切換式磁阻馬達(dá)控制裝置及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是關(guān)于切換式磁阻馬達(dá)，特別是關(guān)于一種經(jīng)由控制切換式磁阻馬達(dá)的激磁 與去磁電流波形，以降其定子線圈銅損的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 于已知技術(shù)中，切換式磁阻馬達(dá)會(huì)造成得效率降低的損失態(tài)樣，有銅損、鐵損及機(jī) 械損等損傷，其中銅損是由線圈電阻與激磁電流所產(chǎn)生，鐵損由切換磁場所產(chǎn)生，而機(jī)械損 則為轉(zhuǎn)子軸承連接馬達(dá)在旋轉(zhuǎn)時(shí)所具有的摩擦力所產(chǎn)生。
[0003] 圖1繪示為已知切換式磁阻馬達(dá)其中兩相的轉(zhuǎn)子角度對應(yīng)的線圈電感值的示意 圖。于圖1中，實(shí)線為出去相（Outgoingphase),即鄰近兩相重迭正要去磁的相，虛線為進(jìn) 入相（Incomingphase),即鄰近兩相重迭正要激磁。在1-1/1-2區(qū)間為出去相/進(jìn)入相電感 值最低的時(shí)候，電感對轉(zhuǎn)子角度的微分為零，此時(shí)沒有反應(yīng)電動(dòng)勢，激磁電流的上升時(shí)間可 以很短，但是不產(chǎn)生任何轉(zhuǎn)矩。在1-3/1-4區(qū)間為出去相/進(jìn)入相電感上升區(qū)域，此時(shí)理想 條件下電感對轉(zhuǎn)子角度的微分為一個(gè)正斜率，激磁電流的上升時(shí)間因反應(yīng)電動(dòng)勢的存在， 因此與轉(zhuǎn)速與電流成正比，能夠產(chǎn)生正轉(zhuǎn)矩，激磁的最佳區(qū)間。在1-5/1-6區(qū)間為出去相 /進(jìn)入相電感值最高的時(shí)候，電感對轉(zhuǎn)子角度的微分為零，激磁電流的上升時(shí)間比1-1/1-2 區(qū)間長，因?yàn)殡姼斜容^大，此區(qū)間不產(chǎn)生任何轉(zhuǎn)矩，理想不讓電流在此區(qū)間導(dǎo)通。在1-7/1-8 區(qū)間為出去相/進(jìn)入相電感下降區(qū)域，此時(shí)理想條件下電感對轉(zhuǎn)子角度的微分為一個(gè)負(fù)斜 率，激磁電流在此區(qū)間會(huì)產(chǎn)生負(fù)轉(zhuǎn)矩，不希望再此區(qū)間產(chǎn)生電流。
[0004] 由上述說明可知，切換式磁阻馬達(dá)因結(jié)構(gòu)關(guān)系，會(huì)有兩相重迭上升電感區(qū)，而這重 迭上升電感區(qū)容易造成非必要的銅損。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的一目的在提供一種切換式磁阻馬達(dá)控制裝置及其控制方法，以有效的控 制激磁以及去磁的電流波形，能夠使得切換式磁阻馬達(dá)的定子線圈的銅損降低，并且能夠 提升整體的效率。
[0006] 本發(fā)明提出一種切換式磁阻馬達(dá)控制裝置，上述切換式磁阻馬達(dá)控制裝置包含反 饋電流取得單元、控制單元、脈波寬度控制電流單元以及非對稱半橋變頻器。上述反饋電流 取得單元耦接馬達(dá)，以取得出去相電流與進(jìn)入相電流。上述控制單元耦接反饋電流取得單 元，以處理出去相電流與進(jìn)入相電流，使得進(jìn)入相電流的激磁電流開始于第一轉(zhuǎn)角（電感 正要上升的轉(zhuǎn)角）與第二轉(zhuǎn)角（電感到達(dá)最大值的轉(zhuǎn)角）之間，出去相電流的電流末端不 晚于第二轉(zhuǎn)角之后結(jié)束，且進(jìn)入相電流的激磁電流結(jié)束于出去相電流的電流末端之時(shí)。上 述脈波寬度控制電流單元耦接控制單元，以接收上述處理過的出去相電流與上述處理過的 進(jìn)入相電流，以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號。上述非對稱半橋變頻器耦接脈波寬度控制電流單元與馬達(dá)， 以依據(jù)驅(qū)動(dòng)信號來控制馬達(dá)的操作。
[0007] 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，若控制單元偵測出去相電流的電流末端結(jié)束于第二轉(zhuǎn)角 之后，則控制單元控制出去相電流使得電流末端不超過第二轉(zhuǎn)角。
[0008] 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，控制裝置控制進(jìn)入相電流的激磁電流提前導(dǎo)角，使得進(jìn) 入相電流的激磁電流開始于出去相電流的去磁電流開始產(chǎn)生之前。
[0009] 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，控制裝置控制出去相電流的激磁電流開始于第一轉(zhuǎn)角或 之前。
[0010] 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，進(jìn)入相電流的該激磁電流開始于該出去相電流的一定電 流轉(zhuǎn)為一去磁電流所相對應(yīng)的轉(zhuǎn)角。
[0011]本發(fā)明另提出一種切換式磁阻馬達(dá)控制裝置的控制方法，包含：(a)取得出去相 電流與進(jìn)入相電流；(b)判斷出去相電流與進(jìn)入相電流的相關(guān)電流成分所對應(yīng)的角度，以 提供一角度控制結(jié)果；（c)依據(jù)出去相電流與進(jìn)入相電流計(jì)算一總有效電流；以及（d)依據(jù) 總有效電流、速度回路相關(guān)電流與角度控制結(jié)果來進(jìn)行電流分配處理，使得進(jìn)入相電流的 激磁電流開始于第一轉(zhuǎn)角與第二轉(zhuǎn)角之間，出去相電流的電流末端不晚于第二轉(zhuǎn)角之后結(jié) 束，且進(jìn)入相電流的激磁電流結(jié)束于出去相電流的電流末端之時(shí)。
[0012] 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，其中于步驟（b)與步驟（d)中，若偵測出去相電流的電流 末端結(jié)束于第二轉(zhuǎn)角之后，則調(diào)整進(jìn)入相電流使得出去相電流的電流末端被控制不超過第 二轉(zhuǎn)角。
[0013] 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，其中于步驟（d)中，其中進(jìn)入相電流的激磁電流被控制 第一轉(zhuǎn)角或提前導(dǎo)角，使得進(jìn)入相電流的激磁電流開始于出去相電流的去磁電流開始產(chǎn)生 之前。
[0014] 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，其中于步驟（d)中，出去相電流的激磁電流被控制開始 于第一轉(zhuǎn)角或之前。
[0015] 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，其中于步驟（d)中，進(jìn)入相電流的激磁電流被控制開始 于出去相電流的一定電流轉(zhuǎn)為一去磁電流所相對應(yīng)的轉(zhuǎn)角。
[0016] 基于上述，本發(fā)明的切換式磁阻馬達(dá)控制裝置及其控制方法采用外回路速度控制 以及內(nèi)回路電流控制，利用電流控制間接的控制轉(zhuǎn)矩，以使得兩相重迭上升電感區(qū)的電流 控制能夠滿足所需要的轉(zhuǎn)矩，使得重迭區(qū)域的電流的積分最小，降低銅損，以提升效率。
[0017] 故而，關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與精神可以經(jīng)由以下發(fā)明詳述及附圖解說來得到進(jìn)一步 的了解。
【附圖說明】
[0018] 下面的附圖是本發(fā)明的說明書的一部分，其繪示了本發(fā)明的示例實(shí)施例，所附圖 式與說明書的描述一起用來說明本發(fā)明的原理。
[0019] 圖1繪示為已知切換式磁阻馬達(dá)的其中兩相的轉(zhuǎn)子角度對應(yīng)的線圈電感值的示 意圖。
[0020] 圖2繪示為本發(fā)明切換式磁阻馬達(dá)裝置的功能方塊圖。
[0021] 圖3繪示為本發(fā)明一實(shí)施例的提前角度控制單元的內(nèi)部功能方塊示意圖。
[0022] 圖4繪示為本發(fā)明的一實(shí)施例的兩相重迭的電流分配的控制方法的流程圖。
[0023] 圖5繪示本發(fā)明的一實(shí)施例的電流對電感值以及所產(chǎn)生的定轉(zhuǎn)矩輸出的示意圖。
[0024] 圖6繪示本發(fā)明的另一實(shí)施例電流對電感值示意圖以及在兩種不同時(shí)間的條件 下的電流的行為示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]目前將詳細(xì)參考本發(fā)明的示范性實(shí)施例，并在附圖中說明所述示范性實(shí)施例的實(shí) 例。另外，在附圖及實(shí)施方式中所使用相同或類似標(biāo)號的組件/構(gòu)件是用來代表相同或類 似部分。在下述諸實(shí)施例中，當(dāng)組件被指為「連接」或「耦接」至另一組件時(shí)，其可為電性上 的連接、數(shù)據(jù)或信號傳遞間的連接、直接連接或耦接至另一組件，或可能存在介于其間的組 件。
[0026] 本發(fā)明是一種切換式磁阻馬達(dá)控制裝置，且耦接一馬達(dá)。其以圖2繪示本發(fā)明切 換式磁阻馬達(dá)裝置的功能方塊圖。于圖2中，切換式磁阻馬達(dá)裝置包含馬達(dá)2-6、非對稱半 橋變頻器2-5、脈波寬度控制電流單元2-4、反饋電流取得單元2-7、控制單元2-0、PI控制 器2-9及角度微分器2-10,其中控制單元2-0還包含有效電流估側(cè)單元2-1、電流分配單元 2-2及角度控制單元2-3。
[0027] 在本實(shí)施例中，上述圖2的馬達(dá)2-6為磁阻式馬達(dá)。上述馬達(dá)2-6分別耦接非對 稱半橋變頻器2-5及反饋電流取得單元2-7。反饋電流取得單元2-7還耦接控制單元2-0 與角度微分器2-10,上述控制單元2-0耦接反饋電流取得單元2-7與脈波寬度控制電流單 元 2-4。
[0028] 在本實(shí)施例圖2中，控制單元2-0中的有效電流估側(cè)單元2-1、電流分配單元2-2 及角度控制單元2-3、PI控制器2-9及角度微分器2-10可以利用軟件實(shí)施，但本發(fā)明并不 限制是以軟件實(shí)施。
[0029] 在圖2中，反饋電流取得單元2-7可包含霍爾傳感器、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器及旋轉(zhuǎn)編 碼器。在本實(shí)施例中，反饋電流取得單元2-7可以用硬件來實(shí)施。上述霍爾傳感器可用來 感測馬達(dá)2-6的實(shí)時(shí)電流值，旋轉(zhuǎn)編碼器可用以量測轉(zhuǎn)子位置，上述量側(cè)的實(shí)時(shí)電流值包 含出去相電流與進(jìn)入相電流，且出去相電流與進(jìn)入相電流還會(huì)經(jīng)過反饋電流取得單元2-7 的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換之后再傳送至控制單元2-0。
[0030] 此外，于圖2中，本實(shí)施例采用外回路速度控制以及內(nèi)回路電流控制，以利用電流 控制間接的控制轉(zhuǎn)矩，此切換式磁阻馬達(dá)的控制。在外回路速度控制中，旋轉(zhuǎn)編碼器所量測 到的轉(zhuǎn)子位置會(huì)傳送至角度微分器2-10,以進(jìn)行微分，以獲得一馬達(dá)轉(zhuǎn)速信息。然后，再提 供一個(gè)默認(rèn)速度命令，以對默認(rèn)速度命令與馬達(dá)轉(zhuǎn)速信息進(jìn)行一第一運(yùn)算處理，以獲得一 速度差值。繼而，再通過PI控制器2-9來產(chǎn)生一預(yù)設(shè)電流。
[0031] 如上所述圖2的內(nèi)回路電流控制，是利用有效電流估側(cè)單元2-1、電流分配單元 2-2及角度控制單元2-3來達(dá)成。上述角度控制單元