[发明专利]用于开关磁阻电机的切换策略

说明书

技术领域

本公开一般涉及电机，并且更特别地涉及控制在低速电动模式中操作的开关磁阻电机的切换程序的系统和方法。

背景技术

随着在节能上的日益关注，越来越多的工业作业机器配有用于驱动作业机器并且操作其各种工具或功能的电动驱动组件或系统。在电驱动器中的持续发展已经使得对于电驱动作业机器可以有效地满足或超越机械驱动作业机器的性能，同时需求显著更少的燃料和总体能量。随着电驱动器关于工业作业机器等变得越来越普遍，用于更有效发电机的需求和用于控制该发电机的技术同样增多。

电动驱动机器的电机通常用于将从诸如燃烧发动机的主要动力源接收的机械功率转变成用于执行作业机器的一个或多个操作的电功率。此外，电机可用于将在公共总线或存储设备内存储的电功率转变成机械功率。在可与电动驱动系统一起使用的各种类型电机之间，开关磁阻电机已经在稳健、经济有效方面得到很大的关注，并且总体上更有效。虽然当前存在的用于控制开关磁阻电机的系统和方法提供了充分控制，但是仍存在用于改进的空间。

用于开关磁阻电机的典型控制方案可涉及在两个通用操作模式(例如操作的单脉冲和电流调节模式)中一个模式中操作电机的每个相位的两个开关。单脉冲模式引导朝向需要更多功率输出的更高速度任务，而电流调节模式引导朝向需要来自驱动电机更多扭矩输出的更低速度任务。此外，在典型的电流调节模式之间，额定速度任务可通过对于每个相位的两个开关的硬斩波(chopping)电流来操作，而相对更低的速度任务可通过对于每个相位的两个开关的软斩波电流来操作。

通过在所需频率处同时打开和闭合每个相位的两个开关，硬斩波程序获得脉冲相电流，而当在所需频率处仅打开和闭合第二开关时通过保持第一开关闭合，软斩波程序获得软脉冲相电流。软斩波程序反复经受在相臂中两个开关中的仅一个开关上的大量热应力。对这种开关的额外负担可导致在相关联功率转换器电路中的过早故障。在功率转换器电路中的这种故障可进而导致在电驱动器系统中的过早故障，并且因此阻止作业机器和其它相关工具实现初始性能需求。

因此，存在提高电驱动器系统总体效率和功能的需求。此外，存在改进与在高电流、高负荷情况中电动模式期间(诸如在零到低速)操作开关磁阻电机相关联的开关程序或策略的需求。此外，存在在软斩波程序期间更有效使用相臂开关的需求，以便延长开关和总体电驱动器系统的寿命。

发明内容

在本公开的一个方面中，提供了控制电机的方法。该方法可确定电机的速度，并且如果电机速度相对低，则在每个相位的第一开关和第二开关上使用软斩波程序。第一开关可由第一脉冲宽度调制(PWM)信号驱动，并且第二开关由第二PWM信号驱动。第一和第二PWM信号可被交替配置以使得在分布式软斩波程序期间第一开关和第二开关中的至少一个开关在任何点处闭合，并且第一开关和第二开关两者从不同时打开。

在改进中，第一和第二PWM信号可能不同。

在另一个改进中，电机可以是在操作的发电模式和电动模式中的一个模式中可操作的低到中电压三相开关磁阻电机。

在相关改进中，分布式软斩波程序可在操作的电动模式期间使用。

在另一个改进中，相对低的电机速度可与在零和基本速度之间范围的电机速度近似对应。基本速度是在扭矩输出开始与电机速度成比例降低之前，在该速度处电机能够输出恒定扭矩的最大速度。

在相关改进中，该方法可进一步：如果电机速度相对高则在第一开关和第二开关上使用单脉冲程序，并且如果电机速度是额定的则在第一开关和第二开关上使用硬斩波程序。相对高的电机速度可近似大于基本速度，并且额定电机速度可近似基本速度。

在本公开的另一方面，提供了用于电机的控制系统。控制系统可包括转换器电路，该转换器电路可操作地耦合到电机的定子；以及控制器，该控制器与电机和转换器电路中的每个通信。转换器电路可包括被耦合到定子每个相位的至少第一开关和第二开关。控制器可被配置成确定电机速度，并且以相对低的电机速度在操作的电动模式期间采用软斩波程序使用第一开关和第二开关。第一开关和第二开关由交替信号驱动，以使得第一开关和第二开关两者从不同时打开。

在改进中，控制器可被配置成在分布式软斩波程序期间生成用于驱动第一开关的第一PWM信号和用于驱动第二开关的第二PWM信号，其中第一PWM信号可与第二PWM信号不同。

在相关改进中，控制器可被配置成将第一和第二PWM信号交替，以使得在分布式软斩波程序期间第一开关和第二开关中的至少一个开关在任何点处闭合。