專利名稱：用于保持可變磁阻電動機動力的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電動機控制電路，尤其涉及一種增進電動機性能如可變磁阻電動機性能的電感切換電路。
背景技術：
傳統的可變磁阻電動機采用多個線圈(下文稱“相線圈”)操作，每個線圈對應電動機的一相并包括固定的線圈匝數。在每個相線圈中的電流在轉子磁極每次經過定子磁極時被接通和斷開。這種配置產生使得轉子相對于定子移動的磁動勢。
傳統的可變磁阻電動機所帶來的問題是，在高速下由該電動機所提供的電動機動力(回轉馬達為轉矩)的減少，就是說，在該速度下由于相線圈的電感，電動機相線圈中的電流不會達到預期值。在工業上，實際上總需要電動機能在較高速度下有效運行。因此，最好要克服傳統電動機的上述性能限制，包括在較高速度下獲得較高的電動機動力。
發明內容
本發明提供一種用于在電動機速度增加時，保持由包括至少一個相線圈的可變磁阻電動機所提供的動力(回轉馬達為轉矩)的方法和設備。該設備包括以下步驟檢測電動機的速度，并根據檢測的速度改變相線圈的電感。該設備包括一個檢測電動機速度的電動機速度傳感器，和根據檢測的速度將相線圈的電感從第一值切換到第二值的電感開關。本發明的一個實施例包括一個電感補償電路，以補償在切換相線圈電感時負載電感的變化。
結合附圖閱讀可更好的理解以舉例的方式而不是限制有關發明的方式所涵蓋的發明的上文內容以及最佳實施例的下列詳細說明。
圖1是本發明設備的框圖。
圖2是本發明另一個實施例的框圖。
圖3為圖1所示的伺服放大器的詳圖。
圖4是說明在兩個T值時電動機動力和電動機速度之間關系的曲線圖，其中T是相線圈的匝數。
具體實施例方式
圖1說明了本發明電動機系統200的一個典型實施例。電動機系統200包括具有至少一個電動機繞組206(下文稱作“相線圈”206)的電動機204。相線圈206包括至少一個具有第一匝數Na的第一線圈部分206a，和具有第二匝數Nb的第二線圈部分206b。
通常，由電動機提供給負載的動力或轉矩在電動機速度增加時趨于減小。減小的速率與電動機相線圈的電感有關。相線圈的電感與線圈包含的匝數有關。圖4說明了兩條動力曲線A和B。曲線將電動機動力表示為電動機速度的函數。曲線A表示電動機在相線圈中有T1(如50)匝。曲線B表示電動機在相線圈中有更少數的T2(如25)匝。如圖所示，在電動機速度較低時，例如低于約1.75米/秒，由曲線A所表示的動力高于曲線B所表示的動力。然而，當電動機速度增加，超過約1.75米/秒時，曲線A所表示的動力減少到曲線B所表示的動力以下的一個值。
本發明利用了圖4所示的曲線A和曲線B的關系，在電動機速度的“臨界值”時，將相線圈206的匝數從一個較高值如T1切換到一個相對較低值如T2。臨界值為C點，在這里曲線A和B相交。以這種方式切換匝數具有在電動機速度增加時將電動機動力保持同樣大的效果。
為實現這種切換，如圖1所示，系統200包括開關203。開關203與第一線圈部分206a和第二線圈部分206b相連，這樣使得包括相線圈206的總匝數可在第一匝數T1和第二匝數T2之間切換。在圖1所示的實施例中，第一線圈部分206a和206b串聯連接。因此，當開關203被設置于位置A時，相線圈206的總匝數為(1)T1＝Na+Nb當開關203被設置于位置B時，相線圈206的總匝數為
(2)T2＝Nb圖2中說明了本發明另一個實施例，其中第一線圈部分206a和第二線圈部分206b是獨立切換的線圈部分。當開關203被設置于位置A時，相線圈203的總匝數為(3)T1＝Nb當開關203設置于位置B時，相線圈206的總匝數為(4)T2＝Na那些普通的技術人員將會認識到線圈部分的配置變化，并提供開關用以實現在第一電感值(T1)和第二電感值(T2)之間切換。所有這些布置都屬于本發明的范圍。
回到圖1，系統200還包括連接到電動機204的傳感器205。傳感器205是用于檢測電動機速度并提供表示所檢測的電動機速度的輸出信號210的一個常用的可買到的電動機速度傳感器。在所示的實施例中，信號210作為一個反饋信號提供給電動機驅動電路220。電動機驅動電路220包括典型的電動機驅動元件，如伺服控制器201和伺服放大器202。然而，與常用的電動機驅動電路相反，電路220還包括一個比較電路230，它具有提供給電感開關203的輸出信號250。
比較電路230接收反饋信號210并將它與參考信號231相比較。參考信號231代表在圖4中C點表示的電動機速度臨界值。在本發明的一個實施例中，參考信號231設置為表示電動機速度約1.75米/秒的一個值。當反饋信號210逼近臨界值時，滿足比較條件，而比較電路230向開關203提供一個切換信號250，使得開關203從位置A切換到位置B。因此，相線圈206的匝數T從較高值T1被切換到較低電感的值T2。當電動機204在較高速度運行時，與較低值時提供的動力相比，較高值趨于增加由電動機204提供的動力。
當相線圈206的匝數從T1切換到T2時，在伺服放大器202輸出端所能看到的負載磁阻發生變化。通常，商業可得到的伺服放大器最好在有限的負載電感范圍運行。因此，本發明的一個實施例包括一個如圖3所示的負載電感補償電路260。當包括相線圈206的匝數從T1(低速)切換到T2(高速)時，電路260補償負載電感的變化。為此，切換信號250被提供給電感補償開關261，以及電感開關203。
當電動機速度反饋信號210低于參考信號231時，電感補償開關261位于位置A。在該位置，電阻R2與補償電路260斷開。當電動機204的速度，如反饋信號210所代表的，變得大于參考信號231時，切換信號250使得開關261切換至位置B。在該位置，電阻R2與補償電路260相連。
基于脈沖寬度調制器(PWM)的放大器22通過開關203連接于相線圈206。基于脈沖寬度調制器(PWM)的放大器22由電流誤差放大器21的輸出控制。基于脈沖寬度調制器的放大器22也向電流誤差放大器21提供與電動機204的相線圈206中的電流成比例的電流監視信號。比較電流監視信號與電流參考信號241。電流參考信號與電流監視信號之間的差由放大器21放大并提供給脈沖寬度調制器22。電流誤差放大器21的放大系數由負載電感補償電路260控制。如前面所討論的，放大系數因相線圈206的匝數從T1到T2的變化而變化，反之亦然。
對于一種合適的可變負載電感補償電路的詳細實例，見Zalesski的美國專利5912542。
在本發明的一個實施例中，傳感器205檢測電動機204的速度。在另一個實施例中，傳感器205檢測電動機204的位置。本發明的一個實施例還包括根據電動機204的速度產生反饋信號的一個處理器。檢測電動機速度或位置的傳感器是已知的和易于商業得到的。在本發明的一個實施例中，反饋電路205連續地確定電動機的速度。在本發明的另一個實施例中，反饋電路206在以時間間隔采樣電動機速度。在一個實施例中，反饋信號是數字信號而在另一個實施例中是模擬信號。在一個實施例中，臨界速度被預定并存儲在系統控制器201中。
在本發明的一個實施例中，開關203是由切換信號250控制的單投雙極開關。在一個實施例中，開關203是一種固態開關。開關203要選擇能耐受所需要的電流以便于操縱電動機204。在一個典型的實施例中，開關203在至少30安培的峰-峰值的交流下運行。在本發明的另一個實施例中，開關203在相線圈206中的電流標稱為零時啟動。
在本發明的一個實施例中，電動機204為一線性可變磁阻電動機。在本發明的另一個實施例中，電動機204為一旋轉可變磁阻電動機。在本發明的一個實施例中，電動機204包括三相繞組。然而，本發明適用于具有二相、三相及多相繞組的電動機。
當體現本發明的典型系統和方法借助舉例的方式被展示時，當然要明白，本發明不限于這些實施例。可以由熟練的技術人員完成這些修改，尤其是根據前文所述的啟示。例如，前面提到的實施例中的每個元件可以單獨使用或者與其它實施例中的元件組合使用。
權利要求
1.一種用于保持由包括至少一個相線圈的電動機所提供的動力的萬法，該方法包括以下步驟檢測所述電動機的速度；及根據所述檢測速度改變所述相線圈的電感。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于改變所述相線圈電感的步驟包括將所述相線圈的匝數從一個第一匝數改變為一個第二匝數的步驟。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于改變所述相線圈電感的步驟通過將所述相線圈的匝數從一個第一值切換到一個第二值來進行。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于當所述檢測速度達到一個參考速度時進行切換。
5.如權利要求3所述的方法，其特征在于當所述檢測速度約為使所述電動機的一個相線圈磁芯發生飽和的速度時，進行切換。
6.如權利要求4所述的方法，其特征在于所述參考速度為這樣的電動機速度，在該速度時對應于所述相線圈的第一匝數(T1)的電動機動力與對應于所述相線圈的第二匝數(T2)的電動機動力大致相同。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于還包括補償所述電動機的所述相線圈的所述電感變化的步驟。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述電動機為一可變磁阻電動機。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于所述可變磁阻電動機為一線性電動機。
10.如權利要求8所述的方法，其特征在于所述可變磁阻電動機為一回轉馬達。
11.一種在包含至少一個相線圈的電動機中用于保持電動機的動力的系統，包括一個連接于所述電動機的傳感器，所述傳感器提供一個表示所述電動機速度的反饋信號；一個用于比較所述反饋信號與一個參考信號并根據所述比較的結果提供一個切換信號的比較電路，一個開關，它連接于所述比較電路并響應所述切換信號，使得所述相線圈的匝數根據所述反饋信號的值從一個第一值切換到一個第二值。
12.一種包括至少一個具有第一匝數的相線圈的電動機系統，所述系統包括一個連接于所述電動機用于檢測所述電動機速度的電動機速度傳感器；一個連接于所述電動機的所述相線圈的開關；一個驅動電路，它連接于所述電動機速度傳感器及所述開關，使得所述開關在所述電動機的速度達到一參考值時將所述相線圈的匝數從所述第一匝數切換到第二匝數。
13.如權利要求12所述的電動機，其特征在于所述電動機為一可變磁阻電動機。
全文摘要
本發明提供一種在電動機速度增加時，用于保持由可變磁阻電動機所提供的動力或轉矩的方法和設備。該方法包括如下步驟檢測電動機(204)的速度并根據檢測的速度改變電動機相線圈(206)的匝數。該設備包括一個用于檢測電動機(204)的速度的電動機速度傳感器(205)，和一個根據檢測的速度用于將相線圈(206)的匝數從第一值切換到第二值的電感開關(203)。本發明的一個實施例包括一個電感補償電路(260)，以補償在切換相線圈的匝數時負載電感的變化。
文檔編號H02P25/08GK1550062SQ02816892
公開日2004年11月24日 申請日期2002年7月10日 優先權日2001年7月12日
發明者斯坦尼斯拉斯·W·杰尼斯維茲, 達林·M·維斯, 安德魯·澤萊斯基, 澤萊斯基, M 維斯, 斯坦尼斯拉斯 W 杰尼斯維茲 申請人:特拉華資本形成公司