(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010813046.0
(22)申请日 2020.08.13
(71)申请人 山东省科学院自动化研究所
地址 250014 山东省济南市历下区科院路
19号
(72)发明人 周广旭 朱孟美 宋宁冉 慕永云
高佳 郭磊
(74)专利代理机构 济南圣达知识产权代理有限
公司 37221
代理人 张庆骞
(51)Int.Cl.
H02P 25/092(2016.01)
H02P 23/26(2016.01)
(54)发明名称
(57)摘要
本发明属于电机控制领域，提供了一种开关
磁阻电机控制器及其能量流控制方法。开关磁阻
电机控制器包括功率变换电路，其输入端连接直
流电源，输出端连接储能电容；所述功率变换电
路包括第一能量控制支路、第二能量控制支路和
续流支路，第一能量控制支路用于控制直流电源
能量传递至电机绕组，第二能量控制支路用于控
制储能电容能量传递至电机绕组，续流支路用于
当第一能量控制支路和第二能量控制支路断路
时，为电机绕组电流续流；储能电容，其用于存储
直流电源和电机绕组中的能量，在直流电源能量
低于预设阈值时，将存储的能量释放到电机绕
组，
来保持电机绕组电流恒定。权利要求书1页 说明书4页 附图5页CN 112152541 A 2020.12.29
C N 112152541
A
1.一种开关磁阻电机控制器，其特征在于，包括：
功率变换电路，其输入端连接直流电源，输出端连接储能电容；所述功率变换电路包括第一能量控制支路、第二能量控制支路和续流支路，第一能量控制支路用于控制直流电源能量传递至电机绕组，第二能量控制支路用于控制储能电容能量传递至电机绕组，续流支路用于当第一能量控制支路和第二能量控制支路断路时，为电机绕组电流续流；
储能电容，其用于存储直流电源和电机绕组中的能量，在直流电源能量低于预设阈值时，将存储的能量释放到电机绕组，来保持电机绕组电流恒定。
2.如权利要求1所述的开关磁阻电机控制器，其特征在于，所述第一能量控制支路上依次串接有第一功率开关管、电机绕组和第三功率开关管；所述第二能量控制支路上依次串接有第二功率开关管、电机绕组和第三功率开关管。
3.如权利要求2所述的开关磁阻电机控制器，其特征在于，所述第二功率开关管与第一二极管并联连接。
4.如权利要求1所述的开关磁阻电机控制器，其特征在于，所述续流支路包括第一续流支路和第二续流支路，第一续流支路上依次串接有电机绕组、第二二极管、储能电容和第三二极管且形成第一续流回路；
第二续流支路上依次串接有电机绕组、第三功率开关管和第三二极管且形成第二续流回路。
5.如权利要求1所述的开关磁阻电机控制器，其特征在于，所述储能电容的一端连接在第一二极管与第二二极管连接处，另一端连接直流电源的负极。
6.如权利要求1所述的开关磁阻电机控制器，其特征在于，所述直流电源包括交流电源和桥式整流电路，桥式整流电路用于将交流电源转换为直流电源。
7.一种如权利要求1-6中任一项所述的开关磁阻电机控制器的控制方法，其特征在于，包括：
根据储能电容的电压与运行阈值比较，判断是否通过直流电源为储能电容补充能量；当储能电容充电完成后，判断直流电源的能量是否满足独立供电条件，若是，则第一能量控制支路导通，由直流电源单独为电机绕组供电；否则，第二能量控制支路也导通，由直流电源和储能电容共同为电机绕组供电。
8.如权利要求7所述的开关磁阻电机控制器的控制方法，其特征在于，当储能电容的电压大于运行阈值时，判断储能电容充电完成。
9.如权利要求7所述的开关磁阻电机控制器的控制方法，其特征在于，判断是否接收到停止运行信号，若是，则储能电容能量通过电机绕组消耗完毕，然后停止运行功率变换电路；若否，则继续判断直流电源的能量。
10.如权利要求7所述的开关磁阻电机控制器的控制方法，其特征在于，在直流电源单独给电机绕组提供能量时，通过续流支路将电机电流和能量延续。
权 利 要 求 书1/1页CN 112152541 A
开关磁阻电机控制器及其能量流控制方法
技术领域
[0001]本发明属于电机控制领域，尤其涉及一种开关磁阻电机控制器及其能量流控制方法。
背景技术
[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
[0003]目前环保节能的要求，需要在电机控制系统输入侧实现较高的功率因数。发明人发现，现有电机控制器都需要单独的有源功率因数电路，这样会增加系统成本造成竞争优势不明显，尤其在小功率的应用场合造成比其他电机成本高。
发明内容
[0004]为了解决上述问题，本发明提供一种开关磁阻电机控制器及其能量流控制方法，其能在实现电机运行的同时具有源功率因数校正功能，保证电机正常运转，同时实现输入侧功率因数的显著提高。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0006]本发明的第一个方面提供一种开关磁阻电机控制器。
[0007]在一个或多个实施例中，一种开关磁阻电机控制器，包括：
[0008]功率变换电路，其输入端连接直流电源，输出端连接储能电容；所述功率变换电路包括第一能量控制支路、第二能量控制支路和续流支路，第一能量控制支路用于控制直流电源能量传递至电机绕组，第二能量控制支路用于控制储能电容能量传递至电机绕组，续流支路用于当第一能量控制支路和第二能量控制支路断路时，为电机绕组电流续流；[0009]储能电容，其用于存储直流电源和电机绕组中的能量，在直流电源能量低于预设阈值时，将存储的能量释放到电机绕组，来保持电机绕组电流恒定。
[0010]本发明的第二个方面提供一种开关磁阻电机控制器的控制方法。
[0011]一种开关磁阻电机控制器的控制方法，包括：
[0012]根据储能电容的电压与运行阈值比较，判断是否通过直流电源为储能电容补充能量；
[0013]当储能电容充电完成后，判断直流电源的能量是否满足独立供电条件，若是，则第一能量控制支路导通，由直流电源单独为电机绕组供电；否则，第二能量控制支路也导通，由直流电源和储能电容共同为电机绕组供电。
[0014]与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0015](1)本发明电机控制器拓补结构简单，器件数量少，节省成本；
[0016](2)本发明的控制策略容易实现，不需要昂贵的控制芯片；
[0017](3)本发明采用简单的控制算法就能实现电源能量和电容能量到电机绕组；[0018](4)本发明能够单独控制电源能量和电容能量，实现两种能量对电机绕组能量的
解耦控制。
[0019](5)本发明能够将电机绕组能量反馈到电容中，起到能量回收的作用，保证系统具有较高的运行效率。
附图说明
[0020]构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0021]图1是本发明实施例的开关磁阻电机控制器拓补结构；
[0022]图2是本发明实施例的能量流控制流程图
[0023]图3是本发明实施例的电源给电容充电模式；
[0024]图4是本发明实施例的电源激励电机绕组模式；
[0025]图5是本发明实施例的电机绕组续流模式；
[0026]图6是本发明实施例的电机绕组能量给电容充电模式；
[0027]图7是本发明实施例的电源和电容同时激励电机绕组模式；
[0028]图8是本发明实施例的电容激励电机绕组模式。
具体实施方式
[0029]下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0030]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0031]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0032]在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
[0033]本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
[0034]本实施例的一种开关磁阻电机控制器，包括：
[0035]功率变换电路，其输入端连接直流电源，输出端连接储能电容；所述功率变换电路包括第一能量
控制支路、第二能量控制支路和续流支路，第一能量控制支路用于控制直流电源能量传递至电机绕组，第二能量控制支路用于控制储能电容能量传递至电机绕组，续流支路用于当第一能量控制支路和第二能量控制支路断路时，为电机绕组电流续流；[0036]储能电容，其用于存储直流电源和电机绕组中的能量，在直流电源能量低于预设
阈值时，将存储的能量释放到电机绕组，来保持电机绕组电流恒定。
[0037]具体地，第一能量控制支路上依次串接有第一功率开关管、电机绕组和第三功率开关管；所述第二能量控制支路上依次串接有第二功率开关管、电机绕组和第三功率开关管。
[0038]其中，所述第二功率开关管与第一二极管并联连接。
[0039]所述续流支路包括第一续流支路和第二续流支路，第一续流支路上依次串接有电机绕组、第二二极管、储能电容和第三二极管且形成第一续流回路；第二续流支路上依次串接有电机绕组、第三功率开关管和第三二极管且形成第二续流回路。
[0040]在具体实施中，储能电容的一端连接在第一二极管与第二二极管连接处，另一端连接直流电源的负极。
[0041]此处需要说明的是，直流电源可包括交流电源和桥式整流电路，桥式整流电路用于将交流电源转
换为直流电源。直流电源也可直接为现有的直流电源产品。
[0042]下面以交流电源和桥式整流电路构成直流电源为例：
[0043]本实施例的开关磁阻电机控制器，包括：
[0044]交流到直流的桥式整流电路，将交流电源变换成直流电源。该电路的工作原理：在电源的正半周，D1、D4导通，D2、D3截止，电流由电源上端经D1→Q1→D4回到电源下端。在电源的负半周，D1、D4截止，D2、D3导通，电流由电源的下端经D3→Q1→D2回到电源的上端。[0045]如图1所示，在本实施例中，功率变换电路包括功率开关Q1、Q2、Q3，二极管D5、D6、D7。功率开关Q1、电机绕组、Q3组成能量控制支路，将控制交流电源能量到电机绕组。功率开关Q2、电机绕组、Q3组成能量控制支路，将控制电容能量到电机绕组。二极管D5、D6、D7，在Q1、Q2、Q3关断的时候，将上述两个步骤的电机绕组能量进行续流。
[0046]具体地，储能电容将电源和电机绕组中的能量进行存储，在电源能量不满足单独为电机绕组供电的时候，释放到电机绕组，来保持电机绕组电流恒定。
[0047]本实施例的电机控制器拓补结构简单，器件数量少，容易实现；简单的控制算法就能实现电源能量和电容能量到电机绕组。
[0048]其中，交流输入电源的一个工作周期内的工作方法，假设功率开关、二极管都为理想元件：本实施例的桥式整流电路的工作原理为：
[0049]在电源的正半周，D1、D4导通，D2、D3截止，电流由电源上端经D1→Q1→D4回到电源下端。在电源的负半周，D1、D4截止，D2、D3导通，电流由电源的下端经D3→Q1→D2回到电源的上端。
[0050]如图2所示，系统启动后，本实施例的电机控制器运行控制过程为：
[0051]步骤一，判断储能电容电压是否大于设定储能电容电压阈值，如果否，则需要充电，Q1导通，通过电源给电容补充能量，如图3所示；如果是，则跳到第三步。
[0052]如图3所示，功率开关Q1导通，电流支路1经过二极管D1、功率开关Q1、二极管D5、储能电容正极、储能电容负极和二极管D4形成回路1。电流支路2经过二极管D1、功率开关Q1、电机绕组、二极管D6、储能电容正极、储能电容负极和二极管D4形成回路2。在这个过程中，电源通过上述元件给储能电容C充电。
[0053]步骤二，判断储能电容电压大于运行阈值，如果是，电容充电完成，关断Q1，执行第三步；否则继续执行第一步。该运行阈值为：交流电源全波整流后的直流数值乘以阈值系数
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