开关磁阻伺服电动机转子定位控制方法

摘要

本发明开关磁阻伺服电动机转子定位控制方法，尤其适用于直接传动式开关磁阻伺服电动机系统，采用对定子绕组两相通电来实现开关磁阻伺服电动机转子的定位，通过对电动机相邻两相定子绕组通以不同大小的电流和顺序改变通电相的组合方式，可使开关磁阻伺服电动机的转子定位在任意圆周角度位置，可用于直接伺服传动的开关磁阻电动机系统，使系统具有较大的低速力矩和较高的转子位置定位精度，其方法简单，成本低，具有广泛的实用性。

说明书

一、技术领域

本发明涉及开关磁阻伺服电动机转子定位控制方法，尤其适用于直接传动式开关磁阻伺服电动机系统，对其它相数、结构的开关磁阻伺服电动机也适用。

二、背景技术

目前国内外广泛应用的伺服电动机系统中，按电动机类型主要分为直流伺服电动机系统和交流伺服电动机系统两大类。由于电刷和换向器等机械滑动机构的存在，使得直流伺服电动机结构复杂，造价偏高，维护困难，寿命短。交流伺服电动机结构比直流伺服电动机坚固。交流伺服电动机系统主要有笼型异步伺服电动机系统和永磁同步伺服电动机系统两类。笼型异步伺服电动机系统控制方案上采用矢量变换控制，但实现矢量变换计算复杂，且其低速力矩小、低速特性不佳。步伺服电动机其转子上装有产生恒定磁场的永磁材料，惯量较大，系统的动态响应特性欠佳。如果转子磁通发生变化，则可能导致其气隙的有效磁场增加或减少，永磁同步伺服电动机的运行状态将发生变化，会影响其伺服传动的精确性和稳定性。

当前，伺服电动机系统正朝着高精度、响应快、智能化、数字化的方向发展。研发新型的数字化、智能化、高精度直接传动式伺服电动机系统，已成为电气伺服传动领域前沿性创新研究工作的最新发展趋势和重要方向。传统的直流力矩电机(低速直流伺服电机)结构较复杂、转子惯量大、维护要求高，且单位容量体积大，难以满足负载空间位置的限制。与同体积的直流伺服电机相比，交流伺服电机启动转矩小，若计及负载的惯量，交流伺服电机系统的动态响应比直流伺服电机系统的慢。国内外学者正尝试用无换向器电动机系统和步进电动机系统实现直接伺服传动。永磁式无换向器电动机与电励磁式无换向器电动机结构上和制造工艺上均比步进电动机复杂。而步进电动机系统一般采用转子位置开环控制，转子定位精度不高。

三、技术内容

1.发明目的

鉴于已有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种可频繁起动、制动，具有较大的低速力矩和较高的转子位置定位精度，且运行可靠性的开关磁阻伺服电动机转子定位控制方法。

2.技术方案

本发明开关磁阻伺服电动机转子定位控制方法，采用简单而坚固的无刷、无绕组、无永久磁体的转子结构，用单极性功率变换器供单方向电流激励，做到磁路上各相相互独立和电路上各相相互独立，对定子绕组两相通电来实现开关磁阻伺服电动机转子的定位的方法，即对开关磁阻伺服电动机相邻两相定子绕组通以不同的电流，所产生的磁拉力，使开关磁阻伺服电动机的转子定位在任意圆周角度位置。具体做法是对开关磁阻电动机的A、B两相定子绕组通电(C相定子绕组电流为零)，固定i_A为最大值I_MEIX(实际中允许的)，改变I_B(0～I_KEIX)可以使转子定位在0°至7.5°间的任意圆周角度位置；而固定i_B为最大值i_MEIX(实际中允许的)，改变i_A(0～I_MEIX)可以使转子定位在7.5°至15°的任意圆周角度位置。按照AB→BC→CA→AB→BC→CA→AB→BC→CA→AB→BC→CA→AB→BC→CA→AB→BC→CA→AB→BC→CA→AB→BC→CA顺序改变通电相的组合，或按照AC→CB→BA→AC→CB→BA→AC→CB→BA→AC→CB→BA→AC→CB→BA→AC→CB→BA→AC→CB→BA→AC→CB→BA顺时针方向顺序改变通电相的组合；可使转子定位在0°到360°间的任意圆周角度位置。

3.技术效果

本发明开关磁阻伺服电动机转子定位控制方法，尤其适用于直接传动式开关磁阻伺服电动机系统，对其它相数、结构的开关磁阻伺服电动机也适用。它主要是由开关磁阻电动机、功率变换器及控制器组成的机电一体化电动机传动系统，采用对定子绕组两相通电来实现开关磁阻伺服电动机转子的定位，可使开关磁阻伺服电动机的转子定位在任意圆周角度位置，在控制上容易实现电动与制动运行的转换，且每一步都可改变工作参数和工作状态，可频繁起动、制动，具有较大的低速力矩和较高的转子位置定位精度，具有较高的运行可靠性和容错能力，其动态响应快，方法简单，成本低，具有广泛的实用性

四、附图说明

图1是本发明两相通电时转子位置实例一。

图2是本发明两相通电时转子位置实例二。

五、具体实施方式

下面将结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述：

本发明开关磁阻伺服电动机转子定位控制方法，以三相12/8结构开关磁阻电动机的A、B两相定子1绕组通电(C相定子绕组电流为零)为例，图中所示为转子2位置的两个特殊状态。当只对A相定子绕组通电时，所产生的磁拉力使转子2定位在转子2凸极a与A相定子1凸极中心线重合的位置，如图1所示。而只对B相定子1绕组通电时，转子2将定位在转子2凸极b和B相定子1凸极中心线重合的位置，如图2所示。图中所示的两个转子2位置状态相差15°机械角，如果以图1所示的转子2位置为0°，逆时针方向为正，对A、B两相定子1绕组分别通以不同大小电流时，可以使转子2定位在0°到15°间的任意圆周角度位置。当A相定子1绕组电流i_A等于B相定子1绕组电流I_B时，转子2将定位在7.5°。

当顺序改变通电相的组合为：

AB→BC→CA→AB→BC→CA→AB→BC→CA→AB→BC→CA→AB→BC→CA→AB→BC→CA→AB→BC→CA→AB→BC→CA，可以使转子定位在0°到360°间的任意圆周角度位置。

当顺时针方向顺序改变通电相的组合为：

AC→CB→BA→AC→CB→BA→AC→CB→BA→AC→CB→BA→AC→CB→BA→AC→CB→BA→AC→CB→BA→AC→CB→BA，亦可使转子定位在0°到360°间的任意圆周角度位置。