结构，提出一种仅采用一只位置传感器的转子位置信息检测方法，构造出开关磁阻电机低成本控制***。通过比较开关磁阻电机的各相绕组峰值电流幅值，确定开关磁阻电机的初始位置区间，根据所处的位置区间开通对应的相绕组。根据电机的励磁顺序标记下一个位置信号边沿对应的序号，根据位置信号连续相邻边沿对应的时间计算开关磁阻电机转速，根据位置信号边沿序号结合预设的开通角度和关断角度对开关磁阻电机进行换相控制。所提基于单个位置传感器的位置信息检测方法能够避免多个位置传感器检测方案中的不对称安装问题，且能实现低成本目标，经济实用，具有良好的工程应用价值。

Description

一种基于单个位置传感器的开关磁阻电机位置信息检测方法
技术领域
本发明涉及一种基于单个位置传感器的开关磁阻电机位置信息检测方法，适用于低成本开关磁阻电机控制***的位置信号检测。
背景技术
位置传感器输出的位置信息对开关磁阻电机的换相控制及稳定运行具有重要作用，经济实用的位置信息检测方案有利于实现开关磁阻电机的低成本目标。针对m相开关磁阻电机，传统的位置信息检测方案需要m只(m为奇/偶数)或m/2(m为偶数)只位置传感器，多只位置传感器具有多个故障点，这会对开关磁阻电机的可靠运行带来威胁，而且会限制开关磁阻电机的低成本推广应用。为实现开关磁阻电机的可靠运行及低成本控制目标，需要减少位置传感器的使用数量。
发明内容
技术问题：本发明的目的是针对已有技术中存在问题，提供一种基于单个位置传感器的开关磁阻电机位置信息检测方法。
技术方案：本发明一种基于单个位置传感器的开关磁阻电机位置信息检测方法：
通过优化传统的位置检测器开槽圆盘结构，提出一种仅采用一只位置传感器的转子位置信息检测方法，构造出开关磁阻电机低成本控制***。通过比较开关磁阻电机的各相绕组峰值电流幅值，确定开关磁阻电机的初始位置区间，根据所处的位置区间开通对应的相绕组。根据电机的励磁顺序标记下一个位置信号边沿对应的序号，根据位置信号连续相邻边沿对应的时间计算开关磁阻电机转速，根据位置信号边沿序号结合预设的开通角度和关断角度对开关磁阻电机进行换相控制，其特征在于：
(1)对于m相Ns/Nr结构的开关磁阻电机，位置信号两边沿之间的角度间隔为360°/Nr/2-360°/Nr/m，(其中，m为开关磁阻电机相数，Ns为定子极数，Nr为转子极数)，开槽圆盘的齿槽总数为2mNr/(m-2)；
(2)对于三相6/4结构的开关磁阻电机，位置信号两边沿之间的角度间隔为15°，开槽圆盘的齿槽总数为24；对于三相12/8结构的开关磁阻电机，位置信号两边沿之间的角度间隔为7.5°，开槽圆盘的齿槽总数为48；对于四相8/6结构的开关磁阻电机，位置信号两边沿之间的角度间隔为15°，开槽圆盘的齿槽总数为24；对于四相16/12结构的开关磁阻电机，位置信号两边沿之间的角度间隔为7.5°，开槽圆盘的齿槽总数为48；
(3)采用齿槽总数为48的开槽圆盘对三相开关磁阻电机和四相开关磁阻电机均适用，具有统一性；对于三相12/8结构及四相16/12结构的开关磁阻电机，所采用位置传感器输出信号的每个边沿均被标记；对于三相6/4结构及四相8/6结构的开关磁阻电机，所采用位置传感器输出信号的二分频边沿被标记。
(4)对于三相开关磁阻电机，根据所采用单位置传感器检测方案，每个转子周期分为6个子区域；对于四相开关磁阻电机，根据所采用单位置传感器检测方案，每个转子周期分为4个子区域。
(5)根据各相绕组的电流幅值，判断电机初始位置区域，根据电机初始位置励磁对应相绕组，根据(3)中规则标记位置传感器位置信号边沿对应的序号，根据位置信号边沿对应的需要与电机相电感的对应关系控制电机换相。
有益效果：本发明能够基于单个位置传感器检测开关磁阻电机的位置信息，并能降低开关磁阻电机控制***的成本。通过优化传统的位置检测器开槽圆盘结构，提出一种仅采用一只位置传感器的转子位置信息检测方法，构造出开关磁阻电机低成本控制***。通过比较开关磁阻电机的各相绕组峰值电流幅值，确定开关磁阻电机的初始位置区间，根据所处的位置区间开通对应的相绕组。根据电机的励磁顺序标记下一个位置信号边沿对应的序号，根据位置信号连续相邻边沿对应的时间计算开关磁阻电机转速，根据位置信号边沿序号结合预设的开通角度和关断角度对开关磁阻电机进行换相控制，达到了本发明的目的。所提基于单个位置传感器的位置信息检测方法能够避免多个位置传感器检测方案中的不对称安装问题，且能实现低成本目标，经济实用，具有良好的工程应用价值。
附图说明
图1是单个位置传感器检测方案中的开槽圆盘结构及位置传感器安装示意图；
图2是单个位置传感器输出位置信号和开关磁阻电机各相绕组电感的对应关系；
图3是单个位置传感器的输出位置信号边沿序号和开关磁阻电机各相绕组最大电感和最小电感的对应关系；
图4是基于单个位置传感器的开关磁阻电机初始位置区间确认方法示意图；
图5是基于单个位置传感器方案中开关磁阻电机电流幅值与初始位置区间及下一个位置信号边沿的对应关系；
图6是基于单个位置传感器的开关磁阻电机低成本控制***框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
本发明以三相12/8结构开关磁阻电机的单个位置传感器位置信息检测方案为例，通过优化传统的位置检测器开槽圆盘结构，提出一种仅采用一只位置传感器的转子位置信息检测方法，构造出开关磁阻电机低成本控制***。通过比较开关磁阻电机的各相绕组峰值电流幅值，确定开关磁阻电机的初始位置区间，根据所处的位置区间开通对应的相绕组。根据电机的励磁顺序标记下一个位置信号边沿对应的序号，根据位置信号连续相邻边沿对应的时间计算开关磁阻电机转速，根据位置信号边沿序号结合预设的开通角度和关断角度对开关磁阻电机进行换相控制，其特征在于：
(1)对于三相12/8结构的开关磁阻电机，位置信号两边沿之间的角度间隔为360°/8/2-360°/8/3＝7.5°，开槽圆盘的齿槽总数为2*3*8＝48；开槽圆盘结构及位置传感器的安装位置如图1所示，PS为使用的位置传感器。该开槽圆盘结构具有的齿槽总数为48，且齿宽等于槽宽。
(2)对于三相12/8结构的开关磁阻电机，所采用位置传感器输出信号的每个边沿均被标记；当开槽圆盘随着开关磁阻电机旋转时，位置传感器的输出位置信号与相绕组电感的对应关系如图2所示。其中，‘1’～‘6’为六个位置信号边沿；‘I’～‘VI’为每个周期划分的六个子区域；Δtk(k＝1～6)为每个子区域对应的时间；为角度分辨率，La、Lb和Lc分别为开关磁阻电机A相绕组、B相绕组和C相绕组的电感；θ为转子位置。
(3)位置信号边沿序号与各相绕组的最大电感及最小电感之间的对应关系如图3所示。边沿‘1’对应A相绕组最小电感；边沿‘2’对应C相绕组最大电感；边沿‘3’对应B相绕组最小电感；边沿‘4’对应A相绕组最大电感；边沿‘5’对应C相绕组最小电感；边沿‘6’对应B相绕组最大电感。
(4)图4为开关磁阻电机初始位置确定方案，其中Δt为励磁脉冲的宽度，ia、ib和ic为三相绕组电流值。根据各相绕组的电流幅值，结合图5中各相电流峰值大小与电机所处区间的关系进行初始区间确认、初始相励磁及下一位置信号边沿标记。当ia、ib和ic之间的关系满足ia>ic>ib，则电机的初始区域为VI，励磁相为C相，下一位置信号标记为‘1’；当ia、ib和ic之间的关系满足ia>ib>ic，则电机的初始区域为I，励磁相为C相和A相，下一位置信号标记为‘2’；当ia、ib和ic之间的关系满足ib>ia>ic，则电机的初始区域为II，励磁相为A相，下一位置信号标记为‘3’；当ia、ib和ic之间的关系满足ib>ic>ia，则电机的初始区域为III，励磁相为A相和B相，下一位置信号标记为‘4’；当ia、ib和ic之间的关系满足ic>ib>ia，则电机的初始区域为IV，励磁相为B相，下一位置信号标记为‘5’；当ia、ib和ic之间的关系满足ic>ia>ib，则电机的初始区域为V，励磁相为B相和C相，下一位置信号标记为‘6’。根据各相绕组的电感和位置信号的标记值即可完成开关磁阻电机的换相控制。
(5)开关磁阻电机起动后，根据6个子区域的时间计算开关磁阻电机的转速：
其中，n为开关磁阻电机转速；Nr为开关磁阻电机转子齿数；k为子区域序号。
(6)基于单个位置传感器的开关磁阻电机控制方案如图6所示。在该控制方案中，包括两个控制环，内环为电流环，负责开关磁阻电机相电流控制，外环为转速环，负责开关磁阻电机转子速度控制。开关磁阻电机位置信息检测方案为单位置传感器位置信息检测方法。转子转速计算模块基于(5)中的计算公式。

Claims (2)

1.一种基于单个位置传感器的开关磁阻电机位置信息检测方法，通过优化传统的位置检测器开槽圆盘结构，提出一种仅采用一只位置传感器的转子位置信息检测方法，构造出开关磁阻电机低成本控制***。通过比较开关磁阻电机的各相绕组峰值电流幅值，确定开关磁阻电机的初始位置区间，根据所处的位置区间开通对应的相绕组。根据电机的励磁顺序标记下一个位置信号边沿对应的序号，根据位置信号连续相邻边沿对应的时间计算开关磁阻电机转速，根据位置信号边沿序号结合预设的开通角度和关断角度对开关磁阻电机进行换相控制。
2.根据权利要求1所述的基于单个位置传感器的开关磁阻电机位置信息检测方法，其特征在于：
(1)对于m相Ns/Nr结构的开关磁阻电机，位置信号两边沿之间的角度间隔为360°/Nr/2-360°/Nr/m，(其中，m为开关磁阻电机相数，Ns为定子极数，Nr为转子极数)，开槽圆盘的齿槽总数为2mNr/(m-2)；
(2)对于三相6/4结构的开关磁阻电机，位置信号两边沿之间的角度间隔为15°，开槽圆盘的齿槽总数为24；对于三相12/8结构的开关磁阻电机，位置信号两边沿之间的角度间隔为7.5°，开槽圆盘的齿槽总数为48；对于四相8/6结构的开关磁阻电机，位置信号两边沿之间的角度间隔为15°，开槽圆盘的齿槽总数为24；对于四相16/12结构的开关磁阻电机，位置信号两边沿之间的角度间隔为7.5°，开槽圆盘的齿槽总数为48；
(3)采用齿槽总数为48的开槽圆盘对三相开关磁阻电机和四相开关磁阻电机均适用，具有统一性；对于三相12/8结构及四相16/12结构的开关磁阻电机，所采用位置传感器输出信号的每个边沿均被标记；对于三相6/4结构及四相8/6结构的开关磁阻电机，所采用位置传感器输出信号的二分频边沿被标记。
(4)对于三相开关磁阻电机，根据所采用单位置传感器检测方案，每个转子周期分为6个子区域；对于四相开关磁阻电机，根据所采用单位置传感器检测方案，每个转子周期分为4个子区域。
(5)根据各相绕组的电流幅值，判断电机初始位置区域，根据电机初始位置励磁对应相绕组，根据(3)中规则标记位置传感器位置信号边沿对应的序号，根据位置信号边沿对应的需要与电机相电感的对应关系控制电机换相。
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