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开关磁阻电机驱动系统的位置检测方法综述 作 者：华中科技大学电气与电子工程学院 开关磁阻电机课题组 1 引言 开关磁阻电动机驱动系统(srd)是较为复杂的机电一体化装置，srd 的运行需 要在线实时检测的反馈量一般有转子位置、速度及电流等，然后根据控制目标综 合这些信息给出控制指令，实现运行控制及保护等功能。转子位置检测环节是 srd 的重要组成部分，检测到的转子位置信号是各相主开关器件正确进行逻辑切 换的根据，也为速度控制环节提供了速度反馈信号。 从前面介绍的srd 工作原理中可看到，该系统的工作必须得到一个定转子相 对位置的信息，即转子当时所处的位置以确定相应相绕组的通断，这个任务将由 位置检测器来完成。srd 对位置检测器的一般要求是应具有精度高、电路简单、 工作可靠、抗干扰能力强等特点。实现位置检测的方法有很多种，从大的方面分， 可分为直接位置检测技术和间接检测技术两大类，下文将分别加以介绍。 2 直接位置检测技术 直接位置检测方案是在srd 中专门增设位置传感器的方法来实现位置检测功 能。常见的直接位置检测器类型有:光电式、电磁式、磁敏式、接近开关式等。 下面介绍srd 中用的最多的光电式位置传感器的工作原理。 光电式位置传感器一般由装在转子上的码盘与装在定子或机壳上的光电检 测元件构成。码盘有与开关磁阻电机转子凸极、凹槽数相等的齿、槽，且均匀分 布。按照所用光电元件个数与开关磁阻电机相数的关系，光电位置检测方案可以 分为全数检测方案和半数检测方案两种。全数检测所用光电元件个数为电动机相 数 m;而半数检测方案所用的光电器的个数为相数的一半。两种检测方案相邻光 电元件之间的夹角 θg 与电机转子极距τr 的关系均可由下式决定: (1) 以8/6 极四相开关磁阻电机的位置检测为例，如图1 所示，码盘安装在转 子轴上与转子同步旋转，其齿槽数与转子的凸极、凹槽数一样为6，而且均匀分 布，所占角度均为30 °，如果按照式(1)分布光电元件，则相邻夹角为75 °的四 个光电脉冲发生器p1 、p2 、p3 、p4 固定在定子上。 图1 光电式位置传感器位置检测原理图 图2 光电开关电路原理图 光电开关由发光二极管与光敏三极管组成，电路原理如图2 所示。当码盘上 的齿部挡住光电开关时，光电开关输出为高电平，在码盘的槽部位置，光敏三极 管接收到发光二极管的信号而导通，输出为低。在转子匀速旋转时，转子每转过 1 转每个光电开关的输出信号都是占空比为50%的方波，p1 、p2 、p3 、p4 的信号 的相位依次相差90 °，但是这样p1 和p3 相位就相差180°，其中一个信号的上 升沿和另外一个的下降沿重合，p2 和p4 之间也存在同样的问题。对这种布置方 式，当码盘转过某个位置跳变沿时，会有2 个开关同时动作，如果码盘制造有误 差或光电开关安放有误差将使应该同时动作的光电开关的动作产生先后，这将引 起错码及乱码。所以实际中使用全数检测方法时往往采用改进的方法将 p3 、p4 调整移到7.5 °到p3 ′、p4 ′，如图1 所示。p1 、p2 、p3 ′、p4 ′的高低电平组 成的码值也示意于图3 中。可见，当采用改进的全数检测方法，按照图示的转向 编码器可依次得到 8 个不同的码值 1110→1100→1000→1001→0001→0011→ 0111→0110，这8 个码值周期性的重复，将一个60 °转子周期τr 分成8 个区域。 这样不但避免了应该同时动作的光电开关的动作产生先后引起的错码及乱码，而 且将原来是将τr 分成4 个区域，现在细分为8 个区域，提高了位置检测的精度。 对于电机转向的判断，可根据位置变化的规律来判别，若 1110→1100→1000→ 1001→0001→0011→0111→0110 为正转，若反序变化则为反转。也可根据p1 、 p2 、p3 ′、p4 ′四个电平上跳沿的次序来判别转向。 如果是采用半数检测方法时，即采用p1 、p2 两个光电脉冲发生器检测转子 位置，这时得到的码值为 11→10→00→01，这 4 个码值周期性的重复，将一个 60 °转子周期τr 分成四个区域。所以从理论上来看，采用半数检测方法完全可 以实现位置检测的功能，p3 、p4 两个光电脉冲发生器并不是必需的，只用p1 、 p2 两个光电脉冲发生器就可以简化硬件，降低成本。但