專利名稱：用于減少開關磁阻電動機的轉矩脈動的方法
技術領域：
本發明涉及用于減少開關磁阻電動機(Switched Reluctance Motor)(SRM)的轉矩脈動的方法，具體涉及一種減少SRM的轉矩脈動的方法，其通過使用位置檢測傳感器檢測電動機轉子的位置，并通過設計位置檢測信號的最佳脈寬和調整脈寬調制信號的占空比來減少電動機的轉矩脈動。


圖1是示出了根據常規技術的電動機的方框圖。如該圖所示，常規電動機包括三個位置檢測傳感器301、302和303，用于檢測電動機轉子的位置；脈寬調制信號110；主控制單元100，用于控制三個相信號120、130和140以及位置檢測傳感器301、302和303；電動機驅動單元50，用于利用從主控制單元100輸入的三個相信號，將三個相電流輸入到電動機；以及電動機200，它由從電動機驅動單元50輸入的三個相電流驅動。參考編號115、125和135均表示“與”門。
圖2示出了從圖1輸出的信號的各波形圖，而圖3是根據常規技術的轉矩脈動的波形圖。
下面將參照圖1、2和3，對根據常規技術的電動機的驅動進行說明。
位置檢測傳感器301、302和303通過檢測電動機的轉子位置，將位置檢測信號150、160和170輸入到主控制單元100。根據傳感器的檢測結果，通過邏輯“與”運算，對從主控制單元100輸出的脈寬調制信號110以及三個相信號120、130和140分別進行計算，然后將結果輸入到電動機驅動單元50。電動機驅動單元50根據從主控制單元100輸入的信號，將電流輸入到各相。
圖2示出了根據電動機200的旋轉的各信號的波形。首先，在各相的波形中，每當相應傳感器處在相應檢測信號的上升沿時，位置檢測信號接通一段時間，例如，電動機轉子旋轉15度機械角(在下文中，機械角將省略)所花的時間，并且各信號在與脈寬調制信號110一起執行了邏輯“與”運算之后，被輸入到電動機驅動單元。所計算的信號對電動機驅動單元的三個相電流進行控制，并且電動機驅動單元50的各相電流被輸入到電動機200。
這就是說，如果第一傳感器301接通，則A相信號120在第一位置檢測信號150的上升沿接通。A相信號120在與脈寬調制信號110一起執行了邏輯“與”運算之后，被輸入到電動機驅動單元50。電動機驅動單元50根據該信號的控制，將A相電流輸入到電動機200。此時，電動機200開始旋轉，并且在一段時間之后(例如，電動機轉子旋轉15度所花的時間)，如果第二傳感器302接通，則B相信號130在第二位置檢測信號160的上升沿接通。B相信號130在與脈寬調制信號110一起執行了邏輯“與”運算之后，被輸入到電動機驅動單元50。電動機驅動單元50根據該信號的控制，將B相電流輸入到電動機200。
稍后，如果第二傳感器302斷開，則A相信號120在第二位置檢測信號的下降沿斷開。如果第三傳感器在一段時間后接通，則C相信號140在第三位置檢測信號170的上升沿接通。C相信號140在與脈寬調制信號110一起執行了邏輯“與”運算之后，被輸入到電動機驅動單元50。電動機驅動單元50根據該信號的控制，將C相電流輸入到電動機200。
如果第三傳感器303斷開，則B相信號130在第三位置檢測信號的下降沿斷開。如果第一傳感器301在一段時間后接通，則A相信號120在第一位置檢測信號150的上升沿接通，并且C相信號140在第一位置檢測信號的下降沿斷開。
根據上述過程，各相信號與脈寬調制信號110在分別執行了邏輯“與”運算之后，被輸入到電動機驅動單元50。此外，電動機驅動單元50將各相電流輸入到定子線圈，并且電動機200按照上述方式旋轉。
此時，各轉矩相加得到的轉矩和由輸入到電動機的三個相電流產生，并且產生如圖3所示的轉矩脈動。在圖3中，水平軸表示旋轉角，而垂直軸表示轉矩脈動的大小。
常規技術中的電動機驅動方法有一個缺點是，由于轉矩脈動量大，會產生大量噪聲。
發明綜述因此，本發明的目的是提供一種用于減少SRM的轉矩脈動的方法，其使用一個位置檢測傳感器來檢測轉子位置；將位置檢測信號的脈寬設計為最佳脈寬；以及通過調整脈寬調制信號的占空比來減少電動機的轉矩脈動。
為獲得這些和其他優點并根據本發明的目的，本發明包括以下步驟根據電動機轉子的位置檢測結果，設置位置檢測信號的脈寬；與位置檢測信號的上升沿和下降沿同步，輸出用于控制各相的信號；以及從檢測到位置檢測信號的下降沿的時刻起，改變和輸出脈寬調制信號的占空比。
通過下文結合附圖對本發明所作的詳細說明，將對本發明的上述和其他目的、特征、方面和優點有更加清楚的了解。
圖4是根據本發明的電動機的方框圖。如該圖所示，根據本發明的電動機包括位置檢測傳感器310，用于檢測電動機轉子的位置；脈寬調制信號110；主控制單元300，用于控制脈寬調制信號和三個相信號；脈沖占空比控制單元400，用于根據在位置檢測傳感器內檢測的位置檢測信號，控制脈寬調制信號的占空比；電動機驅動單元50，用于利用從主控制單元300輸入的三個相信號，將三個相電流輸入到電動機；以及電動機200，它由從電動機驅動單元50輸入的三個相電流驅動。參考編號115、125和135均表示“與”門。
圖5是在圖4中輸出的各信號的波形圖。
圖6是根據本發明的用于減少電動機的轉矩脈動的流程圖。下面將參照圖4、5和6，對用于減少電動機的轉矩脈動的方法進行說明。位置檢測傳感器310檢測電動機的轉子位置，并將位置檢測信號350輸入到主控制單元300(S1)。
根據電動機轉子位置的檢測結果，主控制單元300將位置檢測信號的脈寬定義為轉矩脈動的最小值(S2)。
此時，當轉子旋轉角約6度時，產生最佳脈寬結果。根據上述確定的位置檢測傳感器的脈寬，主控制單元300與位置檢測信號的上升沿或下降沿同步將三個相信號120、130和140輸入到電動機驅動單元50。電動機驅動單元50根據這些信號的控制，將三個相電流輸入到電動機200。
而且，當傳感器310根據上述確定的脈寬接通時，轉子旋轉一定角度(6度)，并且傳感器310再次斷開。稍后，在轉子又旋轉一定角度(9度)之后，傳感器310再次接通。采用上述方法，確定傳感器的接通和斷開(S3)。
此外，脈沖占空控制單元400改變在位置檢測信號350各下降沿的脈寬調制信號的占空比，然后對各相中的信號以及脈寬調制信號410執行邏輯“與”運算，并將結果輸入到電動機驅動單元50(S4)。
這就是說，當傳感器310首次接通時，A相信號120接通，并且該信號在執行了邏輯“與”運算之后被輸入到電動機驅動單元50。電動機驅動單元50根據主控制單元300中輸入的A相信號120的控制，將A相電流輸入到電動機200。因此，傳感器310旋轉。此時，轉子又旋轉一定角度(6度)，并且傳感器斷開。然而，電動機200連續旋轉，因為A相信號120仍然接通。
如果電動機又旋轉一定角度(9度)，則傳感器310再次接通。在位置檢測信號350為上升沿的時刻，B相信號130就接通。B相信號130在與脈寬調制信號410一起執行了邏輯“與”運算之后，被輸入到電動機驅動單元50。電動機驅動單元50根據主控制單元300中輸入的B相信號130的控制，將B相電流輸入到電動機，從而驅動電動機。
如果轉子又旋轉一定角度(6度)，則傳感器310斷開。在位置檢測信號350為下降沿的時刻，A相信號120就斷開。A相信號120在與脈寬調制信號410一起執行了邏輯“與”運算之后，被輸入到電動機驅動單元50。電動機驅動單元50通過該信號，停止輸入到電動機200的A相電流。然而，電動機轉子連續旋轉，因為B相信號仍然接通。
而且，如果轉子又旋轉一定角度(9度)，則傳感器310接通。在位置檢測信號350為上升沿的時刻，C相信號140就接通。C相信號130在與脈寬調制信號410一起執行了邏輯“與”運算之后，被輸入到電動機驅動單元50。然后，電動機驅動單元50將C相電流輸入到電動機200。
而且，如果轉子又旋轉一定角度(6度)，則傳感器310斷開。B相信號130在與脈寬調制信號410一起執行了邏輯“與”運算之后，被輸入到電動機驅動單元50。電動機驅動單元50通過該信號的控制，停止輸入到電動機200的B相電流。
而且，如果轉子又旋轉一定角度(9度)，則傳感器310接通。在位置檢測信號350為上升沿的時刻，A相信號120就接通。A相信號120在與脈寬調制信號410一起執行了邏輯“與”運算之后，被輸入到電動機驅動單元50。電動機驅動單元50將A相電流120輸入到電動機200。
稍后，如果轉子又旋轉一定角度(6度)，則傳感器310斷開。并且在位置檢測信號350為下降沿的時刻，C相信號140就斷開。C相信號140在與脈寬調制信號410一起執行了邏輯“與”運算之后，被輸入到電動機驅動單元50。電動機驅動單元50通過該信號的控制，停止輸入到電動機200的C相電流。
采用上述方法，通過使用一個位置檢測傳感器310，就可對輸入到電動機200的各相電流120、130和140進行控制。
在主控制單元300中，使用雙極結型晶體管(Bipolar JunctionTransistor)(BJT)來調整接通和斷開，但也可使用其他開關裝置(例如，金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)和金屬氧化物半導體門雙極晶體管(MBT))。
如果位置檢測信號350被檢測為下降沿，則脈寬調制信號的占空比發生改變，該占空比先是在幾秒鐘內減少，然后逐漸增加。這就是說，如果脈寬調制信號410的脈寬減少一半，則脈寬減少一半的時間從檢測到傳感器檢測信號的下降沿之后約為600μs。而且，在600μs之后，脈寬再次變為正常。
然后，各相位的轉矩相加得到的轉矩和由輸入到各相的電流產生，并且產生轉矩脈動。
圖7是示出了在根據本發明，在位置檢測信號的最佳脈寬條件下控制脈寬調制信號的占空比之前產生的轉矩脈動的波形圖。此處，水平軸表示旋轉角，而垂直軸表示轉矩強度。如該圖所示，本發明中的轉矩脈動與常規轉矩脈動幾乎沒有區別。
圖8是示出了在根據本發明，在位置檢測信號的最佳脈寬條件下控制脈寬調制信號的占空比之后產生的轉矩脈動的波形圖。此處，水平軸表示旋轉角，而垂直軸表示轉矩強度。如該圖所示，通過設置最佳機械角，并控制占空比，將減少約50％的轉矩脈動。
如上所述，通過把使用一個位置檢測傳感器310檢測的轉子位置檢測信號的脈寬設計成最佳脈寬，可從位置檢測信號350為下降沿的時刻起，將用于驅動開關裝置的脈寬調制信號的占空比更改一段時間，從而減少50％以上的轉矩脈動。
由于本發明可采用幾種形式予以實施，而不背離本發明的精神或主要特點，因此也應理解成，如果未有其他規定，上述實施例不受前面任何一種詳細說明的限制，而應在按照所附權利要求中定義的本發明的精神和范圍內作廣義解釋。因此，凡是在權利要求得到滿足和允許的范圍內，或者在與此類權利要求得到滿足和允許的等效范圍內所作的全部變動和修改，都將包含在所附權利要求之內。
權利要求
1.用于減少開關磁阻電動機的轉矩脈動的方法，包括以下步驟根據電動機轉子的位置檢測結果，設置位置檢測信號的脈寬；與位置檢測信號的上升沿和下降沿同步，輸出用于控制各相的信號；以及從檢測到位置檢測信號的下降沿的時刻起，改變和輸出脈寬調制信號的占空比。
2.如權利要求1所述的方法，其中，位置檢測信號的脈沖周期被設置成具有電動機轉子旋轉15度機械角所經歷的時間周期。
3.如權利要求2所述的方法，其中，脈沖周期的高電平脈寬被設置成具有電動機轉子旋轉6度機械角所經歷的時間周期。
4.如權利要求1所述的方法，其中，控制三個相電流的步驟為如果檢測到位置檢測信號的上升沿，則接通用于控制各相電流的開關裝置，然后針對在下次產生的位置檢測信號的下降沿，斷開該開關裝置。
5.如權利要求1所述的方法，其中，從在每一周期檢測到位置檢測信號的下降沿的時刻起，脈寬調制信號的占空比就減少一半，然而再逐漸增加。
全文摘要
本發明揭示了一種用于減少開關磁阻電動機的轉矩脈動的方法,其使用一個位置檢測傳感器檢測轉子位置;將位置檢測信號的脈寬設計為最佳脈寬,以及通過調整脈寬調制信號的占空比,減少電動機的轉矩脈動。該方法的步驟包括:根據電動機轉子位置檢測結果,設置位置檢測信號的脈寬;與位置檢測信號的上升沿和下降沿同步,輸出用于控制各相的信號;以及從檢測到位置檢測信號的下降沿的時刻起,改變和輸出脈寬調制信號的占空比。因而具有減少50%以上轉矩脈動的優點。
文檔編號H02P25/02GK1371165SQ0114152
公開日2002年9月25日 申請日期2001年9月30日 優先權日2001年2月13日
發明者金相永 申請人:Lg電子株式會社