改进型SR电机驱动主电路的制作方法

本发明属于开关磁阻sr电机领域，尤其是涉及到开关磁阻sr电机驱动主电路的拓扑结构及其电路分析理论。

背景技术：

参照附图1所示的sr电机线性电感l随转子位移角θ的变化关系图，即便于定性分析sr电机内部的基本电磁关系和基本特性，也能较好地说明sr电机在各种运行状态下的工作原理。它即决定于定、转子凸极间相互位置关系的电机磁路结构，也表明了各相绕组电感随定、转子凸极相重叠的间距而变化的各特征点位置角。并按所测得的各特征点位置角还可优化sr电机的控制策略。

开关磁阻sr电机运行时是根据所测各相绕组的定子凸极与转子凸极间的相对位置角关系，通过开关管的接通与关断来控制各相绕组电流的流向，为与所带负载更好实现负载特性匹配，还需通过转速、电流双闭环反馈控制。在此以五相sr电机为例，现有的五相双开关型主电路如附图2所示：当开关管接通时，如图中b相绕组处用虚线所示，电源经过上下开关管tb1、tb2流入b相绕组电流；当开关管关断时，如图中c相绕组处用点划线所示，通过上下续流二极管dc1、dc2将c相绕组内原先的部分磁场储能以电流形式回馈给电源。

技术实现要素：

为了克服现有技术对sr电机驱动控制中，在关断电机绕组通电后还存在较长续流周期的缺点，本发明提出了改进型sr电机驱动主电路，在sr电机驱动主电路中的续流回路串入可变电容器c以缩短续流期。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种改进型sr电机驱动主电路，包括续流回路，所述续流回路中串入可变电容器c的sr电机功率变换器，以减小续流回路的阻抗z值来增大续电流，从而缩短续流周期。

进一步，在sr电机驱动主电路内的续流回路中串入可变电容器c，调节可变电容器电容量c的方式是通过检测续流回路当前的电流值，比较所配续流二极管允许的最大电流，经反馈控制来调节其电容量c，即调节续流回路的阻抗z值。以使续流回路当前的电流值尽可能达到续流二极管允许的最大电流，从而更快地缩短续流周期。

更进一步，在sr电机驱动主电路内的续流回路中串入可变电容器c，所述可变电容器c采用集成电路组合而成，以便于对电容器电容量c的调节，和扩大其电容量c的调节范围。并降低批量应用时的成本与体积。

本发明的技术构思：附图1中τr为电机的电角度周期，也为转子极距宽；设转子凸极数为nr，则τr＝360°/nr＝βr+αr；βr为转子凸极距宽；αr为转子凹槽距宽；βs为定子凸极距宽；通常βr＞βs，αr＞βs。附图1中纵坐标为绕组电感l(θ)，横坐标为转子旋转的位置角θ。坐标原点θ＝0的基准点为特征点位置角θ0，对应于定子磁凸极轴线(也为相绕组的中心)与转子凹槽中心相重合的位置，此时由于气隙磁导最小，电感为最小值lmin，所也称为最小电感lmin的非对齐位置，并将定子磁凸极表面到转子槽底的距离称为第二气隙δj。随转子转动使位置角θ增大，当转至特征点位置角θ1时，转子极弧与定子极弧开始重合，忽略磁饱和等因素影响使电感随之线性增大。当转至整个定子凸极弧与转子凸极弧相重合时，两个极面间的空气隙距离称为第一气隙δ，且电感达到最大值lmax，并在βr-βs内保持不变。随θ继续增大，定、转子极弧的重叠部分将线性减小，也使电感随之线性下降。在整个变化过程中随定、转子磁极重叠位置的增加与减少，各相电感也在lmin和lmax之间线性上升与下降，l(θ)的变化频率正比于转子凸极数nr，其变化周期即为电机的电角度周期，为360°/nr＝τr。

利用附图1所示sr电机线性电感l随转子位移角θ的变化关系，即能更好地说明sr电机在各种运行状态下的工作原理：当绕组电感l随转角θ增加，即使定、转子凸极相重叠而随之上升时，也就是在特征点θ1～θ2区域内，给绕组通入电流就产生驱动性磁阻转矩而进入电动状态；反之在绕组电感l随转角θ的增加，即使定、转子凸极相分离而随之下降时，也就是在特征点θ3～θ4区域内，且绕组内存在电流，则产生制动性转矩而进入发电回馈状态。由此也说明只要根据转角位置检测，控制各相开关管的导通角，就能方便切换电动与发电两种状态，并具有极高的动态响应性。

按上述利用附图1所述的sr电机工作原理说明：sr电机仅在每相绕组电感l随转角θ而增大的变化周期内，即在特征点θ1～θ2位置区通入电流时才产生驱动性转矩。由此按理想状态分析：希望转角刚到θ1时电流跃升为负载所需值，而刚进入θ2时电流瞬间降为零。但实际由于绕组电感l的存在，电流上升与下降均需有个变化过程的周期。按此为提高电机驱动运行效率，要求调节开通角θon以使绕组电流在电感变化周期内的平均有效值恰好符合当前负载所需要求，同时控制关断角θoff以使续流电流恰好在电感上升期结束时(确保在电感进入下降区前)下降为零，以避免产生制动转矩。由此也表明了对于关断角θoff在确保续流期不产生制动转矩前提下，要求θoff越往后移能使效率越高。即关断后希望续流时间越短越好，由此要求续流电流越大越好，按电路阻抗定律分析可知，也就是希望使整个续流回路尽可能增大电压u、而减小其阻抗z。对于增大续流回路电压u通常采用每相上下两只开关管，并要求同步关断，经续流二极管反向后，此时较高的电感电动势与电源电压叠加，就能形成较大的续流电流，且随着续流将结束时电感电压也下降。

在此主要提出如何减小续流回路的阻抗z。按电路分析理论所述，电感l与电容c串联后可使得其阻抗z＝ωl-1/ωc，即在续流回路内串入电容可降低其阻抗z值。如将电容c与绕组电感l串联，就理论来说希望电容c＝1/ω²l，如此就能使其阻抗z＝ωl-1/ωc趋于0，即可极大提高续流电流，而缩短续流时间。为此还曾通过计算机有限元仿真来予以证实，即在仿真所用电路的续流二极管回路中串入各种不同电容量的电容器，再分别进行仿真运行后，检查仿真结果所得电流波形，发现续流周期及其续电流各有不同程度的变化。由于绕组电感l值将随转子凸极趋近于定子凸极而增大，并将趋近于绕组的最大电感lmax值；而角频率ω＝2лf，因电源不为正弦波交流电，为突跳的直流电，但也可分解为多次谐波分量，所以ω为与开关频率、电机转速相关的不定值。由此说明为增大续流电流以缩短续流期，要求在续流回路中串入可变电容器c。并要求电容量c不仅与当前运行时的角频率ω和绕组电感l有关；还与续流二极管能够承受的最大电流有关。

再分析附图3所示的现有sr电机采用apc方式驱动时的电流波形可知，电流往往在刚关断进入续流时其续电流最大，而随后续电流即会随之下降，按现有sr电机的驱动电流波形分析可知，其续流期约在附图1所示的特征点位置角θhr～θ2期间，即占取了能产生驱动性转矩的一半特征点θ1～θ2位置区。由此说明若在续流回路中串入可变电容器c，并在进入续流后随时调节其电容量c，通过减小续流回路的阻抗z＝ωl-1/ωc，来尽可能增大续电流以缩短续流期。如此即可推迟关断角θoff来延长产生驱动性转矩的绕组通电周期，从而提高运行效率和电机的功率密度。

本发明的有益效果主要表现在：通过在进入续流后随时调节串入续流回路中的可变电容器电容量c，以减小续流回路中与电容c相关的阻抗z值来尽可能增大续电流，从而缩短续流期。如此即可推迟关断角θoff来延长产生驱动性转矩的绕组通电周期，以此提高sr电机的运行效率和其功率密度。

附图说明

图1是sr电机线性电感l随转子位移角θ的变化关系图。

图2是现有sr电机的五相双开关型主电路。

图3是现有sr电机采用apc方式驱动时的电流波形图。

图4是在sr电机功率变换器的续流回路中串有可变电容器c的五相双开关型主电路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

参照图4，一种改进型sr电机驱动主电路，包括续流回路，所述续流回路中串入可变电容器c的sr电机功率变换器，以减小续流回路的阻抗z值来增大续电流，从而缩短续流周期。

进一步，在sr电机驱动主电路内的续流回路中串入可变电容器c，调节可变电容器电容量c的方式是通过检测续流回路当前的电流值，比较所配续流二极管允许的最大电流，经反馈控制来调节其电容量c，即调节续流回路的阻抗z值。以使续流回路当前的电流值尽可能达到续流二极管允许的最大电流，从而更快地缩短续流周期。

更进一步，在sr电机驱动主电路内的续流回路中串入可变电容器c，所述可变电容器c采用集成电路组合而成，以便于对电容器电容量c的调节，和扩大其电容量c的调节范围。并降低批量应用时的成本与体积。

结合附图4对本实施例所述的在sr电机功率变换器的续流回路中串有可变电容器c的五相双开关型主电路作进一步说明。

作为实施例参考专利号zl201310360010，专利名为“电动汽车直驱轮毂电机及其电动汽车”所述：为减小直驱轮毂sr电机的转矩脉动，要求采用其五相电机结构。为此实施例也采用了五相双开关型主电路，与现有双开关型主电路所不同，主要是在各相的续流回路中分别串入了可变电容器cx。实施时即需先通过试验调节可变电容器cx的电容量来实测所能缩短的续流期，然后再在相应控制策略中延迟关断角θoff约为实测所缩短的续流期，从而即可延长产生驱动性转矩的绕组通电周期，以此提高sr电机的运行效率和其功率密度。