切换式磁阻马达控制装置及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明是关于切换式磁阻马达，特别是关于一种经由控制切换式磁阻马达的激磁 与去磁电流波形，以降其定子线圈铜损的控制方法。
【背景技术】
[0002] 于已知技术中，切换式磁阻马达会造成得效率降低的损失态样，有铜损、铁损及机 械损等损伤，其中铜损是由线圈电阻与激磁电流所产生，铁损由切换磁场所产生，而机械损 则为转子轴承连接马达在旋转时所具有的摩擦力所产生。
[0003] 图1绘示为已知切换式磁阻马达其中两相的转子角度对应的线圈电感值的示意 图。于图1中，实线为出去相（Outgoingphase),即邻近两相重迭正要去磁的相，虚线为进 入相（Incomingphase),即邻近两相重迭正要激磁。在1-1/1-2区间为出去相/进入相电感 值最低的时候，电感对转子角度的微分为零，此时没有反应电动势，激磁电流的上升时间可 以很短，但是不产生任何转矩。在1-3/1-4区间为出去相/进入相电感上升区域，此时理想 条件下电感对转子角度的微分为一个正斜率，激磁电流的上升时间因反应电动势的存在， 因此与转速与电流成正比，能够产生正转矩，激磁的最佳区间。在1-5/1-6区间为出去相 /进入相电感值最高的时候，电感对转子角度的微分为零，激磁电流的上升时间比1-1/1-2 区间长，因为电感比较大，此区间不产生任何转矩，理想不让电流在此区间导通。在1-7/1-8 区间为出去相/进入相电感下降区域，此时理想条件下电感对转子角度的微分为一个负斜 率，激磁电流在此区间会产生负转矩，不希望再此区间产生电流。
[0004] 由上述说明可知，切换式磁阻马达因结构关系，会有两相重迭上升电感区，而这重 迭上升电感区容易造成非必要的铜损。
【发明内容】
[0005] 本发明的一目的在提供一种切换式磁阻马达控制装置及其控制方法，以有效的控 制激磁以及去磁的电流波形，能够使得切换式磁阻马达的定子线圈的铜损降低，并且能够 提升整体的效率。
[0006] 本发明提出一种切换式磁阻马达控制装置，上述切换式磁阻马达控制装置包含反 馈电流取得单元、控制单元、脉波宽度控制电流单元以及非对称半桥变频器。上述反馈电流 取得单元耦接马达，以取得出去相电流与进入相电流。上述控制单元耦接反馈电流取得单 元，以处理出去相电流与进入相电流，使得进入相电流的激磁电流开始于第一转角（电感 正要上升的转角）与第二转角（电感到达最大值的转角）之间，出去相电流的电流末端不 晚于第二转角之后结束，且进入相电流的激磁电流结束于出去相电流的电流末端之时。上 述脉波宽度控制电流单元耦接控制单元，以接收上述处理过的出去相电流与上述处理过的 进入相电流，以产生驱动信号。上述非对称半桥变频器耦接脉波宽度控制电流单元与马达， 以依据驱动信号来控制马达的操作。
[0007] 在本发明的一实施例中，若控制单元侦测出去相电流的电流末端结束于第二转角 之后，则控制单元控制出去相电流使得电流末端不超过第二转角。
[0008] 在本发明的一实施例中，控制装置控制进入相电流的激磁电流提前导角，使得进 入相电流的激磁电流开始于出去相电流的去磁电流开始产生之前。
[0009] 在本发明的一实施例中，控制装置控制出去相电流的激磁电流开始于第一转角或 之前。
[0010] 在本发明的一实施例中，进入相电流的该激磁电流开始于该出去相电流的一定电 流转为一去磁电流所相对应的转角。
[0011]本发明另提出一种切换式磁阻马达控制装置的控制方法，包含：(a)取得出去相 电流与进入相电流；(b)判断出去相电流与进入相电流的相关电流成分所对应的角度，以 提供一角度控制结果；（c)依据出去相电流与进入相电流计算一总有效电流；以及（d)依据 总有效电流、速度回路相关电流与角度控制结果来进行电流分配处理，使得进入相电流的 激磁电流开始于第一转角与第二转角之间，出去相电流的电流末端不晚于第二转角之后结 束，且进入相电流的激磁电流结束于出去相电流的电流末端之时。
[0012] 在本发明的一实施例中，其中于步骤（b)与步骤（d)中，若侦测出去相电流的电流 末端结束于第二转角之后，则调整进入相电流使得出去相电流的电流末端被控制不超过第 二转角。
[0013] 在本发明的一实施例中，其中于步骤（d)中，其中进入相电流的激磁电流被控制 第一转角或提前导角，使得进入相电流的激磁电流开始于出去相电流的去磁电流开始产生 之前。
[0014] 在本发明的一实施例中，其中于步骤（d)中，出去相电流的激磁电流被控制开始 于第一转角或之前。
[0015] 在本发明的一实施例中，其中于步骤（d)中，进入相电流的激磁电流被控制开始 于出去相电流的一定电流转为一去磁电流所相对应的转角。
[0016] 基于上述，本发明的切换式磁阻马达控制装置及其控制方法采用外回路速度控制 以及内回路电流控制，利用电流控制间接的控制转矩，以使得两相重迭上升电感区的电流 控制能够满足所需要的转矩，使得重迭区域的电流的积分最小，降低铜损，以提升效率。
[0017] 故而，关于本发明的优点与精神可以经由以下发明详述及附图解说来得到进一步 的了解。
【附图说明】
[0018] 下面的附图是本发明的说明书的一部分，其绘示了本发明的示例实施例，所附图 式与说明书的描述一起用来说明本发明的原理。
[0019] 图1绘示为已知切换式磁阻马达的其中两相的转子角度对应的线圈电感值的示 意图。
[0020] 图2绘示为本发明切换式磁阻马达装置的功能方块图。
[0021] 图3绘示为本发明一实施例的提前角度控制单元的内部功能方块示意图。
[0022] 图4绘示为本发明的一实施例的两相重迭的电流分配的控制方法的流程图。
[0023] 图5绘示本发明的一实施例的电流对电感值以及所产生的定转矩输出的示意图。
[0024] 图6绘示本发明的另一实施例电流对电感值示意图以及在两种不同时间的条件 下的电流的行为示意图。
【具体实施方式】
[0025]目前将详细参考本发明的示范性实施例，并在附图中说明所述示范性实施例的实 例。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的组件/构件是用来代表相同或类 似部分。在下述诸实施例中，当组件被指为「连接」或「耦接」至另一组件时，其可为电性上 的连接、数据或信号传递间的连接、直接连接或耦接至另一组件，或可能存在介于其间的组 件。
[0026] 本发明是一种切换式磁阻马达控制装置，且耦接一马达。其以图2绘示本发明切 换式磁阻马达装置的功能方块图。于图2中，切换式磁阻马达装置包含马达2-6、非对称半 桥变频器2-5、脉波宽度控制电流单元2-4、反馈电流取得单元2-7、控制单元2-0、PI控制 器2-9及角度微分器2-10,其中控制单元2-0还包含有效电流估侧单元2-1、电流分配单元 2-2及角度控制单元2-3。
[0027] 在本实施例中，上述图2的马达2-6为磁阻式马达。上述马达2-6分别耦接非对 称半桥变频器2-5及反馈电流取得单元2-7。反馈电流取得单元2-7还耦接控制单元2-0 与角度微分器2-10,上述控制单元2-0耦接反馈电流取得单元2-7与脉波宽度控制电流单 元 2-4。
[0028] 在本实施例图2中，控制单元2-0中的有效电流估侧单元2-1、电流分配单元2-2 及角度控制单元2-3、PI控制器2-9及角度微分器2-10可以利用软件实施，但本发明并不 限制是以软件实施。
[0029] 在图2中，反馈电流取得单元2-7可包含霍尔传感器、模拟/数字转换器及旋转编 码器。在本实施例中，反馈电流取得单元2-7可以用硬件来实施。上述霍尔传感器可用来 感测马达2-6的实时电流值，旋转编码器可用以量测转子位置，上述量侧的实时电流值包 含出去相电流与进入相电流，且出去相电流与进入相电流还会经过反馈电流取得单元2-7 的模拟/数字转换器转换之后再传送至控制单元2-0。
[0030] 此外，于图2中，本实施例采用外回路速度控制以及内回路电流控制，以利用电流 控制间接的控制转矩，此切换式磁阻马达的控制。在外回路速度控制中，旋转编码器所量测 到的转子位置会传送至角度微分器2-10,以进行微分，以获得一马达转速信息。然后，再提 供一个默认速度命令，以对默认速度命令与马达转速信息进行一第一运算处理，以获得一 速度差值。继而，再通过PI控制器2-9来产生一预设电流。
[0031] 如上所述图2的内回路电流控制，是利用有效电流估侧单元2-1、电流分配单元 2-2及角度控制单元2-3来达成。上述角度控制单元