開關磁阻電動機及其初始驅動方法
2023-06-12 16:07:16 2
專利名稱：：開關磁阻電動機及其初始驅動方法
技術領域：
：本發明涉及開關磁阻電動機及其初始驅動方法，特別是涉及為了防止向反向轉動而施加對中脈衝使轉子在正向轉矩產生區域待機的開關磁阻電動機及其初始驅動方法。
背景技術：
：圖1是表示一般的開關磁阻電動機構造的剖面圖，圖2是表示一般的開關磁阻電動機的驅動電路圖。下面參照圖1和圖2詳細說明開關磁阻電動機。開關磁阻電動機(SwitchedReluctanceMotor，SRM)由驅動控制部(未示出)、卷繞有從上述驅動控制部供給電流的磁場線圈(W1至W2)的定子(Stator)20、和在電流在上述定子20內的上述磁場線圈上流過時通過在與上述定子20之間產生的磁阻轉矩向單一方向轉動的轉子(Rotor)構成。上述定子20由上下開放的圓筒形的磁軛、在上述磁軛的內壁朝向位於圓中心的上述轉子10隔著一定間隔突出形成的多個凸極21、和卷繞在上述凸級21上的磁場線圈(W1至W3)構成。在本說明書中例示6個上述凸極的個數，但其個數隨電動機的種類而不同。上述轉子10在圓周的外側通過隔著一定間隔層疊六個凸極11突出形成的鐵芯來形成轉子鐵芯18，通過在上述轉子10的中央配設傳遞電動機的驅動力的轉動軸17與上述轉子10一起轉動。為了上述定子20和轉子10的下部支持和轉動而在上部和下部上有軸承19，上述轉子的鐵芯18位於上下軸承19之間。上述驅動控制部通過從檢測上述轉子10的位置和速度等的光檢測器或霍爾檢測器等檢測器30接收檢測信號後生成使順次與互相面對的一對磁場線圈連接的開關的導通/截止的驅動脈衝使電流流過所述一對磁場線圈。開關磁阻電動機具有二個開關SW1、SW2，上述開關在同時進行導通/截止連接互相面對的二個凸極，同時與包圍上述凸極的外周的磁場線圈(W1至W3)連接後，從上述驅動控制部施加的電流流過上述磁場線圈。當電流在上述磁場線圈上流動時，在上述定子20與轉子10之間產生磁阻轉矩(ReluctaneTorque)，使轉子向使磁阻變為最小方向轉動。另外，上述開關磁阻電動機利用磁力使上述轉子10向單一方向轉動驅動地在特定位置上驅動，作為引起上述磁力的二個磁鐵，利用在上述轉子10的圓周面上形成為環形的環形磁鐵15和為了形成與上述環形磁鐵15相互作用的磁力而與上述環形磁鐵對置的停止磁鐵16通過上述轉子在停止狀態時作用在兩磁鐵下的相互引力使上述轉子10固定在使正方向轉矩產生的特定位置上。這時根據形成在電動機上的凸極的個數確定環形磁鐵15的磁極數，如果上述的凸極的個數為n，則上述環形磁鐵15由n個N極和S極構成，上述停止磁鐵16與上述電動機的凸極個數無關具有一個N極和一個S極。當上述開關磁阻電動機的驅動停止時，固定在正方向轉矩產生區域或反方向轉矩產生區域上，在圖3和圖4示出了這種情況。在圖3和圖4中示出的開關磁阻電動機由具有6個凸極11的轉子10和具有6個凸極21的定子20構成。假定轉動控制方向即正向為反時鐘方向。如圖3所示，在轉子10的凸極A′固定的狀態將電流施加在上述定子20的凸極A上時，上述轉子的凸極A′在向要與已施加上述電流的定子20的凸極A配合的方向即使反時鐘方向轉動。把要這樣產生在正向轉動的轉矩的區域稱正向轉矩產生區域，在上述轉子的凸極A′固定在上述正向轉矩發生區域上的狀態施加驅動電流進行安全控制。這時如看圖3中的環形磁鐵15和停止磁鐵16的位置關係，則上述環形磁鐵15的N極和上述停止磁鐵16的S極的各磁鐵的磁極邊界線形成一直線，同時互相面對地生成互相最大的引力，因為通過這樣的最大引力在上述環形磁鐵15和停止磁鐵16之間產生的磁矩(magnettorque)為0，所以上述環形磁鐵不向其以上轉動地穩定地固定。這樣，就把通過上述磁矩變為0使環形磁鐵15和停止磁鐵16的位置形成穩定的平衡的物理位置稱為穩定平衡位置(StableEquilibriumPosition，SEP)。然而當上述環形磁鐵15和停止磁鐵16具有圖4所示的那樣位置關係時，上述轉子10不會固定在正方向轉矩產生區域上。也就是說，上述環形磁鐵15的S極和上述停止磁鐵16的S極因各磁鐵的磁極邊界線形成一直線並完全相對時生成互相後退的最大斥力，通過這樣最大的斥力使上述環形磁鐵15和停止磁鐵16的磁鐵因轉矩變成0而變成不能左右轉動的平衡狀態。然而因為上述兩磁鐵的平衡狀態不是使互相穩定固定的引力平衡狀態而是引起互相後退的斥力的平衡狀態，所以因上述磁鐵的微動使上述兩極鐵的磁極邊界線不成一直線，因在異性磁極相對的瞬間，在上述環形磁鐵15與上述停止磁鐵16之間產生磁轉矩，而向不確定的方向轉動。雖然這樣瞬間變成不平衡狀態，但把其位置不穩定固定的磁鐵的物理位置稱不確定平衡位置(UnstableEquilibriumPosition，UEP)。如果上述兩磁鐵的位置關係處在這樣的不穩狀態，則雖然上述轉子10的凸極A′固定在-30°～0°的範圍，但一旦這時在上述定子20的凸極A上施加電流，上述轉子10的凸極A′就向要與已施加上述電流的定子20的突極A配合的方向即順時針方向轉動。雖然把這樣使向反方向轉的轉矩產生的區域稱為反向轉矩發生區域，但在上述轉子的凸極A′固定在上述反向轉矩產生區域上的狀態施加驅動電流時，上述轉子的凸極A′就向與控制方向相反的方向轉動，從而引起內裝有上述電動的機器中的控制異常，並且使電動機的耐久性下降和引起機器的故障。
發明內容本發明是為解決上述現有技術中的問題而提出的，其目的是提供開關磁阻電動機及其初始驅動方法，所述的初始驅動電動機和方法為了防止電動機的轉子向與所要控制的方向相反方向轉動而通過施加對中脈衝使上述轉子對中(Align)，再通過退出(Release)使上述轉子驅動待機在正向轉矩產生區域，使上述電動機的轉方向控制的安全性和可靠性提高。為了達到上述目的，按照本發明的開關磁阻電動機包括在內側形成n個凸極並在上述凸極上卷繞磁場線圈的定子、在外形成n個凸極並通過在與上述定子之間產生的電磁力轉動的轉子、和包含使n個N極和n個S極在上述轉子周圍配置成環形的環形磁鐵；在上述開關磁阻電動機中還包括與上述環形磁鐵對置地配置並通過在與上述環形磁鐵之間的作用的引力使上述轉子在正方向轉矩產生的區域內製動的停止磁鐵、與上述環形磁鐵的另一側對置地配置並檢測上述轉子的位置和速度信息的檢測手段、和根據由上述檢測手段檢測的上述轉子的位置和速度信息在上述定子上施加驅動脈衝的驅動控制部。另外，按照本發明的開關磁阻電動機的驅動方法，其特徵在於包括在包括檢測驅動待機的轉子的位置的第一步驟的開關磁阻電動機的初始驅動方法中，判斷上述轉子的驅動待機位置是否位於使相對轉動方向反向轉矩發生的反向轉矩發生區域上的第二步驟、根據上述結果判斷上述轉子位於發生反向轉矩的區域時，通過在上述定子上施加定位置脈衝使上述轉子向使轉矩在上述轉子所要轉動的方向發生的正向轉矩發生區域移動的第三步驟、通過向上述定子施加驅動脈衝使驅動待機的轉子在上述正方向轉矩發生區域向正方向轉的第四步驟。圖1是表示一般的開關磁阻電動機構造的剖面圖。圖2是表示一般的開關磁阻電動機構造的剖面圖。圖3是表示開關磁阻電動機的轉子驅動待機的穩定平衡位置的圖。圖4是表示開關磁阻電動機的轉子驅動待機的不穩定平衡位置的圖。圖5是表示本發明的開關磁阻電動機構造的詳細圖。圖6是本發明的開關磁阻電動機的環形磁鐵和停止磁鐵的平面圖。圖7是表示由本發明的開關磁阻電動機的檢測手段生成的脈衝波形的圖。圖8是表示本發明的開關磁阻電動機的轉子對中步驟的圖。圖9是表示本發明的開關磁阻電動機的初始驅動方法的順序圖。具體實施例方式下面參照本發明的優選實施例。因為本發明的構成與圖1至圖2中的說明類似，所以還參照圖5和圖6說明。圖5是表示本發明的開關磁阻電動機構造的詳細圖，圖6是本發明的開關磁阻電動機的環形磁鐵和停止磁鐵的平面圖。開關磁阻電動機(SRM)根據電動機的驅動待機的位置施加對中脈衝，通過施加用於上述電動機的驅動的驅動脈衝的驅動控制部控制。定子具有朝向上下開放的圓筒形的中心部隔著一定間隔突出形成的n個凸極，在上述凸極上卷繞從上述驅動控制部供給電流的磁場線圈。通過在與上述定子之間產生的磁阻轉矩轉動的轉子在圓周的外側形成有層疊隔著一定間隔突出形成n個凸極的鐵心的轉子鐵心180，在上述轉子的中央配設傳遞電動機的驅動力的轉動軸170，與上述轉子一起被轉動驅動。另外，上述開關磁阻電動機利用磁力使上述轉子在特定位置上驅動機，以使在所要控制的方向(正向)轉動驅動，誘發上述磁力的二個磁鐵包括在上述轉子的圓周面上配置成環形的環形磁鐵150、配置在與上述環形磁鐵平行的位置上並形成與上述環形磁鐵150相互作用磁力的停止磁鐵160。上述轉子制動時上述轉子通過作用在上述兩磁鐵上的引力固定在規定的位置上。也就是說，上述環形磁鐵150通過使n個N極與n個S極左右交錯配置，為了與上述轉子一體轉動而嵌入固定在上述轉動軸170的端部上，而上述停止磁鐵160通過使具有與上述環形磁鐵150相同磁極寬度的單獨一個N極和S極與上述環形磁鐵150相對地配置，使在上述環形磁鐵停止磁鐵之間發生作用，從而使上述轉子向正向的轉矩產生區域制動。光檢測器或霍爾檢測器等檢測手段300與上述環形磁鐵150的另一側面對面地配置，以便檢測上述轉子的位置和速度信息，將檢測信號輸出給上述驅動控制部。上述驅動控制部通過生成順次使互相面對面的一對磁場線圈連接的開關導通/截止的驅動脈衝，使上述轉子轉動。當電流在上述固定的磁場線圈上流動時，在上述定子和與轉子之間產生磁阻轉矩(ReluctanceTorque)，使轉向磁阻變成最小的方向轉動。可是，轉子的每個凸極的轉動周期是360°/n，上述N級隨著磁性變化的轉動周期也是360°/6。因此形成在上述轉子和定子的各凸極間的電感(磁感應)波形的周期是60°。與此相關，在圖7中示出了由本發明的開關磁阻電動機的檢測手段生成的脈衝和電感波形圖。上述檢測手段由第一檢測器S1和第二檢測器S2構成，檢測上述環形磁鐵的磁力線的變化分別成第一脈衝信號和第二脈衝信號，各自的脈衝只延遲上述第一檢測器與上述第二檢測器間的角度差，脈衝的周期是60°。上述驅動控制部在從被上述檢測手段輸出的第二脈衝的上升緣信號時到生成上述第一脈衝下緣信號時將感應上述轉子的轉動的驅動脈衝施加在上述定子上，這是與上述第一脈衝和上述第二脈衝的邏輯的公共區間(AND)相同，在圖7的電感的波形上在粗線上處理上述公共區間。這是指電感波形的斜率是正的區間，並且是為了使上述轉子能向正向轉動而產生感應的正向轉距的區域。這樣上述驅動控制部只有在被上述檢測手段300檢測的轉子的位置是在正向轉矩產生區域時通過調節驅動脈衝的寬度控制電動機的轉動速度，如果上述轉子是在反向轉矩產生區域驅動待機中，則通過在上述定子上施加對中脈衝，使上述轉子處在上述正向轉矩產生區域。圖8是表示本發明的開關磁阻電動機的轉子對中(Align)的步驟的圖，圖9是本發明的開關磁阻電動機的初始驅動方法的順序圖，在本實施例中把使電動機所要轉動的方向(正向)設為是反時鐘方向，而把反向設為順時鐘方向。另外，在圖8所示的轉子和固定的凸極數(n)以6個示出，各凸極間的角度為60°，在設施加電流的定子的凸極A的中心為0°時，上述轉子的凸極A′的位置在右側有30°的位移，在左側有30°的位移，為了方便起見，把上述中心的右側用『+』表示，左側表示為『-』。下面參照圖8和圖9說明本發明的開關磁阻電動機的轉子對中步驟和初始驅動方法。首先，通過檢測手段檢測驅動待機中的轉子的位置(L1)。然後通過驅動控制部判定上述被檢測的轉子是否位於反向轉矩產生區域上(L2)，如果上述轉子的位置是在正向轉動產生區域，則就在定子上施加驅動脈衝使上述電動機驅動(L7)，如上述轉子的位置是在反向轉矩發生區域，則在上述定子的突起A上施加對中脈衝(AlignPulse)(L3)。在圖8的第一步驟中示出了這樣的在反向轉矩產生區域驅動待機的轉子100和定子200的位置。這時因為環形磁鐵150和停止磁鐵160互相同極相對而相斥，所以上述轉子100的位置是在非常不穩定的平衡狀態。上述轉子的凸極A′通過施加上述對中脈衝的定子的凸極A與上述轉子的凸極A′之間的引力向磁阻變成最小的方向轉動，從而使與上述定子的凸極A完全對中(L4)。把這樣的過程稱為對中(Align)，如在圖8的第二步驟中示出那樣，這時的環形磁鐵150與停止磁鐵160的位置關係因通過施加在上述定子200上的對中脈衝人為的使上述轉子100完全配合，而在N極與S極的邊界不在一直線的互相不異的磁極相面對。上述對中後使上述對中脈衝停止一定時間(L5)由於在上述定子的凸極A上流過的電流被切斷而在上述轉子100和上述定子200之間通過由環形磁鐵150與停止磁鐵160的位置關係引起的相互引力使N極和S極的邊界線成一直線，因此使上述轉子的突起A′在0°～30°的位置上，把這樣的過程稱為退出(Release)(L6)。上述0°～30°的位置是正向轉矩產生的區域，在圖8的第三步驟中示出了在上述正向轉矩產生區域驅動待機的轉子100和定子200。這樣，上述轉子處在正向轉矩產生區域待機中時，驅動控制部在上述定子上施加驅動脈衝(L7)，通過使上述轉子向正向即反時鐘方向驅動進行上述電機的正確控制(L8)。這樣構成的本發明的開關磁阻電動機及其初始驅動方法，因為通過朝向轉子的驅動待機位置施加對中脈衝進行對中/退出過程使轉子在正向轉矩產生區域待機並對中後施加驅動脈衝，所以因能防止上述轉子的逆向轉動而確保上述電動機的控制的穩定和正確性，並且使採用上述電動機的機器的耐足性和可靠性提高。權利要求1.一種開關磁阻電動機，包括在內側形成n個凸極並在上述凸極上卷繞磁場線圈的定子、在外形成n個凸極並通過在與上述定子之間產生的電磁力轉動的轉子、和包含使n個N極和n個S極在上述轉子周圍配置成環形的環形磁鐵；其特徵在於，在上述開關磁阻電動機中還包括與上述環形磁鐵對置地配置並通過在與上述環形磁鐵之間的作用的引力使上述轉子在正方向轉矩產生的區域內製動的停止磁鐵、與上述環形磁鐵的另一側對置地配置並檢測上述轉子的位置和速度信息的檢測手段、和根據由上述檢測手段檢測的上述轉子的位置和速度信息在上述定子上施加驅動脈衝的驅動控制部。2.如權利要求1所述的開關磁阻電動機，其特徵在於上述環形磁鐵通過能使與上述轉子一體轉動地嵌入在轉動軸的端部固定。3.如權利要求1所述的開關磁阻電動機，其特徵在於上述環形磁鐵的N級與S級左右交錯配置。4.如權利要求3所述的開關磁阻電動機，其特徵在於上述停止環形磁鐵由具有與上述環形磁鐵的N極和S極同寬度的單個的N極和S極構成。5.如權利要求1所述的開關磁阻電動機，其特徵在於上述第一和第二檢測器由水平配置在上述環形磁鐵另一側上的第一檢測器和定位在離開上述第一檢測器一定間隔的第二檢測器構成。6.如權利要求5所述的開關磁阻電動機，其特徵在於上述檢測手段隨著上述環形磁鐵的磁鐵的極性周期的變化分別生成第一脈衝和第二脈衝；上述第一脈衝和上述第二脈衝只延遲上述第一檢測器與上述第二檢測器之間的角度差生成。7.如權利要求6所述的開關磁阻電動機，其特徵在於上述驅動控制部在由上述檢測手段檢測的上述轉子的驅動待機位置是發生反向轉矩區域時，在上述定子上施加對中脈衝。8.如權利要求7所述的開關磁阻電動機，其特徵在於上述驅動控制部在由上述檢測手段檢測的上述轉子的驅動待機位置是正向轉矩發生區域時，從上述檢測器手段生成第一脈衝和第二脈衝的上升緣信號時到生成第一脈衝下降緣信號時施加使上述轉子的轉動的感應驅動脈衝。9.一種開關磁阻電動機的初始驅動方法，其特徵在於包括在包括檢測驅動待機的轉子的位置的第一步驟的開關磁阻電動機的初始驅動方法中，判斷上述轉子的驅動待機位置是否位於使相對轉動方向反向轉矩發生的反向轉矩發生區域上的第二步驟、根據上述結果判斷上述轉子位於發生反向轉矩的區域時，通過在上述定子上施加對中脈衝使上述轉子向使轉矩在上述轉子所要轉動的方向發生的正向轉矩發生區域移動的第三步驟、通過向上述定子施加驅動脈衝使驅動待機的轉子在上述正方向轉矩發生區域向正方向轉動的第四步驟。10.如權利要求9所述的開關磁阻電動機的初始驅動方法，其特徵在於，上述第三步驟包括通過在上述定子上施加對中脈衝使與上述定子的凸極相鄰的轉子的凸極對中後與定子的突極配合的第一過程、和通過使上述對中脈衝施加停止一定時間並通過形成在上述定子和轉子上的磁鐵間的磁力使上述轉子在正向轉矩發生區域退出的第二過程。全文摘要本發明提供一種為了防止轉子向與要控制的方向相反的方向轉動而通過施加對中脈衝使轉子在正向轉矩產生區域內待機驅動的開關磁阻電動機及其初始驅動方法。檢測開關磁阻電動機的轉子驅動待機的位置，如果上述轉子的驅動待機位置是在相對與要轉動的方向的相反的方向產生的反向轉矩產生區域上，則通過在上述定子上施加對中脈衝使上述轉子向正向轉矩產生區域移動後，施加驅動脈衝使上述轉子正向轉動，藉此確保上述電動機的穩定性和可靠性，並且使內裝有上述電動機的機器的耐足性和正確性提高。文檔編號H02K19/16GK1477766SQ0310299公開日2004年2月25日申請日期2003年1月24日優先權日2002年8月23日發明者金相永,李窯漢,林俊英,崔鏞遠申請人:Lg電子株式會社