SE466425B

SE466425B - Method and device for starting an electrical machine with varying reluctance

Info

Publication number: SE466425B
Application number: SE9002217A
Authority: SE
Inventors: P Zellman
Original assignee: Ems Electronic Motor Systems
Priority date: 1989-12-27
Filing date: 1990-06-21
Publication date: 1992-02-10
Also published as: SE9002217D0; SE9002217L; SE8904370D0

Abstract

The invention concerns a method and a device for starting an electrical machine with three or more phase circuits (Phase 1 - Phase 3) with varying reluctance dependant upon the position of the machine's rotor in relation to its stator, in order to give a choice of which phase circuit or circuits are to be connected in order to provide a torque in a required direction. The machine's reluctance cycle is divided into a number of rotor position angled zones (zone 1 - zone 6) where, for a size L with clear relation to the machine's reluctance value in at least two of the machine's phase circuits, there is a clear relation between these sizes within each zone. Comparison of the size ratio between the measured sizes is determined and thereby the zone, which gives the rotor's position in relation to the stator. Guided by the zone obtained, connection is made of the phase circuit or circuits which provide a driving force in the required direction. <IMAGE>

Description

15 20 25 30 35 466 425 2 Ett problem, som dock inte har lösts på tillfredsställande sätt med de i dessa skrifter beskrivna utförandena är hur maskinen skall startas. 15 20 25 30 35 466 425 2 A problem which, however, has not been solved satisfactorily with the embodiments described in these publications is how to start the machine.

Eftersom induktansen indirekt är ett mått på reluktansen, utgör de i de nämnda skrifterna beskrivna drivkretsarna exempel på utföranden, som praktiskt kan utnyttjas som grund- val för att åstadkoma start av en reluktansmaskin. Dessa drivkretsar beskrivs icke närmare här. Uppfinningen är emel- lertid inte begränsad till användning tillsammans med dessa drivkretsar utan är giltig för alla system, där reluktansen eller en till denna kopplad storhet kan mätas eller avkännas i maskinens olika magnetkretsar.Since the inductance is indirectly a measure of the reluctance, the drive circuits described in the mentioned publications constitute examples of embodiments which can practically be used as a basis for effecting the start of a reluctance machine. These driving circuits are not described in more detail here. However, the invention is not limited to use with these drive circuits but is valid for all systems, where the reluctance or a quantity connected to it can be measured or sensed in the various magnetic circuits of the machine.

Maskiner av den för uppfinningen aktuella typen innefattar en stationär del, här benämnd stator vare sig det rör sig om en roterande eller linjär maskin, och en rörlig del, rotor. Både stator och rotor är normalt utförda i mjukmagnetiskt mate- rial, såsom mjukmagnetiskt järn, med utpräglade tandformade poler. Flödesgenererande lindningar för de olika faserna och polerna är vanligtvis applicerade på statorn, vilket ger en gynnsam drift med avseende på mekanisk uppbyggnad, drift- säkerhet, arbetstemperatur etc, men de kan dock sitta på rotorn istället, om så önskas. I speciella maskinutföranden används en kombination av varierande reluktans och permanent- magneter. Exempel på ett sådant är den s.k. hybrid-steg- motorn.Machines of the type relevant to the invention comprise a stationary part, here called stator, whether it is a rotating or linear machine, and a moving part, rotor. Both stator and rotor are normally made of soft-magnetic material, such as soft-magnetic iron, with pronounced tooth-shaped poles. Flow-generating windings for the different phases and poles are usually applied to the stator, which gives a favorable operation with regard to mechanical construction, operational safety, working temperature, etc., but they can be mounted on the rotor instead, if desired. In special machine designs, a combination of varying reluctance and permanent magnets is used. An example of such is the so-called the hybrid stepper motor.

Gemensamt för maskiner, som utnyttjar varierande reluktans, är att dessa skall styras så, att ström flyter genom maskin- lindningarna, endast när reluktansen för varje enskild lind- ningskrets antingen ökar med rotorlägesändringen, vilket gäller för generatordrift, eller minskar med rotorläges ändringen, vilket gäller för motordrift. Av detta komer det rotorlägesberoende, som diskuterats ovan.Common to machines utilizing varying reluctance is that they should be controlled so that current flows through the machine windings, only when the reluctance of each individual winding circuit either increases with the rotor position change, which applies to generator operation, or decreases with the rotor position change, which applies to engine operation. From this comes the rotor position dependence discussed above.

För enkelhets skull beskrivs uppfinningen i fortsättningen endast för roterande maskiner. Allt som beskrivs gäller dock även för linjära maskiner. 10 15 20 25 30 35 3 466 42så Syftet med uppfinningen är att åstadkomma ett förfarande för inkoppling och start av en maskin med varierande reluktans, som går ut på att ta reda på vilken eller vilka faskretsar, som skall inkopplas för att vridmoment skall erhållas i önskad riktning.For the sake of simplicity, the invention is hereinafter described only for rotating machines. However, everything described also applies to linear machines. The object of the invention is to provide a method for switching on and starting a machine with varying reluctance, which is to find out which phase circuit (s) are to be switched on in order to obtain torque in desired direction.

Ovan nämnda syfte uppnås med ett förfarande, som erhållit de i patentkravet 1 angivna kännetecknen. Vidareutvecklingar och ytterligare särdrag hos uppfinningen samt en anordning för att utföra förfarandet anges i de övriga patentkraven.The above-mentioned object is achieved by a process which has obtained the features stated in claim 1. Further developments and further features of the invention as well as a device for carrying out the method are set out in the other claims.

Enligt uppfinningen avkänns reluktansen i maskinens magnet- kretsar, vilket ger information om rotorns absolutläge inom en reluktanscykel. Genom den för uppfinningen karakteristiska metoden att avkänna och behandla denna information, kan alltid rätt faskrets väljas så, att maximalt moment erhålles i önskad riktning. Metoden utgår från att reluktanscykeln kan indelas i ett visst antal zoner, där varje zon har ett unikt storleksförhållande mellan reluktansvärdena för de olika faserna. För att bestämma i vilken av dessa zoner rotorn befinner sig, jämförs de uppmätta värdena med varandra så, att storleksordningen fastläggs.According to the invention, the reluctance is sensed in the magnetic circuits of the machine, which provides information about the absolute position of the rotor within a reluctance cycle. By the method characteristic of the invention to sense and process this information, the correct phase circuit can always be selected so that maximum torque is obtained in the desired direction. The method assumes that the reluctance cycle can be divided into a certain number of zones, where each zone has a unique size ratio between the reluctance values for the different phases. To determine in which of these zones the rotor is located, the measured values are compared with each other so that the order of magnitude is determined.

I första hand lämpar sig förfarandet enligt uppfinningen för maskiner av ovan mämnda typ, vilka ej är försedda med fysiska rotorlägesgivare, men förfarandet kan även tillämpas för maskiner, i vilka rotorlägesgivare med begränsad funktion utnyttjas.The method according to the invention is primarily suitable for machines of the above-mentioned type, which are not provided with physical rotor position sensors, but the method can also be applied to machines in which rotor position sensors with limited function are used.

Uppfinningen förutsätter, att det sker mätning eller avkän- ning av reluktansen eller en till denna kopplad storhet, t.ex. induktansen, i maskinens olika magnetkretsar. Denna mätning eller avkänning görs på sådant sätt, att information om rotorläget erhålles, sådan att inkoppling av maskinen kan ske på ett tillförlitligt sätt utifrån denna information.The invention presupposes that measurement or sensing of the reluctance or a quantity connected to it takes place, e.g. the inductance, in the various magnetic circuits of the machine. This measurement or sensing is done in such a way that information about the rotor position is obtained, so that the machine can be connected in a reliable manner based on this information.

Därigenom uppnås önskat drifttillstånd hos maskinen, t.ex. maximalt moment i önskad drivriktning, om maskinen är en drivmotor. i 10 15 20 25 30 35 466 425 Kort figgrbeskrivning Uppfinningen beskrivs närmare nedan under hänvisning till de bifogade ritningarna, där a fig. 1 visar schematiskt ett diagram över induktans och statiskt moment som funktion av rotorläget för en reluktansmotor med tre separata faser med var sin lindningskrets, visar schematiska kurvor över induktansen och zonindelningen för de tre olika faserna i samma maskin som i fig. 1 i ett och sama diagram, visar diagram över uppmätta kurvor över det verkliga statiska momentet och den verkliga induktansen-för en tillverkad 3-fas SR-motor av en typ för vilken uppfinningen är avsedd, och visar en utföringsform av en styranordning för en reluktansmotor för att utföra förfarandet enligt uppfinningen. a fig. 2 fig. 3 fig. 4 Detaljerad figgrbeskrivning I fig. 1 visas schematiska kurvformer för statiskt moment T streckat och för induktans L heldraget för en trefas reluk- tansmaskin, vilken har en reluktanscykel, som kan indelas i sex zoner zon 1 - zon 6. Kurvorna för de tre faserna Fas 1, Fas 2 och Fas 3 visas separat i tre olika diagram under varandra. I figuren ser man att zongränserna utgörs av de lägen, där två faser har lika stort värde på induktansen.Thereby the desired operating condition of the machine is achieved, e.g. maximum torque in the desired drive direction, if the machine is a drive motor. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention is described in more detail below with reference to the accompanying drawings, in which: Fig. 1 schematically shows a diagram of inductance and static torque as a function of the rotor position of a reluctance motor with three separate phases, each with its own winding circuit, shows schematic curves of the inductance and zoning for the three different phases in the same machine as in Fig. 1 in one and the same diagram, shows diagrams of measured curves of the actual static moment and the actual inductance-for a manufactured 3-phase SR motor of a type for which the invention is intended, and shows an embodiment of a control device for a reluctance motor for carrying out the method according to the invention. Fig. 2 Fig. 3 Fig. 4 Detailed Fig. Description Fig. 1 shows schematic waveforms for static moment T dashed and for inductance L solid for a three-phase reluctance machine, which has a reluctance cycle, which can be divided into six zones zone 1 - zone 6. The curves for the three phases Phase 1, Phase 2 and Phase 3 are shown separately in three different diagrams below each other. The figure shows that the zone boundaries consist of the positions where two phases have equal value for the inductance.

Induktansen är omvänt proportionell mot reluktansen.The inductance is inversely proportional to the reluctance.

Varje zon har en unik kombination av induktansnivåerna (dvs likaså av reluktansnivåerna) i de olika faserna. Detta gäller oberoende av antalet faser i maskinen. Exempelvis har en maskin med fyra faser åtta olika zoner inom varje reluktans- cykel. Detta förhållande utnyttjas för att avkänna absolut- läget i reluktanscykeln, så att inkoppling kan ske av rätt faslindningskretsar för önskat drifttillstånd. Vilken eller vilka av faskretsarna, som skall inkopplas inom varje zon, bestäms utifrån kurvor över uppmätta värden av det statiska momentet Tin (se fig. 3). I de i fig. 1 visade kurvorna över 10 15 20 25 30 35 S, 466 425 f momentet T kan man utläsa, att för zonerna 1 och 2 ger till- koppling av drivspänning för Fas 3 drivning i framriktningen under det att drivning av Fas 2 skulle ge drivning i back- riktningen, för zonerna 3 och 4 ger tillkoppling av drivspän- ning för Fas 1 drivning i framriktningen och drivning av Fas 3 drivning i backriktningen, och för zonerna 5 och 6 till- koppling av drivspänning för Fas 2 drivning i framriktningen och drivning av Fas 1 drivning i backriktningen.Each zone has a unique combination of the inductance levels (ie also of the reluctance levels) in the different phases. This applies regardless of the number of phases in the machine. For example, a four-phase machine has eight different zones within each reluctance cycle. This ratio is used to sense the absolute position in the reluctance cycle, so that connection can be made of the correct phase winding circuits for the desired operating condition. Which phase circuit (s) to be connected within each zone is determined from curves of measured values of the static moment Tin (see Fig. 3). In the curves shown in Fig. 1 over 10 15 20 25 30 35 S, 466 425 f moment T it can be read that for zones 1 and 2 the connection of driving voltage for Phase 3 gives drive in the forward direction while driving Phase 2 would provide drive in the reverse direction, for zones 3 and 4, connection of drive voltage for Phase 1 provides drive in the forward direction and drive of Phase 3 drive in the reverse direction, and for zones 5 and 6 connection of drive voltage for Phase 2 drive in the forward direction and drive of Phase 1 drive in the reverse direction.

I den sammansatta fig. 2, där induktansen för Fas 1 visas heldraget, induktansen för Fas 2 visas streckat, och in- duktansen för Fas 3 visas prickat, ser man att geno att avkänna vilken fas som har den lägsta, mellersta, respektive den högsta induktansen, kan man klargöra, i vilken rotor- lägeszon rotorn står, eftersom varje zon har en unik kombina- tion av dessa induktans-storleksförhållanden.In the composite Fig. 2, where the inductance of Phase 1 is shown in outline, the inductance of Phase 2 is shown in dashed lines, and the inductance of Phase 3 is shown in dotted lines, it can be seen by sensing which phase has the lowest, middle and highest inductance, it can be clarified in which rotor position zone the rotor is located, since each zone has a unique combination of these inductance size ratios.

Normalt måste rotorlägena kring de zongränser, där det sta- tiska momentet T för en fas har sin nollgenomgång, behandlas speciellt. Orsaken är, att man kring dessa lägen p.g.a. mätningarnas ofullkomlighet, riskerar att erhålla ett fel- aktigt riktat vridmoment från den fas, vars statiska moment T växlar tecken vid zongränsen. Han inför därför marginaler för mätningarna kring dessa lägen, så att denna risk elimineras.Normally, the rotor positions around the zone boundaries, where the static moment T for a phase has its zero crossing, must be treated separately. The reason is that around these situations due to the imperfections of the measurements, there is a risk of obtaining an incorrectly directed torque from the phase whose static torque T changes signs at the zone boundary. He therefore introduces margins for the measurements around these situations, so that this risk is eliminated.

Praktiskt görs detta så, att det, när de inledande jämförel- serna visat på en viss zon, utförs ytterligare jämförelser för att verifiera zon-läget. Först adderas eller subtraheras ett konstant värde till eller från det uppätta induktans- värdet för en av de faser, som utgör den ena zongränsen, varefter de inledande jämförelserna upprepas. m nu jämförel- serna visar på en annan zon, så står rotorn nära en zongräns.In practice, this is done so that, when the initial comparisons are shown on a certain zone, further comparisons are performed to verify the zone position. First, a constant value is added or subtracted to or from the established inductance value for one of the phases, which constitutes one zone boundary, after which the initial comparisons are repeated. m now the comparisons show another zone, so the rotor is close to a zone boundary.

Då väljs den zon, vars faskombination säkert ger drivmoment 1 önskad riktning. Om jämförelserna visar på samma zon som tidigare, utförs likadana jämförelser för den andra zon- gränsens faser för att se, om rotorn står nära denna zon- gräns.Then the zone is selected, whose phase combination surely gives driving torque 1 the desired direction. If the comparisons show the same zone as before, similar comparisons are performed for the phases of the second zone boundary to see if the rotor is close to this zone boundary.

I maskiner med fler än tre faskretsar kan det räcka med att mäta induktansen i endast tre av faskretsarna för att erhålla 10 15 20 25 30 35 466 425 ß säker start, om inte kraven är så höga. Dock erhålls då inte maximalt moment i alla lägen p.g.a. den sämre upplösningen, som blir resultatet av en sådan förenkling, I vissa fall, när kraven är tillräckligt låga, kan det t.o.m. räcka med att mäta induktansen i endast två faser.In machines with more than three phase circuits, it may be sufficient to measure the inductance in only three of the phase circuits in order to obtain a safe start, unless the requirements are so high. However, the maximum torque is not obtained in all situations due to the poorer resolution, which results from such a simplification, In some cases, when the requirements are low enough, it may even it is sufficient to measure the inductance in only two phases.

Diagramen i fig. 1 och 2 visar principiella diagram. Dia- grammen i fig. 3 visar verkligt uppmätta diagram. Man ser här att speciellt Tﬂn har annan form än den ideala, men in- kopplingen av de ovan beskrivna faserna med ledning av erhål- len zon ger den avsedda drivningsriktningen. Ovan har enbart beskrivnits inkoppling av drivning för en enda av faserna, men det är uppenbart att det går att koppla in alla faser som medför drivning åt det önskade hållet samtidigt, t.ex. in- koppling av båda faserna 1 och 3 vid fall av indikerad zon 2.The diagrams in Figs. 1 and 2 show basic diagrams. The diagrams in Fig. 3 show actually measured diagrams. It can be seen here that especially T ﬂ n has a different shape than the ideal one, but the connection of the phases described above with reference to the obtained zone gives the intended direction of operation. The connection of drive for only one of the phases has only been described above, but it is obvious that it is possible to connect all phases which cause drive in the desired direction at the same time, e.g. connection of both phases 1 and 3 in case of indicated zone 2.

Eftersom reluktansen är omvänt proportionell mot induktansen kan naturligtvis mätvärden på reluktansen användas i stället för mätvärden på induktansen. Även annan storhet, som har en entydig relation till reluktansen, kan givetvis utnyttjas.Of course, since the reluctance is inversely proportional to the inductance, measured values of the reluctance can be used instead of measured values of the inductance. Other quantities, which have a clear relation to the reluctance, can of course also be used.

Fig. 4 visar ett utförande på en krets, som är användbar för att utföra förfarandet enligt uppfinningen. Denna krets är densamma som den som visas i.US 4 868 478 (motsv.) med sama sökande som för denna uppfinning. Det som skiljer den krets, som används för föreliggande uppfinning, från den som be- skrivs i det angivna patentet är programvaran i den ingående mikroprocessorn, vilken utför de ovan angivna jämförelserna.Fig. 4 shows an embodiment of a circuit which is useful for carrying out the method according to the invention. This circuit is the same as that shown in U.S. Pat. No. 4,868,478 (equivalent) to the same applicant as to this invention. What distinguishes the circuit used for the present invention from that described in the cited patent is the software of the included microprocessor which performs the above comparisons.

Eftersom uppfinningen skall användas vid start-ögonblicket för att undersöka motorns rotationslägesvinkel, är ingen lindning spänningsmatad, utan mikroprocessorn pulsmatar varje lindning, vars induktans skall undersökas på det sätt, som beskrivs i SE 8604308-0, successivt och gör jämförelsen på de induktanser, som erhållits vid de successiva mätningarna.Since the invention is to be used at the starting moment to examine the rotational position angle of the motor, no winding is voltage supplied, but the microprocessor pulses each winding, the inductance of which is to be examined in the manner described in SE 8604308-0, successively and makes the comparison obtained in the successive measurements.

Fig. 4 visar tre faslindningar Fl, F2 och F3 hos statorn hos en trefas reluktansmotor. Uppfinningen är på intet sätt begränsad till antalet faser hos motorn. Motorn drivs av en 10 15 20 25 30 35 466 42s “ 2 likspänning +V. Mellan nollpunkten och spänningskällans plus- pol ligger faslindningen Fl i en krets innefattande ett strömätningsmotstånd Rl, emitter-kollektor-sträckan hos en effekttransistor Tal, faslindningen Fl och en effekttransis- tor Tbl.Fig. 4 shows three phase windings F1, F2 and F3 of the stator of a three-phase reluctance motor. The invention is in no way limited to the number of phases of the motor. The motor is driven by a 10 15 20 25 30 35 466 42s “2 DC + V. Between the zero point and the positive pole of the voltage source, the phase winding F1 lies in a circuit comprising a current measuring resistor R1, the emitter-collector distance of a power transistor Tal, the phase winding F1 and a power transistor Tbl.

I kretsen styrs den undre transistorn Tal till bottning under hela den tid faslindningen Fl skall ha drivning, under det att den övre transistorn Tbl pulsas under fasens drivinter- vall på det sätt, som är vanligt för switchade reluktansmoto- rer, där varje drivpuls för en fas uppdelas i delpulser.In the circuit, the lower transistor Tal is grounded for the entire time the phase winding F1 is to be driven, while the upper transistor Tbl is pulsed during the phase driving range of the phase in the manner usual for switched reluctance motors, where each driving pulse for a phase is divided into sub-pulses.

Eftersom inte motorns drivning utgör någon del av själva uppfinningen, komer den icke att beskrivas närmare.Since the engine drive does not form part of the invention itself, it will not be described in more detail.

En diod Dal är kopplad med anoden till nollpunkten och med katoden till den från transistorn Tal vända delen av faslind- ningen Fl för att upprätthålla strömmen genom faslindningen Fl genom hela drivpulsintervallet. En diod Dbl är kopplad med anoden till den från transistorn Tbl vända delen av fas- lindningen Fl och katoden till plus-polen för att ge en strömkrets med snabb bortledning av strömmen i faslindningen Fl, så snart transistorn Tal frånkopplas, dvs spärras.A diode Dal is connected with the anode to the zero point and with the cathode to the part of the phase winding F1 facing from the transistor Tal to maintain the current through the phase winding F1 throughout the drive pulse interval. A diode Dbl is connected with the anode to the part of the phase winding F1 facing away from the transistor Tbl and the cathode to the positive pole to provide a circuit with rapid dissipation of the current in the phase winding F1, as soon as the transistor Tal is disconnected, ie blocked.

De övriga faslindningarna F2 och F3 är inkopplade i var sin krets av samma typ. Sålunda är faslindningen.F2 inkopplad i en krets med ett strömmätningsmotstånd R2, två effekttransis- torer Ta2 och Tb2 och två dioder Da2 och Db2. Faslindningen F3 är inkopplad i en krets med ett strömätningsmotstånd R3, två effekttransistorer Ta3 och Tb3 och två dioder Da3 och Db3.The other phase windings F2 and F3 are connected in separate circuits of the same type. Thus, the phase winding.F2 is connected in a circuit with a current measuring resistor R2, two power transistors Ta2 and Tb2 and two diodes Da2 and Db2. The phase winding F3 is connected in a circuit with a current measuring resistor R3, two power transistors Ta3 and Tb3 and two diodes Da3 and Db3.

Från- och tillslag av transistorerna styrs av en styrenhet 1 i form av en mikrodator. Styrenheten l har sex utgångar, vilka via var sin förstärkare 2, är anslutna till styret på var sin av transistorerna Tal, Ta2, Ta3, Tbl, Tb2, Tb3, i och för individuell styrning av dessa.The on and off of the transistors is controlled by a control unit 1 in the form of a microcomputer. The control unit 1 has six outputs, which via each amplifier 2 are connected to the control of each of the transistors Tal, Ta2, Ta3, Tbl, Tb2, Tb3, for individual control of these.

Induktansnivån avkänns successivt i varje fas, som skall undersökas, dvs alla faserna i ett trefasarrangemang. Detta l0 15 20 25 30 35 466 425 Y utförs såsom angivits ovan för att detektera vilken fas, somå har det högsta, det mellersta resp. det lägsta induktans- värdet, vilket ger en indikation på inom vilken zon rotor- lägesvinkeln d befinner sig (se fig. 2).The inductance level is sensed successively in each phase to be examined, ie all the phases in a three-phase arrangement. This l is performed as indicated above to detect which phase has the highest, middle and the lowest inductance value, which gives an indication of within which zone the rotor position angle d is located (see fig. 2).

Eftersom rotorn står stilla, och ingen fas har drivström, matas från styrenheten 1 kortvariga pulser till styrena på båda effekttransistorerna Tai och Tbi i drivkretsen för lindningen Fi i den fas Fas i, som skall undersökas. Varje puls har en bestämd varaktighet, som är liten i förhållande till periodtiden, så att strömmen i den övervakade lindningen hinner gå ner till noll mellan varje puls. I slutet av varje puls mäts strömen av en till en ingång på styrenheten l kopplad analog/digital-omvandlare 11. Strömstigningen under varaktigheten T hos varje puls ger ett mått på den momentana induktansnivån i den övervakade lindningen. En multiplexenhet 5 har därför tre ingångar kopplade över var sitt av motstån- den Rl, R2 och R3, vilka alla har samma reistans.Since the rotor is stationary, and no phase has driving current, short-term pulses are fed from the control unit 1 to the guides of both power transistors Tai and Tbi in the driving circuit of the winding Fi in the phase Fas i to be examined. Each pulse has a fixed duration, which is small in relation to the period time, so that the current in the monitored winding has time to go down to zero between each pulse. At the end of each pulse, the current is measured by an analog / digital converter 11 connected to an input of the control unit 1. The current rise during the duration T of each pulse gives a measure of the instantaneous inductance level in the monitored winding. A multiplexer 5 therefore has three inputs connected across each of the resistors R1, R2 and R3, which all have the same travel distance.

Multiplexenheten 5 har också en fjärde ingång kopplad till en spänningsdelare med motstånden Rx och Ry kopplad mellan matningsspänningen +V och jord. Spänningen U' över motståndet Ry är proportionell mot matningsspänningen +V. Såsom angivits i US 4,520,302 och SE 8604308-0 kan matningsspänningen vari- era, dels på grund av vanliga spänningsvariationer, dels på grund av det spänningsrippel, som uppkommer i de fall då +V är en likriktad växelspänning, varför det kan vara lämpligt att efter varje värde på spänningen över något av motstånden R1, R2 eller R3 undersöka drivspänningens värde för att erhålla riktigt resultat på induktansen, eftersom beräkningen av denna sker genom att approximera ekvationen (U-Ri)=d(L*i)/dt som beskriver förhållandet spänning-ström för en spole med resistansen R, induktansen L, genomfluten ström i och pålagd spänning U med U=L*di/dt 10 15 20 25 30 35 q vilket för en motorlindning är en god approximation för små strömmar i och låga motorvarvtal, dvs litet dL/dt. Vidare förutsätts att di/dt=(i,-i,)/(t,-t1) (1) _ där i, betecknar strömen vid tz och il betecknar strömen vid ti för kort tid T=(t,-ti). Här är i1=0 och i, är strömnivån vid sluten av den till den övervakade faslindningen tillförda pulsen. Spänningen U motsvaras av drivspänningen +V. In- duktansen beräknas således som: L=v/ ( iz/'r ) =v*¶'/i, .The multiplexer 5 also has a fourth input connected to a voltage divider with the resistors Rx and Ry connected between the supply voltage + V and earth. The voltage U 'across the resistor Ry is proportional to the supply voltage + V. As stated in US 4,520,302 and SE 8604308-0, the supply voltage may vary, partly due to common voltage variations, partly due to the voltage ripple which occurs in cases where + V is a rectified alternating voltage, so it may be appropriate that after each value of the voltage across any of the resistors R1, R2 or R3 examine the value of the drive voltage to obtain the correct result on the inductance, since the calculation of this is done by approximating the equation (U-Ri) = d (L * i) / dt which describes the relationship voltage-current for a coil with the resistance R, the inductance L, flow-through current in and applied voltage U with U = L * di / dt 10 15 20 25 30 35 q which for a motor winding is a good approximation for small currents in and low motor speeds , ie small dL / dt. Furthermore, it is assumed that di / dt = (i, -i,) / (t, -t1) (1) _ where i, denotes the current at tz and il denotes the current at ti for a short time T = (t, -ti). Here, i1 = 0 and i, is the current level at the end of the pulse applied to the monitored phase winding. The voltage U corresponds to the drive voltage + V. The inductance is thus calculated as: L = v / (iz / 'r) = v * ¶' / i,.

Risken för spänningsfluktuationer just vid undersökningen vid startögonblicket är relativt liten, varför det i och för uppfinningen kan vara onödigt att undersöka spänningen över Ry för varje undersökt fas. Det är emellertid ingen nackdel att göra den extra undersökningen av U', som ju är propor- tionell mot +V och det kan vid samtidig användning av den styrning, som beskrivs i patent nr US 4,868,478 innebära enklare programvara att ha den med, eftersom denna extra undersökning där ändå skall göras när väl maskinen har star- tat, varför båda fallen med och utan extra undersökning av U' kan användas.The risk of voltage fluctuations just at the examination at the start moment is relatively small, so that for the sake of the invention it may be unnecessary to examine the voltage across Ry for each examined phase. However, there is no disadvantage to doing the additional examination of U ', which is of course proportional to + V, and it can, when simultaneously using the control described in patent No. US 4,868,478, mean simpler software to have it with, since this extra examination where still to be done once the machine has started, so both cases with and without extra examination of U 'can be used.

Mnltiplexenheten 5 styrs av styrenheten 1 med en digital signal för att ange vilken av multiplexenhetens 5 ingångar, som skall kopplas till dess utgång. Signalen från enheten 5 matas till A/D-omvandlaren 11. Styrenheten 1 pulsstyr faserna i tur och ordning och styr för varje fas multiplexenheten 5 och analog/digitalenheten 11 så att spänningen över fasmot- ståndet Ri i den just undersökta fasen i via multiplexenheten 5 matas till analog/digital-omvandlaren 11 vid tiden T efter pulsstart i den ifrågavarande fasen. Enheten l avläser den digitala signalen på omvandlarens 11 utgång och dividerar den med resistansen för motståndet Ri för att få värdet på fas- strömmen i och beräknar induktansen enligt den ovan angivna ekvationen (1). Efter en genomgången pulsstyrcykel med beräk- ning av induktansen i alla undersökta faser, utför enheten 1 en undersökning av den inbördes storleksordningen hos induk- 4es 425,' 466 425 /0 tanserna och ger drivspänning till den fas, som ger vrid- moment i den önskade riktningen i enlighet med ett lagrat preferensschema och utför dessutom de beräkningar, som be- skrivts ovan i anslutning till fig 1-31 Något flödesdiagram för dessa beräkningar ges ej, eftersom det är utomordetligt enkelt för en ordinär programerare att göra ett program med hjälp av de uppgifter, som har givits i texten.The multiplexer 5 is controlled by the controller 1 with a digital signal to indicate which of the inputs of the multiplexer 5 is to be connected to its output. The signal from the unit 5 is fed to the A / D converter 11. The control unit 1 pulse controls the phases in turn and controls for each phase the multiplex unit 5 and the analog / digital unit 11 so that the voltage across the phase resistor Ri in the phase just examined via the multiplex unit 5 is fed to the analog-to-digital converter 11 at time T after pulse start in the phase in question. The unit 1 reads the digital signal at the output of the converter 11 and divides it by the resistance of the resistor Ri to obtain the value of the phase current i and calculates the inductance according to the above equation (1). After a completed pulse control cycle with calculation of the inductance in all the phases examined, the unit 1 performs an examination of the mutual order of the inductors 425, 466 425/0 and provides driving voltage to the phase which gives torque in the desired direction in accordance with a stored preference scheme and also performs the calculations described above in connection with Figs. 1-31. No flow chart for these calculations is given, since it is extremely easy for an ordinary programmer to make a program using the information provided in the text.

Många modifieringar är möjliga inom ramen för uppfinningen.Many modifications are possible within the scope of the invention.

Claims

10 15 20 25 ¿; 0 35 466 425, "ll Patent claim

Method for starting an electric machine with three or more phase circuits (Phase 1 - Phase 3) with varying reluctance depending on the position of a moving part relative to a stationary part of the machine, to give choice of which or which of the phase circuits, which are to be switched on to provide torque in a desired direction, characterized in that the machine's reluctance cycle is divided into a number of rotor position angular zones (zone 1 - zone 6), where for a quantity with unambiguous relation to the machine's reluctance value in at least two of the phase circuits of the machine there is a clear relation between these quantities within each zone; that measurement of the quantity takes place in the phase circuits which are relevant; that comparison of the mutual size ratios of the measured quantities is determined and thereby the zone, which gives the position of the moving part in relation to the stationary part; and that connection is made with the guidance of the obtained zone of the phase circuit (s) which provide drive in the desired direction.

Method according to Claim 1, characterized in that the measurement of the quantity is carried out in all the phase circuits.

Method according to Claim 1 or 2, characterized in that after the determination of the zone, a further comparison between the quantities is carried out in order to verify the zone obtained and to detect whether the zone position is close to one or the other of the boundaries of the zone by for those of the phase circuits which determine the zone boundaries, add or subtract the obtained currently measured values by a constant value before the comparison.

Device for starting an electric machine with three or more phase circuits with varying reluctance depending on the position of a moving part in relation to a stationary part of the machine, in order to give a choice of which phase circuit (s) to be connected for to provide torque in a desired direction, the device comprising a calculation and control unit (1), which is coupled to control means (Tal, Tbl; Ta2, Tb2; Ta3, Tb3) for the various the phase circuits and which is connected to sense a quantity with unambiguous relation to the prevailing reluctance in each of the phase circuits, characterized in that the calculation and control unit (1) in turn detects the said phase circuit the quantity and then determines the size ratios between the sensed quantities and determines within which rotor position zone the movable part of the machine is located in relative to the stationary part of a number of rotor position angle zones the reluctance cycle of the machine is divided into, where within each zone there is an unambiguous relation between the quantities; and that the calculation and control unit (1), guided by the zone obtained, and the consequent position between the movable part of the machine in relation to its stationary part, activates connection of the phase (s) which provide drive in the desired direction.

Device according to claim 4, in which the calculation and control unit (1) is connected to, via a controllable multiplexing unit (5), sense a quantity proportional to the current in each of the phase circuits, characterized in that the calculation and control unit the control unit (1) is arranged to examine in turn the inductance in each phase circuit by controlling the current phase circuit to switch on for a period of predetermined duration and sensing the current of the phase circuit at the end of the switching time.

Device according to claim 5, characterized in that the calculation and control unit (1) is arranged to calculate the inductance L in each phase circuit with the equation L = V * T / iz, where V is the driving voltage of the phase, T is the predetermined the duration and in, the sensed current at the end of the switch-on time.

Device according to claim s or si, characterized in that the calculation and control unit (1) after the determination of the zone is arranged to perform further comparison between the quantities in order to verify the obtained zone and with a built-in logical operation determine whether the zone position is close to one or the other of the boundaries of the zone by adding or subtracting the currently measured values obtained by those of the phase circuits which determine the zone boundaries with a constant value before the comparison.